Gfa, a new integron-borne fosfomycin resistance protein family

दवा और बैक्टीरिया के बीच चल रहे निरंतर संघर्ष में, फॉस्फोमाइसिन (fosfomycin) नामक एक विशिष्ट प्रकार के एंटीबायोटिक को लेकर एक शांत लेकिन महत्वपूर्ण लड़ाई लड़ी जा रही है। दशकों से, यह दवा एक विश्वसनीय उपकरण रही है, विशेष रूप से जिद्दी मूत्र पथ संक्रमणों (urinary tract infections) के इलाज के लिए, क्योंकि यह उस पहले कदम पर हमला करती है जिसकी बैक्टीरिया को अपनी सुरक्षात्मक कोशिका दीवारों को बनाने के लिए आवश्यकता होती है। कई अन्य एंटीबायोटिक दवाओं के विपरीत जिन्हें बैक्टीरिया आसानी से अनदेखा करना सीख सकते हैं, फॉस्फोमाइसिन खतरनाक कीटाणुओं की एक विस्तृत श्रृंखला के खिलाफ प्रभावी बनी हुई है। हालांकि, जैसे-जैसे अन्य दवाएं विफल हुई हैं, डॉक्टरों ने फॉस्फोमाइसिन की ओर अधिक रुख किया है, और इसके जवाब में, बैक्टीरिया जीवित रहने के नए तरीके विकसित कर रहे हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से उन विशिष्ट एंजाइमों के बारे में जानते रहे हैं जिनका उपयोग बैक्टीरिया इस दवा को तोड़ने के लिए करते हैं, लेकिन इन ज्ञात रक्षा प्रणालियों के पास आमतौर पर एक स्पष्ट आनुवंशिक हस्ताक्षर होता है जिसे आधुनिक कंप्यूटर पहचान सकते हैं। परिचित आनुवंशिक पैटर्न को खोजने पर यह निर्भरता एक अंध बिंदु (blind spot) बन गई है: यदि कोई बैक्टीरिया पूरी तरह से नया प्रकार का बचाव विकसित करता है जो पुराने वाले जैसा बिल्कुल नहीं दिखता, तो वर्तमान निगरानी विधियां उसे पूरी तरह से मिस कर सकती हैं, जिससे मरीज एक ऐसे खतरे के प्रति असुरक्षित हो जाते हैं जिसे वे देख नहीं सकते।

शोधकर्ताओं के एक दल ने बैक्टीरिया के उन विशाल जीन पुस्तकालयों को देखकर इन छिपे हुए खतरों को खोजने का प्रयास किया जिनमें कोई ज्ञात कार्य नहीं था। उन्होंने बैक्टीरिया में पाए जाने वाले एक विशिष्ट प्रकार के आनुवंशिक पैकेज पर ध्यान केंद्रित किया जिसे 'इन्टेग्रोन' (integron) कहा जाता है, जो एक सार्वभौमिक एडेप्टर की तरह कार्य करता है, जिससे बैक्टीरिया नए आनुवंशिक निर्देशों को बदल (swap) सकते हैं। टीम ने इन 129 रहस्यमय जीन पैकेजों का परीक्षण किया कि क्या उनमें से कोई भी बैक्टीरिया को फॉस्फोमाइसिन से बचा सकता है। उन्हें एक ऐसा जीन मिला जो आश्चर्यजनक मजबूती के साथ काम करता था। इस जीन, जिसे उन्होंने Gfa नाम दिया, ज्ञात प्रतिरोध जीनों जैसा बिल्कुल नहीं दिखता था। जब शोधकर्ताओं ने इस जीन को सामान्य बैक्टीरिया में डाला, तो इसने उन्हें अत्यधिक प्रतिरोधी बना दिया, जिससे उन्हें मारने के लिए आवश्यक दवा की मात्रा हजारों गुना बढ़ गई। इस खोज ने प्रतिरोध तंत्र के एक पूरी तरह से नए परिवार को उजागर किया जो साक्षात सामने होते हुए भी छिपा हुआ था, जो उन मानक कंप्यूटर खोजों के लिए अदृश्य था जो आमतौर पर ऐसे खतरों को ट्रैक करते हैं।

शोधकर्ताओं ने और गहराई से अध्ययन किया कि यह नई रक्षा कैसे काम करती है और यह पुरानी रक्षाओं से कैसे भिन्न है। उन्होंने पाया कि Gfa प्रोटीन ज्ञात प्रतिरोध एंजाइमों से बहुत अलग तरीके से बना है। जबकि ज्ञात एंजाइम कार्य करने के लिए एक विशिष्ट धातु आयन (metal ion) पर निर्भर करते हैं और उन्हें फॉस्फोनोफॉर्मेट (phosphonoformate) नामक रसायन द्वारा रोका जा सकता है, Gfa प्रोटीन सल्फर-समृद्ध अमीनो एसिड और जिंक के एक समूह के इर्द-गिर्द बना है। यह अनूठी संरचना इसे उस रसायन से मुक्त बनाती है जो आमतौर पर अन्य प्रतिरोध प्रकारों को बंद कर देता है। वास्तव में, Gfa प्रोटीन को एंटीबायोटिक को तोड़ने के लिए ग्लूटाथियोन (glutathione) नामक एक विशिष्ट सहायक अणु की आवश्यकता होती है, लेकिन इसे अन्य एंजाइमों की तरह स्वतंत्र रूप से तैरने वाले धातु आयनों की आवश्यकता नहीं होती है। जब शोधकर्ताओं ने लैब में इस प्रोटीन का परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि यह समाधान से धातु आयनों को हटाने के बाद भी एंटीबायोटिक को नष्ट कर सकता था, जो कि ज्ञात प्रतिरोध एंजाइमों के लिए असंभव व्यवहार होता। इसने पुष्टि की कि Gfa एक मौलिक रूप से भिन्न रासायनिक प्रक्रिया के माध्यम से कार्य करता है।

यह देखने के लिए कि क्या यह नया बचाव केवल एक इकलौती घटना थी या एक व्यापक खतरा, टीम ने अन्य बैक्टीरिया में इसी तरह के जीनों की तलाश की। उन्होंने पाया कि इस जीन के संस्करण कई अलग-अलग प्रकार के बैक्टीरिया में मौजूद हैं, जिनमें कुछ अस्पताल में आम तौर पर पाए जाने वाले बैक्टीरिया भी शामिल हैं। हालांकि, उन्होंने एक महत्वपूर्ण विवरण का पता लगाया: सभी संस्करण खतरनाक नहीं हैं। जबकि मूल जीन ने मजबूत सुरक्षा प्रदान की, इसके कई दूर के रिश्तेदारों ने ऐसा नहीं किया। इनमें से कुछ मिलते-जुलते जीन एंटीबायोटिक को बिल्कुल भी नहीं रोक सके, भले ही वे एक ही बुनियादी संरचना साझा करते थे। शोधकर्ताओं ने काम न करने वाले संस्करणों को काम करने वाले जीन के छोटे हिस्सों को बदलकर ठीक करने की कोशिश की, लेकिन इससे रक्षा बहाल नहीं हुई। यह सुझाव देता है कि दवा के प्रति प्रतिरोध रखने की क्षमता पूरे प्रोटीन संरचना के जटिल, सूक्ष्म रूप से ट्यून किए गए विन्यास पर निर्भर करती है, न कि केवल कुछ प्रमुख हिस्सों पर। ऐसा प्रतीत होता है कि हालांकि इस रक्षा का आनुवंशिक ब्लूप्रिंट व्यापक है, लेकिन वास्तविक क्षमता का उपयोग करना दुर्लभ और विशिष्ट है।

अध्ययन ने इस नए जीन को ले जाने की लागत का भी परीक्षण किया। बैक्टीरिया की दुनिया में, हर नया गुण एक कीमत के साथ आता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि बिना एंटीबायोटिक के मौजूद होने पर Gfa जीन रखने वाले बैक्टीरिया बिना जीन वाले बैक्टीरिया की तुलना में थोड़े धीमे बढ़ते हैं। यह सुझाव देता है कि जबकि जीन एक शक्तिशाली ढाल है, यह एक बोझ भी है। इसके अलावा, यह जीन अन्य प्रतिरोध जीनों की तरह तेजी से बैक्टीरिया के बीच आसानी से नहीं बदला जा सकता है। ये कारक इस विशिष्ट प्रतिरोध के जनसंख्या में प्रसार की गति को सीमित कर सकते हैं। फिर भी, यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सिद्ध करती है कि बैक्टीरिया के पास अन्य तरीके हैं जिनसे वे जीवित रह सकते हैं जिन्हें हमने अभी तक मैप नहीं किया है। इन छिपे हुए जीनों का अस्तित्व यह साबित करता है कि केवल ज्ञात आनुवंशिक पैटर्न को स्कैन करना यह अनुमान लगाने के लिए पर्याप्त नहीं है कि कौन से बैक्टीरिया उपचार से जीवित रहेंगे।

इस कार्य के निहितार्थ केवल एक दवा तक ही सीमित नहीं हैं। यह सुपरबग्स के उदय की निगरानी करने के तरीके में एक अंतराल को उजागर करता है। वर्तमान विधियां उन जीनों को खोजने पर निर्भर करती हैं जो पहले से ज्ञात जीनों जैसे दिखते हैं, लेकिन यह अध्ययन दिखाता है कि बैक्टीरिया पूरी तरह से नए समाधान आविष्कार कर सकते हैं जो पुराने वाले जैसे बिल्कुल नहीं दिखते। Gfa प्रोटीन एक ऐसे बचाव का प्रमुख उदाहरण है जिसे मानक कंप्यूटर विश्लेषण द्वारा मिस कर दिया जाता। प्रत्यक्ष परीक्षण के माध्यम से खोज करके, शोधकर्ताओं ने बैक्टीरिया के अनुकूलन की एक नई परत को उजागर किया है। यह सुझाव देता है कि बैक्टीरिया के विशाल पुस्तकालय में अभी भी कई अज्ञात प्रतिरोध तंत्र खोजे जाने की प्रतीक्षा कर रहे हैं। ये निष्कर्ष एक चेतावनी के रूप में कार्य करते हैं कि सूक्ष्मजीव जगत हमारी वर्तमान उपकरणों की दृष्टि से कहीं अधिक आविष्कारशील है, और इन छिपे हुए रक्षा तंत्रों को समझना हमारे एंटीबायोटिक्स को प्रभावी बनाए रखने के लिए आवश्यक है।