माध्यमिक जीवविज्ञान · Grades 10–12

18जीवाणु और प्रतिजैविक प्रतिरोध

1941 में एक खरोंच से हुई रक्त-विषाक्तता से मर रहे किसी सिपाही को पेनिसिलिन की वे पहली ख़ुराकें दी गईं जो कभी किसी रोगी पर इस्तेमाल हुईं। वह कुछ ही दिनों में उबर आया — और जब फफूँद से बड़ी मेहनत से निकाला गया वह भंडार चुक गया तो वह लौटकर बीमार पड़ा और मर गया। दशक भर के भीतर पेनिसिलिन टन के हिसाब से बनने लगी और जो संक्रमण हज़ारों साल से जान लेते आए थे वे हफ़्ते भर में ठीक होने लगे। और दो दशकों के भीतर हर अस्पताल में ऐसे जीवाणु आम हो गए जिन्हें पेनिसिलिन छूती तक नहीं थी। यह अध्याय इसी के बारे में है कि ऐसा क्यों हुआ: जीवाणुओं में विविधता कैसे आती है, कोई प्रतिजैविक उन्हें कैसे छाँटता है, और अरबों की आबादी का गणित किसी विरले उत्परिवर्तन को पूरे वार्ड की समस्या में कैसे बदल देता है।

1943 में अपनी मेज़ पर एलेक्ज़ेंडर फ़्लेमिंग, उन संवर्धन प्लेटों के साथ जिन पर पंद्रह साल पहले उन्होंने देखा था कि कोई फफूँद अपने चारों ओर के जीवाणु साफ़ कर रही है। फ़ोटोग्राफ़, इंपीरियल वॉर म्यूज़ियम्स, सार्वजनिक डोमेन।

18.1 जीवाणुओं में विविधता कैसे आती है

प्रतिज्ञप्ति 18.1 (जीवाणुओं का जनन और विविधता)

कोई जीवाणु अपने अकेले गुणसूत्र की नक़ल बनाकर दो में बँटकर जनन करता है: और नक़ल की ग़लतियों को छोड़ दें तो दोनों पुत्रियाँ आनुवंशिक रूप से माता जैसी ही होती हैं — यानी एक क्लोन। पोषक माध्यम में हर 20 मिनट पर एक विभाजन दस घंटे में एक कोशिका को एक अरब में बदल देता है। उस क्लोन में आनुवंशिक विविधता दो स्रोतों से आती है:

उत्परिवर्तन (अध्याय 13), जो प्रति विभाजन विरले हैं पर अरबों की आबादी में बारंबार;
क्षैतिज जीन अंतरण: यानी किसी दूसरे जीवाणु से, उसी जाति के या किसी और के, मिला हुआ DNA, जो अक्सर किसी प्लाज़्मिड के रूप में आता है — यानी DNA का एक छोटा वृत्त, जो गुणसूत्र से अलग होता है, चंद जीन ढोता है, और झिल्ली के एक पुल से होकर कोशिका-दर-कोशिका जा सकता है।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

क्षैतिज अंतरण। कोई प्लाज़्मिड — यानी DNA का छोटा वृत्त जो कोई प्रतिरोध जीन ढो सकता है — एक पुल पार करके एक जीवाणु से दूसरे में नक़ल हो जाता है, और उस दूसरे का उसी जाति का होना ज़रूरी नहीं। वह ग्राही, और उसके सारे वंशज, वह जीन एक ही क़दम में पा लेते हैं।

उदाहरण 18.2 (किसी आबादी का गणित)

प्रतिरोध का कोई उत्परिवर्तन लगभग $10^8$ विभाजनों में एक बार उठता है। इसलिए $10^9$ जीवाणुओं की किसी फ़्लास्क में, उसे बनाने वाले विभाजनों में, क़रीब दस ऐसे उत्परिवर्तन हो चुके हैं; और $10^{12}$ जीवाणुओं वाले किसी संक्रमित घाव या किसी आँत में क़रीब दस हज़ार। जीवाणुओं की हर बड़ी आबादी, किसी भी प्रतिजैविक के इस्तेमाल से पहले ही, उसके प्रतिरोधी कोशिकाएँ रखती है — और अध्याय 13 की प्रतिकृति प्लेटों ने यही सिद्ध किया था।

18.2 प्रतिजैविक

परिभाषा 18.3 (प्रतिजैविक)

प्रतिजैविक वह अणु है जो जीवाणुओं को मारता है या उनकी वृद्धि रोक देता है, और वह भी ऐसी सांद्रताओं पर जो रोगी की कोशिकाओं के लिए हानिरहित हों, क्योंकि वह किसी ऐसी रचना या प्रक्रिया पर काम करता है जो जीवाणुओं के पास है और मानव कोशिकाओं के पास नहीं: पेनिसिलिन और उसके नातेदार जीवाणु की भित्ति का बनना रोक देते हैं; स्ट्रेप्टोमाइसिन और टेट्रासाइक्लिन जीवाणु का राइबोसोम जाम कर देते हैं, जो हमारे वाले से अलग है; और कुछ दूसरे DNA प्रतिकृतिकरण के जीवाणु-एंजाइम रोक देते हैं। अधिकांश पहले-पहल फफूँदों और मिट्टी के जीवाणुओं में मिले, जो उन्हें अपने प्रतिस्पर्धियों के ख़िलाफ़ बनाते हैं। विषाणुओं पर प्रतिजैविकों का कोई असर नहीं, क्योंकि उनके पास इनमें से कोई निशाना है ही नहीं।

प्रतिज्ञप्ति 18.4 (प्रतिरोध की क्रियाविधियाँ)

कोई जीवाणु किसी प्रतिजैविक के प्रति प्रतिरोधी तब है जब वह उन सांद्रताओं पर भी बढ़े जो उसके संवेदनशील नातेदारों को रोक देती हैं। प्रतिरोध का आनुवंशिक आधार चंद क़िस्मों में से कोई एक होता है: प्रतिजैविक को नष्ट करते किसी एंजाइम का जीन (पेनिसिलिनेज़ पेनिसिलिन को दो टुकड़ों में काट देते हैं); प्रतिजैविक के निशाने को बदल देता कोई उत्परिवर्तन, ताकि वह दवा बँधे ही नहीं (कोई बदला हुआ राइबोसोमी प्रोटीन); उस दवा को बाहर धकेलता कोई पंप; या ऐसी भित्ति जो उसे भीतर आने ही न दे। हर एक कोई युग्मविकल्पी या जीन है, और हर एक विरासत में जाता है — क्लोन के भीतर ऊर्ध्वाधर रूप से, और प्लाज़्मिड पर हो तो पड़ोसियों तक क्षैतिज रूप से।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

विधि 18.5 (प्रतिजैविकालेख पढ़ना)

कोई प्रतिजैविकालेख किसी रोगी के जीवाणुओं को एक साथ कई प्रतिजैविकों के सामने परखता है।

जीवाणु किसी प्लेट पर बराबर-बराबर फैलाइए; हर एक पर एक प्रतिजैविक सोखी काग़ज़ की चकतियाँ रखिए; और रात भर ऊष्मायन कीजिए।
वह प्रतिजैविक चकती से बाहर विसरित होता है और उसकी सांद्रता दूरी के साथ गिरती है; और जीवाणु एक चादर की तरह उग आते हैं, सिवाय वहाँ जहाँ वह सांद्रता उन्हें रोक दे: यानी हर चकती के चारों ओर एक साफ़ अवरोध क्षेत्र।
हर क्षेत्र का व्यास नापिए और उस प्रतिजैविक के लिए तय दहलीज़ से तुलना कीजिए: दहलीज़ से ऊपर का व्यास संवेदनशील का मतलब है, और उससे नीचे प्रतिरोधी का।
संवेदनशील नतीजों में सबसे बड़े क्षेत्र दवा लिखने की राह दिखाते हैं; और जिस चकती के चारों ओर कोई क्षेत्र ही न हो वह प्रतिजैविक उस प्रभेद के लिए बेअसर है।

पढ़ा गया एक प्रतिजैविकालेख। हर चकती एक प्रतिजैविक रखती है; और साफ़ क्षेत्र वह है जहाँ जीवाणु उग ही नहीं सके। हर दवा की दहलीज़ से तुलना करने पर ये व्यास उस प्रभेद को A और D के प्रति संवेदनशील तथा B, C और E के प्रति प्रतिरोधी बताते हैं।

रात भर के ऊष्मायन के बाद प्रतिजैविकालेख की एक प्लेट: जीवाणुओं की एक चादर, और हर प्रतिजैविक चकती के चारों ओर एक साफ़ क्षेत्र जिसका आकार उस प्रभेद की संवेदनशीलता नापता है। एक चकती के चारों ओर कोई क्षेत्र नहीं।

18.3 प्रतिरोध फैलता कैसे है

प्रतिज्ञप्ति 18.6 (प्रतिजैविक द्वारा वरण)

कोई प्रतिजैविक प्रतिरोधी जीवाणु बनाता नहीं; वह उन्हें छाँट लेता है। जिस आबादी में चंद कोशिकाएँ कोई प्रतिरोध युग्मविकल्पी ढोती हों, वहाँ वह दवा संवेदनशील बहुमत को मार या रोक देती है और उन थोड़े प्रतिरोधियों को बिना प्रतिस्पर्धा के बढ़ने देती है: कुछ ही दिनों में वह पूरी आबादी प्रतिरोधी हो जाती है। किसी प्रतिजैविक का जितना अधिक इस्तेमाल हो — रोगियों में, जानवरों में, पर्यावरण में — यह छँटाई उतनी ही बार होती है, और किसी अस्पताल, खेत या देश के जीवाणु उतने ही प्रतिरोधी होते जाते हैं। और अधूरा कोर्स, जो सबसे संवेदनशील कोशिकाएँ मार देता है और सबसे कम संवेदनशील को बख़्श देता है, सबसे असरदार तरीक़े से छाँटता है।

साक्ष्य. लेडरबर्ग की प्रतिकृति प्लेटों ने दिखाया था कि प्रतिरोधी कोशिकाएँ संपर्क से पहले ही मौजूद थीं। किसी प्रतिजैविक की चढ़ती सांद्रताओं में हफ़्ते भर उगाए गए संवर्धन शुरुआती ख़ुराक से सौ गुना के प्रति प्रतिरोधी निकलते हैं, और उनका प्रतिरोध विरासत में जाता है तथा ख़ास उत्परिवर्तनों पर टिकता है। जो देश प्रति व्यक्ति सबसे अधिक प्रतिजैविक इस्तेमाल करते हैं उनमें प्रतिरोधी प्रभेदों का अनुपात सबसे ऊँचा है; और जो अस्पताल वार्ड अपना इस्तेमाल घटाते हैं वे महीनों में प्रतिरोध गिरता देखते हैं। त्वचा के जीवाणु Staphylococcus aureus का पेनिसिलिन-प्रतिरोधी प्रभेद उस दवा के आने के चार साल के भीतर उभर आया और अब अधिकांश अस्पताली प्रभेद वही हैं; और उसकी जगह लाई गई दवा का प्रतिरोधी प्रभेद उसके दो साल बाद ही आ गया। ∎

प्रतिजैविक के कोर्स के दौरान वरण। संवेदनशील कोशिकाएँ (नीली) कुछ ही दिनों में मार दी जाती हैं; और वे थोड़े प्रतिरोधी (लाल) बिना विरोध के बढ़ते हैं तथा हफ़्ते के अंत तक पूरी आबादी बन जाते हैं। यदि रोगी दिन 3 पर रुक जाए, तो बचे हुए दोबारा उग आते हैं — और अब लगभग सब प्रतिरोधी।

उदाहरण 18.7 (एक कोशिका से पूरे वार्ड तक)

पेनिसिलिन से इलाज पाता कोई रोगी $10^{10}$ जीवाणुओं के बीच सौ प्रतिरोधी जीवाणु ढोता है। तीन दिन में संवेदनशील जा चुके होते हैं और प्रतिरोधी क्लोन ने उनकी जगह ले ली होती है: यानी $10^{10}$ प्रतिरोधी कोशिकाएँ। किसी नर्स के हाथों पर, किसी बिस्तर की रेलिंग पर, अगले रोगी में, वह क्लोन चलता रहता है — और यदि उसका प्रतिरोध जीन किसी प्लाज़्मिड पर हो, तो वह उसे रास्ते भर दूसरी जातियों को भी सौंपता जाता है। इस पूरे क्रम में कहीं भी प्रतिजैविक को DNA पर काम करने की ज़रूरत नहीं पड़ी; उसने केवल प्रतिस्पर्धा हटाई।

18.4 प्रतिजैविकों को चलता रखना

प्रतिज्ञप्ति 18.8 (नतीजे और जवाब)

प्रतिरोधी संक्रमण लंबे, महँगे और अधिक बार जानलेवा होते हैं; और कुछ प्रभेद अब हर उपलब्ध दवा का प्रतिरोध करते हैं। चूँकि प्रतिरोध इस्तेमाल से चलता है, इसलिए जवाब यही है कि प्रतिजैविक कम और बेहतर इस्तेमाल किए जाएँ: केवल जीवाणु-संक्रमणों के लिए (विषाणु वाले ज़ुकाम और फ़्लू के लिए कभी नहीं), जहाँ हो सके वहाँ प्रतिजैविकालेख के बाद चुने हुए, पूरी ख़ुराक में और पूरे कोर्स भर, तथा काम कर जाने वाली सबसे सँकरी दवा के साथ; खेती में उनका इस्तेमाल सीमित किया जाए; संक्रमण रोका जाए (स्वच्छता, टीकाकरण) ताकि कम कोर्स चाहिए हों; और अस्पतालों में प्रतिरोधी प्रभेदों के वाहक अलग रखे जाएँ। नए प्रतिजैविक समय ख़रीदते हैं; पर वरण का गणित इस बात की गारंटी देता है कि हर एक का प्रतिरोध उभरेगा ही।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

टिप्पणी 18.9 (हफ़्ते भर में जैव विकास)

उत्परिवर्तन यादृच्छिक रूप से विविधता जुटाता है, पर्यावरण उसे छाँटता है, और बचे हुओं के वंशज वह फ़र्क़ विरासत में पाते हैं: इस अध्याय के जीवाणु हफ़्ते भर में वही प्रक्रिया दौड़ लेते हैं जिसका वर्णन आख़िरी वर्ष ह्वेल और बलूत के लिए करोड़ों साल पर करेगा। प्रतिजैविक प्रतिरोध प्राकृतिक वरण से होता जैव विकास ही है, जो असली समय में देखा जा रहा है और जिसमें छाँटने वाला कारक मनुष्य है — और यह सबसे साफ़ प्रदर्शन है कि यह प्रक्रिया अतीत के बारे में कोई सिद्धांत नहीं, बल्कि हर उस आबादी के बारे में एक तथ्य है जो बदलती और जनन करती हो।

18.5 अभ्यास

अभ्यास 18.1 ★

किसी जीवाणु आबादी में आनुवंशिक विविधता के दोनों स्रोतों के नाम लिखिए।

हल

हल — अभ्यास 18.1.

क्लोन के विभाजनों के दौरान उठते उत्परिवर्तन, और क्षैतिज जीन अंतरण — यानी किसी दूसरे जीवाणु से मिला DNA, जो आमतौर पर कोई प्लाज़्मिड होता है।

अभ्यास 18.2 ★

प्रतिजैविक क्या है, और वह जीवाणुओं को नुक़सान पहुँचाकर भी रोगी की कोशिकाओं को क्यों नहीं पहुँचाता? वह ज़ुकाम के ख़िलाफ़ बेकार क्यों है?

हल

हल — अभ्यास 18.2.

वह अणु जो किसी ऐसी रचना पर काम करके जीवाणुओं को मारता है या उनकी वृद्धि रोक देता है जो जीवाणुओं के पास है और मानव कोशिकाओं के पास नहीं (भित्ति, जीवाणु का राइबोसोम, जीवाणु के प्रतिकृतिकरण एंजाइम)। ज़ुकाम विषाणु का होता है, और विषाणुओं के पास इनमें से कोई निशाना है ही नहीं।

अभ्यास 18.3 ★

वे तीन क्रियाविधियाँ बताइए जिनसे कोई जीवाणु किसी प्रतिजैविक का प्रतिरोध कर सकता है।

हल

हल — अभ्यास 18.3.

प्रतिजैविक को नष्ट करता कोई एंजाइम; बदला हुआ कोई निशाना जिससे वह दवा अब बँधती ही नहीं; और उस दवा को बाहर धकेलता कोई पंप (या ऐसी भित्ति जो उसे भीतर न आने दे)।

अभ्यास 18.4 ★

प्रतिजैविकालेख वाले चित्र में कोई नई चकती F $18\,\mathrm{mm}$ की दहलीज़ के साथ $20\,\mathrm{mm}$ का क्षेत्र देती है। संवेदनशील या प्रतिरोधी? A से F में से आप कौन-सा प्रतिजैविक लिखेंगे?

हल

हल — अभ्यास 18.4.

संवेदनशील (18 से ऊपर 20), पर बस ज़रा-सा। D, जिसका अपनी दहलीज़ से हाशिया सबसे चौड़ा है, और उसके बाद A।

अभ्यास 18.5 ★

क्या कोई प्रतिजैविक, प्रतिरोध के उत्परिवर्तन पैदा करता है? अध्याय 13 के प्रयोग से कारण बताइए।

हल

हल — अभ्यास 18.5.

नहीं। प्रतिकृति प्लेटों पर प्रतिरोधी कॉलोनियाँ हर प्रतिजैविक प्लेट पर उन्हीं जगहों पर उभरती हैं, इसलिए वे प्रतिरोधी कोशिकाएँ उन मूल कॉलोनियों में पहले से थीं, जो उस दवा से कभी मिलीं ही नहीं। प्रतिजैविक उजागर करता और छाँटता है; प्रेरित नहीं करता।

अभ्यास 18.6 ★★

हर 20 मिनट में विभाजित होते एक जीवाणु से शुरू करके 10 घंटे बाद कितने होंगे? यदि प्रतिरोध प्रति $10^8$ विभाजनों में एक बार उठे, तो उस संवर्धन में संभवतः कितनी प्रतिरोधी कोशिकाएँ होंगी?

हल

हल — अभ्यास 18.6.

30 विभाजन: $2^{30} \approx 10^9$ कोशिकाएँ। उन्हें लगभग $10^9$ विभाजनों ने बनाया: यानी औसतन क़रीब 10 प्रतिरोधी कोशिकाएँ — और उत्परिवर्तन जल्दी हुआ हो तो उससे अधिक।

अभ्यास 18.7 ★★

वरण वाले चित्र से बताइए कि प्रतिरोधी कोशिकाएँ किस दिन कुल का बहुमत बन जाती हैं। बिंदुदार वाले हाल में दिन 6 पर कुल आबादी कितनी है, और वह किससे बनी है?

हल

हल — अभ्यास 18.7.

दिन 3 के आसपास, जब संवेदनशील कोशिकाएँ गिरकर लगभग 0.2% रह जाती हैं और प्रतिरोधी चढ़कर लगभग 1%। दिन 6 पर बिंदुदार वाला कुल दोबारा 100% पर है, और वह लगभग पूरा प्रतिरोधी कोशिकाओं का बना है (दिन 3 के संवेदनशील बचे हुए भी दोबारा उगे, पर छोटे आधार से)।

अभ्यास 18.8 ★★

समझाइए कि किसी प्लाज़्मिड पर बैठा प्रतिरोध जीन गुणसूत्र पर बैठे जीन से तेज़ी से क्यों फैलता है।

हल

हल — अभ्यास 18.8.

गुणसूत्र वाला जीन केवल उस क्लोन के वंशजों तक जाता है; और प्लाज़्मिड क्षैतिज रूप से भी जाता है, असंबद्ध कोशिकाओं तक और दूसरी जातियों तक, तथा एक ही अंतरण किसी कोशिका को उत्परिवर्तन का इंतज़ार किए बिना तुरंत प्रतिरोध दे देता है।

अभ्यास 18.9 ★★

सात दिन के कोर्स के तीन दिन बाद कोई रोगी बेहतर महसूस करके उसे रोक देता है। चित्र की मदद से समझाइए कि अगले दिनों में क्या होता है और लौटकर आया रोग ठीक करना कठिन क्यों होता है।

हल

हल — अभ्यास 18.9.

दिन 3 पर संवेदनशील कोशिकाएँ प्रतिशत के किसी अंश भर रह जाती हैं जबकि प्रतिरोधी चढ़ रही होती हैं; और दवा के बिना सारे बचे हुए दोबारा उग आते हैं, तथा जो आबादी लौटती है वह मूल आबादी से कहीं अधिक प्रतिरोधियों से भरी होती है। लौटा हुआ रोग उसी दवा का जवाब अब नहीं देता।

अभ्यास 18.10 ★★

अस्पतालों में प्रतिरोधी प्रभेदों का अनुपात आम आबादी से ऊँचा क्यों होता है?

हल

हल — अभ्यास 18.10.

अस्पताल बहुत-से रोगियों पर, जो पास-पास होते हैं, प्रतिजैविक ज़ोर-शोर से इस्तेमाल करते हैं: वरण लगातार चलता है, और छँटे हुए प्रभेद हाथों तथा सतहों से रोगी-दर-रोगी पहुँचते जाते हैं।

अभ्यास 18.11 ★★

समझाइए कि किसी राइबोसोमी प्रोटीन को बदल देता कोई उत्परिवर्तन किसी जीवाणु को स्ट्रेप्टोमाइसिन का प्रतिरोधी कैसे बना सकता है, और ऐसा जीवाणु अक्सर अपने संवेदनशील नातेदारों से ज़रा धीमा क्यों बढ़ता है।

हल

हल — अभ्यास 18.11.

स्ट्रेप्टोमाइसिन किसी राइबोसोमी प्रोटीन से बँधकर काम करता है; और बदला हुआ प्रोटीन उससे बँधता ही नहीं, इसलिए अनुवादन चलता रहता है। पर वह बदलाव राइबोसोम के सामान्य काम को भी ज़रा बिगाड़ देता है, इसलिए प्रोटीन-संश्लेषण, और वृद्धि, ज़रा धीमे रहते हैं — यानी प्रतिरोध का एक दाम।

अभ्यास 18.12 ★★★

अलग-अलग निशानों वाले दो प्रतिजैविक साथ दिए जाते हैं। स्वतंत्र उत्परिवर्तनों से (हर एक $10^8$ में एक) किसी कोशिका के दोनों का प्रतिरोधी होने की प्रायिकता आँकिए, और समझाइए कि तपेदिक जैसे धीमे, लंबे संक्रमणों के ख़िलाफ़ मिली-जुली चिकित्सा क्यों इस्तेमाल होती है।

हल

हल — अभ्यास 18.12.

प्रति विभाजन $10^{-8} \times 10^{-8} = 10^{-16}$ : इसलिए $10^{12}$ जीवाणुओं के साथ भी किसी कोशिका के दोनों ढोने की संभावना नहीं। तपेदिक में इलाज महीनों चलता है और जीवाणु अरबों में होते हैं, इसलिए एक दवा का प्रतिरोध छँटना निश्चित है; और एक साथ दो दवाएँ छँटने के लिए कोई बचा हुआ छोड़ती ही नहीं।

अभ्यास 18.13 ★★★

कोई खेत वृद्धि तेज़ करने के लिए जानवरों के चारे में प्रतिजैविक की कम ख़ुराकें मिलाता है। वरण और क्षैतिज अंतरण की मदद से जानवरों के जीवाणुओं के लिए, खेत के मज़दूरों के लिए, और मानव चिकित्सा के लिए नतीजों का अनुमान लगाइए।

हल

हल — अभ्यास 18.13.

कम ख़ुराकें जानवरों की आँत में आबादी को मारे बिना प्रतिरोधी प्रभेद छाँट लेती हैं; मज़दूर उन्हें संपर्क से पा लेते हैं; और प्लाज़्मिड वे जीन मानव रोगजनकों तक तथा गोबर के रास्ते पर्यावरण तक पहुँचा देते हैं। इस तरह उस दवा का, और उससे मिलती-जुलती मानव दवाओं का, प्रतिरोध चिकित्सा में चढ़ जाता है।

अभ्यास 18.14 ★★★

कोई वार्ड अपनी प्रतिजैविक दवाएँ आधी कर देता है; और साल भर में प्रतिरोधी प्रभेदों का अनुपात गिर जाता है। जीवाणु के लिए प्रतिरोध के दाम और प्रतिस्पर्धा की मदद से समझाइए कि प्रतिरोध पीछे कैसे हट सकता है।

हल

हल — अभ्यास 18.14.

प्रतिरोध अक्सर जीवाणु को कुछ दाम देता है (धीमा राइबोसोम, बनाने के लिए कोई एंजाइम): इसलिए दवा के बिना संवेदनशील कोशिकाएँ ज़रा तेज़ बढ़ती हैं और कई पीढ़ियों में प्रतिरोधियों को पीछे छोड़ देती हैं। अनुपात गिर जाता है — पर वे प्रतिरोध जीन आबादी में कम बारंबारता पर बने रहते हैं, दोबारा छँटने के लिए तैयार।

अभ्यास 18.15 ★★★

“जीवाणु इसलिए प्रतिरोधी हो जाते हैं कि उन्हें उस प्रतिजैविक की आदत पड़ जाती है।” उत्परिवर्तन, वरण और वंशागति की मदद से इस वाक्य को एक छोटे अनुच्छेद में सही करके लिखिए।

हल

हल — अभ्यास 18.15.

जीवाणु अकेले-अकेले ढलते नहीं। किसी भी बड़ी आबादी में चंद कोशिकाएँ, किसी यादृच्छिक उत्परिवर्तन से या किसी दूसरी कोशिका से मिले प्लाज़्मिड से, ऐसा युग्मविकल्पी ढोती हैं जो उन्हें प्रतिरोधी बनाता है। वह प्रतिजैविक बाक़ियों को मार देता है; और प्रतिरोधी कोशिकाएँ गुणित होकर वह युग्मविकल्पी अपने वंशजों तक पहुँचा देती हैं। आबादी इसलिए प्रतिरोधी होती है कि उसे छाँटा गया, इसलिए नहीं कि उसके सदस्यों ने कुछ सीख लिया।

18.6 समस्या: वार्ड

समस्या 18.1

सप्ताहांत समस्या — किसी अस्पताल वार्ड का प्रकोप अकेली एक उत्परिवर्ती कोशिका से पीछा किया गया: किसी कॉलोनी का गणित, पढ़ा गया एक प्रतिजैविकालेख, बीच में रोका गया एक कोर्स, और वह नीति जो फैलाव रोक देती है

किसी रोगी का घाव एक ही जाति के $10^{10}$ जीवाणुओं से संक्रमित है। वे जीवाणु हर 30 मिनट में विभाजित होते हैं; और प्रतिजैविक एमॉक्सिसिलिन का प्रतिरोध देता उत्परिवर्तन प्रति $10^8$ विभाजनों में एक बार होता है। वह प्रतिजैविक हर 6 घंटे में संवेदनशील कोशिकाओं का 90% मार देता है और प्रतिरोधी कोशिकाओं पर कोई असर नहीं डालता, जो विभाजित होती रहती हैं।

भाग I — इलाज से पहले।

पहली कोशिका से $10^{10}$ जीवाणु बनाने में कितने विभाजन लगे? (कोशिकाओं की संख्या गिनिए।)
कोई भी प्रतिजैविक दिए जाने से पहले मौजूद प्रतिरोधी कोशिकाओं की संख्या आँकिए।
समझाइए कि फिर भी प्रतिजैविकालेख पर उस रोगी के संक्रमण को “संवेदनशील” क्यों बताया जाता है।
प्रतिजैविकालेख एमॉक्सिसिलिन के लिए $24\,\mathrm{mm}$ (दहलीज़ 17), इरिथ्रोमाइसिन के लिए $12\,\mathrm{mm}$ (दहलीज़ 20) और पेनिसिलिन के लिए कोई क्षेत्र नहीं दिखाता। तीनों नतीजों की व्याख्या कीजिए।
डॉक्टर 7 दिन के लिए एमॉक्सिसिलिन लिखता है। पेनिसिलिन क्यों नहीं, और यदि कोई क्षेत्र सबसे बड़ा होता तो सबसे बड़े क्षेत्र वाली दवा क्यों नहीं?

भाग II — इलाज के दौरान।

1 दिन बाद कितनी संवेदनशील कोशिकाएँ बचती हैं? और 3 दिन बाद?
प्रश्न 2 के अपने उत्तर से शुरू करके बताइए कि यदि प्रतिरोधी कोशिकाएँ बिना किसी सीमा के हर 30 मिनट में दोगुनी हों तो 1 दिन बाद कितनी होंगी। ( $2^{48} \approx 2.8 \times 10^{14}$ लीजिए।) यह आँकड़ा अवास्तविक क्यों है, और उसे सीमित क्या करता है?
मान लीजिए वह प्रतिरोधी क्लोन केवल उतनी जगह तक सीमित है जितनी संवेदनशील कोशिकाएँ ख़ाली करती हैं, ताकि वह $10^{10}$ से ऊपर न जा सके। वह उस जगह को मोटे तौर पर कब भर देता है?
7 दिनों में संवेदनशील, प्रतिरोधी और कुल कोशिकाओं के वक्र खींचिए या उनका वर्णन कीजिए।
असल में रोगी का प्रतिरक्षा तंत्र किसी भी तरह की आख़िरी चंद लाख कोशिकाएँ कुछ ही दिनों में साफ़ कर देता है। समझाइए कि नतीजा इस पर क्यों निर्भर है कि वह प्रतिरोधी क्लोन प्रतिरक्षा तंत्र के साफ़ करने से तेज़ बढ़ता है या नहीं।

भाग III — बीच में रुका कोर्स।

रोगी ठीक महसूस करके 2 दिन बाद रोक देता है। कितनी संवेदनशील कोशिकाएँ बचती हैं, और बची हुई आबादी का कितना अंश प्रतिरोधी है?
अगले दिनों में जीवाणु दोबारा बढ़कर $10^{10}$ हो जाते हैं। यदि प्रतिरोधी और संवेदनशील कोशिकाएँ एक ही दर से बढ़ें, तो अब कितना अनुपात प्रतिरोधी है?
रोगी को रोग लौट आता है और उसे फिर एमॉक्सिसिलिन दी जाती है। नतीजे का अनुमान लगाइए।
लौटे हुए रोग का प्रतिजैविकालेख एमॉक्सिसिलिन के लिए कोई क्षेत्र नहीं दिखाता। पहले प्रतिजैविकालेख से आया यह बदलाव समझाइए।
वह प्रतिरोध जीन किसी प्लाज़्मिड पर है। इससे वार्ड के लिए और कौन-सा जोखिम जुड़ जाता है?

भाग IV — वार्ड की नीति। वह वार्ड साल भर में 400 रोगियों का इलाज एमॉक्सिसिलिन से करता है; और वार्ड में अलग किए गए संक्रमणों में से 30% अब प्रतिरोधी हैं, जबकि शहर में 5%।

वरण दबाव की भाषा में वार्ड और शहर का अंतर समझाइए।
वार्ड तय करता है: हर दवा से पहले प्रतिजैविकालेख, पूरे कोर्स, हाथों की स्वच्छता, और प्रतिरोधी प्रभेदों के वाहकों को अलग रखना। बताइए कि हर उपाय इस अध्याय की किस क्रियाविधि पर काम करता है।
दो साल बाद वार्ड में प्रतिरोध 12% है। समझाइए कि वह गिरा क्यों, और 5% तक क्यों नहीं लौटा।
वार्ड में लाया गया कोई नया प्रतिजैविक कुछ ही सालों से अधिक के लिए यह समस्या क्यों नहीं सुलझाता?
परिणाम लिखिए: किसी भी दवा से पहले उस घाव में कितनी प्रतिरोधी कोशिकाएँ थीं, वे किस दिन उसे विरासत में पा गईं, और रोगी की वह अकेली आदत जिसने ठीक हो सकने वाले संक्रमण को प्रकोप में बदल दिया।

हल

हल — समस्या 18.1.

1. लगभग $10^{10}$ विभाजन (प्रति बनी कोशिका एक)।

2. औसतन $10^{10} \times 10^{-8} = 100$ प्रतिरोधी कोशिकाएँ।

3. दस अरब में सौ कोशिकाएँ किसी प्लेट पर दिखती ही नहीं: वह चादर संवेदनशील जैसा बरतती है क्योंकि उसका 99.999999% संवेदनशील ही है।

4. एमॉक्सिसिलिन: संवेदनशील (17 से ऊपर 24)। इरिथ्रोमाइसिन: प्रतिरोधी (20 से नीचे 12)। पेनिसिलिन: पूरी तरह प्रतिरोधी, कोई अवरोध नहीं।

5. इस प्रभेद के ख़िलाफ़ पेनिसिलिन बेकार है। और संवेदनशील दवाओं में से चुनाव दुष्प्रभाव तथा परास को भी तौलता है; रोगी के बाक़ी जीवाणु बचाने के लिए सबसे सँकरी असरदार दवा को तरजीह दी जाती है।

6. प्रति दिन 6 घंटे के चार दौर: 1 दिन बाद $10^{10} \times 0.1^4 = 10^6$ ; और 3 दिन बाद $10^{10} \times 0.1^{12} = 0.01$ — यानी असल में कोई नहीं।

7. $100 \times 2^{48} \approx 2.8 \times 10^{16}$ : बेतुका, उस घाव के समा सकने से कहीं अधिक। वृद्धि को जगह, पोषक तत्व और प्रतिरक्षा तंत्र सीमित करते हैं।

8. 100 कोशिकाओं से $10^{10}$ तक पहुँचने में $\log_2 10^8 \approx 27$ दोगुनन चाहिए, यानी लगभग 13 घंटे; और व्यवहार में जगह पहले दिन में ख़ाली होती है, इसलिए दिन 1 से 2 तक वह प्रतिरोधी क्लोन संवेदनशील आबादी की जगह ले चुका होता है।

9. संवेदनशील: हर 6 घंटे में 10 के गुणक से गिरते हुए दिन 3 तक शून्य। प्रतिरोधी: 100 से चढ़कर एक-दो दिन में वह जगह भर लेते हुए, फिर $10^{10}$ पर सपाट। कुल: दिन 1 में एक गड्ढा, फिर वापस $10^{10}$ , और अब सब प्रतिरोधी।

10. यदि प्रतिरक्षा तंत्र कोशिकाएँ उन सौ प्रतिरोधियों के गुणित होने से तेज़ी से साफ़ कर दे, तो उनके बावजूद संक्रमण ख़त्म हो जाता है; और यदि वह क्लोन सफ़ाई से आगे निकल जाए, तो संक्रमण प्रतिरोधी हो जाता है। प्रतिजैविक प्रतिरक्षा तंत्र के साथ काम करते हैं, उसकी जगह नहीं।

11. 2 दिन बाद संवेदनशील: $10^{10} \times 0.1^8 = 100$ । प्रतिरोधी: यदि वह क्लोन जगह भर चुका हो तो लगभग $10^{10}$ , या कम से कम कई हज़ार: यानी बचे हुए लगभग सब प्रतिरोधी हैं।

12. एक ही दर से बढ़ने पर अनुपात बना रहता है: यानी असल में 100% प्रतिरोधी।

13. कोई असर नहीं: वह प्रतिरोधी क्लोन एमॉक्सिसिलिन को अनदेखा कर देता है।

14. पहली प्लेट पर मूल आबादी थी, जो 99.999999% संवेदनशील थी; और लौटे हुए रोग की प्लेट पर वह छँटा हुआ क्लोन है, जो पूरा प्रतिरोधी है, इसलिए चादर चकती तक उग आती है।

15. वह जीन दूसरे रोगियों या कर्मचारियों के ढोए दूसरी जातियों तक जा सकता है, इसलिए वार्ड के बाक़ी रोगजनक अपने ही उत्परिवर्तन का इंतज़ार किए बिना प्रतिरोधी हो सकते हैं।

16. वार्ड में साल भर के 400 कोर्स किसी छोटी बंद आबादी में जीवाणु लगातार छाँटते रहते हैं, और छँटे हुए प्रभेद रोगियों के बीच जाते रहते हैं; जबकि शहर में वरण बहुत-से लोगों और जातियों में पतला पड़ जाता है।

17. प्रतिजैविकालेख: ऐसी दवा चुनिए जिसका प्रतिरोध वह प्रभेद न कर सके, ताकि कोई क्लोन छँटे ही नहीं। पूरे कोर्स: कोई अधूरा कोर्स प्रतिरोधी बचे हुओं को दोबारा उगने के लिए छोड़ता ही नहीं। स्वच्छता: छँटे हुए क्लोन का रोगियों के बीच संचरण नहीं। अलग रखना: वाहकों से न क्षैतिज फैलाव, न ऊर्ध्वाधर।

18. कम वरण ने संवेदनशील प्रभेदों को, जो ज़रा तेज़ बढ़ते हैं, ज़मीन वापस लेने दी, और प्रतिरोधियों का संचरण भी काट दिया गया। वह 5% तक इसलिए नहीं लौटा कि प्रतिरोधी प्रभेद और उनके प्लाज़्मिड कम बारंबारता पर बने रहते हैं और बचे हुए हर कोर्स से दोबारा छाँट लिए जाते हैं।

19. किसी भी बड़ी जीवाणु आबादी में संयोग से हुए उत्परिवर्तन से उस नई दवा के प्रतिरोधी कोशिकाएँ होती ही हैं; उसका इस्तेमाल उन्हें छाँट लेता है, और कुछ ही सालों में वह प्रतिरोधी प्रभेद आम हो जाता है, ठीक जैसा अब तक लाए गए हर प्रतिजैविक के साथ हुआ है।

20. किसी भी दवा से पहले दस अरब में लगभग सौ प्रतिरोधी कोशिकाएँ; इलाज के दूसरे दिन उन्हें वह घाव विरासत में मिला; और कोर्स जल्दी रोक देने ने ठीक हो सकने वाले संक्रमण को फैलते प्रतिरोधी संक्रमण में बदल दिया।

इस अध्याय में परिभाषित शब्द

प्रतिजैविक

शब्दावली के सभी 479 शब्द देखें