Thermotoga maritima
থার্মোটোগা মারিটিমা একটি হাইপারথার্মোফিলিক, অ্যানেরোবিক জীব যা থার্মোটোগেলস ক্রমের সদস্য। টি. মারিটিমা হাইড্রোজেন (বিশুদ্ধ শক্তি) উৎপাদন করার ক্ষমতার জন্য সুপরিচিত এবং এটি একমাত্র গাঁজনকারী ব্যাকটেরিয়া যা থাওয়ার সীমার (> 4 মোল এইচ2/মোল গ্লুকোজ) চেয়ে বেশি হাইড্রোজেন উৎপাদন করতে দেখা গেছে। এটি বিভিন্ন ধরনের কার্বোহাইড্রেট গাঁজন করে হাইড্রোজেন গ্যাস (এইচ2) উৎপাদন করতে [ফেফে]-হাইড্রোজেনেস ব্যবহার করে। ইতিহাস ইতালির ভালকানোর কাছে একটি সামুদ্রিক ভূ-তাপীয় অঞ্চলের পলিতে প্রথম আবিষ্কৃত, থার্মোটোগা মারিটিমা গরম ঝর্ণার পাশাপাশি জলবিদ্যুৎ ভেন্টে বাস করে। জীবের জন্য আদর্শ পরিবেশ হল জলের তাপমাত্রা, যদিও এটি জলের মধ্যে বৃদ্ধি করতে সক্ষম। থার্মোটোগা মারিটিমা হল একমাত্র ব্যাকটেরিয়া যা এই উচ্চ তাপমাত্রায় বৃদ্ধি পায়; এই চরম পরিবেশে বসবাস করার জন্য পরিচিত অন্যান্য জীবগুলি হল আর্কিয়া ডোমেনের সদস্য। টি. মারিটিমার হাইপারথার্মোফিলিক ক্ষমতা, তার গভীর বংশধারা সহ, ইঙ্গিত দেয় যে এটি সম্ভবত একটি খুব প্রাচীন জীব। শারীরিক বৈশিষ্ট্য থার্মোটোগা মারিটিমা একটি অ-স্পোরুলেটিং, রড আকৃতির, গ্রাম-নেতিবাচক ব্যাকটেরিয়া। যখন একটি অণুবীক্ষণ যন্ত্রের অধীনে দেখা যায়, তখন এটি একটি আবরণের মতো খামে আবৃত অবস্থায় দেখা যায় যা একটি টোগার অনুরূপ, তাই এর নামে "টোগা" রয়েছে। একটি অ্যানেরোবিক গাঁজনকারী কেমোর্গানোট্রফিক জীব হিসাবে, টি. মারিটিমা চিনি এবং পলিমারগুলিকে ক্যাটাবোলাইজ করে এবং গাঁজনের উপ-পণ্য হিসাবে কার্বন ডাই অক্সাইড (সিও2) এবং হাইড্রোজেন (এইচ2) গ্যাস তৈরি করে। টি. মারিটিমা সেলুলোজের পাশাপাশি জাইলানকে বিপাক করতে সক্ষম, যা এইচ2 উৎপন্ন করে যা সম্ভাব্যভাবে জীবাশ্ম জ্বালানির বিকল্প শক্তির উৎস হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। উপরন্তু, এই প্রজাতির ব্যাকটেরিয়া বায়ুহীন শ্বাসযন্ত্র ব্যবহার করে শক্তি উৎপাদনের জন্য ফে (III) হ্রাস করতে সক্ষম। কোষীয় শ্বাস-প্রশ্বাসের সময় ব্যবহারের জন্য বিভিন্ন ফ্ল্যাভোপ্রোটিন এবং আয়রন-সালফার প্রোটিনকে সম্ভাব্য ইলেক্ট্রন বাহক হিসাবে চিহ্নিত করা হয়েছে। যাইহোক, চূড়ান্ত ইলেক্ট্রন গ্রহণকারী হিসাবে সালফারের সাথে বৃদ্ধি করার সময়, কোনও এটিপি উত্পাদিত হয় না। পরিবর্তে, এই প্রক্রিয়াটি গাঁজনমূলক বৃদ্ধি থেকে উত্পাদিত প্রতিরোধমূলক এইচ 2 কে নির্মূল করে। সমষ্টিগতভাবে, এই বৈশিষ্ট্যগুলি ইঙ্গিত করে যে টি. মারিটিমা তার জীবন প্রক্রিয়া চালানোর জন্য সম্পদশালী এবং অনেকগুলি পদার্থকে বিপাক করতে সক্ষম হয়ে উঠেছে। টি. মারিটিমা এনার্জি থেকে বিশুদ্ধ শক্তি (বায়োহাইড্রোজেন) বিশ্বের ক্রমবর্ধমান চাহিদা এবং আগামী 20 বছরে এটি বৃদ্ধি পাবে বলে আশা করা হচ্ছে। বিভিন্ন শক্তির উৎসের মধ্যে, প্রতি একক ওজনের উচ্চ শক্তির পরিমাণের কারণে হাইড্রোজেন সর্বোত্তম শক্তি বাহক হিসাবে কাজ করে। টি. মারিটিমা হল একটি গাঁজনকারী ব্যাকটেরিয়া যা তাপগতিবিদ্যার সীমার (4 মোল এইচ2/মোল গ্লুকোজ) কাছাকাছি স্তরে হাইড্রোজেন উৎপাদন করে। যাইহোক, অন্যান্য গাঁজনকারী ব্যাকটেরিয়ার মতো, এই ব্যাকটেরিয়ায় হাইড্রোজেনের উৎপাদন 4 মোল এইচ2/গ্লুকোজ (থাইউর সীমা) অতিক্রম করে না কারণ এর সহজাত প্রকৃতি এইচ2 উৎপাদনের তুলনায় তার নিজস্ব কোষ বিভাজনের জন্য দ্রুত বৃদ্ধির জন্য আরও বেশি শক্তি ব্যবহার করে। এই কারণগুলির কারণে গাঁজনকারী ব্যাকটেরিয়া বাণিজ্যিকভাবে বেশি পরিমাণে হাইড্রোজেন উৎপাদন করে বলে মনে করা হয় না। এই সীমা অতিক্রম করে চিনির এইচ2-এ রূপান্তর উন্নত করার ফলে একটি উচ্চতর এইচ2 উৎপাদনকারী জৈবিক ব্যবস্থা তৈরি হতে পারে যা জীবাশ্ম জ্বালানি-ভিত্তিক এইচ2 উৎপাদনকে ছাড়িয়ে যেতে পারে। এই ব্যাকটেরিয়ায় বিপাকীয় প্রকৌশল টি. মারিটিমার স্ট্রেনের বিকাশ ঘটায় যা হাইড্রোজেন উৎপাদনের থাওয়ার সীমা অতিক্রম করে। একটি স্ট্রেন, যা টিএমএ 200 নামেও পরিচিত, 5,77 মোল এইচ2/মোল গ্লুকোজ উৎপাদন করে যা এখন পর্যন্ত একটি গাঁজনকারী ব্যাকটেরিয়ায় সর্বোচ্চ ফলন বলে জানা গেছে। এই স্ট্রেনে, শক্তি পুনর্বণ্টন, এবং পেন্টোজ ফসফেট পথের (পিপিপি) মাধ্যমে বিপাকীয় পুনর্বিন্যাস হাইড্রোজেন সংশ্লেষণ থেকে সংযোগহীন বৃদ্ধির সময় অতিরিক্ত হ্রাসকারী উৎপন্ন করে। উচ্চ হাইড্রোজেন উৎপাদনকারী ব্যাকটেরিয়ায় উৎপাদিত পণ্যের উৎপাদন সর্বাধিক করার জন্য পণ্য গঠন থেকে বৃদ্ধির সংযোগ বিচ্ছিন্ন করাকে একটি কার্যকর কৌশল হিসাবে দেখা হয়েছে। পণ্যের উৎপাদন সর্বাধিক করার জন্য অন্যান্য হাইড্রোজেন উৎপাদনকারী ব্যাকটেরিয়ার ক্ষেত্রেও অনুরূপ কৌশল অবলম্বন করা যেতে পারে। হাইড্রোজেনেস ক্রিয়াকলাপ হাইড্রোজেনেসগুলি মেটালোএনজাইম যা বিপরীতমুখী হাইড্রোজেন রূপান্তর বিক্রিয়াকে অনুঘটক করেঃ H2′2H + + 2e−। থার্মোটোগা মারিটিমা (টি. এম. এইচ. আই. ডি. এস) থেকে একটি গ্রুপ সি [ফি. এফ. ই]-হাইড্রোজেনেস গ্রুপ এ প্রোটোটাইপিক্যাল এবং দ্বিখণ্ডিত [ফি. এফ. ই]-হাইড্রোজেনেসের তুলনায় পরিমিত হাইড্রোজেন রূপান্তর কার্যকলাপ এবং এনজাইমের প্রতিরোধক সি. ও-এর প্রতি সংবেদনশীলতা হ্রাস করেছে। টিএমএইচআইডিএস-এর একটি হাইড্রোজেনেস ডোমেন রয়েছে যার সক্রিয় সাইট পকেটে স্বতন্ত্র অ্যামিনো অ্যাসিড পরিবর্তন রয়েছে, যার মধ্যে একটি পার-আর্ন-সিম (পিএএস) ডোমেনের উপস্থিতি রয়েছে। জিনোমিক গঠন টি. মারিটিমার জিনোম 1877 প্রোটিনের জন্য একটি একক বৃত্তাকার 1.8 মেগাবেজ ক্রোমোজোম এনকোডিং নিয়ে গঠিত। এর জিনোমের মধ্যে বেশ কয়েকটি তাপ এবং ঠান্ডা শক প্রোটিন রয়েছে যা সম্ভবত বিপাকীয় নিয়ন্ত্রণ এবং পরিবেশগত তাপমাত্রা পরিবর্তনের প্রতিক্রিয়ায় জড়িত। এটি তার জিনোমের 24 শতাংশ আর্কিয়ার সদস্যদের সাথে ভাগ করে নেয়; যে কোনও ব্যাকটেরিয়ার সর্বোচ্চ শতাংশ ওভারল্যাপ। এই সাদৃশ্যটি আর্কিয়া এবং টি. মারিটিমার পূর্বপুরুষদের মধ্যে অনুভূমিক জিন স্থানান্তরের ইঙ্গিত দেয় এবং টি. মারিটিমা কেন এই ধরনের চরম তাপমাত্রা এবং পরিস্থিতিতে বেঁচে থাকতে সক্ষম তা ব্যাখ্যা করতে সহায়তা করতে পারে। টি. মারিটিমার জিনোম একাধিকবার সিকোয়েন্স করা হয়েছে। টি. মারিটিমা এমএসবি8 জিনোমোভার ডিএসএম3109-এর জিনোম সিকোয়েন্সিং নির্ধারণ করে যে পূর্ববর্তী সিকোয়েন্সড জিনোমটি প্রায় 8-কেবি অপসারণ সহ টি. মারিটিমার একটি বিবর্তিত পরীক্ষাগার বৈকল্পিক ছিল। উপরন্তু, বিভিন্ন ধরনের ডুপ্লিকেট জিন এবং এর জিনোমে সরাসরি পুনরাবৃত্তি জিন অপসারণের দিকে পরিচালিত করে আন্তঃ-আণবিক সমজাতীয় পুনঃসংযোগের ক্ষেত্রে তাদের ভূমিকার পরামর্শ দেয়। টি. মারিটিমাতে পরীক্ষামূলক মাইক্রোবিয়াল বিবর্তন ব্যবহার করে 10-কেবি জিন অপসারণ সহ একটি স্ট্রেন তৈরি করা হয়েছে। থার্মোটোগা মারিটিমা থার্মোটোগা মারিটিমার জেনেটিক সিস্টেমের হাইড্রোজেন সংশ্লেষণে প্রচুর সম্ভাবনা রয়েছে কারণ এটি বিভিন্ন ধরনের শর্করাকে গাঁজন করতে পারে এবং সর্বোচ্চ পরিমাণে এইচ2 (4 মোল এইচ2/মোল গ্লুকোজ) উৎপাদন করে বলে জানা গেছে। গত 30 বছর ধরে জেনেটিক সিস্টেমের অভাবের কারণে বেশিরভাগ গবেষণায় ই. কোলাই-তে হেটেরোলোগাস জিন এক্সপ্রেশনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা হয়েছে বা মডেলগুলির পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে যেহেতু টি. মারিটিমার একটি জিন নকআউট মিউট্যান্ট অনুপলব্ধ ছিল। প্রাথমিকভাবে উপযুক্ত তাপ-স্থিতিশীল নির্বাচনযোগ্য মার্কারের অভাবের কারণে টি. মারিটিমার জন্য একটি জেনেটিক সিস্টেম তৈরি করা একটি চ্যালেঞ্জিং কাজ। সম্প্রতি, টি. মারিটিমাতে পাইরিমিডিন জৈব সংশ্লেষণের উপর ভিত্তি করে সবচেয়ে নির্ভরযোগ্য জিনগত ব্যবস্থা প্রতিষ্ঠিত হয়েছে। এই নতুন উন্নত জেনেটিক সিস্টেমটি একটি পাইর-মিউট্যান্টের উপর নির্ভর করে যা 5-ফ্লোরোরোটিক অ্যাসিড (5-এফওএ) নামে একটি পাইরিমিডিন জৈব সংশ্লেষণ প্রতিরোধকারী ওষুধের উপর টি. মারিটিমা চাষ করার পরে বিচ্ছিন্ন করা হয়েছিল। পাইরই-মিউট্যান্ট ইউরাসিলের জন্য একটি অক্সোট্রফিক মিউট্যান্ট। টি. মারিটিমার একটি দূরবর্তী সম্পর্কিত গণের পাইরই টি. মারিটিমার পাইরই-মিউট্যান্টের ইউরাসিল অক্সোট্রফিকে উদ্ধার করেছে এবং এটি একটি উপযুক্ত চিহ্নিতকারী হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে। প্রথমবারের মতো, এই মার্কারের ব্যবহার টি. মারিটিমার একটি আরাবিনোজ (আরাএ) মিউট্যান্টের বিকাশের অনুমতি দেয়। এই মিউট্যান্টটি হাইড্রোজেন সংশ্লেষণে টি. মারিটিমার পেন্টোজ ফসফেট পথের ভূমিকা অন্বেষণ করেছিল। টি. মারিটিমার জিনোমে সরাসরি পুনরাবৃত্তি রয়েছে যা প্যারালগগুলিতে বিকশিত হয়েছে। জেনেটিক সিস্টেমের অভাবের কারণে এই প্যারালগগুলির প্রকৃত কার্যকারিতা অজানা রয়ে গেছে। সম্প্রতি টি. মারিটিমাতে বিকশিত জেনেটিক সিস্টেম মাল্টোজ ট্রান্সপোর্টারের এটিপিজ প্রোটিনের (মালকে) কার্যকারিতা নির্ধারণ করতে খুব কার্যকর হয়েছে যা মাল্টি-কপি (তিনটি অনুলিপি) ফ্যাশনে উপস্থিত। তিনটি অনুমানমূলক এটিপিজ এনকোডিং সাবইউনিট (ম্যালকে) এবং ফেনোটাইপের জিন বিঘ্ন এই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছে যে তিনটি প্রতিলিপির মধ্যে কেবল একটিই ম্যাল্টোজ ট্রান্সপোর্টারের এটিপিজ ফাংশন হিসাবে কাজ করে। এটি জানা আকর্ষণীয় যে টি. মারিটিমাতে অনেক জিনের বেশ কয়েকটি প্যারালগ রয়েছে এবং এই জিনের প্রকৃত কার্যকারিতা এখন সম্প্রতি উন্নত সিস্টেমের ব্যবহারের উপর নির্ভরশীল। টি. মারিটিমাতে সদ্য বিকশিত জেনেটিক সিস্টেমের হাইপারথার্মোফিলিক ব্যাকটেরিয়াল জিন এক্সপ্রেশন অধ্যয়নের জন্য হোস্ট হিসাবে টি. মারিটিমাকে তৈরি করার প্রচুর সম্ভাবনা রয়েছে। এই মডেল জীবের প্রোটিন অভিব্যক্তি কোনও চিকিৎসা ছাড়াই সম্পূর্ণ কার্যকরী প্রোটিন সংশ্লেষ করার প্রতিশ্রুতি দেয়। বিবর্তন থার্মোটোগা মারিটিমাতে বেশ কয়েকটি সক্ষমতা জিনের সমরূপ রয়েছে, যা পরামর্শ দেয় যে এটির বহিরাগত জিনগত উপাদানকে অভ্যন্তরীণ করার একটি অন্তর্নিহিত ব্যবস্থা রয়েছে, সম্ভবত এই ব্যাকটেরিয়া এবং মুক্ত ডিএনএর মধ্যে জিনগত বিনিময়কে সহজতর করে। রাইবোসোমাল আর. এন. এ-র ছোট উপ-ইউনিটের ফাইলোজেনেটিক বিশ্লেষণের উপর ভিত্তি করে, এটি ব্যাকটেরিয়ার গভীরতম বংশগুলির মধ্যে একটি হিসাবে স্বীকৃত হয়েছে। উপরন্তু, এর লিপিডগুলির একটি অনন্য কাঠামো রয়েছে যা অন্যান্য সমস্ত ব্যাকটেরিয়া থেকে আলাদা। তথ্যসূত্র বাহ্যিক সংযোগ থার্মোতোগা মারিটিমা জিনোম থার্মোতোগা মারিটিমার সিকোয়েন্সড জিনোম ব্যাকডাইভে থার্মোতোগা মারিটিমার স্ট্রেন-1986 সালে বর্ণিত হাইড্রোথার্মাল ভেন্টে বসবাসকারী ব্যাকটেরিয়াল ডাইভারসিটি মেটাডেটাবেস থার্মোতোগোটা জীব