मोठ्या प्रमाणात दिसणाऱ्या वनस्पती आणि प्राण्यांबरोबरच, सूक्ष्मजीव हे या पृथ्वीवरील जैविक प्रणालींचे प्रमुख घटक आहेत. तुम्ही इयत्ता अकरावीमध्ये सजीवांच्या विविधतेबद्दल अभ्यास केला आहे. तुम्हाला आठवते का की सजीवांच्या कोणत्या साम्राज्यांमध्ये सूक्ष्मजीवांचा समावेश होतो? फक्त सूक्ष्मदर्शीय असणारे कोणते आहेत? सूक्ष्मजीव सर्वत्र उपस्थित असतात - मातीत, पाण्यात, हवेत, आपल्या शरीरात आणि इतर प्राणी आणि वनस्पतींच्या शरीरात. जेथे इतर कोणत्याही जीवनरूपाचे अस्तित्व शक्य नाही अशा ठिकाणीही ते उपस्थित असतात - उदाहरणार्थ, गायझर्सच्या (थर्मल व्हेंट्स) अगदी आत, जिथे तापमान १०००°C इतके उच्च असू शकते, मातीच्या अगदी खोल थरात, बर्फाच्या अनेक मीटर जाड थराखाली आणि अत्यंत आम्लयुक्त वातावरणात. सूक्ष्मजीव विविध आहेत – प्रोटोझोआ, जीवाणू, बुरशी आणि सूक्ष्म प्राणी व वनस्पती विषाणू, व्हायरॉइड्स तसेच प्रिऑन्स जे प्रथिनयुक्त संसर्गजन्य घटक आहेत. काही सूक्ष्मजीव आकृती १०.१ आणि १०.२ मध्ये दाखवले आहेत.

आकृती १०.१ जीवाणू: (अ) दंडाकृती, १५००X विस्तारित; (ब) गोलाकृती, १५००X विस्तारित; (क) कशाळे दाखवणारा एक दंडाकृती जीवाणू, ५०,०००X विस्तारित

आकृती १०.२ विषाणू: (अ) एक जीवाणूभक्षी (बॅक्टेरियोफेज); (ब) श्वसन संसर्ग निर्माण करणारा ॲडेनोव्हायरस; (क) दंडाकृती तंबाखू मोझेक विषाणू (TMV). सुमारे १,००,०००–१,५०,०००X विस्तारित

आकृती १०.३ (अ) पेट्री डिशमध्ये वाढणाऱ्या जीवाणूंची वसाहती; (ब) पेट्री डिशमध्ये वाढणारी बुरशीची वसाहत

जीवाणू आणि अनेक बुरशीसारखे सूक्ष्मजीव पोषक माध्यमावर वाढवून वसाहती (आकृती १०.३) तयार करता येतात, ज्या उघड्या डोळ्यांनी पाहता येतात. अशा संवर्धनांचा उपयोग सूक्ष्मजीवांवरील अभ्यासांमध्ये होतो.

अध्याय ८ मध्ये, तुम्ही वाचले आहे की सूक्ष्मजीव मानवांमध्ये मोठ्या संख्येने रोग निर्माण करतात. ते प्राणी आणि वनस्पतींमध्येही रोग निर्माण करतात. परंतु यावरून तुम्हाला असे समजू नये की सर्व सूक्ष्मजीव हानिकारक आहेत; अनेक सूक्ष्मजीव माणसासाठी विविध प्रकारे उपयुक्त आहेत. मानवी कल्याणासाठी सूक्ष्मजीवांच्या काही सर्वात महत्त्वाच्या योगदानांची या अध्यायात चर्चा केली आहे.

१०.१ घरगुती उत्पादनांमधील सूक्ष्मजीव

तुम्हाला हे जाणून आश्चर्य वाटेल की आपण दररोज सूक्ष्मजीव किंवा त्यांच्यापासून मिळवलेली उत्पादने वापरतो. एक सामान्य उदाहरण म्हणजे दुधापासून दही तयार करणे. लॅक्टोबॅसिलस आणि इतर सामान्यतः लॅक्टिक आम्ल जीवाणू (LAB) म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या सूक्ष्मजीव दुधात वाढतात आणि त्याचे दहीमध्ये रूपांतर करतात. वाढीदरम्यान, LAB आम्ले तयार करतात जी दुधातील प्रथिने गोठवतात आणि आंशिकरित्या पचवतात. ताज्या दुधात इनोक्युलम किंवा स्टार्टर म्हणून मिसळलेल्या थोड्या प्रमाणात दहीमध्ये लाखो LAB असतात, जे योग्य तापमानात गुणाकारित होऊन दुधाचे दहीमध्ये रूपांतर करतात, ज्यामुळे विटामिन B12 वाढवून त्याची पौष्टिक गुणवत्ताही सुधारते. आपल्या जठरातही, LAB रोगनिर्माण करणाऱ्या सूक्ष्मजीवांवर नियंत्रण ठेवण्यात अतिशय फायदेशीर भूमिका बजावतात.

दोसा आणि इडली सारखे पदार्थ बनवण्यासाठी वापरलेले कणिक देखील जीवाणूंद्वारे किण्वित केले जाते. कणिक फुगण्याचे कारण म्हणजे CO2 वायूची निर्मिती. CO2 तयार होण्यासाठी कोणता चयापचय मार्ग चालू आहे हे तुम्ही सांगू शकता का? या किण्वनासाठी जीवाणू कोठून येतात असे तुम्हाला वाटते? त्याचप्रमाणे, भाकरी बनवण्यासाठी वापरलेली कणिक, बेकरचा यीस्ट (सॅकरोमायसिस सेरेव्हिसी) वापरून किण्वित केली जाते. अनेक पारंपरिक पेये आणि पदार्थ देखील सूक्ष्मजीवांद्वारे किण्वन करून बनवले जातात. दक्षिण भारतातील काही भागांचे एक पारंपरिक पेय ‘ताडी’ हे ताडाच्या रसाचे किण्वन करून बनवले जाते. मासे, सोयाबीन आणि बांबूचे कोंब किण्वित करून पदार्थ बनवण्यासाठी देखील सूक्ष्मजीव वापरले जातात. चीज हे सर्वात जुने पदार्थांपैकी एक आहे ज्यामध्ये सूक्ष्मजीव वापरले गेले. चीजच्या विविध प्रकारांना त्यांच्या वैशिष्ट्यपूर्ण बनावटी, सुगंध आणि चवीने ओळखले जाते, हे वैशिष्ट्य वापरलेल्या सूक्ष्मजीवांमुळे येते. उदाहरणार्थ, ‘स्विस चीज’ मधील मोठ्या छिद्रांचे कारण म्हणजे प्रोपायोनिबॅक्टेरियम शर्मानी नावाच्या जीवाणूद्वारे मोठ्या प्रमाणात CO2 ची निर्मिती. ‘रोक्फोर चीज’ त्यावर एक विशिष्ट बुरशी वाढवून पिकवले जातात, ज्यामुळे त्यांना एक विशिष्ट सुगंध मिळतो.

१०.२ औद्योगिक उत्पादनांमधील सूक्ष्मजीव

अगदी उद्योगातही, माणसासाठी मौल्यवान अशा अनेक उत्पादनांचे संश्लेषण करण्यासाठी सूक्ष्मजीव वापरले जातात. पेये आणि प्रतिजैविके ही काही उदाहरणे आहेत. औद्योगिक प्रमाणात उत्पादनासाठी, सूक्ष्मजीवांना फर्मेंटर्स (आकृती १०.४) म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या अतिशय मोठ्या भांड्यांमध्ये वाढवणे आवश्यक असते.

आकृती १०.४ फर्मेंटर्स

१०.२.१ किण्वित पेये

सूक्ष्मजीव, विशेषतः यीस्ट, अतिप्राचीन काळापासून वाइन, बिअर, व्हिस्की, ब्रँडी किंवा रम सारखी पेये तयार करण्यासाठी वापरली जात आहेत. या हेतूसाठी भाकरी बनवण्यासाठी वापरले जाणारे समान यीस्ट सॅकरोमायसिस सेरेव्हिसी, ज्याला सामान्यतः ब्रुअरचा यीस्ट म्हणतात, त्याचा वापर माल्टेड धान्ये आणि फळांच्या रसांचे किण्वन करून इथेनॉल तयार करण्यासाठी केला जातो. यीस्टद्वारे इथेनॉल निर्मिती होण्यासाठी कोणते चयापचय अभिक्रिया होतात हे तुम्हाला आठवते का? किण्वनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या कच्च्या मालाच्या प्रकारावर आणि प्रक्रियेच्या प्रकारावर (डिस्टिलेशनसह किंवा त्याशिवाय) अवलंबून विविध प्रकारचे मादक पेये मिळतात. वाइन आणि बिअर डिस्टिलेशनशिवाय तयार केली जातात तर व्हिस्की, ब्रँडी आणि रम ही किण्वित द्रावणाच्या डिस्टिलेशनद्वारे तयार केली जातात. एका किण्वन कारखान्याचे छायाचित्र आकृती १०.५ मध्ये दाखवले आहे.

आकृती १०.५ किण्वन कारखाना

१०.२.२ प्रतिजैविके

सूक्ष्मजीवांद्वारे तयार केलेली प्रतिजैविके ही विसाव्या शतकातील सर्वात महत्त्वपूर्ण शोधांपैकी एक मानली जातात आणि मानवी समाजाच्या कल्याणासाठी मोठे योगदान दिले आहे. ‘Anti’ हा ग्रीक शब्द आहे ज्याचा अर्थ ‘विरुद्ध’ आणि ‘bio’ चा अर्थ ‘जीवन’ असा होतो, एकत्रितपणे त्यांचा अर्थ ‘जीवनाविरुद्ध’ (रोग निर्माण करणाऱ्या सजीवांच्या संदर्भात); तर मानवांसंदर्भात, ते ‘जीवनसमर्थक’ आहेत आणि विरुद्ध नाहीत. प्रतिजैविके ही रासायनिक पदार्थ आहेत, जी काही सूक्ष्मजीव तयार करतात आणि इतर (रोगनिर्माण करणाऱ्या) सूक्ष्मजीवांना मारू शकतात किंवा त्यांची वाढ रोखू शकतात.

तुम्ही सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या प्रतिजैविक पेनिसिलिनशी परिचित आहात. तुम्हाला माहित आहे का की पेनिसिलिन हे शोधले जाणारे पहिले प्रतिजैविक होते आणि तो एक योगायोगाचा शोध होता? अलेक्झांडर फ्लेमिंग जेव्हा स्टॅफिलोकोकाई जीवाणूंवर काम करत होते, तेव्हा त्यांनी एकदा त्यांच्या एका न धुतलेल्या संवर्धन प्लेटमध्ये एक बुरशी वाढताना पाहिली जिच्या आजूबाजूला स्टॅफिलोकोकाई वाढू शकत नव्हते. त्यांना आढळले की हे बुरशीद्वारे तयार झालेल्या एका रसायनामुळे होते आणि त्यांनी बुरशी पेनिसिलियम नोटॅटमच्या नावावरून त्याचे नाव पेनिसिलिन ठेवले. तथापि, एक प्रभावी प्रतिजैविक म्हणून त्याची पूर्ण क्षमता नंतर अर्नेस्ट चेन आणि हॉवर्ड फ्लोरे यांनी स्थापित केली. हे प्रतिजैविक दुसऱ्या महायुद्धात जखमी झालेल्या अमेरिकन सैनिकांवर उपचार करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले. या शोधासाठी फ्लेमिंग, चेन आणि फ्लोरे यांना १९४५ मध्ये नोबेल पारितोषिक देण्यात आले.

पेनिसिलिननंतर, इतर सूक्ष्मजीवांपासून इतर प्रतिजैविके देखील शुद्ध केली गेली. तुम्ही काही इतर प्रतिजैविकांची नावे सांगू शकता आणि त्यांची स्रोते शोधू शकता का? प्रतिजैविकांमुळे प्लेग, खोकला (काळी खोकली), डिप्थेरिया (गळघोटू) आणि कुष्ठरोग (कुष्ठ रोग) सारख्या प्राणघातक रोगांच्या उपचाराची आपली क्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारली आहे, ज्यामुळे जगभरात लाखो लोक मृत्युमुखी पडत असत. आज, प्रतिजैविकांशिवाय जगाची कल्पना करणे आपल्याला शक्य नाही.

१०.२.३ रसायने, विकरे आणि इतर जैवसक्रिय रेणू

काही रसायने जसे की सेंद्रिय आम्ले, अल्कोहोल आणि विकरे यांचे व्यावसायिक आणि औद्योगिक उत्पादन करण्यासाठी देखील सूक्ष्मजीव वापरले जातात. आम्ल निर्मात्यांची उदाहरणे म्हणजे सिट्रिक आम्लाचा ॲस्पर्जिलस नायजर (एक बुरशी), ॲसिटिक आम्लाचा ॲसिटोबॅक्टर ॲसिटी (एक जीवाणू); ब्युटायरिक आम्लाचा क्लॉस्ट्रीडियम ब्युटिलिकम (एक जीवाणू) आणि लॅक्टिक आम्लाचा लॅक्टोबॅसिलस (एक जीवाणू).

इथेनॉलचे व्यावसायिक उत्पादन करण्यासाठी यीस्ट (सॅकरोमायसिस सेरेव्हिसी) वापरले जाते. विकरणांचे उत्पादन करण्यासाठी देखील सूक्ष्मजीव वापरले जातात. लायपेसेसचा वापर डिटर्जंट फॉर्म्युलेशनमध्ये केला जातो आणि कपड्यांवरील तैलयुक्त डाग काढण्यास मदत होते. बाजारातून आणलेल्या बाटलीबंद फळांच्या रसांची तुलना घरात बनवलेल्या रसांशी केल्यास ते अधिक स्वच्छ असतात हे तुम्ही नक्कीच पाहिले असेल. याचे कारण असे की बाटलीबंद रस पेक्टिनेसेस आणि प्रोटीझेसच्या वापराने स्वच्छ केले जातात. स्ट्रेप्टोकोकस जीवाणूद्वारे तयार केलेले आणि आनुवंशिक अभियांत्रिकीद्वारे सुधारित केलेले स्ट्रेप्टोकिनेज हृदयविकाराचा झटका आल्यानंतर मायोकार्डियल इन्फ्रक्शन झालेल्या रुग्णांच्या रक्तवाहिन्यांमधून गठ्ठे काढण्यासाठी ‘क्लॉट बस्टर’ म्हणून वापरले जाते.

आणखी एक जैवसक्रिय रेणू, सायक्लोस्पोरिन ए, ज्याचा वापर अवयव प्रत्यारोपण रुग्णांमध्ये प्रतिरक्षणदमनकारी एजंट म्हणून केला जातो, तो ट्रायकोडर्मा पॉलीस्पोरम बुरशीद्वारे तयार केला जातो. मोनास्कस पर्प्युरियस यीस्टद्वारे तयार केलेले स्टॅटिन्स रक्त-कोलेस्टेरॉल कमी करणारे एजंट म्हणून व्यावसायिकरित्या वापरले जातात. हे कोलेस्टेरॉलचे संश्लेषण करणाऱ्या विकरावर स्पर्धात्मक निरोध करून कार्य करते.

१०.३ सांडपाणी उपचारातील सूक्ष्मजीव

आपल्याला माहित आहे की शहरे आणि कसब्यांमध्ये दररोज मोठ्या प्रमाणात कचऱ्याचे पाणी निर्माण होते. या कचऱ्याच्या पाण्याचा एक प्रमुख घटक म्हणजे मानवी विष्ठा. या नगरपालिका कचऱ्याच्या पाण्याला सांडपाणी असेही म्हणतात. त्यात मोठ्या प्रमाणात सेंद्रिय पदार्थ आणि सूक्ष्मजीव असतात. त्यापैकी बरेच रोगजनक असतात. हे प्रचंड प्रमाणात सांडपाणी किंवा शहरी कचऱ्याचे पाणी दररोज कोठे विसर्जित केले जाते याचा तुम्ही कधी विचार केला आहे का? हे नैसर्गिक जलाशयांमध्ये जसे की नद्या आण�ी प्रवाह यांमध्ये थेट सोडले जाऊ शकत नाही - तुम्हाला समजेल का? विसर्जनापूर्वी, म्हणूनच, सांडपाणी कमी प्रदूषक बनवण्यासाठी सांडपाणी उपचार केंद्रांमध्ये (STPs) उपचारित केले जाते. कचऱ्याच्या पाण्याचा उपचार सांडपाण्यात नैसर्गिकरित्या उपस्थित असलेल्या परपोषी सूक्ष्मजीवांद्वारे केला जातो. हा उपचार दोन टप्प्यांत केला जातो:

आकृती १०.६ दुय्यम उपचार

प्राथमिक उपचार : या उपचार टप्प्यांमध्ये मुळात सांडपाण्यातून गाळणी आणि तळगाळ याद्वारे कण - मोठे आणि लहान - भौतिकरित्या काढून टाकले जातात. हे टप्प्याटप्प्याने काढले जातात; सुरुवातीला, तरंगणारा कचरा क्रमिक गाळणीद्वारे काढला जातो. नंतर माती आणि लहान खडे (ग्रिट) तळगाळाद्वारे काढले जातात. सर्व घन पदार्थ जे तळाशी जमतात ते प्राथमिक चिखल तयार करतात आणि वरचा पातळ द्रव भाग प्रवाही तयार करतो. प्राथमिक तळण टाकीतील प्रवाही दुय्यम उपचारासाठी नेला जातो. दुय्यम उपचार किंवा जैविक उपचार : प्राथमिक प्रवाही मोठ्या वातन टाक्यांमध्ये (आकृती १०.६) पाठवला जातो जिथे तो यांत्रिकपणे सतत ढवळला जातो आणि त्यात हवा भरली जाते. यामुळे उपयुक्त जीवाणूंची जाळीसारखी रचना तयार करण्यासाठी बुरशीच्या तंतूंशी संलग्न जीवाणूंच्या गुच्छांमध्ये (फ्लॉक्स) जोरदार वाढ होते. वाढत असताना, हे सूक्ष्मजीव प्रवाहीमधील सेंद्रिय पदार्थांचा मोठा भाग वापरतात. यामुळे प्रवाहीची BOD (बायोकेमिकल ऑक्सिजन डिमांड) लक्षणीयरीत्या कमी होते. BOD चा अर्थ असा आहे की एका लिटर पाण्यातील सर्व सेंद्रिय पदार्थ जीवाणूंद्वारे ऑक्सिडाइज केले गेले तर किती ऑक्सिजनचा वापर होईल. सांडपाण्याचा उपचार BOD कमी होईपर्यंत केला जातो. BOD चाचणी पाण्याच्या नमुन्यातील सूक्ष्मजीवांद्वारे ऑक्सिजनच्या ग्रहण करण्याचा दर मोजते आणि अप्रत्यक्षरित्या, BOD हे पाण्यात असलेल्या सेंद्रिय पदार्थाचे माप आहे. कचऱ्याच्या पाण्याची BOD जितकी जास्त, तितकी त्याची प्रदूषण क्षमता जास्त.

सांडपाण्याची किंवा कचऱ्याच्या पाण्याची BOD लक्षणीयरीत्या कमी झाल्यानंतर, प्रवाही नंतर एका तळण टाकीमध्ये पाठवला जातो जिथे जीवाणूंच्या ‘फ्लॉक्स’ना तळाशी जमू दिले जाते. या तळगाळाला सक्रिय चिखल म्हणतात. सक्रिय चिखलाचा एक लहान भाग इनोक्युलम म्हणून वापरण्यासाठी वातन टाकीमध्ये परत पंप केला जातो. चिखलाचा उर्वरित मोठा भाग अॅनारोबिक स्लज डायजेस्टर्स म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या मोठ्या टाक्यांमध्ये पंप केला जातो. येथे, इतर प्रकारचे जीवाणू, जे अॅनारोबिकपणे वाढतात, ते चिखलातील जीवाणू आणि बुरशी पचवतात. या पचनादरम्यान, जीवाणू मिथेन, हायड्रोजन सल्फाइड आणि कार्बन डायऑक्साइड सारख्या वायूंचे मिश्रण तयार करतात. हे वायू बायोगॅस तयार करतात आणि ते ज्वलनशील असल्यामुळे उर्जेचा स्रोत म्हणून वापरले जाऊ शकतात.

दुय्यम उपचार केंद्रातून निघणारा प्रवाही सामान्यतः नद्या आण�ी प्रवाह यांसारख्या नैसर्गिक जलाशयांमध्ये सोडला जातो. अशा कारखान्याचे एक वैमानिक दृश्य आकृती १०.७ मध्ये दाखवले आहे.

तुम्ही कल्पना करू शकता की जगभरात दररोज लाखो गॅलन कचऱ्याचे पाणी उपचारित करण्यात सूक्ष्मजीव कशी प्रमुख भूमिका बजावतात. ही पद्धत जगातील जवळजवळ सर्व भागांमध्ये आतापर्यंत एक शतकापेक्षा जास्त काळ अवलंबली जात आहे. आजपर्यंत, सांडपाण्याच्या सूक्ष्मजीवीय उपचाराशी स्पर्धा करू शकणारी कोणतीही मानवनिर्मित तंत्रज्ञान निर्माण झालेली नाही.

आकृती १०.७ एका सांडपाणी कारखान्याचे वैमानिक दृश्य

तुम्हाला माहित आहे की वाढत्या शहरीकरणामुळे, पूर्वीपेक्षा खूप मोठ्या प्रमाणात सांडपाणी निर्माण होत आहे. तथापि, अशा मोठ्या प्रमाणात उपचार करण्यासाठी सांडपाणी उपचार केंद्रांची संख्या पुरेशी वाढली नाही. म्हणूनच न उपचारित सांडपाणी बऱ्याचदा थेट नद्यांमध्ये सोडले जाते ज्यामुळे त्यांचे प्रदूषण आणि जलजनित रोगांमध्ये वाढ होते.

पर्यावरण आणि वन मंत्रालयाने आपल्या देशातील या प्रमुख नद्यांना प्रदूषणापासून वाचवण्यासाठी गंगा कृती योजना आणि यमुना कृती योजना सुरू केल्या आहे. या योजनांतर्गत, मोठ्या संख्येने सांडपाणी उपचार केंद्रे बांधण्याचा प्रस्ताव आहे जेणेकरून फक्त उपचारित सांडपाणी नद्यांमध्ये सोडले जाऊ शकेल. तुमच्या जवळच्या कोणत्याही ठिकाणी असलेल्या सांडपाणी उपचार केंद्राची मुलाखत घेणे हा एक अतिशय मनोरंजक आणि शिक्षणात्मक अनुभव असेल.

१०.४ बायोगॅस उत्पादनातील सूक्ष्मजीव

बायोगॅस हे वायूंचे मिश्रण आहे (ज्यामध्ये प्रामुख्याने मिथेन असते) जे सूक्ष्मजीवीय क्रियेमुळे तयार होते आणि ज्याचा वापर इंधन म्हणून केला जाऊ शकतो. तुम्ही शिकलात की सूक्ष्मजीव वाढ आणि चयापचयादरम्यान विविध प्रकारचे वायूयुक्त अंतिम उत्पादने तयार करतात. तयार होणाऱ्या वायूचा प्रकार सूक्ष्मजीव आणि ते वापरतात त्या सेंद्रिय आधारावर अवलंबून असतो. कणिक किण्वन, चीज बनवणे आणि पेये उत्पादन यांच्याशी संबंधित उदाहरणांमध्ये, मुख्यतः तयार झालेला वायू CO2 होता. तथापि, काही जीवाणू, जे सेल्युलोसिक सामग्रीवर अॅनारोबिकपणे वाढतात, ते CO2 आणि H2 सोबत मोठ्या प्रमाणात मिथेन तयार करतात. या जीवाणूंना सामूहिकपणे मिथेनोजेन्स म्हणतात, आणि असा एक सामान्य जीवाणू म्हणजे मिथेनोबॅक्टेरियम. हे जीवाणू सांडपाणी उपचारादरम्यान अ