Algal-associated Providencia rustigianii PMRU2.7 for azo dye bioremediation and detoxification

दुनिया की नदियाँ और झीलें आधुनिक उद्योग के रंगीन कचरे से तेजी से बोझिल हो रही हैं। सबसे स्थायी प्रदूषकों में सिंथेटिक अज़ो डाई (azo dyes) शामिल हैं, जो रसायनों का एक विशाल वर्ग है जिसका उपयोग कपड़ों से लेकर चमड़े तक सब कुछ रंगने के लिए किया जाता है। ये यौगिक एक विशिष्ट रासायनिक संरचना के इर्द-गिर्द बने होते हैं जो उन्हें प्रकृति में टूटने के प्रति अविश्वसनीय रूप से स्थिर और प्रतिरोधी बनाता है। जब वे जलमार्गों में प्रवेश करते हैं, तो वे केवल गायब नहीं होते; इसके बजाय, वे जलीय पौधों तक सूरज की रोशनी पहुँचने से रोक देते हैं और अन्य रसायनों में बदल सकते हैं जो मछलियों, कीटों और यहाँ तक कि मनुष्यों के लिए भी जहरीले होते हैं। इस पानी को साफ करने के पारंपरिक तरीकों में अक्सर भौतिक फिल्टर शामिल होते हैं जो डाई को तो फँसा लेते हैं लेकिन जहर को पीछे छोड़ देते हैं, या कठोर रासायनिक उपचार जिनमें काफी ऊर्जा की आवश्यकता होती है और जो अपने स्वयं के खतरनाक उप-उत्पाद बना सकते हैं। क्योंकि ये डाई इतनी जिद्दी होती हैं, वैज्ञानिकों ने इस प्रकार के समाधान के लिए एक अलग तरह के समाधान के रूप में प्राकृतिक दुनिया की ओर रुख किया है: उन जीवित बैक्टीरिया का उपयोग करना जिन्होंने इन जटिल अणुओं को खाने और उन्हें नष्ट करने की क्षमता विकसित की है, जिससे जहरीले कचरे को हानिरहित पदार्थों में बदला जा सके।

हाल ही में एक अध्ययन में, भारत के सेंट जेवियर्स कॉलेज के शोधकर्ताओं ने इन सफाई करने वाले बैक्टीरिया के लिए एक नए स्रोत की खोज की। उन्होंने समुद्र की ओर देखा, विशेष रूप से तमिळनाडु के तट पर पाई जाने वाली 'चेटोमोर्फा लिनम' (Chaetomorpha linum) नामक एक प्रकार की हरी समुद्री शैवाल की ओर। समुद्री शैवाल अपनी सतह पर अद्वितीय बैक्टीरिया समुदायों को आश्रय देने के लिए जाने जाते हैं, और शोधकर्ताओं को संदेह था कि उनके सूक्ष्म पड़ोसी समुद्र की कठोर, नमकीन परिस्थितियों को संभालने के लिए विशेष कौशल रख सकते हैं, जो उन्हें औद्योगिक कचरे के खिलाफ भी प्रभावी बना सकता है। इस समुद्री शैवाल से, उन्होंने बैक्टीरिया का एक एकल स्ट्रेन अलग किया, जिसे उन्होंने 'प्रोविडेंसिया रस्टिगियानी' (Providencia rustigianii) PMRU2.7 नाम दिया। टीम ने यह देखने के लिए प्रयास किया कि क्या यह समुद्री सूक्ष्मजीव प्रयोगशाला सेटिंग में जीवित रह सकता है और, इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि क्या यह चार अलग-अलग प्रकार की अज़ो डाई को तोड़ सकता है जो रासायनिक जटिलता में भिन्न होती हैं।

परिणामों ने दिखाया कि बैक्टीरिया वास्तव में एक शक्तिशाली क्लीनर था। जब इसे डाई युक्त पोषक तत्वों से भरपूर तरल में रखा गया, तो बैक्टीरिया ने पानी से रंग को हटाना शुरू कर दिया। चार दिनों की अवधि में, इस स्ट्रेन ने विभिन्न डाइयों में से उनके विशिष्ट रासायनिक ढांचे के आधार पर, 65 से 90 प्रतिशत के बीच रंग को हटा दिया। यह प्रक्रिया केवल बैक्टीरिया द्वारा रंग को छिपाने का मामला नहीं थी; शोधकर्ताओं ने अणुओं के भीतर देखने के लिए उन्नत उपकरणों का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि बैक्टीरिया ने सफलतापूर्वक उन मुख्य रासायनिक बंधों (chemical bonds) को काट दिया था जो डाई के अणुओं को एक साथ रखते हैं। इस विखंडन (cleavage) ने बड़े, जहरीले डाई संरचनाओं को बहुत छोटे, सरल टुकड़ों में तोड़ दिया। अध्ययन ने इस प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न इक्कीस अलग-अलग मध्यवर्ती रसायनों की पहचान की, जिससे पुष्टि हुई कि बैक्टीरिया सक्रिय रूप से कचरे को रूपांतरित कर रहे थे न कि केवल उसे अवशोषित कर रहे थे।

यह समझने के लिए कि बैक्टीरिया ने यह कैसे हासिल किया, टीम ने उन एंजाइमों, या जैविक उपकरणों की जांच की जिनका उपयोग सूक्ष्मजीवों ने काम करने के लिए किया। उन्होंने पाया कि बैक्टीरिया केवल एक विधि पर निर्भर नहीं थे। इसके बजाय, उन्होंने तीन अलग-अलग एंजाइमों की एक समन्वित टीम तैनात की। एक एंजाइम, जो बैक्टीरिया कोशिका के बाहर पाया जाता था, ने डाई के कुछ हिस्सों को ऑक्सीकरण (oxidize) करने में मदद की, जबकि कोशिका के भीतर दो अन्य एंजाइमों ने रासायनिक बंधों को कम करने और तोड़ने का काम किया। इस बहु-चरणीय दृष्टिकोण ने बैक्टीरिया को सरल से लेकर बहुत जटिल, भारी अणुओं तक, विभिन्न प्रकार की डाई संरचनाओं को संभालने में सक्षम बनाया। बैक्टीरिया ने उन स्थितियों में सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन किया जो उनके प्राकृतिक घर की नकल करती थीं: थोड़ा नमकीन पानी जिसमें pH स्तर हल्का क्षारीय (alkaline) है, जो कई कपड़ा कारखानों के अपशिष्ट के लिए विशिष्ट है।

हालाँकि, इस खोज की कहानी एक पूर्ण समाधान की नहीं, बल्कि एक महत्वपूर्ण कदम की कहानी है। जबकि बैक्टीरिया ने सफलतापूर्वक रंग को हटाया और पानी की विषाक्तता को कम किया, अध्ययन में पाया गया कि उपचार के तुरंत बाद पानी जीवन के लिए पूरी तरह से सुरक्षित नहीं था। जब शोधकर्ताओं ने उपचारित पानी का मूंग की दाल के बीजों पर परीक्षण किया, तो पौधे बिना उपचार वाले डाई वाले पानी की तुलना में बहुत बेहतर बढ़े, जिससे यह स्पष्ट हुआ कि पौधों के जीवन के लिए तत्काल खतरा काफी कम हो गया था। फिर भी, जब उन्होंने ब्राइन श्रिम्प (brine shrimp) पर परीक्षण किया, जो एक छोटा समुद्री क्रस्टेशियन है जिसका उपयोग अक्सर विषाक्तता मापने के लिए किया जाता है, तो पानी में अभी भी मध्यम विषाक्तता के संकेत मिले। ऐसा इसलिए है क्योंकि अपघटन प्रक्रिया ने कुछ छोटे रासायनिक टुकड़ों को पीछे छोड़ दिया, जिनमें कुछ एरोमैटिक एमाइन्स (aromatic amines) शामिल हैं, जो हानिकारक माने जाते हैं। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि यह समुद्री बैक्टीरिया औद्योगिक अपशिष्ट जल को साफ करने के लिए एक अत्यधिक प्रभावी पहली पंक्ति का बचाव है, लेकिन पानी को पर्यावरण में सुरक्षित रूप से छोड़ने से पहले संभवतः उपचार के दूसरे चरण की आवश्यकता होगी ताकि शेष जहरीले अंशों को हटाया जा सके।

'प्रोविडेंसिया रस्टिगियानी' PMRU2.7 की खोज औद्योगिक प्रदूषण के प्रबंधन के लिए एक आशाजनक नए उपकरण की पेशकश करती है। नमकीन, क्षारीय स्थितियों में पनपने वाले बैक्टीरिया का उपयोग करके, इंजीनियर कपड़ा कारखानों द्वारा उत्पादित विशिष्ट प्रकार के अपशिष्ट जल का वर्तमान विधियों की तुलना में अधिक कुशलता से उपचार करने में सक्षम हो सकते हैं। यह शोध इस बात पर प्रकाश डालता है कि समुद्र, और उसके भीतर का जीवन, जैविक समाधानों का एक भंडार है जो समझने की प्रतीक्षा कर रहा है। हालांकि यह कार्य सभी डाई प्रदूषण के लिए अभी तक एक पूर्ण समाधान नहीं है, फिर भी यह दर्शाता है कि प्रकृति एक परिष्कृत, बहु-एंजाइम प्रणाली प्रदान करती है जो हमारे सबसे कठिन कृत्रिम प्रदूषकों में से कुछ को नष्ट करने में सक्षम है, जो स्वच्छ पानी और एक स्वस्थ वातावरण का मार्ग प्रशस्त करती है।