Környezeti mikrobiológiai vizsgálat tárgya és alkalmazásai



az környezeti mikrobiológia az a tudomány, amely a mikroorganizmusok természeti környezetében mutatkozó sokféleségét és funkcióit vizsgálja, valamint anyagcsere-képességeik alkalmazását a szennyezett talaj és víz bioremediációs folyamataiban. Általában a következő területekre oszlik: mikrobiológiai ökológia, geomikrobiológia és bioremediáció.

Mikrobiológia (mikros: kicsi, BIOS: élet, logók: tanulmány), interdiszciplináris módon tanulmányozza az egysejtű mikroszkópos szervezetek széles és sokszínű csoportját (1-30 μm), amely csak az optikai mikroszkópon keresztül látható (az emberi szem számára nem látható).

A mikrobiológia területén csoportosított szervezetek sok fontos szempontból különböznek, és nagyon különböző taxonómiai kategóriákhoz tartoznak. Ezek izolált vagy társult sejtekként léteznek, és lehetnek:

  • Fő prokarióták (egysejtű organizmusok meghatározott mag nélkül), például eubaktériumok és archaebaktériumok.
  • Egyszerű eukarióták (egysejtű organizmusok meghatározott maggal), például élesztők, fonalas gombák, mikroalga és protozoa.
  • Vírusok (amelyek nem sejtesek, hanem mikroszkopikusak).

A mikroorganizmusok képesek minden létfontosságú folyamatuk (növekedés, anyagcsere, energiatermelés és szaporodás) teljesítésére, függetlenül attól, hogy az azonos osztályú vagy eltérő sejtek.

index

  • 1 Releváns mikrobiológiai jellemzők
    • 1.1 Interakció a külső környezettel
    • 1.2 Metabolizmus
    • 1.3 Alkalmazkodás nagyon különböző környezethez
    • 1.4 Extrém környezet
    • 1.5 Extremofil mikroorganizmusok
  • 2 A környezeti mikrobiológiára alkalmazott molekuláris biológia
    • 2.1 Elkülönítés és mikrobiális kultúra
    • 2.2 Molekuláris biológiai eszközök
  • 3 A környezeti mikrobiológia tanulmányozásának területei
    • 3.1 - Mikrobiológiai ökológia
    • 3.2 -Geomikrobiológia
    • 3.3 -Biorrevaláció
  • 4 Környezeti mikrobiológiai alkalmazások
  • 5 Referenciák

Fontos mikrobiológiai jellemzők

Interakció a külső környezettel

A szabad élet egysejtű organizmusai különösen ki vannak téve a külső környezetnek. Emellett nagyon kicsi sejtméretük van (ami befolyásolja a morfológiát és az anyagcsere rugalmasságát), és magas felületi / térfogati arányt eredményez, amely kiterjedt kölcsönhatásokat generál a környezetükkel..

Ennek következtében mind a túlélés, mind a mikrobiológiai ökológiai eloszlás attól függ, hogy képesek-e fiziológiailag alkalmazkodni a gyakori környezeti eltérésekhez..

anyagcsere

A magas felület / térfogat arány magas mikrobiális anyagcserét eredményez. Ez a növekedés és a sejtosztódás gyors üteméhez kapcsolódik. Emellett a mikrobiális anyagcsere sokfélesége is nagy.

A mikroorganizmusok kémiai gépeknek tekinthetők, amelyek különböző anyagokat alakítanak ki belül és kívül is. Ennek oka az enzimaktivitás, ami felgyorsítja a specifikus kémiai reakciók sebességét.

Alkalmazkodás nagyon különböző környezetekhez

Általában a mikrobiális mikroorganizmus élőhelye dinamikus és heterogén a jelen lévő tápanyagok típusának és mennyiségének, valamint fizikai-kémiai feltételeinek megfelelően..

Mikrobás ökoszisztémák vannak:

  • Földi (sziklákban és talajban).
  • Vízi (óceánokban, tavakban, tavakban, folyókban, forró forrásokban, víztartó rétegekben).
  • Magasabb szervezetekkel (növények és állatok) kapcsolódik.

Extrém környezet

A mikroorganizmusok a Föld bolygón gyakorlatilag minden környezetben megtalálhatók, ismerősek vagy nem a magasabb életformákban.

A szélsőséges viszonyok a hőmérséklet, a sótartalom, a pH és a víz rendelkezésre állása (többek között a források) között "extremofil" mikroorganizmusok. Ezek többnyire archaea (vagy archaebacteria), amelyek elsődleges biológiai domént képeznek a baktériumoktól és az Eukaryától, az Archaea-tól elkülönítve..

Extremofil mikroorganizmusok

Az extremofil mikroorganizmusok széles választékában a következők:

  • Termofilek: optimális növekedést mutatnak 40 ° C feletti hőmérsékleten (termálforrások lakói).
  • Pszichofil: optimális növekedés 20 ° C alatti hőmérsékleten (jéggel rendelkező helyek lakói).
  • Acidófilok: optimális növekedés alacsony pH-érték mellett, közel 2 (sav). Jelen van a savas termálvizekben és a víz alatti vulkáni repedésekben.
  • Halofilek: amelyek nagy koncentrációjú sót (NaCl) igényelnek (mint a sóoldatokban).
  • Xerofilek: képesek ellenállni az aszálynak, vagyis alacsony vízaktivitásnak (a sivatagok lakói, mint például az Atacama Chilében).

A környezeti mikrobiológiára alkalmazott molekuláris biológia

Izolálás és mikrobiális kultúra

A mikroorganizmus általános jellemzőinek és anyagcsere-kapacitásának tanulmányozásához: a természetes környezetből kell izolálni, és tiszta laboratóriumban (más mikroorganizmusoktól mentes) kell tartani a laboratóriumban..

A természetben található mikroorganizmusok mindössze 1% -át izolálták és termesztették a laboratóriumban. Ennek oka a sajátos táplálkozási igényeik ismeretlensége és a meglévő környezeti feltételek sokféleségének szimulálása.

Molekuláris biológiai eszközök

A molekuláris biológiai módszerek alkalmazása a mikrobiológiai ökológia területén lehetővé tette számunkra, hogy feltárjuk a meglévő mikrobiológiai biodiverzitást, anélkül, hogy szükség lenne a laboratóriumi izolálásra és kultúrára. Még a mikroorganizmusok azonosítását is lehetővé tette a természetes mikro-élőhelyeikben, in situ.

Ez különösen fontos extrémofil mikroorganizmusok tanulmányozása során, amelyek optimális növekedési körülményei komplexek a laboratóriumban történő szimuláláshoz.

Másrészt a géntechnológiával módosított mikroorganizmusok felhasználásával a rekombináns DNS technológiája lehetővé tette a környezetből a szennyező anyagok bioremediációs folyamatokban való eltávolítását..

A környezeti mikrobiológia tanulmányozási területei

Mint a kezdetben jeleztük, a környezeti mikrobiológia különböző területei a mikrobiológiai ökológia, a geomikrobiológia és a bioremediáció tudományágai..

-Mikrobiológiai ökológia

Mikrobiológiai ökológia a mikrobiológiát ökológiai elmélettel ötvözi a mikrobiális funkcionális szerepek sokféleségének tanulmányozásával..

A mikroorganizmusok a Föld bolygón a legnagyobb biomassza, így nem meglepő, hogy szerepük vagy ökológiai szerepük befolyásolja az ökoszisztémák ökológiai történetét..

Erre a hatásra példa az aerob életformák megjelenése az oxigén felhalmozódásának köszönhetően (OR2) a ciánbaktériumok fotoszintetikus aktivitása által generált primitív légkörben.

A mikrobiológiai ökológia kutatási területei

A mikrobiológiai ökológia az összes többi mikrobiológiai tudományágra és a tanulmányokra nézve keresztirányú:

  • Mikrobák sokfélesége és evolúciós történelme.
  • A lakosság mikroorganizmusai és a közösségek lakossága közötti kölcsönhatások.
  • A mikroorganizmusok és a növények közötti kölcsönhatások.
  • Phytopathogének (bakteriális, gombás és vírusos).
  • A mikroorganizmusok és az állatok közötti kölcsönhatások.
  • Mikrobiális közösségek, azok összetétele és egymás utáni folyamatai.
  • Mikrobiális adaptációk a környezeti feltételekhez.
  • A mikrobiális élőhelyek fajtái (atmo-ökoszféra, hidroökoszféra, litho-ökoszféra és extrém élőhelyek).

-geomicrobiology

A geomikrobiológia tanulmányozza a geológiai és geokémiai (földfelszíni biogeokémiai ciklusok) folyamatokat befolyásoló mikrobiológiai tevékenységeket.

Ezek a légkörben, a hidroszférában és a geoszférában fordulnak elő, különösen olyan környezetekben, mint a közelmúlt üledékei, az üledékes és a tőzegsziklákkal érintkező felszín alatti víztestek és a viharvert földkéreg..

Olyan mikroorganizmusokra specializálódott, amelyek kölcsönhatásban vannak az ásványi anyagokkal a környezetükben, feloldják, átalakítják őket, többek között kicsapják őket..

A geomikrobiológia kutatási területei

Geomikrobiológiai vizsgálatok:

  • Mikrobiális kölcsönhatások a geológiai folyamatokkal (talajképződés, szikla törés, ásványi anyagok és fosszilis tüzelőanyagok).
  • Mikrobiális eredetű ásványok képződése, akár csapadékkal, akár az ökoszisztémában való feloldódással (például víztartó rétegekben).
  • Mikrobiális beavatkozás a geoszféra biogeokémiai ciklusaiba.
  • Mikrobiális kölcsönhatások, amelyek nemkívánatos mikroorganizmus-csomókat képeznek a felületen (biofouling). Ezek a biológiai lerakódások a lakott területek felszínének romlását eredményezhetik. Például a fémfelületek korrodálhatók (biokorrózió).
  • Fosszilis bizonyíték a mikroorganizmusok és ásványi anyagok kölcsönhatásaira primitív környezetükben.

Például a sztromatolitok sekély víz rétegzett fosszilis ásványi szerkezetei. Karbonátok alkotják, amelyek a primitív cianobaktériumok falaiból származnak.

-bioremediation

A bioremediáció vizsgálja a biológiai anyagok (mikroorganizmusok és / vagy enzimeik és növényeik) alkalmazását az emberi egészségre és a környezetre veszélyes anyagokkal szennyezett talaj- és vízvisszanyerő folyamatokban..

A meglévő környezeti problémák közül sok megoldható a globális ökoszisztéma mikrobiális összetevőjével.

A bioremediáció kutatási területei

Bioremediációs vizsgálatok:

  • A környezeti higiéniai folyamatokban alkalmazható mikrobiális anyagcsere-kapacitások.
  • Mikrobiális kölcsönhatások szervetlen és xenobiotikus szennyeződésekkel (mérgező szintetikus termékek, amelyeket természetes bioszintetikus folyamatok nem generálnak). A leggyakrabban vizsgált xenobiotikus vegyületek közül a halogénezett szénhidrogének, a nitroaromatikumok, a poliklórozott bifenilek, a dioxinok, az alkil-benzil-szulfonátok, a kőolaj-szénhidrogének és a peszticidek. A leginkább vizsgált szervetlen elemek közül nehézfémek találhatók.
  • A környezetszennyező anyagok biológiai lebonthatósága in situ és a laboratóriumban.

A környezeti mikrobiológia alkalmazása

A hatalmas tudomány többszörös alkalmazásai közül említhetjük:

  • Az új mikrobiális anyagcsere-útvonalak felfedezése a potenciális alkalmazással a kereskedelmi értékű folyamatokban.
  • A mikrobiális filogenetikai kapcsolatok rekonstrukciója.
  • A víztartó rétegek és az ivóvíz-ellátás elemzése.
  • Fémek oldódása vagy kioldódása (biológiai oltás) a közegben, hasznosítás céljából.
  • Biohidrometallurgia vagy nehézfémek biomechanikája, a szennyezett területek bioremediációs folyamataiban.
  • A felszín alatti víztartó rétegekben feloldott radioaktív hulladéktartályok biokorróziójában részt vevő mikroorganizmusok biokontrollja.
  • A primitív szárazföldi történelem, a paleókörnyezet és az élet primitív formái rekonstrukciója.
  • Hasznos modellek építése a más bolygókon, például a Marson, a fosszilizált élet keresésében.
  • A xenobiotikus vagy szervetlen anyagokkal, például nehézfémekkel szennyezett területek fertőtlenítése.

referenciák

  1. Ehrlich, H. L. és Newman, D. K. (2009). Geomicrobiology. Ötödik kiadás, CRC Press. 630. oldal.
  2. Malik, A. (2004). Fém bioremediáció a növekvő sejteken keresztül. Environment International, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R. E. (2004). Környezetszennyezés elleni mikrobiológia. M. Dekker 453. oldal.
  4. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiológiai. Ötödik kiadás, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. 1147. oldal.
  5. Van den Burg, B. (2003). Extrémofilek az új enzimek forrásaként. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S. C. és Jones, K. C. (1993). A polinukleáris aromás szénhidrogénekkel szennyezett talaj bioremediációja: Felülvizsgálat. Környezeti szennyezés, 81 (3), 229-249. doi: 10,016 / 0269-7491 (93) 90206-4.