Микробиологија околине предмет истраживања и примјене



Тхе еколошка микробиологија је наука која проучава разноликост и функцију микроорганизама у њиховом природном окружењу и примену њихових метаболичких капацитета у процесима биоремедијације контаминираног земљишта и воде. Обично се дијели на дисциплине: микробна екологија, геомикробиологија и биоремедијација.

Микробиологија (микрос: смалл, биос: лифе, логос: студије), интердисциплинарно проучава широку и разнолику групу једноћелијских микроскопских организама (од 1 до 30 μм), видљивих само кроз оптички микроскоп (невидљив људском оку).

Организми груписани у области микробиологије различити су у многим важним аспектима и припадају веома различитим таксономским категоријама. Оне постоје као изоловане или повезане ћелије и могу бити:

  • Главни прокариоти (једноћелијски организми без дефинисаног језгра), као што су еубактерије и архебактерије.
  • Једноставни еукариоти (једноћелијски организми са дефинисаним језгром), као што су квасци, филаментозне гљиве, микроалге и протозое.
  • Вируси (који нису ћелијски, већ микроскопски).

Микроорганизми су способни да обављају све своје виталне процесе (раст, метаболизам, стварање енергије и репродукцију), независно од других ћелија исте класе или различитих.

Индек

  • 1 Релевантне микробне карактеристике
    • 1.1 Интеракција са спољним окружењем
    • 1.2 Метаболизам
    • 1.3 Прилагођавање различитим окружењима
    • 1.4 Екстремна окружења
    • 1.5 Екстремофилни микроорганизми
  • 2 Молекуларна биологија примењена у микробиологији животне средине
    • 2.1 Изолација и микробна култура
    • 2.2 Алати за молекуларну биологију
  • 3 Области проучавања микробиологије животне средине
    • 3.1 - Микробна екологија
    • 3.2 -Геомикробиологија
    • 3.3 -Биорремедиатион
  • 4 Примена микробиологије животне средине
  • 5 Референце

Релевантне микробне карактеристике

Интеракција са спољним окружењем

Једноћелијски организми слободног живота су посебно изложени спољашњем окружењу. Поред тога, оне имају и веома малу величину ћелија (што утиче на њихову морфологију и метаболичку флексибилност), и велики однос површина / запремина, што генерише опсежне интеракције са својом околином..

Због тога, и преживљавање и микробна еколошка дистрибуција зависе од њихове способности да се физиолошки прилагоде честим варијацијама у окружењу.

Метаболизам

Висок однос површина и волумена генерише високе стопе метаболизма микроба. То се односи на брзу стопу раста и дељење ћелија. Поред тога, у природи постоји широка микробна метаболичка разноликост.

Микроорганизми се могу сматрати хемијским машинама, које трансформишу различите супстанце, како изнутра тако и споља. То је због његове ензимске активности, која убрзава брзине специфичних хемијских реакција.

Прилагођавање веома различитим окружењима

Генерално, микробна микробна станишта су динамична и хетерогена с обзиром на врсту и количину присутних хранљивих састојака, као и физичко-хемијске услове..

Постоје микробни екосистеми:

  • Земаљско (у стенама и земљишту).
  • Водене (у океанима, рибњацима, језерима, рекама, топлим изворима, водоносницима).
  • Повезан са вишим организмима (биљке и животиње).

Екстремна окружења

Микроорганизми се налазе у готово свим срединама на планети Земљи, познатим или не вишим облицима живота.

Окружења са екстремним условима у погледу температуре, салинитета, пХ и расположивости воде (међу осталим ресурсима), представљају "екстремофилне" микроорганизме. То су углавном археје (или архебактерије), које формирају примарни биолошки домен који се разликује од бактерија и еукарије, званог археа..

Екстремофилни микроорганизми

Међу широким избором екстремофилних микроорганизама су:

  • Термофили: који представљају оптималан раст на температурама изнад 40 ° Ц (становници термалних извора).
  • Психофилни: оптимални раст на температурама испод 20 ° Ц (становници места са ледом).
  • Ацидофилос: оптималног раста у условима ниског пХ, близу 2 (киселине). Присутна је у киселим термалним водама и подводним вулканским пукотинама.
  • Халофили: који захтевају високу концентрацију соли (НаЦл) да расту (као у саламури).
  • Ксерофили: способни да издрже сушу, односно ниску активност воде (становници пустиња као што је Атацама у Чилеу).

Молекуларна биологија примењена у микробиологији животне средине

Изолација и микробна култура

За проучавање општих карактеристика и метаболичких капацитета микроорганизма, он мора бити: изолован из свог природног окружења и чуван у чистој култури (без других микроорганизама) у лабораторији.

Само 1% микроорганизама који постоје у природи су изоловани и култивисани у лабораторији. То је због непознавања њихових специфичних потреба у исхрани и потешкоћа у симулацији огромне разноликости постојећих услова животне средине.

Алати за молекуларну биологију

Примена техника молекуларне биологије на пољу микробне екологије омогућила нам је да истражимо постојећу микробну биодиверзитет, без потребе за њеном изолацијом и културом у лабораторији. Чак је дозвољено да се идентификују микроорганизми у њиховим природним микростаништима, то јест, ин ситу.

Ово је посебно важно у проучавању екстремофилних микроорганизама, чији су оптимални услови раста сложени за симулацију у лабораторији.

С друге стране, технологија рекомбинантне ДНК уз употребу генетски модификованих микроорганизама омогућила је елиминацију загађивача из околине у процесима биоремедијације..

Области проучавања микробиологије животне средине

Као што је првобитно речено, различите области проучавања микробиологије животне средине укључују дисциплине микробне екологије, геомикробиологије и биоремедијације.

-Микробна екологија

Микробна екологија спаја микробиологију са еколошком теоријом, кроз проучавање различитости микробних функционалних улога у њиховом природном окружењу..

Микроорганизми представљају највећу биомасу на планети Земљи, тако да није изненађујуће да њихове улоге или еколошке улоге утичу на еколошку историју екосистема..

Пример овог утицаја је појава аеробних облика живота захваљујући акумулацији кисеоника (ОР2) у примитивној атмосфери, генерисаној фотосинтетичком активношћу цијанобактерија.

Поља истраживања микробне екологије

Микробна екологија је трансверзална према свим другим дисциплинама микробиологије и студија:

  • Микробна разноликост и њена еволуцијска историја.
  • Интеракције између микроорганизама популације и између популација у заједници.
  • Интеракције између микроорганизама и биљака.
  • Фитопатогени (бактеријски, гљивични и вирусни).
  • Интеракције између микроорганизама и животиња.
  • Микробне заједнице, њихов састав и процеси сукцесије.
  • Микробиолошке адаптације услова животне средине.
  • Типови микробних станишта (атома-екосфера, хидроекосфера, литокасфера и екстремна станишта).

-Геомикробиологија

Геомикробиологија проучава микробне активности које утичу на геолошке и геокемијске (земаљске биогеокемијске циклусе) процесе.

Ово се дешава у атмосфери, хидросфери и геосфери, посебно у срединама као што су недавни седименти, подземне воде у контакту са седиментним и магматским стенама и на Земљиној кори..

Специјализована је за микроорганизме који интерагују са минералима у њиховој околини, растварају их, трансформишу, убрзавају, између осталих..

Област истраживања Геомикробиологије

Геомикробиолошке студије:

  • Микробне интеракције са геолошким процесима (формирање тла, лом камења, синтеза и деградација минерала и фосилних горива).
  • Формирање минерала микробног порекла, било преципитацијом или растварањем у екосистему (на пример, у водоносницима).
  • Микробна интервенција у биогеокемијским циклусима геосфере.
  • Микробиолошке интеракције које стварају нежељене накупине микроорганизама на површини (биообрана). Ова обраштајна обрада може довести до погоршања површина на којима живе. На пример, могу кородирати металне површине (биокрозија).
  • Фосилни докази о интеракцијама између микроорганизама и минерала у њиховој примитивној средини.

На пример, строматолити су слојевите фосилне минералне структуре плитке воде. Састоје се од карбоната, који долазе из зидова примитивних цијанобактерија.

-Биоремедиатион

Биоремедијација проучава примену биолошких агенаса (микроорганизама и / или њихових ензима и биљака) у процесима опорабе земљишта и воде контаминираних супстанцама опасним за људско здравље и животну средину.

Многи од постојећих еколошких проблема могу се ријешити кориштењем микробне компоненте глобалног екосустава.

Област истраживања биоремедијације

Биоремедијационе студије:

  • Метаболички капацитети микроорганизама примјењиви у процесима санитације околиша.
  • Микробне интеракције са неорганским и ксенобиотским загађивачима (токсични синтетички производи, који нису генерисани природним биосинтетским процесима). Међу највише проучаваним ксенобиотским једињењима су халокарбонати, нитроаромати, поликлорирани бифенили, диоксини, алкилбензил сулфонати, нафтни угљоводоници и пестициди. Међу највише проучаваним неорганским елементима налазе се тешки метали.
  • Биоразградивост загађивача животне средине ин ситу иу лабораторији.

Примена микробиологије животне средине

Међу многобројним примјенама ове огромне науке можемо споменути:

  • Откриће нових микробних метаболичких путева са потенцијалним применама у процесима комерцијалне вредности.
  • Реконструкција микробиолошких односа.
  • Анализа водоносника и јавних снабдијевања питком водом.
  • Отапање или испирање метала у медијуму, за опоравак.
  • Биохидрометалургија или биомеханика тешких метала, у процесима биоремедијације контаминираних подручја.
  • Биоконтрола микроорганизама укључених у биокрозију посуда за радиоактивни отпад растворене у подземним водоносницима.
  • Реконструкција примитивне земаљске историје, палео-окружења и примитивних облика живота.
  • Изградња корисних модела у трагању за фосилизираним животом на другим планетама, као што је Марс.
  • Санација подручја контаминираних ксенобиотским или неорганским тварима, као што су тешки метали.

Референце

  1. Ехрлицх, Х.Л. анд Невман, Д.К. (2009). Геомикробиологија. Пето издање, ЦРЦ Пресс. пп 630.
  2. Малик, А. (2004). Биоремедијација метала кроз растуће ћелије. Енвиронмент Интернатионал, 30 (2), 261-278. дои: 10.1016 / ј.енвинт.2003.08.001.
  3. МцКиннеи, Р. Е. (2004). Микробиологија контроле загађења животне средине. М. Деккер пп 453.
  4. Пресцотт, Л. М. (2002). Микробиологија Пето издање, МцГрав-Хилл Сциенце / Енгинееринг / Матх. пп 1147.
  5. Ван ден Бург, Б. (2003). Екстремофили као извор нових ензима. Цуррент Опинион ин Мицробиологи, 6 (3), 213-218. дои: 10.1016 / с1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Вилсон, С.Ц., и Јонес, К.Ц. (1993). Биоремедијација земљишта контаминираног полинуклеарним ароматичним угљоводоницима (ПАХ): Преглед. Енвиронментал Поллутион, 81 (3), 229-249. дои: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.