Physical factors affecting microbial life
સુક્ષ્મજીવાણુઓને તેમના ભૌતિક વાતાવરણના ઘટકો જેમ કે તાપમાન, કિરણોત્સર્ગ અથવા રસાયણોના સંપર્ક દ્વારા નુકસાન પહોંચાડી શકાય છે અથવા મારી શકાય છે; આ અસરોનો ઉપયોગ રોગકારક જીવાણુઓને નિયંત્રિત કરવાના પ્રયત્નોમાં થઈ શકે છે, ઘણીવાર ખાદ્ય સલામતીના હેતુ માટે. ઇરેડિયેશન ઇરેડિયેશન એ કોબાલ્ટ-60 અને સીઝિયમ-137, અથવા, ઉચ્ચ-ઊર્જા ઇલેક્ટ્રોન અને એક્સ-રે દ્વારા ઉત્સર્જિત આયનીકરણ ગામા કિરણોનો ઉપયોગ માઇક્રોબાયલ પેથોજેન્સને નિષ્ક્રિય કરવા માટે થાય છે, ખાસ કરીને ખાદ્ય ઉદ્યોગમાં. ડીનોકોકસ રેડિયોડ્યુરન્સ જેવા બેક્ટેરિયા ખાસ કરીને કિરણોત્સર્ગ સામે પ્રતિરોધક છે, પરંતુ રોગકારક નથી. કોરિનેબેક્ટેરિયમ એક્વેટિકમ, સ્યુડોમોનાસ પુટિડા, કોમેનોસ એસિડોવોરન્સ, ગ્લુકોનોબેક્ટર સેરિનસ, માઇક્રોકોકસ ડાઇવર્સસ અને રોડોકોકસ રોડોક્રસ જેવા સક્રિય સુક્ષ્મજીવાણુઓને ઇડાહો નેશનલ એન્જિનિયરિંગ એન્ડ એન્વાયર્નમેન્ટલ લેબોરેટરી (આઈએનઈઈએલ) ખાતે વપરાયેલા પરમાણુ ઇંધણ સંગ્રહ પુલમાંથી પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યા છે. આ સુક્ષ્મજીવાણુઓ ફરીથી કિરણોત્સર્ગના નિયંત્રિત માત્રાના સંપર્કમાં આવ્યા હતા. તમામ પ્રજાતિઓ ઓછા નુકસાન સાથે નબળા કિરણોત્સર્ગના ડોઝથી બચી ગઈ હતી, જ્યારે માત્ર ગ્રામ-પોઝિટિવ પ્રજાતિઓ ઘણી મોટી માત્રામાં બચી ગઈ હતી. ગ્રામ-પોઝિટિવ બેક્ટેરિયાના બીજકણમાં સંગ્રહ પ્રોટીન હોય છે જે ડીએનએ સાથે ચુસ્ત રીતે જોડાય છે, જે સંભવતઃ કિરણોત્સર્ગના નુકસાન માટે રક્ષણાત્મક અવરોધ તરીકે કામ કરે છે. આયનીકરણ કિરણોત્સર્ગ પ્રતિક્રિયાશીલ મુક્ત રેડિકલ બનાવીને પરોક્ષ રીતે કોષોને મારી નાખે છે. આ મુક્ત રેડિકલ કોષમાં સંવેદનશીલ મેક્રોમોલેક્યુલ્સને રાસાયણિક રીતે બદલી શકે છે જે તેમના નિષ્ક્રિયતા તરફ દોરી જાય છે. કોષના મોટાભાગના મેક્રોમોલેક્યુલ્સ આયનીકરણ કિરણોત્સર્ગથી પ્રભાવિત થાય છે, પરંતુ ડીએનએ મેક્રોમોલેક્યુલને નુકસાન મોટાભાગે કોષના મૃત્યુનું કારણ બને છે, કારણ કે ડીએનએમાં ઘણીવાર તેના જનીનોની માત્ર એક જ નકલ હોય છે; બીજી તરફ, પ્રોટીનમાં ઘણીવાર ઘણી નકલો હોય છે જેથી એકનું નુકસાન કોષના મૃત્યુ તરફ દોરી ન જાય, અને જો ડીએનએ અકબંધ રહ્યું હોય તો કોઈ પણ સંજોગોમાં હંમેશા ફરીથી સંશ્લેષણ થઈ શકે છે. અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગનો ઉપયોગ એક સદીથી વધુ સમયથી ઉદ્યોગ અને દવા બંને દ્વારા જંતુનાશક તરીકે કરવામાં આવે છે (જુઓ અલ્ટ્રાવાયોલેટ જંતુનાશક ઇરેડિયેશન). અલ્ટ્રાવાયોલેટનો ઉપયોગ નિષ્ક્રિયતા અને પરિવર્તનને ઉત્તેજીત કરવા બંને તરફ દોરી જાય છે. વિકિરિત એસ્ચેરીચીયા કોલી વસ્તીના કેસ સ્ટડીમાં પ્રકાશ દ્વારા પ્રેરિત બેક્ટેરિયોફેજ-પ્રતિરોધક મ્યુટન્ટ્સની વધતી જતી સંખ્યા જોવા મળી હતી. મેટલ આયનો (ઓલિગોડાયનેમિક અસર) સ્વિસ વનસ્પતિશાસ્ત્રી કાર્લ નાગેલીએ 1893 માં શોધ્યું હતું કે વિવિધ ધાતુઓના આયનો અને ચાંદી અને તાંબુ જેવા તેમના મિશ્રધાતુઓ, પણ પારો, લોખંડ, સીસું, જસત, બિસ્મથ, સોનું, એલ્યુમિનિયમ અને અન્ય, માઇક્રોબાયલ ઉત્સેચકોને વિકૃત કરીને માઇક્રોબાયલ જીવન પર ઝેરી અસર કરે છે અને આમ તેમના ચયાપચયને વિક્ષેપિત કરે છે. વાયરસમાં આ અસર નજીવી છે કારણ કે તેઓ ચયાપચયની રીતે સક્રિય નથી. સ્પંદિત વિદ્યુત ક્ષેત્રો (પીઇએફ) કોષો પર લાગુ કરવામાં આવતા મજબૂત વિદ્યુત ક્ષેત્રના સ્પંદનો તેમના પટલમાં છિદ્રો (ઇલેક્ટ્રોપોરેશન) વિકસાવવાનું કારણ બને છે, પરિણામે પટલની અભેદ્યતામાં વધારો થાય છે અને કોષ માટે, રસાયણોના અનિચ્છનીય સ્થળાંતર થાય છે. ઓછી તીવ્રતાના કઠોળ ગૌણ ચયાપચયના ઉત્પાદનમાં વધારો કરી શકે છે અને પ્રતિકારનું નિર્માણ કરી શકે છે. પીઇએફ સારવાર એ એસિડ અને અન્ય થર્મોસેન્સિટિવ માધ્યમોમાં સુક્ષ્મજીવાણુઓને નિષ્ક્રિય કરવા માટે એક પર્યાપ્ત પ્રક્રિયા છે, પરંતુ અપૂર્ણ વિનાશને કારણે સહજ પ્રતિકાર જોખમો ધરાવે છે. પલ્સ્ડ મેગ્નેટિક ફીલ્ડ્સ (પી. એમ. એફ.) 2004ના એક અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે ઇ. કોલાઈ 10,000માં 1ના ટકી રહેવાના આંકડા સાથે સ્પંદિત ચુંબકીય ક્ષેત્રો માટે સંવેદનશીલ છે. પીઇએફની જેમ કોષની દિવાલો પરિણામી કોષ મૃત્યુ સાથે છિદ્રાળુ બની જાય છે. લેક્ટોપેરોક્સિડેઝ, લાઇપેઝ અને કેટાલેઝ જેવા ઉત્સેચકો સહેલાઈથી નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે, જોકે વિવિધ માત્રામાં સંવેદનશીલતા સાથે. 2010ના એક અભ્યાસમાં સ્ટેફાયલોકૉકસ ઓરેયસ પર પીએમએફની અસરો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવ્યું હતું. તાજેતરમાં સુધી ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ સફાઈ, કટીંગ, પ્લાસ્ટિકના વેલ્ડીંગ અને તબીબી ઉપચારમાં થતો હતો. ઉચ્ચ શક્તિ ધરાવતું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ એક ઉપયોગી સાધન છે જે તેના ઉપયોગોમાં અત્યંત બહુમુખી છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહી અથવા સ્લરીની અંદર પ્રવાહી અણુઓને કંપિત કરીને પોલાણ પરપોટા પેદા કરે છે. આ પરપોટામાં 5000 કે તાપમાન અને 2000 વાતાવરણ સુધીનું દબાણ નિયમિતપણે નોંધવામાં આવે છે. કેવિટેશન 2 મેગાહર્ટઝ સુધીની શ્રાવ્ય શ્રેણીમાંથી આવર્તનનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પન્ન કરી શકાય છે, મહત્તમ લગભગ 20 કિલોહર્ટઝ છે. અલ્ટ્રાસોનિક્સ ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રવાહી માધ્યમ અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડના સ્રોતની જરૂર પડે છે, સામાન્ય રીતે પીઝોઇલેક્ટ્રિક અથવા મેગ્નેટોસ્ટ્રિક્ટિવ ટ્રાન્સડ્યુસરમાંથી. આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ ઇ. કોલી, સાલ્મોનેલા, એસ્કેરિસ, ગિયાર્ડિયા, ક્રિપ્ટોસ્પોરિડિયમ કોથળીઓ, સાયનોબેક્ટેરિયા અને પોલિઓવાયરસનો નાશ કરવા માટે થાય છે. તે કાર્બનિક જંતુનાશકોને તોડવામાં પણ સક્ષમ છે. ડાયગ્નોસ્ટિક અલ્ટ્રાસાઉન્ડમાં ઉપયોગમાં લેવાતી આવર્તન સામાન્ય રીતે 2 અને 18 મેગાહર્ટઝની વચ્ચે હોય છે, અને સેલ્યુલર નુકસાનની હદ અથવા ગર્ભ સ્કેનની લાંબા ગાળાની અસરો વિશે અનિશ્ચિતતા રહે છે. (જુઓ મેડિકલ અલ્ટ્રાસોનોગ્રાફી) નીચા તાપમાન ફ્રીઝિંગ ફૂડનો ઉપયોગ તેની ગુણવત્તા જાળવવા માટે પ્રાચીન સમયથી કરવામાં આવે છે. ઠંડું તાપમાન ખોરાકમાં સુક્ષ્મસજીવોની બગડતી અસરને અટકાવે છે, પરંતુ કેટલાક પેથોજેન્સને લાંબા સમય સુધી હાનિ પહોંચાડતા નથી. ફ્રીઝિંગ શારીરિક આઘાત દ્વારા કેટલાક સુક્ષ્મસજીવોને મારી નાખે છે, અન્ય લોકો ફ્રીઝિંગ દ્વારા ઘાતક રીતે ઘાયલ થાય છે, અને ચેપી બનવા માટે પુનઃપ્રાપ્ત થઈ શકે છે. ઉચ્ચ ઓસ્મોટિક ઢાળ સીરપ, મધ, ખારા પાણી, આલ્કોહોલ અને સાંદ્ર ખાંડ અથવા મીઠાના દ્રાવણ ઓસ્મોટિક દબાણને કારણે એન્ટીબેક્ટેરિયલ ક્રિયા દર્શાવે છે. ચાસણી અને મધનો સુપરફિસિયલ અને ઊંડા જખમો માટે પ્રસંગોચિત સારવાર તરીકે ઉપયોગમાં લેવાનો લાંબો ઇતિહાસ છે. લાકડાના ધુમાડાના સંયોજનો ફૂડ પ્રિઝર્વેટિવ્સ તરીકે કામ કરે છે. લાકડાના ધુમાડામાં જોવા મળતા ફેનોલ અને ફેનોલિક સંયોજનો એન્ટીઑકિસડન્ટો અને એન્ટિમાઇક્રોબાયલ્સ છે, જે બેક્ટેરિયાના વિકાસને ધીમું કરે છે. લાકડાના ધુમાડામાં અન્ય એન્ટિમાઇક્રોબાયલ્સમાં ફોર્મેલ્ડિહાઇડ, એસિટિક એસિડ અને અન્ય કાર્બનિક એસિડનો સમાવેશ થાય છે, જે લાકડાના ધુમાડાને નીચા પીએચ-લગભગ 2.5 આપે છે. આમાંના કેટલાક સંયોજનો લોકો માટે પણ ઝેરી છે, અને રસોઈના ઉપયોગોમાં જોવા મળતી માત્રામાં સ્વાસ્થ્ય પર અસર કરી શકે છે. ઓઝોન સુક્ષ્મસજીવો ઓઝોનના સંપર્ક પર કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો અનુભવે છે જે તેમની કોષ દિવાલોની અખંડિતતા સાથે સમાધાન કરે છે. ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયા ગ્રામ-પોઝિટિવ સજીવો કરતાં ઓઝોન માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે. ઉચ્ચ તાપમાન (થર્માઇઝેશન અને પાશ્ચરાઇઝેશન જુઓ) આત્યંતિક તાપમાન સક્રિય અને ચયાપચય કરતા વાયરસ અને વનસ્પતિ કોશિકાઓનો નાશ કરે છે. પ્રોટીન, કાર્બોહાઇડ્રેટ્સ, લિપિડ અને ન્યુક્લિક એસિડ જેવા કાર્બનિક અણુઓ, તેમજ કોષની દિવાલો અને પટલ, જે તમામ કોષ ચયાપચયમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે, અતિશય ગરમીથી નુકસાન થાય છે. માનવ વપરાશ માટેના ખોરાકને નિયમિત રીતે પકાવીને, ઉકાળીને અને તળેલા તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે જે મોટાભાગના રોગકારક જીવાણુઓનો નાશ કરે છે. ઉષ્મીય પ્રક્રિયાઓ ઘણીવાર ખોરાકની રચના, દેખાવ અને પોષણ મૂલ્યમાં અનિચ્છનીય ફેરફારો કરે છે. ઓટોક્લેવ્સ ઉત્કલન બિંદુ કરતા વધુ ઊંચાઈએ વરાળ ઉત્પન્ન કરે છે અને તેનો ઉપયોગ પ્રયોગશાળાના કાચના વાસણો, શસ્ત્રક્રિયાના સાધનો અને વધતા જતા ઉદ્યોગમાં તબીબી કચરાને જંતુમુક્ત કરવા માટે થાય છે. સુક્ષ્મજીવાણુઓનો નાશ કરવા માટે ઊંચા તાપમાનનો ઉપયોગ કરવામાં રહેલું જોખમ, ગરમી સામે પ્રતિરોધક પેથોજેન્સ ઉત્પન્ન કરવાના પરિણામી જોખમ સાથે અપૂરતી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા તેમનો અપૂર્ણ વિનાશ છે. ઉચ્ચ દબાણ (પાસ્કલાઇઝેશન જુઓ) 700 એમપીએ (100,000 પીએસઆઈ) સુધીના ખૂબ ઊંચા હાઇડ્રોસ્ટેટિક દબાણ હેઠળનું પાણી લિસ્ટેરિયા, ઇ. કોલી અને સાલ્મોનેલા જેવા પેથોજેન્સને નિષ્ક્રિય કરે છે. ખાદ્ય ઉદ્યોગમાં ઉષ્મા ઉપચાર કરતાં ઉચ્ચ દબાણ પ્રક્રિયા (એચ. પી. પી.) ને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે કારણ કે તે ઉષ્મા ક્ષરણને કારણે ખોરાકની ગુણવત્તામાં થતા ફેરફારોને દૂર કરે છે, જેના પરિણામે તાજો સ્વાદ, પોત, દેખાવ અને પોષણ મળે છે. પ્રક્રિયા સરળતાથી આસપાસના અથવા રેફ્રિજરેશન તાપમાન પર થાય છે. દબાણ એ (માઇક્રોબાયલ) જીવન માટે અવરોધ છે કે કેમ તે પ્રશ્ન આશ્ચર્યજનક રીતે લાંબા સમયથી ધારવામાં આવે છે તેનાથી વિપરીત છે. વોશિંગ્ટનની કાર્નેગી ઇન્સ્ટિટ્યુશનના ભૂ-રસાયણશાસ્ત્રી અનુરાગ શર્મા, માઇક્રોબાયોલોજિસ્ટ જેમ્સ સ્કોટ અને અન્ય લોકોએ ડાયમંડ એનવિલ સેલ સાથે એક પ્રયોગ કર્યો હતો અને 1 ગીગાપાસ્કલથી વધુ દબાણ માટે માઇક્રોબાયલ પ્રવૃત્તિ પર "સીધા અવલોકનો" નો ઉપયોગ કર્યો હતો. તેમનો ધ્યેય સૂક્ષ્મજીવાણુઓનું પરીક્ષણ કરવાનો અને તેઓ કયા સ્તરના દબાણ હેઠળ જીવન પ્રક્રિયાઓ કરી શકે છે તે શોધવાનો હતો. આ પ્રયોગો 1 જી. પી. એ. દબાણ સુધી કરવામાં આવ્યા હતા, જે પૃથ્વીની સપાટીના દબાણ કરતાં 16,000 ગણા વધારે છે (પૃથ્વીની સપાટીનું દબાણ 985 એચ. પી. એ. છે). આ પ્રયોગની શરૂઆત બેક્ટેરિયાના દ્રાવણ, ખાસ કરીને એસ્ચેરીચીયા કોલી અને શેવાનેલા વનઇડેન્સિસને એક ફિલ્મમાં મૂકીને અને તેને ડી. એ. સી. માં મૂકીને થઈ હતી. ત્યારબાદ દબાણ વધારીને 1.6 જી. પી. એ. કરવામાં આવ્યું હતું. જ્યારે આ દબાણમાં વધારો કરવામાં આવ્યો અને 30 કલાક સુધી ત્યાં રાખવામાં આવ્યો, ત્યારે ઓછામાં ઓછા 1 ટકા બેક્ટેરિયા બચી ગયા. પ્રયોગ કરનારાઓએ પછી દ્રાવણમાં રંગ ઉમેર્યો અને ઇન-સીટૂ રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કરીને ફોર્મેટ મેટાબોલિઝમનું પણ નિરીક્ષણ કર્યું. જો કોષો સંકોચનથી બચી ગયા અને જીવન પ્રક્રિયાઓ હાથ ધરવા માટે સક્ષમ હતા, ખાસ કરીને ફોર્મેટને તોડી નાખતા, તો રંગ સ્પષ્ટ થઈ જશે. 1. 6 જી. પી. એ. એ એટલું મોટું દબાણ છે કે પ્રયોગ દરમિયાન ડી. એ. સી. એ દ્રાવણને બરફ-IV માં ફેરવી દીધું, જે ઓરડાના તાપમાનનો બરફ છે. જ્યારે બેક્ટેરિયા બરફમાં ફોર્મેટને તોડી નાખે છે, ત્યારે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને કારણે પ્રવાહી ખિસ્સા રચાય છે. બેક્ટેરિયા પણ તેમની પૂંછડીઓ સાથે ડી. એ. સી. ની સપાટીને વળગી રહેવા સક્ષમ હતા. આ અગ્રણી પ્રયોગ સાથે કેટલાક સંશયવાદ નોંધવામાં આવ્યા હતા. કેલિફોર્નિયાના લા જોલ્લામાં સ્ક્રિપ્સ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ઓશનોગ્રાફીના સમુદ્રવિજ્ઞાની આર્ટ યાયાનોસના જણાવ્યા અનુસાર, કોઈ જીવતંત્રને ત્યારે જ જીવંત ગણવું જોઈએ જ્યારે તે પ્રજનન કરી શકે. ડીએસી પ્રયોગ સાથેનો બીજો મુદ્દો એ છે કે જ્યારે ઉચ્ચ દબાણ થાય છે, ત્યારે સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ તાપમાન પણ હાજર હોય છે, પરંતુ આ પ્રયોગમાં એવું નહોતું. આ પ્રયોગ ઓરડાના તાપમાને કરવામાં આવ્યો હતો. જો કે, પ્રયોગોમાં ઊંચા તાપમાનનો ઇરાદાપૂર્વકનો અભાવ જીવન પર દબાણની વાસ્તવિક અસરોને અલગ પાડે છે અને પરિણામો સ્પષ્ટપણે સૂચવે છે કે જીવન મોટે ભાગે દબાણ અસંવેદનશીલ છે. સ્વતંત્ર સંશોધન જૂથોના નવા પરિણામોએ શર્મા વગેરેની માન્યતા દર્શાવી છે. (2002) કામ. આ એક મહત્વપૂર્ણ પગલું છે જે પ્રયોગો દ્વારા પર્યાવરણીય ચરમસીમાઓનો અભ્યાસ કરવાની જૂની સમસ્યા માટે નવા અભિગમની જરૂરિયાતને પુનરાવર્તિત કરે છે. માઇક્રોબાયલ જીવન 600 એમપીએ સુધીના દબાણમાં ટકી શકે છે કે કેમ તે અંગે વ્યવહારીક રીતે કોઈ ચર્ચા નથી, જે છેલ્લા એક દાયકામાં સંખ્યાબંધ વેરવિખેર પ્રકાશનો દ્વારા માન્ય હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. શર્મા વગેરેના આ અભિગમમાં શું નોંધપાત્ર છે. 2002નું કાર્ય એ આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓમાં સિસ્ટમોનું નિરીક્ષણ કરવાની સુંદર રીતે સીધી ક્ષમતા છે જે ત્યારથી તકનીકી રીતે અપ્રાપ્ય રહી છે. જ્યારે પ્રયોગ સરળતા અને લાવણ્ય દર્શાવે છે, પરિણામો અનપેક્ષિત નથી અને મોટાભાગના બાયોફિઝિકલ મોડેલો સાથે સુસંગત છે. આ નવીન અભિગમ માત્ર વૈજ્ઞાનિક આધાર પ્રદાન કરીને જ નહીં, પરંતુ બિન-પરિવેશી જીવવિજ્ઞાન અને કાર્બનિક પ્રણાલીઓ પર ભાવિ કાર્ય માટે તકનીકી શક્યતા પણ મૂકીને બિન-પરિવેશી પરિસ્થિતિઓમાં સૂક્ષ્મ જીવવિજ્ઞાન પર ભાવિ કાર્ય માટે પાયો નાખે છે. ઉચ્ચ પ્રવેગક સેન્ટ્રીફ્યુજમાં પ્રાપ્ત પ્રવેગક બળો દ્વારા બેક્ટેરિયલ કોષની સપાટીઓને નુકસાન થઈ શકે છે. પ્રયોગશાળાના સેન્ટ્રીફ્યુજ નિયમિત રીતે 5000-15000 g હાંસલ કરે છે, જે એક એવી પ્રક્રિયા છે જે ઘણીવાર સૂક્ષ્મજીવાણુઓના નોંધપાત્ર ભાગને મારી નાખે છે, ખાસ કરીને જો તેઓ તેમના ઘાતાંકીય વિકાસના તબક્કામાં હોય. આ પણ જુઓ ડ્રગ પ્રતિકાર ખાદ્ય સંરક્ષણ સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ વૈજ્ઞાનિક સ્રોતો અને કાયદા-શારીરિક હસ્તક્ષેપ ઉપકરણો ક્લિનિકલ પેથોલોજી બેક્ટેરિયોલોજી