Azotobacter
ایزوٹوبیکٹر عام طور پر متحرک، انڈاکار یا کروی بیکٹیریا کی ایک جینس ہے جو موٹی دیواروں والے سسٹ بناتی ہے (اور اس میں سخت پرت بھی ہوتی ہے) اور بڑی مقدار میں کیپسولر سلائم پیدا کر سکتی ہے۔ وہ ایروبک، آزادانہ طور پر زندہ مٹی کے جرثومے ہیں جو فطرت میں نائٹروجن سائیکل میں اہم کردار ادا کرتے ہیں، ماحولیاتی نائٹروجن کو باندھتے ہیں، جو پودوں کے لیے ناقابل رسائی ہے، اور اسے امونیم آئنوں کی شکل میں مٹی میں چھوڑتے ہیں (نائٹروجن فکسشن)۔ ڈیازوٹروفس کا مطالعہ کرنے کے لیے ایک نمونہ جاندار ہونے کے علاوہ، یہ انسانوں کے ذریعے بائیو فرٹیلائزرز، فوڈ ایڈیٹیوز اور کچھ بائیو پولیمرز کی تیاری کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ جینس کا پہلا نمائندہ، ازوٹوبیکٹر کروکوکم، 1901 میں ڈچ مائکروبیولوجسٹ اور نباتاتی ماہر مارٹنس بیجینک نے دریافت اور بیان کیا تھا۔ ایزوٹوبیکٹر پرجاتیوں گرام منفی بیکٹیریا غیر جانبدار اور الکلین مٹی، پانی میں، اور کچھ پودوں کے ساتھ مل کر پایا جاتا ہے. حیاتیاتی خصوصیات مورفولوجی جینس ازوٹوبیکٹر کے خلیے بیکٹیریا کے لیے نسبتا بڑے ہوتے ہیں (قطر میں 2 سے 4 مائیکرو میٹر)۔ وہ عام طور پر انڈاکار ہوتے ہیں، لیکن چھڑیوں سے لے کر گولوں تک مختلف شکلیں لے سکتے ہیں۔ خوردبین تیاریوں میں، خلیوں کو منتشر کیا جا سکتا ہے یا بے قاعدہ کلسٹرز یا کبھی کبھار مختلف لمبائی کی زنجیروں کی تشکیل کی جا سکتی ہے۔ تازہ ثقافتوں میں، خلیات متعدد فلیجیلا کی وجہ سے متحرک ہوتے ہیں۔ بعد میں، خلیات اپنی نقل و حرکت کھو دیتے ہیں، تقریبا گول ہو جاتے ہیں، اور میوکس کی ایک موٹی پرت پیدا کرتے ہیں، جس سے سیل کیپسول بنتا ہے۔ خلیے کی شکل امینو ایسڈ گلائسین سے متاثر ہوتی ہے، جو غذائیت میڈیم پیپٹون میں موجود ہوتی ہے۔ وسعت کے تحت، خلیات شمولیت ظاہر کرتے ہیں، جن میں سے کچھ رنگین ہوتے ہیں۔ 1900 کی دہائی کے اوائل میں، رنگین شمولیت کو "تولیدی اناج"، یا گونڈیا-ایک قسم کے جنین کے خلیات کے طور پر سمجھا جاتا تھا۔ تاہم، بعد میں دانے کو سیل ڈویژن میں حصہ نہ لینے کا عزم کیا گیا۔ رنگین اناج وولوٹین پر مشتمل ہوتے ہیں، جبکہ بے رنگ شمولیت چربی کے قطرے ہوتے ہیں، جو توانائی کے ذخائر کے طور پر کام کرتے ہیں۔ ازوٹوبیکٹر جینس کے سسٹز سسٹز نباتاتی خلیوں کے مقابلے میں منفی ماحولیاتی عوامل کے لیے زیادہ مزاحم ہوتے ہیں ؛ خاص طور پر، وہ بالائے بنفشی روشنی کے لیے دوگنا مزاحم ہوتے ہیں۔ وہ خشک کرنے، الٹراساؤنڈ، اور گاما اور شمسی تابکاری کے خلاف بھی مزاحم ہیں، لیکن گرم کرنے کے لیے نہیں۔ سسٹ کی تشکیل میڈیم میں غذائی اجزاء کے ارتکاز میں تبدیلیوں اور کچھ نامیاتی مادوں جیسے ایتھنول، این-بیوٹینول، یا β-ہائیڈروکسی بیوٹیریٹ کے اضافے سے ہوتی ہے۔ مائع میڈیا میں سسٹ شاذ و نادر ہی بنتے ہیں۔ سسٹ کی تشکیل کیمیائی عوامل کی وجہ سے ہوتی ہے اور اس کے ساتھ میٹابولک تبدیلیاں، کیٹابولزم میں تبدیلیاں، تنفس، اور میکرو مالیکیولز کی حیاتیاتی ترکیب ہوتی ہے۔ یہ ایلڈیہائیڈ ڈی ہائیڈروجنیز اور رسپانس ریگولیٹر اے ایل جی آر سے بھی متاثر ہوتا ہے۔ ایزوٹوبیکٹر کے سسٹس گول ہوتے ہیں اور نام نہاد "مرکزی جسم" پر مشتمل ہوتے ہیں-کئی خلا کے ساتھ نباتاتی خلیوں کی ایک کم شدہ نقل-اور "دو پرتوں والا خول"۔ خول کے اندرونی حصے کو انٹائن کہا جاتا ہے اور اس کی ساخت ریشے دار ہوتی ہے۔ بیرونی حصے میں ایک ہیکساگونل کرسٹل لائن ڈھانچہ ہے اور اسے ایکسین کہا جاتا ہے۔ ایکسین ٹرپسین کے ذریعے جزوی طور پر ہائیڈرولائزڈ ہوتا ہے اور مرکزی جسم کے برعکس لائسوزیم کے خلاف مزاحم ہوتا ہے۔ مرکزی جسم کو کچھ چیلیشن ایجنٹوں کے ذریعے قابل عمل حالت میں الگ کیا جا سکتا ہے۔ بیرونی خول کے اہم اجزاء الکیلریسرسنولز ہیں جو لمبی الیفاٹک زنجیروں اور خوشبودار بجتوں پر مشتمل ہوتے ہیں۔ الکیلریسرسنول دیگر بیکٹیریا، جانوروں اور پودوں میں بھی پائے جاتے ہیں۔ سسٹوں کا اگنا ایزوٹوبیکٹر جینس کا ایک سسٹ نباتاتی خلیے کی آرام دہ شکل ہے ؛ تاہم، جب کہ معمول کے نباتاتی خلیات تولیدی ہوتے ہیں، ایزوٹوبیکٹر کا سسٹ اس مقصد کو پورا نہیں کرتا ہے اور منفی ماحولیاتی عوامل سے بچنے کے لیے ضروری ہے۔ زیادہ سے زیادہ ماحولیاتی حالات کی بحالی کے بعد، جس میں پی ایچ کی ایک خاص قدر، درجہ حرارت، اور کاربن کا منبع شامل ہے، سسٹ اگتے ہیں، اور نئے بنے ہوئے نباتاتی خلیات ایک سادہ تقسیم سے ضرب پاتے ہیں۔ شگفتگی کے دوران، سیسٹ نقصان کو برقرار رکھتے ہیں اور ایک بڑے نباتاتی خلیے کو چھوڑتے ہیں۔ خوردبین کے طور پر، بیج کے شگفتگی کا پہلا مظہر سسٹ کے ذریعے روشنی کے اضطراری ہونے میں بتدریج کمی ہے، جس کا پتہ فیز کانٹراسٹ مائکروسکوپی سے لگایا جاتا ہے۔ سسٹوں کے اگنے میں تقریبا 4 سے 6 گھنٹے لگتے ہیں۔ اگنے کے دوران، مرکزی جسم بڑھتا ہے اور وولوٹین کے دانے کو پکڑتا ہے، جو انٹیما (اندرونی پرت) میں واقع تھے۔ پھر، ایکسین پھٹ جاتا ہے اور نباتاتی خلیہ ایکسین سے آزاد ہو جاتا ہے، جس کی ایک خاص گھڑسواری شکل ہوتی ہے۔ یہ عمل میٹابولک تبدیلیوں کے ساتھ ہوتا ہے۔ کاربن کے منبع کے ساتھ فراہم کیے جانے کے فورا بعد، سسٹ آکسیجن کو جذب کرنا شروع کر دیتے ہیں اور کاربن ڈائی آکسائیڈ کا اخراج کرتے ہیں۔ اس عمل کی شرح آہستہ آہستہ بڑھتی ہے اور چار گھنٹوں کے بعد سیر ہوجاتی ہے۔ پروٹین اور آر این اے کی ترکیب متوازی طور پر ہوتی ہے، لیکن یہ کاربن ماخذ کے اضافے کے پانچ گھنٹے بعد ہی تیز ہوتی ہے۔ ڈی این اے اور نائٹروجن فکسشن کی ترکیب نائٹروجن سے پاک غذائیت کے ذریعہ میں گلوکوز کے اضافے کے 5 گھنٹے بعد شروع کی جاتی ہے۔ سسٹوں کا اگنا انٹیما میں تبدیلیوں کے ساتھ ہوتا ہے، جو الیکٹران خوردبین سے نظر آتا ہے۔ انٹیما کاربوہائیڈریٹ، لپڈ اور پروٹین پر مشتمل ہوتا ہے اور اس کا حجم تقریبا مرکزی جسم کے برابر ہوتا ہے۔ سسٹوں کے اگنے کے دوران، انٹیما ہائیڈرولائز ہوتا ہے اور خلیے کے ذریعہ اس کے اجزاء کی ترکیب کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ جسمانی خصوصیات ازوٹوبیکٹر ایروبک طور پر سانس لیتا ہے، ریڈوکس رد عمل سے توانائی حاصل کرتا ہے، نامیاتی مرکبات کو الیکٹران ڈونرز کے طور پر استعمال کرتا ہے، اور کاربن کے ذرائع کے طور پر مختلف قسم کے کاربوہائیڈریٹ، الکوحل، اور نامیاتی ایسڈ کے نمک استعمال کر سکتا ہے۔ ایزوٹوبیکٹر کم از کم 10 مائیکرو گرام نائٹروجن فی گرام گلوکوز کو ٹھیک کر سکتا ہے۔ نائٹروجن فکسشن کے لیے مولیبڈینم آئنوں کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن انہیں جزوی یا مکمل طور پر ونیڈیم آئنوں سے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ اگر ماحولیاتی نائٹروجن کو مستحکم نہیں کیا جاتا ہے، تو نائٹروجن کا ذریعہ متبادل طور پر نائٹریٹ، امونیم آئن، یا امینو ایسڈ ہو سکتا ہے۔ نشوونما اور نائٹروجن فکسشن کے لیے بہترین پی ایچ 7.0-7.5 ہے، لیکن پی ایچ کی حد میں نمو 4.8 سے 8.5 تک برقرار رہتی ہے۔ ایزوٹوبیکٹر مکسٹروفک طور پر بھی بڑھ سکتا ہے، ایک سالماتی نائٹروجن سے پاک میڈیم میں جس میں مینوز ہوتا ہے ؛ یہ نمو کا طریقہ ہائیڈروجن پر منحصر ہے۔ ہائیڈروجن مٹی میں دستیاب ہے، اس طرح یہ گروتھ موڈ فطرت میں ہو سکتا ہے۔ بڑھتے ہوئے، ایزوٹوبیکٹر چپٹی، پتلی، پیسٹ جیسی کالونیاں پیدا کرتا ہے جس کا قطر 5-10 ملی میٹر ہوتا ہے، جو مائع غذائی ذرائع میں فلمیں بنا سکتا ہے۔ کالونیاں گہرے بھوری، سبز یا دیگر رنگ کی ہو سکتی ہیں، یا انواع کے لحاظ سے بے رنگ ہو سکتی ہیں۔ 20-30 °C کے درجہ حرارت پر نمو کو ترجیح دی جاتی ہے۔ جینس ازوٹوبیکٹر کے بیکٹیریا بعض ماحولیاتی حالات میں پولی ہائیڈروکسی الکانوایٹس کی انٹرا سیلولر شمولیت بنانے کے لیے بھی جانے جاتے ہیں (جیسے۔ عناصر جیسے فاسفورس، نائٹروجن، یا آکسیجن کی کمی کاربن ذرائع کی ضرورت سے زیادہ فراہمی کے ساتھ مل کر)۔ روغن ازوٹوبیکٹر روغن پیدا کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایزوٹوبیکٹر کروکوکم گہرے بھوری رنگ کے پانی میں گھلنشیل روغن میلانین بناتا ہے۔ یہ عمل نائٹروجن کے فکسشن کے دوران میٹابولزم کی اعلی سطح پر ہوتا ہے، اور خیال کیا جاتا ہے کہ نائٹروجن نظام کو آکسیجن سے بچاتا ہے۔ دیگر ایزوٹوبیکٹر پرجاتیوں میں پیلے سبز سے جامنی رنگوں تک روغن پیدا ہوتے ہیں، جن میں ایک سبز روغن بھی شامل ہے جو پیلے سبز روشنی کے ساتھ چمکتا ہے اور نیلے سفید فلوروسینس کے ساتھ ایک روغن۔ جینوم ازوٹوبیکٹر وائن لینڈی، تناؤ اے وی او پی کے کروموسوم کی نیوکلیوٹائڈ ترتیب کا جزوی طور پر تعین کیا جاتا ہے۔ یہ کروموسوم ایک سرکلر ڈی این اے مالیکیول ہے جس میں 5,342,073 نیوکلیوٹائڈ جوڑے اور 5,043 جین ہوتے ہیں، جن میں سے 4,988 پروٹین کو انکوڈ کرتے ہیں۔ گوانائن + سائٹوسین جوڑوں کا حصہ 65 مول فیصد ہے۔ خلیوں میں کروموسوم کی تعداد اور ڈی این اے کا مواد بڑھاپے کے ساتھ بڑھتا ہے، اور مستحکم نشوونما کے مرحلے میں، کلچرز میں فی سیل کروموسوم کی 100 سے زیادہ کاپیاں ہو سکتی ہیں۔ اصل ڈی این اے مواد (ایک نقل) کو بحال کیا جاتا ہے جب کلچر کو تازہ میڈیم میں دوبارہ لگایا جاتا ہے۔ کروموسومل ڈی این اے کے علاوہ، ازوٹوبیکٹر میں پلازمیڈز بھی ہو سکتے ہیں۔ تقسیم ازوٹوبیکٹر پرجاتیوں غیر جانبدار اور کمزور بنیادی مٹی میں ہر جگہ ہیں، لیکن تیزابیت والی مٹی میں نہیں۔ سرد آب و ہوا، مختصر افزائش کے موسم، اور ان مٹی کے نسبتا کم پی ایچ اقدار کے باوجود، وہ آرکٹک اور انٹارکٹک مٹی میں بھی پائے جاتے ہیں۔ خشک مٹی میں ایزوٹوبیکٹر سسٹ کی شکل میں 24 سال تک زندہ رہ سکتا ہے۔ جینس ازوٹوبیکٹر کے نمائندے آبی رہائش گاہوں میں بھی پائے جاتے ہیں، جن میں تازہ پانی اور نمکین دلدل شامل ہیں۔ کئی ارکان پودوں سے وابستہ ہیں اور ریزسفیر میں پائے جاتے ہیں، جن کا پودوں کے ساتھ کچھ تعلق ہوتا ہے۔ کچھ تناؤ کیڑے آئزنیا فیٹیڈا کے کوکون میں بھی پائے جاتے ہیں۔ نائٹروجن فکسشن ازوٹوبیکٹر پرجاتیوں آزادانہ زندہ، نائٹروجن فکسنگ بیکٹیریا ہیں ؛ ریزوبیم پرجاتیوں کے برعکس، وہ عام طور پر پودوں کے ساتھ سمبائیوٹک تعلقات کے بغیر ماحول سے سالماتی نائٹروجن کو ٹھیک کرتے ہیں، حالانکہ کچھ ازوٹوبیکٹر پرجاتیوں کا تعلق پودوں سے ہے۔ نائٹروجن فکسشن دستیاب نائٹروجن ذرائع، جیسے امونیم آئنز اور نائٹریٹ کی موجودگی میں روکا جاتا ہے۔ ایزوٹوبیکٹر پرجاتیوں میں نائٹروجن فکسشن انجام دینے کے لیے درکار انزائموں کی مکمل رینج ہوتی ہے: فیرڈاکسن، ہائیڈروجنز، اور ایک اہم انزائم نائٹروجنز۔ نائٹروجن فکسشن کے عمل میں اڈینوسین ٹرائی فاسفیٹ کی شکل میں توانائی کی آمد کی ضرورت ہوتی ہے۔ نائٹروجن فکسشن آکسیجن کی موجودگی کے لیے انتہائی حساس ہے، اس لیے ازوٹوبیکٹر نے آکسیجن کے خلاف ایک خاص دفاعی طریقہ کار تیار کیا، یعنی میٹابولزم کی ایک اہم شدت جو خلیوں میں آکسیجن کے ارتکاز کو کم کرتی ہے۔ نیز، ایک خاص نائٹروجنز حفاظتی پروٹین نائٹروجنز کی حفاظت کرتا ہے اور خلیوں کو آکسیجن سے بچانے میں شامل ہوتا ہے۔ اس پروٹین کو پیدا نہ کرنے والے میوٹینٹس میڈیم میں نائٹروجن کے منبع کی عدم موجودگی میں نائٹروجن فکسشن کے دوران آکسیجن کے ذریعے مارے جاتے ہیں۔ ہوموسیٹریٹ آئنز ازوٹوبیکٹر کے ذریعہ نائٹروجن فکسشن کے عمل میں ایک خاص کردار ادا کرتے ہیں۔ نائٹروجنز نائٹروجنز نائٹروجن فکسشن میں شامل سب سے اہم انزائم ہے۔ ایزوٹوبیکٹر پرجاتیوں میں نائٹروجنز کی کئی اقسام ہوتی ہیں۔ بنیادی ایک مولیبڈینم-آئرن نائٹروجنز ہے۔ ایک متبادل قسم میں ونیڈیم ہوتا ہے۔ یہ مولیبڈینم آئنوں سے آزاد ہوتا ہے اور کم درجہ حرارت پر مو-فی نائٹروجن سے زیادہ فعال ہوتا ہے۔ لہذا یہ نائٹروجن کو 5 ڈگری سیلسیس تک کم درجہ حرارت پر ٹھیک کر سکتا ہے، اور اس کی کم درجہ حرارت کی سرگرمی مو-فی نائٹروجنز سے 10 گنا زیادہ ہے۔ مو-فی نائٹروجنز کی پختگی میں ایک اہم کردار نام نہاد پی-کلسٹر ادا کرتا ہے۔ نائٹروجنز کی ترکیب نیف جینز کے ذریعے کنٹرول کی جاتی ہے۔ نائٹروجن فکسشن کو بڑھانے والے پروٹین نیفا اور "سینسر" فلاووپروٹین نیفل کے ذریعے منظم کیا جاتا ہے جو ریڈوکس پر منحصر سوئچنگ کے ذریعے نائٹروجن فکسشن کے جین ٹرانسکرپشن کو چالو کرنے میں ترمیم کرتا ہے۔ یہ ریگولیٹری میکانزم، ایک دوسرے کے ساتھ کمپلیکس بنانے والے دو پروٹینوں پر انحصار کرتا ہے، دوسرے نظاموں کے لیے غیر معمولی ہے۔ اہمیت نائٹروجن فکسشن نائٹروجن سائیکل میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ ایزوٹوبیکٹر کچھ حیاتیاتی طور پر فعال مادوں کی ترکیب بھی کرتا ہے، بشمول کچھ فائٹو ہارمونز جیسے آکسین، اس طرح پودوں کی نشوونما کو متحرک کرتا ہے۔ وہ مٹی میں بھاری دھاتوں کی نقل و حرکت کو بھی آسان بناتے ہیں، اس طرح بھاری دھاتوں، جیسے کیڈیمیم، پارہ اور سیسہ سے مٹی کے حیاتیاتی علاج کو بڑھاتے ہیں۔ کچھ قسم کے ایزوٹوبیکٹر کلورین پر مشتمل خوشبودار مرکبات کو بائیوڈیگریڈ بھی کر سکتے ہیں، جیسے کہ 2,4,6-ٹرائکلوروفینول، جو پہلے جراثیم کش، پھپھوندی کش، اور جڑی بوٹیوں کے طور پر استعمال ہوتا تھا، لیکن بعد میں میوٹیجینک اور کارسنجینک اثرات پائے گئے۔ ایپلی کیشنز سالماتی نائٹروجن کو ٹھیک کرنے اور اس وجہ سے مٹی کی زرخیزی کو بڑھانے اور پودوں کی نشوونما کو تیز کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے، ازوٹوبیکٹر پرجاتیوں کو زراعت میں بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے، خاص طور پر نائٹروجن بائیو فرٹیلائزر جیسے ازوٹوبیکٹرن میں۔ ان کا استعمال الجینک ایسڈ کی تیاری میں بھی کیا جاتا ہے، جسے ادویات میں اینٹیسیڈ کے طور پر لگایا جاتا ہے، کھانے کی صنعت میں آئس کریم، پڈنگز اور کریموں میں اضافے کے طور پر۔ جینس ازوٹوبیکٹر کو 1901 میں ڈچ مائکروبیولوجسٹ اور نباتاتی ماہر مارٹنس بیجینک نے دریافت کیا تھا، جو ماحولیاتی مائکروبیولوجی کے بانیوں میں سے ایک تھے۔ انہوں نے انواع ازوٹوبیکٹر کروکوکم کا انتخاب اور وضاحت کی-جو پہلا ایروبک، آزادانہ طور پر زندہ نائٹروجن فکسر ہے۔ 1909 میں، لیپ مین نے ازوٹوبیکٹر وائن لینڈی کو بیان کیا، اور ایک سال بعد، جس کا نام اس نے بیجینک کے اعزاز میں رکھا۔ 1949 میں، روسی مائکروبیولوجسٹ نیکولائی کرسلنیکوف نے اس پرجاتیوں کی نشاندہی کی جس کی 1981 میں تھامسن سکیرمین نے دو ذیلی اقسام میں تقسیم کی تھی-ازوٹوبیکٹر نگریکنس سبسپ۔ نگریکنز اور ایزوٹوبیکٹر نگریکنز سب ایس پی۔ ایکروموجینز ؛ اسی سال، تھامسن اور سکیرمین نے بیان کیا۔ 1991 میں پیج اور شیو پرساد نے ایک مائیکرو ایروفیلک اور ہوا برداشت کرنے والی قسم کی اطلاع دی جو سوڈیم آئنوں پر منحصر تھی۔ اس سے پہلے، جینس کے نمائندوں کو ایزوٹوبیکٹیریسی پریبرم، 1933 کے خاندان میں تفویض کیا گیا تھا، لیکن پھر نیوکلیوٹائڈ ترتیب 16S rRNA کے مطالعے کی بنیاد پر خاندان سیوڈوموناڈیسی میں منتقل کر دیا گیا۔ 2004 میں، ایک فائیلوجنیٹک مطالعہ سے پتہ چلا کہ اے وائن لینڈی کا تعلق بیکٹیریم سیوڈوموناس ایروگینوسا کے اسی کلاڈ سے ہے، اور 2007 میں یہ تجویز کیا گیا تھا کہ نسل ازوٹوبیکٹر، ازوموناس اور سیوڈوموناس متعلقہ ہیں اور یہ مترادفات ہو سکتے ہیں۔ حوالہ جات بیرونی روابط نیدرلینڈز میں سیوڈوموناڈیلس بیکٹیریا جنرا مارٹنس بیجینک بائیولوجی