पेप्टिडोग्लाइकन

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पेप्टिडोग्लाइकन (Peptidoglycan), जिसे म्यूरिन (murein) या म्यूकोपेप्टाइड (mucopeptide) भी कहा जाता है, एक अद्वितीय बड़ा मैक्रोमोलेक्यूल है, जो एक पॉलीसैकराइड है। यह शर्करा और अमीनो एसिड से बना होता है और एक जाल जैसी परत (sacculus) बनाता है जो बैक्टीरिया की कोशिका झिल्ली (cytoplasmic membrane) को घेरे रहती है।[1] शर्करा घटक में β-(1,4) लिंक्ड N-एसेटिलग्लूकोसामाइन (NAG) और N-एसेटिलम्यूरेमिक एसिड (NAM) के वैकल्पिक अवशेष होते हैं। N-एसेटिलम्यूरेमिक एसिड से तीन से पांच अमीनो एसिड से बनी एक ओलिगोपेप्टाइड श्रृंखला जुड़ी होती है। पेप्टाइड श्रृंखला को दूसरी श्रृंखला की पेप्टाइड श्रृंखला के साथ क्रॉस-लिंक किया जा सकता है, जिससे 3D जाल जैसी परत बनती है। पेप्टिडोग्लाइकन बैक्टीरिया की कोशिका भित्ति में संरचनात्मक भूमिका निभाता है, जो संरचनात्मक मजबूती प्रदान करता है, साथ ही कोशिका द्रव्य (cytoplasm) के परासरणी दबाव (osmotic pressure) का सामना करता है। यह दोहरावदार लिंकिंग एक घनी पेप्टिडोग्लाइकन परत बनाती है जो कोशिका के आकार को बनाए रखने और उच्च परासरणी दबावों का सामना करने के लिए महत्वपूर्ण है, और इसे नियमित रूप से पेप्टिडोग्लाइकन उत्पादन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। पेप्टिडोग्लाइकन का हाइड्रोलिसिस और संश्लेषण दो ऐसी प्रक्रियाएं हैं जो कोशिकाओं के बढ़ने और गुणा करने के लिए होनी चाहिए, यह तकनीक तीन चरणों में पूरी होती है: वर्तमान सामग्री की कटाई, नई सामग्री का सम्मिलन, और मौजूदा सामग्री का नई सामग्री के साथ पुन:-क्रॉसलिंकिंग।

पेप्टिडोग्लाइकन परत ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया में (20 से 80 नैनोमीटर) ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया (7 से 8 नैनोमीटर) की तुलना में काफी मोटी होती है।[2] pH विकास स्थितियों के आधार पर, पेप्टिडोग्लाइकन ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया के कोशिका भित्ति के शुष्क भार (dry weight) का लगभग 40 से 90% बनाता है, लेकिन ग्राम-नेगेटिव उपभेदों में यह केवल लगभग 10% होता है। इस प्रकार, पेप्टिडोग्लाइकन के उच्च स्तर की उपस्थिति बैक्टीरिया को ग्राम-पॉजिटिव के रूप में वर्गीकृत करने का प्राथमिक निर्धारक है। ग्राम-पॉजिटिव उपभेदों में, यह लगाव की भूमिकाओं और सीरोटाइपिंग उद्देश्यों के लिए महत्वपूर्ण है। ग्राम-पॉजिटिव और ग्राम-नेगेटिव दोनों बैक्टीरिया के लिए, लगभग 2 nm के कण पेप्टिडोग्लाइकन से गुजर सकते हैं।

माइक्रोस्कोप का उपयोग करके यह बताना मुश्किल है कि कोई जीव ग्राम-पॉजिटिव है या ग्राम-नेगेटिव; इसके लिए 1884 में हंस क्रिश्चियन ग्राम द्वारा बनाई गई ग्राम स्टेनिंग की आवश्यकता होती है। बैक्टीरिया को क्रिस्टल वायलेट और सैफ्रिन रंगों से रंगा जाता है। ग्राम पॉजिटिव कोशिकाएं स्टेनिंग के बाद बैंगनी हो जाती हैं, जबकि ग्राम नेगेटिव कोशिकाएं गुलाबी रंग की हो जाती हैं।[3]

संरचना

पेप्टिडोग्लाइकन।

बैक्टीरिया की कोशिका भित्ति के भीतर पेप्टिडोग्लाइकन परत दो वैकल्पिक अमीनो शर्करा, अर्थात् N-एसेटिलग्लूकोसामाइन (GlcNAc या NAG) और N-एसेटिलम्यूरेमिक एसिड (MurNAc या NAM) की रैखिक श्रृंखलाओं से बनी एक क्रिस्टल जाली संरचना है। वैकल्पिक शर्करा एक β-(1,4)-ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड द्वारा जुड़ी होती हैं। प्रत्येक MurNAc एक छोटी (4- से 5-अवशेष) अमीनो एसिड श्रृंखला से जुड़ी होती है, जिसमें एस्चेरिचिया कोलाई (एक ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया) के मामले में L-एलानिन, D-ग्लूटामिक एसिड, मेसो-डायमिनोपिमेलिक एसिड, और D-एलानिन होता है; या स्टैफिलोकोकस ऑरियस (एक ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया) के मामले में टेट्रापेप्टाइड्स के बीच 5-ग्लाइसिन इंटरब्रिज के साथ L-एलानिन, D-ग्लूटामाइन, L-लाइसिन, और D-एलानिन होता है। पेप्टिडोग्लाइकन प्रकृति में D-अमीनो एसिड के सबसे महत्वपूर्ण स्रोतों में से एक है।

आंतरिक झिल्ली को घेरकर, पेप्टिडोग्लाइकन परत कोशिका को कोशिका के टर्गर दबाव (turgor pressure) के कारण होने वाले लाइसिस (lysis) से बचाती है। जब कोशिका भित्ति बढ़ती है, तो यह अपने पूरे जीवनकाल में अपना आकार बनाए रखती है, इसलिए एक छड़ का आकार छड़ ही रहेगा, और एक गोलाकार आकार जीवन भर गोलाकार ही रहेगा। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि संश्लेषण की ताजी जोड़ी गई सेप्टल सामग्री संतानों कोशिकाओं के लिए एक अर्धगोलाकार दीवार में बदल जाती है।[4]

विभिन्न रैखिक अमीनो शर्करा श्रृंखलाओं में अमीनो एसिड के बीच क्रॉस-लिंकिंग DD-ट्रांसपेप्टिडेज़ एंजाइम की मदद से होती है और इसके परिणामस्वरूप एक 3-आयामी संरचना बनती है जो मजबूत और कठोर होती है। विशिष्ट अमीनो एसिड अनुक्रम और आणविक संरचना बैक्टीरिया की प्रजाति के साथ बदलती रहती है।[5]

बैक्टीरिया की कोशिका भित्तियों के विभिन्न पेप्टिडोग्लाइकन प्रकारों और उनके वर्गीकरण संबंधी निहितार्थों का वर्णन किया गया है।[6] आर्किया (डोमेन Archaea) में पेप्टिडोग्लाइकन (म्यूरिन) नहीं होता है। कुछ आर्किया में स्यूडोपेप्टिडोग्लाइकन (स्यूडोम्यूरिन, नीचे देखें) होता है।

पेप्टिडोग्लाइकन बैक्टीरिया कोशिका प्रजनन के दौरान बाइनरी विखंडन (binary fission) में शामिल होता है। L-फॉर्म बैक्टीरिया और माइकोप्लाज्मा, जिनमें पेप्टिडोग्लाइकन कोशिका भित्ति का अभाव होता है, बाइनरी विखंडन द्वारा नहीं, बल्कि बडिंग (budding) तंत्र द्वारा फैलते हैं।[7]

प्रारंभिक विकास के दौरान, जीवन की पहली संरचनाओं को उनके पर्यावरण से बचाने वाली सीमाओं (झिल्ली, दीवारें) का क्रमिक विकास पहली कोशिकाओं (cellularisation) के निर्माण के लिए आवश्यक रहा होगा।

बैक्टीरिया (डोमेन Bacteria[8]) में कठोर पेप्टिडोग्लाइकन (म्यूरिन) कोशिका भित्तियों का आविष्कार शायद उनके अस्तित्व, व्यापक विकिरण और भू-मंडल (geosphere) और जलमंडल (hydrosphere) के लगभग सभी आवासों के उपनिवेशीकरण के लिए आवश्यक शर्त थी।

जैवसंश्लेषण

पेप्टिडोग्लाइकन मोनोमर्स को साइटोसोल में संश्लेषित किया जाता है और फिर एक झिल्ली वाहक बैक्टोप्रेनोल से जोड़ा जाता है। बैक्टोप्रेनोल पेप्टिडोग्लाइकन मोनोमर्स को कोशिका झिल्ली के पार ले जाता है जहाँ उन्हें मौजूदा पेप्टिडोग्लाइकन में डाला जाता है।[9]

  1. पेप्टिडोग्लाइकन संश्लेषण के पहले चरण में, ग्लूटामाइन (glutamine), जो एक अमीनो एसिड है, एक शर्करा फ्रुक्टोज 6-फॉस्फेट (fructose 6-phosphate) को एक अमीनो समूह प्रदान करता है।[10] यह अभिक्रिया, जो EC 2.6.1.16 (GlmS) द्वारा उत्प्रेरित होती है, फ्रुक्टोज 6-फॉस्फेट को ग्लूकोसामाइन-6-फॉस्फेट (glucosamine-6-phosphate) में बदल देती है।
  2. दूसरे चरण में, एसिटाइल CoA (acetyl CoA) से एक एसिटाइल समूह को ग्लूकोसामाइन-6-फॉस्फेट पर स्थित अमीनो समूह में स्थानांतरित किया जाता है, जिससे N-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन-6-फॉस्फेट (N-acetyl-glucosamine-6-phosphate) बनता है। यह अभिक्रिया EC 5.4.2.10 है, जो GlmM द्वारा उत्प्रेरित होती है।
  3. GlmUसंश्लेषण प्रक्रिया के तीसरे चरण में, N-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन-6-फॉस्फेट का समावयवीकरण (isomerization) होता है, जो N-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन-6-फॉस्फेट को N-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन-1-फॉस्फेट (N-acetyl-glucosamine-1-phosphate) में बदल देता है। यह EC 2.3.1.157 है, जो GlmU द्वारा उत्प्रेरित होता है।
  4. चरण 4 में, N-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन-1-फॉस्फेट, जो अब एक मोनोफॉस्फेट है, यूरिडीन ट्राइफॉस्फेट (UTP) पर आक्रमण करता है। यूरिडीन ट्राइफॉस्फेट, जो एक पिरिमिडीन न्यूक्लियोटाइड है, में ऊर्जा स्रोत के रूप में कार्य करने की क्षमता होती है। इस विशिष्ट अभिक्रिया में, मोनोफॉस्फेट द्वारा UTP पर आक्रमण करने के बाद, एक अकार्बनिक पाइरोफॉस्फेट निकल जाता है और उसकी जगह मोनोफॉस्फेट ले लेता है, जिससे UDP-N-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन (2,4) बनता है। (जब यूरिडीन डाइफॉस्फेट (UDP) का उपयोग ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जाता है, तो यह एक अकार्बनिक फॉस्फेट छोड़ता है।) इस प्रारंभिक चरण का उपयोग पेप्टिडोग्लाइकन में NAG के लिए अग्रदूत (precursor) बनाने के लिए किया जाता है। यह EC 2.7.7.23 है, जो GlmU द्वारा भी उत्प्रेरित होता है, जो एक द्वि-कार्यात्मक (bifunctional) एंजाइम है।
  5. चरण 5 में, कुछ UDP-N-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन (UDP-GlcNAc) को ग्लूकोसामाइन में लैक्टिल समूह जोड़कर UDP-MurNAc (UDP-N-एसिटाइलम्यूरामिक एसिड) में परिवर्तित किया जाता है। इस अभिक्रिया में, C3 हाइड्रॉक्सिल समूह फॉस्फोएनोलपाइरुविक एसिड (phosphoenolpyruvate) के अल्फा कार्बन से एक फॉस्फेट को हटा देता है। यह एक एनोल व्युत्पन्न (enol derivative) बनाता है। EC 2.5.1.7, MurA द्वारा उत्प्रेरित।
  6. चरण 6 में, चरण छह में एनोल को NADPH द्वारा "लैक्टिल मोइटी" (lactyl moiety) में अपचयित (reduce) किया जाता है। EC 1.3.1.98, MurB द्वारा उत्प्रेरित।
  7. चरण 7 में, UDP–MurNAc को पांच अमीनो एसिड के योग द्वारा UDP-MurNAc पेंटापेप्टाइड में परिवर्तित किया जाता है, जिसमें आमतौर पर डाइपेप्टाइड D-एलानिल-D-एलानिन शामिल होता है। यह तीन अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला है: MurC द्वारा EC 6.3.2.8, MurD द्वारा EC 6.3.2.9, और MurE द्वारा EC 6.3.2.13।

इनमें से प्रत्येक अभिक्रिया के लिए ऊर्जा स्रोत एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (ATP) की आवश्यकता होती है।[10] इसे सामूहिक रूप से चरण एक कहा जाता है।

चरण दो कोशिका द्रव्य झिल्ली (cytoplasmic membrane) में होता है। यह झिल्ली में होता है जहाँ बैप्टोप्रेनोल (bactoprenol) नामक एक लिपिड वाहक पेप्टिडोग्लाइकन अग्रदूतों को कोशिका झिल्ली के माध्यम से ले जाता है।

  1. अंडेकाप्रेनिल फॉस्फेट (Undecaprenyl phosphate) UDP-MurNAc पेंटा पर आक्रमण करेगा, जिससे PP-MurNac पेंटा बनेगा, जो अब एक लिपिड (लिपिड I) है।[10] MraY द्वारा EC 2.7.8.13।
  2. इसके बाद UDP-GlcNAc को MurNAc तक पहुँचाया जाता है, जिससे लिपिड-PP-MurNAc पेंटा-GlcNAc (लिपिड II) बनता है, जो एक डाइसैकेराइड है और पेप्टिडोग्लाइकन का अग्रदूत भी है। MurG द्वारा EC 2.4.1.227।
  3. लिपिड II को फ्लिपपेज (MurJ) द्वारा झिल्ली के पार ले जाया जाता है, यह खोज दशकों की खोज के बाद 2014 में की गई थी। एक बार वहाँ पहुँचने के बाद, इसे एंजाइम पेप्टिडोग्लाइकन ग्लाइकोसिलट्रांसफेरेज (GTase, EC 2.4.1.129) द्वारा बढ़ते हुए ग्लाइकन श्रृंखला में जोड़ा जाता है। इस अभिक्रिया को ट्रांसग्लाइकोसिलेशन के रूप में जाना जाता है। अभिक्रिया में, GlcNAc का हाइड्रॉक्सिल समूह ग्लाइकन में MurNAc से जुड़ जाएगा, जो ग्लाइकन श्रृंखला से लिपिड-PP को विस्थापित कर देगा।
  4. अंतिम चरण में, DD-ट्रांसपेप्टिडेज (TPase, EC 3.4.16.4) व्यक्तिगत ग्लाइकन श्रृंखलाओं को क्रॉसलिंक करता है। इस प्रोटीन को पेनिसिलिन-बाइंडिंग प्रोटीन के रूप में भी जाना जाता है। एंजाइम के कुछ संस्करण ग्लाइकोसिलट्रांसफेरेज कार्य भी करते हैं, जबकि अन्य इस कार्य को एक अलग एंजाइम पर छोड़ देते हैं।

स्यूडोपेप्टिडोग्लाइकन

মূল নিবন্ধ: Pseudopeptidoglycan कुछ आर्किया (archaea) में, जैसे मेथेनोबैक्टीरियल्स (Methanobacteriales) के सदस्य और मेथेनोपायरस (Methanopyrus) जीनस में, स्यूडोपेप्टिडोग्लाइकन (स्यूडोम्यूरिन) पाया गया है।[11] स्यूडोपेप्टिडोग्लाइकन में शर्करा अवशेष β-(1,3) लिंक्ड N-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन और N-एसिटाइलटैलोसामिनुरोनिक एसिड (N-acetyltalosaminuronic acid) होते हैं। यह ऐसे आर्किया की कोशिका भित्तियों को लाइसोजाइम (lysozyme) के प्रति असंवेदनशील बनाता है। स्यूडोपेप्टिडोग्लाइकन के जैव-संश्लेषण का वर्णन किया गया है।

प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा पहचान

पेप्टिडोग्लाइकन की पहचान एक विकासवादी रूप से संरक्षित प्रक्रिया है।[12] समग्र संरचना बैक्टीरियल प्रजातियों के बीच समान है, लेकिन विभिन्न संशोधन विविधता को बढ़ा सकते हैं। इनमें शर्करा पॉलिमर की लंबाई में संशोधन, शर्करा संरचनाओं में संशोधन, क्रॉस-लिंकिंग में भिन्नता या अमीनो एसिड के प्रतिस्थापन (मुख्य रूप से तीसरे स्थान पर) शामिल हैं। इन संशोधनों का उद्देश्य कोशिका भित्ति के गुणों को बदलना है, जो रोगजनन (pathogenesis) में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

पेप्टिडोग्लाइकन को कई एंजाइमों (लाइसोजाइम, ग्लूकोसामिनिडेज, एंडोपेप्टिडेज...[12]) द्वारा निम्नीकृत किया जा सकता है, जिससे इम्यूनोस्टिम्युलेटरी टुकड़े (जिन्हें कभी-कभी म्यूरोपेटाइड्स कहा जाता है) उत्पन्न होते हैं जो मेजबान-रोगजनक अंतःक्रिया (Host–pathogen interaction) को मध्यस्थ करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। इनमें म्यूरामाइल डाइपेप्टाइड (MDP), N-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन (NAG), या γ-d-ग्लूटामिल-मेसो-डायमिनोपिमेलिक एसिड (iE-DAP) शामिल हैं।

आंतों के माइक्रोबायोटा (दोनों रोगजनक बैक्टीरिया और सहभोजी) से पेप्टिडोग्लाइकन शारीरिक स्थितियों के तहत भी आंतों की बाधा को पार करता है।[13] जिन तंत्रों के माध्यम से पेप्टिडोग्लाइकन या इसके टुकड़े मेजबान कोशिकाओं में प्रवेश करते हैं, वे प्रत्यक्ष (वाहक-स्वतंत्र) या अप्रत्यक्ष (वाहक-निर्भर) हो सकते हैं, और वे या तो बैक्टीरिया-मध्यस्थ (स्राव प्रणाली, मेम्ब्रेन वेसिकल ट्रैफिकिंग) या मेजबान कोशिका-मध्यस्थ (रिसेप्टर-मध्यस्थ, पेप्टाइड ट्रांसपोर्टर्स) होते हैं। बैक्टीरियल स्राव प्रणाली (Bacterial secretion system) प्रोटीन कॉम्प्लेक्स हैं जिनका उपयोग बैक्टीरियल कोशिका आवरण के पार बाहरी वातावरण में विषाणु कारकों (virulence factors) को वितरित करने के लिए किया जाता है। इंट्रासेल्युलर बैक्टीरियल रोगजनक यूकेरियोटिक कोशिकाओं पर आक्रमण करते हैं (जिससे फैगोलाइसोसोम का निर्माण और/या ऑटोफैगी सक्रियण हो सकता है), या बैक्टीरिया को फैगोसाइट्स (मैक्रोफेज, मोनोसाइट्स, न्यूट्रोफिल...) द्वारा निगला जा सकता है। बैक्टीरिया युक्त फैगोसोम तब एंडोसोम और लाइसोसोम के साथ जुड़ सकता है, जिससे बैक्टीरिया का क्षरण होता है और पॉलिमरिक पेप्टिडोग्लाइकन टुकड़े और म्यूरोपेटाइड्स उत्पन्न होते हैं।

रिसेप्टर्स

जन्मजात प्रतिरक्षा प्रणाली (Innate immune system) कई PRRs (पैटर्न रिकग्निशन रिसेप्टर्स) का उपयोग करके अक्षुण्ण पेप्टिडोग्लाइकन और पेप्टिडोग्लाइकन टुकड़ों को महसूस करती है जो स्रावित होते हैं, इंट्रासेल्युलर रूप से व्यक्त होते हैं या कोशिका सतह पर व्यक्त होते हैं।[12]

पेप्टिडोग्लाइकन पहचान प्रोटीन

PGLYRPs कीटों से लेकर स्तनधारियों तक संरक्षित हैं।[13] स्तनधारी चार स्रावित घुलनशील पेप्टिडोग्लाइकन पहचान प्रोटीन (PGLYRP-1, PGLYRP-2, PGLYRP-3 और PGLYRP-4) का उत्पादन करते हैं जो म्यूरामाइल पेंटापेप्टाइड या टेट्रापेप्टाइड को पहचानते हैं। वे पेप्टिडोग्लाइकन-बाइंडिंग ग्रूव के बाहर बाइंडिंग साइटों का उपयोग करके LPS और अन्य अणुओं से भी जुड़ सकते हैं। पेप्टिडोग्लाइकन की पहचान के बाद, PGLYRPs पॉलीफेनोल ऑक्सीडेज (PPO) अणुओं, टोल, या प्रतिरक्षा कमी (IMD) सिग्नलिंग मार्गों को सक्रिय करते हैं। इससे रोगाणुरोधी पेप्टाइड्स (AMPs) का उत्पादन होता है।

प्रत्येक स्तनधारी PGLYRP अद्वितीय ऊतक अभिव्यक्ति पैटर्न प्रदर्शित करता है। PGLYRP-1 मुख्य रूप से न्यूट्रोफिल और इओसिनोफिल के कणिकाओं में व्यक्त होता है।[12] PGLYRP-3 और 4 कई ऊतकों जैसे त्वचा, पसीने की ग्रंथियों, आंखों या आंतों के मार्ग द्वारा व्यक्त किए जाते हैं। PGLYRP-1, 3 और 4 डाइसल्फाइड-लिंक्ड होमोडिमर्स और हेटरोडिमर्स बनाते हैं जो उनकी जीवाणुनाशक गतिविधि के लिए आवश्यक हैं। बैक्टीरियल कोशिका भित्ति पेप्टिडोग्लाइकन के साथ उनका बंधन विभिन्न बैक्टीरियल ट्रांसक्रिप्शनल नियामक प्रोटीन के साथ बातचीत करके बैक्टीरियल कोशिका मृत्यु को प्रेरित कर सकता है। PGLYRPs फैगोसाइट्स द्वारा बैक्टीरिया की पहचान को बढ़ाने के लिए अन्य PRRs के साथ सहयोग करके बैक्टीरिया को मारने में सहायता करने की संभावना रखते हैं।

PGLYRP-2 मुख्य रूप से यकृत द्वारा व्यक्त किया जाता है और परिसंचरण में स्रावित होता है।[12] साथ ही, इसकी अभिव्यक्ति त्वचा केराटिनोसाइट्स, मौखिक और आंतों की उपकला (epithelial) कोशिकाओं में प्रेरित की जा सकती है। अन्य PGLYRPs के विपरीत, PGLYRP-2 की कोई प्रत्यक्ष जीवाणुनाशक गतिविधि नहीं है। इसमें पेप्टिडोग्लाइकन एमिडेज गतिविधि होती है, यह MurNAc और पेप्टिडोग्लाइकन के स्टेम पेप्टाइड के पहले अमीनो एसिड के बीच लैक्टिल-एमाइड बॉन्ड को हाइड्रोलाइज करता है। यह प्रस्तावित है कि PGLYRP-2 का कार्य NOD2 लिगेंड्स (नीचे देखें) के जवाब में प्रतिरक्षा प्रणाली के अति-सक्रियण और सूजन-प्रेरित ऊतक क्षति को रोकना है, क्योंकि MurNAc से पेप्टाइड घटक के अलग होने पर ये म्यूरोपेटाइड्स NOD2 द्वारा पहचाने नहीं जा सकते हैं। बढ़ते प्रमाण बताते हैं कि पेप्टिडोग्लाइकन पहचान प्रोटीन परिवार के सदस्य सहभोजी माइक्रोबायोटा के प्रति आंतों की उपकला कोशिकाओं की सहिष्णुता (tolerance) में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं। यह प्रदर्शित किया गया है कि PGLYRP-2 और 4 की अभिव्यक्ति आंतों के माइक्रोबायोटा की संरचना को प्रभावित कर सकती है।

हाल ही में, यह खोज की गई है कि PGLYRPs (और NOD-like receptors तथा पेप्टिडोग्लाइकन ट्रांसपोर्टर्स) विकसित हो रहे माउस मस्तिष्क में अत्यधिक रूप से व्यक्त (expressed) होते हैं।[14] PGLYRP-2, प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स, हिप्पोकैम्पस और सेरिबैलम सहित मस्तिष्क के कई क्षेत्रों के न्यूरॉन में अत्यधिक व्यक्त होता है, जो न्यूरॉन्स पर पेप्टिडोग्लाइकन के संभावित प्रत्यक्ष प्रभावों को इंगित करता है। PGLYRP-2 छोटे बच्चों के सेरेब्रल कॉर्टेक्स में भी अत्यधिक व्यक्त होता है, लेकिन अधिकांश वयस्क कॉर्टिकल ऊतकों में नहीं। PGLYRP-1 भी मस्तिष्क में व्यक्त होता है और वयस्कता तक व्यक्त होता रहता है।

NOD-like receptors

संभवतः पेप्टिडोग्लाइकन के सबसे प्रसिद्ध रिसेप्टर्स NOD-like receptors (NLRs) हैं, मुख्य रूप से NOD1 और NOD2। NOD1 रिसेप्टर iE-DAP (γ-d-glutamyl-meso-diaminopimelic acid) के बंधन के बाद सक्रिय होता है, जबकि NOD2 अपने LRR domains द्वारा MDP (muramyl dipeptide) को पहचानता है।[15] सक्रियण से स्व-ओलिगोमेराइजेशन (self-oligomerization) होता है, जिसके परिणामस्वरूप दो सिग्नलिंग कैस्केड सक्रिय हो जाते हैं। एक NF-κB (RIP2, TAK1 और IKK के माध्यम से) के सक्रियण को ट्रिगर करता है, दूसरा MAPK सिग्नलिंग कैस्केड की ओर ले जाता है। इन मार्गों का सक्रियण भड़काऊ cytokines और chemokines के उत्पादन को प्रेरित करता है।

NOD1 विभिन्न कोशिका प्रकारों द्वारा व्यक्त किया जाता है, जिसमें माइलॉयड फैगोसाइट्स, एपिथेलियल कोशिकाएं[12] और न्यूरॉन्स शामिल हैं। NOD2 मोनोसाइट्स और मैक्रोफेज, एपिथेलियल आंतों की कोशिकाओं, Paneth cells, dendritic cells, osteoblasts, केराटिनोसाइट्स और अन्य एपिथेलियल कोशिका प्रकारों में व्यक्त होता है। cytosolic सेंसर के रूप में, NOD1 और NOD2 को या तो उन बैक्टीरिया का पता लगाना चाहिए जो साइटोसोल में प्रवेश करते हैं, या पेप्टिडोग्लाइकन को ऐसे टुकड़ों में विघटित होना चाहिए जिन्हें इन सेंसरों के कार्य करने के लिए साइटोसोल में ले जाया जा सके।

हाल ही में, यह प्रदर्शित किया गया था कि NLRP3 पेप्टिडोग्लाइकन द्वारा सक्रिय होता है, एक ऐसी प्रक्रिया के माध्यम से जो NOD1 और NOD2 से स्वतंत्र है।[13] मैक्रोफेज में, पेप्टिडोग्लाइकन क्षरण द्वारा उत्पन्न N-acetylglucosamine को हेक्सोकाइनेज गतिविधि को बाधित करने और इसे माइटोकॉन्ड्रियल membrane से मुक्त करने के लिए प्रेरित करते हुए पाया गया। यह माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली की पारगम्यता में वृद्धि से शुरू होने वाली एक प्रक्रिया के माध्यम से NLRP3 inflammasome सक्रियण को बढ़ावा देता है।

NLRP1 को भी पेप्टिडोग्लाइकन का एक साइटोप्लाज्मिक सेंसर माना जाता है। यह MDP को महसूस कर सकता है और NOD2 को बांधकर IL-1 स्राव को बढ़ावा दे सकता है।[15]

C-type lectin receptors (CLRs)

C-type lectins मुख्य रूप से Ca2+-निर्भर प्रोटीनों का एक विविध सुपरफैमिली है जो विभिन्न प्रकार के carbohydrates (पेप्टिडोग्लाइकन के ग्लाइकन कंकाल सहित) को बांधते हैं, और जन्मजात प्रतिरक्षा रिसेप्टर्स के रूप में कार्य करते हैं।[13] पेप्टिडोग्लाइकन से जुड़ने वाले CLR प्रोटीनों में mannose binding lectin (MBL), ficolins, Reg3A (रीजेनरेशन जीन फैमिली प्रोटीन 3A), और PTCLec1 शामिल हैं। स्तनधारियों में, वे कॉम्प्लीमेंट कैस्केड के लेक्टिन-पाथवे को शुरू करते हैं।

Toll-like receptors

पेप्टिडोग्लाइकन की प्रत्यक्ष पहचान में toll-like receptors (TLRs) की भूमिका विवादास्पद है।[12] कुछ अध्ययनों में, यह बताया गया है कि पेप्टिडोग्लाइकन को TLR2 द्वारा महसूस किया जाता है। लेकिन यह TLR2-प्रेरित गतिविधि कोशिका भित्ति के lipoproteins और lipoteichoic acids के कारण हो सकती है जो आमतौर पर पेप्टिडोग्लाइकन के साथ सह-शुद्ध (co-purify) होते हैं। साथ ही, प्रजाति-दर-प्रजाति बैक्टीरिया में पेप्टिडोग्लाइकन संरचना में भिन्नता भी इस विषय पर अलग-अलग परिणामों में योगदान दे सकती है।

वैक्सीन या सहायक (Adjuvant) के रूप में

पेप्टिडोग्लाइकन प्रतिरक्षात्मक रूप से सक्रिय है, जो vaccine के साथ संयुक्त होने पर या अकेले adjuvant के रूप में साइटोकिन्स की अभिव्यक्ति को बढ़ाने और एंटीबॉडी-निर्भर विशिष्ट प्रतिक्रिया को बढ़ाने के लिए प्रतिरक्षा कोशिकाओं को उत्तेजित कर सकता है।[15] MDP, जो पेप्टिडोग्लाइकन की मूल इकाई है, का उपयोग शुरू में Freund's adjuvant के सक्रिय घटक के रूप में किया गया था। Staphylococcus aureus से प्राप्त पेप्टिडोग्लाइकन का उपयोग चूहों की सुरक्षा के लिए एक वैक्सीन के रूप में किया गया था, जिससे पता चला कि 40 सप्ताह तक वैक्सीन इंजेक्शन के बाद, चूहे एक बढ़े हुए lethal dose पर S. aureus चुनौती से जीवित रहे।

अवरोध और क्षरण

कुछ एंटीबैक्टीरियल दवाएं जैसे penicillin बैक्टीरिया के एंजाइमों से जुड़कर पेप्टिडोग्लाइकन के उत्पादन में हस्तक्षेप करती हैं, जिन्हें penicillin-binding proteins या DD-transpeptidases के रूप में जाना जाता है।[16] पेनिसिलिन-बाइंडिंग प्रोटीन पेप्टिडोग्लाइकन में ओलिगोपेप्टाइड क्रॉसलिंक्स के बीच बंधन बनाते हैं। एक बैक्टीरियल कोशिका के लिए binary fission के माध्यम से प्रजनन करने के लिए, दस लाख से अधिक पेप्टिडोग्लाइकन सबयूनिट्स (NAM-NAG+ओलिगोपेप्टाइड) को मौजूदा सबयूनिट्स से जोड़ा जाना चाहिए। ट्रांसपेप्टिडेस के लिए कोडिंग करने वाले genes में उत्परिवर्तन जो एंटीबायोटिक के साथ कम बातचीत की ओर ले जाते हैं, उभरते antibiotic resistance का एक महत्वपूर्ण स्रोत हैं। चूंकि L-फॉर्म बैक्टीरिया और माइकोप्लाज्मा में भी पेप्टिडोग्लाइकन की कमी होती है, इसलिए दोनों पेनिसिलिन के प्रति प्रतिरोधी हैं।

पेप्टिडोग्लाइकन संश्लेषण के अन्य चरणों को भी लक्षित किया जा सकता है। सामयिक एंटीबायोटिक bacitracin C55-isoprenyl pyrophosphate के उपयोग को लक्षित करता है। Lantibiotics, जिसमें खाद्य संरक्षक nisin शामिल है, लिपिड II पर हमला करते हैं।[17]

Lysozyme, जो आंसुओं में पाया जाता है और शरीर की innate immune system का हिस्सा है, पेप्टिडोग्लाइकन में β-(1,4)-ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड को तोड़कर अपना एंटीबैक्टीरियल प्रभाव डालता है (ऊपर देखें)। लाइसोजाइम gram-positive bacteria के खिलाफ कार्य करने में अधिक प्रभावी है, जिसमें पेप्टिडोग्लाइकन कोशिका भित्ति उजागर होती है, बजाय gram-negative bacteria के, जिनमें पेप्टिडोग्लाइकन परत को कवर करने वाली LPS की एक बाहरी परत होती है।[18] कई बैक्टीरियल पेप्टिडोग्लाइकन संशोधन लाइसोजाइम द्वारा क्षरण के प्रति प्रतिरोध का परिणाम हो सकते हैं। बैक्टीरिया की क्षरण के प्रति संवेदनशीलता भी antibiotics के संपर्क से काफी प्रभावित होती है। उजागर बैक्टीरिया ऐसा पेप्टिडोग्लाइकन संश्लेषित करते हैं जिसमें छोटी शर्करा श्रृंखलाएं होती हैं जो खराब तरीके से क्रॉसलिंक्ड होती हैं और यह पेप्टिडोग्लाइकन तब लाइसोजाइम द्वारा अधिक आसानी से विघटित हो जाता है।

बैक्टीरिया के बीच खतरे के संकेत के रूप में पेप्टिडोग्लाइकन

2025 के एक अध्ययन में बताया गया है कि lysed बैक्टीरियल कोशिकाओं से जारी पेप्टिडोग्लाइकन के टुकड़े विभिन्न बैक्टीरियल प्रजातियों के बीच एक सामान्य खतरे के संकेत के रूप में कार्य कर सकते हैं।[19] बाहरी पेप्टिडोग्लाइकन के संपर्क को Vibrio cholerae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Acinetobacter baumannii और Enterococcus faecalis में तेजी से त्रि-आयामी biofilms के निर्माण को प्रेरित करने के लिए दिखाया गया था। संक्षिप्त संपर्क भी एक विनियमित प्रतिक्रिया को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त था जिससे बायोफिल्म मैट्रिक्स घटकों का उत्पादन बढ़ गया। V. cholerae में, पेप्टिडोग्लाइकन संपर्क ने मैट्रिक्स संश्लेषण में शामिल कई जीनों को अपग्रेड किया, जिसमें vps‑I और vps‑II जीन क्लस्टर शामिल हैं जो बायोफिल्म संरचना में योगदान करते हैं। वह तंत्र जिसके द्वारा बैक्टीरिया बाह्य पेप्टिडोग्लाइकन टुकड़ों को महसूस करते हैं, अज्ञात बना हुआ है।

संदर्भ

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  19. ↑ Vaidya, Sanika; Saha, Dibya; Rode, Daniel K. H.; Torrens, Gabriel; Hansen, Mads F.; Singh, Praveen K.; Jelli, Eric; Nosho, Kazuki; Jeckel, Hannah. (January 2025). Bacteria use exogenous peptidoglycan as a danger signal to trigger biofilm formation. Nature Microbiology. 10 (1) 144–157. doi:10.1038/s41564-024-01886-5.

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Peptidoglycan” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Peptidoglycan यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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