Physical factors affecting microbial life
रोगाणुओं को उनके भौतिक वातावरण के तत्वों जैसे तापमान, विकिरण, या रसायनों के संपर्क में आने से क्षतिग्रस्त या मार दिया जा सकता है; इन प्रभावों का उपयोग रोगजनकों को नियंत्रित करने के प्रयासों में किया जा सकता है, अक्सर खाद्य सुरक्षा के उद्देश्य से। विकिरण विकिरण कोबाल्ट-60 और सीज़ियम-137, या, उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों और एक्स-रे द्वारा उत्सर्जित आयनीकरण गामा किरणों का उपयोग सूक्ष्मजीव रोगजनकों को निष्क्रिय करने के लिए है, विशेष रूप से खाद्य उद्योग में। डीनोकोकस रेडियोड्यूरन्स जैसे बैक्टीरिया विशेष रूप से विकिरण के प्रति प्रतिरोधी होते हैं, लेकिन रोगजनक नहीं होते हैं। इडाहो नेशनल इंजीनियरिंग एंड एनवायरनमेंटल लेबोरेटरी (आई. एन. ई. ई. एल.) में खर्च किए गए परमाणु ईंधन भंडारण पूल से कोरिनेबैक्टीरियम एक्वेटिकम, स्यूडोमोनास पुटिडा, कोमोनास एसिडोवोरन्स, ग्लुकोनोबैक्टर सेरिनस, माइक्रोकोकस डाइवर्सस और रोडोकोकस रोडोक्रस जैसे सक्रिय रोगाणुओं को पुनर्प्राप्त किया गया है। इन रोगाणुओं को फिर से विकिरण की नियंत्रित खुराक के संपर्क में लाया गया। सभी प्रजातियाँ कम नुकसान के साथ कमजोर विकिरण खुराक से बच गईं, जबकि केवल ग्राम-पॉजिटिव प्रजातियाँ बहुत बड़ी खुराक से बच गईं। ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया के बीजाणुओं में भंडारण प्रोटीन होते हैं जो डी. एन. ए. से कसकर जुड़ते हैं, संभवतः विकिरण क्षति के लिए एक सुरक्षात्मक बाधा के रूप में कार्य करते हैं। आयनीकरण विकिरण प्रतिक्रियाशील मुक्त कणों का निर्माण करके अप्रत्यक्ष रूप से कोशिकाओं को मार देता है। ये मुक्त कण रासायनिक रूप से कोशिका में संवेदनशील मैक्रोमोलेक्यूल्स को बदल सकते हैं जिससे वे निष्क्रिय हो जाते हैं। कोशिका के अधिकांश मैक्रोमोलेक्यूल आयनीकरण विकिरण से प्रभावित होते हैं, लेकिन डी. एन. ए. मैक्रोमोलेक्यूल को नुकसान अक्सर कोशिका की मृत्यु का कारण होता है, क्योंकि डी. एन. ए. में अक्सर इसके जीन की केवल एक प्रति होती है; दूसरी ओर, प्रोटीन में अक्सर कई प्रतियां होती हैं ताकि एक की क्षति से कोशिका की मृत्यु न हो, और किसी भी मामले में हमेशा पुनः संश्लेषित किया जा सकता है बशर्ते डी. एन. ए. अक्षुण्ण रहे। पराबैंगनी विकिरण का उपयोग एक सदी से अधिक समय से उद्योग और चिकित्सा दोनों द्वारा रोगाणुनाशक के रूप में किया जा रहा है (पराबैंगनी रोगाणुनाशक विकिरण देखें)। पराबैंगनी के उपयोग से निष्क्रियता और उत्परिवर्तन दोनों की उत्तेजना होती है। एक विकिरणित एस्चेरिचिया कोलाई आबादी के एक मामले के अध्ययन में प्रकाश द्वारा प्रेरित बैक्टीरियोफेज-प्रतिरोधी उत्परिवर्तकों की बढ़ती संख्या पाई गई। धातु आयन (ऑलिगोडायनामिक प्रभाव) कार्ल नागेली, एक स्विस वनस्पतिशास्त्री, ने 1893 में खोज की कि विभिन्न धातुओं के आयन और उनके मिश्र धातु जैसे चांदी और तांबा, लेकिन पारा, लोहा, सीसा, जस्ता, बिस्मथ, सोना, एल्यूमीनियम और अन्य, सूक्ष्मजीव एंजाइमों को विकृत करके सूक्ष्मजीव जीवन पर विषाक्त प्रभाव डालते हैं और इस प्रकार उनके चयापचय को बाधित करते हैं। वायरस में यह प्रभाव नगण्य है क्योंकि वे चयापचय रूप से सक्रिय नहीं होते हैं। स्पंदित विद्युत क्षेत्र (पी. ई. एफ.) कोशिकाओं पर लागू मजबूत विद्युत क्षेत्र स्पंद उनकी झिल्ली के छिद्रों (इलेक्ट्रोपोरेशन) को विकसित करने का कारण बनते हैं, जिसके परिणामस्वरूप झिल्ली पारगम्यता बढ़ जाती है और कोशिका के लिए, रसायनों का अवांछनीय प्रवास। कम तीव्रता वाली दालों के परिणामस्वरूप द्वितीयक चयापचय का उत्पादन बढ़ सकता है और प्रतिरोध का निर्माण हो सकता है। पी. ई. एफ. उपचार एसिड और अन्य थर्मोसेन्सिटिव मीडिया में रोगाणुओं के निष्क्रिय होने के लिए एक पर्याप्त प्रक्रिया है, लेकिन अपूर्ण विनाश के कारण अंतर्निहित प्रतिरोध खतरे रखता है। स्पंदित चुंबकीय क्षेत्र (पी. एम. एफ.) 2004 के एक अध्ययन में पाया गया कि ई. कोलाई 10,000 में 1 के उत्तरजीविता आंकड़े के साथ स्पंदित चुंबकीय क्षेत्रों के लिए अतिसंवेदनशील है। पी. ई. एफ. कोशिका भित्ति के साथ के रूप में परिणामी कोशिका मृत्यु के साथ छिद्रपूर्ण हो जाते हैं। लैक्टोपेरॉक्सीडेस, लाइपेज और कैटालेस जैसे एंजाइम आसानी से निष्क्रिय हो जाते हैं, हालांकि संवेदनशीलता की अलग-अलग डिग्री के साथ। 2010 का एक अध्ययन स्टैफिलोकोकस ऑरियस पर पीएमएफ के प्रभावों पर केंद्रित था। हाल तक उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड का उपयोग सफाई, काटने, प्लास्टिक की वेल्डिंग और चिकित्सा चिकित्सा के लिए किया जाता था। उच्च शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड एक उपयोगी उपकरण है जो अपने अनुप्रयोगों में अत्यंत बहुमुखी है। अल्ट्रासाउंड तरल अणुओं को कंपन करने के कारण तरल या घोल के भीतर कैविटेशन बुलबुले उत्पन्न करता है। इन बुलबुले में 5000K का तापमान और 2000 वायुमंडल तक का दबाव नियमित रूप से दर्ज किया जाता है। कैविटेशन का उत्पादन 2 मेगाहर्ट्ज तक की श्रव्य सीमा से आवृत्तियों का उपयोग करके किया जा सकता है, जो लगभग 20 किलोहर्ट्ज पर इष्टतम है। अल्ट्रासोनिक उत्पन्न करने के लिए एक तरल माध्यम और अल्ट्रासाउंड के स्रोत की आवश्यकता होती है, आमतौर पर या तो पीजोइलेक्ट्रिक या मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर से। इस प्रक्रिया का उपयोग ई. कोलाई, साल्मोनेला, एस्केरिस, जियार्डिया, क्रिप्टोस्पोरिडियम सिस्ट, साइनोबैक्टीरिया और पोलियोवायरस को नष्ट करने के लिए किया जाता है। यह जैविक कीटनाशकों को तोड़ने में भी सक्षम है। नैदानिक अल्ट्रासाउंड में उपयोग की जाने वाली आवृत्तियाँ आम तौर पर 2 और 18 मेगाहर्ट्ज के बीच होती हैं, और कोशिकीय क्षति या भ्रूण स्कैन के दीर्घकालिक प्रभावों के बारे में अनिश्चितता बनी रहती है। (मेडिकल अल्ट्रासोनोग्राफी देखें) कम तापमान वाले फ्रीजिंग भोजन का उपयोग अपनी गुणवत्ता को बनाए रखने के लिए प्राचीन काल से किया जाता रहा है। जमने वाला तापमान भोजन में सूक्ष्मजीवों के खराब होने के प्रभाव को रोकता है, लेकिन कुछ रोगजनकों को लंबे समय तक बिना किसी नुकसान के भी संरक्षित कर सकता है। जमने से कुछ सूक्ष्मजीव शारीरिक आघात से मर जाते हैं, अन्य जमने से घातक रूप से घायल हो जाते हैं, और संक्रामक होने के लिए ठीक हो सकते हैं। उच्च परासरण प्रवणता सिरप, शहद, लवण, अल्कोहल और केंद्रित चीनी या नमक के घोल परासरण दबाव के कारण जीवाणुरोधी क्रिया प्रदर्शित करते हैं। सिरप और शहद का सतही और गहरे घावों के लिए सामयिक उपचार के रूप में उपयोग करने का एक लंबा इतिहास रहा है। लकड़ी के धुएँ के यौगिक खाद्य संरक्षक के रूप में कार्य करते हैं। लकड़ी के धुएँ में पाए जाने वाले फेनॉल और फेनोलिक यौगिक एंटीऑक्सीडेंट और एंटीमाइक्रोबियल होते हैं, जो बैक्टीरिया के विकास को धीमा करते हैं। लकड़ी के धुएँ में अन्य रोगाणुरोधी में फॉर्मेल्डिहाइड, एसिटिक एसिड और अन्य कार्बनिक एसिड शामिल हैं, जो लकड़ी के धुएँ को कम पीएच देते हैं-लगभग 2.5। इनमें से कुछ यौगिक लोगों के लिए भी विषाक्त हैं, और खाना पकाने के अनुप्रयोगों में पाई जाने वाली मात्रा में स्वास्थ्य प्रभाव हो सकते हैं। ओजोन सूक्ष्मजीव ओजोन के संपर्क में आने पर व्यवहार्यता में कमी का सामना करते हैं जो उनकी कोशिका दीवारों की अखंडता से समझौता करता है। ग्राम-पॉजिटिव जीवों की तुलना में ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया ओजोन के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। उच्च तापमान (थर्माइजेशन और पाश्चराइजेशन देखें) अत्यधिक तापमान सक्रिय और चयापचय करने वाली वायरस और वनस्पति कोशिकाओं को नष्ट कर देता है। कार्बनिक अणु जैसे प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड और न्यूक्लिक एसिड, साथ ही कोशिका भित्ति और झिल्ली, जो सभी कोशिका चयापचय में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, अत्यधिक गर्मी से क्षतिग्रस्त हो जाते हैं। मानव उपभोग के लिए भोजन को नियमित रूप से बेकिंग, उबलाने और तलने के तापमान पर गर्म किया जाता है जो अधिकांश रोगजनकों को नष्ट कर देता है। तापीय प्रक्रियाएँ अक्सर खाद्य पदार्थों की बनावट, रूप और पोषण मूल्य में अवांछनीय परिवर्तन का कारण बनती हैं। ऑटोक्लेव क्वथनांक से अधिक पर भाप उत्पन्न करते हैं और इनका उपयोग प्रयोगशाला के कांच के बर्तनों, शल्य चिकित्सा उपकरणों और बढ़ते उद्योग में चिकित्सा अपशिष्ट को कीटाणुरहित करने के लिए किया जाता है। सूक्ष्मजीवों को नष्ट करने के लिए उच्च तापमान का उपयोग करने में निहित एक खतरा, अपर्याप्त प्रक्रियाओं के माध्यम से उनका अपूर्ण विनाश है जिसके परिणामस्वरूप गर्मी प्रतिरोधी रोगजनकों के उत्पादन का जोखिम होता है। उच्च दबाव (पास्कलाइजेशन देखें) 700 एमपीए (100,000 पीएसआई) तक के बहुत उच्च जलस्थैतिक दबाव के तहत पानी लिस्टेरिया, ई. कोलाई और साल्मोनेला जैसे रोगजनकों को निष्क्रिय कर देता है। खाद्य उद्योग में ऊष्मा उपचार की तुलना में उच्च दबाव प्रसंस्करण (एच. पी. पी.) को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि यह ऊष्मा क्षरण के कारण खाद्य पदार्थों की गुणवत्ता में परिवर्तन को समाप्त करता है, जिसके परिणामस्वरूप नया स्वाद, बनावट, रूप और पोषण होता है। प्रसंस्करण आसानी से परिवेश या प्रशीतन तापमान पर होता है। यह सवाल कि क्या दबाव (सूक्ष्मजीव) जीवन के लिए एक बाधा है, आश्चर्यजनक रूप से इसके विपरीत है जो लंबे समय से माना जाता रहा है। अनुराग शर्मा, एक भू-रसायनविद्, जेम्स स्कॉट, एक सूक्ष्म जीवविज्ञानी, और वाशिंगटन के कार्नेगी संस्थान में अन्य लोगों ने डायमंड एनविल सेल के साथ एक प्रयोग किया और 1 गीगापास्कल दबाव से अधिक सूक्ष्मजीव गतिविधि पर "प्रत्यक्ष टिप्पणियों" का उपयोग किया। उनका लक्ष्य रोगाणुओं का परीक्षण करना और यह पता लगाना था कि वे किस स्तर के दबाव में जीवन प्रक्रियाओं को पूरा कर सकते हैं। प्रयोगों को 1 जी. पी. ए. दबाव तक किया गया था, जो पृथ्वी की सतह के दबाव से 16,000 गुना अधिक है (पृथ्वी की सतह का दबाव 985 एच. पी. ए. है)। प्रयोग की शुरुआत बैक्टीरिया, विशेष रूप से एस्चेरिचिया कोलाई और शेवानेला वनइडेनसिस के घोल को एक फिल्म में रखकर और इसे डी. ए. सी. में रखकर की गई। इसके बाद दबाव को बढ़ाकर 1.6 जी. पी. ए. कर दिया गया। जब इस दबाव में उठाया जाता है और 30 घंटे तक रखा जाता है, तो कम से कम 1 प्रतिशत बैक्टीरिया जीवित रहते हैं। इसके बाद प्रयोगकर्ताओं ने घोल में एक रंग जोड़ा और इन-सीटू रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके संरचनात्मक चयापचय की भी निगरानी की। यदि कोशिकाएं निचोड़ने से बच जाती हैं और जीवन प्रक्रियाओं को पूरा करने में सक्षम होती हैं, विशेष रूप से फॉर्मेट को तोड़ने में, तो रंग साफ हो जाएगा। जी. पी. ए. इतना अधिक दबाव है कि प्रयोग के दौरान डी. ए. सी. ने घोल को बर्फ-IV, एक कमरे के तापमान वाली बर्फ में बदल दिया। जब बैक्टीरिया बर्फ में फॉर्मेट को तोड़ देते हैं, तो रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण तरल जेब बन जाते हैं। बैक्टीरिया भी अपनी पूंछ से डी. ए. सी. की सतह से चिपकने में सक्षम थे। इस अग्रणी प्रयोग के साथ कुछ संदेह दर्ज किया गया था। ला जोला, कैलिफोर्निया में स्क्रिप्स इंस्टीट्यूट ऑफ ओशनोग्राफी के एक समुद्रविज्ञानी आर्ट यायानोस के अनुसार, एक जीव को केवल तभी जीवित माना जाना चाहिए जब वह प्रजनन कर सके। डी. ए. सी. प्रयोग के साथ एक और मुद्दा यह है कि जब उच्च दबाव होता है, तो आमतौर पर उच्च तापमान भी मौजूद होते हैं, लेकिन इस प्रयोग में ऐसा नहीं था। यह प्रयोग कमरे के तापमान पर किया गया था। हालांकि, प्रयोगों में उच्च तापमान की जानबूझकर कमी ने जीवन पर दबाव के वास्तविक प्रभावों को अलग कर दिया और परिणाम स्पष्ट रूप से जीवन को काफी हद तक दबाव असंवेदनशील होने का संकेत देते हैं। स्वतंत्र शोध समूहों के नए परिणामों ने शर्मा और अन्य की वैधता को दिखाया है। (2002) काम। यह एक महत्वपूर्ण कदम है जो प्रयोगों के माध्यम से पर्यावरणीय चरम सीमाओं का अध्ययन करने की पुरानी समस्या के लिए एक नए दृष्टिकोण की आवश्यकता को दोहराता है। व्यावहारिक रूप से इस बात पर कोई बहस नहीं है कि क्या सूक्ष्मजीव जीवन 600 एमपीए तक के दबाव से बच सकता है, जो पिछले एक दशक में दिखाया गया है या कई बिखरे हुए प्रकाशनों के माध्यम से मान्य है। शर्मा और अन्य लोगों के इस दृष्टिकोण में क्या महत्वपूर्ण है। 2002 का काम चरम परिस्थितियों में प्रणालियों की निगरानी करने की सुंदर रूप से सीधी क्षमता है जो तब से तकनीकी रूप से दुर्गम बनी हुई है। जबकि प्रयोग सरलता और भव्यता दिखाता है, परिणाम अप्रत्याशित नहीं हैं और अधिकांश जैवभौतिकीय मॉडलों के अनुरूप हैं। यह नवीन दृष्टिकोण न केवल एक वैज्ञानिक आधार प्रदान करके, बल्कि गैर-परिवेशी जीव विज्ञान और जैविक प्रणालियों पर भविष्य के काम के लिए तकनीकी व्यवहार्यता भी निर्धारित करके गैर-परिवेशी स्थितियों में सूक्ष्म जीव विज्ञान पर भविष्य के काम की नींव रखता है। सेन्ट्रीफ्यूज में प्राप्त त्वरण बलों से उच्च त्वरण जीवाणु कोशिका सतहों को नुकसान हो सकता है। प्रयोगशाला अपकेंद्रित्र नियमित रूप से 5000-15000 g प्राप्त करते हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जो अक्सर रोगाणुओं के एक बड़े हिस्से को मार देती है, खासकर अगर वे अपने घातीय विकास चरण में हैं। यह भी देखें दवा प्रतिरोध खाद्य संरक्षण संदर्भ बाहरी लिंक वैज्ञानिक 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