साइनोबैक्टीरियल खिलता है और संबद्ध साइनोटॉक्सिन का जल्दी पता लगाने के लिए एक तेजी से बहुविषयक रणनीति यहां वर्णित है। यह 24 घंटे में पानी के नमूनों में साइनोबैक्टीरिया और संबंधित साइनोटॉक्सिन और जैविक मैट्रिस में, जैसे बाइवल्व नमूनों का पता लगाने की अनुमति देता है।
साइनोबैक्टीरिया और साइनोटॉक्सिन का फास्ट डिटेक्शन स्ट्रैटजी (एफडी) का उपयोग करके तेजी से पता लगाने का लक्ष्य हासिल किया जाता है। पानी के नमूनों में साइनोबैक्टीरिया और संबंधित साइनोटॉक्सिन की उपस्थिति को जानने के लिए और एक कार्बनिक मैट्रिक्स में, जैसे बाइवाल्व अर्क में केवल 24 एच की आवश्यकता होती है। एफडी विश्लेषणात्मक/बायोइंफॉर्मेटिक्स विश्लेषण के साथ रिमोट/समीपस्थ संवेदन तकनीकों को जोड़ती है । रिमोट सेंसिंग सहित त्रि-आयामी भौतिक स्थान में बहु-अनुशासनात्मक, बहु-पैमाने और बहु-पैरामेट्रिक मॉनिटरिंग के माध्यम से नमूना स्पॉट चुने जाते हैं। नमूनों का सूक्ष्म अवलोकन और वर्गीकरण विश्लेषण प्रयोगशाला सेटिंग में किया जाता है, जो साइनोबैक्टीरियल प्रजातियों की पहचान के लिए अनुमति देता है। इसके बाद नमूनों को ऑर्गेनिक सॉल्वैंट्स के साथ निकाला जाता है और एलसी-एमएस/एमएस के साथ संसाधित किया जाता है एमएस/एमएस द्वारा प्राप्त डेटा का विश्लेषण ऑनलाइन प्लेटफॉर्म ग्लोबल नेचुरल प्रोडक्ट्स सोशल (जीएनपीएस) का उपयोग करके एक बायोइंफॉर्मेमैटिक अप्रोच का उपयोग करके अणुओं का नेटवर्क बनाने के लिए किया जाता है । इन नेटवर्कों का पता लगाने और विषाक्त पदार्थों की पहचान करने के लिए विश्लेषण कर रहे हैं, GNPS पुस्तकालय के साथ बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा प्राप्त विखंडन स्पेक्ट्रा के डेटा की तुलना । यह ज्ञात विषाक्त पदार्थों और अज्ञात एनालॉग का पता लगाने की अनुमति देता है जो एक ही आणविक नेटवर्क में संबंधित दिखाई देते हैं।
पिछले 15 वर्षों में पूरी दुनिया में 1,2में सायनोबैक्टीरियल खिलता एक पर्यावरणीय समस्या के रूप मेंउभराहै । सायनोबैक्टीरिया खिलता साइनोबैक्टीरिया नाम के सूक्ष्मजीवों के अतिवृद्धि के कारण होता है। वे प्रकाश संश्लेषित सूक्ष्मजीवों का एक विशिष्ट समूह है जिसने उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों और बेहद ठंडे पानी सहित वातावरण की एक बड़ी सरणी में रहने के लिए खुद को अनुकूलित किया है। वे पानी की सतहों को कवर करने वाले बड़े खिलता उत्पादन के लिए जाने जाते हैं, विशेष रूप से पोषक तत्वों के बड़े पैमाने पर संवर्धन के जवाब में, तथाकथित यूट्रोफिकेशन प्रक्रिया3।
इसलिए, साइनोबैक्टीरिया जल प्रदूषण 4 ,5,6के उत्कृष्ट बायोइंडिकेटर हैं। वे7,8रोचक औषधीय गुणों के साथ प्राकृतिक यौगिकों की एक विस्तृत श्रृंखला का उत्पादन भी कर सकते हैं । साइनोबैक्टीरिया से संबंधित पर्यावरणीय समस्या खुद खिलती है। खिलता पानी के नीचे घास के लिए सूरज की रोशनी ब्लॉक कर सकते हैं, मछली को मारता है, सतह मैल और गंध का उत्पादन करने के लिए अग्रणी पानी में ऑक्सीजन का उपभोग, और जीवों के फिल्टर खिला के साथ हस्तक्षेप9।
इसके अलावा, और भी अधिक गंभीरता से, तापमान, पोषक तत्वों (फास्फोरस और नाइट्रोजन), सूरज की रोशनी (प्रकाश संश्लेषण के लिए), और पानी के पीएच जैसे कारकों के एक विशिष्ट संयोजन में, साइनोबैक्टीरियल खिलता विष उत्पादन को ट्रिगर करता है; इसलिए, वे मनुष्यों और जानवरों के लिए हानिकारक हो जाते हैं। सायनोटॉक्सिन का सबसे अधिक अध्ययन किया गया वर्ग जेनेरा माइक्रोसिस्टिस द्वारा उत्पादित किया जाता है। ये साइक्लिक पेप्टाइड्स हैं जिन्हें माइक्रोसाइस्टिन (एमसी) के सामान्य नाम के तहत जाना जाता है: माइक्रोसाइस्टिन-एलआर को गंभीर हेपेटोक्सिसिटी10का उत्पादन करने में सक्षम होने के रूप में सबसे अधिक अध्ययन किया जा रहा है। जानवरों और मनुष्यों को दूषित पीने के पानी या भोजन के घूस से एमसी के संपर्क में किया जा सकता है । विश्व स्वास्थ्य संगठन (डब्ल्यूएचओ) ने गाइडलाइन11के रूप में ०.००१ मिलीग्राम/एल के कुल माइक्रोसिस्टिन-एलआर वैल्यू का सुझाव दिया । हालांकि, यह अब तक अलग-थलग पड़े 100 से ज्यादा माइक्रोसिस्टिन्स में से सिर्फ एक वैरिएंट (यानी एमसी-एलआर) से संबंधित है।
पहले रिपोर्ट किए गए संयुक्त तरीकों, जैसे कि माल्डी-एएफएफ एमएस विश्लेषण12, 13,14,15के साथ रिमोट सेंसिंग ने एमसी की एकाग्रता का पता लगाने पर ध्यान केंद्रित किया है। सबसे हालिया तरीके कम-रिज़ॉल्यूशन सेंसर का उपयोग करते हैं जो केवल व्यापक खिलने के विस्तार का पता लगाने में प्रभावी होते हैं; वे केवल विषाक्त पदार्थों का खुलासा करने में भी सक्षम हैं जिनके लिए मानक उपलब्ध हैं। इसके अलावा, इन प्रक्रियाओं के अधिकांश समय लेने वाली हैं, और समय को रोकने या सुरक्षा समस्याओं को कम करने के लिए खिलने का जल्दी पता लगाने के लिए एक नाटकीय कारक है । यहां प्रस्तावित बहुविषयक रणनीति केवल 24 एच16के बाद साइनोबैक्टीरिया ब्लूम और साइनोटॉक्सिन का तेजी से पता लगाने प्रदान करती है।
MuM3 नामक कार्यक्रम के फ्रेम में, “बहु-अनुशासनात्मक, बहु-पैमाने और बहु-गुणक निगरानी त्रि-आयामी (3 डी) भौतिक स्थान में”17,18,एक फास्ट डिटेक्शन रणनीति (एफडी) खिलने का पता लगाने के लिए कई तकनीकों के फायदों को जोड़ती है: 1) खिलने का पता लगाने के लिए रिमोट सेंसिंग; 2) साइनोबैक्टीरिया प्रजातियों का पता लगाने के लिए सूक्ष्म अवलोकन; और 3) विश्लेषणात्मक/बायोइन्फॉर्मेटिक्स विश्लेषण, अर्थात्, एलसी-एचआरएमएस आधारित आणविक नेटवर्किंग, साइनोटॉक्सिन का पता लगाने के लिए । परिणाम 24 घंटे के भीतर प्राप्त कर रहे हैं ।
नया दृष्टिकोण कम समय में व्यापक तटीय क्षेत्रों की निगरानी करने, कई नमूने और विश्लेषण से बचने और पता लगाने के समय और लागत को कम करने के लिए उपयोगी है । यह रणनीति साइनोबैक्टीरिया और उनके विषाक्त पदार्थों की निगरानी के लिए विभिन्न दृष्टिकोणों के अध्ययन और अनुप्रयोग का परिणाम है और उनमें से प्रत्येक के फायदों को जोड़ती है। विशेष रूप से, परिणामों का विश्लेषण, रिमोट सेंसिंग विश्लेषण के लिए विभिन्न प्लेटफार्मों (उपग्रह, विमान, ड्रोन) और सेंसर (MODIS, थर्मल इन्फ्रारेड) के उपयोग से आ रहा है, जैसे साइनोबैक्टीरियल प्रजातियों (माइक्रोस्कोप, यूवी-विस स्पेक्ट्रोस्कोपी, 16S विश्लेषण) और विषाक्त पदार्थों (एलसी-एमएस विश्लेषण, आणविक नेटवर्किंग) की पहचान के लिए विविध पद्धतिगत दृष्टिकोणों के रूप में, विशिष्ट और सामान्य उद्देश्यों के लिए सबसे उपयुक्त विधि के चयन की अनुमति दी। नई पद्धति प्रयोग किया गया था और Campania तटों (इटली) पर बाद में निगरानी अभियानों में मांय, Campania पर्यावरण संरक्षण एजेंसी निगरानी कार्यक्रम के फ्रेम में ।
चित्रा 1:एफडी रणनीति। साइनोबैक्टीरिया और साइनोटॉक्सिन के लिए फास्ट डिटेक्शन रणनीति का अवलोकन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
पिछले वर्षों के दौरान, हमारी टीम ने कई अलग-अलग दृष्टिकोणों का परीक्षण किया और मान्य किया जो जल निकायों और बाइवाल्व में साइनोबैक्टीरिया और साइनोटॉक्सिन की उपस्थिति को जानने की अनुमति देते हैं। नई विकसित रणनीति इन अध्ययनों के परिणाम का प्रतिनिधित्व करता है । इष्टतम तकनीकों और प्रौद्योगिकियों कि तेजी से पता लगाने के दायरे फिट, एक अद्वितीय प्रक्रिया है कि प्रत्येक एक कदम की प्रभावशीलता को अधिकतम की टोपी के तहत इकट्ठे हुए हैं । लक्ष्य क्षेत्र, खिल विस्तार, और बढ़ते चरण का उपयोग करने के लिए उपयुक्त तरीकों और प्रौद्योगिकियों की पसंद के लिए प्रेरक शक्ति हैं।
जब साइनोबैक्टीरिया और साइनोटॉक्सिन फास्ट डिटेक्शन प्राथमिकता है, तो रणनीति को चार मुख्य चरणों में कुल संख्या को कम करने के लिए सुव्यवस्थित किया जाता है: (1) पहले सर्वेक्षण के लिए रिमोट और समीपस्थ संवेदन और डेटा विश्लेषण, साइटों का स्थानीयकरण और खिलने के पैटर्न और विस्तार की परिभाषा; (2) निर्देशित नमूना; (3) सूक्ष्म अवलोकन और वर्गीकरण विश्लेषण; (4) पानी के नमूनों की पुनरावृत्ति और साइनोटॉक्सिन का तेजी से पता लगाने के लिए एलसी-एमएस डेटा का रासायनिक विश्लेषण और आणविक नेटवर्किंग ।
पहले कदम के बारे में, भले ही पदानुक्रमित निगरानी दृष्टिकोण की सभी परतों को कवर करने वाले प्लेटफार्मों की एक पूरी श्रृंखला द्वारा प्राप्त डेटा की उपलब्धता विश्लेषण किए गए परिदृश्य की पूरी दृष्टि को फिर से तैयार करने का सबसे अच्छा समाधान होगा, अक्सर सिर्फ एक जानकारी परत क्षेत्र सर्वेक्षण कार्रवाई को ड्राइव कर सकती है और इन-सीटू नमूना कार्रवाई करने के लिए हॉट स्पॉट पर प्रभावी रूप से ध्यान केंद्रित कर सकती है। उपग्रहों, विमानों, हेलीकॉप्टरों, यूएवी का उपयोग करके डेटा प्राप्त किए गए रिपोर्ट किए गए अनुभवों के अनुसार, फास्ट डिटेक्शन रणनीति के लिए आवश्यक जरूरतों से पूरी तरह से मेल खाता है कि समाधान केवल उपग्रह उत्पादों का उपयोग है ।
इसके अलावा, सूचना परतें जो उपग्रहों (जैसे, विमानों, हेलीकॉप्टरों, यूएवी) की तुलना में कम ऊंचाई पर उड़ान भरने वाले प्लेटफार्मों द्वारा किए गए मिशनों से प्राप्त होती हैं, महान संकल्प के साथ जानकारी को फिर से तैयार करती हैं लेकिन ये बहुत महंगे हैं और पूर्ण अधिग्रहण प्रक्रिया को पूरा करने के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है जिसमें उड़ान योजना को परिभाषित करना और अनुमोदन भी शामिल है।
एक बार नमूनों का चयन किया गया है (चरण 2), विश्लेषणात्मक/बायोइन्फॉर्मेटिक्स विश्लेषण (एलसी-एमएस डेटा के आणविक नेटवर्किंग) पानी के नमूनों की तेजी से dereplication और साइनोटॉक्सिन (चरण 3 और 4) का तेजी से पता लगाने के लिए उपकरण है । 16S मेटाजन्नोमिक विश्लेषण में कम से कम 2 सप्ताह का काम लगता है। इसके अलावा, यहां तक कि जब सामान्य रूप से विषाक्त होने वाली सायनोबैक्टीरियल प्रजातियों की पहचान की जाती है, तो उनके विष उत्पादन का प्रदर्शन नहीं किया जाता है। इसी कारण से, सूक्ष्म अवलोकन विषाक्त साइनोबैक्टीरिया की उपस्थिति को प्रकट करने के लिए पर्याप्त नहीं है। बेशक, एमएस विश्लेषण और आणविक नेटवर्किंग की कुछ सीमाएं हैं; वे काफी प्रभावी हैं यदि ब्याज के यौगिक (जैसे, विषाक्त पदार्थ) लागू शर्तों में अच्छी तरह से आयनित होते हैं, यदि वे पर्याप्त मात्रा में हैं। ज्ञात साइनोबैक्टीरियल टॉक्सिन डिटेक्शन और मॉनिटरिंग के उद्देश्य से, एमएस-आधारित आणविक नेटवर्किंग वास्तव में अधिक मजबूत और विश्वसनीय प्रौद्योगिकियों में से एक का प्रतिनिधित्व करता है।
इसलिए, यह दृष्टिकोण काफी उपयोगी साबित होता है जब साइनोबैक्टीरिया और संबंधित साइनोटॉक्सिन का तेजी से पता लगाने की आवश्यकता होती है; इसके अलावा अंतरिक्ष और समय पर साइनोबैक्टीरियल ब्लूम और टॉक्सिन दोनों का मात्राकरण भी इस रणनीति द्वारा संभव है ताकि स्वास्थ्य समुदायों की समस्याओं को रोका जा सके जो बड़े साइनोबैक्टीरियल विषाक्त खिलता से पैदा हो सकते हैं ।
The authors have nothing to disclose.
इस शोध को परियोजना के फ्रेम में “सेंट्रो डी रिफ्रेमेंटो रीजनल प्रति ला सिकुरेज़ा सैनिटेरिया डेल पेस्काटो (CRiSSaP)” द्वारा वित्त पोषित किया गया था” परियोजना के फ्रेम में “Attività pilota di Monitoraggio di Cianobatteri नेला फासिया कोरियरा डेला क्षेत्र और कैम्पानिया क्षेत्र पर्यावरण संरक्षण एजेंसी, इटली (ARPAC) के सहयोग से प्रदर्शन किया, “Istituto Zooprofilattico Sperimentale डेल Mezzogiorno/Osservatorio Regionale प्रति ला सिकुरेजा Alimentare” (IZSM/ORSA), नेपल्स विश्वविद्यालय “Federico द्वितीय”-पशु चिकित्सा और पशु उत्पादन विभाग, रेफरी प्रो ए Anastasio) ।
10X Vitamin mix | Nicotinic acid 100 mg/100 mL; PABA 10 mg/100 mL; Biotin 1 mg/100 mL; Thiamine 200 mg/100 mL; B12 1 mg/100 mL; Folic Acid 1 mg/100 mL; i-inositol 1 mg/100 mL; Ca-pantothenate 100 mg/100 mL | ||
1-BuOH | Sigma-Aldrich | 33065.2.5L-R | |
BG11 stock solution | Na2EDTA 20 mg/L; Ferric ammonium citrate 120 mg/L; Citric acid·1H2O 120 mg/L; CaCl2·2H2O 700 mg/L, MgSO4·7H2O 1.5 g/L, K2HPO4·3H2O 800 mg/L, NiSO4(NH4)2SO4·6H2O (0.1 mM stock) 5 mL; Na2SeO4 (0.1 mM stock) 2 mL, Nitsch's Solution 20 mL | ||
Centrifuge | Hermle | Z36HK | |
CHCl3 | Honeywell | 32211.2.5L | |
H2O | Sigma-Aldrich | 34877.2.5L | |
Kinetex C18 cloumn | Phenomenex | ||
LTQ Orbitrap XL high-resolution ESI mass spectrometer coupled to a U3000 HPLC system | Thermo | ||
MeOH | Honeywell | 32213.2.5L | |
Microscope equipped with an OMAX 18 MP CMOS camera | Optech | Biostar B3 | |
Multiband camera | Intergraph DMC | ||
Nitsch's Solution | H3BO3 0.5 g/L MnSO4· H2O 2.28 g/L ZnSO4·7H2O 0.5 g/L CuSO4·5H2O 0.025 g/L COCl2·6H2O 0.135 g/L Na2MoO4·2H2O 0.025 g/L |
||
Refractomer mr 100 ATC | AQL | ||
SWBG11 medium | BG11 stock solution 50 mL/L; Instant Ocean 33 g/L; Water 950 mL/L 10X; Vitamin mix 100 µL/L |