Thermotoga maritima
थर्मोटोगा मारिटिमा एक हाइपरथर्मोफिलिक, अवायवीय जीव है जो थर्मोटोगेल्स क्रम का सदस्य है। टी. मारिटिमा हाइड्रोजन (स्वच्छ ऊर्जा) का उत्पादन करने की अपनी क्षमता के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है और यह एकमात्र किण्वक जीवाणु है जिसे थाउर सीमा (> 4 मोल एच2/मोल ग्लूकोज) से अधिक हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए दिखाया गया है। यह कई अलग-अलग प्रकार के कार्बोहाइड्रेट को किण्वित करके हाइड्रोजन गैस (H2) का उत्पादन करने के लिए [FeFe]-हाइड्रोजेनेस का उपयोग करता है। इतिहास सबसे पहले इटली के वल्कानो के पास एक समुद्री भू-तापीय क्षेत्र के तलछट में खोजा गया, थर्मोटोगा मारिटिमा गर्म झरनों के साथ-साथ जल-तापीय छिद्रों में भी रहता है। जीव के लिए आदर्श वातावरण पानी का तापमान है, हालांकि यह पानी में बढ़ने में सक्षम है। थर्मोटोगा मारिटिमा एकमात्र जीवाणु है जो इस उच्च तापमान पर बढ़ने के लिए जाना जाता है; केवल अन्य जीव जो इस चरम वातावरण में रहने के लिए जाने जाते हैं, वे आर्किया डोमेन के सदस्य हैं। टी. मारिटिमा की हाइपरथर्मोफिलिक क्षमताओं के साथ-साथ इसकी गहरी वंशावली से पता चलता है कि यह संभावित रूप से एक बहुत ही प्राचीन जीव है। शारीरिक विशेषताएँ थर्मोटोगा मारिटिमा एक गैर-स्पर्लेटिंग, छड़ के आकार का, ग्राम-नकारात्मक जीवाणु है। जब एक सूक्ष्मदर्शी के तहत देखा जाता है, तो इसे एक आवरण जैसे लिफाफे में घिरा हुआ देखा जा सकता है जो एक टोगा जैसा दिखता है, इसलिए इसके नाम में "टोगा" है। चयापचय एक अवायवीय किण्वनशील कीमोर्गानोट्रोफिक जीव के रूप में, टी. मारिटिमा शर्करा और पॉलिमर को उत्प्रेरित करता है और किण्वन के उप-उत्पादों के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और हाइड्रोजन (H2) गैस का उत्पादन करता है। टी. मारिटिमा सेलूलोज़ के साथ-साथ ज़ाइलान को चयापचय करने में भी सक्षम है, जिससे एच2 प्राप्त होता है जिसका संभावित रूप से जीवाश्म ईंधन के वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, बैक्टीरिया की यह प्रजाति अवायवीय श्वसन का उपयोग करके ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए Fe (III) को कम करने में सक्षम है। सेलुलर श्वसन के दौरान उपयोग के लिए संभावित इलेक्ट्रॉन वाहक के रूप में विभिन्न फ्लेवोप्रोटीन और आयरन-सल्फर प्रोटीन की पहचान की गई है। हालांकि, अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकारक के रूप में सल्फर के साथ बढ़ने पर, कोई ए. टी. पी. का उत्पादन नहीं होता है। इसके बजाय, यह प्रक्रिया किण्वन वृद्धि से उत्पन्न अवरोधक एच2 को समाप्त करती है। सामूहिक रूप से, ये विशेषताएँ इंगित करती हैं कि टी. मारिटिमा संसाधनपूर्ण हो गया है और अपनी जीवन प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए कई पदार्थों को चयापचय करने में सक्षम हो गया है। टी. मारिटिमा ऊर्जा से स्वच्छ ऊर्जा (बायोहाइड्रोजन) दुनिया की बढ़ती हुई आवश्यकता है और अगले 20 वर्षों में इसके बढ़ने की उम्मीद है। विभिन्न ऊर्जा स्रोतों में, प्रति इकाई वजन में उच्च ऊर्जा सामग्री के कारण हाइड्रोजन सबसे अच्छे ऊर्जा वाहक के रूप में कार्य करता है। टी. मारिटिमा किण्वक जीवाणुओं में से एक है जो ऊष्मागतिकी सीमा (4 मोल एच2/मोल ग्लूकोज) तक पहुंचने वाले स्तर तक हाइड्रोजन का उत्पादन करता है। हालांकि, अन्य किण्वक बैक्टीरिया के समान, इस बैक्टीरिया में हाइड्रोजन की उपज 4 मोल एच2/ग्लूकोज (थायर सीमा) से अधिक नहीं होती है क्योंकि इसकी अंतर्निहित प्रकृति एच2 के उत्पादन की तुलना में अपने स्वयं के कोशिका विभाजन के लिए तेजी से बढ़ने के लिए अधिक ऊर्जा का उपयोग करती है। इन कारणों से किण्वक बैक्टीरिया को वाणिज्यिक पैमाने पर अधिक मात्रा में हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए नहीं सोचा गया है। चीनी के एच2 में रूपांतरण में सुधार करके इस सीमा को पार करने से एक बेहतर एच2 उत्पादक जैविक प्रणाली हो सकती है जो जीवाश्म ईंधन-आधारित एच2 उत्पादन का स्थान ले सकती है। इस जीवाणु में चयापचय इंजीनियरिंग ने टी. मारिटिमा के उपभेदों का विकास किया जो हाइड्रोजन उत्पादन की थाउर सीमा को पार कर गया। उपभेदों में से एक, जिसे टी. एम. ए. 200 के रूप में भी जाना जाता है, ने 57.7 मोल एच. 2/मोल ग्लूकोज का उत्पादन किया जो एक किण्वक जीवाणु में अब तक की सबसे अधिक उपज है। इस तनाव में, ऊर्जा पुनर्वितरण, और पेंटोज फॉस्फेट मार्ग (पीपीपी) के माध्यम से चयापचय ने हाइड्रोजन संश्लेषण से वृद्धि को अलग करते हुए अतिरिक्त रिडक्टेंट उत्पन्न किए। उत्पाद निर्माण से विकास को अलग करने को उत्पाद उपज को अधिकतम करने के लिए एक व्यवहार्य रणनीति के रूप में देखा गया है जो उच्च हाइड्रोजन उत्पादक बैक्टीरिया में प्राप्त किया गया है। उत्पाद की पैदावार को अधिकतम करने के लिए अन्य हाइड्रोजन उत्पादक जीवाणुओं के लिए भी इसी तरह की रणनीतियाँ अपनाई जा सकती हैं। हाइड्रोजेनेस गतिविधि हाइड्रोजेनेस धातु एंजाइम हैं जो प्रतिवर्ती हाइड्रोजन रूपांतरण प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करते हैंः H2′2H + + 2e−। थर्मोटोगा मारिटिमा (टी. एम. एच. आई. डी. एस.) से एक समूह सी [एफ. ई. एफ. ई.]-हाइड्रोजिनेस ने समूह ए प्रोटोटाइपिकल और द्विभाजित [एफ. ई. एफ. ई.]-हाइड्रोजिनेस की तुलना में मामूली हाइड्रोजन रूपांतरण गतिविधि और एंजाइम के अवरोधक, सी. ओ. के प्रति संवेदनशीलता को कम किया है। टी. एम. एच. आई. डी. एस. में सक्रिय साइट पॉकेट में अलग-अलग एमिनो एसिड संशोधनों के साथ एक हाइड्रोजनेज डोमेन है, जिसमें एक पर-आर्ट-सिम (पी. ए. एस.) डोमेन की उपस्थिति भी शामिल है। जीनोमिक संरचना टी. मारिटिमा के जीनोम में 1877 प्रोटीन के लिए एक एकल वृत्ताकार 1.8 मेगाबेज़ गुणसूत्र एन्कोडिंग होती है। इसके जीनोम के भीतर कई गर्मी और ठंडे झटके वाले प्रोटीन होते हैं जो चयापचय विनियमन और पर्यावरणीय तापमान परिवर्तनों की प्रतिक्रिया में शामिल होते हैं। यह अपने जीनोम का 24 प्रतिशत आर्किया के सदस्यों के साथ साझा करता है; किसी भी बैक्टीरिया का उच्चतम प्रतिशत ओवरलैप। यह समानता आर्किया और टी. मारिटिमा के पूर्वजों के बीच क्षैतिज जीन हस्तांतरण का सुझाव देती है और यह समझाने में मदद कर सकती है कि टी. मारिटिमा ऐसे चरम तापमान और स्थितियों में जीवित रहने में सक्षम क्यों है। टी. मारिटिमा के जीनोम को कई बार अनुक्रमित किया गया है। टी. मारिटिमा एमएसबी8 जीनोमोवर डीएसएम3109 के जीनोम अनुक्रमण ने निर्धारित किया कि पहले का अनुक्रमित जीनोम लगभग 8-के. बी. विलोपन के साथ टी. मारिटिमा का एक विकसित प्रयोगशाला संस्करण था। इसके अलावा, इसके जीनोम में विभिन्न प्रकार के डुप्लिकेट जीन और सीधे दोहराव से पता चलता है कि इंट्रा-मॉलिक्यूलर होमोलॉगस रिकॉम्बिनेशन में उनकी भूमिका जीन हटाने की ओर ले जाती है। टी. मारिटिमा में प्रायोगिक सूक्ष्मजीव विकास का उपयोग करके 10-के. बी. जीन विलोपन के साथ एक उपभेद विकसित किया गया है। थर्मोटोगा मारिटिमा थर्मोटोगा मारिटिमा की आनुवंशिक प्रणाली में हाइड्रोजन संश्लेषण की बहुत क्षमता है क्योंकि यह विभिन्न प्रकार की शर्करा को किण्वित कर सकती है और एच2 (4 मोल एच2/मोल ग्लूकोज) की उच्चतम मात्रा का उत्पादन करने के लिए सूचित किया गया है। पिछले 30 वर्षों से आनुवंशिक प्रणाली की कमी के कारण अधिकांश अध्ययन या तो ई. कोलाई में विषम जीन अभिव्यक्ति पर केंद्रित रहे हैं या टी. मारिटिमा के जीन नॉकआउट उत्परिवर्ती के अनुपलब्ध रहने के बाद से मॉडल की भविष्यवाणी कर रहे हैं। टी. मारिटिमा के लिए एक आनुवंशिक प्रणाली विकसित करना मुख्य रूप से एक उपयुक्त गर्मी-स्थिर चयन योग्य मार्कर की कमी के कारण एक चुनौतीपूर्ण कार्य रहा है। हाल ही में, टी. मारिटिमा में पाइरिमिडीन जैवसंश्लेषण पर आधारित सबसे विश्वसनीय आनुवंशिक प्रणाली स्थापित की गई है। यह नव विकसित आनुवंशिक प्रणाली एक पायरई-उत्परिवर्ती पर निर्भर करती है जिसे 5-फ्लोरोरोटिक एसिड (5-एफओए) नामक एक पाइरिमिडीन जैवसंश्लेषण अवरोधक दवा पर टी. मारिटिमा की खेती के बाद अलग किया गया था। पायरई-उत्परिवर्ती यूरेसिल के लिए एक ऑक्सोट्रोफिक उत्परिवर्ती है। टी. मारिटिमा के एक दूर से संबंधित जीनस से पायरई ने टी. मारिटिमा के पायरई-उत्परिवर्ती के यूरेसिल ऑक्सोट्रोफी को बचाया और एक उपयुक्त मार्कर साबित हुआ है। पहली बार, इस मार्कर के उपयोग ने टी. मारिटिमा के एक अरबीनोज़ (एआरएए) उत्परिवर्ती के विकास की अनुमति दी। इस उत्परिवर्ती ने हाइड्रोजन संश्लेषण में टी. मारिटिमा के पेंटोज फॉस्फेट मार्ग की भूमिका का पता लगाया। टी. मारिटिमा के जीनोम में सीधे दोहराव होते हैं जो पैरालॉग में विकसित हुए हैं। आनुवंशिक प्रणाली की कमी के कारण इन प्रतिरूपों का वास्तविक कार्य अज्ञात बना हुआ है। टी. मारिटिमा में हाल ही में विकसित आनुवंशिक प्रणाली माल्टोज ट्रांसपोर्टर के ए. टी. पीज़ प्रोटीन (एम. एल. के.) के कार्य को निर्धारित करने के लिए बहुत उपयोगी रही है जो एक बहु-प्रतिलिपि (तीन प्रतियां) फैशन में मौजूद है। तीनों अनुमानित ए. टी. पी. एस. एन्कोडिंग सबयूनिट (माल्के) और फेनोटाइप के जीन व्यवधानों ने निष्कर्ष निकाला है कि तीन प्रतियों में से केवल एक ही माल्टोज ट्रांसपोर्टर के ए. टी. पी. एस. कार्य के रूप में कार्य करती है। यह जानना दिलचस्प है कि टी. मारिटिमा में कई जीनों के कई पैरालॉग हैं और इन जीनों का वास्तविक कार्य अब हाल ही में विकसित प्रणाली के उपयोग पर निर्भर है। टी. मारिटिमा में नव विकसित आनुवंशिक प्रणाली में हाइपरथर्मोफिलिक बैक्टीरियल जीन अभिव्यक्ति अध्ययन के लिए एक मेजबान के रूप में टी. मारिटिमा बनाने की बड़ी क्षमता है। इस मॉडल जीव में प्रोटीन अभिव्यक्ति बिना किसी उपचार के पूरी तरह से कार्यात्मक प्रोटीन को संश्लेषित करने का वादा करती है। इवोल्यूशन थर्मोटोगा मारिटिमा में कई क्षमता जीन के समरूप होते हैं, जो यह सुझाव देते हैं कि इसमें बाह्य आनुवंशिक सामग्री को आंतरिक बनाने की एक अंतर्निहित प्रणाली है, जो संभवतः इस जीवाणु और मुक्त डीएनए के बीच आनुवंशिक आदान-प्रदान की सुविधा प्रदान करती है। इसके राइबोसोमल आर. एन. ए. की छोटी उप-इकाई के जातिजनित विश्लेषण के आधार पर, इसे बैक्टीरिया के सबसे गहरे वंशों में से एक के रूप में पहचाना गया है। इसके अलावा, इसके लिपिड की एक अनूठी संरचना होती है जो अन्य सभी बैक्टीरिया से अलग होती है। संदर्भ बाहरी लिंक थर्मोटोगा मैरीटिमा जीनोम थर्मोटोगा मैरीटिमा का अनुक्रमित जीनोम बैकडाइव में थर्मोटोगा मैरीटिमा का प्रकार स्ट्रेन-बैक्टीरियल डाइवर्सिटी मेटाडेटाबेस थर्मोटोगोटा जीव जो हाइड्रोथर्मल वेंट्स पर रहते हैं 1986 में वर्णित बैक्टीरिया