Formatotrophs
ફોર્મેટોટ્રોફ્સ એ એવા સજીવો છે જે કાર્બન સ્ત્રોત તરીકે અથવા શક્તિ ઘટાડવા માટે ઉપયોગમાં લેવા માટે ફોર્મેટ અથવા ફોર્મિક એસિડને આત્મસાત કરી શકે છે. કેટલાક લેખકો ફોર્મેટોટ્રોફ્સને મિથેનોજેન્સના પાંચ ટ્રોફિક જૂથોમાંથી એક તરીકે વર્ગીકૃત કરે છે, જેમાં હાઇડ્રોજનોટ્રોફ્સ, એસિટોટ્રોફ્સ, મિથાઇલોટ્રોફ્સ અને આલ્કોહોલોટ્રોફ્સનો પણ સમાવેશ થાય છે. ફોર્મેટોટ્રોફ્સે "ફોર્મેટ બાયોઇકોનોમી" ના ભાગ રૂપે બાયોટેકનોલોજીમાં કાર્યક્રમો માટે ધ્યાન ખેંચ્યું છે જેમાં સંશ્લેષિત ફોર્મેટનો ઉપયોગ માઇક્રોઓગાનિઝમ્સ માટે પોષક તરીકે થઈ શકે છે. ફોર્મેટને CO2 અને નવીનીકરણીય ઊર્જામાંથી ઇલેક્ટ્રોકેમિકલી સંશ્લેષણ કરી શકાય છે, અને બાયોફ્યુઅલ તરીકે ઉપયોગમાં લેવા માટે બાયોકેમિકલ ઉત્પાદનોના ઉત્પાદનને વધારવા માટે ફોર્મેટોટ્રોફ્સને આનુવંશિક રીતે સુધારી શકાય છે. ફોર્મેટોટ્રોફ્સના સંવર્ધનમાં તકનીકી મર્યાદાઓએ કુદરતી ફોર્મેટોટ્રોફની શોધને મર્યાદિત કરી દીધી છે અને તેમના ફોર્મેટ-મેટાબોલાઇઝિંગ ઉત્સેચકો પર સંશોધનને અવરોધિત કર્યું છે, જે કાર્બન સીક્વેસ્ટ્રેશન અને એસ્ટ્રોબાયોલોજીમાં ઉપયોગ માટે રસ ધરાવે છે. વ્યુત્પત્તિશાસ્ત્ર ફોર્મેટોટ્રોફ્સ તેમનું નામ લેટિન ફોર્મિકા પરથી મેળવે છે, જેનો અર્થ થાય છે "કીડી" (ફોર્મિક એસિડને કીડીઓમાં રાસાયણિક સંરક્ષણ તરીકે તેની હાજરી માટે નામ આપવામાં આવ્યું છે) અને ગ્રીક ટ્રોફિકોસમાંથી, જેનો અર્થ થાય છે "પોષણ અથવા ખોરાકથી સંબંધિત". કુદરતી ફોર્મેટોટ્રોફ્સ અને તેમની ઇકોલોજીકલ ભૂમિકા ફોર્મેટોટ્રોફ્સ સિન્ટ્રોફિક સંબંધો દ્વારા મુખ્ય મેટાબોલિક પ્રક્રિયાઓ કરે છે. આ સંબંધોમાં, વિવિધ વાતાવરણમાં ઊર્જા અથવા કાર્બન ચયાપચય માટે ફોર્મેટની લણણી કરવામાં આવે છે. આ પ્રતિક્રિયાઓ કાર્બન સાઇકલિંગ અને હાઇડ્રોજન જેવા ઘટાડતા એજન્ટોના સ્થાનાંતરણ સાથે સંબંધિત જૈવ ભૂરાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ખાસ મહત્વ ધરાવે છે, જે અજૈવિક ફોર્મેટ સાથે કીસ્ટોન તરીકે કામ કરે છે. કેટલાક મિથેનોજેનિક સજીવો ફોર્મેટને હાઇડ્રોજન અને બાયકાર્બોનેટમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જે અન્ય મિથેનોજેન્સ માટે હાઇડ્રોજન પ્રદાન કરે છે. ફોર્મેટને ફોર્મેટના ઓક્સિડેશન દરમિયાન હાજર મિથેનોજેન્સ સાથે સિન્ટ્રોફિક એસોસિએશનોમાં ફોર્મેટોટ્રોફ્સ દ્વારા આત્મસાત કરી શકાય છે; અન્યથા, ફોર્મેટ ઓક્સિડેશન વૃદ્ધિને ટેકો આપવા માટે ઊર્જાસભર રીતે પૂરતું નહીં હોય અને થર્મોડાયનેમિકલી નાપસંદ છે (τG = + 1.3 kJ/mol). તેથી હાઇડ્રોજનને દૂર કરવા માટે ઓછામાં ઓછું એક મિથેનોજેનિક ભાગીદાર સુક્ષ્મસજીવો હાજર હોવા જોઈએ. કેટલાક સુક્ષ્મસજીવો, જેમ કે ડેસલ્ફ્યુરોકોકસ એમિલોલિટિકસ, ફોર્મેટને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, એસિટેટ, સાઇટ્રેટ અને ઇથેનોલમાં રૂપાંતરિત કરવામાં સક્ષમ છે. ઓક્સિડેશન સમીકરણ બનાવો HCOO-+ H2O-> HCO3-+ H2 કુદરતી બંધારણના ઉદાહરણો મિથાઈલેસિડિફિલમ sp. તાજેતરના મેટાજેનોમિક અભ્યાસો એટલાન્ટિક મહાસાગરમાં આલ્કલાઇન હાઇડ્રોથર્મલ ચીમનીના વિસ્તાર લોસ્ટ સિટી હાઇડ્રોથર્મલ ફિલ્ડમાં સંભવિત ફોર્મેટોટ્રોફની વ્યાપક હાજરી સૂચવે છે, જ્યાં રોક મેટરની સર્પિનાઇઝેશન પ્રતિક્રિયાઓ કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ સ્ટ્રક્ચર્સ, હાઇડ્રોજન, મિથેન, ફોર્મેટ અને અન્ય ઘટકો બનાવે છે. ચીમનીના બાહ્ય ભાગો સામાન્ય રીતે બાયોફિલ્મમાં કોટેડ હોય છે. કઠોર પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ સુક્ષ્મસજીવોના વિકાસને મર્યાદિત કરે છે કારણ કે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ ઓગળેલા અકાર્બનિક કાર્બનની સાંદ્રતાને ઓછી રાખે છે, જે સૂચવે છે કે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ એ પ્રાથમિક કાર્બન સ્રોત નથી. આમ, પ્રારંભિક અભ્યાસોએ ધારણા કરી હતી કે ક્ષેત્રમાં જોવા મળતા ફોર્મેટ (36 થી 158 માઇક્રોન) ની ઊંચી સાંદ્રતાને કારણે ફોર્મેટ એ મુખ્ય કાર્બન સ્રોત હતો. પ્રયોગશાળામાં અલગતા અને સંવર્ધનની મુશ્કેલીઓને કારણે જળઉષ્મીય ક્ષેત્રમાં માઇક્રોબાયલ સમુદાયોનું ચયાપચય મોટે ભાગે અજ્ઞાત છે. મેટાજેનોમિક અને જીનોમિક પુરાવા મુખ્ય કાર્બન સ્ત્રોત તરીકે લોસ્ટ સિટી ચીમનીમાં ફોર્મેટના એકીકરણને સમર્થન આપે છે. મેટાજેનોમ એસેમ્બલ જીનોમ (એમ. એ. જી.) એ નક્કી કર્યું હતું કે સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં જીનોમ મિથેનોસારસિનાલેસમાં હતું, જે ફોર્મેટ મેટાબોલિઝમ સાથે સંબંધિત મેટાબોલિક માર્ગો રજૂ કરતા ન હતા, અને ક્લોરોફ્લેક્સોટા (અગાઉ ક્લોરોફ્લેક્સી) એમ. એ. જી. પાંચ ગણા ઓછા વિપુલ પ્રમાણમાં હતા. લોસ્ટ સિટીમાં ચીમની પર બનેલી બાયોફિલ્મ એક સંભવિત કાર્બન ચક્રની ઝલક પ્રદાન કરે છે જે પૃથ્વી પર જીવનના પ્રારંભિક દિવસોમાં ભૂ-રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પર આધારિત ઇકોસિસ્ટમમાં કાર્યરત હોઈ શકે છે. તેવી જ રીતે, અલ્ટ્રાબેસિક ભૂગર્ભજળમાં કાર્બન એસિમિલેશન વ્યૂહરચનાઓના અભ્યાસોએ અલ્ટ્રામેફિક કોસ્ટ રેન્જ ઓફિયોલાઇટ માઇક્રોબાયલ ઓબ્ઝર્વેટરી (CROMO) માં ડ્રિલ કરેલા કુવાઓમાં કેમોસિન્થેસિસ માઇક્રોબાયલ પ્રતિક્રિયાઓનું સંશોધન કર્યું અને જાણવા મળ્યું કે તે એક્વિફર્સમાં હાજર માઇક્રોબાયલ સમુદાયો સર્પિનાઇઝેશનના ઉત્પાદનોનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં ફોર્મેટ અને મિથેનનો સમાવેશ થાય છે. સી. નેકેટર એ સૌથી વધુ સારી રીતે અભ્યાસ કરાયેલ એરોબિક ફોર્મેટોટ્રોફ્સમાંનું એક છે. તે કાર્બન અને ઉર્જા સ્ત્રોતો તરીકે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, ફોર્મેટ અને હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ કરી શકે છે અને ડિનાઇટ્રીફિકેશન પ્રક્રિયા ધરાવે છે. તે બાયોપ્લાસ્ટિક એન્જિનિયરિંગમાં રસ ધરાવતું સંયોજન, પોલીહાઇડ્રોક્સીઅલ્કેનોએટના ઉત્પાદન માટે અભ્યાસ કરાયેલ એક મોડેલ સુક્ષ્મસજીવો છે. આલ્કોહોલ અને અન્ય બાયો-આધારિત સંયોજનોના સંશ્લેષણ માટે મેટાબોલિક એન્જિનિયરિંગ માટે ચેસિસ તરીકે ઉપયોગમાં લેવા માટે તે ખાસ ધ્યાન આકર્ષિત કરી રહ્યું છે. આ તાણ સાથે વધુ ઇજનેરી માટે નોંધપાત્ર મર્યાદા એ મર્યાદિત કોષ ઘનતા છે જે રાસાયણિક રીતે વ્યાખ્યાયિત માધ્યમોમાં પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. એસિમિલેશન મેટાબોલિક માર્ગોની રચના એસિમિલેશન માટે કુદરતી મેટાબોલિક માર્ગોમાં રિડક્ટિવ પેન્ટોઝ ફોસ્ફેટ માર્ગ, સેરીન માર્ગ, એસિટોજેન્સમાં રિડક્ટિવ એસિટિલ-કોએ માર્ગ, મિથેનોજેન્સમાં રિડક્ટિવ એસિટિલ-કોએ માર્ગ અને ગ્લાયસીન માર્ગનો સમાવેશ થાય છે. રિડક્ટિવ પેન્ટોઝ ફોસ્ફેટ માર્ગ 1 એસિટિલ-CoA ઉત્પન્ન કરવા માટે 11 ફોર્મેટ અણુઓનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે રિડક્ટિવ એસિટિલ-CoA માર્ગ માત્ર 4 નો ઉપયોગ કરે છે. કાર્બન સીક્વેસ્ટ્રેશન માટે ફોર્મેટોટ્રોફ્સ ફોર્મેટની ઓછી આયનીકરણ ક્ષમતા તેને સુક્ષ્મસજીવોને ઘટાડવાની શક્તિ પ્રદાન કરવા માટે એક સારા ઇલેક્ટ્રોન દાતા બનાવે છે. કાર્બનને અલગ કરવા માટે, વિદ્યુતસંશ્લેષણ દ્વારા ફોર્મેટનું ઉત્પાદન-એક અજૈવિક પ્રક્રિયા-જૈવિક પ્રક્રિયા સાથે સંકલિત કરી શકાય છે જે તેને કાર્બન સ્રોત તરીકે ઉપયોગ કરે છે. ફોર્મેટોટ્રોફિક સુક્ષ્મસજીવો મૂલ્યવાન રસાયણોનું ઉત્પાદન કરવા માટે સંભવિત રીતે ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે. થોડા ફોર્મેટોટ્રોફ્સનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, અને આમ ફોર્મેટના આથોમાં મોટાભાગના સંશોધન સંપૂર્ણપણે નવા માર્ગો બનાવવા માટે વિવિધ સુક્ષ્મસજીવોમાંથી કૃત્રિમ માર્ગો અથવા મેળ ખાતા ઉત્સેચકોના વિકાસ પર અને નિર્દેશિત ઉત્ક્રાંતિ તકનીકો દ્વારા ઉત્સેચકોના સુધારણા પર કેન્દ્રિત છે. એવા ઘણા માર્ગો છે જે સંભવિત રીતે બાયોફ્યુઅલ, અન્ય બાયોસિન્થેટિક ઉત્પાદનો અથવા સિંગલ-સેલ પ્રોટીનના ઉત્પાદન માટે ફોર્મેટને આત્મસાત કરી શકે છે, પછી ભલે તે હાલની ફોર્મેટ-ફિક્સિંગ પ્રતિક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને અથવા નવીન ઉત્સેચકોની રચના કરીને હોય. યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી, યુએસ નેશનલ રિન્યુએબલ એનર્જી લેબોરેટરી અને યુએસ એડવાન્સ્ડ રિસર્ચ પ્રોજેક્ટ્સ એજન્સી-એનર્જીએ સી. નેકેટર સાથે ફોર્મેટ એસિમિલેશનમાં સુધારો કરવા માટે ભંડોળની તકો સ્થાપિત કરી છે. સર્પાકારકરણ પ્રણાલીઓમાં વિકસતા સુક્ષ્મસજીવો અજૈવિક અને જૈવિક પ્રણાલીઓ વચ્ચે કાર્બન ચક્રને સમજવામાં રસ ધરાવે છે. આ અભ્યાસો એસ્ટ્રોબાયોલોજી અને ઉત્ક્રાંતિ અને જીવનના ઉદભવના અભ્યાસોમાં વધુ ઉપયોગી છે. સંદર્ભો ફોર્મેટોટ્રોફ્સ