The acidic-niche firewall: acetic acid bacteria are dually insulated from acquired resistance and virulence despite a fully active mobilome (a 468- genome archive audit)
468 एसिटिक एसिड बैक्टीरिया जीनोम के एक व्यापक ऑडिट से पता चलता है कि एक खुले मोबिलोम और सक्रिय रक्षा प्रणालियों के होने के बावजूद, ये जीव जीनोमिक बाधाओं के बजाय अपने अम्लीय पारिस्थितिक तंत्र की सुरक्षात्मक प्रकृति के कारण एंटीमाइक्रोबियल प्रतिरोध और विषाक्तता कारकों को प्राप्त करने से प्रभावी रूप से सुरक्षित हैं।
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सिरका, कोम्बुचा और कुछ प्रकार की बीयर जैसे किण्वित (fermented) खाद्य पदार्थ दुनिया के सबसे व्यापक रूप से उपभोग किए जाने वाले सूक्ष्मजीव उत्पादों में से हैं। वे चीनी और अल्कोहल को उन तीखे, चटपटे स्वादों में बदलने के लिए एसिटिक एसिड बैक्टीरिया नामक सूक्ष्म जीवों पर निर्भर करते हैं जिनका हम आनंद लेते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि ये बैक्टीरिया मानव उपभोग के लिए आम तौर पर सुरक्षित हैं, लेकिन एक अनसुलझा प्रश्न बना हुआ था: क्या ये सूक्ष्म जीव गुप्त रूप से खतरनाक आनुवंशिक बोझ (genetic baggage) ले जा सकते हैं? विशेष रूप से, क्या वे ऐसे जीन धारण कर सकते हैं जो उन्हें एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोधी बनाते हैं या उन्हें बीमारी फैलाने की अनुमति देते हैं, और क्या वे ये जीन अन्य बैक्टीरिया के साथ साझा कर सकते हैं? यह प्रश्न महत्वपूर्ण है क्योंकि यदि ये बैक्टीरिया खतरनाक गुणों के छिपे हुए भंडार के रूप में कार्य करते हैं, तो उनके द्वारा बनाए गए खाद्य पदार्थ सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए जोखिम पैदा कर सकते हैं। इसका उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं को केवल साधारण लेबल से परे देखने और इन बैक्टीरिया के वास्तविक जेनेटिक कोड की बड़े पैमाने पर जांच करने की आवश्यकता थी, ताकि प्रतिरोध और घातकता (virulence) के विशिष्ट आणविक हस्ताक्षरों की जांच की जा सके जो सुरक्षा संबंधी समस्या का संकेत देते हों।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में सार्वजनिक वैज्ञानिक डेटाबेस से लिए गए लगभग पांच सौ एसिटिक एसिड बैक्टीरिया के जीनोम का एक व्यापक ऑडिट किया। ये बैक्टीरिया सिरका, कोम्बुचा, वॉटर केफिर और लैम्बिक बीयर के पीछे के इंजन हैं। वैज्ञानिक दो विशिष्ट प्रकार की समस्याओं की तलाश कर रहे थे: वे जीन जो बैक्टीरिया को एंटीबायोटिक्स से जीवित रहने में मदद करते हैं, और वे जीन जो बैक्टीरिया को बीमारी फैलाने में मदद करते हैं। वे यह भी देखना चाहते थे कि ये बैक्टीरियल जीनोम कितने "खुले" हैं, जिसका अर्थ है कि वे अपने वातावरण से बाहरी डीएनए को कितनी आसानी से ग्रहण कर सकते हैं। अध्ययन ने एक आश्चर्यजनक विरोधाभास प्रकट किया। हालांकि इन बैक्टीरिया के जीनोम बहुत खुले हैं और लगातार अपने परिवेश के साथ अंतःक्रिया करते हैं, वे उस खतरनाक आनुवंशिक बोझ से पूरी तरह मुक्त प्रतीत होते हैं जो अन्य बैक्टीरियल समूहों को प्रभावित करता है।
शोधकर्ताओं ने नौ अलग-अलग जेनेरा (genera) से 468 विशिष्ट बैक्टीरियल जीनोम एकत्र करके शुरुआत की, जो कि किण्वन (fermentation) के विभिन्न वातावरणों का प्रतिनिधित्व करते हैं। उन्होंने इन जीनोम की जांच करने के लिए एक कठोर, बहु-चरणीय प्रक्रिया का उपयोग किया। सबसे पहले, उन्होंने किसी भी ऐसे आनुवंशिक तत्वों की तलाश की जो यह संकेत दे सकें कि बैक्टीरिया ने एंटीबायोटिक प्रतिरोध या बीमारी पैदा करने की क्षमता प्राप्त की है। उन्होंने पाया कि ये बैक्टीरिया वास्तव में आनुवंशिक "अवशेषों" से भरे हुए थे, जैसे कि प्राचीन वायरस और मोबाइल जेनेटिक तत्वों के बचे हुए हिस्से, जो यह दर्शाते थे कि उनके जीनोम सक्रिय और परिवर्तन के लिए खुले थे। हालांकि, जब उन्होंने उन विशिष्ट, स्थापित जीनों की तलाश की जो एंटीबायोटिक प्रतिरोध या घातकता प्रदान करते हैं, तो उन्हें कुछ नहीं मिला। जांचे गए 468 जीनोमों में से, एक भी ऐसा नहीं था जिसमें पुष्ट, कार्यात्मक एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन मौजूद हो। इसी तरह, साठ प्रतिनिधि जीनोमों की विस्तृत जांच में शून्य अर्जित घातकता कारक (acquired virulence factors) मिले।
अध्ययन ने दो शुरुआती संकेतों की पहचान की जो परेशानी का संकेत लग रहे थे। बेल्जियम के एक लैम्बिक बीयर के एक जीनोम में एक जीन मिला जो एक सामान्य एंटीबायोटिक के प्रति प्रतिरोध प्रदर्शित करता था, और नाइजीरियाई पाम वाइन के एक अन्य नमूने में प्रतिरोध जीन का एक समूह दिखाई दिया। हालांकि, जब वैज्ञानिकों ने केवल असेंबल किए गए जेनेटिक मैप के बजाय सीक्वेंसिंग मशीनों के कच्चे डेटा (raw data) का उपयोग करके गहराई से जांच की, तो ये संकेत लुप्त हो गए। बीयर के नमूने वाला जीन डीएनए के एक छोटे से टुकड़े पर स्थित पाया गया जो स्तनधारी कोशिका अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले प्रयोगशाला वेक्टर (laboratory vector) से मेल खाता था, जिससे पता चलता है कि यह बैक्टीरिया का हिस्सा होने के बजाय प्रयोगशाला का संदूषक (contaminant) था। पाम वाइन के नमूने वाले जीन एक अलग प्रकार के बैक्टीरिया के टूटे हुए प्लास्मिड (plasmid) के अंश के रूप में पाए गए जो एसिटिक एसिड बैक्टीरिया के जीनोम में सफलतापूर्वक एकीकृत नहीं हो पाया था। दोनों मामलों में, खतरनाक सामग्री या तो परीक्षण प्रक्रिया का एक आर्टिफैक्ट (artifact) थी या एक क्षणिक आगंतुक थी जिसने जड़ें नहीं जमाई थीं।
शोधकर्ताओं ने उन वातावरणों का भी परीक्षण किया जहाँ ये बैक्टीरिया रहते हैं ताकि यह देखा जा सके कि क्या खतरा आसपास के पारिस्थितिकी तंत्र में मौजूद है। उन्होंने तैंतीस (34) फर्मेंटेशन मेटाजीनोम नमूनों का विश्लेषण किया, जिनमें एक विशिष्ट वातावरण के सभी जीवों की आनुवंशिक सामग्री होती है। सिरका, कोम्बुचा और लैम्बिक बीयर जैसे अम्लीय वातावरणों में, उन्हें उन मोबाइल जेनेटिक तत्वों का कोई प्रमाण नहीं मिला जो आमतौर पर बैक्टीरिया के बीच एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन ले जाते हैं। यह सुझाव देता है कि इन अम्लीय वातावरणों की प्रकृति एक प्राकृतिक बाधा के रूप में कार्य करती है। अधिकांश बैक्टीरिया जो खतरनाक प्रतिरोध जीन ले जाते हैं, इतने कम pH स्तरों में जीवित नहीं रह सकते, इसलिए वे एसिटिक एसिड बैक्टीरिया के करीब भी नहीं पहुँच पाते ताकि अपने जीन साझा कर सकें। एसिटिक एसिड बैक्टीरिया स्वयं भी अच्छी तरह से सुरक्षित हैं, जिनके पास आंतरिक कोशिकीय प्रणालियाँ हैं जो उस विदेशी डीएनए को काट देती हैं या ब्लॉक कर देती हैं जो प्रवेश करने में सफल होता है।
अध्ययन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा इस बात पर केंद्रित था कि पिछले स्क्रीनिंग क्यों चूक गए होंगे। शोधकर्ताओं ने पाया कि सुरक्षा प्रोफाइल का आकलन करने के लिए केवल डेटाबेस में जीनों के नामों को देखना एक त्रुटिपूर्ण तरीका है। कई एसिटिक एसिड बैक्टीरिया में ऐसे जीन होते हैं जो सुनने में खतरनाक लग सकते हैं क्योंकि वे ज्ञात प्रतिरोध जीनों के समान नाम साझा करते हैं, लेकिन वे वास्तव में हानिरहित, मूल प्रोटीन होते हैं जो बैक्टीरिया के लिए आवश्यक कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, वैनकोमाइसिन-प्रतिरोध जीन के समान नाम वाला एक जीन वास्तव में एक एंजाइम था जो बैक्टीरिया को पौधों के यौगिकों को तोड़ने में मदद करता था। इन 'लुक-अलाइक' (एक जैसे दिखने वाले) के बीच अंतर करने के लिए अनुक्रम-स्तर (sequence-level) के गहरे विश्लेषण के बिना, एक सुरक्षा जांच इन्हें गलत तरीके से खतरनाक घोषित कर सकती थी। अध्ययन ने दिखाया कि लगभग सभी प्रारंभिक "हिट्स" वास्तव में ये हानिरहित मूल जीन ही थे।
निष्कर्ष स्पष्ट तस्वीर पेश करते हैं कि ये बैक्टीरिया क्यों सुरक्षित हैं। वे इसलिए सुरक्षित नहीं हैं क्योंकि उनके जीनोम बंद हैं या क्योंकि उन्होंने डीएनए का आदान-प्रदान करने की क्षमता खो दी है। इसके विपरीत, उनके जीनोम खुले और सक्रिय हैं। वे इसलिए सुरक्षित हैं क्योंकि वे जिस वातावरण में रहते हैं वह उन बैक्टीरिया के लिए प्रतिकूल है जो खतरनाक जीन ले जाते हैं। अम्लीय परिवेश एक 'फायरवॉल' के रूप में कार्य करता है, जो प्रतिरोध या घातकता कारकों को आपूर्ति करने वाले दाताओं के प्रवेश को रोकता है। यहाँ तक कि जब विदेशी डीएनए पहुँच भी जाता है, तो बैक्टीरिया की आंतरिक रक्षा प्रणालियाँ अक्सर इसे ब्लॉक कर देती हैं। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि इन फर्मेंटेशन स्टार्टर्स की सुरक्षा उनकी आनुवंशिक लचीलेपन की कमी के बजाय उनके पारिस्थितिक परिवेश का परिणाम है। यह अंतर खाद्य सुरक्षा नियामकों और उत्पादकों के लिए महत्वपूर्ण है, जो यह सुझाव देता है कि निगरानी का प्राथमिक ध्यान पारंपरिक, खुले किण्वन प्रक्रियाओं पर रहना चाहिए जहाँ मिश्रित संस्कृतियाँ अलग-अलग अंतःक्रियाओं की अनुमति दे सकती हैं, न कि औद्योगिक स्टार्टर कल्चर पर जो आनुवंशिक रूप से स्वच्छ प्रतीत होते हैं। अनुसंधान पुष्टि करता है कि आनुवंशिक आदान-प्रदान के प्रति खुले होने के बावजूद, एसिटिक एसिड बैक्टीरिया दुनिया के कुछ सबसे लोकप्रिय किण्वित खाद्य पदार्थों के लिए एक सुरक्षित और स्थिर आधार बने हुए हैं।
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