குளோரினேற்றம் (Chlorination) போன்ற இரசாயனங்கள் மூலம் நீரைத் தூய்மைப்படுத்துவது, பெரிய அளவில் தண்ணீரைச் சுத்திகரிப்பதற்கான செலவு குறைந்த மற்றும் தொழில்நுட்பரீதியாக எளிமையான ஒரு வழியாகவே இன்றும் உள்ளது. இருப்பினும், இதிலும் சில உயிரியல் வரம்புகள் உள்ளன. தண்ணீரைச் சுத்திகரிக்கும் தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சி மட்டுமே தண்ணீர் பாதுகாப்பை முழுமையாக உறுதி செய்துவிட முடியுமா? அல்லது நிலையான தண்ணீர் தீர்வுகளுக்கு, அளவுக்கு அதிகமாக நீரைப் பயன்படுத்துதல், நீர் மாசுபாடு மற்றும் பருவநிலை மாற்றம் போன்ற முக்கியப் பிரச்சனைகளுக்குத் தீர்வு காண்பது அவசியமா?
டெல்லி மற்றும் பிற மாநிலங்களில் அடிக்கடி ஏற்படும் குடிநீர் மாசுபடுதல் சம்பவங்கள், நீரைத் தூய்மைப்படுத்தும் அமைப்புகளின் செயல்திறன் மீதான கவனத்தை ஈர்த்துள்ளன. இரசாயனங்கள் மூலம் நீரைச் சுத்திகரிப்பது தீங்கு விளைவிக்கும் நுண்ணுயிரிகளை அழிப்பதற்காக வடிவமைக்கப்பட்டிருந்தாலும், அது சில நேரங்களில் கடுமையான சவால்களையும் தாங்கி உயிர்வாழப் பழகிய நுண்ணுயிரிகள் பெருகுவதற்கேற்ற சூழ்நிலையை உருவாக்கிவிடுகிறது. எனவே, சுத்திகரிப்புக்கு பிறகும் நுண்ணுயிரிகள் தங்களை மீட்டுக்கொண்டு மிக எளிதாக வளர்வதற்கு உதவும் இத்தகைய தகவமைப்புகளைக் கண்டறிந்து அவற்றைத் தடுப்பது மிக அவசியமாகிறது.
ஆனால், நாம் முக்கியமாகப் புரிந்துகொள்ள வேண்டியது என்னவென்றால், எந்த வகையான வழிமுறைகள் மூலம் இந்த நுண்ணுயிரிகள் இரசாயன அழுத்தங்களையும் சுத்திகரிப்பையும் தாங்கி உயிர்வாழ்கின்றன என்பதுதான். சுத்திகரிப்புக்கு பிறகும் நுண்ணுயிரிகள் தீவிரமாகச் செயல்படும் வகையில் தங்களை மாற்றிக்கொள்ளும் திறன் கொண்ட நுண்ணுயிரிக் குழுக்கள் ஏதேனும் உள்ளனவா? பொது சுகாதார அபாயங்களைக் குறைப்பதற்கும், நீரைச் சுத்திகரிக்கும் அமைப்புகளின் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்துவதற்கும் இந்தக் கேள்விகளுக்கான பதில்களைக் கண்டறிவது மிகவும் அவசியமானதாகும்.
சமீபத்திய ஆய்வு ஒன்று, செல்லுக்கு உள்ளேயும் (Intracellular) வெளியேயும் (Extracellular) உள்ள மெட்டஜெனோம்கள் (Metagenomes) மற்றும் மெட்டாடிரான்ஸ்கிரிப்டோம்களை (Metatranscriptomes) ஆராய்வதன் மூலம் இந்த சவால்களுக்குத் தீர்வுகாண முயன்றது. இந்த ஆய்வில் பயன்படுத்தப்பட்ட மெட்டஜெனோம்கள் மற்றும் மெட்டாடிரான்ஸ்கிரிப்டோம்கள் தொழில்நுட்பங்கள் என்றால் என்ன?
நீர் சுத்திகரிப்புக்கு பிறகு நுண்ணுயிரிகளுக்கு என்ன நடக்கிறது?
ஒரு நுண்ணுயிர் சமூகத்தில் (Microbial community) என்னென்ன வகையான உயிரினங்கள் உள்ளன என்பதை 'மெட்டாஜீனோம்' (Metagenome) அடையாளம் காட்டுகிறது. அதேவேளையில், சுத்திகரிப்புக்காகச் சேர்க்கப்படும் வேதிப்பொருட்களால் ஏற்படும் அழுத்தத்தைச் சமாளிக்க, இந்த நுண்ணுயிரிகள் மூலக்கூறு அளவில் என்னென்ன செயல்பாடுகளில் தீவிரமாக ஈடுபட்டுள்ளன என்பதை 'மெட்டாட்ரான்ஸ்கிரிப்டோம்' (Metatranscriptome) வெளிப்படுத்துகிறது.
மெட்டாஜீனோமிக்ஸ் (Metagenomics) என்பது மாதிரிகளில் இருந்து நேரடியாகப் பெறப்படும் DNA பற்றிய ஆய்வை உள்ளடக்கியது. இது நுண்ணுயிர் சமூகங்களின் மரபணு வேறுபாடு, அவற்றின் செயல்பாட்டுத் திறன் மற்றும் அவற்றின் மக்கள்தொகை மாற்றங்கள் ஆகியவற்றை முழுமையாகப் பகுப்பாய்வு செய்ய உதவுகிறது.
மெட்டாடிரான்ஸ்கிரிப்டோமிக்ஸ் என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட மாதிரியில் (Sample) உள்ள RNA மூலக்கூறுகளின் செயல்பாடுகளைப் பகுப்பாய்வு செய்வதில் கவனம் செலுத்துகிறது. இது சிக்கலான நுண்ணுயிர் குழுக்களுக்குள் நடக்கும் மரபணு வெளிப்பாடுகள், வளர்ச்சிதை மாற்றச் செயல்பாடுகள் மற்றும் செல் செயல்பாடுகள் பற்றிய விரிவான தகவல்களை வழங்குகிறது.
இந்த ஆய்வின்படி, கழிவுநீரில் உள்ள நியூக்ளிக் அமிலத்தின் பெரும் பகுதிக்கு பாக்டீரியாக்களே காரணமாக உள்ளன. இவை, 55 விழுக்காடு (55%) DNA மற்றும் 99 விழுக்காடு RNA ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன. மெத்திலோபாக்டீரியம் (Methylobacterium), ஸ்பிங்கோமோனாஸ் (Sphingomonas), ஹைஃபோமைக்ரோபியம் (Hyphomicrobium), நோவோஸ்பிங்கோபியம் (Novosphingobium), ஸ்பிங்கோபியம் (Sphingobium), ரைசோராப்டஸ் (Rhizorhabdus) மற்றும் ஸ்பிங்கோபிக்சிஸ் (Sphingopyxis) போன்ற பாக்டீரியாக்களில் இருந்து பெறப்படும் செல்லுக்குள் இருக்கும் நியூக்ளிக் அமிலங்களின் இருப்பு, இந்த உயிரினங்கள் குளோரின் கொண்டு சுத்திகரிக்கப்படும் (Chlorination) முறையையும் தாண்டி உயிர்வாழ அதிக வாய்ப்புகளைப் பெற்றுள்ளன என்பதைக் காட்டுகிறது.
நமது உடல்நலம் மற்றும் சுகாதாரத்தோடு நேரடியாகத் தொடர்புடைய சில பொதுவான நுண்ணுயிரிகளான மைக்கோபாக்டீரியம் (Mycobacterium), மைக்கோலிசிபாக்டீரியம் (Mycolicibacterium), மைக்கோபாக்டீராய்டுகஸ் (Mycobacteroides), ஸ்ட்ரெப்டோகாக்கஸ் (Streptococcus) மற்றும் சூடோமோனாஸ் (Pseudomonas) ஆகியவை செல்லுக்கு வெளியே உள்ள DNA மற்றும் செல்லுக்குள் இருக்கும் RNA ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன. இவை கிருமிநாசினிகளை எதிர்க்கக்கூடிய ஒருவித 'உயிர்ப்படலத்தை' (Biofilm) உருவாக்குகின்றன என்பதை சுட்டிக்காட்டுகிறது.
அதேநேரத்தில், கழிவுநீரைத் தூய்மைப்படுத்துவதால் அங்குள்ள நியூக்ளிக் அமிலக் கழிவுகள் முழுமையாக அழிந்துவிடுவதில்லை என்பதையும் நாம் கவனிக்க வேண்டும். இத்தகைய கழிவுகள் கழிவுநீரில் உள்ள நுண்ணுயிரிகளிடமிருந்து மட்டுமல்லாமல், மனிதர்களிடமிருந்து வெளியேறும் DNA உள்ளிட்ட இதர உயிரியல் மூலங்களிலிருந்தும் உருவாகின்றன.
கிருமிநாசினிகளால் ஏற்படும் அழுத்தத்திற்குப் பாக்டீரியாக்கள் தங்களை எவ்வாறு தகவமைத்துக் கொள்கின்றன?
பாக்டீரியாக்கள் இரண்டு வழிகளில் மரபணுப் பொருட்களைப் பெறுகின்றன: ஒன்று, பெற்றோர் செல்களில் இருந்து சேய் செல்களுக்கு மரபணுக்கள் கடத்தப்படும் 'செங்குத்து மரபணு கடத்தல்' (Vertical transmission) முறை; மற்றொன்று, அவை வெளியில் இருக்கும் பிற மூலக்கூறுகளின் DNA-வை எடுத்துத் தங்கள் மரபணுவோடு சேர்த்துக் கொள்ளும் 'கிடைமட்ட மரபணு கடத்தல்' (Horizontal gene transfer (HGT)) முறை ஆகும்.
1928-ஆம் ஆண்டில், ஆங்கிலேய நுண்ணுயிரியலாளர் பிரடெரிக் கிரிஃபித் முதன்முதலில் பாக்டீரியாக்களின் மரபணு மாற்றத்தை சோதனை மூலம் நிரூபித்தார். அவரது பரிசோதனை, பாதிப்பில்லாத ஒரு சாதாரண பாக்டீரியா, இறந்த ஆபத்தான பாக்டீரியாவிலிருந்து கிடைத்த மரபணுப் பொருட்களைக் கிடைமட்ட மரபணு கடத்தல் (HGT) மூலம் பெற்றுக்கொண்டு, நோயை உண்டாக்கும் ஆபத்தான பாக்டீரியாவாக மாற முடியும் என்பதைக் காட்டியது. இந்த கண்டுபிடிப்பு பாக்டீரியா மரபணு மாற்றம் என்ற கருத்தை உறுதிப்படுத்தியதோடு, பாக்டீரியாக்களின் பரிணாம வளர்ச்சியில் கிடைமட்ட மரபணு கடத்தலின் (HGT) முக்கியப் பங்கையும் காட்டியது.
நீரைச் சுத்திகரிக்கும் கிருமிநாசினிப் பயன்பாடு, பாக்டீரியாக்களின் மரபணு மாற்றத்தை அதிகப்படுத்தி, இந்த கிடைமட்ட மரபணு கடத்தலை (HGT) ஊக்குவிப்பதாக ஆய்வுகள் கூறுவதால், இது ஒரு பெரிய கவலையாக உருவெடுத்துள்ளது. இது பாக்டீரியாக்கள் தங்களை நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளுக்கு எதிரான ஆற்றலை (Antibiotic resistance) வளர்த்துக்கொள்ளவும் உதவுகிறது.
குளோரினேற்றம் (Chlorination) மற்றும் குளோராமைன் (Chloramine) சிகிச்சைக்குப் பிறகும்கூட, மீதமிருக்கும் செல்களுக்கு வெளியேயான (Extracellular) மற்றும் செல்களுக்கு உள்ளேயான (Intracellular) DNA-க்கள் இடம் மாறக்கூடிய மரபணுக்கள் (Transposons) போன்ற மரபணு கூறுகளைக் கொண்டுள்ளன. இவை கன உலோகங்கள், நச்சுகள் மற்றும் அமினோகிளைகோசைடுகள், பாஸ்ஃபோமைசின், சல்போனமைடுகள் மற்றும் பாசிட்ராசின் போன்ற நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பு மருந்துகளுக்கு எதிரான எதிர்ப்புத் திறனை பாக்டீரியாக்களுக்கு வழங்குகின்றன.
நுண்ணுயிரிகளின் மரபணு செயல்பாடுகள் (metatranscriptomes) குறித்த ஆய்வுகளும், இந்த நோய் எதிர்ப்புத் திறன் கொண்ட மரபணுக்கள் மிகத் தீவிரமாகச் செயல்படுவதைக் காட்டுகின்றன. இதுமட்டுமல்லாமல், சுத்திகரிப்பு இரசாயனங்களால் ஏற்படும் அழுத்தமானது, பாக்டீரியாக்களின் சிதைந்த DNA-வை சரிசெய்யவும் ஆக்ஸிஜனேற்ற அழுத்தத்தைக் குறைக்கவும் அவற்றின் உடலுக்குள் இருக்கும் 'அவசரக்காலப் பாதுகாப்பு வழிமுறை' (SOS) அமைப்பைத் தூண்டுகிறது. இந்த நுண்ணுயிரிகள் தங்களது வளர்சிதை மாற்றத்தையும் மாற்றியமைத்துக் கொள்கின்றன. சிறிய RNA மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்தி மற்ற உயிரினங்களுடன் தொடர்பு கொள்கின்றன. மேலும், மீத்தேனை மெத்தனாலாக மாற்றுவது, கொழுப்பு அமில வளர்சிதை மாற்றம், TCA சுழற்சி முறை மற்றும் கிளைகோசில் இடமாற்றம் (glycosyl transfer) போன்ற அதிக திறன் வாய்ந்த ஆற்றல் உற்பத்தி முறைகளுக்கும் மாறுகின்றன.
மேலும், செல்லுக்குள்ளே இருக்கும் நியூக்ளிக் அமிலத் துண்டுகளில் ஆற்றல்-சார்பற்ற சாப்பரோன்களின் (chaperones) உற்பத்தியும், செல்லுக்கு வெளியே உள்ள பொருட்களில் ATP-சார்ந்த சாப்பரோன்களின் உற்பத்தியும் அதிகரிப்பது, கிருமிநாசினி சிகிச்சைக்குப் பிறகு பாக்டீரியாக்கள் உயிர்வாழ புரதங்கள் சரியாக மடிவது எவ்வளவு முக்கியம் என்பதைக் காட்டுகிறது. இறுதியாக, சுத்திகரிக்கப்பட்ட நீர் கையாளப்படும் விதம், குறிப்பாக குடிநீர் விநியோகக் குழாய்களுக்குள் படியும் இரும்பு ஆக்சைடு படிவுகளில் உள்ள செல்லுக்குள் இருக்கும் நியூக்ளிக் அமிலத்தின் செயல்பாட்டையும் பாதிக்கிறது.
தொழில்நுட்பத்தால் நீர் பாதுகாப்பை உறுதிசெய்ய முடியுமா?
பெரிய அளவிலான குடிநீர் சுத்திகரிப்புக்கு, இரசாயனப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தி கிருமிநீக்கம் செய்வது குறைந்த செலவுடையதாகவும், தொழில்நுட்பரீதியாக எளிமையானதாகவும் இருக்கிறது. ஆனால், மேலே குறிப்பிட்டதுபோல இதில் சில உயிரியல் ரீதியான குறைபாடுகள் உள்ளன. இதற்கு மாறாக, எதிர் சவ்வூடுபரவல் (Reverse Osmosis) தொழில்நுட்பமானது வீடுகள், தொழிற்சாலைகள் மற்றும் நகராட்சிகள் போன்ற பல்வேறு துறைகளில் மிகவும் திறமையான நீர் சுத்திகரிப்பு முறைகளை வழங்குகிறது.
இருப்பினும், இந்த 'எதிர் சவ்வூடுபரவல்' (RO) முறையிலும் சவ்வுகளின் விலை, பராமரிப்புத் தேவைகள் மற்றும் சுத்திகரிக்கப்படும் நீரின் அளவு குறைவு போன்ற சில குறைபாடுகள் உள்ளன. இதனால் அதிக அளவில் தண்ணீர் வீணாகிறது. மேலும், வீட்டு எதிர் சவ்வூடுபரவல் அமைப்புகளில் இருந்து முறையாகத் தாதுக்கள் சேர்க்கப்படாத தண்ணீரைத் தொடர்ந்து நீண்டகாலம் குடிப்பது, உடலில் தாதுப் பற்றாக்குறை மற்றும் அது சார்ந்த உடல்நலக் கோளாறுகளுக்கு வழிவகுக்கக்கூடும்.
பெரிய அளவில் மேற்கொள்ளப்படும் சவ்வு-அடிப்படையிலான நீர் சுத்திகரிப்பு முறையானது, அவை அகற்றும் அசுத்தங்களின் அடிப்படையில் பரவலாக பின்வருமாறு வகைப்படுத்தப்படுகிறது:
நுண்ணிய வடிகட்டுதல்: இது பாக்டீரியாக்களைத் தடுத்து நீக்குகிறது.
அதிநுண்ணிய வடிகட்டுதல்: இது வைரஸ்களை அகற்றும்.
நானோ வடிகட்டுதல்: இது நியூக்ளிக் அமிலங்களை அகற்றும்.
எதிர் சவ்வூடு பரவல்: இது நீர் மூலக்கூறுகளைத் தவிர மற்ற அனைத்து அசுத்தங்களையும் முழுமையாக அகற்றிவிடும்.
நீர் பற்றாக்குறை உள்ள பகுதிகளில் கடல்நீரைக் குடிநீராக்குவதற்கும், கழிவுநீரை மறுசுழற்சி செய்வதற்கும் இந்த சவ்வு அடிப்படையிலான அமைப்புகள் அதிகளவில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்தத் தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள் இருந்தபோதிலும், எந்தவொரு நீர் சுத்திகரிப்புத் தொழில்நுட்பமும் தனியாக வளர்ந்து வரும் நன்னீர் பற்றாக்குறைக்கு முழுமையான தீர்வு காண முடியாது. ஏனெனில், தண்ணீரை வீணாக்குவது, நிலத்தடி நீர் மாசுபடுவது, பருவநிலை மாற்றத்தால் பனிப்பாறைகள், ஏரிகள் மற்றும் ஓடைகளில் இருந்து நீர்வரத்து குறைவது, அளவுக்கு அதிகமாக நீரை உறிஞ்சுவது மற்றும் நீர் மாசுபாடு போன்ற பிரச்சினைகளுக்குத் தொழில்நுட்பரீதியாக எந்த ஒரு உடனடி எளிய தீர்வும் கிடையாது.
டாக்டர் அருணங்ஷு தாஸ், டெல்லி இந்திய தொழில்நுட்பக் கழகத்தின் (IIT Delhi) வளிமண்டல அறிவியல் மையத்தில் முதன்மை திட்ட விஞ்ஞானியாகப் பணியாற்றுகிறார்.