Extracellular oxidative enzymes of Candida maltosa yeast grown on hexadecane

यीस्ट का गुप्त जीवन: तेल के सागर में नन्हे कारखाने

सूक्ष्म दुनिया की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें जहाँ यीस्ट जैसे एककोशिकीय जीव मेहनती नागरिक हैं। आमतौर पर, ये नागरिक सरल शर्करा, जैसे ग्लूकोज, खाते हैं जो पचाने में आसान होते हैं—इसे एक कटोरी नरम, पहले से चबाए गए दलिया खाने के समान समझें। लेकिन कभी-कभी, वातावरण बदल जाता है, और एकमात्र उपलब्ध भोजन कुछ कठिन और चिकना होता है, जैसे कि तेल। यहीं पर "जेनोबायोटिक डिग्रेडेशन" (xenobiotic degradation) का विज्ञान आता है। यह इस बात का अध्ययन है कि कैसे जीवित प्राणी उन चीजों को खाना सीखते हैं जिनके लिए वे मूल रूप से नहीं बने थे, जैसे कि पेट्रोलियम में पाए जाने वाले हाइड्रोकार्बन।

इसे समझने के लिए, आपको उन दो प्रमुख उपकरणों के बारे में जानना होगा जिनका ये सूक्ष्मजीव उपयोग करते हैं। पहला, ऑक्सीडेटिव एंजाइम (oxidative enzymes) हैं। आप इन्हें छोटे रासायनिक कैंची या स्पार्क-प्लग के रूप में सोच सकते हैं। इनका काम जटिल, चिकने अणुओं को काटना या "ऑक्सीडाइज" करना है ताकि कोशिका वास्तव में ऊर्जा के लिए उनका उपयोग कर सके। दूसरा, एक्स्ट्रासेलुलर संरचनाएं (extracellular structures) हैं। ये उन उपकरणों या मचानों (scaffolding) की तरह हैं जिन्हें कोशिका अपने शरीर के बाहर बनाती है। जिस तरह एक इंसान ऊंचे शेल्फ तक पहुँचने के लिए सीढ़ी का उपयोग कर सकता है, ये सूक्ष्मजीव अपनी कोशिका भित्ति के बाहर ऐसी संरचनाएं बनाते हैं ताकि उस भोजन को पकड़ सकें और संसाधित कर सकें जो सीधे खाने के लिए बहुत बड़ा या बहुत फिसलन भरा है। वैज्ञानिकों को लंबे समय से संदेह था कि जब यीस्ट तेल खाता है, तो वह इन विशेष बाहरी संरचनाओं का निर्माण करता है ताकि काम में मदद मिल सके, लेकिन उनके अंदर के सटीक "औजार" एक रहस्य बने हुए थे।

चिकना खाने वाला यीस्ट और उसके गुप्त औज़ार

इस अध्ययन में, पुश्किनो वैज्ञानिक अनुसंधान केंद्र फॉर बायोलॉजिकल रिसर्च के शोधकर्ताओं की एक टीम ने कैंडिडा माल्टोसा (Candida maltosa) नामक एक विशिष्ट प्रकार के यीस्ट की जांच करने का निर्णय लिया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या होता है जब इस यीस्ट को उसके सामान्य चीनी के आहार के बजाय हेक्साडेकेन (hexadecane), जो कि एक प्रकार का तेल अणु है, खाने के लिए मजबूर किया जाता है। शोधकर्ताओं को एक संदेह था: जब यीस्ट तेल खाता है, तो वह केवल अपने आंतरिक रसोईघर को ही नहीं बदलता; बल्कि वह कोशिका भित्ति की सुरंगों और चिपचिपे पॉलीसैकेराइड्स (शर्करा) से बना एक विशेष "आउटडोर वर्कस्टेशन" भी बनाता है ताकि तेल को तोड़ने में मदद मिल सके। उन्हें संदेह था कि यह वर्कस्टेशन उन रासायनिक कैंचियों (एंजाइमों) से भरा हुआ है जिनकी आवश्यकता काम पूरा करने के लिए होती है।

इसका परीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने यीस्ट के दो बैच उगाए: एक ग्लूकोज (चीनी) के आहार पर और दूसरा हेक्साडेकेन (तेल) के आहार पर। जब यीस्ट अपने विकास में स्थिर हो गया, तो टीम को यीस्ट कोशिकाओं को तोड़े बिना "आउटडोर वर्कस्टेशन" को एकत्र करने की आवश्यकता थी। उन्होंने एक सौम्य अल्ट्रासाउंड उपचार का उपयोग किया—जो अनिवार्य रूप से एक सोनिक कंपन है—ताकि कोशिकाओं को नुकसान पहुँचाए बिना उनकी चिपचिपी, शर्करा वाली बाहरी परतों को झकझोर कर अलग किया जा सके। यह कार के पेंट को खरोंचे बिना धूल साफ करने के लिए उच्च दबाव वाले पानी के पाइप का उपयोग करने जैसा था। फिर उन्होंने कोशिकाओं से इस "धूल" (एक्स्ट्रासेलुलर अंश) को सावधानीपूर्वक अलग किया ताकि देखा जा सके कि इसके अंदर क्या है।

परिणाम बेहद दिलचस्प थे। जब उन्होंने तेल पर पले-बढ़े यीस्ट को देखा, तो उन्होंने पाया कि यीस्ट ने वास्तव में चीनी खाने वाले यीस्ट की तुलना में बहुत अधिक जटिल और प्रचुर मात्रा में "धूल" की परत बनाई थी। सूक्ष्मदर्शी के नीचे, यह परत शर्करा और प्रोटीन के एक ढीले, असंरचित जाल की तरह दिख रही थी। लेकिन असली खोज इस जाल की रासायनिक संरचना में थी।

शोधकर्ताओं ने पाया कि तेल खाने वाले यीस्त की "धूल" में पेरॉक्सिडेज (peroxidase) मौजूद था, जो एक ऐसा एंजाइम है जो ऑक्सीकरण के लिए स्पार्क-प्लग की तरह कार्य करता है। वास्तव में, तेल खाने वाले यीस्ट की बाहरी परत में चीनी खाने वाले यीस्ट की तुलना में इस एंजाइम की मात्रा तीन गुना अधिक थी। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक बात यह थी कि उन्हें इस बाहरी परत में साइटोक्रोम सी (cytochrome C) मिला। आमतौर पर, साइटोक्रोम सी कोशिका के पावर प्लांट (माइटोकॉन्ड्रिया) के भीतर पाया जाने वाला एक प्रोटीन है, जो इलेक्ट्रॉन वाहक के रूप में कार्य करता है। इसे कोशिका के बाहर, शर्करा के जाल से जुड़ा हुआ पाना एक बड़ा सुराग था। शोधकर्ताओं ने विशेष लाइट-स्पेक्ट्रोस्कोपी परीक्षणों का उपयोग करके इस साइटोक्रोम की उपस्थिति की पुष्टि की, और नोट किया कि यह केवल तभी मौजूद था जब यीस्ट तेल खा रहा था, न कि चीनी।

हालाँकि, अध्ययन ने कुछ चीजों को खारिज भी कर दिया। शोधकर्ताओं ने कैटालेज (catalase) की जांच की, जो कोशिका के भीतर रहने वाला एक अन्य एंजाइम है। उन्हें बाहरी परत में शून्य कैटालेज मिला। यह एक महत्वपूर्ण नियंत्रण (control) था; इसने सिद्ध किया कि उनके सौम्य अल्ट्रासाउंड पद्धति ने गलती से कोशिकाओं को नहीं तोड़ा था। यदि कोशिकाएं टूट गई होतीं, तो कैटालेज बाहर निकल आता। चूंकि ऐसा नहीं हुआ, इसलिए वे जानते थे कि जिस बाहरी परत का वे अध्ययन कर रहे थे वह वास्तव में "एक्स्ट्रासेलुलर" (कोशिका के बाहर) थी और न कि टूटी हुई कोशिका के अंगों का मिश्रण।

टीम ने इलेक्ट्रोफोरेसिस (electrophoresis) नामक तकनीक का उपयोग करके इस बाहरी परत के प्रोटीनों को भी देखा, जो प्रोटीनों को उनके आकार के आधार पर अलग करता है। उन्हें प्रोटीन का एक विशिष्ट बैंड मिला जिसमें हीम (रक्त का लाल हिस्सा जो ऑक्सीजन ले जाता है, जो इन एंजाइमों में भी पाया जाता है) मौजूद था। यह बैंड चीनी खाने वाले यीस्ट की तुलना में तेल खाने वाले यीस्ट में बहुत अधिक गहरा और तीव्र था। हालांकि वे प्रत्येक एकल प्रोटीन की सटीक पहचान नहीं कर सके, लेकिन साक्ष्य मजबूती से सुझाव देते हैं कि यह हीम-युक्त प्रोटीन साइटोक्रोम का एक रूप है, जो संभवतः अन्य यीस्ट प्रजातियों में पाए जाने वाले प्रोटीन के समान है।

तो, इसका सारा अर्थ क्या है? शोध पत्र सुझाव देता है कि जब कैंडिडा माल्टोसा यीस्ट तेल खाता है, तो वह इसे सीधे निगल नहीं लेता। इसके बजाय, वह अपनी कोशिका भित्ति से जुड़ा एक विशेष, शर्करा युक्त "आउटडोर फैक्ट्री" बनाता है। यह फैक्ट्री विशिष्ट उपकरणों—पेरॉक्सिडेस और साइटोक्रोमों—से लैस है, जो मिलकर कठिन तेल अणुओं को कोशिका के भीतर लेने से पहले ही उन्हें तोड़ने का काम शुरू कर देते हैं। शोधकर्ता प्रस्ताव देते हैं कि ये एक्स्ट्रासेलुलर एंजाइम पहली रक्षा पंक्ति हैं, जो सतह पर ही ऑक्सीकरण का भारी काम करते हैं। हालांकि यह अध्ययन यह दावा नहीं करता कि उन्होंने तेल के टूटने के पूरे रहस्य को सुलझा लिया है, लेकिन यह इस बात के पुख्ता सबूत प्रदान करता है कि यीस्ट के "बाहरी औज़ार" इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक हैं, जो इन सूक्ष्म जीवों के तेल से प्रदूषित वातावरण में जीवित रहने के अनुकूलन को समझने का एक नया तरीका प्रदान करते हैं।