Vides mikrobioloģijas mācību priekšmets un pielietojumi



The vides mikrobioloģija ir zinātne, kas pēta mikroorganismu daudzveidību un darbību to dabiskajā vidē un to vielmaiņas spēju pielietojumu piesārņotās augsnes un ūdens bioremediācijas procesos. To parasti iedala šādās disciplīnās: mikrobioloģiskā ekoloģija, ģeomikrobioloģija un bioremediacija.

Mikrobioloģija (mikros: mazs, BIOS: dzīve, logotipi: pētījums), starpdisciplināros pētījumos plašu un daudzveidīgu vienšūnu mikroorganismu grupu (no 1 līdz 30 μm), kas redzams tikai caur optisko mikroskopu (cilvēka acīm neredzams)..

Mikrobioloģijas jomā iedalītie organismi daudzos svarīgos aspektos ir atšķirīgi un pieder pie ļoti atšķirīgām taksonomiskām kategorijām. Tās pastāv kā izolētas vai saistītas šūnas, un tās var būt:

  • Galvenās prokariotes (vienšūnas organismi bez noteikta kodola), piemēram, eubaktērijas un arhebaktērijas.
  • Vienkārši eukarioti (vienšūnas organismi ar noteiktu kodolu), piemēram, raugi, pavedienu sēnes, mikroaļģes un vienšūņi.
  • Vīrusi (kas nav šūnu, bet mikroskopiski).

Mikroorganismi spēj veikt visus savus būtiskos procesus (augšanu, vielmaiņu, enerģijas rašanos un vairošanos) neatkarīgi no citām tās pašas klases vai atšķirīgām šūnām..

Indekss

  • 1 Attiecīgās mikrobu īpašības
    • 1.1 Mijiedarbība ar ārējo vidi
    • 1.2 Metabolisms
    • 1.3 Pielāgošanās ļoti dažādām vidēm
    • 1.4 Ekstrēmā vide
    • 1.5. Ekstremofili mikroorganismi
  • 2 Vides mikrobioloģijā pielietotā molekulārā bioloģija
    • 2.1 Izolācija un mikrobu kultūra
    • 2.2. Molekulārās bioloģijas instrumenti
  • 3 Vides mikrobioloģijas studiju jomas
    • 3.1 - Mikrobioloģija
    • 3.2 -Geomikrobioloģija
    • 3.3
  • 4 Vides mikrobioloģijas pielietojumi
  • 5 Atsauces

Attiecīgās mikrobu īpašības

Mijiedarbība ar ārējo vidi

Brīvās dzīves vienšūnas organismi ir īpaši pakļauti ārējai videi. Turklāt tiem ir ļoti mazs šūnu izmērs (kas ietekmē to morfoloģiju un vielmaiņas elastību) un augsts virsmas / tilpuma attiecība, kas rada plašu mijiedarbību ar to vidi..

Šī iemesla dēļ gan izdzīvošana, gan mikrobioloģiskais ekoloģiskais sadalījums ir atkarīgs no to spējas fizioloģiski pielāgoties bieži sastopamām vides izmaiņām..

Metabolisms

Augsta virsmas / tilpuma attiecība rada augstu mikrobu metabolismu. Tas ir saistīts ar tā straujo izaugsmes tempu un šūnu dalīšanos. Turklāt dabā ir plaša mikrobu vielmaiņas daudzveidība.

Mikroorganismus var uzskatīt par ķīmiskām mašīnām, kas pārveido dažādas vielas gan iekšpusē, gan ārpusē. Tas ir saistīts ar tā fermentatīvo aktivitāti, kas paātrina specifisko ķīmisko reakciju ātrumu.

Pielāgošanās ļoti dažādām vidēm

Kopumā mikrobu mikroorganismu biotops ir dinamisks un neviendabīgs, ņemot vērā barības vielu veidu un daudzumu, kā arī tā fizikāli ķīmiskos apstākļus..

Ir mikrobu ekosistēmas:

  • Sauszemes (akmeņos un augsnē).
  • Ūdens (okeānos, dīķos, ezeros, upēs, karstajos avotos, ūdens nesējslāņos).
  • Saistīts ar augstākiem organismiem (augiem un dzīvniekiem).

Ekstrēmā vide

Mikroorganismi ir atrodami gandrīz visās Zemes planētas vidēs, kas ir pazīstamas vai nav augstākas dzīves formas.

Videi ar ekstremāliem apstākļiem attiecībā uz temperatūru, sāļumu, pH un ūdens pieejamību (cita starpā), ir "ekstremofīli" mikroorganismi. Tie galvenokārt ir arheāli (vai arhebaktērijas), kas veido primāro bioloģisko domēnu, kas atšķiras no baktērijām un Eukarijas, ko sauc par Archaea..

Ekstremofili mikroorganismi

Starp dažādiem ekstrēmofiliem mikroorganismiem ir:

  • Termofīli: kas nodrošina optimālu augšanu temperatūrā, kas pārsniedz 40 ° C (siltuma avotu iedzīvotāji).
  • Psihofofisks: optimāls augums temperatūrā, kas zemāka par 20 ° C (vietām ar ledu).
  • Acidofilos: optimāla augšana zemā pH apstākļos, tuvu 2 (skābes). Piedāvā skābos siltuma ūdeņos un zemūdens vulkāna plaisās.
  • Halofili: augšanai nepieciešamas augstas sāls (NaCl) koncentrācijas (kā sālījumā).
  • Xerofīli: spēj izturēt sausumu, tas ir, zemu ūdens aktivitāti (tuksnešu iedzīvotāji, piemēram, Atacama Čīlē).

Vides mikrobioloģijā pielietotā molekulārā bioloģija

Izolācija un mikrobu kultūra

Lai izpētītu mikroorganisma vispārējās īpašības un vielmaiņas spējas, tam jābūt: izolētam no dabiskās vides un laboratorijā noturētai tīrā kultūrā (bez citiem mikroorganismiem)..

Laboratorijā ir izolēti un audzēti tikai 1% dabā esošo mikroorganismu. Tas ir saistīts ar to īpašo uztura prasību nezināšanu un grūtībām simulēt plašo esošo vides apstākļu daudzveidību.

Molekulārās bioloģijas instrumenti

Molekulārās bioloģijas metožu pielietošana mikrobu ekoloģijas jomā ir ļāvusi mums izpētīt esošo mikrobu bioloģisko daudzveidību bez nepieciešamības tās izolēt un kultivēt laboratorijā. Tā pat ir ļāvusi identificēt mikroorganismus savās dabiskajās biotopos, tas ir, in situ.

Tas ir īpaši svarīgi, pētot ekstremofilus mikroorganismus, kuru optimālie augšanas apstākļi ir sarežģīti, lai modelētu laboratorijā.

No otras puses, rekombinantās DNS tehnoloģija, izmantojot ģenētiski modificētus mikroorganismus, ir ļāvusi novērst piesārņotājus no vides bioremediācijas procesos..

Vides mikrobioloģijas studiju jomas

Kā norādīts sākotnēji, dažādās vides mikrobioloģijas izpētes jomas ietver mikrobioloģijas, ģeomikrobioloģijas un bioremediācijas disciplīnas..

-Mikrobu ekoloģija

Mikrobioloģija apvieno mikrobioloģiju ar ekoloģisko teoriju, pētot mikrobu funkcionālo lomu daudzveidību to dabiskajā vidē..

Mikroorganismi ir vislielākā biomasa uz planētas Zemes, tāpēc nav pārsteigums, ka viņu loma vai ekoloģiskās lomas ietekmē ekosistēmu ekoloģisko vēsturi..

Šīs ietekmes piemērs ir aerobās dzīves formu parādīšanās, pateicoties skābekļa uzkrāšanai (OR2) primitīvajā atmosfērā, ko rada cianobaktēriju fotosintēzes aktivitāte.

Mikrobioloģijas pētniecības jomas

Mikrobioloģija ir transversāla visām pārējām mikrobioloģijas disciplīnām un pētījumiem:

  • Mikrobu daudzveidība un tās evolūcijas vēsture.
  • Mijiedarbība starp iedzīvotāju mikroorganismiem un sabiedrības kopienām.
  • Mijiedarbība starp mikroorganismiem un augiem.
  • Fitopatogēni (baktēriju, sēnīšu un vīrusu).
  • Mijiedarbība starp mikroorganismiem un dzīvniekiem.
  • Mikrobu kopienas, to sastāvs un pēctecības procesi.
  • Mikrobioloģiskie pielāgojumi vides apstākļiem.
  • Mikrobu biotopu veidi (atmosfosfēra, hidroekosfēra, litofosfēra un ekstrēmie biotopi).

-Ģeomikrobioloģija

Ģeomikrobioloģija pēta mikrobu aktivitātes, kas ietekmē ģeoloģiskos un ģeoķīmiskos procesus (sauszemes bioģeoķīmiskie cikli).

Tie rodas atmosfērā, hidrosfērā un ģeosfērā, īpaši tādās vidēs kā nesenie nogulumi, gruntsūdens tilpnes, kas saskaras ar nogulumiežu un niedru klintīm, un laika apstākļu ietekmētā zemes garozā..

Tā specializējas mikroorganismos, kas savā vidē mijiedarbojas ar minerālvielām, tos izšķīdina, pārveido, cita starpā nogulsnējot..

Ģeomikrobioloģijas pētniecības jomas

Ģeomikrobioloģijas pētījumi:

  • Mikrobu mijiedarbība ar ģeoloģiskajiem procesiem (augsnes veidošanās, akmeņu laušana, minerālu un fosilā kurināmā sintēze un degradācija).
  • Mikroorganismu izcelsmes minerālu veidošanās vai nu nogulsnējot, vai izšķīdinot ekosistēmā (piemēram, ūdens nesējslāņos).
  • Mikrobu iejaukšanās ģeosfēras biogeoķīmiskos ciklos.
  • Mikroorganismu mijiedarbība, kas veido nevēlamus mikroorganismu veidus uz virsmas (biofouling). Šīs bioplastošanās var radīt virsmu bojāšanos. Piemēram, tie var korozēt metāla virsmas (biokorozija).
  • Fosilie pierādījumi par mikroorganismu un minerālvielu mijiedarbību to primitīvajā vidē.

Piemēram, stromatolīti ir sekla ūdens stratificētas fosilās minerālās struktūras. Tos veido karbonāti, kas nāk no primitīvo cianobaktēriju sienām.

-Bioremediacija

Bioremediatīvā tiek pētīta bioloģisko aģentu (mikroorganismu un / vai to fermentu un augu) izmantošana augsnes un ūdens reģenerācijas procesos, kas ir piesārņoti ar cilvēku veselībai un videi bīstamām vielām..

Daudzas no esošajām vides problēmām var atrisināt, izmantojot globālās ekosistēmas mikrobu sastāvdaļu.

Bioremediācijas pētniecības jomas

Bioremediācijas pētījumi:

  • Vides sanitārijas procesos piemērojamās mikrobu vielmaiņas spējas.
  • Mikrobu mijiedarbība ar neorganiskiem un ksenobiotiskiem piesārņotājiem (toksiski sintētiskie produkti, ko nerada dabiski biosintēzes procesi). Starp visvairāk pētītajiem ksenobiotiskajiem savienojumiem ir halogļūdeņraži, nitroaromatiskie savienojumi, polihlorētie bifenili, dioksīni, alkilbenzilsulfonāti, naftas ogļūdeņraži un pesticīdi. Starp visvairāk pētītajiem neorganiskajiem elementiem ir sastopami smagie metāli.
  • Vides piesārņotāju bioloģiskā noārdīšanās in situ un laboratorijā.

Vides mikrobioloģijas pielietojums

No šīs plašās zinātnes daudzajiem pieteikumiem varam minēt:

  • Jaunu mikrobu vielmaiņas ceļu atklāšana ar potenciāliem pielietojumiem komercvērtības procesos.
  • Mikrobioloģisko attiecību rekonstrukcija.
  • Ūdens nesējslāņu un sabiedriskā dzeramā ūdens apgādes analīze.
  • Metālu izšķīdināšana vai izskalošanās (bioleaching) vidē, reģenerācijai.
  • Biohidrometalurģija vai smago metālu biomehānika piesārņoto vietu bioremediācijas procesos.
  • Pazemes ūdens nesējslāņos izšķīdinātu radioaktīvo atkritumu konteineru biokorozijas procesā iesaistīto mikroorganismu biokontrole.
  • Primitīvās sauszemes vēstures rekonstrukcija, paleohore un primitīvas dzīves formas.
  • Izveidot noderīgus modeļus, lai meklētu fosilizētu dzīvi uz citām planētām, piemēram, Marsu.
  • Ar ksenobiotiskām vai neorganiskām vielām, piemēram, smagajiem metāliem, piesārņoto teritoriju sanitārija.

Atsauces

  1. Ehrlich, H. L. un Newman, D. K. (2009). Ģeomikrobioloģija. Piektais izdevums, CRC Press. 630 lpp.
  2. Malik, A. (2004). Metāla bioremediacija caur augošām šūnām. Environment International, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R. E. (2004). Vides piesārņojuma kontroles mikrobioloģija. M. Dekker pp 453.
  4. Prescott, L. M. (2002). Mikrobioloģija Piektais izdevums, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. 1147. lpp.
  5. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofili kā avots jauniem fermentiem. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S.C. un Jones, K.C. (1993). Ar polinukleāro aromātisko ogļūdeņražu (PAO) piesārņotas augsnes bioremediacija: pārskats. Vides piesārņojums, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.