हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी

हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी आर्किया संघ के भीतर हेलोक्वाड्राटम  प्रजाति का है, जो अपने चौकोर लवणरागी  प्रकृति के लिए जाना जाता है। सबसे पहले मिस्र के सिनाई प्रायद्वीप में एक  लवणीय पूल में खोजा गया, एच. वाल्स्बी अपने सपाट, चौकोर आकार की कोशिकाओं और सोडियम क्लोराइड और मैग्नीशियम क्लोराइड की उच्च सांद्रता वाले जलीय वातावरण में जीवित रहने की असामान्य क्षमता के लिए जाना जाता है। प्रजातियों का प्रजाति नाम हेलोक्वाड्राटम ग्रीक और लैटिन से "साल्ट स्क्वायर" के रूप में अनुवाद करता है। इस आर्कियन को प्रायः "वालस्बीज़ स्क्वायर बैक्टीरिया" के रूप में भी जाना जाता है क्योंकि इसकी पहचान चौकोर आकार की होती है जो इसे अद्वितीय बनाती है। अपने नाम के अनुसार, हेलोक्वाड्राटम  वाल्स्बी लवण वातावरण में सबसे अधिक मात्रा में पाए जाते हैं। हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी एक फोटोट्रॉफिक हलोपलिक आर्कियोन है। 1999 तक हेलोक्वाड्राटम  प्रजाति की एकमात्र अभिज्ञात प्रजाति थी, जब हेलोआर्कुला क्वाड्रेटा को लवणीय पूल से पाये जाने की सूचना मिली थी। हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी अपनी अनूठी कोशिकीय संरचना के कारण बहुत ही असामान्य है जो लगभग पूरी तरह से सपाट आकार की आकृति जैसा दिखता है।

प्रजाति को पहली बार 1980 में एक ब्रिटिश माइक्रोबायोलॉजिस्ट, प्रो. एंथनी ई. वाल्स्बी द्वारा मिस्र के दक्षिणी सिनाई, मिस्र में एक लवणीय झील, सब्खा गैविश से लिए गए नमूनों से देखा गया था। इस खोज का औपचारिक रूप से 2007 में बर्न्स एट अल द्वारा वर्णन किया गया है। आर्किया को विकसित करने के प्रयास 2004 तक असफल रहे थे और इसके परिणामस्वरूप हेलोआर्कुला क्वाड्रेटा की पहचान हुई, जो प्रजाति हेलोआर्कुला के वर्गाकार आर्किया की एक और प्रजाति है, जो ''एच. वाल्सबी'' से अलग है, कम प्रचुर मात्रा में है और आनुवंशिक रूप से काफी भिन्न है।

विवरण
हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी कोशिकाओं का आकार 2 से 5 माइक्रोन और 100 से 200 नैनोमीटर मोटा होता है। आर्किया में प्रायः पॉलीहाइड्रॉक्सीअल्कानोएट्स के कण होते हैं और कई  गैस से भरे कई अपवर्तक रिक्तिकाएं होती हैं जो जलीय वातावरण में उत्प्लावन सुनिश्चित करती हैं, और अधिकतम प्रकाश अवशोषण की अनुमति देती हैं। 1980 में वाल्बी द्वारा आर्कियन की संरचना में इंट्रासेल्युलर अपवर्तक निकायों की पहचान निर्धारित करते समय इन गैस रिक्तिकाओं की खोज की गई थी। वे 40 माइक्रोन चौड़ी तक की चादरों में इकट्ठा होते हैं, लेकिन कोशिकाओं के बीच संबंध कमज़ोर होते हैं और आसानी से तोड़े जा सकते हैं।

ये जीव बहुत खारे जल के किसी भी हिस्से में पाए जा सकते हैं। लवणीय जल के वाष्पीकरण के समय, कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO3) और कैल्शियम सल्फेट (CaSO4) पहले अवक्षेपित होते हैं, जिससे सोडियम क्लोराइड NaCl से सैन्धव लवण बनता है। यदि वाष्पीकरण जारी रहता है, तो NaCl सैन्धव लवण के रूप में अवक्षेपित हो जाता है, जिससे लवणीय जल मैग्नीशियम क्लोराइड (MgCl2) से भरपूर हो जाता है।) एच. वाल्स्बी सैन्धव लवण के अवक्षेपण के अंतिम चरण के दौरान समृद्ध होता है, और इस माध्यम के जैव भार का 80% भाग बन सकता है।हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी कोशिकाओं को धुंधला होने के माध्यम से ग्राम-नकारात्मक होना निर्धारित किया गया है और जब प्रयोगशाला में उगाया जाता है तो विकास के लिए सबसे अच्छी निर्धारित स्थिति एक तटस्थ पीएच पर 18% लवण वाला मीडिया होता है।

एच. वाल्स्बी के जीनोम को पूरी तरह से अनुक्रमित किया गया है, जिससे इस जीव के फ़ाइलोजेनेटिक और टैक्सोनोमिक वर्गीकरण और पारिस्थितिकी तंत्र में इसकी भूमिका की बेहतर समझ तक पहुंच संभव हो गई है। स्पैनिश और ऑस्ट्रेलियाई आइसोलेट्स (उपभेदों HBSQ001 और C23T) की जीनोमिक तुलना तेजी से वैश्विक परिक्षेपण का सुझाव देती है, क्योंकि वे उल्लेखनीय रूप से समान हैं और उन्होंने जीन के क्रम को बनाए रखा है।

प्रयोगशाला में इसकी वृद्धि बहुत उच्च क्लोराइड सांद्रता (MgCl2 के 2 mol·L-1 से अधिक और NaCl के 3 mol·L-1 से अधिक) वाले माध्यम में प्राप्त की गई थी, जिससे यह जीव अब तक ज्ञात सबसे हेलोरेसिस्टेंट के रूप में जाना जाता है। इसका इष्टतम विकास तापमान 40 °C है, जो इस आर्किया को मेसोफाइल बनाता है।

 हेलोक्वाड्रैटम वाल्स्बी स्क्वायर सेल की ऑप्टिकल चरण-कंट्रास्ट माइक्रोस्कोपी छवि। असंख्य प्रकाश बिंदु गैस पुटिकाएं हैं जो सतह पर तैरने की अनुमति देती हैं, जिससे ऑक्सीजन प्राप्त करने की सबसे अधिक संभावना होती है। Scale bar 1 µm <>

हाइपरसैलिन टायरेल झील से सूक्ष्म छवि, जिसमें नारंगी क्लोरोफाइट डुनालिएला सलीना को अस्थायी रूप से पहचाना जा सकता है, साथ में कई छोटे हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी, उनके सपाट चौकोर आकार की कोशिकाओं को दिखाते हैं।

विविधता
दुनिया भर में लवण के लवणीय जल में आश्चर्यजनक रूप से उच्च मात्रा में कोशिकाएं हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी हैं, 80% तक होती हैं। नमक लवणीय वातावरण में आनुवंशिक विविधता की जांच के लिए प्रयोग किए गए हैं। प्राकृतिक वातावरण में सात अलग-अलग प्रकार के ''एच. वाल्स्बी के जीनोमिक द्वीप की खोज की गई है। एच. वाल्स्बी के लिए मेटागेनोमिक्स फॉस्मिड लाइब्रेरी की जांच करने के बाद, दो प्रकार के सेल-वॉल से जुड़े द्वीपों की पहचान की गई। इन द्वीपों के प्रजातियों में सतह परत संरचनाओं के संश्लेषण के लिए उत्तरदायी जीन जैसे ग्लाइकोप्रोटीन और कोशिका आवरण के संश्लेषण के लिए उत्तरदायी जीन सम्मिलित हैं। सजातीय पुनर्संयोजन ऊपर उल्लिखित जीनों को बनाए रखने और इसके प्राकृतिक वातावरण में मेटाजेनोम की विविधता के लिए उत्तरदायी है। विभिन्न एच. वाल्स्बी कोशिकाओं पर सतह की संरचना समग्र रूप से जनसंख्या के लिए वंश के स्रोतों को अलग करने में सहायता करती है। ये भिन्न संरचनाएं उनके प्राकृतिक वातावरण में कोशिकाओं की विविधता को भी बढ़ाती हैं। कोशिका संरचना में ये परिवर्तन कोशिकाओं द्वारा वायरस द्वारा हमला करने की उनकी संवेदनशीलता को कम करने के प्रयासों के कारण हो सकते हैं। 2009 में ऑस्ट्रेलिया में तीन अलग-अलग लवणीय क्रिस्टलाइज़र तालाबों में एच. वाल्स्बी की विविधता का निर्धारण करने के लिए एक प्रयोग किया गया था। तीनों पूल जो अलग-अलग क्षेत्रों में स्थित थे, उन सभी ने हेलोक्वाड्राटम और हेलोरुब्रम'' जैसे अनुक्रमों के दो 97%-ओटीयू साझा किए।

जीनोमिक्स और संरचना
''एच. वाल्स्बी ने अल्पपोषी सूक्ष्मजीवों के रूप में वर्गीकृत किया गया है, क्योंकि यह पोषक तत्वों की कमी की स्थिति में बढ़ता है जहां कार्बनिक पदार्थों की सांद्रता न्यूनतम होती है। मुकाबला करने के लिए, एच. वाल्स्बी पोषक तत्वों के अवशोषण को अधिकतम करने के लिए समतल करके उच्च सतह से आयतन अनुपात बनाए रखता है। अपने चौकोर आकार के कारण, वे गोलाकार आकार के सूक्ष्मजीवों की तुलना में चपटे होने में अधिक सक्षम होते हैं। एच. वाल्स्बी'' लगभग 0.1-0.5μm की अत्यधिक मात्रा को समतल कर सकता है। कोशिका संरचना का समग्र आकार 1.5 से 11 माइक्रोन तक होता है। हालाँकि, बड़ी कोशिकाएँ देखी गई हैं। सबसे बड़ी रिकॉर्ड की गई एच. वाल्स्बी सेल को 40 x 40 माइक्रोन के रूप में मापा गया था।

''एच. वाल्स्बी'' का चौकोर आकार कई अध्ययनों का केंद्र बिंदु रहा है। यह अपने अनुकूली गुणों के कारण इस संरचना को बनाए रखने में सक्षम है। ये लक्षण एच. वाल्स्बी की जीनोम संरचना और साथ ही इसके प्रोटीन अनुक्रम दोनों में पाए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, एच.वालस्बी की अभिव्यक्ति एक जलीय सुरक्षात्मक परत बनाती है जो कोशिकाओं के सूखने को रोकने में मदद करती है। ये अनुकूलन एच. वाल्स्बी को एक परिभाषित वर्ग संरचना को बनाए रखते हुए संतृप्त लवणीय जैसे वातावरण में पनपने की अनुमति देते हैं।

एच. वाल्स्बी की कोशिकीय संरचना में अत्यधिक अपवर्तक गैस पुटिकाएं, पॉली-बीटा-हाइड्रॉक्सील्केनोएट ग्रैन्यूल और एक अद्वितीय कोशिकीय दीवार सम्मिलित है। इस सूक्ष्म जीव ने कोशिका भित्ति प्रदर्शित की है जिसकी मोटाई 15 से 25 एनएम के बीच है। ''एच. वाल्स्बी'' का जीनोम कोशिका भित्ति के एस-स्तरित ग्लाइकोप्रोटीन को कूटबद्ध करता है। इसके अतिरिक्त, फोटोएक्टिव रेटिनल प्रोटीन भी झिल्ली के लिए एन्कोडेड होते हैं। 2004 में खोजे गए HBSQ001 स्ट्रेन ने इन्हीं आंतरिक कोशिकीय संरचनाओं को दिखाया। हालाँकि, इस विशिष्ट स्ट्रेन ने एक जटिल ट्राइकोटोमस संरचित कोशिका भित्ति दिखाई।

''एच. वाल्स्बी के एक विशिष्ट जीनोम में 3,132,494 बीपी क्रोमोसोम होते हैं। इस डेटा को प्राप्त करने के लिए स्ट्रेन HBSQ001, DSM 16790 का विश्लेषण किया गया था। एच. वाल्स्बी को अन्य हेलोआर्किया की तुलना में असामान्य रूप से कम ग्वानिन-साइटोसिन (जीसी) मात्रा द्वारा पहचाना जाता है। एच. वाल्स्बी में अपेक्षित 60-70% की तुलना में औसतन 47.9% जीसी मात्रा है। इसके अतिरिक्त, एन्कोडेड प्रोटीन विशेष रूप से अमीनो एसिड अनुक्रम में अत्यधिक संरक्षित होते हैं। यह समझा जाता है कि एच. वाल्स्बी'' एक विशिष्ट जीसी समृद्ध, मध्यम रूप से संरक्षित पूर्वज से विकसित हुआ।

इतिहास
हेलोक्वाड्रैटम वाल्स्बी आर्किया की खोज पहली बार 1980 में माइक्रोबायोलॉजी के प्रोफेसर एंथनी ई. वाल्स्बी द्वारा की गई थी। सूक्ष्म जीव का नाम प्रारम्भ में उनके नाम पर "वाल्स्बी का वर्ग जीवाणु" रखा गया था, क्योंकि इसकी खोज आर्किया डोमेन को पूर्ण रूप से स्वीकार किए जाने से पहले की गई थी। अब इसे औपचारिक रूप से हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी के रूप में जाना जाता है, और इसे एक प्रसिद्ध हेलोफिलिक आर्किया माना जाता है। इसके अतिरिक्त, यह एक चौकोर कोशिकीय आकार के साथ खोजे गए पहले आर्किया में से एक माना जाता है।

''एच. वाल्स्बी के अद्वितीय आकार के अवलोकन पर, प्रजातियों का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों के लिए संवर्धन करना एक लक्ष्य रहा है। स्पष्ट जीवाणुओं की वृद्धि को बनाए रखने के लिए हाइपर-सलाइन मीडिया को एक पर्याप्त माध्यम पाया गया है। एच. वाल्स्बी'' आज ज्ञात सबसे बड़े प्रोकैरियोट्स में से एक है और इसमें लगभग 30 लाख बेसपेयर हैं।

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, इस विशिष्ट सूक्ष्म जीव की खोज का स्थान सिनाई प्रायद्वीप के भीतर अंतरमहाद्वीपीय देश मिस्र में था। हालाँकि, इस खोज के साथ एक विस्तारित अवधि भी आई जिसमें ''एच. वाल्स्बी के पूर्ण अलगाव को प्राप्त करने के लिए गहन परीक्षण और त्रुटि प्रयास सम्मिलित थे। इस सूक्ष्मजीव को पूरी तरह से अलग करना कितना मुश्किल था, एच. वाल्स्बी की शारीरिक प्रक्रियाओं और जीनोमिक संरचना पर ज्ञात जानकारी में एक बड़ा अंतर निहित था। हालांकि 2004 में, एच. वाल्स्बी के दो उपभेदों को सफलतापूर्वक अलग कर दिया गया और अनुक्रमित किया जा सका। दूसरा स्ट्रेन एक ऑस्ट्रेलियाई आइसोलेट था, जिसे C23 कहा जाता था। पांच उपभेदों को अतिरिक्त रूप से अलग किया गया था, कुल मिलाकर एच. वाल्स्बी के सात पृथक्करण हुए। एक विशिष्ट लवणीय वातावरण में, टायरेल झील, हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी'' ने पारिस्थितिकी तंत्र के सुसंस्कृत होने पर पाए जाने वाले आर्किया समुदाय का लगभग 38% भाग बनाया।

सामान्य माइक्रोबायोटा
आर्कियोन हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी लाल लवणीय जल, नमक की झीलों और सौर लवणीय क्रिस्टलाइजर तालाबों में प्रचुर मात्रा में है। छिछले तालाब जो एक दूसरे से जुड़े हुए हैं और लवणता में वृद्धि करते हैं। बैक्टीरियोहोडोप्सिन, एक झिल्ली प्रोटीन जो हाइड्रोजन-आयन पंप को चलाने के लिए प्रकाश से ऊर्जा का उपयोग करता है, जो हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी में पाए जाते हैं प्रकाश से ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और इन लवण जल के भीतर समुदायों में पाए जाते हैं। इन बैक्टीरियोहोडोप्सिन का उपयोग हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी की फोटोहेटरोट्रॉफ़ प्रकृति को दर्शाता है। मैग्नीशियम क्लोराइड से भरपूर होने के साथ-साथ नमक से संतृप्त वातावरण जिसमें यह आर्कियन रहता है, जल के भीतर बहुत कम गतिविधि होती है जो शुष्कन तनाव का कारण बनती है। इन नमक संतृप्त वातावरण में औसत समुद्री जल की तुलना में दस गुना अधिक लवणता हो सकती है। इन पारिस्थितिक तंत्रों में मैग्नीशियम संतृप्ति, जिसे बिटर्न (नमक) के रूप में भी जाना जाता है, प्रायः बहुत कम या शून्य अस्तित्व में पाई जाती है। यह वातावरण बहुत प्रतिकूल है और ''एच. वाल्स्बी'' केवल अपनी अद्वितीय जीनोमिक संरचना के कारण ही इसमें जीवित रहने में सक्षम है और जबकि अन्य जीव समान परिस्थितियों में नष्ट हो जाएंगे।

बाहरी संबंध

 * Type strain of हेलोक्वाड्राटम वाल्स्बी at BacDive - the Bacterial Diversity Metadatabase
 * "Friday Fellow: Walsby's Square Holoarcheon" at Earthling Nature.