Co-carriage of bla KPC-33 and tmexCD2-toprJ2 on a Transferable Plasmid in an ST15-KL19 Klebsiella pneumoniae Isolate

बैक्टीरिया की सूक्ष्म दुनिया में, जीवित रहना अक्सर उन दवाओं के खिलाफ एक निरंतर संघर्ष पर निर्भर करता है जो उन्हें मारने के लिए बनाई गई हैं। जब डॉक्टर गंभीर संक्रमणों का इलाज करते हैं, तो वे शक्तिशाली एंटीबायोटिक्स पर भरोसा करते हैं, लेकिन बैक्टीरिया ऐसी रक्षात्मक क्षमताएं विकसित कर सकते हैं जो इन दवाओं को बेकार कर देती हैं। दो सबसे महत्वपूर्ण रक्षा प्रणालियों में अलग-अलग रणनीतियां शामिल हैं: एक में एक ऐसा एंजाइम बनाना शामिल है जो कैंची की तरह काम करता है, जो दवा के काम करने से पहले ही उसकी रासायनिक संरचना को काटकर अलग कर देता है, जबकि दूसरी रणनीति एक पंप प्रणाली का उपयोग करती है जो दवा को सक्रिय रूप से कोशिका से बाहर निकाल देती है। वर्षों से, वैज्ञानिक इन रक्षा प्रणालियों को फैलते हुए देखते रहे हैं, और अक्सर उन्हें अलग-अलग बैक्टीरिया या अलग-अलग आनुवंशिक वाहकों पर पाते हैं। चिंता तब उत्पन्न होती है जब ये अलग-अलग रक्षा प्रणालियां एक साथ दिखाई देती हैं, विशेष रूप से यदि वे एक ही गतिशील आनुवंशिक वाहन (मोबाइल जेनेटिक व्हीकल) पर सवार हों, जिससे एक एकल बैक्टीरिया एक साथ कई वर्गों की दवाओं के प्रति प्रतिरोधी बन जाता है। यह परिदृश्य आधुनिक चिकित्सा के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती पैदा करता है, क्योंकि यह संक्रमणों के इलाज के लिए उपलब्ध उपकरणों को सीमित कर देता है।

चीन के शोधकर्ताओं ने हाल ही में क्लेबसिएला न्यूमोनिया (Klebsiella pneumoniae) के एक स्ट्रेन में इस अभिसरण (कन्वर्जेंस) के एक विशिष्ट उदाहरण का पता लगाया है, जो अस्पताल से होने वाले संक्रमणों का एक सामान्य कारण है। उन्होंने एक रोगी से एक बैक्टीरिया को अलग किया और पाया कि इसमें एक ही हस्तांतरणीय आनुवंशिक सामग्री पर दो प्रमुख प्रतिरोध तंत्र मौजूद हैं। इस बैक्टीरिया की पहचान स्ट्रेन 1640 के रूप में की गई, जिसमें पाया गया कि इसमें एक दवा-काटने वाले एंजाइम का संशोधित संस्करण बनाने वाला जीन, और एक दवा-बाहर निकालने वाले पंप को एनकोड करने वाला एक जीन क्लस्टर मौजूद है। इस खोज को जो बात विशेष रूप से उल्लेखनीय बनाती थी, वह यह थी कि ये दोनों प्रतिरोध उपकरण डीएनए के एक ही गोलाकार छल्ले पर स्थित थे, जिसे प्लास्मिड कहा जाता है, जिसे बैक्टीरिया दूसरों को दे सकता है। अध्ययन ने पुष्टि की कि यह प्लास्मिड प्रयोगशाला सेटिंग में मूल क्लेबसिएला स्ट्रेन से दूसरे प्रकार के बैक्टीरिया, एस्चेरिचिया कोलाई (Escherichia coli) में सफलतापूर्वक कूद सकता था, और इस प्रक्रिया में प्रतिरोध क्षमताओं को स्थानांतरित कर सकता था।

स्वयं इस स्ट्रेन को, जिसे 1640 नाम दिया गया था, विभिन्न एंटीबायोटिक्स के विरुद्ध परीक्षण करने पर एक जटिल तस्वीर सामने आई। यह कठिन संक्रमणों के इलाज के लिए उपयोग किए जाने वाले एक विशिष्ट संयोजन दवा के प्रति प्रतिरोधी साबित हुआ, फिर भी यह अन्य शक्तिशाली एंटीबायोटिक्स के प्रति संवेदनशील बना रहा जिनका उपयोग अक्सर अंतिम विकल्प के रूप में किया जाता है। बैक्टीरिया द्वारा ले जाए जाने वाले जीन और बैक्टीरिया के वास्तविक व्यवहार के बीच यह विसंगति जांच का एक मुख्य केंद्र थी। शोधकर्ताओं ने पाया कि बैक्टीरिया में एक विशिष्ट प्रकार का काटने वाला एंजाइम था, जिसे KPC-33 के रूप में जाना जाता है, जो एक अधिक सामान्य एंजाइम का संशोधित संस्करण है। यह संशोधन बैक्टीरिया को उस संयोजन दवा के प्रति प्रतिरोधी बनाता है जो मानक संस्करण को रोक देती है। साथ ही, स्ट्रेन में एक जीन क्लस्टर था जो एक पंप प्रणाली के लिए जिम्मेदार है जो आमतौर पर टाइगेसाइक्लिन (tigecycline) नामक दवा की प्रभावशीलता को कम करता है। हालांकि, इस पंप के जीन होने के बावजूद, बैक्टीरिया ने लैब परीक्षणों में टाइगेसाइक्लिन के प्रति अपेक्षित प्रतिरोध नहीं दिखाया।

यह समझने के लिए कि ये जीन कैसे व्यवस्थित थे, टीम ने बैक्टीरिया के संपूर्ण आनुवंशिक ब्लूप्रिंट का मानचित्रण किया। उन्होंने पाया कि काटने वाला एंजाइम जीन और पंप जीन क्लस्टर लगभग 146,193 बेस पेयर्स लंबे एक प्लास्मिड पर अगल-बगल स्थित थे। यह प्लास्मिड केवल जीनों का एक यादृच्छिक संग्रह नहीं था; इसकी एक विशिष्ट संरचना थी जो इसे बैक्टीरिया के बीच घूमने की अनुमति देती थी। शोधकर्ताओं ने इस प्लास्मिड की तुलना अन्य बैक्टीरिया में पाए जाने वाले प्लास्मिडों से की और पाया कि जबकि प्लास्मिड का मुख्य भाग ज्ञात आनुवंशिक वाहकों के बहुत समान था, प्रतिरोध जीन रखने वाले विशिष्ट क्षेत्रों में अनूठी विशेषताएं थीं। काटने वाले एंजाइम जीन को विशिष्ट आनुवंशिक तत्वों से घेरा गया था जो अन्य समान प्लास्मिडों में पाए जाने वाले तत्वों से भिन्न थे, जबकि पंप जीन क्लस्टर अत्यधिक संरक्षित (कंजर्व्ड) था, जिसका अर्थ है कि यह अन्य बैक्टीरिया में पाए जाने वाले संस्करणों के बहुत समान था।

टीम ने इसके बाद परीक्षण किया कि क्या यह प्लास्मिड वास्तव में एक बैक्टीरिया से दूसरे में जा सकता है। उन्होंने एक नियंत्रित वातावरण में मूल स्ट्रेन को ई. कोली (E. coli) के एक हानिरहित स्ट्रेन के साथ मिलाया। प्रयोग ने दिखाया कि प्लास्मिड सफलतापूर्वक ई. कोली में एक मापने योग्य दर से स्थानांतरित हो गया। एक बार जब ई. कोली को प्लास्मिड प्राप्त हुआ, तो वह उसी संयोजन दवा के प्रति प्रतिरोधी हो गया जिसके प्रति मूल स्ट्रेन प्रतिरोधी था। हालांकि, पंप जीन प्राप्त करने के बाद भी, ई. कोली टाइगेसाइक्लिन के प्रति प्रतिरोधी नहीं हुआ। इस परिणाम ने इस विचार को पुख्ता किया कि केवल पंप जीन होने से प्रतिरोध की गारंटी नहीं मिलती; अन्य कारक भी बैक्टीरिया के भीतर प्रभाव डालते हैं कि पंप प्रभावी ढंग से काम करेगा या नहीं।

आगे के विश्लेषण ने इस स्ट्रेन को बैक्टीरिया के एक विशिष्ट परिवार के भीतर रखा जिसे सीक्वेंस टाइप 15 (sequence type 15) के रूप में जाना जाता है, जो वैश्विक स्तर पर पाया जाता है लेकिन चीन में विशेष रूप से आम है। शोधकर्ताओं ने स्ट्रेन 1640 के आनुवंशिक मेकअप की तुलना इसी परिवार के लगभग सौ अन्य स्ट्रेन से की। जबकि बैक्टीरिया की मुख्य आनुवंशिक संरचना इस परिवार के अन्य चीनी स्ट्रेन के बहुत समान थी, इसमें मौजूद प्रतिरोध जीन अद्वितीय थे। अन्य किसी भी स्ट्रेन में, जिसकी तुलना की गई थी, काटने वाले एंजाइम के सटीक संस्करण और पंप जीन क्लस्टर का वही संयोजन नहीं था। यह सुझाव देता है कि इस स्ट्रेन ने इन विशिष्ट प्रतिरोध उपकरणों को लंबे समय तक धीरे-धीरे विकसित करने के बजाय आनुवंशिक सामग्री के संचलन के माध्यम से प्राप्त किया। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि बैक्टीरिया का प्रतिरोध प्रोफाइल जटिल था और केवल उसके जीनों से पूरी तरह से अनुमानित नहीं था, लेकिन एक ही मोबाइल प्लास्मिड पर इन दो प्रमुख प्रतिरोध तंत्रों की उपस्थिति एक महत्वपूर्ण जोखिम है। यह सेटअप कई प्रतिरोध गुणों के एक साथ प्रसार की संभावना को सक्षम बनाता है, जो यह रेखांकित करता है कि इन आनुवंशिक तत्वों के कैसे चलते और संयोजित होते हैं, इसकी निरंतर निगरानी करना आवश्यक है।