Sporosarcina pasteurii
स्पोरोसार्सिना पेस्टुरी, जिसे पहले पुराने वर्गीकरणों से बेसिलस पेस्टूरी के रूप में जाना जाता था, एक ग्राम पॉजिटिव बैक्टीरिया है जो कैल्साइट को अवक्षेपित करने और कैल्शियम स्रोत और युरिया को दिए जाने पर रेत को ठोस बनाने की क्षमता रखता है; सूक्ष्म जीवविज्ञान से प्रेरित कैल्साइट वर्षा (एम. आई. सी. पी.) या जैविक सीमेंटेशन की प्रक्रिया के माध्यम से। एस. पेस्टुरी को पारिस्थितिक रूप से मजबूत जैविक निर्माण सामग्री के रूप में उपयोग करने का प्रस्ताव दिया गया है। शोधकर्ताओं ने प्लास्टिक और कठोर खनिज के संयोजन में बैक्टीरिया का अध्ययन किया, जिससे हड्डी से अधिक मजबूत सामग्री बनती है। यह आमतौर पर एम. आई. सी. पी. के लिए उपयोग किया जाता है क्योंकि यह गैर-रोगजनक है और यूरियस एंजाइम की उच्च मात्रा का उत्पादन करने में सक्षम है जो यूरिया को कार्बोनेट और अमोनिया में हाइड्रोलाइज करता है। शरीर विज्ञान एस. पेस्टूरी एक ग्राम पॉजिटिव जीवाणु है जो प्रकृति में छड़ के आकार का होता है। इसमें अपने अस्तित्व को बढ़ाने के लिए सही पर्यावरणीय परिस्थितियों में एंडोस्पोर बनाने की क्षमता है, जो इसके बेसिलस वर्ग की एक विशेषता है। इसका आयाम चौड़ाई में 0.5 से 1.2 माइक्रोन और लंबाई में 1.3 से 4 माइक्रोन है। क्योंकि यह एक क्षारीय है, यह पी. एच. 9-10 के बुनियादी वातावरण में पनपता है। यह 11.2 के पी. एच. तक अपेक्षाकृत कठोर परिस्थितियों में जीवित रह सकता है। मेटाबॉलिज्म और ग्रोथ एस. पेस्टुरी मिट्टी से पैदा होने वाले फैकल्टेटिव एनारोब्स हैं जो हेटेरोट्रॉफिक हैं और विकास के लिए युरिया और अमोनियम की आवश्यकता होती है। अमोनियम का उपयोग सब्सट्रेट को कोशिका में कोशिका झिल्ली को पार करने की अनुमति देने के लिए किया जाता है। यूरिया का उपयोग जीवाणु के लिए नाइट्रोजन और कार्बन स्रोत के रूप में किया जाता है। एस. पेस्टूरी यूरिया के हाइड्रोलिसिस को प्रेरित करने में सक्षम हैं और यूरियस एंजाइम का उत्पादन और स्राव करके इसे ऊर्जा के स्रोत के रूप में उपयोग करते हैं। एन्जाइम यूरिया को हाइड्रोलाइज करके कार्बोनेट और अमोनिया बनाता है। इस जल अपघटन के दौरान, कुछ और सहज प्रतिक्रियाएं की जाती हैं। कार्बामेट को कार्बोनिक एसिड और अमोनिया में हाइड्रोलाइज किया जाता है और फिर आगे अमोनियम और बाइकार्बोनेट में हाइड्रोलाइज किया जाता है। यह प्रक्रिया प्रतिक्रिया के पी. एच. को 1 से 2 पी. एच. बढ़ाने का कारण बनती है, जिससे पर्यावरण अधिक बुनियादी हो जाता है जो उन स्थितियों को बढ़ावा देता है जिनमें यह विशिष्ट जीवाणु पनपता है। बायोसीमेंटेशन के लिए इस जीवाणु के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए इस पीएच के साथ एक माध्यम को बनाए रखना महंगा हो सकता है। एस. पेस्टुरी की विकास दर को कारकों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रभावित कर सकती है। इसमें इष्टतम तापमान, पी. एच., युरिया सांद्रता, जीवाणु घनत्व, ऑक्सीजन स्तर आदि का पता लगाना शामिल है। यह पाया गया है कि इष्टतम बढ़ता तापमान 30 डिग्री सेल्सियस है, लेकिन यह मौजूद अन्य पर्यावरणीय कारकों से स्वतंत्र है। चूँकि एस. पेस्टूरी हेलोटोलरेंट हैं, वे जलीय क्लोराइड आयनों की कम सांद्रता की उपस्थिति में बढ़ सकते हैं जो बैक्टीरिया कोशिका के विकास को रोकने के लिए पर्याप्त कम हैं। यह एम. आई. सी. पी. उपयोग के लिए आशाजनक अनुप्रयोगों को दर्शाता है। एस. पेस्टुरी डी. एस. एम. 33 को एल-मेथियोनीन, एल-साइस्टीन, थायमिन और निकोटिनिक एसिड के लिए ऑक्सोट्रोफिक बताया गया है। जीनोमिक गुण एस. पेस्टुरी एन. सी. टी. सी. 4822 के पूरे जीनोम को अनुक्रमित किया गया था और एन. सी. बी. आई. परिग्रहण संख्याः एन. जेड. _ यू. जी. वाई. जेड01000000 के तहत सूचित किया गया था। 3. 3 एमबी की गुणसूत्र लंबाई के साथ, इसमें 3,036 प्रोटीन कोडिंग जीन होते हैं और इसमें जीसी सामग्री 39.17% होती है। जब ज्ञात कार्यात्मक जीन और अज्ञात जीन के अनुपात की गणना की जाती है, तो जीवाणु परिवहन, चयापचय और प्रतिलेखन के लिए उच्चतम अनुपात दिखाता है। इन कार्यों का उच्च अनुपात यूरिया को कार्बोनेट आयनों में परिवर्तित करने की अनुमति देता है जो जैव-खनिजकरण प्रक्रिया के लिए आवश्यक है। जीवाणु में सात पहचाने गए जीन होते हैं जो सीधे तौर पर मूत्र गतिविधि और संयोजन से संबंधित होते हैं, जिनका आगे औद्योगिक अनुप्रयोगों में एस. पेस्टूरी के इष्टतम उपयोग के लिए मूत्र उत्पादन को अधिकतम करने के बारे में अंतर्दृष्टि देने के लिए अध्ययन किया जा सकता है। एम. आई. सी. पी. एस. पेस्टूरी के साथ अनुप्रयोगों में यूरिया को हाइड्रोलाइज़ करने की अनूठी क्षमता होती है और प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से, कार्बोनेट आयनों का उत्पादन होता है। यह कोशिका झिल्ली के माध्यम से प्रचुर मात्रा में मूत्र का स्राव करके किया जाता है। जब जीवाणु को कैल्साइट समृद्ध वातावरण में रखा जाता है, तो नकारात्मक रूप से आवेशित कार्बोनेट आयन कैल्शियम कार्बोनेट, या जैव-सीमेंट को अवक्षेपित करने के लिए कैल्शियम जैसे सकारात्मक धातु आयनों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। इसके बाद कैल्शियम कार्बोनेट का उपयोग अवक्षेप के रूप में किया जा सकता है या रेत के कणों को एक साथ सीमेंट करने के लिए कैल्साइट के रूप में क्रिस्टलीकृत किया जा सकता है। इसलिए, जब कैल्शियम क्लोराइड वातावरण में डाला जाता है, तो एस. पेस्टूरी जीवित रहने में सक्षम होते हैं क्योंकि वे हेलोटोलरेंट और क्षारीय होते हैं। चूँकि बैक्टीरिया कठोर खनिजीकरण स्थितियों के दौरान बरकरार रहते हैं, मजबूत होते हैं, और एक नकारात्मक सतह आवेश ले जाते हैं, वे एम. आई. सी. पी. के लिए अच्छे न्यूक्लिएशन स्थलों के रूप में काम करते हैं। जीवाणु की नकारात्मक रूप से आवेशित कोशिका भित्ति खनिजों के निर्माण के लिए सकारात्मक रूप से आवेशित धमनियों के लिए परस्पर क्रिया का एक स्थान प्रदान करती है। इस अंतःक्रिया की सीमा विभिन्न कारकों पर निर्भर करती है जिनमें कोशिका की सतह की विशेषताएँ, पेप्टिडोग्लाइकन की मात्रा, मुक्त कार्बोक्सिल का मध्यस्थता स्तर और टेइकोइक एसिड की उपलब्धता शामिल हैं। एस. पेस्टूरी एक अत्यधिक नकारात्मक सतह आवेश दिखाता है जिसे क्रमशः-28,-26 और-40.8 एम. वी. पर गैर-खनिजकारी बैक्टीरिया ई. कोलाई, एस. ऑरियस और बी. सबटिलिस की तुलना में-67 एम. वी. की अपनी अत्यधिक नकारात्मक जीटा क्षमता में दिखाया जा सकता है। एम. आई. सी. पी. के लिए एस. पेस्टुरी का उपयोग करने के लिए इन सभी लाभों के अलावा, अविकसित इंजीनियरिंग स्केल-अप, अवांछित उप-उत्पाद, अनियंत्रित विकास, या युरिया या ऑक्सीजन सांद्रता जैसी विकास स्थितियों पर निर्भरता जैसी सीमाएँ हैं। वर्तमान और संभावित अनुप्रयोगों एस. पेस्टुरी का उद्देश्य कंक्रीट या मोर्टार की तरह निर्माण सामग्री में सुधार करना है। कंक्रीट दुनिया में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में से एक है, लेकिन यह दरारें बनाने के लिए अतिसंवेदनशील है जिसे ठीक करना महंगा हो सकता है। एक समाधान यह है कि इस जीवाणु को दरारों में डाल दिया जाए और एक बार जब यह एम. आई. सी. पी. का उपयोग करके सक्रिय हो जाए। खनिज स्थायी रूप से पर्यावरण के अनुकूल तरीके से अंतराल का निर्माण और मरम्मत करेंगे। एक नुकसान यह है कि यह तकनीक केवल उन बाहरी सतहों के लिए संभव है जिन तक पहुँचा जा सकता है। एक अन्य अनुप्रयोग कंक्रीट के जैव स्व-उपचार में एस. पेस्टूरी का उपयोग करना है जिसमें सूक्ष्म दरारों को ठीक करने के लिए कंक्रीट की तैयारी के दौरान बैक्टीरिया को कंक्रीट मैट्रिक्स में लागू करना शामिल है। इसमें न्यूनतम मानव हस्तक्षेप का लाभ है और उच्च संपीड़ित शक्ति के साथ अधिक टिकाऊ कंक्रीट का उत्पादन होता है। जैव-खनिजकरण के लिए इस जीवाणु का उपयोग करने की एक सीमा यह है कि हालांकि यह एक फैकल्टेटिव एनारोब है, ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, जीवाणु यूरियस एनारोबिक रूप से संश्लेषित करने में असमर्थ है। ऑक्सीजन की कमी एम. आई. सी. पी. को भी रोकती है क्योंकि इसकी शुरुआत ऑक्सीजन पर बहुत अधिक निर्भर करती है। इसलिए, इंजेक्शन स्थान से दूर या बहुत गहराई पर, वर्षा की संभावना कम हो जाती है। एक संभावित समाधान यह है कि इस जीवाणु को जैव सीमेंट में ऑक्सीजन मुक्त करने वाले यौगिकों (ओआरसी) के साथ जोड़ा जाए जो आमतौर पर जैव उपचार और मिट्टी से प्रदूषकों को हटाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। इस संयोजन के साथ, ऑक्सीजन की कमी को कम किया जा सकता है और एम. आई. सी. पी. को बैक्टीरिया के साथ अनुकूलित किया जा सकता है। वर्तमान अनुप्रयोगों के कुछ विशिष्ट उदाहरणों में शामिल हैंः वास्तुकला के छात्र मैग्नस लार्सन ने अपनी परियोजना "ड्यून एंटी-डेजर्टिफिकेशन आर्किटेक्चर, सोकोटो, नाइजीरिया" और एक रहने योग्य दीवार के अपने डिजाइन के लिए अफ्रीका मध्य पूर्व क्षेत्र के लिए 2008 का होल्सिम पुरस्कार "नेक्स्ट जेनरेशन" पहला पुरस्कार जीता। लार्सन ने भी टेड में प्रस्ताव प्रस्तुत किया। अदरक क्रेग डोसियर की अनूठी जैव प्रौद्योगिकी स्टार्ट-अप कंपनी, बायोमेसन, रैले, एन. सी. में स्पोरोसार्सिना पेस्टुरी और प्राकृतिक रूप से प्रचुर मात्रा में सामग्री से ईंटें उगाने की एक विधि विकसित की है। 2013 में इस कंपनी ने क्रैडल टू क्रैडल इनोवेशन चैलेंज (जिसमें 125,000 डॉलर का पुरस्कार शामिल था) और डच पोस्टकोड लॉटरी ग्रीन चैलेंज (जिसमें 500,000 यूरो का पुरस्कार शामिल था) जीता। अधिक संभावित अनुप्रयोगों में शामिल हैंः भूकंप की संभावना वाले क्षेत्रों में तरलीकृत मिट्टी को मजबूत करने के लिए बैक्टीरिया का उपयोग करें। जैव-ईंटों के रूप में दलदल और दलदल को स्थिर करें इमारतों के बसने की दर को कम करें कृषि में खरपतवार नियंत्रण के लिए बाधा के रूप में उपयोग किए जाने वाले अपशिष्ट जल से भारी धातुओं को हटाएं, जड़ी-बूटियों के विकल्प के रूप में औद्योगिक अनुप्रयोगों में इस जीवाणु का उपयोग करने पर विचार करने की क्षमता, आर्थिक व्यवहार्यता, बैक्टीरिया की दीर्घकालिक व्यवहार्यता, कैल्शियम कार्बोनेट का आसंजन व्यवहार और बहुरूपता है। ग्रेट ग्रीन वॉल (अफ्रीका) संदर्भ भी देखें बाहरी लिंक मैग्नस लार्सनः टीलों को वास्तुकला में बदलना-टेड में लार्सन का भाषण। बैकडाइव में स्पोरोसार्सिना पेस्टुरी का प्रकार-2004 में वर्णित जीवाणु विविधता मेटाडेटाबेस बैसिलेल्स पर्यावरण मृदा विज्ञान