Formatotrophs
फॉर्मेटोट्रोफ्स ऐसे जीव हैं जो कार्बन स्रोत के रूप में या शक्ति को कम करने के लिए उपयोग करने के लिए फॉर्मेट या फॉर्मिक एसिड को आत्मसात कर सकते हैं। कुछ लेखक फॉर्मेटोट्रोफ़्स को मेथेनोजेन के पांच ट्रॉफिक समूहों में से एक के रूप में वर्गीकृत करते हैं, जिसमें हाइड्रोजनोट्रोफ़्स, एसीटोट्रोफ़्स, मिथाइलोट्रोफ़्स और अल्कोहलोट्रोफ़्स भी शामिल हैं। फॉर्मेटोट्रोफ़्स ने "फॉर्मेट बायोइकोनॉमी" के हिस्से के रूप में जैव प्रौद्योगिकी में अनुप्रयोगों के लिए ध्यान आकर्षित किया है जिसमें संश्लेषित फॉर्मेट का उपयोग सूक्ष्मजीवों के लिए पोषक तत्व के रूप में किया जा सकता है। फॉर्मेट को कार्बन डाइऑक्साइड और अक्षय ऊर्जा से विद्युत रासायनिक रूप से संश्लेषित किया जा सकता है, और जैव ईंधन के रूप में उपयोग किए जाने वाले जैव रासायनिक उत्पादों के उत्पादन को बढ़ाने के लिए फॉर्मेटोट्रोफ़ को आनुवंशिक रूप से संशोधित किया जा सकता है। फार्मेटोट्रोफ्स के संवर्धन में तकनीकी सीमाओं ने प्राकृतिक फार्मेटोट्रोफ्स की खोज को सीमित कर दिया है और उनके फॉर्मेट-मेटाबोलाइजिंग एंजाइमों पर अनुसंधान को बाधित किया है, जो कार्बन पृथक्करण और खगोल जीव विज्ञान में अनुप्रयोगों के लिए रुचि रखते हैं। फार्मेटोट्रोफ्स का नाम लैटिन फॉर्मिका से लिया गया है, जिसका अर्थ है "चींटी" (फॉर्मिक एसिड का नाम चींटियों में रासायनिक रक्षा के रूप में इसकी उपस्थिति के लिए रखा गया है) और ग्रीक ट्रोफिकोस से, जिसका अर्थ है "पोषण या भोजन से संबंधित"। प्राकृतिक फ़ॉर्मेटोट्रोफ़ और उनकी पारिस्थितिक भूमिका फ़ॉर्मेटोट्रोफ़ सिंट्रोफ़िक संबंधों के माध्यम से प्रमुख चयापचय प्रक्रियाओं का प्रदर्शन करते हैं। इन संबंधों में, विभिन्न वातावरणों में ऊर्जा या कार्बन चयापचय के लिए फॉर्मेट की कटाई की जाती है। ये प्रतिक्रियाएँ कार्बन साइक्लिंग और हाइड्रोजन जैसे कम करने वाले एजेंटों के हस्तांतरण से संबंधित जैव-भूरासायनिक प्रक्रिया में विशेष महत्व की हैं, जो अजैविक फॉर्मेट के साथ एक कीस्टोन के रूप में कार्य करती हैं। कुछ मिथेनोजेनिक जीव फॉर्मेट को हाइड्रोजन और बाइकार्बोनेट में परिवर्तित करते हैं, जो अन्य मिथेनोजेन्स के लिए हाइड्रोजन प्रदान करते हैं। फॉर्मेट के ऑक्सीकरण के दौरान मौजूद मेथेनोजेन्स के साथ सिंट्रॉफिक संघों में फॉर्मेटोट्रोफ़्स द्वारा फॉर्मेट को आत्मसात किया जा सकता है; अन्यथा, फॉर्मेट ऑक्सीकरण विकास का समर्थन करने के लिए ऊर्जावान रूप से पर्याप्त नहीं होगा और ऊष्मागतिकीय रूप से नापसंद है। इसलिए हाइड्रोजन को हटाने के लिए कम से कम एक मिथेनोजेनिक भागीदार सूक्ष्मजीव मौजूद होना चाहिए। कुछ सूक्ष्मजीव, जैसे कि डेसल्फ्यूरोकॉकस एमाइलोलिटिकस, फॉर्मेट को कार्बन डाइऑक्साइड, एसीटेट, साइट्रेट और इथेनॉल में बदलने में सक्षम हैं। ऑक्सीकरण समीकरण एच. सी. ओ. ओ.-+ एच. 2. ओ.-> एच. सी. ओ. 3.-+ एच. 2 का निर्माण करें प्राकृतिक फॉर्मेटोट्रोफ्स मिथाइलासिडिफिलम एस. पी. के उदाहरण। हाल के मेटाजेनॉमिक अध्ययनों से पता चलता है कि अटलांटिक महासागर में क्षारीय हाइड्रोथर्मल चिमनी के एक क्षेत्र लॉस्ट सिटी हाइड्रोथर्मल क्षेत्र में संभावित फॉर्मेटोट्रोफ़ की व्यापक उपस्थिति है, जहां चट्टान पदार्थ की सर्पिनाइज़ेशन प्रतिक्रियाएं कैल्शियम कार्बोनेट संरचनाओं, हाइड्रोजन, मीथेन, फॉर्मेट और अन्य घटकों का निर्माण करती हैं। चिमनी के बाहरी हिस्से को आमतौर पर बायोफिल्म में लेपित किया जाता है। कठोर पर्यावरणीय स्थितियाँ सूक्ष्मजीवों के विकास को सीमित करती हैं क्योंकि रासायनिक प्रतिक्रियाएँ घुलित अकार्बनिक कार्बन की सांद्रता को कम रखती हैं, जो दर्शाती हैं कि कार्बन डाइऑक्साइड प्राथमिक कार्बन स्रोत नहीं है। इस प्रकार, प्रारंभिक अध्ययनों ने परिकल्पना की कि क्षेत्र में पाए जाने वाले फॉर्मेट (36 से 158 माइक्रोन) की उच्च सांद्रता के कारण फॉर्मेट मुख्य कार्बन स्रोत था। हाइड्रोथर्मल क्षेत्र में माइक्रोबियल समुदायों का चयापचय प्रयोगशाला अलगाव और संवर्धन के साथ कठिनाइयों के कारण काफी हद तक अज्ञात है। मेटाजेनॉमिक और जीनोमिक साक्ष्य मुख्य कार्बन स्रोत के रूप में लॉस्ट सिटी चिमनी में फॉर्मेट के आत्मसात होने का समर्थन करते हैं। मेटाजेनम एसेम्बल जीनोम (एम. ए. जी.) ने निर्धारित किया कि सबसे प्रचुर मात्रा में जीनोम मेथेनोसारसिनालेस में था, जो फॉर्मेट चयापचय से संबंधित चयापचय मार्ग प्रस्तुत नहीं करता था, और क्लोरोफ्लेक्सोटा (पूर्व में क्लोरोफ्लेक्सी) एम. ए. जी. पाँच गुना कम प्रचुर मात्रा में थे। लॉस्ट सिटी में चिमनी के ऊपर बनी बायोफिल्म एक संभावित कार्बन चक्र की झलक प्रदान करती है जो पृथ्वी पर जीवन के शुरुआती दिनों में भू-रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर आधारित पारिस्थितिकी तंत्र में चल रहा हो सकता है। इसी तरह, अल्ट्राबेसिक भूजल में कार्बन एसिमिलेशन रणनीतियों के अध्ययन ने अल्ट्रामेफिक कोस्ट रेंज ओफियोलाइट माइक्रोबियल ऑब्जर्वेटरी (CROMO) में ड्रिल किए गए कुओं में कीमोसिंथेसिस माइक्रोबियल प्रतिक्रियाओं का पता लगाया और पाया कि उन जलभृतों में मौजूद माइक्रोबियल समुदाय कार्बन स्रोतों के रूप में फॉर्मेट और मीथेन सहित सर्पिनाइजेशन के उत्पादों का उपयोग करते हैं। सी. नेकेटर सबसे अच्छी तरह से अध्ययन किए गए एरोबिक फॉर्मेटोट्रोफ़्स में से एक है। यह कार्बन और ऊर्जा स्रोतों के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड, फॉर्मेट और हाइड्रोजन का उपयोग कर सकता है और इसकी एक डिनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया है। यह एक मॉडल सूक्ष्मजीव है जिसका अध्ययन पॉलीहाइड्रॉक्सीअल्केनोएट के उत्पादन के लिए किया जाता है, जो बायोप्लास्टिक इंजीनियरिंग में रुचि का एक यौगिक है। यह अल्कोहल और अन्य जैव-आधारित यौगिकों के संश्लेषण के लिए चयापचय इंजीनियरिंग के लिए एक चेसिस के रूप में उपयोग करने के लिए विशेष ध्यान आकर्षित कर रहा है। इस प्रकार के साथ आगे की इंजीनियरिंग के लिए एक महत्वपूर्ण सीमा सीमित कोशिका घनत्व है जिसे रासायनिक रूप से परिभाषित मीडिया में प्राप्त किया जा सकता है। एसिमिलेशन चयापचय मार्गों का निर्माण एसिमिलेशन के लिए प्राकृतिक चयापचय मार्गों में रिडक्टिव पेंटोज फॉस्फेट मार्ग, सेरीन मार्ग, एसिटोजेन में रिडक्टिव एसिटाइल-सीओए मार्ग, मेथेनोजेन में रिडक्टिव एसिटाइल-सीओए मार्ग और ग्लाइसिन मार्ग शामिल हैं। रिडक्टिव पेंटोज फॉस्फेट मार्ग 1 एसिटाइल-सीओए का उत्पादन करने के लिए 11 फॉर्मेट अणुओं का उपयोग करता है, जबकि रिडक्टिव एसिटाइल-सीओए मार्ग केवल 4 का उपयोग करता है। कार्बन पृथक्करण के लिए फॉर्मेटोट्रोफ़्स फॉर्मेट की कम आयनीकरण क्षमता इसे सूक्ष्मजीवों को कम करने की शक्ति प्रदान करने के लिए एक अच्छा इलेक्ट्रॉन दाता बनाती है। कार्बन को अलग करने के लिए, इलेक्ट्रोसिंथेसिस द्वारा फॉर्मेट का उत्पादन-एक अजैविक प्रक्रिया-को एक जैविक प्रक्रिया के साथ एकीकृत किया जा सकता है जो इसे कार्बन स्रोत के रूप में उपयोग करती है। फॉर्मेटोट्रॉफिक सूक्ष्मजीव का उपयोग मूल्यवान रसायनों के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। कुछ फॉर्मेटोट्रोफ़ का अध्ययन किया गया है, और इस प्रकार फॉर्मेट के किण्वन में अधिकांश शोध सिंथेटिक मार्गों के विकास या विभिन्न सूक्ष्मजीवों से मिलान करने वाले एंजाइमों पर केंद्रित है ताकि पूरी तरह से नए मार्ग बनाए जा सकें और निर्देशित विकास तकनीकों द्वारा एंजाइमों के सुधार पर ध्यान केंद्रित किया जा सके। ऐसे कई मार्ग हैं जो संभावित रूप से जैव ईंधन, अन्य जैवसंश्लेषक उत्पादों या एकल-कोशिका प्रोटीन के उत्पादन के लिए फॉर्मेट को आत्मसात कर सकते हैं, चाहे मौजूदा फॉर्मेट-फिक्सिंग प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके या नए एंजाइमों को डिजाइन करके। यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी, यूएस नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लेबोरेटरी और यूएस एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट्स एजेंसी-एनर्जी ने सी. नेकेटर के साथ फॉर्मेट एसिमिलेशन में सुधार के लिए फंडिंग के अवसर स्थापित किए हैं। सर्पीकरण प्रणालियों में बढ़ने वाले सूक्ष्मजीव अजैविक और जैविक प्रणालियों के बीच कार्बन चक्रण को समझने में रुचि रखते हैं। इन अध्ययनों के आगे खगोल जीव विज्ञान और विकास और जीवन के उद्भव के अध्ययन में अनुप्रयोग हैं। संदर्भ फ़ॉर्मेटोट्रोफ़्स