સ્થૂળ વનસ્પતિઓ અને પ્રાણીઓ ઉપરાંત, સૂક્ષ્મજીવો આ પૃથ્વી પરના જૈવિક પ્રણાલીઓના મુખ્ય ઘટકો છે. તમે કક્ષા XI માં જીવંત સજીવોની વિવિધતા વિશે અભ્યાસ કર્યો છે. શું તમને યાદ છે કે જીવંત સજીવોમાંથી કયા સામ્રાજ્યોમાં સૂક્ષ્મજીવો હોય છે? કયા એવા છે જે ફક્ત સૂક્ષ્મદર્શી હોય છે? સૂક્ષ્મજીવો સર્વત્ર હાજર છે - માટીમાં, પાણીમાં, હવામાં, આપણા શરીરની અંદર અને અન્ય પ્રાણીઓ અને વનસ્પતિઓમાં. તેઓ એવી જગ્યાઓ પર પણ હાજર છે જ્યાં કોઈપણ અન્ય જીવ-રૂપ અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે નહીં - જેમ કે ગેઇઝર્સ (થર્મલ વેન્ટ્સ) ની અંદર ઊંડા, જ્યાં તાપમાન 1000C જેટલું ઊંચું હોઈ શકે છે, માટીમાં ઊંડા, બરફની સ્તરો હેઠળ ઘણા મીટર જાડા, અને અત્યંત ઍસિડિક વાતાવરણમાં. સૂક્ષ્મજીવો વિવિધ છે– પ્રોટોઝોઆ, બેક્ટેરિયા, ફૂગ અને સૂક્ષ્મદર્શી પ્રાણી અને વનસ્પતિ વાઇરસ, વાઇરોઇડ્સ અને પ્રાયોન્સ પણ જે પ્રોટીનયુક્ત સંક્રામક કારકો છે. સૂક્ષ્મજીવોમાંથી કેટલાક આકૃતિ 10.1 અને 10.2 માં બતાવેલ છે.

આકૃતિ 10.1 બેક્ટેરિયા: (a) દંડાકાર, 1500X વિસ્તૃત; (b) ગોળાકાર, 1500X વિસ્તૃત; (c) ફ્લેજેલા દર્શાવતું એક દંડાકાર બેક્ટેરિયમ, 50,000X વિસ્તૃત

આકૃતિ 10.2 વાઇરસ: (a) એક બેક્ટરિયોફેજ; (b) એડેનોવાઇરસ જે શ્વસન તંત્રના ચેપનું કારણ બને છે; (c) દંડાકાર તમાકુ મોઝેક વાઇરસ (TMV). લગભગ 1,00,000–1,50,000X વિસ્તૃત

આકૃતિ 10.3 (a) પેટ્રી ડિશમાં વધતા બેક્ટેરિયાની કોલોનીઓ; (b) પેટ્રી ડિશમાં વધતી ફૂગની કોલોની

બેક્ટેરિયા અને ઘણી ફૂગ જેવા સૂક્ષ્મજીવોને પોષક માધ્યમ પર ઉછેરીને કોલોનીઓ બનાવી શકાય છે (આકૃતિ 10.3), જે નરી આંખોથી જોઈ શકાય છે. આવા સંવર્ધન સૂક્ષ્મજીવો પરના અભ્યાસમાં ઉપયોગી છે.

અધ્યાય 8 માં, તમે વાંચ્યું છે કે સૂક્ષ્મજીવો મનુષ્યમાં ઘણી બધી બિમારીઓનું કારણ બને છે. તેઓ પ્રાણીઓ અને વનસ્પતિઓમાં પણ રોગોનું કારણ બને છે. પરંતુ આથી તમને એવું નહીં લાગવું જોઈએ કે બધા જ સૂક્ષ્મજીવો હાનિકારક છે; અનેક સૂક્ષ્મજીવો મનુષ્ય માટે વિવિધ રીતે ઉપયોગી છે. માનવ કલ્યાણમાં સૂક્ષ્મજીવોના કેટલાક સૌથી મહત્વપૂર્ણ યોગદાનો આ અધ્યાયમાં ચર્ચા કરવામાં આવ્યા છે.

10.1 ઘરેલું ઉત્પાદનોમાં સૂક્ષ્મજીવો

તમને જાણીને આશ્ચર્ય થશે કે આપણે રોજિંદા જીવનમાં સૂક્ષ્મજીવો અથવા તેમનાથી મેળવેલ ઉત્પાદનોનો ઉપયોગ કરીએ છીએ. એક સામાન્ય ઉદાહરણ છે દૂધમાંથી દહીં બનાવવું. લેક્ટોબેસિલસ અને અન્ય જેમને સામાન્ય રીતે લેક્ટિક ઍસિડ બેક્ટેરિયા (LAB) કહેવામાં આવે છે તેવા સૂક્ષ્મજીવો દૂધમાં વધે છે અને તેને દહીંમાં રૂપાંતરિત કરે છે. વૃદ્ધિ દરમિયાન, LAB એસિડ ઉત્પન્ન કરે છે જે દૂધના પ્રોટીનને સંકોચિત અને આંશિક રીતે પાચન કરે છે. ઇનોક્યુલમ અથવા સ્ટાર્ટર તરીકે તાજા દૂધમાં ઉમેરવામાં આવતા થોડા પ્રમાણમાં દહીંમાં લાખો LAB હોય છે, જે યોગ્ય તાપમાને ગુણાકાર થાય છે, આમ દૂધને દહીંમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જે વિટામિન B12 ને વધારીને તેની પોષણ ગુણવત્તામાં સુધારો કરે છે. આપણા પેટમાં પણ, LAB રોગકારક સૂક્ષ્મજીવોને નિયંત્રિત કરવામાં ખૂબ જ ફાયદાકારક ભૂમિકા ભજવે છે.

ડોસા અને ઇડલી જેવા ખાદ્ય પદાર્થો બનાવવા માટે વપરાતા લોટને પણ બેક્ટેરિયા દ્વારા કિણ્વિત કરવામાં આવે છે. લોટનો ફુલાયેલો દેખાવ CO2 વાયુના ઉત્પાદનને કારણે છે. તમે કહી શકો છો કે કયા ચયાપચય માર્ગની પ્રક્રિયા થઈ રહી છે જેના પરિણામે CO2 ની રચના થાય છે? તમને શું લાગે છે કે આ કિણ્વન માટેના બેક્ટેરિયા ક્યાંથી આવે છે? તે જ રીતે બ્રેડ બનાવવા માટે વપરાતા લોટને બેકરના યીસ્ટ (સેકેરોમાઇસીસ સેરેવિસીયે) નો ઉપયોગ કરીને કિણ્વિત કરવામાં આવે છે. ઘણા પરંપરાગત પીણાં અને ખાદ્ય પદાર્થો પણ સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા કિણ્વન દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. ‘તાડી’, દક્ષિણ ભારતના કેટલાક ભાગોનું એક પરંપરાગત પીણું, તાડના રસને કિણ્વિત કરીને બનાવવામાં આવે છે. માછલી, સોયાબીન અને બાંસના કોમળ ભાગોને ખાદ્ય પદાર્થો બનાવવા માટે કિણ્વિત કરવા માટે પણ સૂક્ષ્મજીવોનો ઉપયોગ થાય છે. ચીઝ, એ સૌથી જૂનો ખાદ્ય પદાર્થ છે જેમાં સૂક્ષ્મજીવોનો ઉપયોગ થતો હતો. ચીઝની વિવિધ કિસ્મો તેમની વિશિષ્ટ બનાવટ, સ્વાદ અને સ્વાદ માટે જાણીતી છે, વિશિષ્ટતા વપરાતા સૂક્ષ્મજીવો પરથી આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ‘સ્વિસ ચીઝ’માં મોટા છિદ્રો પ્રોપિઓનિબેક્ટેરિયમ શર્માની નામના બેક્ટેરિયા દ્વારા મોટી માત્રામાં CO2 ના ઉત્પાદનને કારણે છે. ‘રોક્ફોર્ટ ચીઝ’ તેના પર એક ચોક્કસ ફૂગ ઉછેરીને પાકવા દેવામાં આવે છે, જે તેને એક ખાસ સ્વાદ આપે છે.

10.2 ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનોમાં સૂક્ષ્મજીવો

ઉદ્યોગમાં પણ, સૂક્ષ્મજીવોનો ઉપયોગ મનુષ્ય માટે મૂલ્યવાન ઘણા ઉત્પાદનોના સંશ્લેષણ માટે થાય છે. પીણાં અને એન્ટિબાયોટિક્સ કેટલાક ઉદાહરણો છે. ઔદ્યોગિક સ્તરે ઉત્પાદન માટે, સૂક્ષ્મજીવોને ફર્મેન્ટર્સ (આકૃતિ 10.4) કહેવાતા ખૂબ મોટા પાત્રોમાં ઉછેરવાની જરૂર પડે છે.

આકૃતિ 10.4 ફર્મેન્ટર્સ

10.2.1 કિણ્વિત પીણાં

સૂક્ષ્મજીવો ખાસ કરીને યીસ્ટનો ઉપયોગ અતિ પ્રાચીન કાળથી વાઇન, બીયર, વ્હિસ્કી, બ્રાન્ડી અથવા રમ જેવા પીણાંઓના ઉત્પાદન માટે થતો આવ્યો છે. આ હેતુ માટે બ્રેડ બનાવવા માટે વપરાતા જ યીસ્ટ સેકેરોમાઇસીસ સેરેવિસીયે, જેને સામાન્ય રીતે બ્રુવર્સ યીસ્ટ કહેવામાં આવે છે, તેનો ઉપયોગ મોલ્ટેડ અનાજ અને ફળના રસને કિણ્વિત કરવા માટે, ઇથેનોલ ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે. શું તમે ચયાપચય પ્રક્રિયાઓ યાદ કરો છો, જે યીસ્ટ દ્વારા ઇથેનોલના ઉત્પાદનમાં પરિણમે છે? કિણ્વન માટે વપરાતા કાચા માલના પ્રકાર અને પ્રક્રિયાના પ્રકાર (ડિસ્ટિલેશન સાથે અથવા વગર) પર આધાર રાખીને વિવિધ પ્રકારના મદ્ય પીણાં મળે છે. વાઇન અને બીયર ડિસ્ટિલેશન વગર ઉત્પાદિત થાય છે જ્યારે વ્હિસ્કી, બ્રાન્ડી અને રમ કિણ્વિત દ્રાવણના ડિસ્ટિલેશન દ્વારા ઉત્પાદિત થાય છે. ફર્મેન્ટેશન પ્લાન્ટનું ફોટોગ્રાફ આકૃતિ 10.5 માં બતાવેલ છે.

આકૃતિ 10.5 ફર્મેન્ટેશન પ્લાન્ટ

10.2.2 એન્ટિબાયોટિક્સ

સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા ઉત્પાદિત એન્ટિબાયોટિક્સને વીસમી સદીના સૌથી મહત્વપૂર્ણ શોધમાંથી એક માનવામાં આવે છે અને માનવ સમાજના કલ્યાણ તરફ ખૂબ ફાળો આપ્યો છે. એન્ટિ એક ગ્રીક શબ્દ છે જેનો અર્થ ‘વિરુદ્ધ’ થાય છે, અને બાયોનો અર્થ ‘જીવન’ થાય છે, સાથે મળીને તેનો અર્થ ‘જીવન વિરુદ્ધ’ થાય છે (રોગકારક સજીવોના સંદર્ભમાં); જ્યારે મનુષ્યના સંદર્ભમાં, તેઓ ‘જીવન પક્ષના’ છે અને વિરુદ્ધ નથી. એન્ટિબાયોટિક્સ રાસાયણિક પદાર્થો છે, જે કેટલાક સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે અને અન્ય (રોગકારક) સૂક્ષ્મજીવોને મારી શકે છે અથવા તેમની વૃદ્ધિને અવરોધી શકે છે.

તમે સામાન્ય રીતે વપરાતા એન્ટિબાયોટિક પેનિસિલિનથી પરિચિત છો. શું તમે જાણો છો કે પેનિસિલિન એ શોધાયેલ પ્રથમ એન્ટિબાયોટિક હતું, અને તે એક આકસ્મિક શોધ હતી? એલેક્ઝાન્ડર ફ્લેમિંગ સ્ટેફિલોકોકાઇ બેક્ટેરિયા પર કામ કરતી વખતે, એકવાર તેમણે જોયું કે તેમની એક અધૂરી ધોયેલી સંસ્કૃતિ પ્લેટની આસપાસ એક મોલ્ડ વધી રહ્યો હતો જેની આસપાસ સ્ટેફિલોકોકાઇ વધી શકતા ન હતા. તેમણે શોધી કાઢ્યું કે તે મોલ્ડ દ્વારા ઉત્પાદિત રસાયણને કારણે હતું અને તેમણે તેનું નામ મોલ્ડ પેનિસિલિયમ નોટેટમ પછી પેનિસિલિન રાખ્યું. જોકે, તેની સંપૂર્ણ સંભાવના એક અસરકારક એન્ટિબાયોટિક તરીકે ઘણું પછી અર્નેસ્ટ ચેઇન અને હોવર્ડ ફ્લોરી દ્વારા સ્થાપિત કરવામાં આવી હતી. આ એન્ટિબાયોટિકનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ બીજા વિશ્વ યુદ્ધમાં ઘાયલ થયેલા અમેરિકન સૈનિકોના સારવાર માટે થતો હતો. ફ્લેમિંગ, ચેઇન અને ફ્લોરીને આ શોધ માટે 1945 માં નોબલ પુરસ્કારથી સન્માનિત કરવામાં આવ્યા હતા.

પેનિસિલિન પછી, અન્ય એન્ટિબાયોટિક્સ પણ અન્ય સૂક્ષ્મજીવોમાંથી શુદ્ધ કરવામાં આવ્યા હતા. શું તમે કેટલાક અન્ય એન્ટિબાયોટિક્સનાં નામ આપી શકો છો અને તેમના સ્ત્રોત શોધી શકો છો? એન્ટિબાયોટિક્સએ પ્લેગ, કુકર ખાંસી (કાળી ખાંસી), ડિપ્થેરિયા (ગળગોટ) અને કોઢ (કુષ્ઠ રોગ) જેવી ઘાતક બિમારીઓની સારવાર કરવાની આપણી ક્ષમતામાં ખૂબ સુધારો કર્યો છે, જે દુનિયાભરમાં લાખો લોકોને મારતા હતા. આજે, આપણે એન્ટિબાયોટિક્સ વગરની દુનિયાની કલ્પના પણ કરી શકતા નથી.

10.2.3 રસાયણો, ઉત્સેચકો અને અન્ય જૈવસક્રિય અણુઓ

સૂક્ષ્મજીવોનો ઉપયોગ કેટલાક રસાયણો જેવા કે કાર્બનિક ઍસિડ, આલ્કોહોલ અને ઉત્સેચકોના વ્યાપારીક અને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે પણ થાય છે. ઍસિડ ઉત્પાદકોના ઉદાહરણો છે એસ્પર્જિલસ નાઇજર (એક ફૂગ) સિટ્રિક ઍસિડનો, એસિટોબેક્ટર એસિટી (એક બેક્ટેરિયમ) એસિટિક ઍસિડનો; ક્લોસ્ટ્રિડિયમ બ્યુટીલિકમ (એક બેક્ટેરિયમ) બ્યુટાયરિક ઍસિડનો અને લેક્ટોબેસિલસ (એક બેક્ટેરિયમ) લેક્ટિક ઍસિડનો.

યીસ્ટ (સેકેરોમાઇસીસ સેરેવિસીયે) નો ઉપયોગ ઇથેનોલના વ્યાપારીક ઉત્પાદન માટે થાય છે. ઉત્સેચકોના ઉત્પાદન માટે પણ સૂક્ષ્મજીવોનો ઉપયોગ થાય છે. લિપેસનો ઉપયોગ ડિટર્જન્ટ ફોર્મ્યુલેશનમાં થાય છે અને લોન્ડ્રીમાંથી તેલીયા ડાઘ દૂર કરવામાં મદદરૂપ થાય છે. તમે જરૂર નોંધ્યું હશે કે બજારમાંથી ખરીદેલી બોટલવાળી ફળના રસ ઘરે બનાવેલી રસની તુલનામાં વધુ સ્પષ્ટ હોય છે. આ એટલા માટે છે કે બોટલવાળા રસ પેક્ટિનેસ અને પ્રોટીએઝના ઉપયોગ દ્વારા સ્પષ્ટ કરવામાં આવે છે. સ્ટ્રેપ્ટોકોકસ બેક્ટેરિયા દ્વારા ઉત્પાદિત સ્ટ્રેપ્ટોકાઇનેઝ અને જનીન ઇજનેરી દ્વારા સંશોધિત, હૃદયરોગનો હુમલો થયેલા રોગીઓના રક્તવાહિનીઓમાંથી થ્રોમ્બસ (બ્લડ ક્લોટ) દૂર કરવા માટે ‘ક્લોટ બસ્ટર’ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

બીજો જૈવસક્રિય અણુ, સાયક્લોસ્પોરિન A, જે અંગ-પ્રત્યારોપણના રોગીઓમાં ઇમ્યૂનોસપ્રેસિવ એજન્ટ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે, તે ફૂગ ટ્રાઈકોડર્મા પોલિસ્પોરમ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. યીસ્ટ મોનાસ્કસ પરપ્યુરિયસ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ સ્ટેટિન્સને રક્ત-કોલેસ્ટ્રોલ ઘટાડનાર એજન્ટ તરીકે વ્યાપારીકરણ કરવામાં આવ્યું છે. તે કોલેસ્ટ્રોલના સંશ્લેષણ માટે જવાબદાર ઉત્સેચકને સ્પર્ધાત્મક રીતે અવરોધીને કાર્ય કરે છે.

10.3 સિવેજ ટ્રીટમેન્ટમાં સૂક્ષ્મજીવો

આપણે જાણીએ છીએ કે શહેરો અને નગરોમાં રોજિંદા મોટા પ્રમાણમાં કચરા પાણી ઉત્પન્ન થાય છે. આ કચરા પાણીનો એક મુખ્ય ઘટક માનવ મળ છે. આ મ્યુનિસિપલ કચરા પાણીને સિવેજ પણ કહેવામાં આવે છે. તેમાં મોટા પ્રમાણમાં કાર્બનિક પદાર્થો અને સૂક્ષ્મજીવો હોય છે. જેમાંથી ઘણા રોગકારક હોય છે. શું તમે ક્યારેય વિચાર્યું છે કે આ મોટા પ્રમાણમાં સિવેજ અથવા શહેરી કચરા પાણીનો નિકાલ દરરોજ ક્યાં થાય છે? આને સીધા નદીઓ અને નાળા જેવા કુદરતી જળ સ્ત્રોતોમાં છોડી શકાય નહીં - તમે સમજી શકો છો કે શા માટે. નિકાલ પહેલાં, તેથી, સિવેજને ઓછું પ્રદૂષિત બનાવવા માટે સિવેજ ટ્રીટમેન્ટ પ્લાન્ટ્સ (STPs) માં સારવાર આપવામાં આવે છે. કચરા પાણીની સારવાર સિવેજમાં કુદરતી રીતે હાજર હેટરોટ્રોફિક સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા કરવામાં આવે છે. આ સારવાર બે તબક્કામાં કરવામાં આવે છે:

આકૃતિ 10.6 દ્વિતીયક સારવાર

પ્રાથમિક સારવાર : આ સારવારના પગલાંમાં મૂળભૂત રીતે સિવેજમાંથી ફિલ્ટરેશન અને સેડિમેન્ટેશન દ્વારા કણો - મોટા અને નાના - નું ભૌતિક દૂરીકરણ સામેલ છે. આ તબક્કામાં દૂર કરવામાં આવે છે; શરૂઆતમાં, તરતા કચરાને ક્રમિક ફિલ્ટરેશન દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે. પછી માટી અને નાના કાંકરા સેડિમેન્ટેશન દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે. બધા ઘન પદાર્થો જે નીચે બેસે છે તે પ્રાથમિક સ્લડ્જ બનાવે છે, અને ઉપરનો સ્પષ્ટ પ્રવાહી ઇફ્લુએન્ટ બનાવે છે. પ્રાથમિક સેટલિંગ ટાંકીમાંથી ઇફ્લુએન્ટને દ્વિતીયક સારવાર માટે લઈ જવામાં આવે છે. દ્વિતીયક સારવાર અથવા જૈવિક સારવાર : પ્રાથમિક ઇફ્લુએન્ટને મોટી એરેશન ટાંકીઓમાં પસાર કરવામાં આવે છે (આકૃતિ 10.6) જ્યાં તેને યાંત્રિક રીતે સતત હલાવવામાં આવે છે અને તેમાં હવા પંપ કરવામાં આવે છે. આ ફ્લોક્સ (બેક્ટેરિયાના સમૂહ જે ફૂગના તંતુઓ સાથે જોડાયેલા હોય છે અને જાળી જેવી રચના બનાવે છે) માં ઉપયોગી એરોબિક સૂક્ષ્મજીવોની જોરદાર વૃદ્ધિને પરવાનગી આપે છે. વધતી વખતે, આ સૂક્ષ્મજીવો ઇફ્લુએન્ટમાંના મુખ્ય કાર્બનિક પદાર્થનો વપરાશ કરે છે. આ ઇફ્લુએન્ટની BOD (બાયોકેમિકલ ઑક્સિજન ડિમાન્ડ) ને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. BOD એ ઑક્સિજનની તે