Isolation, Phenotypic Characterisation and Molecular Identification of Thermophilic and Halophilic Bacteria from the İzmir–Dikili (Bademli) Marine Hot Spring, Türkiye

पृथ्वी की पपड़ी के बहुत नीचे, जहाँ चट्टानें आग से मिलती हैं और महासागर भूमि से मिलता है, ऐसे वातावरण स्थित हैं जो इतने कठोर हैं कि अधिकांश जीवन तुरंत नष्ट हो जाएगा। ये गर्म झरने (हॉट स्प्रिंग्स) हैं, प्राकृतिक ओवन जहाँ पानी उबलता है और खनिज उच्च सांद्रता में घुल जाते हैं। फिर भी, इन तपते, नमकीन कुंडों के भीतर, एक छिपी हुई दुनिया फलती-फूलती है। वैज्ञानिक इन जीवित रहने वालों को एक्सट्रीमोफाइल्स (extremophiles) कहते हैं, ऐसे जीव जिन्होंने न केवल सहने के लिए, बल्कि उन स्थितियों में पनपने के लिए विकास किया है जो साधारण जीवन को नष्ट कर सकती हैं। इनमें थर्मोफाइल्स (thermophiles) शामिल हैं, जिन्हें तीव्र गर्मी पसंद है, और हेलोफाइल्स (halophiles), जिन्हें उच्च नमक की आवश्यकता होती है। इन सूक्ष्म जीवों के जीवित रहने के तरीके को समझना केवल जैविक जिज्ञासा नहीं है; यह हमें यह समझने का अवसर देता है कि पृथ्वी पर जीवन कैसे शुरू हुआ होगा और यह औद्योगिक उपयोग के लिए शक्तिशाली उपकरणों का संकेत देता है, जैसे कि गर्म पानी में काम करने वाले सफाई एजेंट या ऐसे एंजाइम जो कचरे को तोड़ सकते हैं।

पश्चिमी तुर्की के एक विशिष्ट कोने में, जहाँ एजियन सागर एक भू-तापीय परिदृश्य से टकराता है, शोधकर्ताओं ने बदेमली समुद्री गर्म झरने (Bademli marine hot spring) की ओर अपना ध्यान आकर्षित किया। डिकिली जिले के बदेमली गाँव के पास स्थित यह स्थल इसलिए अद्वितीय है क्योंकि यह उन दुर्लभ स्थानों में से एक है जहाँ गर्म भूमिगत जल, जो पृथ्वी के मैग्मा द्वारा गर्म होता है, सतह पर आने से पहले सीधे समुद्री जल के साथ मिलता है। यह अत्यधिक गर्मी और उच्च लवणता का एक प्राकृतिक प्रयोगशाला बनाता है। डिकले विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों की एक टीम ने इस पारिस्थितिकी तंत्र का पता लगाने के लिए कदम बढ़ाया, और एक सरल लेकिन गहन प्रश्न पूछा: यहाँ किस प्रकार के बैक्टीरिया रहते हैं, और वे जीवित रहने के लिए कैसे बने हैं?

शोधकर्ताओं ने झरने के किनारे तीन अलग-अलग स्थानों का दौरा करके अपना काम शुरू किया, जिनमें से प्रत्येक का अपना तापमान और रासायनिक संरचना थी। सबसे गर्म स्टेशन पर, पानी का तापमान लगभग 70 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच गया था, जबकि अन्य थोड़े कम गर्म थे लेकिन फिर भी तपते हुए थे। इन स्थानों से, उन्होंने पानी, कीचड़ और रेत के नमूने एकत्र किए। प्रयोगशाला वापस आकर, उन्होंने केवल नमूनों को सूक्ष्मदर्शी के नीचे नहीं देखा; बल्कि उन्होंने अदृश्य निवासियों को विकसित होने के लिए प्रेरित किया। उन्होंने नमनों को विशेष पोषक तत्वों वाले शोरबों (broths) में रखा जो गर्मी पसंद करने वाले और नमक सहने वाले बैक्टीरिया के अनुकूल थे, और यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे सबसे लचीले रूपों को पकड़ रहे हैं, उन्होंने नमनों को दस मिनट के लिए 80 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया। यह चरण महत्वपूर्ण था क्योंकि इसने उन बैक्टीरिया को मार दिया जो सुरक्षात्मक बीजाणु (spores) नहीं बना सकते थे, जिससे केवल सबसे कठोर उत्तरजीवी ही शेष रह गए।

इस प्रक्रिया से, टीम ने बैक्टीरिया के सत्ताईस अलग-अलग स्ट्रेन (strains) को अलग किया। प्रत्येक स्ट्रेन ने अपना एक अनूठा व्यक्तित्व वाला उपनिवेश (colony) बनाया। कुछ उपनिवेश गोलाकार और चिकने थे, जबकि अन्य अनियमित या तंतुमय (filamentous) थे। उनके रंग मलाईदार सफेद और हल्के पीले से लेकर गहरे भूरे और यहाँ तक कि गुलाबी रंग तक थे। इन सूक्ष्म जीवों को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने उन पर परीक्षणों की एक श्रृंखला चलाई। उन्होंने जांचा कि क्या बैक्टीरिया अपने आप चल सकते हैं, क्या वे स्टार्च जैसे जटिल शर्करा को तोड़ सकते हैं, और विभिन्न रसायनों के प्रति उनकी प्रतिक्रिया क्या है। उन्होंने यह भी परीक्षण किया कि कौन से एंटीबायोटिक्स बैक्टीरिया के विकास को रोक सकते हैं, जो उनकी जैविक रक्षा को समझने की एक मानक प्रक्रिया है। परिणामों ने एक विविध समुदाय का खुलासा किया। अधिकांश बैक्टीरिया ग्राम-पॉजिटिव (Gram-positive) थे, जिसका अर्थ है कि उनकी कोशिका भित्ति मोटी थी, और वे सभी बीजाणु बनाने में सक्षम थे, जो एक उत्तरजीविता तंत्र है जो उन्हें कठोर परिस्थितियों में 'सोते रहने' की अनुमति देता है। वे आम तौर पर ऑक्सीजन लेने और प्रोटीन तथा स्टार्च को तोड़ने में सक्षम थे, जो एक मजबूत और सक्रिय चयापचय (metabolism) का सुझाव देते हैं।

अध्ययन का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा तब आया जब वैज्ञानिकों ने इन तेरह स्ट्रेन के आनुवंशिक कोड को देखा। 16S rRNA जीन, जो बैक्टीरिया के लिए एक जैविक फिंगरप्रिंट की तरह कार्य करता है, को अनुक्रमित (sequencing) करके, वे सटीक रूप से पहचान सके कि वे वास्तव में क्या देख रहे हैं। आनुवंशिक विश्लेषण ने दिखाया कि इन गर्मी और नमक सहने वाले बैक्टीरिया का एक बड़ा हिस्सा दो ज्ञात समूहों से संबंधित है: जीनस Bacillus और जीनस Anoxybacillus। ये बैक्टीरिया के परिवार अत्यधिक वातावरण का सामना करने की अपनी क्षमता के लिए प्रसिद्ध हैं। नए आइसोलेट्स (isolates) के आनुवंशिक अनुक्रम ज्ञात प्रजातियों जैसे कि Bacillus haynesii, Bacillus paralicheniformis, और Anoxybacus gonensis से निकटता से मेल खाते हैं।

हालाँकि, कहानी केवल पहचान तक ही सीमित नहीं थी। जब शोधकर्ताओं ने अपने नए आइसोलेट्स के आनुवंशिक अनुक्रमों की ज्ञात बैक्टीरिया के डेटाबेस से तुलना की, तो उन्हें कुछ दिलचस्प मिला। जबकि कई स्ट्रेन ज्ञात प्रजातियों के बहुत समान थे, कई ने 98 प्रतिशत से कम का आनुवंशिक मिलान दिखाया। बैक्टीरियल टैक्सोनॉमी (taxonomy) की दुनिया में, इससे कम का मिलान अक्सर यह सुझाव देता है कि जीव एक नई प्रजाति या एक अलग उप-प्रजाति हो सकता है जिसे पहले कभी वर्णित नहीं किया गया है। उदाहरण के लिए, सबसे गर्म स्टेशन से एक स्ट्रेन ने अपने निकटतम ज्ञात रिश्तेदार से केवल 96.73 प्रतिशत की समानता दिखाई, जो संकेत देता है कि यह विशेष रूप से बदेमली झरने के अनुकूल एक अद्वितीय वेरिएंट हो सकता है।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि बदेमली समुद्री गर्म झरना सूक्ष्मजीव विविधता का एक समृद्ध भंडार है, जो बैक्टीरिया के एक ऐसे समुदाय का घर है जो उच्च गर्मी और उच्च नमक के दोहरे तनाव के लिए पूरी तरह से अनुकूलित है। तथ्य यह है कि ये जीव मुख्य रूप से Bacillus और Anoxybacillus समूहों से संबंधित हैं, यह महत्वपूर्ण है, क्योंकि इन परिवारों के सदस्य ऐसे एंजाइम बनाने के लिए जाने जाते हैं जो उच्च तापमान पर स्थिर और सक्रिय रहते हैं। हालाँकि यह शोध पत्र किसी चमत्कारिक उपचार या नई औद्योगिक प्रक्रिया की खोज का दावा नहीं करता है, लेकिन यह स्थापित करता है कि यह तुर्की का झरना इन बहुमुखी सूक्ष्मजीवों का एक प्राकृतिक घर है। विज्ञान के लिए नए संभावित स्ट्रेन की उपस्थिति यह सुझाव देती है कि बदेमली झरना अनछुए सामर्थ्य को समेटे हुए है। यह समझने के माध्यम से कि ये बैक्टीरिया कैसे जीवित रहते हैं और कार्य करते हैं, वैज्ञानिक पृथ्वी पर जीवन की सीमाओं को बेहतर ढंग से समझ सकते हैं और शायद एक दिन मानव लाभ के लिए उनके अद्वितीय जैविक उपकरणों का उपयोग कर सकते हैं।