New Engineered Bacteria Could Prevent Side Effects of Antibiotics
मानव आंत माइक्रोबायोम का चित्रण।
एंटीबायोटिक्स को सुरक्षित रूप से तोड़ने वाले सूक्ष्मजीव अवसरवादी संक्रमणों को रोक सकते हैं और एंटीबायोटिक प्रतिरोध के प्रसार को कम कर सकते हैं।
एंटीबायोटिक्स जीवन रक्षक दवाएं हैं, लेकिन वे मानव आंत में रहने वाले लाभकारी रोगाणुओं को भी नुकसान पहुंचा सकती हैं। एंटीबायोटिक उपचार के बाद, कुछ रोगियों में सूजन या अवसरवादी संक्रमण विकसित होने का खतरा होता है जैसे क्लोस्ट्रीडायोड्स डिफिसाइल. आंत के रोगाणुओं पर एंटीबायोटिक दवाओं का अंधाधुंध उपयोग भी दवाओं के प्रतिरोध के प्रसार में योगदान कर सकता है।
उन जोखिमों को कम करने के प्रयास में, MIT
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>एमआईटी इंजीनियरों ने मानव पाचन तंत्र के प्राकृतिक वनस्पतियों की रक्षा करने में मदद करने के लिए एक नया तरीका विकसित किया है। उन्होंने बैक्टीरिया का एक स्ट्रेन लिया जो मानव उपभोग के लिए सुरक्षित है और इसे सुरक्षित रूप से एक एंजाइम का उत्पादन करने के लिए इंजीनियर किया है जो बीटा-लैक्टम नामक एंटीबायोटिक दवाओं के एक वर्ग को तोड़ता है। इनमें एम्पीसिलीन, एमोक्सिसिलिन और अन्य आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली दवाएं शामिल हैं।
जब यह “जीवित बायोथेराप्यूटिक” एंटीबायोटिक दवाओं के साथ दिया जाता है, तो यह आंत में माइक्रोबायोटा की रक्षा करता है, लेकिन रक्तप्रवाह में परिसंचारी एंटीबायोटिक दवाओं के स्तर को उच्च रहने देता है, शोधकर्ताओं ने चूहों के एक अध्ययन में पाया।
एमआईटी के इंस्टीट्यूट फॉर मेडिकल इंजीनियरिंग एंड साइंस (आईएमईएस) में मेडिकल इंजीनियरिंग और विज्ञान के टर्मियर प्रोफेसर जेम्स कॉलिन्स कहते हैं, “इस काम से पता चलता है कि एंटीबायोटिक दवाओं के प्रतिकूल प्रभावों को कम करने के लिए इंजीनियर चिकित्सा विज्ञान की एक नई श्रेणी बनाने के लिए सिंथेटिक जीवविज्ञान का उपयोग किया जा सकता है।” और जैविक इंजीनियरिंग विभाग, और नए अध्ययन के वरिष्ठ लेखक।
एंड्रेस क्यूबिलोस-रुइज़ पीएचडी ’15, आईएमईएस में एक शोध वैज्ञानिक और हार्वर्ड यूनिवर्सिटी में वाईस इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल इंस्पायर्ड इंजीनियरिंग, पेपर के प्रमुख लेखक हैं, जो 11 अप्रैल, 2022 को प्रकाशित हुआ था। नेचर बायोमेडिकल इंजीनियरिंग. अन्य लेखकों में एमआईटी स्नातक छात्र मिगुएल अलकांतर और पाब्लो कर्डेनस, वाइस इंस्टीट्यूट स्टाफ वैज्ञानिक नीना डोंघिया और ब्रॉड इंस्टीट्यूट के शोध वैज्ञानिक जूलियन एविला-पचेको शामिल हैं।
MIT के शोधकर्ताओं ने बैक्टीरिया के एक स्ट्रेन को इंजीनियर किया, जिसे छवि में L. lactis spTEM1 के रूप में जाना जाता है, जो मानव पाचन तंत्र के प्राकृतिक वनस्पतियों को एंटीबायोटिक दवाओं से बचाने में मदद कर सकता है और C. Difficile जैसे अवसरवादी संक्रमणों को विकसित होने से रोक सकता है। क्रेडिट: एमआईटी न्यूज द्वारा संपादित शोधकर्ताओं के सौजन्य से
आंत की रक्षा
पिछले दो दशकों में, शोध से पता चला है कि मानव आंत में सूक्ष्मजीव न केवल चयापचय बल्कि प्रतिरक्षा समारोह और तंत्रिका तंत्र के कार्य में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
“आपके पूरे जीवन में, ये आंत रोगाणु एक अत्यधिक विविध समुदाय में इकट्ठा होते हैं जो आपके शरीर में महत्वपूर्ण कार्यों को पूरा करते हैं,” क्यूबिलोस-रुइज़ कहते हैं। “समस्या तब आती है जब दवाएं या विशेष प्रकार के आहार जैसे हस्तक्षेप माइक्रोबायोटा की संरचना को प्रभावित करते हैं और एक परिवर्तित राज्य बनाते हैं, जिसे डिस्बिओसिस कहा जाता है। कुछ माइक्रोबियल समूह गायब हो जाते हैं, और दूसरों की चयापचय गतिविधि बढ़ जाती है। यह असंतुलन विभिन्न स्वास्थ्य समस्याओं को जन्म दे सकता है।”
एक बड़ी जटिलता जो हो सकती है वह है का संक्रमण सी. मुश्किल, एक सूक्ष्म जीव जो आमतौर पर आंत में रहता है लेकिन आमतौर पर नुकसान नहीं पहुंचाता है। जब एंटीबायोटिक्स प्रतिस्पर्धा करने वाले उपभेदों को मार देते हैं सी. मुश्किलहालांकि, ये बैक्टीरिया ले सकते हैं और दस्त और कोलाइटिस का कारण बन सकते हैं। सी. मुश्किल संयुक्त राज्य अमेरिका में हर साल लगभग 500,000 लोगों को संक्रमित करता है, और लगभग 15,000 मौतों का कारण बनता है।
डॉक्टर कभी-कभी एंटीबायोटिक्स लेने वाले लोगों को प्रोबायोटिक्स (लाभकारी बैक्टीरिया का मिश्रण) लिखते हैं, लेकिन वे प्रोबायोटिक्स आमतौर पर एंटीबायोटिक दवाओं के लिए भी अतिसंवेदनशील होते हैं, और वे आंत में पाए जाने वाले मूल माइक्रोबायोटा को पूरी तरह से दोहरा नहीं पाते हैं।
“मानक प्रोबायोटिक्स उस विविधता की तुलना नहीं कर सकते हैं जो देशी रोगाणुओं के पास है,” क्यूबिलोस-रुइज़ कहते हैं। “वे मूल रोगाणुओं के समान कार्यों को पूरा नहीं कर सकते हैं जिन्हें आपने जीवन भर पोषित किया है।”
माइक्रोबायोटा को एंटीबायोटिक दवाओं से बचाने के लिए, शोधकर्ताओं ने संशोधित बैक्टीरिया का उपयोग करने का निर्णय लिया। उन्होंने बैक्टीरिया के एक स्ट्रेन को इंजीनियर किया जिसे कहा जाता है लैक्टोकोकस लैक्टिस, जो आमतौर पर पनीर उत्पादन में उपयोग किया जाता है, एक एंजाइम देने के लिए जो बीटा-लैक्टम एंटीबायोटिक दवाओं को तोड़ता है। ये दवाएं संयुक्त राज्य अमेरिका में निर्धारित एंटीबायोटिक दवाओं का लगभग 60 प्रतिशत हिस्सा बनाती हैं।
जब इन जीवाणुओं को मौखिक रूप से वितरित किया जाता है, तो वे आंतों को क्षणिक रूप से आबाद करते हैं, जहां वे एंजाइम का स्राव करते हैं, जिसे बीटा-लैक्टामेज कहा जाता है। यह एंजाइम तब एंटीबायोटिक्स को तोड़ता है जो आंतों के मार्ग तक पहुंचते हैं। जब एंटीबायोटिक्स मौखिक रूप से दिए जाते हैं, तो दवाएं मुख्य रूप से पेट से रक्तप्रवाह में प्रवेश करती हैं, इसलिए दवाएं अभी भी उच्च स्तर पर शरीर में फैल सकती हैं। इस दृष्टिकोण का उपयोग एंटीबायोटिक दवाओं के साथ भी किया जा सकता है जो अंतःक्षिप्त होते हैं, जो अंत में आंत तक पहुंच जाते हैं। उनका काम समाप्त होने के बाद, इंजीनियर बैक्टीरिया पाचन तंत्र के माध्यम से उत्सर्जित होते हैं।
एंटीबायोटिक्स को नीचा दिखाने वाले इंजीनियर बैक्टीरिया का उपयोग करना अद्वितीय सुरक्षा आवश्यकताओं को प्रस्तुत करता है: बीटा-लैक्टामेज एंजाइम कोशिकाओं को आश्रय देने के लिए एंटीबायोटिक प्रतिरोध प्रदान करते हैं और उनके जीन विभिन्न बैक्टीरिया के बीच आसानी से फैल सकते हैं। इसे संबोधित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने जीवाणु द्वारा एंजाइम को संश्लेषित करने के तरीके को फिर से बनाने के लिए एक सिंथेटिक जीव विज्ञान दृष्टिकोण का उपयोग किया। उन्होंने बीटा-लैक्टामेज के लिए जीन को दो टुकड़ों में तोड़ दिया, जिनमें से प्रत्येक एंजाइम के एक टुकड़े को कूटबद्ध करता है। ये जीन खंड के विभिन्न टुकड़ों पर स्थित होते हैं DNA
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>डीएनएजिससे यह बहुत कम संभावना है कि दोनों जीन खंडों को किसी अन्य जीवाणु कोशिका में स्थानांतरित किया जाएगा।
इन बीटा-लैक्टामेज अंशों को सेल के बाहर निर्यात किया जाता है जहां वे एंजाइमेटिक फ़ंक्शन को बहाल करते हुए फिर से इकट्ठा होते हैं। चूंकि बीटा-लैक्टामेज अब आसपास के वातावरण में फैलने के लिए स्वतंत्र है, इसलिए इसकी गतिविधि आंत के जीवाणु समुदायों के लिए “सार्वजनिक अच्छा” बन जाती है। यह इंजीनियर कोशिकाओं को देशी आंत रोगाणुओं पर लाभ प्राप्त करने से रोकता है।
क्यूबिलोस-रुइज़ कहते हैं, “हमारी बायोकंटेनमेंट रणनीति अन्य बैक्टीरिया को क्षैतिज जीन स्थानांतरण या लाइव बायोथेरेप्यूटिक द्वारा एक अतिरिक्त प्रतिस्पर्धात्मक लाभ के अधिग्रहण के जोखिम के बिना एंटीबायोटिक-डिग्रेडिंग एंजाइमों को आंत में पहुंचाने में सक्षम बनाती है।”
माइक्रोबियल विविधता बनाए रखना
उनके दृष्टिकोण का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एम्पीसिलीन के प्रत्येक इंजेक्शन के लिए चूहों को इंजीनियर बैक्टीरिया की दो मौखिक खुराक दी। इंजीनियर बैक्टीरिया ने आंत में अपना रास्ता बना लिया और बीटा-लैक्टामेज को छोड़ना शुरू कर दिया। उन चूहों में, शोधकर्ताओं ने पाया कि रक्त प्रवाह को प्रसारित करने वाले एम्पीसिलीन की मात्रा उन चूहों में जितनी अधिक थी, जो इंजीनियर बैक्टीरिया प्राप्त नहीं करते थे।
आंत में, इंजीनियर बैक्टीरिया प्राप्त करने वाले चूहों ने केवल एंटीबायोटिक्स प्राप्त करने वाले चूहों की तुलना में माइक्रोबियल विविधता का उच्च स्तर बनाए रखा। उन चूहों में, एम्पीसिलीन प्राप्त करने के बाद माइक्रोबियल विविधता का स्तर नाटकीय रूप से गिर गया। इसके अलावा, इंजीनियर बैक्टीरिया प्राप्त करने वाले चूहों में से कोई भी अवसरवादी विकसित नहीं हुआ सी. मुश्किल संक्रमण, जबकि केवल एंटीबायोटिक्स प्राप्त करने वाले सभी चूहों ने उच्च स्तर दिखाया सी. मुश्किल आंत में।
“यह एक मजबूत प्रदर्शन है कि यह दृष्टिकोण एंटीबायोटिक की प्रभावकारिता को संरक्षित करते हुए आंत माइक्रोबायोटा की रक्षा कर सकता है, क्योंकि आप रक्त प्रवाह में स्तरों को संशोधित नहीं कर रहे हैं,” क्यूबिलोस-रुइज़ कहते हैं।
शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि एंटीबायोटिक उपचार के विकासवादी दबाव को समाप्त करने से आंत के रोगाणुओं के उपचार के बाद एंटीबायोटिक प्रतिरोध विकसित करने की संभावना बहुत कम हो गई। इसके विपरीत, उन्होंने रोगाणुओं में एंटीबायोटिक प्रतिरोध के लिए कई जीन पाए जो चूहों में जीवित रहे जिन्होंने एंटीबायोटिक्स प्राप्त किए लेकिन इंजीनियर बैक्टीरिया नहीं। उन जीनों को हानिकारक जीवाणुओं में स्थानांतरित किया जा सकता है, जिससे एंटीबायोटिक प्रतिरोध की समस्या और बढ़ जाती है।
शोधकर्ता अब उपचार के एक संस्करण को विकसित करना शुरू करने की योजना बना रहे हैं जिसका परीक्षण उन लोगों में किया जा सकता है जो एंटीबायोटिक-प्रेरित आंत डिस्बिओसिस से होने वाली तीव्र बीमारियों के विकास के उच्च जोखिम वाले लोगों में परीक्षण कर सकते हैं, और उन्हें उम्मीद है कि अंततः, इसका उपयोग किसी भी व्यक्ति की रक्षा के लिए किया जा सकता है जिसे इसकी आवश्यकता है आंत के बाहर संक्रमण के लिए एंटीबायोटिक्स लें।
“अगर आंत में एंटीबायोटिक कार्रवाई की आवश्यकता नहीं है, तो आपको माइक्रोबायोटा की रक्षा करने की आवश्यकता है। यह उसी तरह है जब आप एक्स-रे प्राप्त करते हैं, आप अपने शरीर के बाकी हिस्सों को आयनकारी विकिरण से बचाने के लिए एक सीसा एप्रन पहनते हैं, “क्यूबिलोस-रुइज़ कहते हैं। “कोई पिछला हस्तक्षेप इस स्तर की सुरक्षा प्रदान नहीं कर सकता था। हमारी नई तकनीक के साथ हम लाभकारी आंत रोगाणुओं को संरक्षित करके और नए एंटीबायोटिक प्रतिरोधी रूपों के उद्भव की संभावना को कम करके एंटीबायोटिक दवाओं को सुरक्षित बना सकते हैं।
इस शोध पर अधिक जानकारी के लिए देखें इंजीनियर लाइव बायोथेराप्यूटिक एंटीबायोटिक्स से आपके आंत माइक्रोबायोम की रक्षा करता है.
संदर्भ: एंड्रेस क्यूबिलोस-रुइज़, मिगुएल ए। अलकांतर, नीना एम। डोंगिया, पाब्लो कार्डेनस, जूलियन एविला-पचेको और जेम्स जे। कॉलिन्स द्वारा “एंटीबायोटिक-प्रेरित डिस्बिओसिस की रोकथाम के लिए एक इंजीनियर लाइव बायोथेराप्यूटिक”। 11 अप्रैल 2022, नेचर बायोमेडिकल इंजीनियरिंग.
डीओआई: 10.1038/एस41551-022-00871-9
शोध को डिफेंस थ्रेट रिडक्शन एजेंसी, पॉल जी एलन फ्रंटियर्स ग्रुप, वाईस इंस्टीट्यूट और एक नेशनल साइंस फाउंडेशन स्नातक अनुसंधान फेलोशिप द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
