कोई भी प्रणाली, चाहे वह कितनी भी जटिल और बहुस्तरीय क्यों न हो, उसकी अपनी एक नींव होती है - जिसके आधार के बिना वह उस तरह से काम नहीं करेगी जिस तरह से वह काम करती है। हमारे ग्रह के जीवमंडल में भी बुनियादी ईंटें हैं जिन पर सब कुछ टिकी हुई है। वे ऑटोट्रॉफ़्स हैं - जीव जो अकार्बनिक यौगिकों को कार्बनिक में बदल सकते हैं। आज हम आपके साथ एक अध्ययन में मिलेंगे जिसमें इजरायल के वैज्ञानिकों ने प्रयोगशाला में एक नए प्रकार के बैक्टीरिया का निर्माण किया जो कार्बन डाइऑक्साइड पर फ़ीड करते हैं। विकास प्रक्रिया में किन विधियों का उपयोग किया गया था, जीवाणु कैसे व्यवहार करते थे और मानवता के लिए इस कार्य का क्या मतलब हो सकता है? हम इस बारे में अनुसंधान समूह की रिपोर्ट से सीखते हैं। चलो चलते हैं।
अध्ययन का आधार
ऑटोट्रॉफ़्स को ग्रह पर सबसे प्राचीन प्राणियों में से एक कहा जा सकता है। यह माना जाता है कि दो साल पहले पहला ऑटोट्रॉफ़ दिखाई दिया था, जब विकास के माध्यम से एक हेटरोट्रॉफ़िक (अकार्बनिक से जीवों को संश्लेषित करने में असमर्थ) प्रकाश संश्लेषण की क्षमता हासिल कर ली थी। 1892 में जर्मन वैज्ञानिक अल्बर्ट बर्नहार्ड फ्रैंक द्वारा इस शब्द को वापस प्रस्तावित किया गया था।
अल्बर्ट बर्नहार्ड फ्रैंककुछ जीव ऑटोट्रॉफ़िक और हेटरोट्रॉफ़िक संश्लेषण के चौराहे पर हैं, क्योंकि वे कार्बनिक यौगिकों से कार्बन प्राप्त करते हैं, लेकिन अकार्बनिक से ऊर्जा। इस तर्क के बाद, ऑटोट्रॉफ़ को कई मुख्य भागों में विभाजित किया जा सकता है: फोटोट्रॉफ़्स, केमोट्रोफ़्स, रेडियोट्रोफ़्स, लिथोट्रॉफ़्स और मिक्सोट्रोफ़्स। संक्रमणकालीन समूह भी होते हैं, जिनके प्रतिनिधि संश्लेषण स्पेक्ट्रम के एक या दूसरे किनारे का गुणन करना बेहद कठिन होते हैं, लेकिन उनका वर्गीकरण अभी तक पूरा नहीं हुआ है।
जैसा कि नाम से
पता चलता है फोटोट्रोफ , ऊर्जा के स्रोत के रूप में या सौर ऊर्जा के रूप में फोटॉन का उपयोग करते हैं। यह इन जीवों से है कि प्रकाश संश्लेषण के रूप में इस तरह के पोषण होते हैं।
रसायन विज्ञान की तुलना में रसायन रसायन अधिक निकट रसायन विज्ञान हैं। ऐसे जीव ऊर्जा स्रोतों के रूप में विभिन्न रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं का उपयोग करते हैं, अर्थात्। chemosynthesis।
सबसे खराब अध्ययन किया गया और एक ही समय में सबसे उत्सुक प्रकार
रेडियोट्रोफ़ हैं - "मशरूम की रेडियो उत्तेजना" नामक एक घटना का परिणाम। यह आयनीकृत विकिरण के कारण सूक्ष्म कवक चयापचय को उत्तेजित करने की प्रक्रिया है। पहली बार, इन जीवों को 1991 में काले मोल्ड के हिस्से के रूप में वापस पाया गया था, जिनमें से नमूने चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र से प्राप्त किए गए थे। थोड़ी देर बाद (2006 में), न्यूयॉर्क के वैज्ञानिकों ने कवक के रेडियो उत्तेजना की परिकल्पना का परीक्षण किया और पाया कि प्रजाति के तीन कवक Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis और Cryptococcus neoformans, जिनमें वर्णक मेलेनिन होते हैं, ने उनके बायोमास और संचित एसीटेट (अम्ल-द्रव्य) में वृद्धि की है। ) ऐसे वातावरण में जहां विकिरण का स्तर मानक से 500 गुना अधिक हो।
लिथोट्रोफ़्स अकार्बनिक यौगिकों को ऊर्जा और कार्बन में संसाधित करते हैं जिनकी उन्हें एरोबिक या एनारोबिक श्वसन के माध्यम से आवश्यकता होती है। केवल आर्किया (एक नाभिक और झिल्ली वाले जीवों के बिना एककोशिकीय) के प्रतिनिधि और बैक्टीरिया केमोलिथोट्रॉफी का दावा कर सकते हैं।
मिक्सोट्रॉफ़ सार्वभौमिक सैनिक हैं, क्योंकि वे एक ही समय में (या वैकल्पिक रूप से, परिस्थितियों के आधार पर) कई अलग-अलग प्रकार के भोजन का उपयोग कर सकते हैं, अर्थात्। उदाहरण के लिए, फोटोट्रॉफ़्स और केमोट्रोफ़्स दोनों हों।
आज हम जिस अध्ययन पर विचार कर रहे हैं उसके लेखक मानते हैं कि ऑटोट्रॉफ़्स की महत्वपूर्ण गतिविधि की प्रक्रियाओं की अधिक विस्तृत समझ बड़े पैमाने पर अर्जित ज्ञान को लागू करने की अनुमति देगी। और उनकी राय में, ऑटोट्रॉफी का अध्ययन करने का सबसे अच्छा तरीका एक सिंथेटिक ऑटोट्रॉफ़िक जीव बनाना है। सैद्धांतिक रूप से, आप एक जीवाणु बना सकते हैं जो कार्बन डाइऑक्साइड पर फ़ीड करेगा। लेकिन इस प्रक्रिया को आसान भाषा कहने के लिए बारी नहीं है। शोधकर्ता स्वयं तीन मुख्य चरणों की पहचान करते हैं जिन्हें उनके कार्य के लिए पूरा किया जाना चाहिए।
सबसे पहले, ऑटोट्रोफिक पोषण के लिए एक पूर्ण संक्रमण के लिए, शरीर को सीओ
2 फिक्सेशन के तंत्र का उपयोग करना चाहिए जहां आने वाले कार्बन में विशेष रूप से सीओ
2 होता है , और आउटपुट अणु कार्बनिक अणु होते हैं जो केंद्रीय कार्बन चयापचय में प्रवेश करते हैं और सभी 12 प्रमुख बायोमास अग्रदूतों की आपूर्ति करते हैं।
दूसरे, शरीर को गैर-रासायनिक ऊर्जा (प्रकाश, बिजली, इत्यादि) को इकट्ठा करके या पुन: कार्बन प्रक्रियाओं जो कार्बन स्रोत नहीं हैं द्वारा पुनर्योजी शक्ति प्राप्त करने के लिए एंजाइमेटिक तंत्र का उपयोग करना चाहिए।
तीसरा, शरीर को ऊर्जा एकत्र करने और सीओ 2 को ठीक करने के तरीकों को विनियमित और समन्वित करना चाहिए, ताकि कार्बन के एकमात्र स्रोत होने पर वे एक साथ स्थिर वृद्धि बनाए रखें।
पहले, अध्ययन आयोजित किए गए थे जिसमें उन्होंने एक जीव बनाने की कोशिश की थी जो सीओ
2 पर फ़ीड करता है, लेकिन उन कार्यों में एक बड़ा दोष था - शरीर के अंदर मल्टी-कार्बन कार्बनिक यौगिकों की उपस्थिति, जो पोषण के "आरक्षित" स्रोत के रूप में सेवा करते थे। दूसरे शब्दों में, अभी तक एक हेटेरोट्रोफ़िक जीव बनाना संभव नहीं है जो सीओ
2 से विशेष रूप से कार्बन ले जाएगा।
उनके शोध के लिए एक पद्धतिगत आधार के रूप में, वैज्ञानिकों
ने केल्विन चक्र (केल्विन-बेंसन-बासम चक्र) का उपयोग किया - पौधों, सियानोबैक्टीरिया, आदि में प्रकाश संश्लेषण के दौरान जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला। यह चक्र सबसे आम कार्बन डाइऑक्साइड निर्धारण तंत्र है।
और मुख्य प्रयोगात्मक जीवाणु
एस्चेरिचिया कोलाई था , जिसे "ई कोलाई" के नाम से जाना जाता था।
अनुसंधान के परिणाम
सबसे पहले, ऑटोट्रॉफी के लिए संक्रमण का एहसास करने के लिए शरीर के चयापचय पुनर्गठन और प्रयोगशाला विकास को अंजाम देना आवश्यक था। कई उम्मीदवार यौगिकों पर विचार किया गया था कि सीओ
2 के निर्धारण के लिए इलेक्ट्रॉन दाताओं के रूप में काम कर सकते हैं, जो बैक्टीरिया को ऑटोट्रॉफी को स्थानांतरित करने की अनुमति देगा।
फॉर्मेट * को इलेक्ट्रॉन स्रोत के रूप में चुना गया था, क्योंकि यह एक-कार्बन कार्बनिक यौगिक प्रक्रिया के कम करने वाले हिस्से के स्रोत के रूप में काम कर सकता है, लेकिन स्वाभाविक रूप से
ई। कोलाई विकास का समर्थन नहीं करता है और बायोमास में अवशोषित नहीं होता है।
फॉर्मेट * - फार्मिक एसिड के लवण और एस्टर।
सेल में मुख्य इलेक्ट्रॉनिक वाहक NAD
+ (E
0 = 280 mV में
E कोली ) को कम करने के लिए फॉर्मेट (E
0 = 420 mV) की रिकवरी क्षमता काफी कम है। एक अन्य लाभ यह है कि इसे विद्युत स्रोतों से प्राप्त किया जा सकता है, जबकि बायोमास कार्बन-नकारात्मक होगा।
फॉर्मेट से इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करने और उन्हें NADH (निकोटीनैमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड) मुख्य सेलुलर ऊर्जा वसूली जलाशय, एनएडी
+ -लिम्ड एफडीएच (फॉर्मेट डीहाइड्रोजनेज) को मेटाइलोट्रोफिक जीवाणु
स्यूडोमोनास सपा से निर्देशित करने के लिए ।
ई। कोलाई में चयापचय नेटवर्क के एक स्टोइकोमेट्रिक विश्लेषण (रासायनिक यौगिक का द्रव्यमान अनुपात) से पता चला कि
ई। कोलाई चयापचय नेटवर्क के लिए एफडीएच, रुबिस्को (राइबुलस बिस्फोस्फेट कार्बोक्सिलेज) और पीआरके (फॉस्फोरिबुलोकिनेज) जोड़ना ऑटोट्रॉफिक विकास (नीचे छवि) के लिए पर्याप्त होगा।
चित्र 1: एक प्रयोगशाला-संशोधित रसायन-संबंधी जीवाणु ई। कोलाई की योजना।दुर्भाग्य से,
ई। कोलाई (BW25113) के प्राथमिक तनाव में तीन पुनः संयोजक एंजाइमों का सह-संचय ऑटोट्रॉफ़िक स्थितियों के तहत वृद्धि का कारण नहीं बना। चूंकि स्टोइकोमेट्रिक विश्लेषण एंजाइम के कैनेटीक्स, अभिव्यक्ति के स्तर और विनियमन को ध्यान में नहीं रखता है, इसलिए ऑटोट्रॉफिक विकास को प्राप्त करने के लिए चयापचय अनुकूलन के लिए एक उपकरण के रूप में अनुकूली प्रयोगशाला विकास का उपयोग करने का निर्णय लिया गया था।
यह विधि इस तथ्य के कारण है कि एक विदेशी एंजाइमैटिक तंत्र की विषम अभिव्यक्ति कोशिका के लिए संभावित चयापचय प्रतिक्रियाओं के स्थान का विस्तार करती है, जिससे ऑटोट्रोफिक विकास की संभावना प्रदान होती है। समस्या यह है कि इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि आवश्यक धारा प्रतिक्रियाओं के हाल ही में विस्तारित सेट के माध्यम से जाएगी।
इसलिए, चूंकि
ई। कोलाई का केंद्रीय चयापचय हेटरोट्रॉफिक विकास के लिए अनुकूल है, इसलिए यह संभावना है कि एक प्रवाह वितरण जो हेटरोट्रॉफिक विकास का समर्थन करता है। यही कारण है कि प्रयोगशाला विकास का उपयोग किया गया था, जो वांछित चयापचय मार्ग के साथ प्रवाह को पुनर्निर्देशित करने में सक्षम था।
प्रयोगशाला विकास की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से एक रूबिसो कार्बोक्सिलेशन स्ट्रीम पर निर्भरता स्थापित करने के लिए केंद्रीय चयापचय की पुनर्व्यवस्था है और मूल हेटरोट्रॉफिक मार्गों (
2 ए ) के माध्यम से प्रवाह को दबाने के लिए विकास माध्यम का अनुकूलन है। दूसरे शब्दों में, ऑटोट्रॉफी पर स्विच करके, चयापचय के हेटेरोट्रोफिक तंत्र का उपयोग करके जीवाणु को रोकना आवश्यक था।
चित्र संख्या 2: हेटोट्रॉफ़िक जीवाणु ई कोलाई को एक केमोट्रोफ़िक में परिवर्तित करने के लिए विकसित विकासवादी रणनीति की योजना।सबसे पहले, कृत्रिम विकास के दौरान, केंद्रीय कार्बन चयापचय में दो एंजाइमों के लिए तीन जीन कोडिंग को बाहर रखा गया था: ग्लाइकोलिसिस में फॉस्फोफ्रक्टोकिनेज और ग्लूकोज -6-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज (Zwf) ऑक्सीडेटिव पेंटोस फॉस्फेट मार्ग में। पहले में दो जीनोप्स दो जीनों (pfkA और pfkB) द्वारा एन्कोडेड होते हैं। जब कोशिकाओं को
xylose * पर उगाया जाता है
, तो यह पुनर्व्यवस्था यह सुनिश्चित करती है कि सेल की वृद्धि रुबिसो कार्बोक्सिलेशन पर निर्भर करती है, जो कि केमोटोफी के संक्रमण के लिए आवश्यक है।
Xylose * एक पेंटोस मोनोसैकराइड (C 5 H 10 O 5 ) है।
इसके बाद, रूबिसको, पीआरके, कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ (सीए) की विषम अभिव्यक्ति, जो सीओ
2 और बाइकार्बोनेट और एफडीएच को परिवर्तित करती है, का प्रदर्शन किया गया। इसके बाद
xylose- सीमित
कीमोस्टैट्स * में कोशिकाओं के बढ़ने की प्रक्रिया है, जो निरंतर कार्बन भुखमरी में कोशिकाओं का समर्थन करते हैं।
केमोस्टैट * सूक्ष्मजीवों की खेती करने की एक विधि है जब उपजाऊ पदार्थों के इष्टतम संतुलन और एकाग्रता को पोषक तत्व माध्यम में रखा जाता है जहां वे बढ़ते हैं।
ऐसा एक संस्कृति माध्यम कोशिकाओं को प्रसार (सेल डिवीजन द्वारा ऊतक विकास) की अनुमति देता है, लेकिन हेटरोट्रॉफ़िक
कैटाबोलिक / मार्ग को धीमा कर देता है।
अपचय (मेटाबोलिज्म) - जटिल पदार्थों का चयापचय अपघटन सरल या किसी पदार्थ (ऊर्जा चयापचय) के ऑक्सीकरण में।
केमोस्टैट, जहां कोशिकाओं को उगाया गया था, में भी फॉर्मेट की अधिकता थी और लगातार सीओ
2 समृद्ध हवा (10% की सीओ
2 सामग्री) के साथ शुद्ध किया गया था।
इस प्रकार, यह विकास माध्यम हेटरोट्रॉफी को धीमा कर देता है, जिससे कोशिकाएं ऑटोट्रॉफी की ओर जाती हैं। कोशिकाओं को सचमुच कार्बनिक चीनी के बाहरी कार्बन योगदान पर उनकी निर्भरता को कम करने के लिए मजबूर किया जाता है।
बढ़ती विधि तैयार थी, इसे सत्यापित करना आवश्यक था। सप्ताह में एक बार, रसायन विज्ञान से नमूनों को हटा दिया गया और ऑटोट्रोफिक स्थितियों के तहत विकास के लिए परीक्षण किया गया। विशेष रूप से, ये एस्चेरिचिया कोलाई के लिए कीमो-ऑर्गेनोफ़ॉर्फ़िक स्थितियां हैं, जो एम 2 (मिलिमोलर) सोडियम के अतिरिक्त प्रकार एम 9 के एक माध्यम से मिलकर बनता है, जो सीओ
2 (10%) की उच्च सामग्री के साथ वातावरण में बनता है, लेकिन बिना किसी अन्य कार्बन स्रोत के।
लगभग 150 पीढ़ियों के बराबर, केमोस्टैट्स में लगभग 200 दिनों के प्रसार के बाद, मीडिया में xylose (यानी ऑटोट्रॉफ़िक स्थितियों के तहत) की कमी के विकास का पता लगाया गया था। यह फेनोटाइप उस दिन के सभी नमूनों में मौजूद था। 350 वें दिन, xylose को पूरी तरह से संस्कृति माध्यम (
2B ) से बाहर रखा गया था। निरंतर वृद्धि और मैलापन का तात्पर्य है कि विशेष रूप से xylose- स्वतंत्र कोशिकाएं कैमोस्टेट में मौजूद थीं। यह पाया गया कि नमूनों को अपनी वृद्धि के लिए सीओ
2 की उच्च एकाग्रता के साथ एक माध्यम की आवश्यकता थी, जो कार्बन निर्धारण तंत्र का सुझाव देता है।
इसके बाद, वैज्ञानिकों ने गहन विश्लेषण के लिए विकास
* में सबसे मजबूत
क्लोनों में से एक चुना।
दोहरीकरण समय * 18 hours 4 घंटे (
2C ) स्थापित किया गया था।
क्लोन * - इस मामले में, हमारा मतलब आनुवंशिक रूप से समान कोशिकाओं के एक समूह से है।
दोहरीकरण समय * - आकार में किसी चीज़ को दोगुना करने के लिए समय।
यह सुनिश्चित करना आवश्यक था कि विकसित कोशिकाएं वास्तव में ऑटोट्रॉफ़िक हैं, और उनके विकास के दौरान कोई "छिपी" कार्बन स्रोत या हेटेरोट्रोफ़िक फॉर्मेट सक्रियण नहीं थे। इसके लिए आइसोटोप के लेबलिंग पर प्रयोग किए गए।
शुरू करने के लिए, विकसित किए गए क्लोन
13 सी-लेबल वाले फॉर्मेट और
13 सीओ
2 (एक स्थिर समस्थानिक राज्य प्राप्त होने तक 10 पीढ़ियों) के साथ एक माध्यम में उगाए गए थे। इसके बाद, तरल क्रोमैटोग्राफी और अग्रानुक्रम मास स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा विभिन्न चयापचयों के लिए
13 सी-लेबल का विश्लेषण किया गया।
13 सी * - कार्बन -13, एक स्थिर कार्बन समस्थानिक।
मेटाबोलाइट्स * - किसी भी यौगिक के चयापचय उत्पाद।
तरल क्रोमैटोग्राफी और अग्रानुक्रम मास स्पेक्ट्रोमेट्री की विधि * एक रासायनिक अनुसंधान विधि है जो कई घटकों और जन स्पेक्ट्रोमेट्री के मिश्रण को अलग करने वाली तरल क्रोमैटोग्राफी को जोड़ती है, जो व्यक्तिगत घटकों की संरचनात्मक पहचान सुनिश्चित करती है।
चित्र 3: 13 सी का उपयोग करते हुए आइसोटोप लेबलिंग प्रयोगों से पता चलता है कि सीओ 2 से एकमात्र कार्बन स्रोत के रूप में सभी बायोमास घटक बनते हैं।विश्लेषण से पता चला कि केंद्रीय चयापचय बायोमास के भवन ब्लॉकों में लगभग 98% कार्बन परमाणुओं को सफलतापूर्वक लेबल किया गया था। ये डेटा लेबल वाले फॉर्मेट और CO
2 से मेल खाते हैं, जिसमें लगभग 99%
13 C और 1% अनबैलेंस्ड बाइकार्बोनेट पोषक तत्व माध्यम में घुल जाते हैं।
यह अवलोकन अकाट्य प्रमाण है कि कोशिकाओं के बायोमास में कार्बन सीओ
2 से ठीक होकर बनता है।
इसके अलावा, यह जाँच की गई थी कि क्या फार्म बायोमास में केंद्रित है। इसके लिए, M9 माध्यम में कोशिकाओं को विकसित किया गया था (वातावरण में सीओ
2 की एकाग्रता 10% थी, जैसा कि पिछले प्रयोगों में) कार्बन -13 के साथ तैयार किए गए फॉर्मेट का उपयोग करके किया गया था।
किसी दिए गए वातावरण में वृद्धि के बाद बायोमास के ब्लॉकों के निर्माण के लिए
13 सी अंकन योजना ने 1-2% (
3 बी ) के भीतर
13 सी का निशान दिखाया, जो कि प्राकृतिक
13 सी सामग्री और लेबल किए गए फॉर्मेट की थोड़ी मात्रा के आधार पर अपेक्षित मूल्य है। दूसरे शब्दों में, परिणामों से पता चला है कि कोशिकाएं फॉर्मेट को आत्मसात नहीं करती हैं।
उपरोक्त प्रयोगों के परिणामों की समग्रता से यह विश्वास होता है कि उगाई गई फसलों के लिए कार्बन का स्रोत विशेष रूप से CO2 और स्वरूपित होता है। और यह बदले में,
E.coli कोशिकाओं के एक सौ प्रतिशत ऑटोट्रॉफी को इंगित करता है जो प्रयोगशाला विकास से गुजर चुके हैं।
वैज्ञानिकों ने इस कथन को सत्यापित करने के लिए एक और प्रयोग किया, जिसमें
13 CO
2 और बिना लेबल वाले फॉर्मेट का उपयोग किया गया।
13 सीओ
2 की उच्च लागत के कारण, जिन जहाजों में प्रयोग किया गया था, वे बंद हो गए। यह छोटी अति सूक्ष्मता अत्यंत महत्वपूर्ण है, क्योंकि बंद वातावरण (पिछले प्रयोगों में, कंटेनरों को हवादार कर दिया गया था) के कारण, अनबेल्ड सीओ
2 संचित रूप से ऑक्सीकरण के कारण जमा हुआ था। और यह अवलोकन परिणामों को विकृत करता है। हालांकि, लेबलिंग ग्लूटामेट के विश्लेषण के माध्यम से "संदूषण" प्रक्रिया की निगरानी की जा सकती है और यहां तक कि उस पर नज़र भी रखी जा सकती है।
इस अनुभव से पता चला कि केंद्रीय चयापचय बायोमास के भवन ब्लॉकों में लगभग 85-90% कार्बन परमाणु सफलतापूर्वक लेबल किए गए थे। जैसा कि छवियों
3 ए और
3 बी में देखा जा सकता है, अगर हम
13 सी-लेबल वाले घटक के लिए समायोजन लागू करते हैं, तो बायोमास में परमाणुओं की लेबलिंग लगभग 100% होगी, जो
ई कोलाई बैक्टीरिया के विकास की ऑटोट्रॉफ़िक प्रकृति को इंगित करता है।
तथ्य यह है कि बैक्टीरिया ऑटोट्रॉफ़ हो गए हैं संदेह से परे है। यह पता लगाने के लिए रहता है कि प्रयोगशाला विकास की प्रक्रिया में किस प्रकार के आनुवंशिक परिवर्तन, उत्परिवर्तन हुए हैं।
इसे स्पष्ट करने के लिए, वैज्ञानिकों ने फार्म पर ऑटोट्रोफिक विकास में सक्षम छह क्लोनों को अलग किया, और उनके जीनोम और
प्लास्मिड्स * का अनुक्रम किया।
प्लास्मिड्स * डीएनए अणु भौतिक रूप से गुणसूत्रों से अलग होते हैं और स्वायत्त रूप से प्रतिकृति (मूल डीएनए अणु के आधार पर दो बेटी डीएनए अणु बनाने की प्रक्रिया) में सक्षम होते हैं।
दो क्लोन (क्लोन 1 और 2) तब अलग-थलग हो गए थे जब ज़ाइलोस को अभी भी संस्कृति माध्यम (विकास के 250 वें दिन), तीन क्लोन (क्लोन 3, 4 और 5) में मौजूद किया गया था, जब xylose को कीमोस्टेट (संस्कृति) के संस्कृति माध्यम से बाहर रखा गया था विकास का 400 वां दिन)। पिछले क्लोन (क्लोन 6) को कई श्रृंखला कमजोर पड़ने वाले चक्रों के लिए पहले से अलग किए गए क्लोन (क्लोन 1) में से एक के प्रसार के बाद अलग किया जाता है।
चित्र 4: ऑटोट्रॉफी के संक्रमण का आनुवंशिक आधार।आश्चर्यजनक रूप से, उत्परिवर्तन की संख्या काफी कम थी। शोधकर्ताओं ने उन्हें तीन मुख्य श्रेणियों में विभाजित किया।
पहली श्रेणी में केल्विन चक्र के कार्य के साथ एक प्रत्यक्ष चयापचय लिंक के साथ जीन एन्कोडिंग एंजाइम होते हैं। यह जीन, जो राइबोज फॉस्फेट डिपोस्फोकाइनेज को एनकोड करता है, राइबोज फॉस्फेट को बायोमास में निर्देशित करता है।
उत्परिवर्तित जीन की दूसरी श्रेणी में वे शामिल होते हैं जो अनुकूली प्रयोगशाला विकास पर पिछले प्रयोगों में उत्परिवर्तित होते हैं: pcnB (R161P), rpoB (D866E), rpoD (F563S), malT (E359K) और araJ (W156)। वैज्ञानिक इन उत्परिवर्तन को प्रयोगशाला के विकास की बहुत प्रक्रिया से जोड़ते हैं, अर्थात, वे आवश्यक रूप से बैक्टीरिया के संक्रमण से ऑटोट्रॉफी की प्रक्रिया से जुड़े नहीं हैं। इसी तरह, डी-xylose शुगर (E337K) के अपचय के लिए जिम्मेदार ऑपरेटर्स के लिए एक नियामक प्रोटीन को xylR जीन एन्कोडिंग में एक उत्परिवर्तन की खोज की गई थी। यह खेती के दौरान एक रसायन शास्त्र में जिओलोज के लंबे समय तक भुखमरी से जुड़ा हुआ है, लेकिन किसी भी तरह से ऑटोट्रॉफी से जुड़ा नहीं है।
उत्परिवर्तन की तीसरी श्रेणी में वे शामिल हैं जिनकी कोई विशिष्ट भूमिका नहीं है और यह "आनुवंशिक हिचहाइकिंग" जैसी घटना का परिणाम हो सकता है। अलग-अलग आइसोलेट्स में, 2 से 27 अतिरिक्त उत्परिवर्तित जीनों में से कुछ भी होते हैं, जिनमें से कुछ ऑटोट्रॉफ़िक फेनोटाइप के म्यूटेशन हो सकते हैं, लेकिन इसके लिए कड़ाई से आवश्यक नहीं हैं।
भविष्य में, वैज्ञानिकों ने यह निर्धारित करने के लिए आनुवांशिक उत्परिवर्तन का अतिरिक्त अध्ययन करने का इरादा किया है कि उनमें से कौन सा बेसिक और बैक्टीरिया के संक्रमण के लिए आवश्यक है।
अध्ययन की बारीकियों के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं सुझाव देता हूं कि आप
वैज्ञानिकों की
रिपोर्ट और
इसके लिए
अतिरिक्त सामग्रियों पर ध्यान दें।
उपसंहार
इस अध्ययन में, वैज्ञानिक उत्कृष्ट परिणाम प्राप्त करने में सक्षम थे। सबसे पहले, यह प्रयोगशाला विकास पर ध्यान देने योग्य है - वैज्ञानिकों द्वारा नियंत्रित एक प्रक्रिया, जो उन्हें एक नए "डिजाइन" के अनुसार शरीर को बदलने की अनुमति देती है।
ई। कोलाई वस्तुतः विकासवादी हेरफेर द्वारा एक ऑटोट्रॉफ़ बनने के लिए मजबूर किया गया था, सीओ
2 को अवशोषित करके खुद को कार्बन प्रदान करने के लिए। ग्लोबल वार्मिंग से पीड़ित समाज के लिए इस तरह के उत्परिवर्ती जीवाणु अत्यंत उपयोगी हो सकते हैं, जिनमें से एक कारण कार्बन डाइऑक्साइड है। , ,
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