Using BONCAT-FACS to probe the active soil microbial community during nitrous oxide production
मिट्टी के सूक्ष्मजीवों के सक्रिय उपसमुच्चय का विश्लेषण करने के लिए BONCAT-FACS-Seq का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि नाइट्रस ऑक्साइड का उत्पादन किसी एक प्रमुख प्रजाति द्वारा नहीं बल्कि सक्रिय जीवों के बदलते समूहों (एन्सेम्बल्स) द्वारा संचालित होता है, जो यह सुझाव देता है कि विनाइट्रीकरण (डिनिट्रिफिकेशन) को एक सामुदायिक गुण के रूप में प्रस्तुत करना इस ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन की पूर्वानुमान क्षमता में महत्वपूर्ण सुधार कर सकता है।
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अपने पैरों के नीचे की मिट्टी की कल्पना एक हलचल भरे, अदृश्य शहर के रूप में करें। आमतौर पर, अधिकांश नागरिक (सूक्ष्मजीव) सो रहे होते हैं या बस खाली बैठे रहते हैं, कुछ नहीं कर रहे होते। लेकिन जब आप इसमें थोड़ा सा चीनी और नाइट्रेट मिला देते हैं और ऑक्सीजन को रोक देते हैं, तो एक छोटा सा, अति-सक्रिय दल जाग जाता है ताकि वे कुछ गंभीर काम कर सकें: नाइट्रोजन को नाइट्रस ऑक्साइड () में बदलना, जो कि एक शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस है।
लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि यह गैस शायद एक विशिष्ट "सुपर-स्टार" सूक्ष्मजीव द्वारा पंप की जा रही है जो सारा भारी काम कर रहा है। लेकिन इस अध्ययन ने, जिसमें केवल उन सूक्ष्मजीवों को देखने के लिए एक हाई-टेक टॉर्च का उपयोग किया गया जो वास्तव में काम कर रहे थे, सुझाव दिया कि यह विचार बहुत सरल हो सकता है। एक एकल प्रदर्शन के बजाय, गैस उत्पादन एक अलग-अलग श्रमिकों के बदलते हुए समूह द्वारा एक टीम प्रयास प्रतीत होता है।
नन्हा कार्यबल
शोधकर्ताओं ने कृषि मिट्टी के साथ एक लैब प्रयोग स्थापित किया, मिट्टी को गर्म किया और सूक्ष्मजीवों को पागल करने के लिए उन्हें पोषक तत्व खिलाए। उन्होंने 15 घंटों तक गैस उत्पादन को ट्रैक किया। परिणाम क्या रहा? गैस का आउटपुट लगातार बढ़ता गया, जो अंत में 3.84 µg N2O-N g dry soil-1 hr-1 के शिखर तक पहुँच गया।
लेकिन यहाँ एक मोड़ है: काम करने वाले सूक्ष्मजीवों की वास्तविक संख्या अविश्वसनीय रूप से कम थी। किसी भी दिए गए समय में कुल सूक्ष्मजीव समुदाय का 1% से भी कम सक्रिय था। यह एक स्टेडियम में लोगों की तरह है जहाँ केवल मुट्ठी भर लोग ही वास्तव में खेल रहे हैं, फिर भी वे ही अंक बना रहे हैं।
टॉर्च वाला कमाल
इन नन्हे श्रमिकों को खोजने के लिए, वैज्ञानिकों ने BONCAT-FACS नामक एक चतुर ट्रिक का उपयोग किया। इसे ऐसे समझें जैसे सक्रिय सूक्ष्मजीवों को एक चमकता हुआ बैज देना। उन्होंने एक विशेष अमीनो एसिड (HPG) जोड़ा जिसे केवल वे कोशिकाएं खाती थीं जो नए प्रोटीन बना रही होती थीं। फिर, उन्होंने उस अमीनो एसिड से एक फ्लोरोसेंट डाई (चमकने वाला रंग) जोड़ने के लिए एक रासायनिक "क्लिक" का उपयोग किया। जब उन्होंने एक विशेष सूक्ष्मदर्शी के नीचे मिट्टी को देखा, तो सक्रिय कोशिकाएं चमक उठीं।
उन्होंने पाया कि चमकने वाली कोशिकाओं की संख्या पूरी कहानी नहीं बताती थी। इसके बजाय, चमक की तीव्रता (कोशिकाएं कितना प्रोटीन बना रही थीं) असली कुंजी थी। कोशिकाएं जितनी अधिक चमकती थीं, उतना ही अधिक नाइट्रस ऑक्साइड का उत्पादन होता था। यह इस बारे में नहीं था कि कितने श्रमिक आए; यह इस बारे में था कि वे कितनी मेहनत कर रहे थे।
एकल कलाकार नहीं, बल्कि एक समूह
सबसे बड़ी खोज तब हुई जब उन्होंने देखा कि कौन काम कर रहा था। उन्होंने एक एकल "चैंपियन" सूक्ष्मजीव को खोजने की कोशिश की जो गैस उत्पादन से मेल खाता हो, लेकिन यह उम्मीद के मुताबिक काम नहीं कर पाया। केवल एक प्रकार के सूक्ष्मजीव का उपयोग करने वाला मॉडल गैस के परिवर्तनों की केवल 73% व्याख्या कर सका।
हालाँकि, जब उन्होंने एक समूह—एक विशिष्ट "समूह" (ensemble)—की तलाश की जिसमें 8 अलग-अलग प्रकार के सूक्ष्मजीव शामिल थे, तो तस्वीर बदल गई। इन 8 विशिष्ट सूक्ष्मजीवों की संयुक्त गतिविधि ने गैस उत्पादन की 95% व्याख्या की। यह ऐसा है जैसे गैस एक प्रसिद्ध गायक से नहीं, बल्कि एक बैंड से आ रही हो जहाँ प्रत्येक सदस्य एक अलग वाद्य यंत्र बजाता है। यदि आप एक वाद्य यंत्र को भी छोड़ देते हैं, तो गाना (गैस उत्पादन) सही नहीं सुनाई देता।
ये 8 कौन हैं?
पेपर को निश्चित रूप से नहीं पता कि ये सभी 8 सूक्ष्मजीवों के सटीक नाम क्या हैं, लेकिन इसके पास कुछ सुराग हैं।
- एक सूक्ष्मजीव, यदि आप उसे अकेले देखें, तो वह Firmicutes परिवार (विशेष रूप से Chungangia या Bacillus वंश से संबंधित) का सदस्य लग रहा था। इस एक सूक्ष्मजीव के पास नाइट्रोजन को पूरी तरह से नाइट्रोजन गैस में बदलने के लिए उपकरणों का पूरा सेट था, जो यह सुझाव देता है कि यह एक "पूर्ण" कार्यकर्ता हो सकता है।
- अन्य 7 सूक्ष्मजीव विभिन्न परिवारों के मिश्रण थे, जिनमें Acidobacteria, Bacteroidota, और Chloroflexi शामिल थे। इन लोगों के पास "आंशिक" टूलकिट (उपकरण) थे। कुछ केवल काम के पहले चरणों को कर सकते थे, जबकि अन्य मध्य या अंतिम चरणों को कर सकते थे।
- इनमें से कोई भी 8 मिट्टी में सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले सूक्ष्मजीव नहीं थे। वे शांत विशेषज्ञ थे, शोर मचाने वाली भीड़ नहीं।
इसका क्या अर्थ है
अध्ययन बताता है कि हालांकि एक एकल प्रभावी प्रजाति सैद्धांतिक रूप से प्रक्रिया को चला सकती है, डेटा दिखाता है कि विविध सूक्ष्मजीवों का एक समूह मिलकर काम करना गैस के उछाल के साथ बहुत बेहतर मेल खाता है। यह यह भी सुझाव देता है कि पूरे मिट्टी के समुदाय (सोते हुए 99% सहित) को देखना वास्तविक कहानी को छिपा देता है। सक्रिय दल समय के साथ अपनी लाइनअप बदलता है, लेकिन वह समूह गैस उत्पादन करने की अपनी क्षमता में सुसंगत रहता है।
शोधकर्ता प्रस्तावित करते हैं कि डेनाइट्रिफिकेशन (गैस बनाने की प्रक्रिया) एक "सामुदायिक विशेषता" है। यह एक ऐसा काम है जिसके लिए संभवतः एक विविध टीम के मिलकर काम करने की आवश्यकता होती, न कि केवल एक अकेले नायक पर निर्भर रहने की। हालाँकि वे निश्चित रूप से यह नहीं कह सकते कि ये 8 सूक्ष्मजीव आपस में कैसे बात करते हैं या क्या यह हर प्रकार की मिट्टी में काम करता है, डेटा दृढ़ता से सुझाव देता है कि ग्रीनहाउस गैसों की भविष्यवाणी करने के लिए, हमें एक अकेले विलेन को खोजने के बजाय पूरे बैंड को सुनना शुरू करना होगा।
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