नया शोध बैक्टीरियोफेज (प्रतीकात्मक) द्वारा प्रयुक्त एक विशेष प्रोटीन पर केंद्रित था।
चूंकि विश्व में एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया की संख्या में वृद्धि हो रही है, जिससे पारंपरिक एंटीबायोटिक अप्रभावी हो रहे हैं, इसलिए विशिष्ट वायरस इसका समाधान प्रस्तुत कर सकते हैं।
बैक्टीरियोफेज या फेज कहलाने वाले वायरस बैक्टीरिया को निशाना बनाते हैं, लेकिन इंसानों या दूसरे उच्च जीवों को संक्रमित नहीं कर सकते। फेज बैक्टीरिया की कोशिका में अपना डीएनए इंजेक्ट करते हैं, मेज़बान के संसाधनों का इस्तेमाल करके बड़ी संख्या में गुणा करते हैं और फिर आस-पास के ज़्यादा बैक्टीरिया को संक्रमित करने के लिए बाहर निकल आते हैं।
मूलतः, वे प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले, स्व-प्रतिकृति और विशिष्ट एंटीबायोटिक हैं। 100 साल से भी ज़्यादा पहले खोजे गए, बैक्टीरिया के खिलाफ़ उनके इस्तेमाल को एंटीबायोटिक के पक्ष में काफ़ी हद तक दरकिनार कर दिया गया।
हमारे नए शोध में फेज द्वारा बैक्टीरिया की प्राकृतिक सुरक्षा को बायपास करने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले एक विशेष प्रोटीन पर ध्यान दिया गया। हमने पाया कि इस प्रोटीन में डीएनए और आरएनए से जुड़कर एक आवश्यक नियंत्रण कार्य होता है।
यह बढ़ी हुई समझ मानव स्वास्थ्य या कृषि में जीवाणुजनित रोगजनकों के विरुद्ध फेज का उपयोग करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।
जीवाणु रक्षा प्रणालियाँ
बैक्टीरिया को लक्षित करने के लिए फेज का उपयोग करने में बाधाएँ हैं। जिस तरह हमारे शरीर में वायरस से लड़ने के लिए प्रतिरक्षा तंत्र होता है, उसी तरह बैक्टीरिया ने भी फेज संक्रमण के खिलाफ़ बचाव विकसित कर लिया है।
ऐसा ही एक बचाव है “क्लस्टर्ड रेगुलर इंटरस्पेस्ड शॉर्ट पैलिंड्रोमिक रिपीट्स”, या CRISPR, जो अब चिकित्सा और जैव प्रौद्योगिकी में इसके अनुप्रयोगों के लिए बेहतर जाना जाता है। CRISPR सिस्टम सामान्य रूप से DNA को टुकड़ों में काटकर “आणविक कैंची” के रूप में कार्य करते हैं, चाहे वह प्रयोगशाला-आधारित सेटिंग में हो या प्रकृति में, किसी फेज को नष्ट करने के लिए बैक्टीरिया के अंदर।
कल्पना कीजिए कि आप एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी जीवाणु संक्रमण के खिलाफ़ फेज का उपयोग करना चाहते हैं। उस फेज द्वारा जीवाणु को मारने और संक्रमण को खत्म करने के रास्ते में एकमात्र बाधा जीवाणु की CRISPR सुरक्षा हो सकती है जो फेज को रोगाणुरोधी के रूप में बेकार बना देती है।
यहीं पर फेज काउंटर-डिफेंस के बारे में जितना संभव हो सके उतना जानना महत्वपूर्ण हो जाता है। हम तथाकथित एंटी-सीआरआईएसपीआर की जांच कर रहे हैं: प्रोटीन या अन्य अणु जो फेज सीआरआईएसपीआर को रोकने के लिए उपयोग करते हैं।
जिस बैक्टीरिया में CRISPR होता है, वह फेज को संक्रमित होने से रोक सकता है। लेकिन अगर फेज में सही एंटी-CRISPR है, तो यह इस बचाव को बेअसर कर सकता है और बैक्टीरिया को मार सकता है।
एंटी-सीआरआईएसपीआर का महत्व
हमारा हालिया शोध इस बात पर केंद्रित था कि एंटी-सीआरआईएसपीआर प्रतिक्रिया को कैसे नियंत्रित किया जाता है।
जब शक्तिशाली CRISPR सुरक्षा का सामना करना पड़ता है, तो फेज स्वचालित रूप से बड़ी मात्रा में एंटी-CRISPR का उत्पादन करना चाहते हैं ताकि CRISPR प्रतिरक्षा को बाधित करने की संभावना बढ़ जाए। लेकिन एंटी-CRISPR का अत्यधिक उत्पादन फेज की प्रतिकृति को रोकता है और अंततः विषाक्त होता है। यही कारण है कि नियंत्रण महत्वपूर्ण है।
इस नियंत्रण को प्राप्त करने के लिए, फेजों के पास एक और प्रोटीन होता है: एक एंटी-सीआरआईएसपीआर-संबंधित (या एसीए) प्रोटीन, जो अक्सर एंटी-सीआरआईएसपीआर के साथ ही पाया जाता है।
एसीए प्रोटीन फेज की प्रति-रक्षा के विनियामक के रूप में कार्य करते हैं। वे सुनिश्चित करते हैं कि एंटी-सीआरआईएसपीआर उत्पादन का प्रारंभिक विस्फोट जो सीआरआईएसपीआर को निष्क्रिय करता है, फिर तेजी से कम स्तर तक कम हो जाता है। इस तरह, फेज ऊर्जा को उस जगह आवंटित कर सकता है जहाँ इसकी सबसे अधिक आवश्यकता है: इसकी प्रतिकृति और, अंततः, कोशिका से मुक्त होना।
हमने पाया कि यह विनियमन कई स्तरों पर होता है। किसी भी प्रोटीन के उत्पादन के लिए, डीएनए में जीन अनुक्रम को पहले मैसेंजर-आरएनए में ट्रांसक्राइब किया जाना चाहिए। फिर इसे डिकोड किया जाता है, या प्रोटीन में अनुवादित किया जाता है।
कई विनियामक प्रोटीन पहले चरण (मैसेंजर-आरएनए में प्रतिलेखन) को बाधित करके कार्य करते हैं, कुछ अन्य दूसरे चरण (प्रोटीन में अनुवाद) को बाधित करते हैं। किसी भी तरह से, विनियामक अक्सर डीएनए या आरएनए से बंध कर एक तरह की “रोड ब्लॉक” के रूप में कार्य करता है।
आश्चर्यजनक और अप्रत्याशित रूप से, जिस ऐका प्रोटीन की हमने जांच की, वह दोनों कार्य करता है – हालांकि इसकी संरचना से पता चलता है कि यह महज एक ट्रांस्क्रिप्शनल रेगुलेटर (ऐसा प्रोटीन जो डीएनए को आरएनए में रूपान्तरण करने को नियंत्रित करता है) है, जो कि उन प्रोटीनों से काफी मिलता-जुलता है जिनकी दशकों से जांच की जा रही है।
हमने यह भी जांच की कि दो स्तरों पर यह अतिरिक्त सख्त नियंत्रण क्यों आवश्यक है। फिर से, यह सब एंटी-सीआरआईएसपीआर की खुराक के बारे में लगता है, खासकर जब फेज बैक्टीरिया कोशिका में अपने डीएनए की प्रतिकृति बनाता है। यह प्रतिकृति अनिवार्य रूप से ट्रांसक्रिप्शनल नियंत्रण की उपस्थिति में भी मैसेंजर-आरएनए के उत्पादन की ओर ले जाएगी।
इसलिए, ऐसा लगता है कि एंटी-सीआरआईएसपीआर उत्पादन पर लगाम लगाने के लिए अतिरिक्त विनियमन की आवश्यकता है। यह इस काउंटर-डिफेंस प्रोटीन के अत्यधिक उत्पादन की विषाक्तता पर वापस आता है, जो “अच्छी चीज़ की अधिकता” से होने वाले नुकसान के लिए है।
परिष्कृत नियंत्रण
इस शोध का व्यापक अर्थ क्या है? अब हम इस बारे में बहुत कुछ जानते हैं कि एंटी-सीआरआईएसपीआर का उपयोग कैसे किया जाता है। मेजबान जीवाणु के खिलाफ़ अपनी लड़ाई में फ़ेज को सफल बनाने के लिए इसे ठीक से नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है।
यह प्रकृति में तो महत्वपूर्ण है ही, साथ ही वैकल्पिक रोगाणुरोधी के रूप में फेजों के उपयोग के मामले में भी यह महत्वपूर्ण है।
एंटी-सीआरआईएसपीआर-संबंधित प्रोटीन जैसी अस्पष्ट लगने वाली चीज़ के बारे में हर विवरण जानने से फेज की सफलता या हार के बीच बहुत बड़ा अंतर आ सकता है – और न केवल फेज के लिए, बल्कि एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी बैक्टीरिया से संक्रमित व्यक्ति के लिए भी जीवन या मृत्यु के बीच बहुत बड़ा अंतर आ सकता है।
निल्स बिरखोल्ज़, आणविक माइक्रोबायोलॉजी में पोस्टडॉक्टरल फेलो, ओटागो विश्वविद्यालय
यह लेख क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत द कन्वर्सेशन से पुनः प्रकाशित किया गया है। मूल लेख पढ़ें।
(शीर्षक को छोड़कर, इस कहानी को एनडीटीवी स्टाफ द्वारा संपादित नहीं किया गया है और एक सिंडिकेटेड फीड से प्रकाशित किया गया है।)