Aplinkos mikrobiologijos studijų objektas



The aplinkos mikrobiologija yra mokslas, kuris tiria mikroorganizmų įvairovę ir funkciją jų natūralioje aplinkoje ir jų medžiagų apykaitos pajėgumų taikymą užteršto dirvožemio ir vandens bioremediacijos procesuose. Paprastai jis skirstomas į: mikrobų ekologiją, geomikrobiologiją ir bioremediaciją.

Mikrobiologija (mikros: mažas, bios: gyvenimas, logotipai: tyrimas), tarpdisciplininis tyrimas - plati ir įvairi vienaląsčių mikroskopinių organizmų grupė (nuo 1 iki 30 μm), matoma tik per optinį mikroskopą (žmogaus akiai nematoma).

Mikrobiologijos srityje suskirstyti organizmai daugeliu svarbių aspektų yra skirtingi ir priklauso labai skirtingoms taksonominėms kategorijoms. Jie egzistuoja kaip izoliuotos arba susijusios ląstelės ir gali būti:

  • Pagrindiniai prokariotai (vienaląsčiai organizmai be apibrėžto branduolio), pvz., Eubakterijos ir archabebakterijos.
  • Paprasti eukariotai (vienaląsčiai organizmai, turintys nustatytą branduolį), pavyzdžiui, mielės, grybeliniai grybai, mikrodumbliai ir pirmuoniai.
  • Virusai (kurie nėra ląsteliniai, bet mikroskopiniai).

Mikroorganizmai gali atlikti visus savo gyvybinius procesus (augimą, metabolizmą, energijos generavimą ir reprodukciją), nepriklausomai nuo kitų tos pačios klasės ar skirtingų ląstelių..

Indeksas

  • 1 Atitinkamos mikrobų savybės
    • 1.1 Sąveika su išorine aplinka
    • 1.2 Metabolizmas
    • 1.3 Prisitaikymas prie labai įvairios aplinkos
    • 1.4 Ekstremalios aplinkos
    • 1.5 Ekstremofiliniai mikroorganizmai
  • 2 Aplinkos mikrobiologijai taikoma molekulinė biologija
    • 2.1 Izoliacija ir mikrobų kultūra
    • 2.2 Molekulinės biologijos priemonės
  • 3 Aplinkos mikrobiologijos studijų sritys
    • 3.1 - Mikrobinė ekologija
    • 3.2 -Geomikrobiologija
    • 3.3 -Biorremedijacija
  • 4 Aplinkos mikrobiologijos taikymas
  • 5 Nuorodos

Atitinkamos mikrobų savybės

Sąveika su išorine aplinka

Laisvojo gyvenimo vienaląsčiai organizmai yra ypač veikiami išorės aplinkoje. Be to, jie turi labai mažą ląstelių dydį (kuris daro įtaką jų morfologijai ir medžiagų apykaitos lankstumui) ir didelį paviršiaus ir tūrio santykį, kuris sukuria didelę sąveiką su jų aplinka..

Dėl šios priežasties tiek išgyvenamumas, tiek mikrobiologinis ekologinis pasiskirstymas priklauso nuo jų gebėjimo fiziologiškai prisitaikyti prie dažų aplinkos pokyčių..

Metabolizmas

Didelis paviršiaus ir tūrio santykis sukelia aukštus mikrobų apykaitos rodiklius. Tai susiję su sparčiu augimo tempu ir ląstelių pasiskirstymu. Be to, gamtoje yra plati mikrobų apykaitos įvairovė.

Mikroorganizmai gali būti laikomi cheminėmis mašinomis, kurios transformuoja įvairias medžiagas tiek viduje, tiek išorėje. Taip yra dėl jo fermentinio aktyvumo, kuris pagreitina specifinių cheminių reakcijų greitį.

Prisitaikymas prie labai įvairios aplinkos

Apskritai mikrobų bakterijų buveinė yra dinamiška ir nevienalytė, atsižvelgiant į esančių maistinių medžiagų tipą ir kiekį, taip pat jo fizikines ir chemines sąlygas..

Yra mikrobų ekosistemos:

  • Sausumos (uolienos ir dirvožemio).
  • Vandenynai (vandenynuose, tvenkiniuose, ežeruose, upėse, karštuose šaltiniuose, vandeninguose sluoksniuose).
  • Susijęs su aukštesniais organizmais (augalais ir gyvūnais).

Ekstremalios aplinkos

Mikroorganizmai aptinkami beveik visose planetos aplinkose, žinomose ar ne aukštesnėse gyvenimo formose.

Aplinkos, turinčios ekstremalią temperatūrą, druskingumą, pH ir vandens prieinamumą (tarp kitų išteklių), yra „ekstremofilių“ mikroorganizmų. Tai daugiausia archaea (arba archaebacteria), kurios sudaro pirminę biologinę sritį, kuri skiriasi nuo bakterijų ir Eukarijos, vadinamos Archaea..

Ekstremofiliniai mikroorganizmai

Tarp įvairių ekstremofilių mikroorganizmų yra:

  • Termofilai: optimalus augimas esant aukštesnei nei 40 ° C temperatūrai (šilumos šaltinių gyventojai).
  • Psichofilinis: optimalus augimas esant žemesnei nei 20 ° C temperatūrai (vietose su ledu).
  • Acidófilos: optimalus augimas esant žemam pH, beveik 2 (rūgšties). Čia yra rūgštų terminių vandenų ir povandeninių ugnikalnių įtrūkimų.
  • Halofilai: kuriems reikia didelio druskos (NaCl) augimo (kaip ir sūrymuose).
  • Xerofilai: sugebantys atlaikyti sausrą, ty mažas vandens aktyvumas (dykumos gyventojai, pvz., Atacama Čilėje).

Aplinkos mikrobiologijai taikoma molekulinė biologija

Izoliacija ir mikrobų kultūra

Norint ištirti bendruosius mikroorganizmų ypatumus ir medžiagų apykaitos pajėgumus, jis turi būti: izoliuotas nuo natūralios aplinkos ir laboratorijoje laikomas grynoje kultūroje (be kitų mikroorganizmų)..

Laboratorijoje buvo išskirti ir auginami tik 1% gamtoje esančių mikroorganizmų. Taip yra dėl to, kad jie nežino jų specifinių mitybos poreikių ir kad sunku imituoti didelę esamų aplinkos sąlygų įvairovę.

Molekulinės biologijos priemonės

Molekulinės biologijos metodų taikymas mikrobų ekologijos srityje leido mums ištirti esamą mikrobiologinę biologinę įvairovę, nereikalaujant jo izoliacijos ir kultūros laboratorijoje. Jis netgi leido identifikuoti mikroorganizmus savo natūraliuose mikroelementuose, ty, in situ.

Tai ypač svarbu tiriant ekstremofilius mikroorganizmus, kurių optimalios augimo sąlygos yra sudėtingos imituoti laboratorijoje.

Kita vertus, rekombinantinės DNR technologija, naudojant genetiškai modifikuotus mikroorganizmus, leido pašalinti teršalus iš aplinkos bioremediacijos procesuose..

Aplinkos mikrobiologijos studijų sritys

Kaip nurodyta iš pradžių, įvairios aplinkos mikrobiologijos studijų sritys apima mikrobiologijos, geomikrobiologijos ir bioremediacijos disciplinas..

-Mikrobinė ekologija

Mikrobų ekologija saugo mikrobiologiją su ekologine teorija, tiria mikrobiologinių funkcijų vaidmenų įvairovę jų natūralioje aplinkoje..

Mikroorganizmai yra didžiausia biomasė Žemės planetoje, todėl nenuostabu, kad jų vaidmenys ar ekologiniai vaidmenys daro poveikį ekosistemų ekologinei istorijai..

Tokios įtakos pavyzdys yra aerobinio gyvenimo formų atsiradimas dėl deguonies kaupimosi2) primityvioje atmosferoje, kurią sukelia fotosintezės cianobakterijų aktyvumas.

Mikrobinės ekologijos tyrimų sritys

Mikrobiologija yra visapusiška visoms kitoms mikrobiologijos disciplinoms ir tyrimams:

  • Mikrobų įvairovė ir jos evoliucinė istorija.
  • Gyventojų mikroorganizmų ir bendruomenės gyventojų sąveika.
  • Mikroorganizmų ir augalų sąveika.
  • Fitopatogenai (bakteriniai, grybeliniai ir virusiniai).
  • Mikroorganizmų ir gyvūnų sąveika.
  • Mikrobų bendruomenės, jų sudėtis ir paveldėjimo procesai.
  • Mikrobų prisitaikymas prie aplinkos sąlygų.
  • Mikrobų buveinių tipai (atmosekosfera, hidroekosfera, litofosfera ir ekstremalios buveinės).

-Geomikrobiologija

Geomikrobiologija tiria mikrobiologinę veiklą, turinčią įtakos geologiniams ir geocheminiams (antžeminiams biogeocheminiams ciklams) procesams.

Tai vyksta atmosferoje, hidrosferoje ir geosferoje, ypač tokiose aplinkose kaip neseniai nusėdantys nuosėdos, požeminio vandens telkiniai, susiliečiantys su nuosėdinėmis ir danteninėmis uolomis, ir atsparioje žemės plutoje.

Jis specializuojasi mikroorganizmuose, kurie savo aplinkoje sąveikauja su mineralais, juos ištirpindami, juos transformuodami, be kitų dalykų..

Geomikrobiologijos tyrimų sritys

Geomikrobiologijos tyrimai:

  • Mikrobų sąveika su geologiniais procesais (dirvožemio susidarymas, uolienų lūžimas, mineralų ir iškastinio kuro sintezė ir skaidymas).
  • Mikrobinės kilmės mineralų susidarymas arba nusodinant, arba ištirpinant ekosistemoje (pvz., Vandeninguose sluoksniuose).
  • Mikrobinė intervencija į biogeocheminius geosferos ciklus.
  • Mikrobinės sąveikos, kurios sudaro nepageidaujamus mikroorganizmų susikaupimus ant paviršiaus (biofouling). Šios biologinės talpyklos gali sugadinti jų gyvenamuosius paviršius. Pavyzdžiui, jie gali korozuoti metalinius paviršius (biokoroziją).
  • Fosiliniai mikroorganizmų ir mineralų sąveikos jų primityvioje aplinkoje įrodymai.

Pavyzdžiui, stromatolitai yra sluoksniuotos fosilinės mineralinės konstrukcijos sekliuose vandenyse. Juos sudaro karbonatai, gaunami iš primityvių cianobakterijų sienų.

-Bioremediacija

Bioremediacija tiria biologinių veiksnių (mikroorganizmų ir (arba) jų fermentų ir augalų) naudojimą dirvožemio ir vandens regeneravimo procesuose, užterštuose žmonių sveikatai ir aplinkai pavojingomis medžiagomis..

Daugelis esamų aplinkosaugos problemų gali būti išspręstos naudojant pasaulinės ekosistemos mikrobinį komponentą.

Bioremediacijos tyrimų sritys

Bioremediaciniai tyrimai:

  • Mikrobinės medžiagų apykaitos galimybės, taikomos aplinkos sanitarijos procesuose.
  • Mikrobinės sąveikos su neorganiniais ir ksenobiotikais teršalais (toksiški sintetiniai produktai, kurių nesukuria natūralūs biosintezės procesai). Tarp labiausiai tiriamų ksenobiotinių junginių yra halogeno angliavandeniliai, nitroaromatikai, polichlorinti bifenilai, dioksinai, alkilbenzilsulfonatai, naftos angliavandeniliai ir pesticidai. Tarp tiriamų neorganinių elementų yra sunkiųjų metalų.
  • Aplinkos teršalų biologinis skaidomumas in situ ir laboratorijoje.

Aplinkos mikrobiologijos taikymas

Tarp daugybės šio didelio mokslo taikomųjų programų galime paminėti:

  • Naujų mikrobiologinių medžiagų apykaitos būdų, kuriuose gali būti panaudotos komercinės vertės procesai, nustatymas.
  • Mikrobinių filogenetinių santykių rekonstrukcija.
  • Vandens sluoksnių ir viešojo geriamojo vandens tiekimo analizė.
  • Metalų ištirpinimas arba išplovimas (biologinis išskyrimas) terpėje regeneravimui.
  • Biohidrometalurgija arba sunkiųjų metalų biomechanika, užterštoje zonoje.
  • Mikroorganizmų, dalyvaujančių radioaktyviųjų atliekų konteinerių, ištirpintų požeminiuose vandeninguose sluoksniuose, biokontrolė.
  • Primityvios sausumos istorijos atkūrimas, paleohos aplinka ir primityvios gyvenimo formos.
  • Naudingų modelių kūrimas ieškant iškastinio gyvenimo kitose planetose, pvz., Marse.
  • Ksenofotinių ar neorganinių medžiagų, pavyzdžiui, sunkiųjų metalų, užterštų zonų sanitarija.

Nuorodos

  1. Ehrlich, H. L. ir Newman, D. K. (2009). Geomikrobiologija. Penktasis leidimas, CRC Press. pp 630.
  2. Malik, A. (2004). Metalo bioremediacija per augančias ląsteles. Environment International, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R. E. (2004). Aplinkos taršos kontrolės mikrobiologija. M. Dekker pp 453.
  4. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologija Penktasis leidimas, „McGraw-Hill Science / Engineering / Math“. pp 1147.
  5. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofilai kaip naujų fermentų šaltinis. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S. C. ir Jones, K.C. (1993). Bioremediacija dirvožemyje, užterštu branduoliniais aromatiniais angliavandeniliais (PAH): apžvalga. Aplinkos tarša, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.