ক্রমবর্ধমান ব্যাকটেরিয়া উপনিবেশগুলি কীভাবে তাদের আকার পায়? কলোনি মরফোজেনেসিস দুটি মাত্রায় ভালভাবে অধ্যয়ন করা হলেও, অনেক ব্যাকটেরিয়া ত্রিমাত্রিক (3D) পরিবেশে বড় উপনিবেশ হিসাবে বৃদ্ধি পায়। যাইহোক, তিনটি মাত্রায় বেড়ে ওঠা ব্যাকটেরিয়ার উপনিবেশের আকার সম্পর্কে খুব কমই জানা যায়।
এখন, একটি প্রিন্সটন দল 3-ডি পরিবেশে ব্যাকটেরিয়া পর্যবেক্ষণ করার একটি উপায় উদ্ভাবন করেছে। তারা আবিষ্কার করেছে যে ব্যাকটেরিয়া সংখ্যাবৃদ্ধির সাথে সাথে তাদের উপনিবেশগুলি ক্রমাগতভাবে রুক্ষ আকার ধারণ করে যা সাধারণত ফ্ল্যাট ডিশগুলিতে পরিলক্ষিত হওয়া তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে আরও জটিল। এই আকারগুলি ব্রকলির একটি শাখাযুক্ত মাথার মতো।
প্রিন্সটনের রাসায়নিক ও জৈবিক প্রকৌশলের সহকারী অধ্যাপক এবং গবেষণার সিনিয়র লেখক সুজিত দত্ত বলেন, "যখন থেকে 300 বছরেরও বেশি আগে ব্যাকটেরিয়া আবিষ্কৃত হয়েছিল, বেশিরভাগ ল্যাব গবেষণা তাদের পরীক্ষা টিউব বা পেট্রি ডিশগুলিতে অধ্যয়ন করেছে। দেখার চেষ্টা করলে ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধি পায় টিস্যু বা মাটিতে, সেগুলি অস্বচ্ছ, এবং আপনি দেখতে পাচ্ছেন না উপনিবেশটি কী করছে। এটাই চ্যালেঞ্জ ছিল।”
দত্তের গবেষণা দল একটি যুগান্তকারী পরীক্ষামূলক সেটআপ ব্যবহার করে এই আচরণটি উন্মোচন করেছে যা তাদের প্রাকৃতিক, ত্রি-মাত্রিক অবস্থায় ব্যাকটেরিয়া উপনিবেশগুলির অভূতপূর্ব পর্যবেক্ষণ করতে দেয়। অপ্রত্যাশিতভাবে, বিজ্ঞানীরা আবিষ্কার করেছেন যে বন্য উপনিবেশগুলির বৃদ্ধি ক্রমাগত অনুরূপ স্ফটিক গঠন বা জানালার প্যানে হিমের বিস্তার। এই রুক্ষ, শাখা-প্রশাখার গঠন প্রকৃতি জুড়ে সাধারণ, কিন্তু এগুলি সাধারণত জীবন্ত ব্যবস্থার সম্প্রসারণ বা রূপান্তর প্রেক্ষাপটে দেখা যায়।
দত্ত বললেন, "আমরা দেখেছি যে 3-ডিতে ক্রমবর্ধমান, ব্যাকটেরিয়া উপনিবেশগুলি জীবন্ত প্রাণীর সমষ্টি হওয়া সত্ত্বেও একটি খুব অনুরূপ প্রক্রিয়া প্রদর্শন করে।"
দত্ত বললেন, "একটি মৌলিক স্তরে, আমরা উত্তেজিত যে এই কাজটি জৈবিক সিস্টেমে ফর্ম এবং ফাংশনের বিকাশ এবং পদার্থ বিজ্ঞান এবং পরিসংখ্যানগত পদার্থবিদ্যায় জড় বৃদ্ধি প্রক্রিয়াগুলির অধ্যয়নের মধ্যে আশ্চর্যজনক সংযোগ প্রকাশ করে৷ কিন্তু এছাড়াও, আমরা মনে করি কখন এবং কোথায় কোষ 3-D তে বৃদ্ধি পাচ্ছে এই নতুন দৃষ্টিভঙ্গি ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধিতে আগ্রহী যে কেউ আগ্রহী হবে, যেমন পরিবেশগত, শিল্প এবং বায়োমেডিকাল অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে।"
বেশ কয়েক বছর ধরে, দত্তের গবেষণা গোষ্ঠী মাটির মধ্য দিয়ে প্রবাহিত তরল সহ অস্পষ্ট পরিবেশে লুকিয়ে থাকা ঘটনাগুলি অধ্যয়ন করার জন্য একটি সিস্টেমে কাজ করছে। দলটি বিশেষভাবে ইঞ্জিনিয়ারড হাইড্রোজেল এবং জেলোর মতো জল-শোষক পলিমার ব্যবহার করে 3-ডিতে ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধিকে সমর্থন করে এবং নেত্রপল্লবে স্থাপিত লেন্স. হাইড্রোজেলের সেই সাধারণ সংস্করণগুলির থেকে ভিন্ন, দত্তের উপকরণগুলি হাইড্রোজেলের ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র বল দ্বারা গঠিত যা ব্যাকটেরিয়া দ্বারা সহজেই বিকৃত হয়ে যায়, যা অক্সিজেনের মুক্ত পথের জন্য অনুমতি দেয় এবং ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধিকে সমর্থন করে এমন পুষ্টিগুলি আলোতে স্বচ্ছ।
দত্ত বললেন, “এটি একটি বল পিটের মতো যেখানে প্রতিটি বল একটি পৃথক হাইড্রোজেল। তারা মাইক্রোস্কোপিক, তাই আপনি তাদের দেখতে পারবেন না। গবেষণা দল মাটি বা টিস্যুর গঠন অনুকরণ করতে হাইড্রোজেলের মেকআপকে ক্রমাঙ্কিত করেছে। হাইড্রোজেল ক্রমবর্ধমান ব্যাকটেরিয়া উপনিবেশকে সমর্থন করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী বৃদ্ধিকে বাধা দেওয়ার জন্য যথেষ্ট প্রতিরোধ উপস্থাপন না করে।"
"যেহেতু ব্যাকটেরিয়া উপনিবেশগুলি হাইড্রোজেল ম্যাট্রিক্সে বৃদ্ধি পায়, তারা সহজেই তাদের চারপাশে বলগুলিকে পুনর্বিন্যাস করতে পারে, তাই তারা আটকা পড়ে না। এটা বল পিট মধ্যে আপনার হাত নিমজ্জিত মত. যদি আপনি এটিকে টেনে আনেন, বলগুলি আপনার বাহুর চারপাশে পুনরায় সাজানো হয়।"
কীভাবে ব্যাকটেরিয়া তিনটি মাত্রায় বৃদ্ধি পায় তা অধ্যয়ন করার জন্য, গবেষকরা চারটি স্বতন্ত্র ধরণের ব্যাকটেরিয়া নিয়ে ট্রায়াল পরিচালনা করেন, যার মধ্যে একটি যা কম্বুচা এর অম্লীয় স্বাদে অবদান রাখে।
দত্ত বললেন, “আমরা কোষের ধরন, পুষ্টির অবস্থা এবং হাইড্রোজেল বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করেছি। আমরা পদ্ধতিগতভাবে সেই সমস্ত পরামিতি পরিবর্তন করেছি, কিন্তু এটি একটি সাধারণ ঘটনা বলে মনে হচ্ছে।"
"দুটি কারণ একটি উপনিবেশের পৃষ্ঠে ব্রকলি-আকৃতির বৃদ্ধির কারণ বলে মনে হচ্ছে। প্রথমত, উচ্চ স্তরের পুষ্টি বা অক্সিজেনের অ্যাক্সেস সহ ব্যাকটেরিয়া কম প্রচুর পরিবেশের তুলনায় দ্রুত বৃদ্ধি পাবে এবং প্রজনন করবে। এমনকি সবচেয়ে অভিন্ন পরিবেশেও পুষ্টির কিছু অসম ঘনত্ব থাকে এবং এই বৈচিত্রের কারণে কলোনির পৃষ্ঠে দাগগুলি এগিয়ে যায় বা পিছনে পড়ে। তিন মাত্রায় পুনরাবৃত্ত, এর ফলে ব্যাকটেরিয়া উপনিবেশ বাম্পস এবং নোডুলস তৈরি করে কারণ ব্যাকটেরিয়ার কিছু উপগোষ্ঠী তাদের প্রতিবেশীদের তুলনায় দ্রুত বৃদ্ধি পায়।"
"দ্বিতীয়, গবেষকরা দেখেছেন যে শুধুমাত্র উপনিবেশের পৃষ্ঠের কাছাকাছি ব্যাকটেরিয়াগুলি বৃদ্ধি পেয়েছে এবং ত্রিমাত্রিক বৃদ্ধিতে বিভক্ত হয়েছে৷ উপনিবেশের কেন্দ্রে প্রবেশ করা ব্যাকটেরিয়াগুলি একটি সুপ্ত অবস্থায় চলে গেছে বলে মনে হচ্ছে। যেহেতু ভিতরের ব্যাকটেরিয়াগুলি বৃদ্ধি এবং বিভাজিত হচ্ছিল না, বাইরের পৃষ্ঠটি চাপের শিকার হয়নি যা এটিকে সমানভাবে প্রসারিত করবে। পরিবর্তে, এর সম্প্রসারণ প্রাথমিকভাবে উপনিবেশের একেবারে প্রান্ত বরাবর বৃদ্ধি দ্বারা চালিত হয়। এবং প্রান্ত বরাবর বৃদ্ধি পুষ্টির বৈচিত্র্যের সাপেক্ষে যার ফলে শেষ পর্যন্ত আড়ষ্ট, অসম বৃদ্ধি হয়।"
প্রিন্সটনের পোস্টডক্টরাল গবেষক এবং কাগজের প্রথম লেখক আলেজান্দ্রো মার্টিনেজ-ক্যালভো বলেছেন, “যদি বৃদ্ধি অভিন্ন হয়, এবং উপনিবেশের অভ্যন্তরে থাকা ব্যাকটেরিয়া এবং পেরিফেরিতে থাকা ব্যাকটেরিয়াগুলির মধ্যে কোনও পার্থক্য না থাকে তবে এটি একটি বেলুন ভর্তি করার মতো হবে। ভিতর থেকে চাপ পরিধিতে যে কোনও ঝামেলা পূরণ করবে।"
কেন এই চাপটি উপস্থিত ছিল না তা ব্যাখ্যা করার জন্য, গবেষকরা প্রোটিনগুলিতে একটি ফ্লুরোসেন্ট ট্যাগ যুক্ত করেছেন যা ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধির সময় কোষগুলিতে সক্রিয় হয়ে ওঠে। ব্যাকটেরিয়া সক্রিয় থাকলে ফ্লুরোসেন্ট প্রোটিন আলো জ্বলে এবং যখন তারা না থাকে তখন অন্ধকার থাকে। উপনিবেশগুলি পর্যবেক্ষণ করে, গবেষকরা দেখেছেন যে উপনিবেশের প্রান্তে ব্যাকটেরিয়া উজ্জ্বল সবুজ ছিল, যখন কোরটি অন্ধকার ছিল।
দত্ত বলেছেন, "উপনিবেশটি মূলত স্ব-সংগঠিত হয় একটি মূল এবং একটি শেল যা খুব ভিন্ন উপায়ে আচরণ করে।"
"তত্ত্বটি হল যে উপনিবেশের প্রান্তের ব্যাকটেরিয়াগুলি বেশিরভাগ পুষ্টি এবং অক্সিজেন সংগ্রহ করে, ভিতরের ব্যাকটেরিয়াগুলির জন্য সামান্যই রেখে যায়।"
"আমরা মনে করি তারা সুপ্ত হয়ে যাচ্ছে কারণ তারা ক্ষুধার্ত, যদিও তিনি সতর্ক করেছিলেন যে এটি অন্বেষণ করার জন্য আরও গবেষণার প্রয়োজন ছিল।"
"গবেষকদের দ্বারা ব্যবহৃত পরীক্ষা-নিরীক্ষা এবং গাণিতিক মডেলগুলি উপনিবেশের পৃষ্ঠগুলিতে গঠিত বাম্পগুলির একটি উচ্চ সীমা খুঁজে পেয়েছে। এলোমেলো তারতম্য থেকে এলোমেলো পৃষ্ঠের ফলাফল অক্সিজেন এবং পরিবেশে পুষ্টি, কিন্তু এলোমেলোতা নির্দিষ্ট সীমার বাইরেও থাকে।"
“রুক্ষতা কতটা বড় হতে পারে তার একটি ঊর্ধ্ব সীমা রয়েছে — ফ্লোরের আকার যদি আমরা ব্রকলির সাথে তুলনা করি। আমরা গণিত থেকে এটি ভবিষ্যদ্বাণী করতে সক্ষম হয়েছি, এবং এটি 3-ডিতে বেড়ে ওঠা বড় উপনিবেশগুলির একটি অনিবার্য বৈশিষ্ট্য বলে মনে হচ্ছে।"
"যেহেতু ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধি স্ফটিক বৃদ্ধি এবং জড় পদার্থের অন্যান্য ভাল-অধ্যয়নকৃত ঘটনাগুলির মতো অনুরূপ প্যাটার্ন অনুসরণ করে, গবেষকরা ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধিকে প্রতিফলিত করার জন্য স্ট্যান্ডার্ড গাণিতিক মডেলগুলিকে মানিয়ে নিতে সক্ষম হন। তিনি বলেন, ভবিষ্যত গবেষণা সম্ভবত বৃদ্ধির পেছনের প্রক্রিয়া, উপনিবেশের কার্যকারিতার জন্য রুক্ষ বৃদ্ধির আকারের প্রভাব, এবং আগ্রহের অন্যান্য ক্ষেত্রে এই পাঠগুলি প্রয়োগ করার উপর জোর দেবে।"
"অবশেষে, এই কাজটি আমাদের বুঝতে আরও সরঞ্জাম দেয় এবং অবশেষে নিয়ন্ত্রণ করে, কীভাবে প্রকৃতিতে ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধি পায়।"
জার্নাল রেফারেন্স:
- আলেজান্দ্রো মার্টিনেজ-ক্যালভো, ক্রমবর্ধমান 3D ব্যাকটেরিয়া উপনিবেশের রূপগত অস্থিরতা এবং রুক্ষতা। ন্যাশনাল একাডেমী অফ সায়েন্সেসের প্রসিডিংস। ডোই: 10.1073 / pnas.2208019119
