Hydrogen-oxidizing bacteria
হাইড্রোজেন-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া হল ফ্যাকাল্টেটিভ অটোট্রফগুলির একটি গ্রুপ যা হাইড্রোজেনকে ইলেক্ট্রন দাতা হিসাবে ব্যবহার করতে পারে। এগুলিকে অ্যারোব এবং অ্যানেরোব-এ ভাগ করা যেতে পারে। প্রথমটি হাইড্রোজেনকে ইলেকট্রন দাতা এবং অক্সিজেনকে গ্রহণকারী হিসাবে ব্যবহার করে এবং পরেরটি সালফেট বা নাইট্রোজেন ডাই অক্সাইডকে ইলেক্ট্রন গ্রহণকারী হিসাবে ব্যবহার করে। উভয় প্রকারের প্রজাতিই মিষ্টি জল, পলল, মাটি, সক্রিয় স্লাজ, উষ্ণ প্রস্রবণ, জলবিদ্যুৎ ভেন্ট এবং প্রবাহিত জল সহ বিভিন্ন পরিবেশ থেকে বিচ্ছিন্ন করা হয়েছে। এই ব্যাকটেরিয়াগুলি হাইড্রোজেনের উপস্থিতির জন্য আণবিক হাইড্রোজেনের বিশেষ বৈশিষ্ট্যগুলি (উদাহরণস্বরূপ রেডক্স সম্ভাব্যতা এবং বিস্তার সহগ) কাজে লাগাতে সক্ষম। অ্যারোবিক হাইড্রোজেন-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া হল ফ্যাকাল্টেটিভ অটোট্রফ, তবে তাদের মিক্সট্রফিক বা সম্পূর্ণ হেটেরোট্রফিক বৃদ্ধিও হতে পারে। এগুলির বেশিরভাগই জৈব স্তরের উপর বৃহত্তর বৃদ্ধি দেখায়। একটি ইলেক্ট্রন দাতা হিসাবে হাইড্রোজেনের ব্যবহার কার্বনিক পদার্থ সংশ্লেষ করার ক্ষমতার সাথে মিলিত হয়, সিও2-এর হ্রাসকারী আত্তীকরণের মাধ্যমে, হাইড্রোজেন-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়াকে বৈশিষ্ট্যযুক্ত করে। এই জীবের সর্বাধিক প্রতিনিধিত্বকারী গণের মধ্যে রয়েছে ক্যামিনিব্যাক্টর, অ্যাকুইফেক্স, র্যালস্টোনিয়া এবং প্যারাকোক্কাস। হাইড্রোজেনের উৎস হাইড্রোজেন আমাদের পৃথিবীর সবচেয়ে বিস্তৃত উপাদান, যা সমস্ত পরমাণুর প্রায় তিন-চতুর্থাংশের প্রতিনিধিত্ব করে। বায়ুমণ্ডলে, আণবিক হাইড্রোজেন (এইচ2) গ্যাসের ঘনত্ব প্রায় 0.5-0.6 পিপিএম, এবং তাই এটি মিথেনের পরে দ্বিতীয় সর্বাধিক প্রাচুর্যযুক্ত ট্রেস গ্যাসকে উপস্থাপন করে। H2-কে জৈবিক প্রক্রিয়াগুলিতে শক্তির উৎস হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে কারণ এর একটি অত্যন্ত ঋণাত্মক রেডক্স সম্ভাব্যতা রয়েছে (E0′ =-0.414 V)। এটি O2 এর সাথে, জারণমূলক শ্বাসক্রিয়ায় (2H2 + O2 → 2H2O), অথবা কার্বন ডাই অক্সাইড বা সালফেটের মতো জারণযুক্ত যৌগগুলির সাথে মিলিত হতে পারে। একটি বাস্তুতন্ত্রে অজৈব এবং জৈবিক প্রক্রিয়ার মাধ্যমে হাইড্রোজেন উৎপাদন করা যেতে পারে। অজৈব প্রক্রিয়াগুলি মূলত ভূ-তাপীয় উৎপাদন এবং সর্পায়িতকরণের কারণে হয়। ভূ-তাপীয় প্রক্রিয়াগুলিতে, হাইড্রোজেন সাধারণত একটি গ্যাস হিসাবে উপস্থিত থাকে এবং বিভিন্ন প্রতিক্রিয়া দ্বারা প্রাপ্ত হতে পারেঃ জল উচ্চ তাপমাত্রায় সিলিকন র্যাডিকেলের সাথে বিক্রিয়া করতে পারেঃ Si· + H2O → SiOH + H·H· + H· → H22। আয়রন অক্সাইড এবং জলের মধ্যে একটি প্রস্তাবিত বিক্রিয়া 800 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রায় ঘটতে পারেঃ 2FeO + H2O → Fe2O3 + H2 2Fe3O4 + H2O → 3Fe2O3 + H2 পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় ঘটে, সর্পিনাইজেশন একটি এক্সোথার্মিক ভূ-রাসায়নিক প্রক্রিয়া যা ঘটে যখন পৃথিবীর গভীর থেকে আল্ট্রামাফিক শিলাগুলি উত্থিত হয় এবং জলের মুখোমুখি হয়। এই প্রক্রিয়াটি প্রচুর পরিমাণে এইচ 2, পাশাপাশি মিথেন এবং জৈব পদার্থ তৈরি করতে পারে। প্রধান জৈবিক প্রক্রিয়া যা হাইড্রোজেন গঠনের দিকে পরিচালিত করে তা হল নাইট্রোজেন স্থিরকরণ এবং গাঁজন। প্রথমটি ঘটে সায়ানোব্যাকটেরিয়ার মতো ব্যাকটেরিয়ায়, যার একটি বিশেষ এনজাইম, নাইট্রোজেনেস রয়েছে, যা এন2-কে এন. এইচ4 +-এ হ্রাস করতে অনুঘটক করে। উপরন্তু, এই অণুজীবের হাইড্রোজেনেস নামে আরেকটি উৎসেচক রয়েছে, যা একটি উপজাত হিসাবে মুক্ত এইচ2-কে জারিত করে। নাইট্রোজেন-ফিক্সিং ব্যাকটেরিয়ায় যদি কম পরিমাণে হাইড্রোজেনেস থাকে, তবে অতিরিক্ত এইচ2 পরিবেশে ছেড়ে দেওয়া যেতে পারে। মুক্ত হাইড্রোজেনের পরিমাণ নির্ভর করে এইচ2 উৎপাদন ও ব্যবহারের অনুপাতের উপর। দ্বিতীয় প্রক্রিয়া, গাঁজন, কিছু অ্যানেরোবিক হেটেরোট্রফিক ব্যাকটেরিয়া দ্বারা সঞ্চালিত হয়, বিশেষ করে ক্লস্ট্রিডিয়া, যা জৈব অণুগুলিকে অবনমিত করে, হাইড্রোজেনকে একটি পণ্য হিসাবে উৎপাদন করে। এই ধরনের বিপাক প্রধানত অ্যানোক্সিক স্থানগুলিতে ঘটে, যেমন হ্রদের পলল, গভীর সমুদ্রের হাইড্রোথার্মাল ভেন্ট এবং প্রাণীর অন্ত্রে। সম্ভবত এই জৈবিক প্রক্রিয়াগুলির ফলস্বরূপ সমুদ্র হাইড্রোজেনের দ্বারা অতিমাত্রায় সম্পৃক্ত হয়। নাইট্রোজেন স্থিরকরণকে মহাসাগরে এইচ2 উৎপাদনের সাথে জড়িত প্রধান প্রক্রিয়া বলে মনে করা হয়। মহাসাগরে হাইড্রোজেনের নিঃসরণ সৌর বিকিরণের উপর নির্ভরশীল, যা প্রতিদিন দুপুরের দিকে সর্বোচ্চ হয়। সর্বাধিক ঘনত্ব ভূপৃষ্ঠের কাছাকাছি প্রথম মিটারগুলিতে থাকে, যা থার্মোক্লাইনে হ্রাস পায় এবং গভীর মহাসাগরে তাদের সর্বনিম্ন স্তরে পৌঁছায়। বিশ্বব্যাপী, গ্রীষ্মমন্ডলীয় এবং উপক্রান্তীয় মহাসাগরগুলিতে এইচ2-এর সর্বাধিক প্রাচুর্য রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ হাইড্রোথার্মাল ভেন্ট এইচ2 হাইড্রোথার্মাল ভেন্টে একটি গুরুত্বপূর্ণ ইলেক্ট্রন দাতা। এই পরিবেশে হাইড্রোজেন জারণ শক্তির একটি উল্লেখযোগ্য উৎসের প্রতিনিধিত্ব করে, যা এটিপি সংশ্লেষণ এবং অটোট্রফিক সিও 2 স্থিরকরণ পরিচালনা করার জন্য যথেষ্ট, তাই হাইড্রোজেন-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া গভীর সমুদ্রের আবাসস্থলে বাস্তুতন্ত্রের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ গঠন করে। জলবিদ্যুৎ ভেন্টে সংঘটিত প্রধান রাসায়নিক সংশ্লেষিত প্রতিক্রিয়াগুলির মধ্যে সালফাইড এবং হাইড্রোজেনের জারণ একটি কেন্দ্রীয় ভূমিকা পালন করে। বিশেষত, অটোট্রফিক কার্বন স্থিরকরণের জন্য, হাইড্রোজেন জারণ বিপাক সালফাইড বা থাইওসালফেট জারণের চেয়ে বেশি অনুকূল, যদিও কম শক্তি নির্গত হয় (-797 কেজে/মোলের তুলনায় শুধুমাত্র-237 কেজে/মোল)। হাইড্রোজেন জারণের সময় কার্বনের একটি মোল স্থির করতে, সালফাইড জারণের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তির এক-তৃতীয়াংশ ব্যবহার করা হয়। কারণ সালফাইড, হাইড্রোজেন এবং অন্যান্য প্রজাতির আপেক্ষিক পরিমাণের উপর নির্ভর করে, হাইড্রোজেনের জারণ দ্বারা শক্তি উৎপাদন সালফাইডের জারণ দ্বারা উৎপাদনের তুলনায় 10-18 গুণ বেশি হতে পারে। নলগাস ব্যাকটেরিয়া অ্যারোবিক হাইড্রোজেন-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া, যাকে কখনও কখনও নলগাস ব্যাকটেরিয়া বলা হয়, এমন ব্যাকটেরিয়া যা চূড়ান্ত ইলেক্ট্রন গ্রহণকারী হিসাবে অক্সিজেনের সাথে হাইড্রোজেনকে জারিত করে। এই ব্যাকটেরিয়াগুলির মধ্যে রয়েছে হাইড্রোজেনোব্যাক্টর থার্মোফিলাস, কাপ্রিয়াভিডাস নেকেটর এবং হাইড্রোজেনোভাইব্রিও মারিনাস। গ্রাম পজিটিভ এবং গ্রাম নেগেটিভ নালগাস ব্যাকটেরিয়া উভয়ই রয়েছে। বেশিরভাগ মাইক্রোএরোবিক অবস্থার অধীনে সবচেয়ে ভাল বৃদ্ধি পায় কারণ হাইড্রোজেনেস এনজাইমটি অক্সিজেনের উপস্থিতি দ্বারা বাধাগ্রস্ত হয় এবং তবুও শক্তি বিপাকের ক্ষেত্রে টার্মিনাল ইলেক্ট্রন গ্রহণকারী হিসাবে অক্সিজেনের প্রয়োজন হয়। জার্মান ভাষায় নলগাস শব্দের অর্থ "অক্সিহাইড্রোজেন" (হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনের মিশ্রণ, আক্ষরিক অর্থে "ব্যাং-গ্যাস")। স্ট্রেইন এমএইচ-110 মহাসাগরের পৃষ্ঠের জল হাইড্রোজেনের উচ্চ ঘনত্ব দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। 1989 সালে, একটি অ্যারোবিক হাইড্রোজেন-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া সমুদ্রের জল থেকে বিচ্ছিন্ন করা হয়েছিল। এমএইচ-110 স্ট্রেন (ওরফে ডিএসএম 11271, হাইড্রোজেনোভাইব্রিও মারিনাসের টাইপ স্ট্রেন) স্বাভাবিক তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে এবং বায়ুমণ্ডলে (একটি অবিচ্ছিন্ন গ্যাস প্রবাহ ব্যবস্থার অধীনে) 40 শতাংশ অক্সিজেন স্যাচুরেশন দ্বারা চিহ্নিত হতে পারে (অনুরূপ বৈশিষ্ট্যগুলি পৃষ্ঠের জলে উপস্থিত থাকে যা থেকে ব্যাকটেরিয়া বিচ্ছিন্ন ছিল, যা মোটামুটি বায়ুবাহিত মাধ্যম)। এটি হাইড্রোজেন-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়ার স্বাভাবিক আচরণের থেকে আলাদা, যা সাধারণত মাইক্রোএরোফিলিক পরিস্থিতিতে (<10% O2 স্যাচুরেশন) বৃদ্ধি পায়। এই স্ট্রেনটি থাইওসালফেট এবং টেট্রাথিওনেটের মতো সালফার যৌগগুলির হ্রাসের সাথে হাইড্রোজেন জারণকে সংযুক্ত করতে সক্ষম। বিপাক নলগাস ব্যাকটেরিয়া তাদের রাসায়নিক শক্তির উৎস হিসাবে এইচ 2 ব্যবহার করে কার্বন ডাই অক্সাইড ঠিক করতে সক্ষম। নলগাস ব্যাকটেরিয়া অন্যান্য হাইড্রোজেন-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া থেকে আলাদা, যা শক্তির উৎস হিসাবে এইচ 2 ব্যবহার করলেও, নলগাসগুলির মতো সিও 2 ঠিক করতে সক্ষম হয় না। এই অ্যারোবিক হাইড্রোজেন জারণ (H2 + O2 H2O), যা নালগাস বিক্রিয়া নামেও পরিচিত, যথেষ্ট পরিমাণে শক্তি নির্গত করে, যার-237 kJ/mol এর ΔGo থাকে। কোষ দ্বারা ব্যবহারের জন্য প্রোটন প্রেরক শক্তি হিসাবে শক্তিটি ধরা হয়। এই বিক্রিয়ার সাথে জড়িত প্রধান উৎসেচকগুলি হল হাইড্রোজেনেস, যা আণবিক হাইড্রোজেনকে বিভক্ত করে এবং তার ইলেকট্রনগুলিকে ইলেক্ট্রন পরিবহন শৃঙ্খলে ফিড করে, যেখানে সেগুলি চূড়ান্ত গ্রহণকারী, O2-এর কাছে নিয়ে যাওয়া হয়, প্রক্রিয়াটিতে শক্তি উত্তোলন করে। হাইড্রোজেন শেষ পর্যন্ত জলে জারিত হয়, যা শেষ পণ্য। সক্রিয় স্থানে উপস্থিত ধাতুর ধরন অনুযায়ী হাইড্রোজেনেসগুলি তিনটি বিভাগে বিভক্ত করা হয়। এই উৎসেচকগুলি প্রথম সিউডোমোনাস স্যাক্রোফিলা, অ্যালক্যালাইজিনেস রুহল্যান্ডি এবং অ্যালক্যালাইজিনেস ইউট্রোফাসে পাওয়া যায়, যেখানে দুই ধরনের হাইড্রোজেনেস রয়েছেঃ সাইটোপ্লাজমিক এবং মেমব্রেন-বাউন্ড। যেখানে প্রথম উৎসেচক হাইড্রোজেন গ্রহণ করে এবং কার্বন স্থিরকরণের জন্য এন. এ. ডি + কে এন. এ. ডি. এইচ-এ হ্রাস করে, দ্বিতীয়টি প্রোটন মোটিভ ফোর্সের উৎপাদনে জড়িত। বেশিরভাগ নালগাসে শুধুমাত্র দ্বিতীয় ব্যাকটেরিয়া পাওয়া যায়। যদিও এই অণুজীবগুলি অনুষদগত অটোট্রফ, কেউ কেউ ইলেকট্রন দাতা হিসাবে জৈব পদার্থ ব্যবহার করে হেটেরোট্রফিকভাবে বাঁচতে সক্ষম হয়; এই ক্ষেত্রে, হাইড্রোজেনেস ক্রিয়াকলাপ কম গুরুত্বপূর্ণ বা সম্পূর্ণ অনুপস্থিত। যাইহোক, নলগ্যাস ব্যাকটেরিয়া, যখন কেমোলিথোআটোট্রফ হিসাবে বৃদ্ধি পায়, ক্যালভিন-বেনসন চক্রের মাধ্যমে, কোষের জন্য প্রয়োজনীয় জৈব অণু তৈরি করতে সিও2-এর একটি অণুকে সংহত করতে পারেঃ 6এইচ2 + 2ও2 + সিও2 (সিএইচ2ও) + 5এইচ2ও অ্যালক্যালাইজিনেস ইউট্রোফার একটি গবেষণায় দেখা গেছে যে, ও2-এর কম ঘনত্বে (প্রায় 10 মোল%) এবং ফলস্বরূপ কম αH2/α2 মোলার অনুপাতের সাথে সিও2 স্থিরকরণের শক্তি দক্ষতা 50 শতাংশে বৃদ্ধি পায়। একবার একীভূত হয়ে গেলে, কিছু কার্বন পলিহাইড্রক্সিবিউটাইরেট হিসাবে সংরক্ষণ করা যেতে পারে। ব্যবহার পর্যাপ্ত পুষ্টি, এইচ2, ও2 এবং সিও2 দেওয়া হলে, অনেক নালগাস ব্যাকটেরিয়া মাত্র অল্প পরিমাণ জমি ব্যবহার করে ভ্যাটগুলিতে দ্রুত বৃদ্ধি করা যেতে পারে। এর ফলে এগুলিকে খাদ্য এবং অন্যান্য পণ্যের পরিবেশগতভাবে টেকসই উৎস হিসাবে চাষ করা সম্ভব হয়। উদাহরণস্বরূপ, ব্যাকটেরিয়া উৎপাদিত পলিহাইড্রক্সিবিউটাইরেটকে বিভিন্ন পরিবেশ-টেকসই প্রয়োগে জৈব-অবক্ষয়যোগ্য প্লাস্টিক উৎপাদনের জন্য ফিডস্টক হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। সোলার ফুডস একটি স্টার্টআপ যা কৃত্রিম মাংসের মতো পণ্যগুলিতে ব্যবহারের জন্য একটি নিরপেক্ষ-স্বাদযুক্ত, প্রোটিন সমৃদ্ধ খাদ্য উৎস গড়ে তুলতে হাইড্রোজেনকে বিভক্ত করতে পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি ব্যবহার করে খাদ্য উৎপাদনের জন্য নালগাস ব্যাকটেরিয়াকে বাণিজ্যিকীকরণের চেষ্টা করেছে। গবেষণা সমীক্ষায় দেখা গেছে যে, ঐতিহ্যবাহী কৃষির তুলনায় নালগা চাষ বেশি পরিবেশবান্ধব। তথ্যসূত্র ব্যাকটেরিয়া হাইড্রোজেন লিথোট্রফস