आप शायद यीस्ट से परिचित हैं क्योंकि जब अंधेरे में किण्वित किया जाता है, तो यह कार्बोहाइड्रेट को ब्रेड और बीयर जैसे उत्पादों में बदल देता है। इन मामलों में, प्रकाश के संपर्क में आने से यह प्रक्रिया बाधित हो सकती है या नष्ट भी हो सकती है। करंट बायोलॉजी में प्रकाशित एक नए अध्ययन में, जॉर्जिया टेक स्कूल ऑफ बायोलॉजिकल साइंसेज के शोधकर्ताओं ने रोशनी बढ़ाने वाले यीस्ट की दुनिया की पहली किस्म तैयार की है जो उज्ज्वल वातावरण पसंद करती है।
एंथोनी बर्नेट ने कहा: "सच कहूं तो, हम इस बात से हैरान थे कि यीस्ट को फोटोट्रॉफ़्स (जीव जो प्रकाश ऊर्जा का उपयोग कर सकते हैं) में बदलना कितना आसान था। हमें बस एक जीन को स्थानांतरित करना था और वे अंधेरे की तुलना में प्रकाश में 2% तेजी से बढ़े। बिना किसी फाइन-ट्यूनिंग या विस्तृत अनुनय के, यह बस काम करता रहा।"
इस तरह के विकासात्मक रूप से महत्वपूर्ण गुण के साथ यीस्ट को आसानी से लैस करने से हमारी समझ पर बहुत प्रभाव पड़ सकता है कि यह गुण कैसे उत्पन्न हुआ और इसका उपयोग जैव ईंधन उत्पादन, विकास और सेलुलर उम्र बढ़ने जैसे मुद्दों का अध्ययन करने के लिए कैसे किया जा सकता है।
ऊर्जा बढ़ाने की तलाश में
यह अध्ययन बहुकोशिकीय जीवन के विकास का अध्ययन करने वाले समूह के पिछले काम से प्रेरित था। टीम ने पिछले साल प्रकृति में बहुकोशिकीय दीर्घकालिक विकास प्रयोग (एमयूएलटीईई) पर अपनी पहली रिपोर्ट प्रकाशित की, जिसमें पता चला कि कैसे उनके एकल-कोशिका मॉडल जीव, स्नोफ्लेक यीस्ट ने 3,000 पीढ़ियों में बहुकोशिकीयता विकसित की।
इन विकासवादी प्रयोगों में, बहुकोशिकीय विकास की एक प्रमुख सीमा सामने आई: ऊर्जा।
"ऑक्सीजन को ऊतक में गहराई तक फैलने में कठिनाई होती है, इसलिए आपको ऐसे ऊतक मिलते हैं जिनमें ऊर्जा प्राप्त करने की क्षमता नहीं होती है।" "मैं इस ऑक्सीजन-आधारित ऊर्जा सीमा से निजात पाने के तरीकों की तलाश कर रहा हूं।"
ऑक्सीजन के उपयोग के बिना जीवित जीवों को ऊर्जा प्रदान करने का एक तरीका प्रकाश है। लेकिन विकासवादी दृष्टिकोण से, प्रकाश को प्रयोग करने योग्य ऊर्जा में परिवर्तित करने की क्षमता जटिल है। उदाहरण के लिए, आणविक मशीनरी जो पौधों को ऊर्जा के रूप में प्रकाश का उपयोग करने की अनुमति देती है, उसमें कई जीन और प्रोटीन शामिल होते हैं जिन्हें प्रयोगशाला में और प्राकृतिक विकास के माध्यम से अन्य जीवों में संश्लेषित और स्थानांतरित करना मुश्किल होता है।
सौभाग्य से, पौधे एकमात्र ऐसे प्राणी नहीं हैं जो प्रकाश को ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।
इसे सरल रखें
जीवों के लिए प्रकाश का उपयोग करने का एक आसान तरीका रोडोप्सिन है: एक प्रोटीन जो अतिरिक्त सेलुलर मशीनरी की आवश्यकता के बिना प्रकाश को ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
अध्ययन के प्रमुख लेखक ऑटम पीटरसन ने कहा, "रोडोप्सिन जीवन के पूरे वृक्ष में पाया जाता है और जाहिर तौर पर विकास के दौरान एक-दूसरे से जीन प्राप्त करने वाले जीवों द्वारा इसे प्राप्त किया गया था।"
इस प्रकार के आनुवंशिक आदान-प्रदान को क्षैतिज जीन स्थानांतरण कहा जाता है और इसमें उन जीवों के बीच आनुवंशिक जानकारी साझा करना शामिल होता है जो निकट से संबंधित नहीं हैं। क्षैतिज जीन स्थानांतरण थोड़े समय में ही बड़े विकासवादी उछाल का कारण बन सकता है, जैसे कि बैक्टीरिया कैसे जल्दी से कुछ एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोधी हो जाते हैं। यह सभी आनुवंशिक जानकारी के साथ हो सकता है, लेकिन विशेष रूप से रोडोप्सिन प्रोटीन के साथ।
"बहुकोशिकीय यीस्ट में रोडोप्सिन को स्थानांतरित करने के तरीकों की तलाश करते समय, हमने पाया कि हम विकास के दौरान अतीत में हुए रोडोप्सिन के क्षैतिज हस्तांतरण को नियमित एकल-कोशिका यीस्ट में स्थानांतरित करके समझ सकते हैं।"
यह देखने के लिए कि क्या वे एकल-कोशिका वाले जीवों को सौर रोडोप्सिन से लैस कर सकते हैं, शोधकर्ताओं ने आम बेकर के खमीर में एक परजीवी कवक द्वारा संश्लेषित रोडोप्सिन जीन जोड़ा। यह विशेष जीन रोडोप्सिन के एक रूप के लिए कोड करता है जिसे कोशिका के रिक्तिका में डाला जाता है, कोशिका का वह भाग जो माइटोकॉन्ड्रिया की तरह, रोडोप्सिन जैसे प्रोटीन द्वारा बनाए गए रासायनिक ग्रेडिएंट को ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
वैक्यूलर रोडोप्सिन से सुसज्जित, यीस्ट प्रकाश में लगभग 2 प्रतिशत तेजी से बढ़ता है - विकास के लिए एक बड़ा लाभ।
"यहां हमारे पास एक ही जीन है और हमने इसे वातावरण में एक ऐसे वंश में खींच लिया है जो पहले कभी फोटोट्रॉफ़िक नहीं हुआ था, और यह इस तरह काम करता है।" "इससे पता चलता है कि इस प्रणाली के लिए काम करना वास्तव में आसान है, कम से कम कभी-कभी, एक नए जीव में।"
यह सरलता प्रमुख विकासवादी अंतर्दृष्टि प्रदान करती है, और शोधकर्ता बताते हैं कि "रोडोप्सिन कितनी आसानी से और क्यों इतने सारे वंशों में फैल सकता है।"
चूंकि वेक्यूलर फ़ंक्शन सेलुलर सेनेसेंस में योगदान दे सकता है, इसलिए समूह ने यह जांच करने के लिए भी सहयोग करना शुरू कर दिया कि रोडोप्सिन यीस्ट में उम्र बढ़ने के प्रभाव को कैसे कम कर सकता है। अन्य शोधकर्ताओं ने उन्नत जैविक उत्पादन का अध्ययन करने के लिए इसी तरह के नए सौर-संचालित यीस्ट का उपयोग करना शुरू कर दिया है, जो जैव ईंधन संश्लेषण और अन्य में एक बड़ी प्रगति को चिह्नित कर सकता है।
हालाँकि, टीम यह जानने में अधिक रुचि रखती है कि यह अतिरिक्त लाभ एकल-कोशिका यीस्ट से बहु-सेलुलर जीवों में संक्रमण को कैसे प्रभावित करता है।
बर्नेट ने लंबे समय से चल रहे बहुकोशिकीय दीर्घकालिक विकास प्रयोग (एमयूएलटीईई) का जिक्र करते हुए कहा, "हमारे पास यह सुंदर सरल बहुकोशिकीय मॉडल प्रणाली है।" "हम इसे फोटोन्यूट्रिएंट्स देना चाहते थे और देखना चाहते थे कि यह इसके विकास को कैसे बदलता है।"