Understanding single nucleotide polymorphism (SNP) in pyruvate dehydrogenase E1 and E2 component in different bacterial species

जीवन एक जीव और उसके परिवेश के बीच निरंतर चलने वाली एक बातचीत है। जीवित रहने के लिए, बैक्टीरिया को अपने आंतरिक तंत्र को सुचारू रूप से चलाने की आवश्यकता होती है, भले ही बाहर की दुनिया तापमान, अम्लता और उपलब्ध भोजन के मामले में बदल रही हो। इस मशीनरी का एक महत्वपूर्ण हिस्सा पाइरुवेट डिहाइड्रोजनेज (pyruvate dehydrogenase) नामक एंजाइम है, जो एक केंद्रीय केंद्र के रूप में कार्य करता है, और पोषक तत्वों को उस ऊर्जा में परिवर्तित करता है जिसकी कोशिकाओं को कार्य करने के लिए आवश्यकता होती है। यह एंजाइम दो मुख्य भागों से बना है, जिन्हें E1 और E2 घटक कहा जाता है। समय के साथ, इन भागों को बनाने वाले आनुवंशिक कोड में थोड़ा बदलाव आ सकता है। आनुवंशिक वर्णमाला में एक अक्षर का दूसरे से बदल जाना, जिसे सिंगल न्यूक्लियोटाइड पॉलीमोर्फिज्म (single nucleotide polymorphisms) कहा जाता है, ये सूक्ष्म परिवर्तन हैं। जबकि इनमें से कुछ बदलाव हानिरक नहीं होते, अन्य एंजाइम के आकार और कार्य को बदल सकते हैं, जिससे संभावित रूप से बैक्टीरिया को नई चुनौतियों के अनुकूल होने में मदद मिल सकती है या इसके विपरीत, इसे संघर्ष करने के लिए मजबूर कर सकते हैं। ये परिवर्तन कहाँ होते हैं और कितनी बार होते हैं, इसे समझना इस बात की खिड़की खोलता है कि बैक्टीरिया बदलते हुए विश्व की मांगों को पूरा करने के लिए वर्तमान में कैसे विकसित हो रहे हैं।

हाल ही में, नेशनल यूनिवर्सिटी ऑफ सिंगापुर के एक शोधकर्ता ने कई प्रकार के बैक्टीरिया में इन आनुवंशिक परिवर्तनों का मानचित्रण करने का लक्ष्य रखा। लक्ष्य यह देखना था कि पाइरुवेट डिहाइड्रोजनेज एंजाइम के E1 और E2 भागों के जीन, 'एस्चेरिचिया कोलाई' (Escherichia coli), जो एक मानक संदर्भ बिंदु के रूप में कार्य करता है, और तीन अन्य प्रजातियों: 'क्लेबसिएला न्यूमोनिया' (Klebsiella pneumoniae), 'साल्मोनेला एंटेरिका' (Salmonella enterica), और 'विब्रियो कोलेरी' (Vibrio cholerae) के बीच कैसे भिन्न हैं। ऐसा करने के लिए, शोधकर्ता ने एक कस्टम कंप्यूटर प्रोग्राम लिखा जो इन बैक्टीरिया के आनुवंशिक अनुक्रमों को अगल-बगल स्कैन कर सके। यह सॉफ्टवेयर एक सूक्ष्म संपादक की तरह कार्य करता था, जो संदर्भ बैक्टीरिया के आनुवंशिक कोड को पढ़ता था और अक्षर दर अक्षर अन्य प्रजातियों के कोड के साथ तुलना करता था। जब भी इसे कोई विसंगति मिलती, यह उस स्थिति और परिवर्तन के विशिष्ट प्रकार को रिकॉर्ड कर लेता था। इस प्रक्रिया ने यह विवरण प्रदान किया कि उत्परिवर्तन (mutations) कहाँ केंद्रित थे और कुल मिलाकर कितने मौजूद थे।

परिणामों ने इन बैक्टीरिया के विकास के तरीके में एक चौंका देने वाला अंतर प्रकट किया। एंजाइम के E1 घटक को देखते समय, 'क्लेबसिएला न्यूमोनिया' और 'साल्मोनेला एंटेरिका' ने संदर्भ की तुलना में अपेक्षाकृत कम परिवर्तन दिखाए। उनके आनुवंशिक अनुक्रम काफी हद तक स्थिर थे, जिसमें उत्परिवर्तन बिना बदले हुए कोड के बड़े हिस्सों द्वारा अलग किए गए समूहों में बिखरे हुए थे। इस पैटर्न ने सुझाव दिया कि इन दो प्रजातियों ने अपने एंजाइम के इस विशिष्ट भाग को बदलने के लिए कोई मजबूत दबाव महसूस नहीं किया है। इसके विपरीत, 'विब्रियो कोलेरी' एक अलग कहानी बताता है। इस प्रजाति में अपने E1 घटक में परिवर्तनों की काफी अधिक संख्या थी—अन्य दो की तुलना में लगभग चार गुना अधिक। इसके अलावा, ये परिवर्तन बिखरे हुए नहीं थे बल्कि पूरे जीन में समान रूप से फैले हुए थे। यह समान वितरण बताता है कि 'विब्रियो कोलेरी' अपने एंजाइम के इस हिस्से को नया आकार देने के लिए तीव्र दबाव में है, संभवतः एक ऐसी नई संरचना की तलाश में है जो वर्तमान पर्यावरणीय परिस्थितियों में बेहतर काम कर सके।

शोधकर्ता ने जब E2 घटक का परीक्षण किया तो तस्वीर और भी जटिल हो गई। यहाँ, तीनों गैर-संदर्भ प्रजातियों ने आनुवंशिक परिवर्तन की एक विशाल मात्रा प्रदर्शित की। प्रत्येक प्रजाति के E2 जीन में सैकड़ों उत्परिवर्तन थे, और परिवर्तन चारों प्रकार के आनुवंशिक अक्षरों के लिए लगभग समान संख्या में दिखाई दिए। E1 घटक के विपरीत, जहाँ कुछ प्रजातियाँ स्थिर थीं, E2 जीन शुरुआत से अंत तक परिवर्तनों से भरे हुए थे। डेटा इंगित करता है कि ये बैक्टीरिया इस विशिष्ट क्षेत्र में तेजी से विकास कर रहे हैं। उत्परिवर्तन की भारी मात्रा और समान प्रसार यह सुझाव देता है कि E2 घटक का वर्तमान आकार आधुनिक दुनिया के लिए पूरी तरह सही नहीं है। बैक्टीरिया पूरे प्रोटीन संरचना में अनगिनत विविधताओं को आजमा रहे हैं, एक ऐसी व्यवस्था की तलाश में हैं जो बदलते पोषण परिदृश्य और तापमान एवं pH जैसे पर्यावरणीय कारकों को संभाल सके।

अंततः, यह अध्ययन एक परिवर्तनशील बैक्टीरिया की ओर संकेत करता है। निष्कर्ष बताते हैं कि जबकि पाइरुवेट डिहाइड्रोजनेज एंजाइम के कुछ हिस्से कुछ प्रजातियों में स्थिर रहते हैं, अन्य हिस्से समायोजन के एक उन्मत्त दौर से गुजर रहे हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि एंजाइम आज के वातावरण में कुशलतापूर्वक कार्य करने के लिए सही रूप खोजने के लिए संघर्ष कर रहा है। जीन में उत्परिवर्तन का समान प्रसार, विशेष रूप से E2 घटक में, यह दर्शाता है कि बैक्टीरिया ने अभी तक कोई एक एकल, आसान समाधान नहीं खोजा है। इसके बजाय, वे संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला का अन्वेषण कर रहे हैं, जो अपनी ऊर्जा पैदा करने वाली मशीनरी को एक ऐसी दुनिया के अनुकूल बनाने की तत्काल आवश्यकता से प्रेरित है जो उनकी जीव विज्ञान के आसानी से तालमेल बिठा पाने से कहीं अधिक तेजी से बदल रही है।