C. albicans incorporates methaemoglobin into surface attached and aggregate biofilms that exhibit increased virulence and antifungal resistance
यह अध्ययन प्रकट करता है कि लाल रक्त कोशिकाओं के लिसिस (lysis) के दौरान निर्मित होस्ट-व्युत्पन्न मेथेमोग्लोबिन (methaemoglobin), Als1 और Als3 से जुड़े हाइफ़ा-मध्यस्थ आसंजन (hypha-mediated adhesion) के माध्यम से *Candida albicans* को तेजी से विषाक्त, एंटीफंगल-प्रतिरोधी एग्रीगेट बायोफिल्म बनाने के लिए प्रेरित करता है, जो विभिन्न संक्रमण-संबंधी विकृतियों में इस तंत्र की एक महत्वपूर्ण अल्प-अनुमानित भूमिका का सुझाव देता है।
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मानव शरीर के भीतर, हमारी प्रतिरक्षा रक्षा प्रणाली और उन सूक्ष्म आक्रमणकारियों के बीच एक निरंतर, शांत युद्ध चलता रहता है जो हमारा शोषण करने की तलाश में रहते हैं। इन आक्रमणकारiles में सबसे सफल जीवों में से एक कैंडिडिया एल्बिकन्स (Candida albicans) नामक कवक है। यह कई लोगों में हानिरहित रूप से रहता है, लेकिन जब शरीर की रक्षा प्रणाली कमजोर हो जाती है या जब चिकित्सा उपकरण डाले जाते हैं, तो यह खतरनाक हो सकता है, जिससे ऐसे संक्रमण होते हैं जिनका इलाज करना कठिन होता है। इसकी सफलता का एक प्रमुख कारण बायोफिल्म (biofilm) बनाने की इसकी क्षमता है। बायोफिल्म को सूक्ष्मजीवों द्वारा निर्मित एक किलेबंद शहर के रूप में समझें; वे सतहों से चिपक जाते हैं और खुद को एक सुरक्षात्मक चिपचिपे पदार्थ (slime) में लपेट लेते हैं जो उन्हें दवाओं और प्रतिरक्षा प्रणाली से बचाता है। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि ये कवक शहर निरंतर बीमारी का एक प्रमुख कारण हैं, लेकिन वे पूरी तरह से यह नहीं समझ पाए थे कि शरीर के अपने तरल पदार्थ कभी-कभी कवक को इन्हें बनाने में कैसे मदद करते हैं। विशेष रूप से, इस प्रक्रिया में रक्त प्रोटीन की भूमिका एक रहस्य बनी हुई थी, जिससे यह समझने में कमी रह गई थी कि रक्तप्रवाह में ये संक्रमण कैसे जड़ जमाते हैं।
केंट विश्वविद्यालय और एडिलेड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने अब एक आश्चर्यजनक तंत्र का खुलासा किया है जहाँ कवक एक विशिष्ट रक्त प्रोटीन का उपयोग करके तेजी से इन सुरक्षात्मक संरचनाओं का निर्माण करता है। यह कहानी हीमोग्लोबिन से शुरू होती है, जो लाल रक्त कोशिकाओं में ऑक्सीजन ले जाने वाला अणु है। जब लाल रक्त कोशिकाएं टूट जाती हैं, जिसे हेमोलिसिस (hemolysis) कहा जाता है, तो यह हीमोग्लोबिन मुक्त हो जाता है। सामान्य परिस्थितियों में, इसमें से अधिकांश ऑक्सीजन ले जाने की स्थिति में होता है। हालाँकि, कोशिका के बाहर के वातावरण के संपर्क में आने पर, यह अक्सर ऑक्सीकरण (oxidize) होकर मेटहीमोग्लोबिन (methemoglobin) नामक रूप में बदल जाता है। यह ऑक्सीकृत संस्करण ऑक्सीजन नहीं ले सकता। शोधकर्ताओं ने पाया कि कैंडिडिया एल्बिकन्स न केवल इस ऑक्सीकृत प्रोटीन को सहन करता है, बल्कि यह सक्रिय रूप से इसे खोजता है और अपनी संरचना में शामिल करता है। जब कवक मेटहीमोग्लोबिन के संपर्क में आता है, तो वह इसे केवल भोजन के रूप में नहीं खाता। इसके बजाय, वह प्रोटीन को एक निर्माण खंड (building block) के रूप में उपयोग करता है, इससे जुड़ता है और इसे विशाल गुच्छों में खींच लेता है। ये गुच्छे केवल कोशिकाओं के यादृच्छिक ढेर नहीं हैं; वे अत्यधिक संगठित, तैरते हुए समुदाय हैं जो ठीक बायोफिल्म की तरह कार्य करते हैं, जिनमें चिकित्सा उपकरणों से चिपके रहने वाले समान बचाव और खतरे भी होते हैं।
टीम ने प्रदर्शित किया कि यह प्रक्रिया कवक की आकार बदलने की क्षमता द्वारा संचालित होती है। कैंडिडिया एक एकल गोल कोशिका या हाइफा (hypha) नामक एक लंबी, धागे जैसी संरचना के रूप में मौजूद हो सकता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि मेटहीमोग्लोबिन को प्रभावी ढंग से पकड़ने और उसे एक बड़े समुच्चय (aggregate) में बुनने के लिए कवक को ये लंबे धागे उगाने ही होंगे। यदि कवक को ये धागे उगाने से रोका जाता है, तो गुच्छे नहीं बन पाते। इसके अलावा, कवक प्रोटीन को पकड़ने के लिए विशिष्ट आणविक "हाथों", जिन्हें एडहेसिन (adhesins) कहा जाता है, का उपयोग करता है। अध्ययन ने इन हाथों में से दो, जिन्हें Als1 और Als3 कहा जाता है, को इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक बताया। इनके बिना, कवक प्रभावी रूप से मेटहीमोग्लोबिन से नहीं जुड़ पाता है और सुरक्षात्मक गुच्छों का निर्माण नहीं हो पाता। यह परस्पर क्रिया अविश्वसनीय रूप से तेजी से होती है; प्रोटीन से मिलने के एक घंटे के भीतर, कवक इस पर चिपकना शुरू कर देता है, और कुछ घंटों के भीतर, बड़े, दृश्यमान समुच्चय बन जाते हैं।
जो इस खोज को विशेष रूप से चिंताजनक बनाता है, वह है इन नई संरचनाओं की मजबूती। शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि ये मेटहीमोग्लोबिन-संचालित गुच्छे सामान्य कवक कोशिकाओं पर हमलों से कितनी अच्छी तरह जीवित रह सकते हैं। उन्होंने पाया कि गुच्छों को मारना काफी कठिन था क्योंकि दवाएं प्रोटीन और कोशिकाओं के घने द्रव्यमान में प्रवेश नहीं कर पाती थीं, जिससे आबादी का एक हिस्सा जीवित बच जाता था। महत्वपूर्ण बात यह है कि यह प्रतिरोध कोई स्थायी आनुवंशिक परिवर्तन नहीं था; यह गुच्छे की भौतिक संरचना द्वारा प्रदान किया गया एक अस्थायी कवच था। एक बार जब दवाओं को हटा दिया गया और कोशिकाओं को फिर से उगाया गया, तो वे उपचार के प्रति संवेदनशील हो गए। यह सुझाव देता है कि मेटहीमोग्लोबिन की उपस्थिति एक अस्थायी सुरक्षित आश्रय बनाती है जहाँ कवक तब तक छिप सकता है जब तक खतरा टल न जाए। मोथ लार्वा (moth larvae) का उपयोग करके किए गए प्रयोगों में, शोधकर्ताओं ने देखा कि मेटहीमोग्लोबिन के साथ उगाया गया कवक बिना मेटहीमोग्लोबिन वाले कवक की तुलना में बहुत अधिक घातक था, जिससे पुष्टि होती है कि ये समुच्चय अधिक घातक (virulent) होते हैं।
अध्ययन ने यह भी देखा कि इस तीव्र संयोजन के दौरान कवक के भीतर क्या होता है। कवक द्वारा सक्रिय और निष्क्रिय किए गए जीन का विश्लेषण करके, शोधकर्ताओं ने रणनीति में स्पष्ट बदलाव देखा। शुरुआत में, कवक ने प्रोटीन को पकड़ने और आयरन (लोहा) खोजने के लिए जीन को सक्रिय किया। लेकिन जैसे ही गुच्छा बना, कवक ने अपने चयापचय (metabolism) को बदल दिया। इसने इस तरह व्यवहार करना शुरू किया जैसे कि यह कम-ऑक्सीजन वाले वातावरण में हो, जिससे इसकी ऊर्जा उत्पादन धीमी हो गई और यह एक सुप्त अवस्था (dormant state) में चला गया। जीवन जीने की यह धीमी, अधिक रूढ़िवादी शैली संभवतः इसकी एंटीफंगल हमलों से बचने की क्षमता में योगदान देती है, क्योंकि कई दवाएं तेजी से बढ़ने वाली कोशिकाओं पर सबसे अच्छा काम करती हैं। शोधकर्ताओं ने इन अंतःक्रियाओं को मॉडल करने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया, और मॉडलों ने पुष्टि की कि कवक की लंबी, धागे जैसी वृद्धि ही वह प्राथमिक बल है जो छोटे प्रोटीन के गुच्छों को प्रयोगशाला में देखे गए बड़े, खतरनाक समुच्चयों में बुनती है।
यह कार्य यह सुझाव देता है कि चोट या संक्रमण के प्रति शरीर की अपनी प्रतिक्रिया अनजाने में कवक की मदद कर सकती है। जब लाल रक्त कोशिकाएं क्षतिग्रस्त होती हैं, चाहे वह संक्रमण, सर्जरी या चिकित्सा उपकरणों के प्रवेश के कारण हो, तो मेटहीमोग्लोबिन मुक्त होता है। यदि इस प्रोटीन का स्तर इतना बढ़ जाता है कि यह शरीर की प्राकृतिक सफाई प्रणाली को अभिभूत कर दे, जो आमतौर पर मुक्त हीमोग्लोबिन को बांधती और हटाती है, तो कवक इन परिस्थितियों में इन दवा-प्रतिरोधी किलों को बनाने के अवसर का लाभ उठा सकता है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि यह घटना गंभीर संक्रमणों और रक्त के थक्कों वाले रोगियों में देखी गई है, जहाँ कवक अक्सर रक्त के साथ जुड़ा हुआ पाया जाता है। हालांकि यह अध्ययन नियंत्रित प्रयोगशाला सेटिंग्स में किया गया था, निष्कर्ष यह संभावना उठाते हैं कि मेटहीमोग्लोबिन, इन संक्रमणों के स्थापित होने और उपचार का विरोध करने के तरीके में एक महत्वपूर्ण, फिर भी पहले से अनदेखा किया गया कारक है। यह अध्ययन कवक संक्रमणों की समस्या को हल करने का दावा नहीं करता है, लेकिन इसने कवक द्वारा अपने बचाव बनाने के एक नए तरीके की पहचान की है, जो इस बात पर एक नया दृष्टिकोण प्रदान करता है कि कुछ संक्रमणों को समाप्त करना इतना कठिन क्यों है और यह सुझाव देता है कि रक्त की स्थिति स्वयं भी युद्ध के परिणाम में एक महत्वपूर्ण कारक हो सकती है।
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