अध्ययन ने उस तंत्र का खुलासा किया जिसके माध्यम से माइक्रोबायोटा पेल्विस (peixe-boi) को केवल पौधों से ऊर्जा प्राप्त करने की क्षमता में सहायता करता है। ब्राजील के सबसे बड़े मीठे पानी के स्तनपायी के रूप में, यह लगभग आधे टन का वजन बनाए रखता है, जो केवल पौधों पर निर्भर रहता है, और इसका रहस्य इसकी आंत में निहित है।
अमेज़ोनियन पेल्विस (Trichechus inunguis) की माइक्रोबायोटा का मानचित्रण करते हुए, वैज्ञानिकों ने एक पहले से अज्ञात चयापचय मार्ग की खोज की: जानवर में बैक्टीरिया होते हैं जो एपिलाक्टोज को तोड़ सकते हैं - एक कार्बोहाइड्रेट जिसे अधिकांश ज्ञात सूक्ष्मजीव पचा नहीं पाते हैं।
यह खोज एक व्यापक अध्ययन का हिस्सा है जिसने इन जानवरों द्वारा शाकाहारी आहार के अवशोषण से जुड़े सूक्ष्मजीवों, जीनों और एंजाइमों की बड़ी विविधता का प्रदर्शन किया। मीठे पानी की प्रजाति के अलावा, अध्ययन में समुद्री पेल्विस (Trichechus manatus) की आंत माइक्रोबायोटा का भी अध्ययन किया गया। मंगलवार (02/11) को नेचर माइक्रोबायोलॉजी पत्रिका में प्रकाशित परिणामों में जैव प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण क्षमता है।
मारियो मुराकामी, नेशनल लैबोरेटरी ऑफ बायोरेन्यूएबल रिसोर्सेज, सेंटर फॉर नेशनल एनर्जी एंड मटेरियल रिसर्च (LNBr-CNPEM) के निदेशक और FAPESP के समर्थन से अध्ययन के समन्वयक ने टिप्पणी की: 'अमेज़ोनियन पेल्विस बड़ी मात्रा और विविधता में पौधे खाता है। यह आहार मौसमी परिवर्तनों के अधीन है, सूखे मौसम से गीले मौसम में बदलता है। इसलिए, अपने विकास के दौरान, उन्होंने आंत के सूक्ष्मजीवों का एक शस्त्रागार विकसित किया जो सेलूलोज़ को असाधारण दक्षता के साथ, लगभग 80% से 86% तक, पचा सकते हैं।'
इस क्षमता के कारण, पेल्विस की आंत में बैक्टीरिया, आर्किया, वायरस और कवक की पारिस्थितिकी तंत्र मुराकामी के समूह के लिए एक प्राकृतिक लक्ष्य थी, जिसने पहले कैपिबारा (Hydrochoerus hydrochaeris) की आंत माइक्रोबायोम का अध्ययन किया था, जो एक अर्ध-जलीय प्रजाति है।
मुराकामी पाचन रणनीति में अंतर की व्याख्या करते हैं: 'मवेशियों जैसे जुगाली करने वालों में, माइक्रोबियल किण्वन मुख्य रूप से पेट में, रूमेन में होता है, जहां सूक्ष्मजीव पौधों के बायोमास को तोड़ना शुरू करते हैं। पेल्विस और कैपिबारा एक अलग रणनीति का उपयोग करते हैं: वे पश्च आंत्र किण्वक हैं, और इस प्रक्रिया का अधिकांश भाग पेट के बाद होता है। इसलिए, आंत में रहने वाले सूक्ष्मजीव फाइबर युक्त पौधे के आहार का उपयोग करने में मौलिक भूमिका निभाते हैं।'
अध्ययन में 47 जानवरों के नमूनों का विश्लेषण किया गया: 36 अमेज़ोनियन पेल्विस, जो मनाउस में अमेज़ोनिया राष्ट्रीय अनुसंधान संस्थान (INPA) की जलीय स्तनपायी प्रयोगशाला में रखे गए थे, और सीआरा में एनजीओ एक्वासिस के समुद्री स्तनपायी कार्यक्रम में पुनर्वास के तहत ग्यारह समुद्री पेल्विस।
मुराकामी व्यक्तिगत रूप से उनके द्वारा किए जा रहे सभी चरणों में शामिल थे और नमूना एकत्र करने के लिए समुद्र में गोता भी लगाए। उन्होंने बताया: 'एक समुद्री पेल्विस था जिसे प्रकृति में फिर से पेश किया गया था, लेकिन वह अक्सर उस क्षेत्र के पास जाता रहता था जहां अन्य जानवर ठीक हो रहे थे। संयोग से, जब हम वहां थे, तो उसने मल त्याग किया, और उस जानवर का नमूना लेने का अवसर मिला। मैंने संकोच नहीं किया: मैं उसे प्राप्त करने के लिए पानी में कूद गया।'
विश्लेषण में अनुक्रमित 6 हजार से अधिक जीवाणु और अन्य सूक्ष्मजीव जीनोम में से, आधे से अधिक ऐसे प्रकार हैं जिनका अभी तक विज्ञान द्वारा वर्णन नहीं किया गया है। इन सूक्ष्मजीव समुदायों से जुड़े वायरस के संबंध में, लगभग 80% अज्ञात थे।
हजारों जीन और एंजाइम भी पाए गए हैं जिनका उपयोग विभिन्न जैव प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। मुराकामी बताते हैं: 'जैव रासायनिक रूप से कहाँ गहराई से जाना है, यह चुनना मुश्किल था। अब हमारे पास कम से कम अगले दस वर्षों के लिए विश्लेषण के लिए डेटा है।'
अध्ययन की प्रमुख उपलब्धियों में से एक एक पहले से अज्ञात एंजाइम की खोज थी जिसका उपयोग हाल ही में खोजी गई बैक्टीरिया 'Candidatus Epilactovorans intestinalis' द्वारा एपिलाक्टोज को तोड़ने के लिए किया जाता है। चूंकि यह शर्करा अधिकांश सूक्ष्मजीवों के लिए अनुपलब्ध है, यह क्षमता आंत में पोषक तत्वों के लिए प्रतिस्पर्धा में एक अनुकूलन लाभ के रूप में कार्य करती है। भविष्य में, यह तंत्र हमारे अपने आंत माइक्रोफ्लोरा में लाभकारी बैक्टीरिया के विकास को उत्तेजित करने वाले 'भोजन' के रूप में प्रीबायोटिक एजेंटों के निर्माण के लिए प्रेरणा बन सकता है।
इस बैक्टीरिया के जीनोम की तुलना सार्वजनिक डेटाबेस में अन्य से करने पर, शोधकर्ताओं ने हज़ा लोगों की आंत माइक्रोबायोटा से आने वाले समान अनुक्रम पाया, जो अफ्रीका के अंतिम शिकारी-संग्राहक समूहों में से एक है, जिनके हजारों निवासी तंजानिया के उत्तर में रहते हैं।
मुराकामी के अनुसार, यह आनुवंशिक समानता संयोग नहीं है। उनका मानना है कि एपिलाक्टोज को संसाधित करने की क्षमता सभी स्तनधारियों के सामान्य पूर्वज की एक वंशानुगत विशेषता हो सकती है। एक परिकल्पना यह है कि हज़ा लोगों का पारंपरिक आहार इस बैक्टीरिया को बनाए रखने के लिए आवश्यक पोषक तत्व प्रदान करना जारी रखता है।
दूसरे पहलू में, अध्ययन ने दिखाया कि पेल्विस के सूक्ष्मजीव सबसे कठोर और रेशेदार पौधों के हिस्सों, जैसे सेलूलोज़ और हेमीसेलूलोज़ को पचाने के लिए मिलकर काम करते हैं। ये बैक्टीरिया पौधों की कोशिका भित्ति को 'विघटित' करने के लिए विभिन्न रणनीतियों को जोड़ते हैं, जिससे कठोर संरचनाएं ऐसे पोषक तत्वों में बदल जाती हैं जिन्हें जानवर अवशोषित कर सकता है।
इन मेटाबोलाइज़्ड यौगिकों में से कुछ लिग्निन से उत्पादित होते हैं - एक पदार्थ जो पौधों को कठोरता प्रदान करता है और वनस्पति बायोमास के औद्योगिक उपयोग के लिए एक प्रमुख बाधा प्रस्तुत करता है। सूक्ष्मजीवों और एंजाइमों का यह सेट कृषि अपशिष्ट के पुनर्चक्रण और जैव उत्पादों के विकास के लिए नए जैव प्रौद्योगिकी समाधान खोल सकता है, जिसमें जैव ऊर्जा, कृषि और बायोइकोनॉमी के अन्य क्षेत्रों में अनुप्रयोग शामिल हैं।
शोध में पहचाने गए और पौधों के बायोमास के विघटन में भाग लेने वाले कुछ एंजाइमों का मूल्यांकन CNPEM में विकसित और विभिन्न कच्चे माल और कचरे को संसाधित करने के लिए कॉन्फ़िगर किए गए ब्राज़ीलियाई एंजाइमेटिक कॉकटेल (Coquetel Enzimático Brasileiro, OpEn) जैसे प्लेटफार्मों में उपयोग के लिए भी किया जा सकता है।
मुराकामी निष्कर्ष निकालते हैं: 'हमारे एंजाइमेटिक कॉकटेल में ब्राजील की आयातित एंजाइमों पर निर्भरता को कम करने और जैविक आधार पर नए उद्योगों के उदय के लिए अवसर पैदा करने की बड़ी क्षमता है। यह काम दिखाता है कि ब्राजील की जैव विविधता वैश्विक समस्याओं के लिए समाधानों का भंडार है और देश को सतत विकास की दौड़ में अग्रणी बना सकता है।'
कार्य के पहले लेखक गैब्रिएला पर्सिनियोटी हैं, जो CNPEM में FAPESP के समर्थन से परियोजना का समन्वय कर रही हैं, और मार्सेल मार्टिन्स हैं, जिन्होंने फाउंडेशन की पोस्टडॉक्टरल छात्रवृत्ति प्राप्त की है।
