Screening, Identification and Statistical Optimization of Peroxidase from Bacillus rugosus JBP20: A Microbial Biocatalyst Approach

पर्यावरण प्रदूषण एक निरंतर चुनौती है, जो अक्सर मिट्टी और पानी में जहरीले रसायनों को पीछे छोड़ देती है जिन्हें मानक सफाई विधियों का उपयोग करके हटाना कठिन होता है। पारंपरिक भौतिक और रासायनिक सफाई तकनीकें कभी-कभी नई समस्याएं पैदा कर सकती हैं या जटिल प्रदूषकों को पूरी तरह से तोड़ने में विफल हो सकती हैं। हालाँकि, प्रकृति बायोरेमेडिएशन (bioremediation) के माध्यम से एक अलग मार्ग प्रदान करती है, जो एक ऐसी प्रक्रिया है जहाँ जीवित जीवों या उनके जैविक उपकरणों का उपयोग खतरनाक पदार्थों को हानिरहित यौगिकों में विघटित करने के लिए किया जाता है। इन जैविक उपकरणों में से, पेरोक्सीडेज (peroxidases) नामक एंजाइमों के एक विशिष्ट समूह ने महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है। ये एंजाइम आणविक कैंची की तरह कार्य करते हैं, जो औद्योगिक रंगों और जहरीले फिनोल सहित विभिन्न प्रकार के खतरनाक प्रदूषकों को हाइड्रोजन पेरोक्साइड की उपस्थिति में काट सकते हैं। जबकि पौधे और जानवर इन एंजाइमों का उत्पादन करते हैं, सूक्ष्मजीव एक अलग लाभ प्रदान करते हैं: उन्हें आसानी से बड़ी मात्रा में उगाया जा सकता है, वे अक्सर कठोर परिस्थितियों में अधिक मजबूत होते हैं, और उन्हें उच्च उपज उत्पन्न करने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है। वैज्ञानिक समुदाय लगातार इन एंजाइमों के नए, कुशल सूक्ष्मजीव स्रोतों की खोज कर रहा है ताकि दूषित वातावरण को अधिक प्रभावी ढंग से साफ करने में मदद मिल सके।

हाल ही में किए गए एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने ऐसे स्रोत की तलाश में अहमदाबाद, भारत के एक अत्यधिक औद्योगिक क्षेत्र से मिट्टी की जांच की। उन्होंने गुजरात औद्योगिक विकास निगम एस्टेट से नमूने एकत्र किए, जो एक औद्योगिक गतिविधि वाला स्थल है, इस उम्मीद में कि वहां ऐसे बैक्टीरिया मिलेंगे जिन्होंने प्रदूषित वातावरण के अनुकूल खुद को ढाल लिया है और जीवित रहने के लिए पेरोक्सीडेज का उत्पादन कर रहे हैं। इन नमूनों से, उन्होंने दर्जनों बैक्टीरियल कॉलोनियों को अलग किया और उन्हें एंजाइम बनाने की क्षमता के लिए परखा। स्क्रीनिंग प्रक्रिया में बैक्टीरिया में एक विशिष्ट रासायनिक मिश्रण मिलाना शामिल था; यदि बैक्टीरिया पेरोक्सीडेज का उत्पादन करता, तो मिश्रण एक विशिष्ट लाल-भूरे रंग का हो जाता। परीक्षण किए गए कई आइसोलेट्स में से, एक स्ट्रेन सबसे अलग रहा। इसे JBP20 नाम दिया गया और इसने समूह में उच्चतम स्तर की एंजाइम गतिविधि दिखाई। सूक्ष्मदर्शी अवलोकन, जैव रासायनिक परीक्षण और इसके डीएनए के आनुवंशिक विश्लेषण के संयोजन के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने इस बैक्टीरिया को Bacillus rugosus के रूप में पहचाना। इस विशिष्ट स्ट्रेन को उसी प्रजाति के एक अन्य ज्ञात स्ट्रेन से निकटता से संबंधित पाया गया, जिससे इसकी पहचान की पुष्टि हुई।

एक बार जब बैक्टीरिया की पहचान हो गई, तो टीम ने यह समझने पर ध्यान केंद्रित किया कि वे अधिकतम एंजाइम कैसे प्राप्त कर सकते हैं। उन्होंने एक-एक करके विभिन्न स्थितियों का परीक्षण करना शुरू किया कि क्या प्रभाव बैक्टीरिया के आउटपुट को प्रभावित करता है। उन्होंने पाया कि कल्चर की आयु, ग्रोथ मीडियम में डाले गए प्रारंभिक नमूने का आकार, वातावरण की अम्लता या क्षारीयता, और तापमान सभी एक भूमिका निभाते हैं। बैक्टीरिया 37 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर और 8.0 के pH वाले थोड़े क्षारीय वातावरण में सबसे अच्छा प्रदर्शन करते हैं। भोजन के मामले में, बैक्टीरिया तब फलते-फूलते हैं जब उन्हें कार्बन स्रोत के रूप में डेक्सट्रोज और नाइट्रोजन स्रोत के रूप में पेप्टोन प्रदान किया जाता है। इन कारकों को समायोजित करके, शोधकर्ता मानक स्थितियों की तुलना में एंजाइम उत्पादन को काफी बढ़ाने में सफल रहे।

प्रक्रिया को और अधिक सटीक बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक सांख्यिकीय पद्धति का उपयोग किया जिसने उन्हें यह देखने की अनुमति दी कि ये विभिन्न कारक अकेले के बजाय एक साथ कैसे काम करते हैं। इस दृष्टिकोण ने उन्हें तापमान, pH और पोषक तत्वों के स्तर के बीच जटिल संबंधों को मैप करने में मदद की। परिणामों ने दिखाया कि पेप्टोन की सांद्रता और pH स्तर एंजाइम उत्पादन को चलाने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारक थे। उनके द्वारा विकसित सांख्यिकीय मॉडल अत्यधिक सटीक था, जिससे वे बड़े विश्वास के साथ सर्वोत्तम स्थितियों की भविष्यवाणी करने में सक्षम हुए। इन अनुकूलित स्थितियों के तहत, एंजाइम गतिविधि बढ़कर 0.38 यूनिट प्रति मिलीलीटर हो गई, जो प्रारंभिक निष्कर्षों की तुलना में एक बड़ा सुधार है।

अध्ययन केवल बैक्टीरिया उगाने तक ही सीमित नहीं था; शोधकर्ताओं ने उन स्थितियों को भी अनुकूलित किया जिनमें एंजाइम स्वयं कार्य करता है। उन्होंने एंजाइम की विभिन्न मात्राओं, प्रतिक्रिया के तापमान और एंजाइम के कार्य करने के लिए आवश्यक रसायनों की सांद्रता का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि एंजाइम o-phenylenediamine नामक एक रसायन की एक विशिष्ट मात्रा और हाइड्रोजन पेरोक्साइड के एक सटीक आयतन के साथ सबसे अच्छा काम करता है। दिलचस्प बात यह है कि उन्होंने पाया कि आयरन आयनों की उपस्थिति ने एंजाइम की गतिविधि को काफी बढ़ा दिया, जिससे पता चलता है कि आयरन एंजाइम के कार्य के लिए एक सहायक के रूप में कार्य करता है। इन स्थितियों के साथ, एंजाइम अपने शिखर प्रदर्शन तक पहुँच गया।

निष्कर्ष बताते हैं कि Bacillus rugosus JBP20 बायोरेमेडिएशन के लिए उपयोग किए जाने के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार है। उच्च स्तर का पेरोक्सीडेज उत्पन्न करने की इस बैक्टीरिया की क्षमता, विशेष रूप से अनुकूलित स्थितियों में बढ़ने पर, यह संकेत देती है कि यह पर्यावरणीय प्रदूषकों को तोड़ने के लिए एक मूल्यवान उपकरण हो सकता है। यह अध्ययन सरल 'ट्रायल एंड एरर' (trial and error) से आगे बढ़कर बहुत अधिक दक्षता प्राप्त करने के लिए जैविक प्रक्रियाओं को सूक्ष्म रूप से ट्यून करने हेतु सांख्यिकीय विधियों के उपयोग की क्षमता को रेखांकित करता है। जबकि यह शोध इस विशिष्ट बैक्टीरियल स्ट्रेन की क्षमता की पुष्टि करता है, लेखक नोट करते हैं कि भविष्य का कार्य एंजाइम को शुद्ध करने और दूषित स्थलों को साफ करने में इसके वास्तविक अनुप्रयोग का परीक्षण करने पर केंद्रित होगा। एक प्रदूषित मिट्टी के नमूने से एक अत्यधिक अनुकूलित सूक्ष्मजीव बायोकैटलिस्ट (microbial biocatalyst) तक की यात्रा टिकाऊ और अधिक प्रभावी पर्यावरणीय सफाई रणनीतियों की ओर एक व्यावहारिक कदम प्रदर्शित करती है।