بڑھتی ہوئی بیکٹیریل کالونیاں اپنی شکلیں کیسے حاصل کرتی ہیں؟ جب کہ کالونی مورفوجینیسیس کا دو جہتوں میں اچھی طرح سے مطالعہ کیا جاتا ہے، بہت سے بیکٹیریا تین جہتی (3D) ماحول میں بڑی کالونیوں کے طور پر بڑھتے ہیں۔ تاہم، تین جہتوں میں بڑھنے والے بیکٹیریا کی کالونی شکلوں کے بارے میں بہت کم معلومات ہیں۔
اب ، ایک پرنسٹن ٹیم نے 3-D ماحول میں بیکٹیریا کا مشاہدہ کرنے کا ایک طریقہ ایجاد کیا ہے۔ انہوں نے دریافت کیا کہ جیسے جیسے بیکٹیریا بڑھتے ہیں، ان کی کالونیاں مستقل طور پر کھردری شکلیں اختیار کرتی ہیں جو عام طور پر فلیٹ برتنوں میں دیکھے جانے والوں کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ پیچیدہ ہوتی ہیں۔ یہ شکلیں بروکولی کے شاخ دار سر سے ملتی جلتی ہیں۔
پرنسٹن میں کیمیکل اور بائیولوجیکل انجینئرنگ کے اسسٹنٹ پروفیسر اور مطالعہ کے سینئر مصنف سوجیت دتا نے کہا، "جب سے بیکٹیریا 300 سال پہلے دریافت ہوئے تھے، زیادہ تر لیب ریسرچ نے ان کا مطالعہ ٹیسٹ ٹیوبوں میں یا پیٹری ڈشز پر کیا ہے۔ اگر آپ دیکھنے کی کوشش کریں۔ بیکٹیریا بڑھتے ہیں ٹشوز یا مٹی میں، وہ مبہم ہیں، اور آپ نہیں دیکھ سکتے کہ کالونی کیا کر رہی ہے۔ یہ ایک چیلنج رہا ہے۔"
دتا کی تحقیقی ٹیم نے اس رویے کو ایک کامیاب تجرباتی سیٹ اپ کا استعمال کرتے ہوئے بے نقاب کیا جس نے انہیں اپنی قدرتی، تین جہتی حالت میں بیکٹیریل کالونیوں کے بے مثال مشاہدات کرنے کی اجازت دی۔ غیر متوقع طور پر، سائنسدانوں نے دریافت کیا کہ جنگلی کالونیوں کی نشوونما مسلسل اس سے ملتی جلتی ہے۔ کرسٹل کی تشکیل یا کھڑکی پر ٹھنڈ کا پھیلنا۔ یہ کھردری، شاخ دار ڈھانچے پوری فطرت میں عام ہیں، لیکن انہیں عام طور پر غیر زندہ نظاموں کو پھیلانے یا تبدیل کرنے کے تناظر میں دیکھا جاتا ہے۔
دتا نے کہا، "ہم نے پایا کہ 3-D میں بڑھتے ہوئے، بیکٹیریل کالونیاں ایک بہت ہی مماثل عمل کی نمائش کرتی ہیں اس حقیقت کے باوجود کہ یہ جانداروں کے مجموعے ہیں۔"
دتا نے کہا، "بنیادی سطح پر، ہم پرجوش ہیں کہ یہ کام حیاتیاتی نظاموں میں فارم اور فنکشن کی نشوونما اور مادی سائنس اور شماریاتی طبیعیات میں بے جان ترقی کے عمل کے مطالعہ کے درمیان حیرت انگیز روابط کو ظاہر کرتا ہے۔ لیکن یہ بھی، ہم سوچتے ہیں کہ 3-D میں خلیات کب اور کہاں بڑھ رہے ہیں اس کا یہ نیا نظریہ بیکٹیریا کی نشوونما میں دلچسپی رکھنے والے ہر فرد کو دلچسپی دے گا، جیسے ماحولیاتی، صنعتی، اور بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز میں۔"
کئی سالوں سے، دتا کا ریسرچ گروپ ایک ایسے نظام پر کام کر رہا ہے جو عام طور پر غیر واضح ماحول میں چھپے ہوئے واقعات کا مطالعہ کرے، جس میں مٹی سے بہنے والا سیال بھی شامل ہے۔ یہ ٹیم 3-D میں بیکٹیریا کی نشوونما میں مدد کرتی ہے خاص طور پر انجینئرڈ ہائیڈروجلز اور پانی میں جذب کرنے والے پولیمر جیسے جیلو اور لینس سے رابطہ کریں. ہائیڈروجلز کے ان عام ورژنوں کے برعکس، دتا کا مواد ہائیڈروجیل کی چھوٹی چھوٹی گیندوں سے بنا ہوتا ہے جو بیکٹیریا کے ذریعے آسانی سے خراب ہو جاتا ہے، جس سے آکسیجن کے آزادانہ گزرنے کی اجازت ہوتی ہے، اور غذائی اجزاء جو بیکٹیریا کی نشوونما میں معاون ہوتے ہیں روشنی کے لیے شفاف ہوتے ہیں۔
دتا نے کہا، "یہ ایک گیند کے گڑھے کی طرح ہے جہاں ہر گیند ایک انفرادی ہائیڈروجیل ہے۔ وہ خوردبین ہیں، لہذا آپ انہیں نہیں دیکھ سکتے۔ تحقیقی ٹیم نے مٹی یا ٹشو کی ساخت کی نقل کرنے کے لیے ہائیڈروجیل کے میک اپ کو کیلیبریٹ کیا۔ ہائیڈروجیل اتنی مضبوط ہے کہ وہ بڑھتے ہوئے بیکٹیریل کالونی کی نشوونما کو روکنے کے لیے کافی مزاحمت پیش کیے بغیر مدد کر سکے۔
"جیسا کہ بیکٹیریل کالونیاں ہائیڈروجیل میٹرکس میں بڑھتی ہیں، وہ آسانی سے اپنے ارد گرد گیندوں کو دوبارہ ترتیب دے سکتے ہیں، اس لیے وہ پھنس نہیں پاتے۔ یہ اپنے بازو کو گیند کے گڑھے میں ڈالنے کے مترادف ہے۔ اگر آپ اسے گھسیٹتے ہیں تو گیندیں آپ کے بازو کے گرد دوبارہ ترتیب دیتی ہیں۔
اس بات کا مطالعہ کرنے کے لیے کہ بیکٹیریا تین جہتوں میں کیسے بڑھتے ہیں، محققین نے چار مختلف قسم کے بیکٹیریا کے ساتھ آزمائشیں کیں، جن میں ایک وہ بھی شامل ہے جو کمبوچا کے تیزابی ذائقے میں حصہ ڈالتا ہے۔
دتا نے کہا، "ہم نے سیل کی اقسام، غذائیت کے حالات اور ہائیڈروجیل کی خصوصیات کو تبدیل کیا۔ ہم نے ان تمام پیرامیٹرز کو منظم طریقے سے تبدیل کر دیا، لیکن ایسا لگتا ہے کہ یہ ایک عام رجحان ہے۔"
"دو عوامل کالونی کی سطح پر بروکولی کے سائز کی نشوونما کا سبب بنتے ہیں۔ سب سے پہلے، غذائی اجزاء یا آکسیجن کی اعلی سطح تک رسائی والے بیکٹیریا کم پرچر ماحول کی نسبت تیزی سے بڑھیں گے اور دوبارہ پیدا ہوں گے۔ یہاں تک کہ سب سے زیادہ یکساں ماحول میں بھی غذائی اجزاء کی کچھ غیر مساوی کثافت ہوتی ہے، اور یہ تغیرات کالونی کی سطح پر دھبوں کے آگے بڑھنے یا پیچھے گرنے کا سبب بنتے ہیں۔ تین جہتوں میں دہرائے جانے سے، یہ بیکٹیریا کی کالونی کو ٹکڑوں اور نوڈولز بنانے کا سبب بنتا ہے کیونکہ بیکٹیریا کے کچھ ذیلی گروپ اپنے پڑوسیوں سے زیادہ تیزی سے بڑھتے ہیں۔
"دوسرا، محققین نے مشاہدہ کیا کہ کالونی کی سطح کے قریب صرف بیکٹیریا بڑھے اور تین جہتی ترقی میں تقسیم ہوئے۔ کالونی کے مرکز میں موجود بیکٹیریا ایک غیر فعال حالت میں ختم ہوتے دکھائی دے رہے تھے۔ چونکہ اندر کے بیکٹیریا بڑھتے اور تقسیم نہیں ہو رہے تھے، اس لیے بیرونی سطح پر دباؤ نہیں تھا جس کی وجہ سے یہ یکساں طور پر پھیلتا تھا۔ اس کے بجائے، اس کی توسیع بنیادی طور پر کالونی کے بالکل کنارے کے ساتھ ترقی کے ذریعہ کارفرما ہے۔ اور کنارے کے ساتھ بڑھنا غذائیت کی مختلف حالتوں کے تابع ہے جس کے نتیجے میں بالآخر گڑبڑ، ناہموار نشوونما ہوتی ہے۔"
Alejandro Martinez-Calvo، پرنسٹن کے ایک پوسٹ ڈاکٹریٹ محقق اور مقالے کے پہلے مصنف نے کہا، "اگر نشوونما یکساں تھی، اور کالونی کے اندر موجود بیکٹیریا اور اطراف میں موجود بیکٹیریا میں کوئی فرق نہیں تھا، تو یہ غبارے کو بھرنے کے مترادف ہوگا۔ اندر سے آنے والا دباؤ گردوغبار پر کسی قسم کی ہنگامہ آرائی کو بھر دے گا۔"
یہ بتانے کے لیے کہ یہ دباؤ کیوں موجود نہیں تھا، محققین نے پروٹین میں فلوروسینٹ ٹیگ شامل کیا جو بیکٹیریا کے بڑھنے پر خلیات میں فعال ہو جاتے ہیں۔ جب بیکٹیریا فعال ہوتے ہیں تو فلوروسینٹ پروٹین روشن ہوتا ہے اور جب وہ نہیں ہوتے ہیں تو اندھیرا رہتا ہے۔ کالونیوں کا مشاہدہ کرتے ہوئے، محققین نے دیکھا کہ کالونی کے کنارے پر موجود بیکٹیریا چمکدار سبز تھے، جبکہ کور سیاہ تھا۔
داتا۔ نے کہا, "کالونی بنیادی طور پر خود کو ایک بنیادی اور ایک خول میں منظم کرتی ہے جو بہت مختلف طریقوں سے برتاؤ کرتی ہے۔"
"نظریہ یہ ہے کہ کالونی کے کناروں پر موجود بیکٹیریا زیادہ تر غذائی اجزاء اور آکسیجن کو اکٹھا کر لیتے ہیں، اور اندر کے بیکٹیریا کے لیے بہت کم رہ جاتے ہیں۔"
"ہم سوچتے ہیں کہ وہ غیر فعال ہو رہے ہیں کیونکہ وہ بھوکے ہیں، حالانکہ انہوں نے خبردار کیا کہ اس کی کھوج کے لیے مزید تحقیق کی ضرورت ہے۔"
"محققین کے ذریعہ استعمال کیے گئے تجربات اور ریاضی کے ماڈلز نے کالونی کی سطحوں پر بننے والے ٹکڑوں کی بالائی حد پائی۔ میں بے ترتیب تغیرات کے نتیجے میں دھندلی سطح آکسیجن اور ماحول میں غذائی اجزاء، لیکن بے ترتیب پن کچھ حدوں میں بھی ختم ہو جاتا ہے۔"
"کھردرا پن کی ایک بالائی حد ہوتی ہے کہ یہ کتنا بڑا ہو سکتا ہے - اگر ہم اس کا بروکولی سے موازنہ کریں تو پھولوں کا سائز۔ ہم ریاضی سے اس کی پیش گوئی کرنے کے قابل تھے، اور ایسا لگتا ہے کہ یہ 3-D میں بڑھتی ہوئی بڑی کالونیوں کی ایک ناگزیر خصوصیت ہے۔
"چونکہ بیکٹیریا کی افزائش کرسٹل کی نمو اور بے جان مواد کے دیگر اچھی طرح سے مطالعہ شدہ مظاہر کے طور پر اسی طرز کی پیروی کرتی ہے، محققین بیکٹیریل ترقی کی عکاسی کرنے کے لیے معیاری ریاضیاتی ماڈلز کو اپنانے کے قابل تھے۔ انہوں نے کہا کہ مستقبل کی تحقیق ممکنہ طور پر ترقی کے پیچھے میکانزم کو بہتر طور پر سمجھنے پر توجہ مرکوز کرے گی، کالونی کے کام کرنے کے لئے کسی نہ کسی طرح کی ترقی کی شکلوں کے اثرات، اور ان اسباق کو دلچسپی کے دیگر شعبوں میں لاگو کرنے پر۔
"بالآخر، یہ کام ہمیں سمجھنے اور بالآخر کنٹرول کرنے کے لیے مزید ٹولز فراہم کرتا ہے، کہ فطرت میں بیکٹیریا کیسے بڑھتے ہیں۔"
جرنل حوالہ:
- Alejandro Martínez-Calvo، مورفولوجیکل عدم استحکام اور بڑھتی ہوئی 3D بیکٹیریل کالونیوں کی کھردری۔ نیشنل اکیڈمی آف سائنسز کی کاروائی. ڈی او آئی: 10.1073 / PNN.2208019119
