सुपरबैक्टेरिया से लड़ने का नवीनतम तरीका – संश्लेषित एंटीबायोटिक्स और एंटीबैक्टीरियल पॉलीमर

एंटीबायोटिक प्रतिरोध का खतरा

हाल ही में प्रकाशित एक लेख में हमने बताया कि एंटीबायोटिक प्रतिरोध सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए बढ़ता खतरा क्यों है।

“एंटीमाइक्रोबियल प्रतिरोध (AMR) ने 2019 में सीधे 1.27 मिलियन मौतें करवाई हैं, जिसमें 5 में से 1 पीड़ित 5 वर्ष से कम उम्र का बच्चा था। और 2019 में मृत्यु हुए 4.95 मिलियन लोग दवा-प्रतिरोधी संक्रमणों से पीड़ित थे, जैसे निचले श्वसन, रक्तप्रवाह, और अंतः-उदर संक्रमण।”

उस लेख में हमने देखा कि AI बैक्टीरिया के प्रतिरोध को हराने वाली नई एंटीबायोटिक श्रेणियाँ खोजने में कैसे मदद कर सकता है। हमने “जीवित एंटीबायोटिक बनाना: BiomX बनाम Armata (PHGE )” में वायरस, यानी बैक्टीरियोफेज, के उपयोग पर भी चर्चा की।

मौजूदा स्थिति में 2050 तक एंटीबायोटिक प्रतिरोध से होने वाली मौतें प्रति वर्ष एक करोड़ तक पहुँच सकती हैं। इसका एक कारण यह है कि बाजार तक पहुँचने वाली नई एंटीबायोटिक श्रेणी की अंतिम खोज 1987 में हुई थी। हालांकि, सिंथेटिक बायोलॉजी और सिंथेटिक पॉलिमर सहित बैक्टीरियल संक्रमण रोकने के अन्य तरीके भी हो सकते हैं।

सिंथेटिक प्रोटीन

एक नया एंटीबायोटिक?

जैविक अनुसंधान का एक उभरता क्षेत्र ऐसे अमीनो अम्लों से प्रोटीन बनाता या संशोधित करता है जिनका जीवित कोशिकाएँ सामान्यतः उपयोग नहीं करतीं। सैद्धांतिक रूप से प्रोटीन सैकड़ों अलग-अलग अमीनो अम्लों से बनाए जा सकते हैं। जीवों द्वारा केवल 20 अमीनो अम्लों का उपयोग डार्विनीय विकास का एक परिणाम है।

इस विधि का उपयोग उन यौगिकों को संशोधित करने के लिए किया जा सकता है जिनमें कुछ रोचक गुण होते हैं और उन्हें बहुत अधिक प्रभावी बनाया जा सकता है।

यह वही है जो Dr Ishwar Singh की टीम ने मिट्टी के बैक्टीरिया में पाए गए संभावित नए एंटीबायोटिक के साथ किया है। यह teixobactin, नामक अणु उत्पन्न करता है, जिसे स्टैफ़िलोकॉक्स ऑरियस, जिसमें एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी MRSA भी शामिल है, को मारने के लिए दिखाया गया है।

स्रोत: Science Direct

प्रतिरोध के उत्पन्न होने से रोकना

Teixobactin प्रतिरोध विकसित होने के प्रति कम संवेदनशील हो सकता है क्योंकि इसका कार्य तंत्र बैक्टीरिया की झिल्ली में लिपिड्स को लक्षित करता है, न कि अधिक अनुकूलनीय प्रोटीन को। फिर भी, यह चिंता बनी रहती है कि Teixobactin के बड़े पैमाने पर क्लिनिकल उपयोग से प्रतिरोध उत्पन्न हो सकता है।

इस जोखिम को कम करने का एक तरीका एंटीबायोटिक को बहुत अधिक शक्तिशाली बनाना है, जिससे जीवित रहने वाले बैक्टीरिया की संख्या घटे और इसलिए वे अनुकूलित न हो सकें। Dr Singh की टीम ने पाया है कि वे Teixobactin के कुछ प्रोटीन निर्माण ब्लॉकों को सस्ते और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध गैर-प्रोटेजेनिक अमीनो एसिड्स से बदल सकते हैं।

इससे एंटीबैक्टीरियल क्षमता भी 16-32 गुना बढ़ गई।

ऐसे शानदार परिणाम एंटीबायोटिक विकास में एक पूरी नई शोध क्षेत्र खोल सकते हैं:

• पहले अपर्याप्त सक्रिय यौगिकों को पुनः इंजीनियर करके एंटीबायोटिक का एक पूरी नई वर्ग बनाया जा सकता है।
• विस्तृत प्रतिरोध से पीड़ित एंटीबायोटिक को संशोधित करके प्रतिरोध तंत्र को बायपास किया जा सकता है।
• संश्लेषित प्रोटीन डिज़ाइनों का उपयोग करके, संभवतः AI के साथ एंटीबैक्टीरियल गतिविधि को डिजाइन और स्क्रीन करने के लिए, नई अणुओं को शून्य से बनाया जा सकता है।

सिंथेटिक पॉलीमर

सार्वभौमिक बैक्टीरिया मारने वाले

ऐसे रासायनिक प्रभाव हैं जिनके खिलाफ बैक्टीरिया महत्वपूर्ण प्रतिरोध विकसित नहीं करते। उदाहरण के लिए, शुद्ध अल्कोहल सतहों को आज भी उतनी ही प्रभावी ढंग से कीटाणुरहित कर सकता है जितना कि सदियों पहले करता था। यह इसलिए है क्योंकि एंटीबैक्टीरियल प्रभाव मूलभूत भौतिक प्रभावों से जुड़ा होता है। अल्कोहल के मामले में, इथेनॉल की प्रोटीन की 3D संरचना को नष्ट करने की क्षमता किसी भी जीव को नुकसान पहुंचाती है।

एंटीबायोटिक में ऐसे तंत्रों के उपयोग की समस्या यह है कि सार्वभौमिक होने के कारण वे मानव कोशिकाओं के लिए भी अत्यधिक विषैले होते हैं। इसलिए संक्रमण की स्थिति में उन्हें सामान्यतः रोगी के शरीर के भीतर इस्तेमाल नहीं किया जा सकता।

चयनात्मक सिंथेटिक पॉलीमर

बैक्टीरियल कोशिकाओं के लिए विषैली एक सार्वभौमिक रासायनिक घटना कोशिका झिल्ली का विघटन है। धनायनिक पॉलिमर बैक्टीरिया की कोशिका के भीतर और बाहर के रासायनिक ढाल को नष्ट करके ऐसा कर सकते हैं।

इन अणुओं से एंटीबायोटिक विकसित करने की समस्या यह है कि वे स्तनधारी, अर्थात मानव, कोशिकाओं के लिए विषैले होते हैं।

डॉ. क्वेंटिन मिशॉडेल के नेतृत्व वाली Texas A&M टीम का मानना है कि उसने समस्या का समाधान खोज लिया है। टीम ने पाया कि पॉलिमर को इस तरह बदला जा सकता है कि वह बैक्टीरिया के लिए हानिकारक हो लेकिन स्तनधारी कोशिकाओं के लिए नहीं, या कम से कम बहुत कम हो।

“पॉलीमर आर्किटेक्चर के कोर के निकट केशनिक समूहों की स्थिति, साइड चेन पर जोड़ने के बजाय, उनकी जैवक्रियाशीलता और बैक्टीरियल कोशिकाओं के प्रति चयनशीलता को स्तनधारी कोशिकाओं की तुलना में सुधार सकती है।” – PNAS

जीवविज्ञान की तुलना में रसायन विज्ञान पर अधिक निर्भर यह प्रक्रिया समान गुणों वाले कई अन्य पॉलिमर तक बढ़ाई जा सकती है। लंबे समय में यह ऐसा जीवाणुरोधी या एंटीबायोटिक उत्पाद विकसित करने के सबसे आशाजनक मार्गों में से एक हो सकता है जो प्रतिरोध पैदा न करे।

इन खोजों से लाभान्वित होने वाली कंपनियां

Teixobactin को कंपनी Novobiotic को लाइसेंस किया गया है। हालांकि, यह एक निजी स्वामित्व वाली कंपनी है, इसलिए यह अधिकांश निवेशकों के लिए सुलभ नहीं है।

सिंथेटिक पॉलीमर संभवतः उन औद्योगिक दिग्गजों द्वारा सबसे अच्छा निर्मित किए जाएंगे जिनके पास जटिल पॉलीमर उत्पादन का अनुभव है, जैसे BASF (BASFY) या Dow (DOW)। लेकिन बेशक, यह भविष्य के पेटेंट और उन विश्वविद्यालयों और शोधकर्ताओं से लाइसेंसिंग पर निर्भर कर सकता है जिन्होंने उत्पाद की खोज की। फिर भी, दीर्घकाल में, ऐसे एंटीबायोटिक पेटेंट समाप्त हो जाएंगे और एक रासायनिक वस्तु बन जाएंगे, जिससे रासायनिक उद्योग के दिग्गज या जेनरिक दवा निर्माता जैसे Sandoz Group AG (SDZNY) को लाभ होगा।

यदि AI प्रारंभिक चरण में विषाक्तता की जांच या इन खोजों के आसपास सिंथेटिक बायोलॉजी के विचारों के अनुसार नए यौगिक खोजने में उपयोगी साबित होता है, तो पहले उल्लेखित कंपनियां, जैसे Schrödinger, Inc. (SDGR) (SDGR ), Exscientia (EXAI), और Recursion Pharmaceuticals (RXRX )  (RXRX), Inc संभवतः भी योगदान दे सकेंगी।