संशोधन नोट्स: मानव कल्याण में सूक्ष्मजीव | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

मानव कल्याण में सूक्ष्मजीव

बैक्टीरिया

(1) बैक्टीरिया का अध्ययन बैक्टीरियोलॉजी कहलाता है।

(2) लिनियस ने उन्हें वंश वर्मेस के अंतर्गत रखा।

(3) नागेली ने बैक्टीरिया को स्किजोमाइसेट्स के अंतर्गत वर्गीकृत किया।

(4) बैक्टीरिया एककोशीय, सूक्ष्म जीव होते हैं।

(5) ये सबसे छोटे कोशिका भित्ति वाले प्रोकैरियोटिक कोशिकाएँ हैं।

(6) इनमें कठोर कोशिका भित्ति होती है और ये विटामिन का संश्लेषण करने में सक्षम होते हैं, जिससे ये जानवरों से भिन्न होते हैं।

आकार

(i) बैक्टीरिया सभी ज्ञात कोशीय जीवों में सबसे छोटे होते हैं, जो केवल सूक्ष्मदर्शी की सहायता से दिखाई देते हैं।

(ii) इनकी लंबाई 3 से 5 माइक्रॉन (1 मीटर = 1/1000 मिलीमीटर या लगभग 1/25,000 इंच) होती है।

(iii) कुछ प्रजातियाँ बैक्टीरिया की व्यास लगभग 15 माइक्रॉन होती है।

आकृति

बैक्टीरिया के विभिन्न आकार

(i) बैक्टीरिया का आकार सामान्यतः स्थिर रहता है।

(ii) इनमें से कुछ अपने आकार और आकार को पर्यावरणीय परिस्थितियों में परिवर्तन के साथ बदलने में सक्षम होते हैं। ऐसे बैक्टीरिया, जो अपना आकार बदलते हैं, उन्हें प्लीमोर्फिक कहा जाता है।

(iii) बैक्टीरिया निम्नलिखित रूपों में पाए जाते हैं।

(a) कोक्की: (GK. Kokkos = बेरी) ये अंडाकार या गोलाकार आकार के होते हैं। इन्हें माइक्रोकॉक्स तब कहा जाता है जब ये एकल होते हैं, जैसे कि माइक्रोकॉक्स, डिप्लोकॉक्स तब जब जोड़े में होते हैं, जैसे कि डिप्लोकॉक्स न्यूमोनिया, टेट्राकॉक्स चार में, स्ट्रेप्टोकॉक्स तब जब श्रृंखलाओं में होते हैं, जैसे कि स्ट्रेप्टोकॉक्स लैक्टिस, स्टैफाइलोकॉक्स तब जब अंगूर के गुच्छों में होते हैं, जैसे कि स्टैफाइलोकॉक्स ऑरियस, और सार्किन तब जब 8 या 64 के घनाकार पैकेट में होते हैं, जैसे कि सार्किना।

(b) बैसिलि: ये बैक्टीरिया बेलनाकार होते हैं, जिनमें झिल्ली हो सकती है या नहीं। ये अकेले (बैसिलस), जोड़ों में (डिप्लोबैसिलस) या श्रृंखला में (स्ट्रेपटोबैसिलस) हो सकते हैं।

(c) विव्रियो: ये छोटे और 'कोमा जैसे, किडनी जैसे' होते हैं। इनके एक सिरे पर एक झिल्ली होती है और ये गतिशील होते हैं। विव्रियो बैक्टीरिया की कोशिका में वक्रता होती है, जैसे कि Vibrio cholerae।

(d) स्पाइरीलम (स्पाइरा = कुंडल): स्पाइरीलम बैक्टीरिया (बहुवचन- स्पाइरिला)। ये एक कुंडल या螺旋 की तरह होते हैं। स्पाइरिलर रूप आमतौर पर कठोर होते हैं और इन पर एक या दोनों सिरों पर दो या अधिक झिल्ली होती हैं, जैसे कि स्पाइरीलम, स्पिरोकेट आदि।

(e) फिलामेंट: बैक्टीरिया का शरीर कवक मायसेलिया की तरह तंतुयुक्त होता है। ये तंतु बहुत छोटे होते हैं, जैसे कि Beggiota, Thiothrix आदि।

(f) स्टाल्कड: बैक्टीरिया का शरीर एक डंठल रखता है, जैसे कि Caulobacter।

(g) बडेड: बैक्टीरिया का शरीर कुछ स्थानों पर सूजा हुआ होता है, जैसे कि Retrodomicrobiom।

नाइट्रोजन चक्र में बैक्टीरिया की भूमिका

प्रकृति में विद्यमान नाइट्रोजन चक्र comprises of:

नाइट्रोजन स्थिरीकरण

• (1) कई स्वतंत्र रूप से रहने वाले मिट्टी में निवास करने वाले बैक्टीरिया जैसे कि Azotobacter (एरोबिक), Clostridium (एनारोबिक), आदि में वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में स्थिर करने की क्षमता होती है।
• (2) नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया का एक अन्य समूह अन्य पौधों के साथ सहजीवी संबंध में रहता है।
• (3) सबसे महत्वपूर्ण सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण बैक्टीरिया Rhizobium spp. है।
• (4) Rhizobium की विभिन्न प्रजातियाँ विभिन्न फलियों वाले पौधों में निवास करती हैं। उदाहरण के लिए, R. leguminosarium सोयाबीन आदि को संक्रमित करता है।
• (5) ये जड़ नोड्यूल विकसित करते हैं और फलियों वाले पौधों के साथ सहजीवी संबंध में वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में स्थिर करते हैं।

(6) स्थायी नाइट्रोजन का एक भाग फलीदार पौधों द्वारा ग्रहण किया जाता है और इसका मेटाबॉलिज्म होता है।

(7) स्थायी नाइट्रोजन का एक भाग आसपास की मिट्टी में फैल जाता है।

अमोनिफिकेशन

(1) पौधों, जानवरों और उनके उत्सर्जन उत्पादों के मृत अवशेषों के नाइट्रोजन यौगिकों को कई बैक्टीरिया और अन्य सूक्ष्मजीवों द्वारा अमोनिया में विघटित किया जाता है।

(2) नाइट्रोजन यौगिकों को अमोनिया में परिवर्तित करने की प्रक्रिया को अमोनिफिकेशन कहा जाता है।

(3) यह कई अमोनिफाइंग बैक्टीरिया जैसे Bacillus ramosus, B. vulgaris, B. mycoides आदि द्वारा किया जाता है।

नाइट्रिफिकेशन

(1) कई बैक्टीरिया अमोनियम यौगिकों को नाइट्राइट्स (जैसे, Nitrosomonas) में और नाइट्राइट्स को नाइट्रेट्स (जैसे, Nitrobacter) में परिवर्तित करके मिट्टी की नाइट्रोजन उर्वरता को बढ़ाते हैं।

(2) Nitrosomonas समूह अमोनिया को नाइट्राइट में ऑक्सीकृत करता है –

(3) Nitrobacter समूह नाइट्राइट को नाइट्रेट में ऑक्सीकृत करता है –

डिनाइट्रिफिकेशन

नाइट्रेट्स और अमोनिया को कई डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया, जैसे Pseudomonas fluorescence, P. denitrificans, Bacillus subtilis, Thiobacillus denitirficans आदि द्वारा नाइट्रस ऑक्साइड और अंततः नाइट्रोजन गैस में परिवर्तित किया जाता है।

उपयोगी गतिविधियाँ

उपयोगी गतिविधियाँ

(i) जैविक अपशिष्टों का विघटन: कई सैप्रोट्रोफिक बैक्टीरिया प्राकृतिक सफाईकर्मी के रूप में कार्य करते हैं, जो मनुष्य के पर्यावरण से हानिकारक जैविक अपशिष्टों (जैसे, जानवरों और पौधों के मृत अवशेष) को लगातार हटा रहे हैं। वे शुद्धिकरण और विघटन द्वारा जैविक सामग्री का विघटन करते हैं। विघटन और विघटन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाले सरल यौगिक (जैसे, कार्बन डाइऑक्साइड, कार्बन मोनोऑक्साइड, नाइट्रेट, सल्फेट, फॉस्फेट, अमोनिया आदि) या तो पुनः चक्रण के लिए पर्यावरण में वापस छोड़े जाते हैं या पौधों द्वारा भोजन के रूप में अवशोषित किए जाते हैं। इस प्रकार, बैक्टीरिया मृत शरीर और जीवों के अपशिष्टों का निपटान करने और मिट्टी की उर्वरता बढ़ाने में दोहरा कार्य निभाते हैं।

(ii) मिट्टी की उर्वरता में सुधार की भूमिका: मिट्टी में उपस्थित सैप्रोट्रोफिक बैक्टीरिया अपनी जीवित रहने के लिए विभिन्न गतिविधियाँ करते हैं। इनमें से कुछ गतिविधियाँ ह्यूमस, खाद आदि के निर्माण द्वारा मिट्टी की उर्वरता में सुधार करती हैं।

(a) ह्यूमस: जैविक सामग्री और खनिजीकरण का सूक्ष्मजीवों द्वारा विघटन एक जटिल अमॉर्फस पदार्थ के निर्माण में परिणाम करता है जिसे ह्यूमस कहा जाता है। ह्यूमस मिट्टी की वायुमंडलीयता, जल धारण क्षमता, मिट्टी के खनिजों की घुलनशीलता, ऑक्सीडेशन-रिडक्शन क्षमता और मिट्टी की बफरिंग क्षमता को सुधारता है।

(b) खाद बनाना: यह खेत के अपशिष्ट, गोबर और अन्य जैविक अपशिष्टों को सैप्रोट्रोफिक बैक्टीरिया (जैसे, Bacillus stearothermophilus, Clostridium thermocellum, Thermomonospora spp. आदि) की गतिविधि द्वारा खाद में बदलने की प्रक्रिया है।

(c) सल्फेट जोड़ना: कुछ सल्फर बैक्टीरिया (जैसे, Beggiatoa) H2S को सल्फेट में बदलकर मिट्टी में सल्फर जोड़ते हैं।

(iii) नालियों का निपटान: एनायरोबिक बैक्टीरिया की जैविक सामग्री को शुद्ध करने की क्षमता का उपयोग शहरों के नालियों के निपटान प्रणाली में किया जाता है। मल को ढके हुए जलाशयों में संग्रहित किया जाता है और इसे शुद्ध होने की अनुमति दी जाती है। ठोस सामग्री को तरल कीचड़ में विघटित किया जाता है जिसे मोटे फ़िल्टरों के माध्यम से गुजारा जाता है। अंततः अपशिष्ट का शुद्धिकरण किया जाता है और इसे नदी में बहा दिया जाता है या खेतों में खाद के रूप में उपयोग किया जाता है। नालियों के निपटान में शामिल सामान्य बैक्टीरिया हैं – कोलिफॉर्म्स (E. coli), स्ट्रेप्टोकॉकी, क्लोस्ट्रिडियम, माइक्रोकॉक्स, प्रोटियस, प्स्यूडोमोनास, लैक्टोबैसिलस, आदि।

(iv) उद्योग में भूमिका: विभिन्न बैक्टीरिया की उपयोगी गतिविधियों का उपयोग कई औद्योगिक उत्पादों के उत्पादन में किया जाता है। इनमें से कुछ निम्नलिखित हैं–

• (a) लैक्टिक एसिड: लैक्टिक एसिड को पाश्चुरीकृत दूध के काढ़े से लैक्टोबैसिलस बूल्गारिकस और L. डेलब्रुक्की के द्वारा किण्वन के माध्यम से व्यावसायिक रूप से उत्पादित किया जाता है।
• (b) दही: दही को पाश्चुरीकृत दूध से दही बनाने की प्रक्रिया द्वारा तैयार किया जाता है। इसे 40°C पर Lactobacillus bulgaricus और Streptococcus thermophilus के स्टार्ट कल्चर को दूध में मिलाकर शुरू किया जाता है। Lactobacillus लैक्टोज को लैक्टिक एसिड में बदलता है जबकि Streptococcus एसिडिटी के कारण केसिन का ठोसकरण करता है।
• (c) पनीर: दूध से पनीर बनाने में दो मुख्य चरण शामिल होते हैं – पहले दूध का ठोसकरण, और दूसरे विभिन्न बैक्टीरिया की प्रजातियों का उपयोग करके ठोस दही का परिपक्वकरण।
• (d) मक्खन: इसे मीठी या खट्टी क्रीम को मथने से तैयार किया जाता है। मक्खन क्रीम के निर्माण के लिए जिम्मेदार सूक्ष्मजीव हैं – Streptococcus lactis और Leuconostoc citrivorum। मक्खन की विशिष्ट सुगंध एक वाष्पशील पदार्थ – डायसेटिल के कारण विकसित होती है। इसे पाश्चुरीकृत दूध पर स्ट्रेप्टोकॉकी के क्रिया द्वारा उत्पादित किया जाता है।

(e) रेट्टिंग प्रक्रिया: लिनन, भांग और जूट के रेशे को रेट्टिंग नामक प्रक्रिया द्वारा अलग किया जाता है। इस प्रक्रिया के दौरान पौधों की तने को पानी में डुबोया जाता है, जहां बैक्टीरियल गतिविधि नरम भागों के सड़ने का कारण बनती है। मजबूत बास्ट रेशे ढीले हो जाते हैं और एक-दूसरे से आसानी से अलग हो जाते हैं। इन रेशों को कत्था किया जाता है और विभिन्न वस्तुओं में बुना जाता है।

(f) सिरका: देशी बनाया गया सिरका गन्ने के रस, गुड़ या फलों के रस का एक किण्वन उत्पाद है। इसे दो चरणों में तैयार किया जाता है – पहले, शर्करा को शराब में बदलने की प्रक्रिया एल्कोहलिक किण्वन है, जो यीस्ट द्वारा की जाती है, और दूसरे, शराब को एसिटिक एसिड में बदलने की प्रक्रिया है, जो बैक्टीरिया Acetobacter (A. orieansis, A. acetic, A. schuizenbachi, आदि) के क्रिया द्वारा होती है। सिरका अचार की तैयारी में या एसिटिक एसिड के स्थान पर उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग मांस और सब्जियों के संरक्षण के लिए किया जाता है।

(v) मनुष्य में बैक्टीरिया की भूमिका: E.coli (ग्राम-नेगेटिव) बैक्टीरिया मानव और अन्य जानवरों की आंत के कोलन क्षेत्र में रहते हैं और पाचन प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

(vi) औषधीय उपयोग

(a) विटामिन: राइबोफ्लेविन (विटामिन B2) का उत्पादन Clostridium butyricum बैक्टीरिया की गतिविधि में होता है। प्रसिद्ध विटामिन C (अस्कॉर्बिक एसिड) का उत्पादन सोरबिटोल से Acetobacter spp. की क्रिया द्वारा होता है।

(b) सीरम और वैक्सीन: कई बैक्टीरिया सीरम और वैक्सीन की तैयारी में उपयोग किए जाते हैं। ये पदार्थ मानव में विभिन्न बीमारियों के प्रति प्रतिरोधक क्षमता उत्पन्न करते हैं। सीरम कुछ बीमारियों जैसे डिप्थीरिया, निमोनिया आदि के खिलाफ प्रभावी होते हैं, जबकि वैक्सीन्स टाइफाइड, चिकनपॉक्स, कोलेरा आदि के खिलाफ प्रभावी होते हैं।

(c) एंजाइम: कुछ बैक्टीरिया शाकाहारी जानवरों जैसे गाय, घोड़ा, बकरी आदि की आहार नली में रहते हैं और कुछ एंजाइम का उत्पादन करने में मदद करते हैं जो सेलुलोज़ को पचाते हैं। प्रोटीज़ एंजाइम बैक्टीरिया Bacillus subtilis द्वारा उत्पादित होते हैं। इसी तरह, एंजाइम पेक्टिनेज़ Clostridium प्रजाति द्वारा उत्पादित होता है, जिसका उपयोग फ्लैक्स के रेटिंग में किया जाता है।

(d) एंटीबायोटिक्स: ये वे रासायनिक पदार्थ हैं जो जीवित सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित होते हैं, जो अन्य सूक्ष्मजीवों को रोकने या नष्ट करने में सक्षम होते हैं। ये द्वितीयक और छोटे मेटाबॉलिक पथों के उत्पाद होते हैं, जो अधिकांशतः सूक्ष्मजीवों द्वारा बाह्य रूप से स्रावित होते हैं। इनका उपयोग विभिन्न संक्रामक बीमारियों को नियंत्रित करने में किया जाता है।

वर्तमान में 5000 से अधिक एंटीबायोटिक पदार्थ ज्ञात हैं और लगभग 100 का औषधीय उपयोग के लिए उपलब्ध हैं। सबसे महत्वपूर्ण बैक्टीरिया जो अधिकतम संख्या में एंटीबायोटिक्स का उत्पादन करता है, वह Streptomyces है।

कुछ सामान्य एंटीबायोटिक्स की सूची, उनके स्रोत और उनके अनुप्रयोग

• S. No. एंटीबायोटिक - प्राप्त स्रोत - उपयोग
• A - Streptomycin - Streptomyces griseus - ग्राम-पॉजिटिव और ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया, टीबी, टुलारेमिया (खरगोश बुखार), इन्फ्लुएंजा, मेनिनजाइटिस, बैक्टीरियल डायरिया, आदि।
• B - Actidine - S. griseus - फफूंद द्वारा उत्पन्न पौधों की बीमारियाँ।
• C - Chloromycetin - S. venezuelae - ग्राम-पॉजिटिव और ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया, टाइफाइड, रिकेट्सिया।
• D - Tetracycline - S. aurefaciens - ग्राम-पॉजिटिव और ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया, रिकेट्सिया।
• E - Terramycin - S. ramosus - ग्राम-पॉजिटिव और ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया।
• F - Erythromycin - S. erythreus - ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया, खांसी, डिप्थेरिया।
• G - Neomycin - S. fradiae - ग्राम-पॉजिटिव, ग्राम-नेगेटिव और टीबी बैक्टीरिया।
• H - Amphomycin - S. carus - ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया।
• I - Amphotericin B - S. nodosus - यीस्ट, फफूंद।
• J - Leucomycin - S. kitasoensis - ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया।
• K - Trichomycin - S. hachijoensis - यीस्ट और फफूंद।
• L - Viomycin - S. floridae - ग्राम-पॉजिटिव, ग्राम-नेगेटिव और टीबी बैक्टीरिया।
• M - Bacitracin - Bacillus subtilis - ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया।
• N - Gramicidin - B. brevis - ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया।
• O - Tyrothricin - B. brevis - ग्राम-पॉजिटिव और ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया।
• P - Polymyxin B - Aerobacillus polymyxa - ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया।