हजारो लोकांचा बळी घेणाऱ्या आणि लाखो लोकांना कायमचे अपंग करणाऱ्या भोपाळ वायूगळती दुर्घटनेच्या आठवणी तीन दशकांनंतरही अंगावर काटा आणतात. ह्या दुर्घटनेला कारणीभूत असणारा विषारी वायू,  युनियन कार्बाइड इंडिया लिमिटेड च्या कारखान्यात  'कार्बेरिल' हे कीटकनाशक बनवताना वापरला गेला होता. कार्बेरिलचेही  दुष्परिणाम चिंताजनक आहेत. दुर्दैवाने हे माहित असूनही त्याचा वापर चालूच आहे. कार्बेरिलचा वापर थांबवल्यानंतरही ते काही प्रमाणात शेतांमध्ये, मातीत व वातावरणात उरते. त्याला पर्यावरणातून नामशेष करणे किंवा त्याचे कमी हानिकारक पदार्थात विघटन करणे अतिशय महत्त्वाचे आहे. भारतीय तंत्रज्ञान संस्था (आयआयटी) मुंबई येथील प्रध्यापक प्रशांत फळे व त्यांचा गटाने, वातावरणातून हे कीटकनाशक नाहीसे करणारे जीवाणू शोधले आहेत आणि त्यांची विघटन प्रक्रिया समजून घेतली आहे. इन्स्टिट्यूट ऑफ जेनोमिक्स अँड इंटिग्रेटिव्ह बायोलॉजी (जीनोमिक व एकात्मकारी जीवशास्त्र संस्था, सीएसआयआर-आयजीआयबी),  दिल्ली येथील त्यांचे डॉ. राकेश शर्मा यांचा सहयोग त्यांना लाभला.

‘सेव्हिन’ या नावाने बाजारात विकल्या जाणार्‍या कार्बेरिल कीटकनाशकाचा वापर मावा, कोळी, पिसू, ढेकूण आणि इतर कीटकांना मारण्यासाठी शेती तसेच बिगरशेती (हिरवळ, घरगुती बागा आणि रस्त्याच्या कडेची झुडुपे) क्षेत्रात प्रामुख्याने केला जातो. कार्बेरिल मज्जातंतूंचे संदेश पोचवणाऱ्या विकरांना प्रतिबंध करते आणि कीटकांच्या मज्जासंस्थेला निकामी करते. त्यामुळे कीटकांचा गुदमरून मृत्यू होतो.

इतर किटकनाशकांप्रमाणेच कार्बेरिलचा मानव आणि इतर सजीवांवर प्रतिकूल परिणाम होतो. कार्बेरिलमुळे कर्करोगही होऊ शकतो.

"थोडाच काळ संपर्क झाल्यास कार्बेरिलमुळे फक्त त्वचेची जळजळ होते किंवा डोळ्यांना सूज येते, पण कार्बेरिल चा जास्त प्रमाणात संपर्क आल्यास दमा, श्वसनरोग आणि अर्धांगवायू होऊ शकतो," असे डॉ. फळे म्हणाले.

कार्बेरिलमुळे गांडुळे मरतात, त्यामुळे जमिनीची सुपीकता कमी होते. मधमाश्यांसारख्या परागसिंचन करणाऱ्या कीटकांचा पक्षाघात होऊन ते मरतात, त्यामुळे शेती उत्पादनावर परिणाम होतो. पीक कापणीनंतरही अनेक महिन्यांनीसुद्धा कार्बेरिलचे अवशेष जमिनीत व शेतात आढळतात.

“आम्लयुक्त जमिनीच्या तुलनेत अल्कधर्मीय मातीत कार्बेरिलचे विघटन सावकाश होते. त्यामुळे पीक कापणीनंतरही खूप वर्षे त्याचे अवशेष आढळतात. तसेच, शेतात कार्बेरिलच्या वारंवार वापरामुळे त्याचे मातीतील प्रमाण वाढत जाऊन ते सजीवांसाठी प्राणघातक ठरू शकतो” असे प्रा. फळे यांनी सांगितले.

कार्बेरिलचे विघटन करण्याचा मार्ग:

कार्बेरिलचे विघटन करणे ही अनेक टप्प्यांची प्रक्रिया आहे. जिवाणू विकराच्या साह्याने, रासायनिक प्रक्रियेच्या प्रत्येक टप्प्यावर कार्बेरिलचे रुपांतर मध्यस्थ संयुगांमध्ये करतात.

“कृषिक्षेत्रात जिवाणूंमुळे होणाऱ्या कार्बेरिलच्या विघटन प्रक्रियेचे विश्लेषण करणे हा आमचा मुख्य उद्देश होता,” असे प्रा. फळे यांनी सांगितले.

कार्बेरिलचे विघटन करणाऱ्या काही सूक्ष्मजीवांच्या प्रजाती शास्त्रज्ञांना माहिती होत्या. पण अद्यापही संपूर्ण विघटन प्रक्रिया माहित नव्हती. डॉ. फळे आणि चमूने शेतातून मातीचे नमुने गोळा केले आणि कार्बेरिलचे विघटन करणाऱ्या जीवाणूंच्या प्रजातींचे पृथक्करण केले. कार्बेरिल प्रभावीपणे नामशेष करणाऱ्या स्यूडोमोनास जीवाणूचे तीन प्रकार त्यांना आढळले. संशोधकांनी विघटन प्रक्रियेदरम्यान निर्माण होणारा १,२ डायहैड्रॉक्सि नॅफथलीन सारखे काही मध्यस्थ घटक ओळखले व संपूर्ण प्रक्रियाही स्पष्ट केली. विघटन प्रक्रियेच्या पुढील अभ्यासासाठी त्यांनी स्यूडोमोनास ‘सी ५ पीपी’ प्रजाती वापरली.

सुरूवातीस ‘कार्बेरिल हायड्रोलेस’ हे जिवाणूंमधील विकर कार्बेरिलवर प्रक्रिया करते व ‘१-नॅफथॉल’ आणि ‘मेथिलॅमिन’ तयार होते. जीवाणूंसाठी, ‘१-नॅफथॉल’ कार्बनचा आणि मेथिलॅमिन नायट्रोजनचा स्रोत आहेत. इतरांसाठी विष असलेले कार्बेरिल जीवाणूंसाठी मात्र अन्न आणि ऊर्जेचा स्त्रोत असल्याचे दिसून येते.

बरेच जिवाणू कार्बेरिलचे विघटन करतात, पण या अभ्यासामध्ये नोंदविलेल्या स्यूडोमोनास प्रजाती अधिक प्रभावशाली होत्या. वैज्ञानिक साहित्यात नोंद असलेल्या इतर जीवाणूंपेक्षा ४ ते ५ पट वेगाने म्हणजेच केवळ १२ ते १३ तासात ते कीटकनाशकाचे विघटन करतात.

एवढ्या उच्च कार्यक्षमतेचे गुपित तरी काय? स्यूडोमोनास सी ५ पीपी प्रजातीच्या जीनसंचाच्या अभ्यासानुसार असे दिसून आले आहे की कार्बेरिलच्या ऱ्हासास कारणीभूत जनुके ‘ऑपेरॉन’ नावाच्या तीन वेगवेगळ्या गटात विभागलेली आहेत. जीवाणूने ही जनुके घातक संयुगांचे विघटन करणाऱ्या राल्सटोनिया किंवा स्यूडोमोनासच्या इतर प्रजातींकडून घेतली असावीत. एकपेशीय किंवा बहुपेशीय जीवांमधील अनुवांशिक सामग्रीच्या देवाणघेवाणीस ‘क्षैतिज जनुक हस्तांतरण’ असे म्हणतात आणि ते पालकांकडून संततीमध्ये होणाऱ्या अनुलंब जनुकीय हस्तांतरणापेक्षा वेगळे असते.

“निसर्ग स्वतः एक प्रयोगशाळा आहे. परिसंस्थेतील जीवांचे एकमेकांशी परस्पर संबंध असतात आणि हे जीव फायद्यासाठी आणि अस्तित्व टिकवण्यासाठी अनुवांशिक साहित्याची देवाणघेवाण करतात,” असे डॉ. फळे म्हणाले.

या  चलाख जीवाणूंनी  इतर जीवांकडून सुगंधी संयुगे आणि कार्बेरिलचे अंशतः विघटन करणारी जनुके मिळवली, जनुकांची सांगड घातली, या यंत्रणेचा उपयोग करून कार्बेरिलपासून अन्न बनवण्यास सुरूवात केली आणि स्वतःचे अस्तित्व टिकवले.

स्यूडोमोनास: एक चलाख जीवाणू

कार्बेरिल हे एकमेव विषारी संयुग नाही ज्याचा सामना जीवाणूंना करावा लागतो. विघटन प्रक्रियेत जिवाणूंमध्ये प्रथम निर्माण होणारे १-नॅफथॉल, हे कार्बेरिलपेक्षाही जास्त विषारी आहे. मग या विषाच्या अमलाखाली हे लहान जीवाणू कसे टिकेतात? या प्रश्नाच्या पाठपुरावठा करताना काही चित्तवेधक निष्कर्ष समोर आले.

स्यूडोमोनास जीवाणूमध्ये दोन पटल असतात, एक आतले व दुसरे बाहेरील. दोन पटलांच्या मध्ये पेरीप्लाझम (परिद्रव्य) असते. या पेरीप्लाझममध्ये कार्बेरिलचे विघटन १-नॅफथॉलमध्ये होते. १-नॅफथॉल ची संहति जास्त असता ते प्राणघातक असले, तरी संहति कमी असेल तर ते कमी विषारी असते. आतील पटल १- नॅफथॉल ला कमी वेगाने आतील कक्षात प्रवेश करू देते आणि १-नॅफथॉलपासून पेशीच्या मुख्य अंगाचे म्हणजेच पेशीद्रव्याचे (सायटोप्लासम) संरक्षण करते. पेशीद्रव्यामध्ये १-नॅफथॉलचे रूपांतर प्रथम पाण्यात विरघळणाऱ्या बिनविषारी संयुगामध्ये होते व नंतर सेंद्रिय आम्लात होते. या आम्लांचा वापर करून पेशी ऍमिनो आम्ले, न्यूक्लिओटाइड आणि साखर बनवतात. अश्या रीतीने, विभाजन तंत्र वापरून जीवाणू कार्बेरिलचे सुयोग्य विघटन करतात.

मोठ्या प्रमाणात दूषित झालेल्या शेतांमधून कीटकनाशके नष्ट करण्यासाठी या स्यूडोमोनास प्रजातींचा वापर होऊ शकतो. कार्बेरिल किंवा १-नॅफथॉल उत्पन्न करणाऱ्या किंवा उपयोग करणाऱ्या उद्योगांमध्ये, किंवा मैलापाणी आणि सांडपाण्यावर प्रक्रिया करण्यासाठी स्यूडोमोनास जीवाणू उपयुक्त ठरू शकतात.

"आम्ही शोधलेल्या प्रजाती नैसर्गिक असून जनुकीय फेरबदल केलेल्या नाहीत म्हणून त्यांच्या वापरावर कोणतेही बंधन नाही," असे संशोधकांचे म्हणणे आहे.

कीटकनाशकांमुळे होणारे प्रदूषण आणि त्याचा आरोग्यावर होणारा परिणाम ही जगभर चिंतेची बाब आहे. डॉ. फळे आणि त्यांचा गटाने या संशोधनातून या कीटकनाशकांच्या घातक परिणामांपासून मुक्त होण्याचा नैसर्गिक उपाय सुचवला आहे. जीवाणूंमधील विघटन प्रक्रियेच्या यंत्रणेविषयी मिळालेल्या माहितीमुळे विशिष्ट कीटकनाशकाचे प्रदूषण रोखण्यासाठी जनुकीय फेरबदल केलेले सजीव निर्माण शक्य झाले आहे.

याशिवाय, स्यूडोमोनास जीवाणू वनस्पतींच्या वाढीस चालना देतात हे ज्ञात आहे. स्यूडोमोनास सी ५ पीपी  विविध विकर, प्रथिने, सेंद्रीय आम्ले आणि चयापचयोत्पादक तयार करून वनस्पतींची जोमाने वाढ होण्यास मदत करू शकतात असे संशोधकांना वाटते.

"सध्या आम्ही वनस्पती वाढीस चालना देणाऱ्या प्रक्रियांचा अभ्यास करत आहोत," असे डॉ. फळे म्हणाले.