मोंटाना स्टेट यूनिवर्सिटी के माइक्रोबायोलॉजिस्ट मैथ्यू फील्ड्स का मानना है कि ग्रह पर रहने वाले अधिकांश बैक्टीरिया कॉलोनियों में मौजूद हैं। बायोफिल्म के रूप में जाने जाने वाले, ये चिपचिपे समुच्चय मृत पड़ोसियों की कोशिकाओं से पुनर्चक्रित डीएनए, प्रोटीन और अन्य अणुओं के धागों द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं। ऐसी सामाजिकता प्राचीन है. पृथ्वी पर जीवन के सबसे पुराने ज्ञात साक्ष्यों में से कुछ जीवाश्म बायोफिल्म हैं जिन्हें स्ट्रोमेटोलाइट्स के नाम से जाना जाता है। पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में स्ट्रोमेटोलाइट्स का एक समूह 3.5 बिलियन वर्ष पुराना माना जाता है।
सहवास से बड़ा लाभ होता है। जब बायोफिल्म काफी बड़े हो जाते हैं, तो शत्रु पक्षों के लिए उनमें प्रवेश करना कठिन हो जाता है। कुछ अनुमानों से पता चलता है कि ये किले एंटीबायोटिक दवाओं के लिए बैक्टीरिया को 1,000 गुना तक कठिन बना सकते हैं। लेकिन जो बात बैक्टीरिया के लिए वरदान है, वह उन कई मनुष्यों के लिए अभिशाप है, जिन्हें उनके साथ रहना होगा। 2022 के आंकड़े बताते हैं कि बायोफिल्म सभी मानव जीवाणु संक्रमणों में से 60% में भूमिका निभाते हैं। वे संयुक्त प्रत्यारोपण पर एकत्र होते हैं और कैथेटर को अवरुद्ध कर देते हैं। वे अस्पतालों में बेड रेल, लाइट स्विच और इनक्यूबेटर का उपनिवेश करते हैं। वे खुले घावों को संक्रमित करते हैं, और आपके दांतों के बीच प्लाक उत्पन्न करते हैं।
2017 में ब्रिटेन के नेशनल बायोफिल्म इनोवेशन सेंटर ने बायोफिल्म का वैश्विक आर्थिक बोझ $3.9trn से अधिक रखा। यह सिर्फ स्वास्थ्य लागत से कहीं अधिक का प्रतिनिधित्व करता है। बायोफिल्म्स कर सकते हैं धातुओं का संक्षारण करना और बुनियादी ढांचे को बर्बाद कर दिया।
समस्या के पैमाने के बावजूद, इस ओर बहुत कम ध्यान आकर्षित किया गया है। एक कारण यह है कि बायोफिल्मों को तुलनात्मक रूप से कम समझा जाता है। बैक्टीरिया की कई अलग-अलग प्रजातियां एक ही बायोफिल्म में एकजुट हो सकती हैं, जिससे प्रयोगशाला में सटीक मॉडल बनाना कठिन हो जाता है। फिर भी, प्रगति हो रही है। बायोफिल्म्स की बेहतर समझ उनसे छुटकारा पाने के उपाय बता रही है।
कोई भी दो बायोफिल्म बिल्कुल एक जैसे नहीं हैं। लेकिन वे तब शुरू होते हैं जब एक जीवाणु सतह पर अपना रास्ता खोज लेता है, जो अक्सर भोजन से आकर्षित होता है। यह खुद को जोड़ने के लिए चिपचिपे यौगिकों का स्राव करता है और विभाजित होना शुरू कर देता है। सबसे तेजी से प्रजनन करने वाले उपभेदों के लिए, कुछ दिनों या कुछ घंटों के भीतर, वंशजों की एक छोटी कॉलोनी बन गई है।
बैक्टीरियोपोलिस के अंदर
नए बैक्टीरिया और कोई भी इच्छुक राहगीर कई तरीकों से खुद को कॉलोनी से जोड़ सकते हैं। इनमें बैक्टीरिया द्वारा स्रावित पॉलिमर शामिल हैं। डीएनए के अणु आमतौर पर जीव की आनुवंशिक जानकारी रखते हैं, लेकिन बैक्टीरिया उन्हें जैव रासायनिक गोंद के रूप में पुन: उपयोग कर सकते हैं। अप्रैल में नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित एक पेपर में, इंपीरियल कॉलेज लंदन के बैक्टीरियोलॉजिस्ट टियागो कोस्टा ने बताया कि कंजुगेटिव पिली, बाल जैसे फिलामेंट्स जो बैक्टीरिया आनुवंशिक जानकारी का आदान-प्रदान करने के लिए उपयोग करते हैं, उन्हें एक साथ बांधने के लिए भी पुन: उपयोग किया जा सकता है।
बैक्टीरिया अपने वातावरण में पाए जाने वाले अन्य रसायनों से भी अवरोध बना सकते हैं। उदाहरण के लिए, जीवित शरीरों में बायोफिल्म कभी-कभी अपने मेजबान की प्रतिरक्षा प्रणाली का शोषण कर सकते हैं। जब श्वेत रक्त कोशिकाएं किसी जीवाणु संक्रमण का पता लगाती हैं, तो वे कभी-कभी इसे घेरने के लिए बाह्य कोशिकीय डीएनए के तार छोड़ती हैं। लेकिन वह अक्सर उल्टा असर करता है, बायोफिल्म को एक साथ बांधने में मदद करता है।
बायोफिल्म-निर्माण कोरम सेंसिंग द्वारा नियंत्रित किया जाता है, एक ऐसी प्रक्रिया जिसके द्वारा बैक्टीरिया रासायनिक संदेशों का आदान-प्रदान करते हैं ताकि यह पता लगाया जा सके कि उनके कितने साथी पास में हैं, और प्रतिक्रिया में उनके व्यवहार को समायोजित करते हैं। अंतिम परिणाम कुछ-कुछ एक तदर्थ बहुकोशिकीय जीव जैसा होता है, जो पोषक तत्वों को ले जाने और अपशिष्ट को हटाने के लिए अरबों व्यक्तिगत बैक्टीरिया और स्पोर्टिंग चैनलों से बना होता है। 1 सितंबर को कम्युनिकेशंस बायोलॉजी में प्रकाशित एक पेपर में, कोपेनहेगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पाया कि, कभी-कभी, बायोफिल्म को बनाने के लिए एक ठोस सतह की भी आवश्यकता नहीं होती है। खानाबदोश जनजाति के डॉ. कोस्टा कहते हैं, इसके सदस्य एक निश्चित बस्ती के बजाय, तरल माध्यम में तैरते अन्य जीवाणुओं पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं – जो समकक्ष है।
यह सामंजस्य बायोफिल्म को अलग-अलग बैक्टीरिया की तुलना में अधिक कठिन बना देता है। एक बायोफिल्म अपने अधिकांश सदस्यों को एंटीबायोटिक दवाओं और प्रतिरक्षा कोशिकाओं से बचाता है, जो इसकी बाहरी परतों से परे घुसने के लिए संघर्ष करते हैं। बायोफिल्म की अंतरतम गहराई में बैक्टीरिया हाइबरनेशन जैसी स्थिति में प्रवेश कर सकते हैं जिसमें उनका चयापचय बहुत धीमा हो जाता है। यह इन तथाकथित “पर्सिस्टर्स” को लंबे समय तक जीवित रहने की अनुमति देता है, और किसी भी एंटीबायोटिक का अधिक दृढ़ता से विरोध करने की अनुमति देता है जो काम करने के लिए जीवाणु कोशिका रसायन विज्ञान को बाधित करने पर निर्भर करता है। हमला होने पर बायोफिल्म के टुकड़े भी टूट सकते हैं, जिससे शरीर में कहीं और नए संक्रमण पैदा हो सकते हैं।
यह सब एक चुनौती बनता है। डॉ. कोस्टा कहते हैं, “यह खाई युद्ध की तरह है। हम एक जीवाणु के खिलाफ नहीं लड़ रहे हैं, हम एक सेना के खिलाफ लड़ रहे हैं।” अधिकांश हथियार अल्पविकसित हैं: खुले घावों को साफ करना, एंटीबायोटिक्स लिखना, या, संक्रमित प्रत्यारोपण के मामले में, उन्हें हटाना, उन्हें स्टरलाइज़ करना और उन्हें वापस लगाना।
लेकिन शस्त्रागार बढ़ रहा है. एक आशाजनक हथियार है अक्तेरिओफगेस. ये ऐसे वायरस हैं जो बैक्टीरिया को उसी तरह संक्रमित करते हैं जैसे कई बैक्टीरिया अन्य जीवों को संक्रमित करते हैं। एंटीबायोटिक दवाओं की तरह, फ़ेज़ मेजबान की कोशिकाओं को अकेला छोड़ देते हैं। एंटीबायोटिक दवाओं के विपरीत, वे अपने शिकार को मारने की प्रक्रिया में खुद को अधिक नुकसान पहुंचाते हैं। इसका मतलब यह है कि एक छोटी सी शुरुआती खुराक भी इतनी बड़ी विरोधी सेना बन सकती है कि जीवाणु अवरोधों पर हमला कर सके। और ऐसा माना जाता है कि बैक्टीरिया के लिए फेज के प्रति प्रतिरोध विकसित करना कठिन होता है, जिस तरह से वे कई दवाओं के लिए करते हैं, क्योंकि फेज स्वयं नई सुरक्षा का मुकाबला करने के लिए विकसित हो सकते हैं।
कुछ प्रयोगशाला अध्ययनों में फेज को प्रभावी दिखाया गया है, लेकिन डेटा की कमी ने व्यावसायिक दवाओं के आगमन को रोक दिया है। वह बदल रहा है. ग्लासगो स्थित फिक्स्ड फेज उन कई कंपनियों में से एक है जो बायोफिल्म्स को लक्षित करने के लिए फेज विकसित करने की कोशिश कर रही है। यह कुत्तों के दांतों में सड़न रोकने और सांसों की दुर्गंध दूर करने के लिए एक उत्पाद पर काम कर रहा है। उम्मीद है कि यह जल्द ही कुत्तों से आगे बढ़ जाएगा और मनुष्यों में मधुमेह के पैर के संक्रमण के खिलाफ फेज का परीक्षण करेगा।
क्वींस यूनिवर्सिटी बेलफ़ास्ट के एक माइक्रोबायोलॉजिस्ट ब्रेंडन गिलमोर ठंडे प्लाज्मा की जांच कर रहे हैं, एक ऐसा पदार्थ जिसमें इलेक्ट्रॉनों को उनके मूल परमाणुओं से चिलचिलाती तापमान के बजाय एक शक्तिशाली विद्युत क्षेत्र द्वारा छीन लिया गया है। हालाँकि एक बायोफिल्म प्लाज्मा के संपर्क में आने से बच सकती है, डॉ. गिलमोर और उनकी टीम का मानना है कि तनाव “पर्सिस्टर्स” के चयापचय को इतना बढ़ा सकता है कि एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति उनकी संवेदनशीलता को बहाल किया जा सके।
इस बीच, पिट्सबर्ग में पेप्टीलॉजिक्स नामक एक बायोटेक कंपनी बैक्टीरिया को निष्क्रिय करने के तरीके तलाश रही है, भले ही वे हाइबरनेट कर रहे हों। यह PLG0206 नामक एक छोटे प्रोटीन के साथ प्रयोग कर रहा है जो बायोफिल्म के अंदर नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए वातावरण से आकर्षित होता है। एक बार वहां पहुंचने पर, यह जीवाणु कोशिकाओं की झिल्लियों को बाधित कर सकता है, चाहे उनकी गतिविधि का स्तर कुछ भी हो। कृत्रिम जोड़ों में संक्रमण वाले 14 रोगियों पर चरण 1 का नैदानिक परीक्षण अक्टूबर 2022 में शुरू हुआ। अंतरिम डेटा आशाजनक लग रहा है।
किले में रास्ता खोजने के बजाय, कुछ लोग इसे ध्वस्त करने की उम्मीद कर रहे हैं। 2008 में स्टीवन गुडमैन, जो उस समय दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में थे, और ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में उनके सहयोगी लॉरेन बकाल्ट्ज़ ने पाया कि बायोफिल्म के दो सार्वभौमिक घटक प्रतीत होते हैं – मानक-इश्यू स्क्रू जिन्हें सही उपकरण से ढीला किया जा सकता है। प्रश्न में पेंच एक परिवार में दो प्रोटीन हैं जिन्हें DNABII (उच्चारण DNA-B-2) के रूप में जाना जाता है। वे उन स्थानों से जुड़ते हैं जहां डीएनए मचान के तार पार होते हैं। उन्हें हटा दें, और बायोफिल्म नष्ट हो जानी चाहिए।
पिछले 15 वर्षों में, उन्होंने दो दर्जन से अधिक जीवाणु प्रजातियों पर अपने सिद्धांत का परीक्षण किया है, जिनमें तपेदिक और कुष्ठ रोग के लिए जिम्मेदार प्रजातियां भी शामिल हैं। DNABII के लुप्त होने से कोई भी बायोफिल्म नहीं बची। दोनों शोधकर्ता अब ओहियो स्थित बायोटेक कंपनी क्लेरामेटिक्स के वैज्ञानिक बोर्ड की अध्यक्षता करते हैं, जिसका उद्देश्य उनकी खोज को नैदानिक उत्पादों में बदलना है।
क्लेरामेटिक्स सीएमटीएक्स-101 विकसित कर रहा है, जो बायोफिल्म से दो डीएनएबीआईआई प्रोटीनों में से एक को हटाने के लिए प्रोग्राम की गई दवा है। यह दवा एक एंटीबॉडी है, जिसे लक्ष्य प्रोटीन के संपर्क में आने पर चूहों द्वारा उत्पादित समान एंटीबॉडी से मानव उपयोग के लिए अनुकूलित किया गया है। क्लेरामेटेक्स को उम्मीद है कि सीएमटीएक्स-101 के अंतःशिरा इंजेक्शन का उपयोग एक दिन एंटीबायोटिक दवाओं के साथ किया जा सकता है। निमोनिया के रोगियों पर पहला मानव परीक्षण नवंबर 2022 में शुरू हुआ। परिणाम 2024 की शुरुआत में आने की उम्मीद है। कंपनी को उम्मीद है कि वह जल्द ही सिस्टिक फाइब्रोसिस वाले रोगियों पर परीक्षण शुरू करेगी।
इसी लक्ष्य का पीछा करने वाली एक अन्य बायोटेक कंपनी कैलिफोर्निया स्थित ट्रेलिस बायोसाइंसेज है। प्रयोगशाला में DNABII-लक्षित एंटीबॉडी विकसित करने के बजाय, वे उस एंटीबॉडी की तलाश में लग गए जो पहले से ही मनुष्यों में मौजूद थी। तीन साल के परीक्षणों के बाद उन्होंने एक एंटीबॉडी की पहचान की जिसे वे TRL1068 कहते हैं, जो क्लैरामेटेक्स के अणु की तरह, बायोफिल्म से DNABII प्रोटीन निकाल सकता है। जब कई एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोधी जीवाणु एमआरएसए के बायोफिल्म से संक्रमित चूहों पर परीक्षण किया गया, तो उन्होंने एंटीबायोटिक प्रभावकारिता में 1,000 गुना वृद्धि सक्षम की। कंपनी के अध्यक्ष स्टीफ़न रायसर कहते हैं, ”हम पारंपरिक एंटीबायोटिक्स को फिर से काम में ला रहे हैं।”
तोड़फोड़ का काम
मई में फर्म ने पुराने कृत्रिम-संयुक्त संक्रमण वाले आठ रोगियों में चरण 1 परीक्षणों के परिणामों की घोषणा की। किसी भी मरीज़ को छह महीने के बाद दोबारा संक्रमण नहीं हुआ, और दो के प्रत्यारोपण पर बायोफिल्म के कोई लक्षण नहीं दिखे। ट्रेलिस अब बड़े परीक्षणों की योजना बना रहा है।
यह कहना जल्दबाजी होगी कि इनमें से कौन सा, यदि कोई हो, दृष्टिकोण उपयोगी दवाओं का कारण बन सकता है। लेकिन जैसे-जैसे बैक्टीरिया एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोध विकसित करना जारी रखेंगे, बायोफिल्म्स से उत्पन्न होने वाली समस्याएं और बढ़ेंगी। क्लेरामेटेक्स के बॉस डेव रिचर्ड्स कहते हैं, “मुझे लगता है कि इस क्षेत्र में कई खिलाड़ियों के लिए जगह है।” जितनी अधिक कंपनियां इसमें शामिल होंगी, उनमें से किसी एक के लिए कुछ क्रांतिकारी करने की संभावना उतनी ही अधिक होगी।
