Thermotoga maritima
تھرموٹوگا میریٹیما ایک ہائپر تھرموفیلک، اینیروبک جاندار ہے جو تھرموٹوگلز آرڈر کا رکن ہے۔ ٹی میریٹیما ہائیڈروجن (صاف توانائی) پیدا کرنے کی صلاحیت کے لیے مشہور ہے اور یہ واحد خمیر کرنے والا جراثیم ہے جو تھاؤر کی حد (> 4 مول ایچ 2/مول گلوکوز) سے زیادہ ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے دکھایا گیا ہے۔ یہ بہت سی مختلف اقسام کے کاربوہائیڈریٹ کو خمیر کرکے ہائیڈروجن گیس (H2) پیدا کرنے کے لیے [FeFe]-ہائیڈروجنز کا استعمال کرتا ہے۔ تاریخ سب سے پہلے اٹلی کے ولکینو کے قریب سمندری جیوتھرمل علاقے کے تلچھٹ میں دریافت ہوا، تھرموٹوگا میریٹیما گرم چشموں کے ساتھ ساتھ ہائیڈروتھرمل وینٹ میں بھی رہتا ہے۔ جاندار کے لیے مثالی ماحول پانی کا درجہ حرارت ہے، حالانکہ یہ پانی میں بڑھنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ تھرموٹوگا میریٹیما واحد جراثیم ہے جو اس اعلی درجہ حرارت پر بڑھنے کے لیے جانا جاتا ہے۔ صرف دوسرے جاندار جو اس انتہائی ماحول میں رہنے کے لیے جانے جاتے ہیں وہ آرکیا ڈومین کے ممبر ہیں۔ ٹی میریٹیما کی ہائپر تھرموفیلک صلاحیتیں، اس کے گہرے نسب کے ساتھ، یہ تجویز کرتی ہیں کہ یہ ممکنہ طور پر ایک بہت قدیم جاندار ہے۔ جسمانی صفات تھرموٹوگا میریٹیما ایک غیر چھیدنے والا، چھڑی کی شکل کا، گرام منفی جراثیم ہے۔ جب خوردبین کے نیچے دیکھا جاتا ہے، تو اسے ایک مٹھی جیسے لفافے میں ڈھکے ہوئے دیکھا جا سکتا ہے جو ٹوگا سے ملتا جلتا ہے، اس لیے اس کے نام میں "ٹوگا" ہے۔ میٹابولزم ایک اینیروبک فرمینٹیٹو کیمورگانوٹروفک حیاتیات کے طور پر، ٹی میریٹیما شکر اور پولیمر کو کیٹابولائز کرتا ہے اور کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2) اور ہائیڈروجن (H2) گیس کو خمیر کے ضمنی مصنوعات کے طور پر پیدا کرتا ہے۔ ٹی میریٹیما سیلولوز کے ساتھ ساتھ xylan کو میٹابولائز کرنے کی بھی صلاحیت رکھتا ہے، جس سے H2 حاصل ہوتا ہے جسے ممکنہ طور پر جیواشم ایندھن کے متبادل توانائی کے ذریعہ کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مزید برآں، بیکٹیریا کی یہ نوع انیروبک ریسپریشن کا استعمال کرتے ہوئے توانائی پیدا کرنے کے لیے فی (III) کو کم کرنے کے قابل ہے۔ سیلولر ریسپریشن کے دوران استعمال کے لیے ممکنہ الیکٹران کیریئر کے طور پر مختلف فلاووپروٹینز اور آئرن سلفر پروٹین کی نشاندہی کی گئی ہے۔ تاہم، جب سلفر کے ساتھ حتمی الیکٹران قبول کنندہ کے طور پر بڑھتا ہے، تو کوئی اے ٹی پی پیدا نہیں ہوتا ہے۔ اس کے بجائے، یہ عمل خمیر کی نشوونما سے پیدا ہونے والے روک تھام H2 کو ختم کرتا ہے۔ مجموعی طور پر، یہ صفات اس بات کی نشاندہی کرتی ہیں کہ ٹی میریٹیما وسائل سے بھرپور ہو گیا ہے اور اپنے زندگی کے عمل کو انجام دینے کے لیے متعدد مادوں کو میٹابولائز کرنے کے قابل ہو گیا ہے۔ ٹی میریٹیما انرجی سے صاف توانائی (بائیو ہائیڈروجن) دنیا کی بڑھتی ہوئی ضرورت ہے اور اگلے 20 سالوں میں اس کے بڑھنے کی توقع ہے۔ توانائی کے مختلف ذرائع میں، ہائیڈروجن فی یونٹ وزن میں توانائی کے زیادہ مواد کی وجہ سے توانائی کے بہترین کیریئر کے طور پر کام کرتا ہے۔ ٹی میریٹیما خمیر کرنے والے بیکٹیریا میں سے ایک ہے جو تھرموڈینامک حد (4 مول ایچ 2/مول گلوکوز) تک پہنچنے والی سطح تک ہائیڈروجن پیدا کرتا ہے۔ تاہم، دیگر خمیر شدہ بیکٹیریا کی طرح، اس بیکٹیریا میں ہائیڈروجن کی پیداوار 4 مول ایچ 2/گلوکوز (تھیور کی حد) سے آگے نہیں جاتی ہے کیونکہ اس کی موروثی نوعیت H 2 پیدا کرنے کے مقابلے تیزی سے بڑھنے کے لیے اپنے سیل ڈویژن کے لیے زیادہ توانائی استعمال کرتی ہے۔ ان وجوہات کی وجہ سے خمیر کرنے والے بیکٹیریا کے بارے میں یہ نہیں سوچا گیا ہے کہ وہ تجارتی پیمانے پر زیادہ مقدار میں ہائیڈروجن پیدا کرتے ہیں۔ چینی کو H2 میں تبدیل کرنے کو بہتر بنا کر اس حد پر قابو پانا ایک اعلی H2 پیدا کرنے والے حیاتیاتی نظام کا باعث بن سکتا ہے جو جیواشم ایندھن پر مبنی H2 کی پیداوار کو ختم کر سکتا ہے۔ اس جراثیم میں میٹابولک انجینئرنگ کے نتیجے میں ٹی میریٹیما کے تناؤ کی نشوونما ہوئی جس نے ہائیڈروجن کی پیداوار کی تھاؤر کی حد کو عبور کیا۔ تناؤ میں سے ایک، جسے ٹی ایم اے 200 کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، نے 577 مول ایچ 2/مول گلوکوز تیار کیا جو اب تک کسی خمیر شدہ جراثیم میں سب سے زیادہ پیداوار ہے۔ اس تناؤ میں، توانائی کی دوبارہ تقسیم، اور پینٹوز فاسفیٹ راستے (پی پی پی) کے ذریعے میٹابولک ریروٹنگ نے ہائیڈروجن کی ترکیب سے غیر منسلک نمو کے دوران اضافی تخفیف پیدا کی۔ مصنوعات کی تشکیل سے ترقی کو الگ کرنا مصنوعات کی پیداوار کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے ایک قابل عمل حکمت عملی کے طور پر دیکھا گیا ہے جو ہائیڈروجن پیدا کرنے والے زیادہ سے زیادہ جراثیم میں حاصل کیا گیا ہے۔ مصنوعات کی پیداوار کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے دیگر ہائیڈروجن پیدا کرنے والے جراثیم کے لیے بھی اسی طرح کی حکمت عملی اپنائی جا سکتی ہے۔ ہائیڈروجنیز سرگرمی ہائیڈروجنیز میٹالونزیم ہیں جو ریورسیبل ہائیڈروجن تبادلوں کے رد عمل کو متحرک کرتے ہیں: H2′2H + + 2e−۔ تھرموٹوگا میریٹیما (TmHydS) سے ایک گروپ C [FeFe]-ہائیڈروجنیز نے گروپ A پروٹو ٹائپکل اور بفرکیٹنگ [FeFe]-ہائیڈروجنیز کے مقابلے میں ہائیڈروجن کے تبادلے کی معمولی سرگرمی اور انزائم کے انفیکٹر، CO کے لیے حساسیت کو کم کیا ہے۔ TmHydS میں ایک ہائیڈروجنز ڈومین ہے جس میں فعال سائٹ کی جیب میں مختلف امینو ایسڈ میں ترمیم ہوتی ہے، جس میں پر-آرنٹ-سم (PAS) ڈومین کی موجودگی بھی شامل ہے۔ جینومک ساخت ٹی میریٹیما کا جینوم 1877 کے پروٹین کے لیے ایک واحد سرکلر 1.8 میگا بیس کروموسوم انکوڈنگ پر مشتمل ہوتا ہے۔ اس کے جینوم کے اندر اس میں کئی ہیٹ اور کولڈ شاک پروٹین ہوتے ہیں جو ممکنہ طور پر میٹابولک ریگولیشن اور ماحولیاتی درجہ حرارت میں ہونے والی تبدیلیوں کے ردعمل میں شامل ہوتے ہیں۔ یہ اپنے جینوم کا 24 فیصد حصہ آرکیا کے ممبروں کے ساتھ بانٹتا ہے ؛ کسی بھی بیکٹیریا کا سب سے زیادہ فیصد اوورلیپ ہے۔ اس مماثلت سے آرکیا اور ٹی میریٹیما کے آباؤ اجداد کے درمیان افقی جین کی منتقلی کا پتہ چلتا ہے اور اس بات کی وضاحت کرنے میں مدد مل سکتی ہے کہ ٹی میریٹیما اس طرح کے انتہائی درجہ حرارت اور حالات میں زندہ رہنے کی صلاحیت کیوں رکھتا ہے۔ ٹی میریٹیما کے جینوم کو کئی بار ترتیب دیا گیا ہے۔ ٹی میریٹیما ایم ایس بی 8 جینوموور ڈی ایس ایم 3109 کی جینوم ریسیکوینسنگ نے اس بات کا تعین کیا کہ پہلے کا ترتیب شدہ جینوم تقریبا 8-کے بی حذف کرنے کے ساتھ ٹی میریٹیما کا ایک تیار شدہ لیبارٹری ورژن تھا۔ مزید برآں، اس کے جینوم میں مختلف قسم کے ڈپلیکیٹڈ جینز اور براہ راست تکرار انٹرا مالیکیولر ہومولوگس ریکومبینیشن میں ان کے کردار کو ظاہر کرتے ہیں جس کی وجہ سے جینز کو حذف کیا جاتا ہے۔ ٹی میریٹیما میں تجرباتی مائکروبیل ارتقاء کا استعمال کرتے ہوئے 10-کے بی جین حذف کرنے کے ساتھ ایک تناؤ تیار کیا گیا ہے۔ تھرموٹوگا میریٹیما کا جینیاتی نظام ہائیڈروجن کی ترکیب میں بہت زیادہ صلاحیت رکھتا ہے کیونکہ یہ مختلف قسم کی شکروں کو خمیر کر سکتا ہے اور H2 (4 mol H2/mol گلوکوز) کی سب سے زیادہ مقدار پیدا کرنے کی اطلاع دی گئی ہے۔ پچھلے 30 سالوں سے جینیاتی نظام کی کمی کی وجہ سے زیادہ تر مطالعات یا تو ای کولی میں ہیٹرولوگس جین کے اظہار پر مرکوز رہے ہیں یا ماڈل کی پیش گوئی کر رہے ہیں کیونکہ ٹی میریٹیما کا جین ناک آؤٹ میوٹینٹ دستیاب نہیں تھا۔ ٹی میریٹیما کے لیے جینیاتی نظام تیار کرنا ایک مشکل کام رہا ہے جس کی بنیادی وجہ مناسب گرمی کے قابل منتخب مارکر کی کمی ہے۔ حال ہی میں، پیریمائڈائن بائیوسنتھیس پر مبنی سب سے قابل اعتماد جینیاتی نظام ٹی میریٹیما میں قائم کیا گیا ہے۔ یہ نیا تیار شدہ جینیاتی نظام ایک پائیر ای-میوٹینٹ پر انحصار کرتا ہے جسے 5-فلوروروٹک ایسڈ (5-ایف او اے) نامی پائریمائڈائن بائیوسنتھیس روکنے والی دوا پر ٹی میریٹیما کی کاشت کے بعد الگ کیا گیا تھا۔ پائیر ای-میوٹینٹ یوراسل کے لیے ایک آکسوٹروفک میوٹینٹ ہے۔ ٹی میریٹیما کی ایک دور سے متعلق نسل سے تعلق رکھنے والے پائیر ای نے ٹی میریٹیما کے پائیر ای-میوٹینٹ کے یوراسل آکسوٹروفی کو بچایا اور یہ ایک مناسب مارکر ثابت ہوا ہے۔ پہلی بار، اس مارکر کے استعمال نے ٹی میریٹیما کے عربینوز (اے آر اے) میوٹینٹ کی نشوونما کی اجازت دی۔ اس اتپریورتن نے ہائیڈروجن کی ترکیب میں ٹی میریٹیما کے پینٹوز فاسفیٹ راستے کے کردار کی کھوج کی۔ ٹی میریٹیما کے جینوم میں براہ راست تکرار ہوتی ہے جو متوازی میں تیار ہوئی ہیں۔ جینیاتی نظام کی کمی کی وجہ سے ان پیرالوگوں کا اصل کام نامعلوم رہا ہے۔ ٹی میریٹیما میں حال ہی میں تیار کردہ جینیاتی نظام مالٹوز ٹرانسپورٹر کے اے ٹی پیز پروٹین (مالکے) کے فنکشن کا تعین کرنے کے لیے بہت مفید رہا ہے جو ملٹی کاپی (تین کاپیاں) فیشن میں موجود ہے۔ تینوں تخیلاتی اے ٹی پی ایز انکوڈنگ سب یونٹ (مال کے) اور فینوٹائپ کے جین میں خلل نے یہ نتیجہ اخذ کیا ہے کہ تین میں سے صرف ایک کاپی مالٹوز ٹرانسپورٹر کے اے ٹی پی ایز فنکشن کے طور پر کام کرتی ہے۔ یہ جاننا دلچسپ ہے کہ ٹی میریٹیما میں بہت سے جینوں کے کئی متوازی ہوتے ہیں اور ان جینوں کا اصل کام اب حال ہی میں تیار کردہ نظام کے استعمال پر منحصر ہے۔ ٹی میریٹیما میں نئے تیار شدہ جینیاتی نظام میں ٹی میریٹیما کو ہائپر تھرموفیلک بیکٹیریل جین کے اظہار کے مطالعے کے میزبان کے طور پر بنانے کی بڑی صلاحیت ہے۔ اس ماڈل حیاتیات میں پروٹین کا اظہار بغیر کسی علاج کے مکمل طور پر فعال پروٹین کی ترکیب کرنے کا وعدہ کرتا ہے۔ ارتقاء تھرموٹوگا میریٹیما میں متعدد قابلیت والے جینوں کے ہومولوگس ہوتے ہیں، جس سے پتہ چلتا ہے کہ اس میں بیرونی جینیاتی مواد کو اندرونی بنانے کا ایک موروثی نظام ہے، جو ممکنہ طور پر اس جراثیم اور آزاد ڈی این اے کے درمیان جینیاتی تبادلے کو آسان بناتا ہے۔ اس کے رائبوسومل آر این اے کی چھوٹی ذیلی اکائی کے فائیلوجنیٹک تجزیے کی بنیاد پر، اسے بیکٹیریا کے سب سے گہرے نسبوں میں سے ایک کے طور پر تسلیم کیا گیا ہے۔ مزید برآں، اس کے لپڈ کی ایک منفرد ساخت ہوتی ہے جو دوسرے تمام بیکٹیریا سے مختلف ہوتی ہے۔ حوالہ جات بیرونی روابط تھرموٹوگا میریٹیما جینوم تھرموٹوگا میریٹیما کا ترتیب شدہ جینوم بیک ڈائیو میں تھرموٹوگا میریٹیما کا قسم کا تناؤ-بیکٹیریل تنوع میٹاڈیٹابیس تھرموٹوگوٹا حیاتیات جو ہائیڈروتھرمل وینٹ پر رہتے ہیں 1986 میں بیان کردہ بیکٹیریا