Detecting chlorophylls and carotenoids utilizing a novel chromatographic method designed for HPLC-PDA-MS analyses and application to environmental and cultured algae and cyanobacteria
यह शोध पत्र एक नवीन HPLC-PDA-MS क्रोमैटोग्राफिक विधि प्रस्तुत करता है जो YMC C30 कॉलम और संगत मोबाइल चरण का उपयोग करके शैवाल पिगमेंट के पता लगाने और संरचनात्मक विश्लेषण को बढ़ाने के लिए है, जिससे विविध सायनोबैक्टीरिया और शैवालों में आइसोमेरिक एचीनोन (echinenone) युग्मों और नए क्लोरोफिल एनालॉग्स की खोज हुई है।
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महासागरों, झीलों और नदियों के धूप वाले पानी में, सूक्ष्म पौधे और बैक्टीरिया खाद्य जाल (फूड वेब) की नींव बनाते हैं। ये जीव, जिन्हें शैवाल (एल्गी) और सायनोबैक्टीरिया के रूप में जाना जाता है, सूर्य के प्रकाश को पकड़ने और उसे ऊर्जा में बदलने के लिए रंगीन रसायनों के एक समूह पर निर्भर करते हैं। इनमें सबसे प्रसिद्ध क्लोरोफिल हैं, जो पौधों को उनका हरा रंग देते हैं, और कैरोटीनॉयड हैं, जो पीले से लेकर गहरे नारंगी और लाल रंग तक होते हैं। वैज्ञानिक इन पिगमेंट (वर्णकों) का अध्ययन लंबे समय से यह समझने के लिए करते रहे हैं कि किसी जल निकाय में कितना जीवन मौजूद है, पारिस्थितिक तंत्र के स्वास्थ्य को ट्रैक करने के लिए, और हानिकारक शैवाल प्रस्फुटन (अल्गल ब्लूम्स) की निगरानी करने के लिए जो जल आपूर्ति को जहरीला बना सकते हैं। दशकों तक, इन रसायनों को मापने का मानक तरीका 'हाई-परफॉर्मेंस लिक्विड क्रोमैटोग्राफी' नामक एक तकनीक थी, जो मिश्रण को उसके व्यक्तिगत भागों में अलग करती है, और उसके बाद एक प्रकाश-आधारित डिटेक्टर होता है जो केवल यह मापता है कि रसायन कितनी रोशनी को अवशोषित करते हैं। हालांकि यह विधि ज्ञात पदार्थों के लिए अच्छी तरह काम करती है, लेकिन यह प्राकृतिक जल के नमूनों की जटिल और बदलती रसायन विज्ञान का सामना करने में संघर्ष करती है, जिससे अक्सर सूक्ष्म बदलाव छूट जाते हैं या समान दिखने वाले अणु भ्रमित हो जाते हैं।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इन पिगमेंट को देखने का एक नया तरीका विकसित किया है जो इस डिटेक्टर को एक अधिक शक्तिशाली डिटेक्टर के साथ जोड़कर, जो व्यक्तिगत अणुओं को तौलने में सक्षम है, इन सीमाओं को दूर करता है। पिगमेंट की मशीन के माध्यम से होने वाली रासायनिक यात्रा को फिर से डिजाइन करके, उन्होंने एक ऐसी विधि बनाई है जो एक साथ दर्जनों विभिन्न यौगिकों की पहचान कर सकती है, जिनमें कुछ ऐसे भी शामिल हैं जो पहले कभी नहीं देखे गए थे। यह दृष्टिकोण वैज्ञानिकों को न केवल हरे और नारंगी के व्यापक श्रेणियों को देखने की अनुमति देता है, बल्कि पानी में जीवित जीवों के विशिष्ट आणविक पदचिह्नों (फिंगरप्रिंट्स) को भी देखने की अनुमति देता है। इसका परिणाम यह है कि झील या महासागर में कौन जीवित है, वे अपने पर्यावरण के अनुकूल कैसे हो रहे हैं, और उनके पास कौन से नए रासायनिक रहस्य छिपे हो सकते हैं, इसका एक बहुत स्पष्ट चित्र मिलता है।
शोधकर्ताओं ने सबसे पहले पिगमेंट के विश्लेषण के तरीके में एक मौलिक समस्या को संबोधित किया। पारंपरिक विधियों में अक्सर ऐसे रासायनिक पदार्थ (एडिटिव्स) का उपयोग किया जाता है जो पिगमेंट को अलग करने में मदद करते हैं लेकिन अणुओं को तौलने वाले संवेदनशील डिटेक्टरों के लिए विषाक्त होते हैं। इसे ठीक करने के लिए, टीम ने एक विशेष कॉलम का उपयोग करके एक नया सिस्टम बनाया जो पिगमेंट को उनके आकार और आकार के आधार पर पकड़ने और अलग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उन्होंने इसे सॉल्वेंट्स (विलायक) के एक सौम्य प्रवाह के साथ जोड़ा, जिसमें मेथनॉल और एथिल एसीटेट शामिल हैं, जो पर्यावरण के लिए सुरक्षित हैं और उन्नत डिटेक्टरों के साथ संगत हैं। इस सेटअप ने उन्हें क्लोरोफिल और कैरोटीनॉयड की एक विस्तृत श्रृंखला को उस सटीकता के साथ अलग करने की अनुमति दी जो पहले प्राप्त करना कठिन था, विशेष रूप से उन प्रकार के क्लोरोफिल के लिए जो कुछ विशेष प्रकार के शैवाल में पाए जाते हैं और जिन्हें पहले एक-दूसरे से अलग करना कठिन था।
जब उन्होंने इस नई विधि का जंगली नमूनों पर परीक्षण किया, तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। फ्लोरिडा हार्बर से एकत्र किए गए 'कॉलरपा' (Caulerpa) नामक हरे शैवाल के एक नमूने में, मशीन ने पिगमेंट के एक जटिल मिश्रण को प्रकट किया, जिसमें कई ऐसे पिगमेंट शामिल थे जो किसी भी ज्ञात संदर्भ सामग्री से मेल नहीं खाते थे। शोधकर्ताओं ने नए प्रकार के क्लोरोफिल के रूप में दिखने वाले अणुओं की पहचान की, जो मानक क्लोरोफिल की तरह दिखते थे लेकिन जिनका वजन थोड़ा अलग था, जिससे पता चलता है कि वे शैवाल द्वारा बनाए गए संशोधित संस्करण हो सकते हैं। इसी तरह, 'प्लांक्टोथ्रिकोइड्स' (Planktothricoides) नामक सायनोबैक्टीरिया के एक स्ट्रेन में, उन्होंने पिगमेंट का एक अनूठा सेट पाया जिसमें ये नए क्लोरोफिल शामिल थे लेकिन इसमें 'एचिनेनोन' (echinenone) नामक एक सामान्य नारंगी पिगमेंट पूरी तरह से अनुपस्थित था, जो आमतौर पर इस प्रकार के बैक्टीरिया में पाया जाता है। यह अनुपस्थिति महत्वपूर्ण थी क्योंकि एचिनेनोन इन जीवों द्वारा प्रकाश के प्रबंधन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और एक स्वस्थ कल्चर में इसकी पूर्ण अनुपस्थिति एक अद्वितीय जैविक रणनीति का सुझाव देती है।
सबसे आश्चर्यजनक खोजों में से एक 'एचिनेनोन' नामक पिगमेंट के करीब से निरीक्षण से आई, जिसे वैज्ञानिक लंबे समय से एक एकल, सरल यौगिक मानते आए थे। नई विधि ने दिखाया कि जिसे एक पदार्थ माना जाता था वह वास्तव में दो बहुत समान अणुओं का जोड़ा था, जैसे कि एक-दूसरे के दर्पण प्रतिबिंब, जो पिछले अध्ययनों में एक साथ छिपे हुए थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि सायनोबैक्टीरिया के विभिन्न स्ट्रेन इन दोनों रूपों को अलग-अलग अनुपात में पैदा करते हैं, और उनके बीच का संतुलन काफी भिन्न हो सकता है। यह निष्कर्ष बताता है कि ये जीव प्रकाश और तनाव को कैसे संभालते हैं, यह पहले की समझ की तुलना में अधिक जटिल हो सकता है, क्योंकि पिगमेंट के दो रूप कोशिका के भीतर अलग-अलग कार्य कर सकते हैं। इस विधि ने अन्य सामान्य पिगमेंट को भी प्रकट किया, जैसे कि ग्रेट लेक्स के 'क्लैडोफोरा' (Cladophora) नामक हरे शैवाल में पाए जाने वाले, जो कई अलग-अलग रूपों में मौजूद थे जिन्हें पहले पहचाना नहीं जा सकता था।
इस नए दृष्टिकोण की शक्ति अदृश्य को देखने की क्षमता में निहित है। गुजरते समय अणुओं को तौलकर, शोधकर्ता उन पदार्थों के बीच अंतर बता सके जिन्हें पुराने प्रकाश-आधारित डिटेक्टरों के लिए समान दिखाना मुश्किल था। इसने उन्हें उन पिगमेंट की सूक्ष्म मात्रा को पहचानने की अनुमति दी जो पहले देखे जाने के लिए बहुत छोटे थे, और यह पुष्टि करने में मदद की कि जो रंग का एक एकल शिखर (पीक) लग रहा था, वह वास्तव में विभिन्न अणुओं की एक भीड़ थी। उन्होंने इस तकनीक को लेक ह्यूरन और लेक मिशिगन के नमूनों पर लागू किया, जिससे पता चला कि जबकि मुख्य पिगमेंट सुसंगत थे, सहायक पिगमेंट का विशिष्ट मिश्रण स्थान दर स्थान भिन्न था। यह भिन्नता स्थानीय वातावरण या शैवाल और बैक्टीरिया के विशिष्ट प्रकारों में सूक्ष्म अंतर का संकेत देती है, जो विवरण का एक ऐसा स्तर प्रदान करती है जो उपग्रहों से जल गुणवत्ता की निगरानी करने के तरीके को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है।
अध्ययन ने यह भी प्रदर्शित किया कि यह विधि महंगे मास स्पेक्ट्रोमीटर के बिना भी अच्छी तरह काम करती है, जिसका अर्थ है कि इसका उपयोग उन प्रयोगशालाओं में भी किया जा सकता है जिनमें केवल मानक प्रकाश डिटेक्टर हैं। हालांकि, वजन करने वाले डिटेक्टर को जोड़ने से निश्चितता की एक ऐसी परत प्रदान की गई जो पहले असंभव थी, जिससे नए अणुओं की पहचान और ज्ञात अणुओं की उच्च विश्वास के साथ पुष्टि की जा सकी। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि हालांकि यह विधि अत्यधिक संवेदनशील है, इसके लिए सटीक परिणाम सुनिश्चित करने के लिए सावधानीपूर्वक हैंडलिंग की आवश्यकता होती है, और मशीन के विभिन्न नमूनों के प्रति प्रतिक्रिया में मामूली बदलाव प्रबंधनीय हैं। अंततः, यह कार्य सूक्ष्म दुनिया की गहरी समझ के द्वार खोलता है, यह प्रकट करता है कि शैवाल और सायानोबैक्टीरिया की रासायनिक विविधता मानक पाठ्यपुस्तकों के सुझाव की तुलना में कहीं अधिक समृद्ध और विविध है। उन्हें देखने के लिए एक स्पष्ट दृश्य प्रदान करके, यह विधि हमारे जलमार्गों के स्वास्थ्य और जीवन के जटिल रसायन विज्ञान की खोज के लिए एक नया उपकरण प्रदान करती है।
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