Virulence diversity in non-typhoidal Salmonella: a population genomics study
यह जनसंख्या जीनोमिक्स अध्ययन 1,720 साल्मोनेला जीनोम पर मशीन लर्निंग का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि नॉन-टाइफाइडल सेरोवर्स के बीच विभेदक विरुलेंस (virulence) विशिष्ट आनुवंशिक निर्धारकों की उपस्थिति से दृढ़ता से जुड़ी हुई है, विशेष रूप से साल्मोनेला पैथोजेनेसिटी आइलैंड्स 13 और 14, जो अत्यधिक विरुलेंट उपभेदों में समृद्ध हैं और क्षीण (attenuated) उपभेदों में अनुपस्थित हैं।
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हर साल, लाखों लोग साल्मोनेला (Salmonella) नामक बैक्टीरिया से दूषित भोजन खाने के कारण बीमार पड़ जाते हैं। हालांकि इसके हजारों अलग-अलग संस्करण या सीरोवैरिएंट्स (serovars) मौजूद हैं, लेकिन केवल कुछ ही मानव बीमारी के अधिकांश कारणों के लिए जिम्मेदार हैं। यह वैज्ञानिकों और सार्वजनिक स्वास्थ्य अधिकारियों के लिए एक पहेली जैसी स्थिति पैदा करता है: साल्मोनेला के कुछ संस्करण मुर्गी पालन और सूअर जैसे कृषि पशुओं में अक्सर पाए जाते हैं, फिर भी वे मनुष्यों को शायद ही कभी बीमार करते हैं। अन्य संस्करण भी उन्हीं जानवरों में पाए जाते हैं लेकिन मानव आबादी में व्यापक प्रकोप का कारण बनते हैं। यह ऐसा है जैसे एक ही घर में रहने वाले दो पड़ोसी समूहों का स्वभाव बिल्कुल अलग हो; एक समूह शांत और हानिरहित है, जबकि दूसरा आक्रामक और विघटनकारी है। कुछ स्ट्रेन मनुष्यों के लिए खतरनाक क्यों हैं और अन्य क्यों नहीं, इसे समझना प्रकोपों की भविष्यवाणी करने और खाद्य आपूर्ति को सुरक्षित रखने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने बैक्टीरिया के सीधे जेनेटिक ब्लूप्रिंट (आनुवंशिक खाके) को देखकर इस रहस्य को सुलझाने का प्रयास किया। उन्होंने छह अलग-अलग साल्मोनेला स्ट्रेन के 1,720 नमूनों के पूर्ण जेनेटिक कोड, जिन्हें जीनोम कहा जाता है, एकत्र किए। इनमें से तीन स्ट्रेन अत्यधिक विरुलेंट (virulent) यानी अत्यधिक रोगजनक हैं, जिसका अर्थ है कि वे मनुष्यों में बार-बार गंभीर बीमारी का कारण बनते हैं, जबकि अन्य तीन को एटेन्यूएटेड (attenuated) या कमजोर माना जाता है, क्योंकि वे जानवरों में सामान्य हैं लेकिन शायद ही कभी मनुष्यों को संक्रमित करते हैं। वैज्ञानिकों ने डेटा के इस विशाल संग्रह के साथ सूचना नियमावली (instruction manuals) की एक लाइब्रेरी जैसा व्यवहार किया। उन्होंने इन नियमावलियों को स्कैन करने के लिए मशीन लर्निंग नामक शक्तिशाली कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग किया, जो कि एक उन्नत क्षेत्र है, ताकि उन विशिष्ट अंतरों को खोजा जा सके जो खतरनाक स्ट्रेन को हानिरहित स्ट्रेन से अलग करते हैं। वैज्ञानिकों ने यह अनुमान लगाने के बजाय कि कौन से जीन महत्वपूर्ण हो सकते हैं, पूरे निर्देशों के सेट का विश्लेषण करने के लिए कंप्यूटर का उपयोग किया ताकि यह देखा जा सके कि कौन से जीन लगातार बीमार करने वाले स्ट्रेन में दिखाई दिए और कौन से गायब थे।
कंप्यूटर विश्लेषण ने दोनों समूहों के बीच एक स्पष्ट और विशिष्ट विभाजन प्रकट किया। विरुलेंट स्ट्रेन की आनुवंशिक संरचना एटेन्यूएटेड स्ट्रेन से इतनी भिन्न थी कि कंप्यूटर केवल यह देखकर कि कौन से जीन मौजूद हैं और कौन से अनुपस्थित हैं, उन्हें पूरी सटीकता के साथ अलग कर सका। इस निष्कर्ष ने पुष्टि की कि मनुष्यों के लिए खतरे का अंतर केवल संयोग या बैक्टीरिया कहाँ पाए गए हैं, इस पर निर्भर नहीं है, बल्कि यह उनके डीएनए में लिखा हुआ है। शोधकर्ताओं ने अंतरों की सूची को छोटा किया ताकि उन विशिष्ट जेनेटिक निर्देशों के सबसे छोटे संभव सेट को खोजा जा सके जो इस अंतर को स्पष्ट कर सकें। उन्होंने पाया कि केवल बाईस विशिष्ट जीन ही खतरनाक स्ट्रेन को सुरक्षित स्ट्रेन से बताने के लिए पर्याप्त थे।
इन बाईस जीनों में से, सबसे महत्वपूर्ण खोज हानिरहित स्ट्रेन में कुछ विशिष्ट जेनेटिक ब्लॉक्स की पूर्ण अनुपस्थिति थी। खतरनाक स्ट्रेन के पास 'पैथोजेनेसिटी आइलैंड्स' (pathogenicity islands) नामक विशिष्ट जीनों का एक सेट था, जो संक्रमण के लिए विशेष टूलकिट की तरह कार्य करते हैं। दो टूलकिट, जिन्हें SPI-13 और SPI-14 कहा जाता है, एटेन्यूएटेड स्ट्रेन में पूरी तरह से गायब थे। SPI-14 में एक ऐसा जीन है जो बैक्टीरिया को आंत की परत में घुसने में मदद करता है, जबकि SPI-13 में जीनों का एक समूह शामिल है जो मानव प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा उत्पादित रासायनिक हथियार को बेअसर करने की अनुमति देता है। यह रासायनिक हथियार, जिसे इटाकोनेट (itaconate) कहा जाता है, प्रतिरक्षा कोशिकाओं द्वारा हमलावर बैक्टीरिया को मारने के लिए छोड़ा जाता है। खतरनाक स्ट्रेन के पास इस जहर को तोड़ने और जीवित रहने के लिए जेनेटिक उपकरण हैं, जबकि हानिरहित स्ट्रेन में इस रक्षा तंत्र की पूरी तरह से कमी होती है। प्रतिरक्षा प्रणाली के हमले का सामना करने की क्षमता के बिना, ये स्ट्रेन मनुष्यों में संक्रमण स्थापित करने में विफल रहते हैं, भले ही वे खाद्य आपूर्ति में मौजूद हों।
अध्ययन में यह भी पाया गया कि हानिरहित स्ट्रेन में जीनों का एक अलग सेट था, विशेष रूप से वे जो आर्सेनिक के प्रति प्रतिरोध प्रदान करते हैं। यह सुझाव देता है कि जबकि इन स्ट्रेन ने मानव रोग का गंभीर कारण बनने की क्षमता खो दी है, उन्होंने पशुपालन परिवेश में जीवित रहने के लिए अनुकूलन किया है, संभवतः वहां जहां खेती में भारी धातुओं का उपयोग किया जाता है। जब शोधकर्ताओं ने इन आनुवंशिक अंतरों को बैक्टीरिया के फैमिली ट्री (वंशवृक्ष) पर मैप किया, तो उन्होंने पाया कि खतरनाक जीनों का नुकसान परिवार की एक विशिष्ट शाखा में हुआ था। दिलचस्प बात यह है कि एक अन्य स्ट्रेन, जो इस शाखा से निकटता से संबंधित नहीं था, उसने भी उन्हीं जीनों को खो दिया और अन्य की तरह, वह भी शायद ही कभी मानव बीमारी का कारण बनता है। यह इंगित करता है कि इन विशिष्ट जेनेटिक उपकरणों को खोना साल्मोनेला स्ट्रेन के लिए कम खतरनाक बनने का एक विश्वसनीय तरीका है।
अंततः, यह शोध एक स्पष्ट जेनेटिक स्पष्टीकरण प्रदान करता है कि क्यों साल्मोनेला के कुछ स्ट्रेन मानव स्वास्थ्य के लिए बड़े खतरे हैं जबकि अन्य नहीं। यह दिखाता है कि बीमारी का कारण बनना कोई एकल गुण नहीं है, बल्कि विशिष्ट जेनेटिक उपकरणों का एक संग्रह है, जिसमें प्रतिरक्षा प्रणाली को अक्षम करने और आंत में घुसने की क्षमता शामिल है। इन बाईस जीनों की पहचान करके जो खतरे और सुरक्षा के बीच एक स्विच के रूप में कार्य करते हैं, वैज्ञानिकों के पास अब बैक्टीरिया की स्क्रीनिंग करने का एक शक्तिशाली नया तरीका है। यह ज्ञान वास्तविक दुनिया में देखे गए पैटर्न को समझाने में मदद करता है, जहाँ कुछ स्ट्रेन जानवरों में हावी रहते हैं लेकिन मानव अस्पतालों में लुप्त हो जाते हैं, और यह सार्वजनिक स्वास्थ्य की रक्षा के लिए खाद्य आपूर्ति की निगरानी के लिए एक जेनेटिक ढांचा प्रदान करता है।
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