Aldehyde dehydrogenases for oligo-isoprene aldehyde oxidation in Rhodococcus sp. RDE2

एक विशाल, उछलने वाले रबर बैंड की कल्पना करें जो लाखों छोटे, एक जैसे लेगो ब्रिक्स (Lego bricks) से जुड़ा हुआ है। यह प्राकृतिक रबर है, जिससे आपके जूते और साइकिल के टायर बनते हैं। लंबे समय तक, पुराने रबर से छुटकारा पाने का एकमात्र तरीका उसे जलाना या दफनाना था, जो ग्रह के लिए अच्छा नहीं है। लेकिन प्रकृति के पास अपना खुद का सफाई दल है: Rhodococcus sp. RDE2 नामक सूक्ष्म बैक्टीरिया जो लंच के लिए रबर खा सकते हैं।

यहाँ कहानी दी गई है, जो नागाओका यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों और उनके सहयोगियों के नए शोध पर आधारित है।

रबर तोड़ने वाली मशीन

सबसे पहले, बैक्टीरिया को उस विशाल रबर बैंड को खाने योग्य टुकड़ों में तोड़ना होगा। वे Lcp (Latex-Clearing Protein) नामक एक विशेष उपकरण का उपयोग करते हैं। Lcp को एक जादुई कैंची की तरह समझें जो रबर के लंबे जंजीरनुमा टुकड़ों को छोटे, टेढ़े-मेढ़े खंडों में काट देती है। इन खंडों को ओलिगो-आइसोप्रिन एल्डिहाइड (OIA) कहा जाता है।

लेकिन यहाँ एक समस्या है: ये रबर के छोटे टुकड़े अभी भी जहरीले और बैक्टीरिया के लिए बेकार हैं जब तक कि उन्हें साफ न किया जाए। बैक्टीरिया को इन टेढ़े-मेढ़े OIA टुकड़ों को ऐसी चीज़ में बदलने की ज़रूरत है जिसे वे ऊर्जा के लिए जला सकें। यहीं से इस शोध पत्र का असली रहस्य शुरू होता है: सफाई कौन कर रहा है?

सफाई करने वालों का रहस्य

कुछ अन्य बैक्टीरिया में, सफाई करने वाली टीम दो विशाल, जटिल मशीनों (जिन्हें OxiAB कहा जाता है) की एक टीम होती है जो कोशिका के ठीक बाहर काम करती है। लेकिन जब वैज्ञानिकों ने Rhodococcus sp. RDE2 के जीनोम की जांच की, तो उन्हें पास में ऐसी कोई मशीन नहीं मिली। उन्होंने इस विचार को खारिज कर दिया कि यह बैक्टीरिया उन विशाल बाहरी टीमों का उपयोग करता है। इसके बजाय, उन्हें संदेह हुआ कि बैक्टीरिया एक अलग प्रकार के सफाईकर्मी का उपयोग कर रहा है: एल्डिहाइड डीहाइड्रोजनेसेस (ALDHs)। ये कोशिकाओं के अंदर इंतजार करने वाले छोटे, आंतरिक सफाईकर्मियों की तरह हैं जो OIA के टुकड़ों को पकड़ने और उन्हें साफ करने के लिए तैयार रहते हैं।

वैज्ञानिकों के पास बैक्टीरिया के डीएनए में छिपे हुए 14 संभावित सफाईकर्मियों की एक सूची थी। उन्हें उन विशिष्ट सफाईकर्मियों को खोजने की आवश्यकता थी जो मुख्य काम कर रहे थे।

सफाईकर्मियों की बड़ी खोज

टीम ने अपनी खोज को छह शीर्ष उम्मीदवारों तक सीमित कर दिया। उनका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने छोटे कारखाने बनाए (इकोलाई (E. E. coli) बैक्टीरिया का उपयोग करके) ताकि प्रत्येक छह उम्मीदवार सफाईकर्मियों को अलग से बड़े पैमाने पर बनाया जा सके। फिर, उन्होंने उन्हें देखने के लिए कुछ OIA रबर के टुकड़े दिए कि कौन सफाई कर सकता है।

परिणाम:

• विजेता: दो सफाईकर्मी, जिनका नाम LPH33_RS08240 और LPH33_RS17900 था, इस शो के सितारे थे। वे रबर के टुकड़ों को साफ करने में अविश्वसनीय रूप से कुशल थे। वास्तव में, उनमें से एक (LPH33_RS08240) दूसरे बैक्टीरिया के एक प्रसिद्ध संदर्भ सफाईकर्मी की तुलना में काम करने में 2.0 गुना तेज़ था, और दूसरा (LPH33_RS17900) 1.3 गुना तेज़ था।
• हारने वाले: अन्य चार उम्मीदवार? वे मूल रूप से ब्रेक पर थे। उन्होंने रबर के टुकड़ों को साफ करने की लगभग कोई क्षमता नहीं दिखाई, भले ही उनमें से एक दूसरे प्रजाति के ज्ञात रबर खाने वाले सफाईकर्मी के लगभग समान (75.5% समान) दिखता था। इसने साबित कर दिया कि सिर्फ इसलिए कि दो सफाईकर्मी एक जैसे दिखते हैं, इसका मतलब यह नहीं है कि वे एक ही काम करते हैं; उनके "हाथों" (सबस्ट्रेट-बाइंडिंग पॉकेट) के सूक्ष्म विवरण सबसे अधिक मायने रखते हैं।

ईंधन की प्राथमिकता

वैज्ञानिकों ने यह भी जांचा कि इन सफाईकर्मियों को काम करने के लिए किस प्रकार के "ईंधन" की आवश्यकता होती है। उन्होंने पाया कि दो विजेता सफाईकर्मी सख्ती से NAD+ (एक विशिष्ट ऊर्जा अणु) को पसंद करते थे।

• बैक्टीरिया के सेल एक्सट्रैक्ट्स (cell extracts) ने दिखाया कि NAD+ मुख्य ईंधन था, लेकिन वहां एक छोटा, बैकअप दल भी था जो NADP+ का उपयोग कर रहा था (कुल गतिविधि का लगभग 37%)।
• दिलचस्प बात यह है कि बैक्टीरिया ने इन सफाईकर्मियों को केवल रबर की उपस्थिति में ही "चालू" नहीं किया। वे हमेशा काम कर रहे थे, एक सुरक्षा प्रणाली की तरह जो कभी नहीं सोती।

"नॉकआउट" टेस्ट

यह सुनिश्चित करने के लिए कि क्या ये दो सफाईकर्मी ही मुख्य नायक हैं, वैज्ञानिकों ने "हटाओ और देखो क्या होता है" का खेल खेला। उन्होंने LPH33_RS08240, LPH33_RS17900, और दोनों के जीन को हटा दिया।

• परिणाम: जब उन्होंने या तो LPH33_RS08240 को हटाया या LPH33_RS17900 को, तो बैक्टीरिया रबर पर धीरे-धीरे बढ़ने लगा और उनकी सफाई करने की शक्ति कम हो गई।
  • LPH33_RS08240 को हटाने से सफाई करने की शक्ति 58% गिर गई।
  • LPH33_RS17900 को हटाने से सफाई करने की शक्ति 25% गिर गई।
  • दोनों को हटाने पर यह 57% गिर गया (लगभग पहले वाले को हटाने के बराबर)।

ट्विस्ट: यहाँ तक कि जब उन्होंने दोनों मुख्य सफाईकर्मियों को हटा दिया, तब भी बैक्टीरिया मरा नहीं, और उन्होंने पूरी तरह से सफाई करना भी बंद नहीं किया। उनके पास अभी भी कुछ बची हुई सफाई शक्ति थी। यह सुझाव देता है कि हालांकि ये दो प्रमुख (मुख्य) सफाईकर्मी हैं, लेकिन कोशिका में अन्य बैकअप सफाईकर्मी भी मदद कर रहे हैं, ताकि आपात स्थिति में काम चल सके।

यह क्यों महत्वपूर्ण है

शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि LPH33_RS08240 और LPH33_RS17900 इस विशिष्ट बैक्टीरिया में रबर खाने की प्रक्रिया को चलाने वाले मुख्य इंजन हैं। वे Rhodococcus प्रजाति में पाए जाने वाले अपने प्रकार के पहले ऐसे जीव हैं।

शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि NADP+ का उपयोग करने वाला बैकअप दल कुछ और भी शानदार कर रहा हो सकता है: कचरे के रबर को उन नई चीजों के निर्माण खंडों में बदलना जिनकी बैक्टीरिया को बढ़ने के लिए आवश्यकता होती है। यह संकेत देता है कि रबर खाना केवल ऊर्जा प्राप्त करने के बारे में नहीं है; यह बैक्टीरिया के लिए नई सामग्रियां बनाने का एक तरीका भी हो सकता है।

इसलिए, भले ही हमने अभी तक दुनिया के सभी रबर को रिसाइकिल करने के तरीके की पूरी पहेली को हल नहीं किया है, फिर भी इस अध्ययन ने उन दो मुख्य चाबियों को खोज लिया है जो इस विशिष्ट बैक्टीरिया के लिए इसे खाने का दरवाजा खोलती हैं। यह पुराने टायरों को उपयोगी चीज़ों में बदलने की दिशा में एक ठोस कदम है, बजाय इसके कि वे केवल कचरा बनकर रह जाएं।