मीथेन खाने वाले 'बोर्ग' पृथ्वी के रोगाणुओं को आत्मसात कर रहे हैं: अध्ययन

स्टार ट्रेक में, बोर्ग एक निर्दयी, छत्ता-दिमाग वाले सामूहिक हैं जो आकाशगंगा पर कब्जा करने के इरादे से अन्य प्राणियों को आत्मसात करते हैं। यहां गैर-काल्पनिक ग्रह पृथ्वी पर, 'बोर्ग' डीएनए पैकेज हैं जो मनुष्यों को जलवायु परिवर्तन से लड़ने में मदद कर सकते हैं।

पिछले साल, जिल बानफील्ड के नेतृत्व में एक टीम ने मीथेन-खपत करने वाले सूक्ष्म जीव के भीतर डीएनए संरचनाओं की खोज की, जिसे मेथनोपेरेडेंस कहा जाता है जो जीव की चयापचय दर को सुपरचार्ज करने के लिए प्रतीत होता है। उन्होंने आनुवंशिक तत्वों को "बोर्ग्स" नाम दिया क्योंकि उनके भीतर के डीएनए में कई जीवों से आत्मसात करने वाले जीन होते हैं।

प्रकृति में कवर आइटम के रूप में आज प्रकाशित एक अध्ययन में, शोधकर्ता बोर्ग के भीतर जीन के उत्सुक संग्रह का वर्णन करते हैं और कार्बन साइकलिंग जैसे पर्यावरणीय प्रक्रियाओं में इन डीएनए पैकेजों की भूमिका की जांच करना शुरू करते हैं।

मेथनोपेरेडेंस एक प्रकार का आर्किया (एककोशिकीय जीव जो बैक्टीरिया से मिलते जुलते हैं लेकिन जीवन की एक अलग शाखा का प्रतिनिधित्व करते हैं) जो मिट्टी, भूजल और वातावरण में सेलुलर चयापचय का समर्थन करने के लिए मीथेन (CH4) को तोड़ते हैं। मीथेनोपेरेडेन्स और अन्य मीथेन-खपत करने वाले रोगाणु दुनिया भर के विविध पारिस्थितिक तंत्रों में रहते हैं, लेकिन माना जाता है कि ये उन रोगाणुओं की तुलना में कम आम हैं जो ऊर्जा के लिए प्रकाश संश्लेषण, ऑक्सीजन या किण्वन का उपयोग करते हैं। फिर भी वे वातावरण से मीथेन - सबसे शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस - को हटाकर पृथ्वी प्रणाली प्रक्रियाओं में एक बाहरी भूमिका निभाते हैं।

मीथेन कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में 30 गुना अधिक गर्मी में फंस जाता है और अनुमान है कि मानव संचालित ग्लोबल वार्मिंग का लगभग 30 प्रतिशत हिस्सा है। गैस प्राकृतिक रूप से भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं के माध्यम से और मीथेन उत्पन्न करने वाले आर्किया द्वारा उत्सर्जित होती है; हालाँकि, औद्योगिक प्रक्रियाएँ संग्रहीत मीथेन को चिंताजनक मात्रा में वातावरण में वापस छोड़ रही हैं।

बानफील्ड, लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (बर्कले लैब) के एक संकाय वैज्ञानिक और यूसी बर्कले में पृथ्वी और ग्रह विज्ञान और पर्यावरण विज्ञान, नीति और प्रबंधन के प्रोफेसर, अध्ययन करते हैं कि कैसे माइक्रोबियल गतिविधियां बड़े पैमाने पर पर्यावरणीय प्रक्रियाओं को आकार देती हैं और कैसे, बदले में, पर्यावरणीय उतार-चढ़ाव ग्रह के माइक्रोबायोम को बदलें। इस काम के हिस्से के रूप में, वह और उनके सहयोगी नियमित रूप से विभिन्न आवासों में रोगाणुओं का नमूना लेते हैं, यह देखने के लिए कि जीवित रहने के लिए कौन से दिलचस्प जीन रोगाणुओं का उपयोग कर रहे हैं, और ये जीन कार्बन, नाइट्रोजन और सल्फर जैसे प्रमुख तत्वों के वैश्विक चक्रों को कैसे प्रभावित कर सकते हैं। टीम कोशिकाओं के भीतर जीनोम के साथ-साथ डीएनए के पोर्टेबल पैकेटों को देखती है जिन्हें अतिरिक्त-क्रोमोसोमल तत्व (ईसीई) कहा जाता है जो बैक्टीरिया, आर्किया और वायरस के बीच जीन को स्थानांतरित करते हैं। ये तत्व रोगाणुओं को अपने पड़ोसियों से लाभकारी जीन प्राप्त करने की अनुमति देते हैं, जिनमें वे भी शामिल हैं जो केवल दूर से संबंधित हैं।

कैलिफ़ोर्निया में मौसमी आर्द्रभूमि पूल मिट्टी से लिए गए मेथनोपेरेडेन्स का अध्ययन करते समय, वैज्ञानिकों को एक पूरी तरह से नए प्रकार के ईसीई के प्रमाण मिले। डीएनए के सर्कुलर स्ट्रैंड्स के विपरीत, जो अधिकांश प्लास्मिड बनाते हैं, सबसे प्रसिद्ध प्रकार के अतिरिक्त-क्रोमोसोमल तत्व, नए ईसीई रैखिक और बहुत लंबे होते हैं - पूरे मेथनोपेरेडेंस जीनोम की लंबाई का एक तिहाई तक। कैलिफोर्निया और कोलोराडो में भूमिगत मिट्टी, एक्वीफर्स और रिवरबेड्स से अतिरिक्त नमूनों का विश्लेषण करने के बाद, जिसमें मीथेन-खपत करने वाले आर्किया होते हैं, टीम ने कुल 19 अलग-अलग ईसीई का खुलासा किया, जिन्हें उन्होंने बोर्ग कहा था। उन्नत जीनोम विश्लेषण उपकरणों का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने निर्धारित किया कि बोर्ग के भीतर कई अनुक्रम वास्तविक मेथनोपेरेडेंस जीनोम के भीतर मीथेन-मेटाबोलाइजिंग जीन के समान हैं। कुछ बोर्ग अपने आप मीथेन खाने के लिए सभी आवश्यक सेलुलर मशीनरी को भी एन्कोड करते हैं, जब तक वे एक सेल के अंदर होते हैं जो जीन को व्यक्त कर सकते हैं।

"एक एकल कोशिका की कल्पना करें जिसमें मीथेन का उपभोग करने की क्षमता है। अब आप उस सेल के भीतर आनुवंशिक तत्व जोड़ते हैं जो समानांतर में मीथेन का उपभोग कर सकते हैं और आनुवंशिक तत्व भी जोड़ सकते हैं जो सेल को उच्च क्षमता देते हैं। यह मूल रूप से स्टेरॉयड पर मीथेन खपत के लिए एक शर्त बनाता है, बर्कले लैब के पृथ्वी और पर्यावरण विज्ञान क्षेत्र में एक वरिष्ठ वैज्ञानिक और बानफील्ड के सहयोगी सह-लेखक केनेथ विलियम्स ने समझाया। विलियम्स ने राइफल, कोलोराडो साइट पर अनुसंधान का नेतृत्व किया, जहां सबसे अच्छी विशेषता वाले बोर्ग को बरामद किया गया था, और क्रेस्टेड बट, कोलोराडो के पास, पूर्वी नदी पर एक शोध स्थल के मुख्य क्षेत्र वैज्ञानिक भी हैं, जहां कुछ बानफील्ड का वर्तमान नमूनाकरण होता है।

ईस्ट रिवर फील्ड साइट ऊर्जा विभाग के वाटरशेड फंक्शन साइंटिफिक फोकस एरिया का हिस्सा है, जो बर्कले लैब के नेतृत्व में एक बहु-विषयक अनुसंधान परियोजना है जिसका उद्देश्य सूक्ष्म जीव विज्ञान और जैव रसायन को जल विज्ञान और जलवायु विज्ञान से जोड़ना है। "हमारी विशेषज्ञता एक साथ ला रही है जिसे अक्सर जांच के पूरी तरह से अलग क्षेत्रों के रूप में माना जाता है और माना जाता है - बड़ा विज्ञान जो जीन से लेकर वाटरशेड और वायुमंडलीय प्रक्रियाओं तक सब कुछ जोड़ता है।"