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Environment

पर्यावरण प्रदूषण को संबोधित करने के लिए Extremophilic सूक्ष्मजीवों के bioprospecting

Published: December 30, 2021
doi:
10.3791/63453
, , , , ,
1Department of Biology,University of Naples Federico II, 2Institute of Polymers, Composites and Biomaterials (IPCB),Consiglio Nazionale delle Ricerche CNR, 3Division of Biological Systems and Engineering,Lawrence Berkeley National Laboratory, 4BAT Center-Interuniversity Center for Studies on Bioinspired Agro-Environmental Technology,University of Napoli Federico II

Summary

भू-तापीय स्प्रिंग्स से भारी धातु-प्रतिरोधी रोगाणुओं का अलगाव बायोरेमेडिएशन और पर्यावरण निगरानी बायोसिस्टम के विकास के लिए एक गर्म विषय है। यह अध्ययन गर्म झरनों से भारी धातु सहिष्णु बैक्टीरिया को अलग करने और पहचानने के लिए एक पद्धतिगत दृष्टिकोण प्रदान करता है।

Abstract

भू-तापीय स्प्रिंग्स गहरे जलभृत में होने वाले चट्टान और पानी के बीच बातचीत के कारण विभिन्न धातु आयनों में समृद्ध होते हैं। इसके अलावा, पीएच और तापमान में मौसमी भिन्नता के कारण, तत्व संरचना में उतार-चढ़ाव समय-समय पर इन चरम वातावरण के भीतर मनाया जाता है, जो पर्यावरणीय माइक्रोबियल समुदायों को प्रभावित करता है। ज्वालामुखीय थर्मल वेंट्स में पनपने वाले एक्सट्रेमोफिलिक सूक्ष्मजीवों ने पर्यावरण में मौजूद कई धातु आयनों को संभालने के लिए प्रतिरोध तंत्र विकसित किया है, इस प्रकार जटिल धातु जैव रासायनिक चक्रों में भाग ले रहा है। इसके अलावा, extremophiles और उनके उत्पादों को बाजार में एक व्यापक पैर जमाने के लिए पाया गया है, और यह विशेष रूप से उनके एंजाइमों के लिए सच है। इस संदर्भ में, उनका लक्षण वर्णन पर्यावरणीय निगरानी और बायोरेमेडिएशन के लिए बायोसिस्टम और बायोप्रोसेस के विकास के लिए कार्यात्मक है। आज तक, एक्सट्रीमोफिलिक सूक्ष्मजीवों की प्रयोगशाला स्थितियों के तहत अलगाव और खेती अभी भी उनकी जैव-तकनीकी क्षमता का पूरी तरह से शोषण करने के लिए एक बाधा का प्रतिनिधित्व करती है। यह काम गर्म स्प्रिंग्स से थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीवों के अलगाव के साथ-साथ निम्नलिखित चरणों के माध्यम से उनके जीनोटाइपिकल और फेनोटाइपिक पहचान के लिए एक सुव्यवस्थित प्रोटोकॉल का वर्णन करता है: (1) भू-तापीय साइटों से सूक्ष्मजीवों का नमूना (“पिसियारेली”, नेपल्स, इटली में कैम्पी फ्लेग्रेई का एक ज्वालामुखीय क्षेत्र); (2) भारी धातु प्रतिरोधी सूक्ष्मजीवों का अलगाव; (3) माइक्रोबियल आइसोलेट्स की पहचान; (4) आइसोलेट्स के फेनोटाइपिक लक्षण वर्णन। इस काम में वर्णित तरीकों को आम तौर पर अन्य चरम वातावरण से सूक्ष्मजीवों के अलगाव के लिए भी लागू किया जा सकता है।

Introduction

हमारे ग्रह पर चरम वातावरण सूक्ष्मजीवों के उत्कृष्ट स्रोत हैं जो कठोर परिस्थितियों (यानी, तापमान, पीएच, लवणता, दबाव और भारी धातुओं) को सहन करने में सक्षम हैं 1,2, आइसलैंड, इटली, संयुक्त राज्य अमेरिका, न्यूजीलैंड, जापान, मध्य अफ्रीका और भारत होने के नाते, सबसे अच्छी तरह से मान्यता प्राप्त और अध्ययन किए गए ज्वालामुखीय क्षेत्र 3,4,5,6,7,8,9 . थर्मोफाइल 45 डिग्री सेल्सियस से 80 डिग्री सेल्सियस10,11,12 तक के तापमान की एक सीमा में कठोर वातावरण में विकसित हुए हैं। थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीव, या तो आर्कियल या बैक्टीरियल राज्यों से संबंधित हैं, जैव विविधता, फाइलोजेनेसिस और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए अनन्य बायोमोलेक्यूल्स के उत्पादन के अध्ययन के लिए एक जलाशय हैं 13,14,15,16। दरअसल, पिछले दशकों में, वैश्विक बाजार में निरंतर औद्योगिक मांग ने कई जैव-तकनीकी क्षेत्रों में अपने विविध अनुप्रयोगों के लिए एक्सट्रीमोफाइल्स और थर्मोजाइम के शोषण को प्रोत्साहित किया है 17,18,19।

हॉट स्प्रिंग्स, जहां जीव कंसोर्शिया में रहते हैं, जैव विविधता के समृद्ध स्रोत हैं, इस प्रकार माइक्रोबियल पारिस्थितिकी20,21 का अध्ययन करने के लिए एक आकर्षक आवास का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसके अलावा, इन ज्वालामुखीय धातु-समृद्ध क्षेत्रों को आमतौर पर सूक्ष्मजीवों द्वारा उपनिवेशित किया जाता है जिन्होंने जीवित रहने और भारी धातुओं की उपस्थिति के अनुकूल होने के लिए सहिष्णुता प्रणालियों को विकसित किया है22,23 और इसलिए सक्रिय रूप से उनके जैव रासायनिक चक्रों में शामिल हैं। आजकल, भारी धातुओं को मनुष्यों और पर्यावरण के लिए प्राथमिकता प्रदूषक माना जाता है। भारी-धातु-प्रतिरोधी सूक्ष्मजीव धातुओं को बदलने और उनके पारिस्थितिक तंत्र24,25 को फिर से तैयार करके धातुओं को घुलनशील और अवक्षेपित करने में सक्षम हैं। भारी धातु प्रतिरोध के आणविक तंत्र की समझ उपन्यास हरे रंग के दृष्टिकोण 26,27,28 को विकसित करने की तात्कालिकता के लिए एक गर्म विषय है। इस संदर्भ में, नए सहिष्णु बैक्टीरिया की खोज पर्यावरणीय बायोरेमेडिएशन24,29 के लिए नई रणनीतियों को विकसित करने के लिए प्रारंभिक बिंदु का प्रतिनिधित्व करती है। सूक्ष्मजीवविज्ञानी प्रक्रियाओं के माध्यम से हाइड्रोथर्मल वातावरण का पता लगाने और भारी धातु सहिष्णुता को रेखांकित करने वाले जीन (ओं) की भूमिका पर ज्ञान बढ़ाने के प्रयासों के साथ, इटली में कैम्पी फ्लेग्रेई के हॉट-स्प्रिंग क्षेत्र में एक माइक्रोबियल स्क्रीनिंग आयोजित की गई थी। यह भारी धातु-समृद्ध वातावरण एक शक्तिशाली हाइड्रोथर्मल गतिविधि, फ्यूमारोल, और उबलते पूल, पीएच में चर और मौसम, वर्षा और भूमिगत भूवैज्ञानिक आंदोलनों की निर्भरता में तापमान30 दिखाता है। इस परिप्रेक्ष्य में, हम भारी धातुओं के लिए प्रतिरोधी बैक्टीरिया को अलग करने के लिए एक आसान-से-लागू और प्रभावी तरीके का वर्णन करते हैं, उदाहरण के लिए, जियोबैसिलस स्टीयरोथर्मोफिलस जीएफ 1631 (आइसोलेट 1 के रूप में नामित) और एलिसिक्लोबैसिलस माली FL1832 (आइसोलेट 2 के रूप में नामित) कैम्पी फ्लेग्रेई के पिसियारेली क्षेत्र से।

Protocol

1. भू-तापीय साइटों से सूक्ष्मजीवों का नमूना वांछित तापमान और पीएच के साथ मानदंड स्थानों के रूप में उपयोग करके नमूनाकरण के लिए साइट चुनें। एक डिजिटल थर्मोकपल जांच के माध्यम से भौतिक मापदंडों क…

Representative Results

नमूना साइटयह प्रोटोकॉल एक गर्म वसंत से भारी धातु प्रतिरोधी बैक्टीरिया के अलगाव के लिए एक विधि को दर्शाता है। इस अध्ययन में, पिस्सिएरेली क्षेत्र, एक एसिड-सल्फिडिक भू-तापीय वातावरण, का उपयोग एक न…

Discussion

हॉट स्प्रिंग्स में समान रूप से विविध चयापचय क्षमताओं के साथ माइक्रोबायोम की एक अप्रयुक्त विविधता होतीहै। सूक्ष्मजीवों के अलगाव के लिए रणनीतियों का विकास जो कुशलतापूर्वक भारी धातुओं को कम व…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम ERA-NET Cofund MarTERA द्वारा समर्थित था: “FLAshMoB: समुद्री बायोसेंसिंग के लिए कार्यात्मक अमाइलॉइड चिमेरा”, PRIN 2017-रामबाण कप: E69E19000530001 और GoodbyWaste द्वारा: प्राप्त करेंGOOD उत्पादों-शोषण द्वारा उत्पादों को कम अपशिष्ट, MIUR 2017-JTNK78.006, इटली। हम डॉ मोनिका Piochi और डॉ एंजेला Mormone (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di Napoli Osservatorio Vesuviano, इटली) की पहचान और भूतापीय साइट के लक्षण वर्णन के लिए धन्यवाद.

Materials

Ampicillin Sigma Aldrich A9393
Aura Mini bio air s.c.r.l. Biological hood
Bacitracin Sigma Aldrich B0125
Cadmium chloride Sigma Aldrich 202908
Chloramphenicol Sigma Aldrich C0378
Ciprofloxacin Sigma Aldrich 17850
Cobalt chloride Sigma Aldrich C8661
Copper chloride Sigma Aldrich 224332
Erythromycin Sigma Aldrich E5389
Exernal Service DSMZ Leibniz Institute DSMZ-German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH
Genomic DNA Purification Kit Thermo Scientific #K0721
Kanamycin sulphate Sigma Aldrich 60615
MaxQTM 4000 Benchtop Orbital Shaker Thermo Scientific SHKE4000
Mercury chloride Sigma Aldrich 215465
NanoDrop 1000 Spectrophotometer Thermo Scientific
Nickel chloride Sigma Aldrich 654507
Orion Star A221 Portable pH Meter Thermo Scientific STARA2218
Sodium (meta) arsenite Sigma Aldrich S7400
Sodium arsenate dibasic heptahydrate Sigma Aldrich A6756
Sodium chloride Sigma Aldrich S5886
Streptomycin Sigma Aldrich S6501
Tetracycline Sigma Aldrich 87128
Tryptone BioChemica Applichem Panreac A1553
Vancomycin Sigma Aldrich PHR1732
Yeast extract for molecular biology Applichem Panreac  A3732
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References

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Keywords: BioprospectingExtremophilic MicroorganismsEnvironmental PollutionHeavy Metal ResistanceBiosensingBioremediationGeothermal SpringsLuria-Bertani MediumPHTemperatureGrowth ProfileBacterial Lysis Buffer
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Gallo, G., Aulitto, M., Contursi, P., Limauro, D., Bartolucci, S., Fiorentino, G. Bioprospecting of Extremophilic Microorganisms to Address Environmental Pollution. J. Vis. Exp. (178), e63453, doi:10.3791/63453 (2021).
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