પેનિસિલિન: દુનિયાની પ્રથમ એન્ટીબાયોટિક દવા માટે જવાબદાર, ઐતિહાસિક ફૂગનો જેનોમ ઉકેલાયો.

              

 લંડનમાં એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ નામના વૈજ્ઞાનિકે અકસ્માતે જ, દુનિયાની પ્રથમ એન્ટીબાયોટિક દવા પેનિસિલિનની શોધ કરી હતી. બીજા વિશ્વયુદ્ધમાં અનેક લોકોના જીવ બચાવવા માટે આ શોધનો ફાળો મહત્વનો હતો. તબીબી જગત તેને "વન્ડર ડ્રગ"તરીકે ઓળખવા લાગ્યું હતું. આજે પેનિસિલિન ગ્રુપની અનેક દવાઓ મનુષ્યને મોતના મુખમાંથી બચાવી રહી છે. છેલ્લાં ૯૦ વર્ષોથી પેનિસિલિન દવા આપણી વચ્ચે છે. ત્યારે સવાલ થશેકે આજે પેનિસિલિનને યાદ કરવાનું કોઈ કારણ ખરૂં? તાજેતરમાં બ્રિટનના વૈજ્ઞાનિકોએ એક અનોખું કામ કર્યું છે. ૧૯૨૮માં એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ જે પ્રકારની ફૂગનું સેમ્પલ વાપરીને પેનિસિલિન દવા બનાવી હતી. તે પ્રજાતિની ફૂગના સેમ્પલ પાંચ દાયકાથી થીજાવીને સાચવી રાખવામાં આવ્યા છે. આ ફૂગના સેમ્પલને વૈજ્ઞાનિકોએ ચકાસીને, તેનો સંપૂર્ણ જેનોમ ઉકેલી લીધો છે. વૈજ્ઞાનિકોને આધુનિક પ્રજાતિની ફૂગના જેનોમ સાથે સરખામણી કરવાની તક મળી છે. આ સંશોધને ફરીવાર એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગને, પેનિસિલિન અને આધુનિક જિનેટિક ટેકનોલોજીને લોકો સમક્ષ રજૂ કરી છે. જો પેનિસિલિનની શોધ થઇ ન હોત તો, આજની તબીબી દુનિયા અને એન્ટીબાયોટિક દવા કેવા પ્રકારની હોત તેની કલ્પના કરવી મુશ્કેલ છે. ભૂતકાળની શોધને, આધુનિક ટેકનોલોજીએ અલગ પરિપેક્ષમાં મૂકીને વૈજ્ઞાનિકોને વધુ વિચારતા કરી મુકયા છે.

એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ : અકસ્માતે પેનિસિલિનની શોધ થઈ

 એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગનું નામ આવે એટલે તરત જ લોકો સમક્ષ તેમણે શોધેલી પેનિસિલિન નામની એન્ટીબાયોટિક દવા યાદ આવી જાય.૧૯૨૮માં સેન્ટ મેરી હોસ્પિટલ મેડિકલ સ્કૂલમાં એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ પોતાનું સંશોધન કરતા હતા. પ્રયોગશાળાની પેટ્રી ડીશમાં તેમણે સ્ટેફાયલોકોકસ બેક્ટેરિયાને ઉછેરવા માટે મુક્યા હતા. બે અઠવાડીયાની રજા ઉપર જનારા બેદરકાર લેબ ટેકનિશિયન, એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ રજા ઉપર જતા પહેલા પેટ્રીડીશને સાફ કરવાનું ભૂલી ગયા. રજા ઉપરથી પાછા આવીને તેમણે જોયું તો, પેટ્રીડીશ ઉપર એક પ્રકારની ફૂગ જામેલી હતી. તેણે "સ્ટેફાયલોકોકસ બેક્ટેરિયા"નો વિકાસ અટકાવ્યો હતો. કુતૂહલવશ તેમણે ફૂગનો અભ્યાસ કર્યો. ફૂગમાં રહેલું ખાસ દ્રવ્ય "પેનિસિલિન", સ્ટેફાયલોકોકસ બેક્ટેરિયાનો વિકાસને અટકાવીરહ્યું હતું. શરૂઆતમાં તેમણે પોતે કેટલી મહાન શોધ કરી છે એનો અંદાજ પણ ન હતો.

                ૧૯૨૯માં તેમણે પોતાના સંશોધન વિશે બ્રિટનની બ્રિટિશ જર્નલ "એક્સપરિમેન્ટલ પેથોલોજી"મા લેખ પ્રકાશિત કર્યો. તેમણે લખ્યું કે 28 સપ્ટેમ્બર ૧૯૨૮ના રોજ સવારે ઊઠ્યો ત્યારે, મને ખ્યાલ ન હતો કે હું દુનિયાની પ્રથમ એન્ટીબાયોટિક દવા એટલે કે બેક્ટેરિયા કિલરને શોધીને તબીબી જગતમાં એક નવો ક્રાંતિકારી ફેરફાર કરીશ. પરંતુ મેં જે કર્યું તે આજ વસ્તુ હતી. રૂ જેવી ફૂગ, થોડા દિવસમાં પોતાનો આકાર અને કદ બદલે છે. સાથે સાથે રંગ પણ બદલે છે. સફેદમાંથી લીલો, લીલા રંગમાંથી કાળો, અને કાળા રંગમાંથી છેવટે ચમકતો પીળો રંગ જોવા મળે છે.

                સંશોધન લેખમાં એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગએ લખ્યું કે "શરૂઆતમાં પેનિસિલિનની અસર ગ્રામ નેગેટિવ બેક્ટેરિયા ઉપર જોવા મળતી ન હતી. માત્ર ગ્રામ પોઝિટિવ બેક્ટેરિયા ઉપર તેની અસર જોવા મળતી હતી. બેક્ટેરિયાને પ્રયોગશાળામાં ઓળખવા માટે તેને ખાસ રંગ વડે રંગવામાં આવે છે. રંગની બેક્ટેરિયા પર અસર થાય છે. તેના ઉપર રંગની છાંટ જોવા મળે છે. આવા બેક્ટેરિયાને ગ્રામ પોઝિટિવ બેક્ટેરિયા કહે છે. જે બેક્ટેરિયા ઉપર રંગની છાંટ જોવા મળતી નથી, તેને ગ્રામ નેગેટિવ બેક્ટેરિયા કહે છે.

હોવર્ડ ફ્લોરી અને અર્ન્સ્ટ ચેન : શોધના સાચા હકદાર.

તબીબી જગતમાં એક ક્રાંતિકારી ફેરફાર થઈ ચૂક્યો હતો. 1931 સુધી એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગએ પેનિસિલિન ઉપર પોતાનું સંશોધન ચાલુ રાખ્યું. સપાટી ઉપર લાગેલા ઘા અને ચામડી ઉપર થયેલ ઇન્ફેક્શનને મટાડવા માટે પેનિસિલિનનો ઉપયોગ કરવાનું એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગને યોગ્ય લાગ્યું હતું. ત્યારબાદ તેઓ વધારે સંશોધન કરતા અટકી ગયા. તેઓ જ્યાં અટકી ગયા ત્યાંથી તેમનું પેનિસિલિન સંબંધી સંશોધન તેમના સહકાર્યકર અને સાથી હોવર્ડ ફ્લોરી અને અર્ન્સ્ટ ચેન દ્વારાચાલુ રાખવામાં આવ્યું. પેનિસિલિન અભ્યાસ માટે એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ શોધી પરંતુ, પેનિસિલિન ઉપર વધારે ઊંડાઈપૂર્ણ અને ડેટા આધારિત સંશોધન હોવર્ડ ફ્લોરી અને અર્ન્સ્ટ ચેન કર્યું હતું, વિશ્વની પ્રથમ એન્ટીબાયોટિક દવા શોધવાની કદરકદરરૂપે એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ, હોવર્ડ ફ્લોરી અને અર્ન્સ્ટ ચેનને ૧૯૪૫માં તબીબી / શરીર ક્રિયા વિજ્ઞાનનું નોબલ પ્રાઇઝ આપવામાં આવ્યું.

                પેન્સિલની શોધ થયા પછી, મનુષ્ય ઉપર તેનો ઉપયોગ કરતા પહેલા, તેના ક્લિનિકલ ટ્રાયલ કરવા જરુરી હતા. 1938 સુધી હોવર્ડ ફ્લોરી અને અર્ન્સ્ટ ચેન પેનિસિલિન ઉપર વધારે સંશોધન કરી રહ્યા હતા.1940મધ્ય ભાગમાં ઉંદર ઉપર,પેનિસિલિનના પ્રયોગો કરવામાં આવ્યા. જે સફળ રહ્યા. પરંતુ ખરી સમસ્યા પૂરતા પ્રમાણમાં પેનિસિલિન કઈ રીતે પેદા કરવું તે હતી. તે સમયે ફૂગને પ્રયોગશાળામાં ઉછેરી તેના વડે તૈયાર કરવામાં આવેલું ૨૦૦૦ લિટર જેટલું પ્રવાહી પ્રોસેસ કર્યા બાદ, દર્દીને એકવાર સારવાર આપી શકાય તેટલુ પેનિસિલિન માંડમાંડ ઉત્પન કરી શકાતું હતું. સપ્ટેમ્બર 1940માં ઓક્સફર્ડ પોલીસ કોન્સ્ટેબલ, આલ્બર્ટ એલેક્ઝાન્ડરની સારવાર, બ્રિટનના પ્રથમ ટેસ્ટ કેસ તરીકે કરવામાં આવી. પાંચ દિવસ બાદ આલ્બર્ટ એલેક્ઝાન્ડરમાં રિકવરીની નિશાની દેખાવા લાગી. પરંતુ હોવર્ડ ફ્લોરી અને અર્ન્સ્ટ ચેનપાસે પૂરતા પ્રમાણમાં પેનિસિલિન ઉપલબ્ધ ન હોવાથી દર્દીનું આખરે મૃત્યુ થયું. આમ પેનિસિલિન દવાથી રિકવરી થયેલી પણ જોવા મળી અને પેનિસિલિનના અભાવમાં મનુષ્યનું મૃત્યુ થયું હોય તેવી ઘટના પણ બની. હવે બીજુ વિશ્વયુદ્ધ શરૃ થઈ ચૂક્યુ હતું. અમેરિકા વિશ્વ યુદ્ધમાં ઝંપલાવે તે પહેલા, એટલે કે 1941મા હોવર્ડ ફ્લોરી અને અર્ન્સ્ટ ચેન અમેરિકા જતા રહ્યા.

નોર્મન જ્યોર્જ હીટલી: નોબેલ પારિતોષિકથી વંચિત રાખ્યાનો અફસોસ

હોવર્ડ ફ્લોરી અને અર્ન્સ્ટ ચેન અમેરિકામાં પોતાનું સંશોધન ચાલુ જ રાખ્યું. મુખ્ય સવાલ હવે ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન થઈ શકે તેવી ફૂગ શોધવાનો હતો. ઉનાળાના એક દિવસે લેબોરેટરી આસિસ્ટન્ટ મેરી હન્ટ, ફંગસ પેનિસિલિયમ ક્રિસોઝિયમ નામની નવી પ્રજાતિ શોધી લાવી. જેમાંથી અન્ય ફૂગ કરતા 200 ઘણું પેનિસિલિન મેળવી શકાતું હતું. એક્સ-રે અને ફિલ્ટર પદ્ધતિ વાપરીને, ફૂગની પ્રજાતિમાં ફેરફાર કરી નવી ફૂગની નવી જાત "પેનિસિલિયમ નોટામ" તૈયાર કરવામાં આવી. જે ૧૦૦૦ ગણું ઉત્પાદન આપતી હતી. ૧૯૪૨માં અમેરિકામાં પ્રથમ વાર પેનિસિલિયમનો ઉપયોગ કરી સ્ટ્રેપ્ટોકોકલ સેપ્ટીસીમિયાના દર્દીની સારવાર કરવામાં આવી હતી. બીજું વિશ્વયુદ્ધ શરૂ થયું ત્યારે, પેનિસિલિન દવાનું ઉત્પાદન મોટા પાયે કરવું શક્ય બન્યું ન હતું. 1943ના શરૂઆતના પાંચ મહિનામાં માત્ર ૪૦ કરોડ યુનિટ પેનિસિલિન તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું. જ્યારે વિશ્વયુદ્ધ ખતમ થયું ત્યારે, અમેરિકન કંપની દર મહિને 65 કરોડ યુનિટ પેનિસિલિન તૈયાર કરતી હતી. બ્રિટનના નોર્મન જ્યોર્જ હીટલીના પ્રયોગથી પેનિસિલિન જથ્થાબંધ ઉત્પાદન કરવાનું શક્ય બન્યું હતું. પરંતુ નોબેલ પારિતોષિત આપવાની વાત આવી ત્યારે બ્રિટનના નોર્મન જ્યોર્જ હીટલીના યોગદાનને બાજુમાં મૂકી દેવામાં આવ્યું.

                ૧૯૨૮માં એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ દ્વારા પેનિસિલિનની શોધ સેન્ટ મેરી હોસ્પિટલ મેડિકલ સ્કૂલની પ્રયોગશાળામાં થઈ હતી.આજે આ હોસ્પિટલ ઇમ્પિરિયલ કોલેજ ઓફ લંડનનો એક ભાગ છે. ઇમ્પિરિયલ કોલેજ ઓફ લંડન અને ઓક્ષફોર્ડ યુનિવર્સિટીના સહયોગથી , એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગની શોધ માટે, જે ફૂગનું ઉપયોગમાં લેવાઇ હતી, તેને છેલ્લા પચાસ વર્ષથી થિજાવીને રાખી મૂકવામાં આવીછે. આજે તેનું વર્ગીકરણ "પેનિસિલિયમ રુબેન્સ" તરીકે કરવામાં આવે છે. પેનિસિલિન માટે વપરાયેલ ઐતિહાસિક ફૂગ , બ્રિટન અને અમેરિકામાં અત્યારે પેનિસિલિનના ઉત્પાદનમાં વપરાતી ફૂગની અન્ય બે પ્રજાતિનો અને "પેનિસિલિયમ રુબેન્સ" જેનોમ ઉકેલવામાં આવ્યો છે. આ એક ઐતિહાસિક કામ ઇમ્પિરિયલ કોલેજ ઓફ લંડન અને ઓક્ષફોર્ડ યુનિવર્સિટીના વૈજ્ઞાનિકોએ કર્યું છે.

ઇમ્પિરિયલ કોલેજ ઓફ લંડન અને ઓક્ષફોર્ડ યુનિવર્સિટી: આખરે ફૂગનો જેનોમ ઉકેલ્યો.

ઇમ્પિરિયલ કોલેજ ઓફ લંડન અને ઓક્ષફોર્ડ યુનિવર્સિટીના વૈજ્ઞાનિકોએ પેનિસિલિનના ઉત્પાદન માં વપરાયેલ ત્રણ પ્રકારની ફૂગનો જેનોમ ઉકેલ્યો છે. તેમનો સંશોધન લેખને " સાયન્ટિફિક રિપોર્ટ " નામની જર્નલમાં પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યો છે. સંશોધન કરનાર મુખ્ય વૈજ્ઞાનિક મુખ્ય સંશોધનકાર પ્રોફેસર ટીમોથી બેરક્લોફ કહે છે કે "એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગની ફૂગનો અમે બીજો ઉપયોગ કરવાનું વિચાર્યું હતું. પરંતુ અમે આયોજન બદલીને તેનો જેનોમ ઉકેલવાનું નક્કી કર્યું. કારણકે હજી સુધી આ એક ઐતિહાસિક ફૂગનો જેનોમ ઉકેલવાનું કોઈ વૈજ્ઞાનિકોએ વિચાર્યું ન હતું. જીવવિજ્ઞાન, તબીબી જગત અને જેનોમીક્સ માટે પણ આ એક ઐતિહાસિક પગલું છે."

                એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ દ્વારા વાપરવામાં આવેલ "પેનિસિલિયમ નોટામ" શરૂઆતમાં માત્ર પ્રયોગાત્મક ધોરણે પેનિસિલિન પેદા કરવા માટે વપરાતી હતી. હાલમાં વિશ્વમાં પેનિસિલિનના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે શક્કરટેટીના વેલા ઉપર પોતાનું જીવન ગુજારનાર ફૂગનો ઉપયોગ થાય છે,કારણકે આ ફૂગ વધારે પ્રમાણમાં પેનિસિલિન ઉત્પાદન કરી આપે છે. વૈજ્ઞાનિકોએ ફૂગનો જેનોમ ઉકેલ્યો છે, તેના કારણે પેનિસિલિનનું ઉત્પાદન વધારવામાં વૈજ્ઞાનિકોને સફળતા મળશે. પેનિસિલિન ના ઉત્પાદનમાં કેવા પ્રકારના એન્ઝાઇમ્સ ભાગ ભજવે છે, તેના ઉપર વૈજ્ઞાનિકોએ પોતાનું ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે. સંશોધનમાં જોવા મળ્યું છેકે બ્રિટન અને અમેરિકામાં ફૂગમાંથી પેનિસિલિનનું ઉત્પાદન કરવા માટે માટે જવાબદાર, નિયમન કરનાર જનીનના કોડ એક સમાન છે. પરંતુ અમેરિકામાં પેનિસિલિનના ઉત્પાદન માટે જે ફૂગ વાપરવામાં આવે છે, તેના જેનોમમાં "રેગ્યુલેટરી જીન્સ"ની સંખ્યા, બ્રિટનની ફૂગમાં રહેલ જનીનોની સંખ્યા કરતાં વધારે છે.

મનુષ્ય શરીરમાં રહેલા બેક્ટેરિયા, વારંવાર વપરાતી એન્ટીબાયોટિક દવા સામે "એન્ટીબાયોટિક રેઝિસ્ટન્સ" કેળવી લે છે. આવા સંજોગોમાં તાજેતરમાં ઉકેલવામાં આવેલ જેનોમ વધારે ઉપયોગી બની શકશે. સ્થાનિક સૂક્ષ્મ જીવાણુઓ સામે રક્ષણ મેળવવા માટે, ફૂગના જેનોમમાં ફેરફાર કરી વધારે અસરકારક પેનિસિલિન ઉત્પાદન કરવામાં આવશે. ભવિષ્યમા પેનિસિલિનની વધારે સારી આશાવાદી ડિઝાઇન તૈયાર થશે. આ ઉપરાંત માનવ શરીર અને સૂક્ષ્મ જીવાણુઓમાં પેનિસિલિન પ્રત્યે જે "એન્ટીબાયોટિક રેઝિસ્ટન્સ" પેદા થયું છે તેને દૂર કરવામાં પણ સફળતા મળશે.