आर्कटिक के बैक्टीरिया कार्बन डाइऑक्साइड ग्रहण करने के लिए एसीटोन मार्ग का उपयोग करते हैं

nature.com की रिपोर्ट के अनुसार, आर्कटिक महासागर की सतही जलराशि में पाया जाने वाला एक बैक्टीरिया कार्बन-आत्मसातीकरण के ऐसे मार्ग में एसीटोन का उपयोग करता प्रतीत होता है, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड भी शामिल होती है। यह खोज प्रकाशपोषी समुद्री आबादी में कार्बोक्सिलीकरण के एक असामान्य रूप की पहचान करती है और संकेत देती है कि यह प्रक्रिया जीव को वृद्धि के लिए आवश्यक पदार्थों की अपनी आपूर्ति बढ़ाने में मदद कर सकती है।

इस मार्ग का पता आर्कटिक महासागर के उत्तर से दक्षिण तक किए गए सर्वेक्षण के दौरान एकत्र किए गए मेटाजीनोमिक नमूनों में चला। शोधकर्ताओं ने इसमें शामिल जीनों को Gammaproteobacteria की एक आबादी, Porticoccus arcticus, से जोड़ा। इस जीव का पता केवल एक बार नहीं चला: 16S राइबोसोमल RNA पर आधारित कई वर्षों के सर्वेक्षण में इसके आनुवंशिक अनुक्रम बार-बार दिखाई दिए और कुछ नमूनों में वे मापी गई आबादी के 9% तक थे।

इस बार-बार उपस्थिति से संकेत मिलता है कि आर्कटिक समुद्री पारिस्थितिक तंत्रों में P. arcticus की भूमिका स्थापित है, न कि यह नमूना लिए गए जल में क्षणिक रूप से दिखाई देने वाला जीव है। अध्ययन में मेटाट्रांसक्रिप्टोम का भी परीक्षण किया गया, जो यह संकेत देते हैं कि पर्यावरणीय समुदायों में कौन-से जीन सक्रिय हैं। इन आंकड़ों में एसीटोन कार्बोक्सिलेज और कई रोडॉप्सिन के जीन पोषक-तत्वों की कमी वाले आर्कटिक सतही जल में P. arcticus के सबसे अधिक सक्रिय जीनों में शामिल थे।

कार्बोक्सिलीकरण का एक अलग उपयोग

कार्बोक्सिलेज ऐसे एंजाइम हैं, जो कार्बन डाइऑक्साइड सहित अकार्बनिक कार्बन को अन्य अणुओं से जोड़ने में मदद करते हैं। यह रसायन आम तौर पर स्वपोषी जीवों से जुड़ा होता है, जो कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग जैविक यौगिक बनाने में करते हैं। नया अध्ययन इस तस्वीर का विस्तार करते हुए साक्ष्य प्रस्तुत करता है कि कोई कार्बोक्सिलेज किसी जैविक यौगिक—इस मामले में एसीटोन—के विघटन और आत्मसातीकरण में भाग ले सकता है।

इसलिए प्रस्तावित मार्ग को केवल सामान्य कार्बन स्थिरीकरण के रूप में वर्णित नहीं किया गया है। इसमें एसीटोन का अपघटन और कार्बन डाइऑक्साइड का समावेशन, दोनों शामिल हैं। सीमित उपलब्ध पोषक-तत्वों वाले अल्पपोषी जल में रहने वाले बैक्टीरिया के लिए यह संयोजन उसकी कोशिकाओं के लिए आवश्यक आणविक निर्माण-खंड उत्पन्न करने का एक अतिरिक्त तरीका उपलब्ध करा सकता है। अध्ययन का निष्कर्ष है कि एसीटोन कार्बोक्सिलीकरण अकार्बनिक कार्बन के साथ जैविक-कार्बन चयापचय को पूरक बनाकर प्रकाशपोषी विषमपोषी बैक्टीरिया की जैवसंश्लेषण क्षमता बढ़ा सकता है।

यह साक्ष्य संपूर्ण मार्ग के प्रत्यक्ष प्रयोगशाला प्रदर्शन के बजाय जीनों के वितरण और उनकी गतिविधि से प्राप्त हुआ है। मेटाजीनोम से पता चला कि P. arcticus में संबंधित आनुवंशिक तंत्र मौजूद है, जबकि मेटाट्रांसक्रिप्टोम से संकेत मिला कि जांचे गए प्राकृतिक पर्यावरण में एसीटोन-कार्बोक्सिलेज जीन अत्यधिक सक्रिय हैं। साथ मिलकर, ये अवलोकन इस मार्ग को आर्कटिक सतही जल में बैक्टीरिया के जीवन से जोड़ते हैं।

अतिरिक्त प्रकाश-संवेदी जीनों वाला सुव्यवस्थित जीनोम

P. arcticus का जीनोमिक स्वरूप इस खोज का एक और पहलू सामने लाता है। संबंधित Porticoccus जीवों की तुलना में इसका जीनोम अधिक संक्षिप्त और सुव्यवस्थित है। जीनोम के इस घटे हुए आकार के बावजूद, इसमें एसीटोन कार्बोक्सिलीकरण के लिए आवश्यक जीनों का पूरा समूह मौजूद है।

इसी समय, पार्श्व जीन स्थानांतरण के जरिए इस बैक्टीरिया ने कई प्रोटीरोडॉप्सिन जीन हासिल किए हैं। अध्ययन में प्रोटीरोडॉप्सिन को जीव के प्रकाश-संबंधी आनुवंशिक तंत्र के हिस्से के रूप में प्रस्तुत किया गया है, और सतही जल में रोडॉप्सिन जीनों की मजबूत सक्रियता उन्हें वहां की प्रमुख गतिविधियों में एसीटोन कार्बोक्सिलीकरण के साथ रखती है।

यह संयोजन उल्लेखनीय है, क्योंकि एक ही आबादी में दो विशेषताएं जुड़ी हुई हैं: प्रकाश से जुड़े रोडॉप्सिन के उपयोग वाले जीन और ऐसा मार्ग, जो एसीटोन का प्रसंस्करण करते हुए कार्बन डाइऑक्साइड को चयापचय में शामिल करता है। निष्कर्ष यह स्थापित नहीं करते कि दोनों तंत्र एक ही जैवरासायनिक क्रम के रूप में काम करते हैं, लेकिन उसी आर्कटिक आबादी में उनकी उच्च सक्रियता जीव की विशिष्ट चयापचयी रूपरेखा को रेखांकित करती है।

आर्कटिक का रिकॉर्ड क्यों महत्वपूर्ण है

लंबे समय से चल रहे 16S rRNA रिकॉर्ड में P. arcticus का बार-बार पाया जाना इस परिणाम के पारिस्थितिक महत्व को मजबूत करता है। केवल किसी अलग-थलग जीनोमिक खंड में पाया गया मार्ग महासागर में उसके महत्व के बारे में सीमित साक्ष्य देता। यहां यह जीव लगातार मौजूद था और कभी-कभी नमूने लिए गए आर्कटिक समुद्री समुदायों में अपेक्षाकृत प्रचुर भी था।

इसलिए अध्ययन एसीटोन कार्बोक्सिलीकरण को महासागर के कार्बन चक्र के व्यापक संचालन के संदर्भ में रखता है। कार्बोक्सिलेज प्रकृति में पहले से ही केंद्रीय स्थान रखते हैं, क्योंकि वे कार्बन डाइऑक्साइड के स्थिरीकरण में मध्यस्थता करते हैं। इस बात का साक्ष्य कि कोई समुद्री प्रकाशपोषी विषमपोषी एसीटोन के अपघटन के दौरान ऐसे एंजाइम का उपयोग कर सकता है, एक और संभावित मार्ग जोड़ता है, जिसके जरिए अकार्बनिक कार्बन कोशिकीय पदार्थ में प्रवेश करता है।

जैसा कि nature.com ने रिपोर्ट किया है, यह काम आर्कटिक बैक्टीरिया में एक ऐसे चयापचयी मॉड्यूल की पहचान करता है, जो उन्हें अल्पपोषी सतही जल में पनपने में मदद कर सकता है। यह यह भी दिखाता है कि जीनोम सर्वेक्षण, पर्यावरणीय जीन-अभिव्यक्ति संबंधी आंकड़े और दीर्घकालिक सामुदायिक रिकॉर्ड मिलकर महासागर में कार्बन प्रसंस्करण के एक अप्रत्याशित रूप का खुलासा कर सकते हैं।