Contact-dependent interactions between Cutibacterium acnes and Staphylococcus lugdunensis promote biofilm matrix remodeling
यह अध्ययन प्रकट करता है कि *Cutibacterium acnes*, *Staphylococcus lugdunensis* के साथ एक संपर्क-निर्भर अंतःक्रिया (contact-dependent interaction) में संलग्न होकर, पॉलीसेकेराइड इंटरसेलुलर एडहेसिन (PIA)-समृद्ध बायोफिल्म निर्माण की ओर एक चयापचय परिवर्तन (metabolic shift) को प्रेरित करता है, जिससे चिकित्सा उपकरणों पर जीवाणु निरंतरता बढ़ जाती है और इस प्रकार क्रोनिक प्रोस्थेटिक जॉइंट संक्रमणों को बढ़ावा मिलता है।
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मानव शरीर के भीतर, त्वचा एक बाँझ अवरोध नहीं है बल्कि सूक्ष्म जीवन से भरा एक हलचल भरा पारिस्थितिकी तंत्र है। इन निवासियों में ऐसे बैक्टीरिया शामिल हैं जो आमतौर पर अपने मेजबान के साथ शांति से रहते हैं, बिना किसी नुकसान के सह-अस्तित्व बनाए रखते हैं। हालाँकि, जब कृत्रिम जोड़ों जैसे चिकित्सा उपकरणों को प्रत्यारोपित किया जाता है, तो ये वही हानिरहित पड़ोसी कभी-कभी निरंतर आक्रमणकारियों में बदल सकते हैं। डॉक्टरों के लिए चुनौती केवल यह नहीं है कि ये बैक्टीरिया जीवित रहते हैं, बल्कि यह है कि वे अपने चारों ओर बायोफिल्म नामक सुरक्षात्मक किले बना लेते हैं। बायोफिल्म एक चिपचिपी, लसदार परत है जिसे बैक्टीरिया सतहों से चिपकने और खुद को एंटीबायोटिक्स और प्रतिरक्षा प्रणाली से बचाने के लिए स्रावित करते हैं। जब बैक्टीरिया की कई प्रजातियां इन संरचनाओं को बनाने के लिए हाथ मिलाती हैं, तो परिणामी संक्रमण इलाज के लिए अविश्वसनीय रूप से कठिन हो सकता है, जिसके लिए अक्सर संक्रमित हार्डवेयर को हटाने के लिए बार-बार सर्जरी की आवश्यकता होती है। इन विभिन्न जीवाणु प्रजातियों के बीच यह समझना कि वे मजबूत रक्षा निर्माण के लिए एक-दूसरे के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती हैं, उन्हें रोकने के नए तरीके खोजने के लिए महत्वपूर्ण है।
शोधकर्ता लंबे समय से जानते हैं कि बैक्टीरिया एक-दूसरे से बात कर सकते हैं, लेकिन चिकित्सा प्रत्यारोपणों पर इन किलों को बनाने के लिए वे किस विशिष्ट तरीके से सहयोग करते हैं, यह एक रहस्य बना हुआ था। यूनिवर्सिटी ऑफ कंसास और फेडरल यूनिवर्सिटी ऑफ रियो डी जनेरियो के वैज्ञानिकों के एक नए अध्ययन ने दो सामान्य त्वचा बैक्टीरिया के बीच एक आश्चर्यजनक साझेदारी का खुलासा किया है: क्युटिबैक्टर एक्नेस (Cutibacterium acnes) और स्टैफिलोकोकस लुगडुन्सिस (Staphylococcus lugdunensis)। जबकि C. acnes को अक्सर मुँहासे से जोड़ा जाता है और S. lugdunensis स्टैफ का एक प्रकार है, दोनों अक्सर कृत्रिम जोड़ों से जुड़े संक्रमणों में एक साथ पाए जाते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब ये दो प्रजातियां मिलती हैं, तो वे केवल सह-अस्तित्व में नहीं रहतीं; वे सक्रिय रूप से एक-दूसरे को एक बहुत अधिक मजबूत, अधिक लचीला बायोफिल्म बनाने में मदद करती हैं जो अकेले उनमें से कोई भी नहीं बना सकता था।
यह समझने के लिए कि यह कैसे होता है, टीम ने इन बैक्टीरिया को प्रयोगशाला में, अकेले और एक साथ, उन सतहों पर उगाया जो जोड़ों के प्रतिस्थापन में उपयोग किए जाने वाले धातु की नकल करते हैं। उन्होंने पाया कि जबकि C. acnes अकेले बहुत कम बायोफिल्म बनाता था, और S. lugdunensis मध्यम मात्रा बनाता था, उन्हें मिलाने से चिपचिपे बायोफिल्म के द्रव्यमान में भारी वृद्धि हुई। यह प्रभाव एक एकल स्ट्रेन तक सीमित नहीं था; यह इन बैक्टीरिया के विभिन्न नमूनों में लगातार हुआ। शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि क्या इस टीम वर्क के लिए बैक्टीरिया का जीवित होना और स्पर्श में होना आवश्यक है। उन्होंने पाया कि यदि पराबैंगनी प्रकाश (UV light) से एक प्रजाति को मार दिया जाए या उन्हें एक ऐसी बाधा से अलग कर दिया जाए जो रसायनों को गुजरने देती है लेकिन बैक्टीरिया को नहीं, तो उन्नत बायोफिल्म नहीं बना। इससे यह सिद्ध हुआ कि इन दोनों बैक्टीरिया को इस सहकारी व्यवहार को ट्रिगर करने के लिए जीवित और प्रत्यक्ष भौतिक संपर्क में होना चाहिए।
सबसे महत्वपूर्ण खोज यह थी कि बायोफिल्म के भीतर क्या होता है। बैक्टीरिया अपनी सुरक्षात्मक परतें विभिन्न सामग्रियों, जैसे प्रोटीन, डीएनए या शर्करा का उपयोग करके बना सकते हैं। S. lugdunensis आमतौर पर प्रोटीन और डीएनए के मिश्रण का उपयोग करके अपना बायोफिल्म बनाता है। हालाँकि, जब यह C. acnes की उपस्थिति में था, तो बैक्टीरिया ने अपनी रणनीति बदल दी। शोधकर्ताओं ने देखा कि मिश्रित बायोफिल्म एक विशिष्ट प्रकार के शर्करा पदार्थ, जिसे पॉलीसैकराइड इंटरसेलुलर एडहेसिन (PIA) कहा जाता है, से समृद्ध हो गया। यह सामग्री बायोफिल्म को विशेष रूप से कठिन और हटाने के प्रति प्रतिरोधी बनाने के लिए जानी जाती है। इन बैक्टीरिया के भीतर जीन को देखते हुए, वैज्ञानिकों ने देखा कि C. acnes की उपस्थिति ने S. lugdunensis में इस शर्करा युक्त सामग्री बनाने के अनुवांशिक निर्देशों को लगभग नौ गुना बढ़ा दिया, जबकि प्रोटीन-आधारित निर्माण के निर्देशों को काफी हद तक अपरिवर्तित छोड़ दिया।
यह बदलाव बताता है कि दोनों बैक्टीरिया एक प्रत्यक्ष, संपर्क-निर्भर बातचीत में संलग्न हैं जो एक दूसरे के घर बनाने के तरीके को पुनर्गठित करती है। अध्ययन ने इस विचार को खारिज कर दिया कि यह एक प्रजाति द्वारा दूसरे को प्रभावित करने के लिए पानी में रसायन छोड़ने के कारण हुआ था, क्योंकि उन्हें अलग करने से प्रभाव पूरी तरह से रुक गया। इसके बजाय, दोनों प्रजातियों के बीच भौतिक स्पर्श एक संकेत के रूप में कार्य करता है जो S. lugdunensis को उसकी निर्माण योजना बदलने के लिए कहता है। यह निष्कर्ष महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रकट करता है कि बैक्टीरिया का व्यवहार स्थिर नहीं है; यह इस पर निर्भर करता है कि पास में और कौन है। इन दो सामान्य त्वचा निवासियों के बीच का सहयोग यह समझा सकता है कि क्यों कुछ जोड़ों के संक्रमण इतने निरंतर और कठिन होते हैं, क्योंकि बैक्टीरिया मिलकर एक ऐसा किला बनाने के लिए काम करते हैं जो अकेले उनमें से किसी एक द्वारा बनाए गए किले की तुलना में तोड़ना अधिक कठिन होता है।
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