மனித நலனில் நுண்ணுயிரிகள்: ஒரு மதிப்பெண் வினாக்கள், புத்தக வினா விடைகள் மற்றும் குறிப்புகள்

மனித நலனில் நுண்ணுயிரிகள் பற்றி

நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு

நுண்ணுயிரிகள் என்றாலே நோய்க்கிருமிகள் என்றுதான் பலர் நினைக்கிறார்கள். ஆனால் அவற்றில் மிகச் சிறிய பகுதி மட்டுமே நோயை உண்டாக்குகின்றன. பெரும்பாலானவை தீங்கற்றவை. பல நமக்குப் பயன்படுகின்றன. இப்பாடம் அந்தப் பயனுள்ள நுண்ணுயிரிகளைப் பற்றியது. நம் உணவு, மருந்து, எரிபொருள் ஆகியவற்றைத் தயாரிக்கும், நம் கழிவுகளைச் சுத்தம் செய்யும் பாக்டீரியாக்களும் பூஞ்சைகளும் இதில் வருகின்றன.

பாடம் சமையலறையிலிருந்து தொடங்குகிறது. Lactobacillus பாலைத் தயிராக மாற்றுகிறது. ஈஸ்ட் மாவை உப்பச் செய்கிறது. அடுத்து தொழிற்சாலைகளுக்குச் செல்கிறது. அங்கே பெரிய நொதிகலன்களில் (Fermenters) வளர்க்கப்படும் நுண்ணுயிரிகள் பெனிசிலின் போன்ற நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பொருட்கள், நொதிகள், சிட்ரிக் அமிலம், அசிட்டிக் அமிலம், ஆல்கஹால் ஆகியவற்றைத் தயாரிக்கின்றன. கடைசிப் பகுதி சுற்றுச்சூழல் பற்றியது. கழிவுநீரின் கரிமச் சுமையை நுண்ணுயிரிகள் எப்படிக் குறைக்கின்றன, உயிரி எரிவாயுக் கலன்களில் மீத்தேனை எப்படி உருவாக்குகின்றன, நுண்ணுயிர் எரிபொருள் கலன்களில் மின்சாரத்தை எப்படித் தருகின்றன, எண்ணெயையும் பிளாஸ்டிக்கையும் எப்படிச் சிதைக்கின்றன என்பதை இது விளக்குகிறது.

இங்குள்ள பாடநூல் வினாக்கள் பெரும்பாலும் நேரடியானவை. ஒரு பொருளை எந்த உயிரினம் தயாரிக்கிறது, முதல்நிலை மற்றும் இரண்டாம்நிலை கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பில் என்ன நடக்கிறது, உயிரி எரிவாயுவில் என்ன உள்ளது, ஒரு மாசுபொருளை நீக்க எந்த நுண்ணுயிரி பயன்படுகிறது என்று கேட்கப்படும். உயிரினம், பொருள், பயன் என்று ஓர் அட்டவணை போட்டுப் படிப்பதே விரைவான திருப்புதல் முறை.

நீங்கள் கற்பவை

• உடலில் ஏற்படுத்தும் விளைவைக் கொண்டு புரோபயாடிக்குகளையும் நோய் உண்டாக்கும் நுண்ணுயிரிகளையும் வேறுபடுத்துதல்.
• லாக்டிக் அமில பாக்டீரியாக்கள் பாலைத் தயிராக எப்படி மாற்றுகின்றன என்று விளக்குதல்.
• தொழிற்சாலை நொதிகலன்களில் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பொருட்களும் நொதிகளும் எப்படித் தயாரிக்கப்படுகின்றன என்று விவரித்தல்.
• கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பின் நிலைகளையும், நுண்ணுயிரிகள் BOD அளவை எப்படிக் குறைக்கின்றன என்பதையும் விளக்குதல்.
• ஆக்சிஜன் இல்லாத சூழலில் உயிரி எரிவாயு எப்படி உருவாகிறது, அதில் என்ன உள்ளது என்று விவரித்தல்.
• இயற்கையான மற்றும் மரபுப் பொறியியலால் மாற்றப்பட்ட நுண்ணுயிரிகள் சுற்றுச்சூழல் மாசுபொருட்களை எப்படிச் சிதைக்கின்றன என்று மதிப்பிடுதல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• புரோகேரியோட்டிக் மற்றும் யூகேரியோட்டிக் செல்களுக்கு இடையிலான வேறுபாடுகள்.
• செல் சுவாசம், குறிப்பாகக் காற்றில்லா சுவாசம் மற்றும் நொதித்தல்.
• மரபுப் பொறியியல், பிளாஸ்மிட்கள், மறுசேர்க்கை DNA ஆகியவற்றின் அடிப்படைகள்.

மனித நலனில் நுண்ணுயிரிகள் — விரிவான விளக்கம்

நுண்ணுயிரிகள் நமக்கு உதவும் இடங்கள்

வீட்டுப் பொருட்களில் நுண்ணுயிரிகள்

Lactobacillus போன்ற லாக்டிக் அமில பாக்டீரியாக்கள் (LAB) பாலைத் தயிராக மாற்றுகின்றன. இவை லாக்டோஸை நொதிக்கச் செய்து லாக்டிக் அமிலமாக மாற்றுகின்றன. இந்த அமிலம் pH அளவைக் குறைக்கிறது. அதனால் பால் புரதமான கேசின் உறைகிறது. LAB பால் புரதங்களைப் பகுதியாகச் செரிக்கின்றன. வைட்டமின் B₁₂ அளவையும் உயர்த்துகின்றன. ரொட்டி தயாரிப்பில் Saccharomyces cerevisiae என்ற ஈஸ்ட் சர்க்கரைகளை நொதிக்கச் செய்து கார்பன் டைஆக்சைடை வெளியிடுகிறது. இதனால் மாவு உப்புகிறது. ரொட்டி மென்மையாகவும் பஞ்சு போலவும் ஆகிறது. புரோபயாடிக்குகள் (Probiotics) என்பவை LAB போன்ற, உயிருள்ள நன்மை செய்யும் நுண்ணுயிரிகள். இவை குடல் நுண்ணுயிர்த் தொகுப்பை நலமாக வைத்து, தீங்கு செய்யும் பாக்டீரியாக்களைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன.

தொழிற்சாலைப் பொருட்களில் நுண்ணுயிரிகள்

தேர்ந்தெடுத்த நுண்ணுயிரிகளைப் பெரிய நொதிகலன்களில் வளர்த்துத் தொழிற்சாலைகள் பயனுள்ள பொருட்களைத் தயாரிக்கின்றன. Penicillium பூஞ்சையிலிருந்து கிடைக்கும் பெனிசிலின் போன்ற நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பொருட்கள் (Antibiotics) நோய் உண்டாக்கும் பாக்டீரியாக்களைக் கொல்கின்றன அல்லது அவற்றின் வளர்ச்சியை நிறுத்துகின்றன. நுண்ணுயிர் நொதிகளில் லைப்பேஸ்களும் பெக்டினேஸ்களும் அடங்கும். எண்ணெய்க் கறைகளை நீக்கச் சலவைத்தூளில் லைப்பேஸ் சேர்க்கப்படுகிறது. பழச்சாறுகளைத் தெளிவாக்கப் பெக்டினேஸ் பயன்படுகிறது. கரிம அமிலங்களும் இவ்வாறே தயாரிக்கப்படுகின்றன. சிட்ரிக் அமிலத்தை Aspergillus niger தயாரிக்கிறது. அசிட்டிக் அமிலத்தை Acetobacter aceti தயாரிக்கிறது. ஈஸ்ட் சர்க்கரைகளை நொதிக்கச் செய்து ஆல்கஹால் பானங்களைத் தருகிறது. ஒயின், பீர் ஆகியவை வடித்து இறக்கப்படுவதில்லை. விஸ்கி, பிராந்தி, ரம் ஆகியவை நொதித்தலுக்குப் பிறகு வடித்து இறக்கப்படுகின்றன (Distillation).

கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பில் நுண்ணுயிரிகள்

கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பு ஆறுகளையும் ஏரிகளையும் கரிம மாசுபாட்டிலிருந்து காக்கிறது. முதல்நிலை சுத்திகரிப்பு இயற்பியல் முறை. மிதக்கும் குப்பைகள் வடிகட்டி நீக்கப்படுகின்றன. மணல், திடப்பொருட்கள் அடியில் படிகின்றன. இரண்டாம்நிலை சுத்திகரிப்பு உயிரியல் முறை. வெளியேறும் நீரில் காற்று செலுத்தப்படுகிறது. அப்போது காற்றுவாழ் நுண்ணுயிரிகள் திரள்களை (Flocs) உருவாக்கி கரிமப் பொருட்களை உண்கின்றன. இதனால் BOD (உயிரிய ஆக்சிஜன் தேவை) குறைகிறது. படிந்த கசடு காற்றில்லா கசடு செரிப்பான்களுக்கு அனுப்பப்படுகிறது. அங்கே வேறு பாக்டீரியாக்கள் அதைச் சிதைத்து மீத்தேன், ஹைட்ரஜன் சல்பைடு, கார்பன் டைஆக்சைடு போன்ற வாயுக்களை வெளியிடுகின்றன. இவற்றை உயிரி எரிவாயுவாகப் பயன்படுத்தலாம். மூன்றாம்நிலை சுத்திகரிப்பு செய்யப்படும் இடங்களில், மீதமுள்ள ஊட்டப்பொருட்கள் நீக்கப்பட்டு, குளோரின் அல்லது UV ஒளி மூலம் நீர் கிருமிநீக்கம் செய்யப்படுகிறது.

உயிரி எரிவாயு உற்பத்தி

கால்நடைச் சாணம், பயிர்க்கழிவுகள், சமையலறைக் கழிவுகள் போன்ற கரிமக் கழிவுகள் ஒரு செரிப்பான் கலனுக்குள் ஆக்சிஜன் இல்லாமல் சிதைக்கப்படும்போது உயிரி எரிவாயு (Biogas) உருவாகிறது. Methanobacterium போன்ற மெத்தனோஜென்கள் மீத்தேனை உருவாக்குகின்றன. உயிரி எரிவாயுவில் சுமார் 63% மீத்தேன் உள்ளது. அதனுடன் கார்பன் டைஆக்சைடும், சிறிதளவு ஹைட்ரஜனும் ஹைட்ரஜன் சல்பைடும் உள்ளன. கிராமங்களில் சமையலுக்கும் விளக்கு எரிக்கவும் இது பயன்படுகிறது. மீதமாகும் கூழ் நல்ல உரமாகிறது.

உயிரியத்தீர்வு

உயிரியத்தீர்வு (Bioremediation) என்பது இயற்கையான அல்லது மரபுப் பொறியியல் மூலம் மாற்றப்பட்ட நுண்ணுயிரிகளைக் கொண்டு மண்ணிலும் நீரிலும் உள்ள மாசுபொருட்களை நீக்குவது. ஆக்சிஜன் உள்ள இடங்களில் காற்றுவாழ் நுண்ணுயிரிகள் மாசுபொருட்களைச் சிதைக்கின்றன. ஆக்சிஜன் இல்லாத இடங்களில் Dechloromonas aromatica போன்ற காற்றில்லா நுண்ணுயிரிகள் வேலை செய்கின்றன. ஹைட்ரோகார்பன்கள், பூச்சிக்கொல்லிகள் போன்ற கரிம மாசுபொருட்கள் கார்பன் டைஆக்சைடு, நீர் போன்ற தீங்கற்ற பொருட்களாகச் சிதைக்கப்படலாம். கன உலோகங்களைச் சிதைக்க முடியாது. ஆனால் சில நுண்ணுயிரிகள் அவற்றை உள்ளிழுத்துக்கொள்கின்றன, அல்லது குறைந்த நச்சுத்தன்மையும் குறைந்த நகர்திறனும் உள்ள வடிவங்களாக மாற்றுகின்றன. மரபுப் பொறியியலால் மாற்றப்பட்ட Pseudomonas putida திரிபு எண்ணெய் கசிவுகளில் உள்ள ஹைட்ரோகார்பன்களைச் சிதைக்கிறது. Ideonella sakaiensis என்ற பாக்டீரியம் PETase, MHETase என்ற நொதிகளைக் கொண்டு PET பிளாஸ்டிக்கைச் சிதைக்கிறது. வேதிமுறை சுத்திகரிப்பை விட உயிரியத்தீர்வு பொதுவாகச் செலவு குறைவானது. சுற்றுச்சூழலுக்கும் குறைவான பாதிப்பையே தருகிறது.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• ப்ரீபயாடிக்குகளையும் புரோபயாடிக்குகளையும் குழப்புதல். ப்ரீபயாடிக்குகள் செரிக்காத உணவு நார்கள்; இவை குடலில் உள்ள நல்ல பாக்டீரியாக்களுக்கு உணவாகின்றன. புரோபயாடிக்குகள் உயிருள்ள நன்மை செய்யும் நுண்ணுயிரிகளே.
• எல்லா நுண்ணுயிரிகளும் நோய் உண்டாக்கும் என்று நினைத்தல். மிகச் சிறிய பகுதி மட்டுமே நோய்க்கிருமிகள். பல தீங்கற்றவை. பல உணவு, தொழில், சுற்றுச்சூழல் ஆகியவற்றில் பயன்படுகின்றன.
• எல்லா ஆல்கஹால் பானங்களும் வடித்து இறக்கப்படுகின்றன என்று நினைத்தல். ஒயினும் பீரும் வடித்து இறக்காமல் தயாரிக்கப்படுகின்றன. விஸ்கி, பிராந்தி, ரம் ஆகியவை வடித்து இறக்கப்படுகின்றன.
• உயிரியல் சுத்திகரிப்பை கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பின் முதல்நிலையில் வைத்தல். முதல்நிலை இயற்பியல் முறை (வடிகட்டுதல், படியவைத்தல்). இரண்டாம்நிலையே உயிரியல் நிலை.
• கிருமிநீக்கத்தைக் கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பின் தொடக்கத்தில் வைத்தல். குளோரின் அல்லது UV சுத்திகரிப்பு கடைசியில், மூன்றாம்நிலையில்தான் வருகிறது.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

பால் எப்படித் தயிராக மாறுகிறது?

வெதுவெதுப்பான பாலில் சிறிது தயிர் சேர்க்கும்போது லாக்டிக் அமில பாக்டீரியாக்கள், முக்கியமாக Lactobacillus, பாலுக்குள் செல்கின்றன. இவை பெருகி லாக்டோஸை லாக்டிக் அமிலமாக நொதிக்கச் செய்கின்றன. அமிலம் pH அளவைக் குறைக்கிறது. பால் புரதமான கேசின் உறைகிறது. அதனால் பால் தயிராகக் கெட்டியாகிறது. இந்த பாக்டீரியாக்கள் வைட்டமின் B12 அளவையும் உயர்த்துகின்றன. எனவே பாலை விடத் தயிர் அதிகச் சத்துள்ளது.

பீர் தயாரிப்பு விஸ்கி தயாரிப்பிலிருந்து எப்படி வேறுபடுகிறது?

இரண்டும் ஈஸ்ட் சர்க்கரைகளை நொதிக்கச் செய்வதில்தான் தொடங்குகின்றன. பீரும் ஒயினும் வடித்து இறக்கப்படுவதில்லை. அதனால் அவற்றில் ஆல்கஹால் அளவு ஒப்பீட்டளவில் குறைவாகவே இருக்கும். விஸ்கி, பிராந்தி, ரம் ஆகியவை நொதித்தலுக்குப் பிறகு வடித்து இறக்கப்படுகின்றன. அப்போது ஆல்கஹால் நீரிலிருந்தும் பிற பொருட்களிலிருந்தும் பிரிக்கப்படுகிறது. இதனால் ஆல்கஹால் செறிவு மிக அதிகமாகிறது.

கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பில் BOD ஏன் அளக்கப்படுகிறது?

ஒரு லிட்டர் நீரில் உள்ள கரிமப் பொருட்கள் அனைத்தையும் பாக்டீரியாக்கள் ஆக்சிஜனேற்றம் செய்தால் செலவாகும் ஆக்சிஜனின் அளவே BOD. BOD அதிகமாக இருந்தால் நீரில் கரிமக் கழிவு அதிகம் என்று பொருள். இரண்டாம்நிலை சுத்திகரிப்பில் காற்றுவாழ் நுண்ணுயிரிகள் இந்தக் கரிமப் பொருட்களை உண்கின்றன. அப்போது BOD வெகுவாகக் குறைகிறது. BOD குறைவாக இருந்தால், அந்த நீரை ஆற்றிலோ ஏரியிலோ விடும் அளவுக்குச் சுத்தமாக உள்ளது என்று பொருள்.

நுண்ணுயிர் எரிபொருள் கலன் எப்படி வேலை செய்கிறது?

நுண்ணுயிர் எரிபொருள் கலன் (Microbial fuel cell) பாக்டீரியாக்களைக் கொண்டு கரிமப் பொருட்களில் உள்ள வேதி ஆற்றலை மின்சாரமாக மாற்றுகிறது. நேர்மின்முனையில் (Anode) பாக்டீரியாக்கள் ஆக்சிஜன் இல்லாத சூழலில் கரிமப் பொருட்களை ஆக்சிஜனேற்றம் செய்து எலக்ட்ரான்களையும் புரோட்டான்களையும் வெளியிடுகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் வெளிக் கம்பி வழியாக எதிர்மின்முனைக்கு (Cathode) செல்கின்றன. இதுவே மின்னோட்டம். புரோட்டான்கள் ஒரு சவ்வு வழியாக எதிர்மின்முனைக்குச் செல்கின்றன. அங்கே அவை ஆக்சிஜனுடனும் எலக்ட்ரான்களுடனும் சேர்ந்து நீராகின்றன.

உயிரி எரிவாயுவில் என்னென்ன வாயுக்கள் உள்ளன?

ஆக்சிஜன் இல்லாத சூழலில் மெத்தனோஜென்கள் கரிமக் கழிவுகளிலிருந்து உயிரி எரிவாயுவை உருவாக்குகின்றன. இதன் முதன்மைக் கூறு மீத்தேன், சுமார் 63%. மீதியில் பெரும்பகுதி கார்பன் டைஆக்சைடு. சிறிதளவு ஹைட்ரஜனும் ஹைட்ரஜன் சல்பைடும் உள்ளன.

உயிரியத்தீர்வு என்றால் என்ன? ஓர் எடுத்துக்காட்டு தருக.

இயற்கையான அல்லது மரபுப் பொறியியலால் மாற்றப்பட்ட நுண்ணுயிரிகளைக் கொண்டு மாசுபொருட்களை நீக்குவது அல்லது நச்சுத்தன்மையை அகற்றுவது உயிரியத்தீர்வு எனப்படும். வழக்கமான எடுத்துக்காட்டு, மரபுப் பொறியியலால் மாற்றப்பட்ட Pseudomonas putida திரிபு. இது எண்ணெய் கசிவுகளில் உள்ள ஹைட்ரோகார்பன்களைக் கார்பன் டைஆக்சைடு, நீர் போன்ற தீங்கற்ற பொருட்களாகச் சிதைக்கிறது.

பிளாஸ்டிக் கழிவுகளை நீக்க ஒரு பூஞ்சை எப்படி உதவுகிறது?

Pestalotiopsis microspora என்ற அகத்தாவரவாழ் (Endophytic) பூஞ்சை பாலியூரித்தேனை உணவாகப் பயன்படுத்துகிறது. இது உருவாக்கும் நொதிகள் பிளாஸ்டிக்கைச் சிதைக்கின்றன. ஆக்சிஜன் இல்லாத சூழலிலும் இது நடக்கிறது. எனவே குப்பைமேடுகளில் பிளாஸ்டிக்கைக் குறைக்க இந்தப் பூஞ்சை ஒரு வழியாக அமையலாம்.