લગભગ એક સદી પહેલા, સ્ટેફાયલોકોકસ ઓરિયસ (S. aureus) ની એક સિંગલ કોલોનીએ એન્ટિબાયોટિક યુગની શરૂઆત કરવામાં મદદ કરી હતી. 1928 માં, એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ તેમની લંડન લેબમાં પાછા ફર્યા ત્યારે તેમણે જોયું કે એક અનિયંત્રિત ફૂગ (mould) એ તેમની એક પ્લેટ પર ઉગતા સ્ટેફાયલોકોકસનો નાશ કરી દીધો હતો. આ અકસ્માતે વિશ્વને પેનિસિલિન આપ્યું, બાયોમેડિસિન યુગની શરૂઆત કરી અને સુનિશ્ચિત કર્યું કે ચેપગ્રસ્ત કાપો અથવા છોલાવું ઘાતક નહીં બને.   સ્ટેફાયલોકોકસ ઓરિયસ એવા પ્રથમ બેક્ટેરિયામાં સામેલ હતું જેને પેનિસિલિને નમ્ર બનાવ્યું હતું. તે એક વિડંબના છે કે તે જ સજીવ હવે વિશ્વ આરોગ્ય સંસ્થાના સૌથી વધુ ડરવા યોગ્ય સુપરબગ્સની સૂચિમાં બેઠું છે.

ESKAPE જૂથ બનાવતા છ રોગકારક બેક્ટેરિયામાંથી એક તરીકે, જે અસંખ્ય એન્ટિબાયોટિક્સથી 'બચવા' અથવા છટકી જવાની તેની ક્ષમતા માટે કુખ્યાત છે, મેથિસિલિન-રેસિસ્ટન્ટ સ્ટેફાયલોકોકસ ઓરિયસ, અથવા MRSA, ESKAPE માં 'S' નું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. આ બેક્ટેરિયા ત્વચા, રક્તપ્રવાહ અને સર્જિકલ-ઈમ્પ્લાન્ટ ચેપનું કારણ બનવા માટે કુખ્યાત છે. જાહેર આરોગ્ય અધિકારીઓ નિયમિતપણે એન્ટિમાઇક્રોબાયલ રેસિસ્ટન્સ (AMR) ની 'શાંત મહામારી' વિશે ચેતવણી આપે છે, જ્યાં અસાધ્ય ચેપોને કારણે નિયમિત તબીબી પ્રક્રિયાઓ ફરી એકવાર જીવન માટે જોખમી બની શકે છે.

ધ લેન્સેટ (The Lancet) માં પ્રકાશિત 2024 ના ગ્લોબલ રિસર્ચ ઓન એન્ટિમાઇક્રોબાયલ રેસિસ્ટન્સ (GRAM) અભ્યાસ અનુસાર, દવા-પ્રતિરોધક ચેપ 2025 અને 2050 વચ્ચે 3.9 કરોડથી વધુ લોકોને સીધી રીતે મારી શકે છે, જેમાં રેસિસ્ટન્ટ સ્ટેફાયલોકોકસ ચેપ સીધી રીતે આશરે 1,30,000 મૃત્યુ સાથે જોડાયેલા છે. ભારત સહિત દક્ષિણ એશિયામાં સૌથી વધુ બોજ એટલે કે અંદાજિત 1.18 કરોડ મૃત્યુ થવાની ધારણા છે.

આ પૃષ્ઠભૂમિ સામે જ ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ટેકનોલોજી ગાંધીનગર (IITGN) ને સામેલ કરતા એક સહયોગી અભ્યાસે પ્રયોગશાળામાં બનાવેલ એક એવો મોલેક્યુલ ડિઝાઇન કર્યો છે જે મોટાભાગના એન્ટિબાયોટિક્સ જે એન્ઝાઇમને અવગણે છે તેને નિષ્ક્રિય કરીને S. aureus ને મારી નાખે છે. આ અભ્યાસ કેમિસ્ટ્રી એન્ડ બાયોડાયવર્સિટી (Chemistry & Biodiversity) માં પ્રકાશિત થયો હતો અને ઇન્ડિયન કાઉન્સિલ ઓફ મેડિકલ રિસર્ચ-ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ હેલ્થ રિસર્ચ દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવ્યું હતું.

"મોટાભાગના એન્ટિબાયોટિક્સ જાણીતા માર્ગો દ્વારા બેક્ટેરિયા પર હુમલો કરે છે, જેમાં તેમની દીવાલોમાં પંચર કરવું અને તેમની પ્રોટીન બનાવવાની સિસ્ટમને જામ કરવી શામેલ છે. મુશ્કેલી એ છે કે બેક્ટેરિયાએ તે પ્રહારોથી બચવાનું શીખવામાં દાયકાઓ વિતાવ્યા છે," આ અભ્યાસના કોરેસ્પોન્ડિંગ લેખક અને IITGN ના કેમિસ્ટ્રી અને બાયોલોજિકલ સાયન્સિસ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ વિભાગ સાથે જોડાયેલા પ્રો. ભાસ્કર દત્તા સમજાવે છે. "એન્ટિબાયોટિક રેસિસ્ટન્સ, ઘણી રીતે, એક ઇવોલ્યુશનરી આર્મ્સ રેસ (વિકાસવાદી શસ્ત્ર સ્પર્ધા) છે. એટલા માટે સંશોધકો હુમલાના નવા પોઈન્ટ શોધી રહ્યા છે."

IITGN ના સંશોધકોએ, જામિયા મિલિયા ઇસ્લામિયા, જામિયા હમદર્દ, ઝિયાન જિયાઓટોંગ-લિવરપૂલ યુનિવર્સિટી, અને અમદાવાદ સ્થિત કંપની સુશેન મેડિકામેન્ટોસ (Sushen Medicamentos) ના સહકર્મીઓ સાથે મળીને AMR ની સમસ્યાનો સામનો કરવા માટે એક નવો અભિગમ અજમાવવાનું નક્કી કર્યું. જીવંત રહેવા અને ગુણાકાર કરવા માટે, દરેક બેક્ટેરિયલ કોષે તેના જીનોમનું પુનરાવર્તન (replicate) કરવું આવશ્યક છે. આ પ્રક્રિયા મોલેક્યુલર બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ, ખાસ કરીને પાયરિમીડિન ન્યુક્લિયોટાઇડ્સના સતત પુરવઠા પર આધારિત છે. થાઇમિડિન કાઇનેસ (TK) એ એક નાનો એન્ઝાઇમ છે જે બેક્ટેરિયાને તેના ડીએનએની નકલ અને સમારકામ માટે જરૂરી કેમિકલ બિલ્ડિંગ બ્લોક્સને રિસાયકલ કરવામાં મદદ કરે છે. જો TK નિષ્ક્રિય થઈ જાય, તો કોષનું જીનેટિક એન્જિન અટકી જાય છે.

અગાઉના કામમાં TK ને એક આવશ્યક જનીન તરીકે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. કારણ કે આજના એન્ટિબાયોટિક્સ આ એન્ઝાઇમને વ્યાપકપણે લક્ષ્ય બનાવતા નથી, તેથી બેક્ટેરિયામાં વ્યાપક પ્રતિકાર પદ્ધતિઓ વિકસિત થઈ ન હોઈ શકે, જે તેને એક આકર્ષક ડ્રગ ટાર્ગેટ બનાવે છે. સંશોધકો પાસે કામ કરવા માટે વિગતવાર માળખાકીય નકશો પણ હતો. પ્રો. મોહમ્મદ ઇમ્તિયાઝ હસનની ટીમે તાજેતરમાં S. aureus થાઇમિડિન કાઇનેસની ક્રિસ્ટલ રચના ઉકેલી હતી, જેણે સંશોધકોને એન્ઝાઇમનો અણુ-સ્તરનો વ્યુ આપ્યો હતો અને, મહત્વપૂર્ણ રીતે, તે પોકેટનો વ્યુ આપ્યો હતો જેને તેઓ તેમના મોલેક્યુલ દ્વારા લક્ષ્ય બનાવવા માંગતા હતા. પ્રો. હસન આ અભ્યાસના સહ-કોરેસ્પોન્ડિંગ લેખક છે અને જામિયા મિલિયા ઇસ્લામિયા, નવી દિલ્હી ખાતેના સેન્ટર ફોર ઇન્ટરડિસિપ્લિનરી રિસર્ચ ઇન બેઝિક સાયન્સિસ સાથે જોડાયેલા છે.

એન્ઝાઇમની કુદરતી રસાયણશાસ્ત્રની નકલ કરવાને બદલે, રસાયણશાસ્ત્રીઓએ એન્ટિબેક્ટેરિયલ સંશોધનમાં લાંબો ઇતિહાસ ધરાવતા બે ટુકડાઓમાંથી એક નવો મોલેક્યુલ ભેગો કર્યો: એક થિયાઝોલ રિંગ અને સોલ્ફોનામાઇડ જૂથ, જે બાદમાં પ્રારંભિક એન્ટિબાયોટિક્સનું કેમિકલ વંશજ છે. સંશ્લેષિત નવ ઉમેદવારોમાંથી, એક આઇઓડો- અને ટ્રાઇફ્લોરોમિથાઇલ-સબ્સ્ટીટ્યુટેડ સંયોજન, DSA3, સૌથી શક્તિશાળી તરીકે ઉભરી આવ્યું.

કોમ્પ્યુટર આધારિત મોલેક્યુલર ડોકિંગનો ઉપયોગ કરીને, સંશોધકોએ આગાહી કરી કે દરેક સંયોજન એન્ઝાઇમમાં કેવી રીતે ફીટ થઈ શકે છે. DSA3 એ થાઇમિડિન કાઇનેસ સાથે સૌથી મજબૂત અંદાજિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દર્શાવી, ખાસ કરીને ATP-બાઇન્ડિંગ પોકેટમાં જે એન્ઝાઇમ કાર્ય માટે આવશ્યક છે. આ તે પોકેટ છે જ્યાં એન્ઝાઇમ સામાન્ય રીતે તેનું રાસાયણિક બળતણ પકડે છે, તેથી તેને અવરોધિત કરવાથી એન્ઝાઇમનું કામ અટકી જાય છે. તે પોકેટની અંદર, DSA3 કેટલાક મુખ્યા એમિનો એસિડ્સ (એન્ઝાઇમ બનાવતા બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ) ને પકડી રાખે છે, જેમાં એક સીધી રીતે એન્ઝાઇમની પ્રવૃત્તિ માટે જવાબદાર છે. લાંબા કોમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન્સે સૂચવ્યું કે DSA3 આ પ્રદેશમાં રહેવા છતાં એન્ઝાઇમ સ્થિર રહ્યો.

કોમ્પ્યુટેશનલ મોડેલિંગે DSA3 ને સૌથી આશાસ્પદ ઉમેદવાર તરીકે ઓળખ્યા પછી, સંશોધકોએ પરીક્ષણ કર્યું કે તે અંદાજ મુજબ કામ કરે છે કે નહીં. લેબોરેટરી પ્રયોગોએ દર્શાવ્યું કે DSA3 થાઇમિડિન કાઇનેસ સાથે જોડાય છે અને તેની પ્રવૃત્તિ ઘટાડે છે, જેમાં 6.996 μM એન્ઝાઇમની પ્રવૃત્તિને અડધી કરી દે છે. આણે પુરાવો આપ્યો કે મોલેક્યુલ તેના લક્ષ્યમાં દખલ કરી શકે છે.

વધુમાં, ટીમે તપાસ કરી કે DSA3 એન્ઝાઇમ સાથે કેવી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. ફ્લોરોસન્સ માપનનો ઉપયોગ કરીને, તેમણે DSA3 ઉમેરવા પર એન્ઝાઇમના કુદરતી ફ્લોરોસન્સમાં ફેરફારો જોયા. આનાથી સંકેત મળ્યો કે મોલેક્યુલ પ્રોટીન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી રહ્યો હતો. આઇસોથર્મલ ટાઇટ્રેશન કેલરીમેટ્રી તરીકે ઓળખાતી એક અલગ તકનીકે, જ્યારે બંને એકસાથે આવ્યા ત્યારે ઉત્પન્ન થયેલી અથવા શોષાયેલી ઉષ્માના નાના જથ્થાને માપ્યો. પરિણામોએ વધુ પુરાવા આપ્યા કે DSA3 થાઇમિડિન કાઇનેસ સાથે સ્થિર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બનાવે છે.

છેલ્લે, સંશોધકોએ પરીક્ષણ કર્યું કે TK ને અવરોધિત કરવાથી બેક્ટેરિયા પર તેની અસર થાય છે કે નહીં. સ્ટેફાયલોકોકસ ઓરિયસ સામેના લેબોરેટરી પરીક્ષણોમાં, DSA3 એ બેક્ટેરિયાના વિકાસને અટકાવ્યો અને, ઉચ્ચ સાંદ્રતા પર, બેક્ટેરિયાને મારી નાખ્યા. સંશોધકોએ વિકાસને અટકાવતી સાંદ્રતા પર જીવંત બેક્ટેરિયલ કોષોમાં પણ નોંધપાત્ર ઘટાડો જોયો.

"અમે DSA3 ને પ્રારંભિક પુરાવા (proof of concept) અને પ્રારંભિક સ્કેફોલ્ડ તરીકે જોઈએ છીએ. તે દવા નથી," ડો. રાજેશ કે હાડિયાએ જણાવ્યું હતું, જેઓ સહ-પ્રથમ લેખક અને IITGN ના ભૂતપૂર્વ પીએચડી સ્કોલર છે, જેમણે સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ રિસર્ચ બોર્ડ-કોનફેડરેશન ઓફ ઇન્ડિયન ઇન્ડસ્ટ્રી (SERB-CII) પ્રાઇમ મિનિસ્ટર્સ ફેલોશિપ પ્રાપ્ત કરી હતી. "તેની શક્તિમાં સુધારો કરવાની જરૂર છે, અને આગામી પગલાંઓમાં રેસિસ્ટન્ટ ક્લિનિકલ આઇસોલેટ્સ સામે પરીક્ષણ કરવું, માનવ એન્ઝાઇમ પર પસંદગી ચકાસવી અને પ્રાણી મોડેલોમાં આગળ વધવું શામેલ છે. પરંતુ બરાબર ત્યાં જ ઔષધીય રસાયણશાસ્ત્રની શરૂઆત થાય છે."

આ નવીનતા AMR નો સામનો કરવા માટેની રાષ્ટ્રીય અને આંતરરાષ્ટ્રીય પહેલો સાથે સુસંગત છે, કારણ કે દવા-પ્રતિરોધક બેક્ટેરિયા લોકો અને પશુધન વચ્ચે સહેલાઈથી ફેલાય છે. ઇન્ડિયન કાઉન્સિલ ઓફ મેડિકલ રિસર્ચ તરફથી મળેલા ભંડોળ સાથે અને મુખ્યત્વે ભારતીય સંસ્થાઓ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવેલ આ સંશોધન એન્ટિબેક્ટેરિયલ દવાની શોધ અને વિકાસ માટે ભારતની ક્ષમતાને મજબૂત કરવાના વ્યાપક પ્રયાસમાં પણ યોગદાન આપે છે. આ અભિગમ 'વન હેલ્થ' માળખા સાથે સુસંગત છે, જે લોકો, પ્રાણીઓ અને પર્યાવરણ વચ્ચે આરોગ્યની પરસ્પર જોડાયેલી પ્રકૃતિને સ્વીકારે છે અને ભારતના નેશનલ એક્શન પ્લાન ઓન એન્ટિમાઇક્રોબાયલ રેસિસ્ટન્સ 2.0 (NAP-AMR 2.0) અને નેશનલ વન હેલ્થ મિશન જેવી પહેલોને આધાર આપે છે.

આ કાર્ય ઉપરોક્ત નીતિઓમાં કેવી રીતે વણાયેલું છે તે વિશે બોલતા, પ્રોફેસર દત્તાએ જણાવ્યું હતું કે, "આ માળખાઓ દ્વારા નિર્ધારિત મોટા લક્ષ્યને પૂર્ણ કરવા માટે અમે અગાઉ વિશિષ્ટ વ્યૂહરચનાઓ અને ઓછા શોધાયેલા લક્ષ્યોનો ઉપયોગ કરવાનો અહેવાલ આપ્યો છે. અહીં અમારા સતત પ્રયાસોના ભાગરૂપે અમે બતાવ્યું છે કે ચોક્કસ કેમિકલ વર્ગ ચોક્કસ, માપી શકાય તેવી રીતે ઓછો ઉપયોગમાં લેવાતા એન્ટિમાઇક્રોબાયલ લક્ષ્યને જોડી શકે છે."

તે પ્રયાસ શરૂ કરવા માટે આ એક આદર્શ જગ્યા છે. અગણિત બેક્ટેરિયાને મારનારી એક અનિયંત્રિત ફૂગે એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગની પ્લેટ પર સ્ટેફાયલોકોકસનો નાશ કર્યો અને એન્ટિબાયોટિક યુગ ખોલ્યો તેના લગભગ એક સદી પછી, તે જ બગ જેણે સૌપ્રથમ સાબિત કર્યું હતું કે આ દવાઓ કામ કરે છે, તે એવી નબળાઈઓ શોધવાનું ચાલુ રાખવાનું એક કારણ બની ગયું છે જેની સામે તેણે રક્ષણ મેળવવાનું હજુ સુધી શીખ્યું નથી.