Miljømikrobiologi objekt for studier og applikationer



den miljømikrobiologi er den videnskab, der studerer mangfoldigheden og funktionen af ​​mikroorganismer i deres naturlige omgivelser og anvendelsen af ​​deres metaboliske kapacitet i bioremedieringsprocesser af forurenet jord og vand. Det er normalt opdelt i disciplinerne af: mikrobiologisk økologi, geomikrobiologi og bioremediering.

Mikrobiologi (Mikros: lille, bios: livet, logoer: undersøgelse), studerer på tværs af en bred og forskelligartet gruppe af unicellulære mikroskopiske organismer (fra 1 til 30 μm), kun synlige gennem det optiske mikroskop (usynligt for det menneskelige øje).

Organismerne grupperet inden for mikrobiologi er forskellige i mange vigtige aspekter og tilhører meget forskellige taksonomiske kategorier. De findes som isolerede eller associerede celler og kan være:

  • Hovedprokaryoter (encellulære organismer uden en defineret kerne), såsom eubakterier og archaebakterier.
  • Enkle eukaryoter (encellulære organismer med en defineret kerne), såsom gær, filamentøse svampe, mikroalger og protozoer.
  • Virus (som ikke er cellulære, men mikroskopiske).

Mikroorganismer er i stand til at udføre alle deres vitale processer (vækst, stofskifte, generering af energi og reproduktion) uafhængigt af andre celler af samme klasse eller forskellige.

indeks

  • 1 Relevante mikrobielle egenskaber
    • 1.1 Interaktion med det eksterne miljø
    • 1.2 Metabolisme
    • 1.3 Tilpasning til meget forskellige miljøer
    • 1.4 Ekstreme miljøer
    • 1.5 Extremophile mikroorganismer
  • 2 Molekylærbiologi anvendt på miljømikrobiologi
    • 2.1 Isolering og mikrobiell kultur
    • 2.2 Molekylærbiologi værktøjer
  • 3 Områder med studier af miljømikrobiologi
    • 3.1 - Mikrobiel økologi
    • 3.2-Mikrobiologi
    • 3.3 -Bioremediering
  • 4 Anvendelser af miljømikrobiologi
  • 5 referencer

Relevante mikrobielle egenskaber

Samspil med det eksterne miljø

De unicellulære organismer af frit liv er særligt udsat for det ydre miljø. Derudover har de begge en meget lille cellestørrelse (som påvirker deres morfologi og metaboliske fleksibilitet) og et højt overflade / volumenforhold, der genererer omfattende interaktioner med deres omgivelser.

På grund af dette, både overlevelse og mikrobiel økologisk fordeling, afhænger af dets evne til fysiologisk tilpasning til miljømæssige variationer hyppige.

stofskifte

Det høje overflade / volumenforhold skaber høje mikrobielle metaboliske hastigheder. Dette er relateret til dens hurtige vækst og celledeling. Derudover er der en bred mikrobiell metabolisk mangfoldighed i naturen.

Mikroorganismer kan betragtes som kemiske maskiner, som transformerer forskellige stoffer både indvendigt og udvendigt. Dette skyldes dets enzymatiske aktivitet, hvilket fremskynder hastigheden af ​​specifikke kemiske reaktioner.

Tilpasning til meget forskellige miljøer

Generelt er det mikrobielle mikrobielle habitat dynamisk og heterogent med hensyn til typen og mængden af ​​næringsstoffer, der er til stede, såvel som dens fysisk-kemiske betingelser.

Der er mikrobielle økosystemer:

  • Terrestrisk (i klipper og jord).
  • Akvatiske (i oceaner, damme, søer, floder, varme kilder, akviferer).
  • Associeret med højere organismer (planter og dyr).

Ekstreme miljøer

Mikroorganismer findes i stort set alle miljøer på planeten Jorden, velkendte eller ikke til højere livsformer.

Miljøer med ekstreme forhold vedrørende temperatur, saltholdighed, pH og vandtilgængelighed (blandt andre ressourcer), nuværende "ekstremofile" mikroorganismer. Disse er for det meste arkaea (eller archaebacteria), som danner et primært biologisk domæne differentieret fra bakterier og eukarya, kaldet archaea..

Extremophile mikroorganismer

Blandt de mange ekstremofile mikroorganismer er:

  • Termofiler: Den nuværende optimale vækst ved temperaturer over 40 ° C (indbyggere i termiske kilder).
  • Psykofil: Optimal vækst ved temperaturer under 20 ° C (indbyggere af steder med is).
  • Acidofilos: Optimal vækst under forhold med lav pH, tæt på 2 (syre). Til stede i sure termiske farvande og undervands vulkanske revner.
  • Halofiler: som kræver høje koncentrationer af salt (NaCl) at vokse (som i saltløg).
  • Xerophiles: kunne modstå tørke, dvs. lav vandaktivitet (indbyggere i ørkener såsom Atacama i Chile).

Molekylærbiologi anvendt på miljømikrobiologi

Isolering og mikrobiell kultur

For at studere mikroorganismens generelle karakteristika og metaboliske kapacitet skal det være: isoleret fra dets naturlige miljø og holdt i ren kultur (fri for andre mikroorganismer) i laboratoriet.

Kun 1% af de eksisterende mikroorganismer er isoleret og dyrket i laboratoriet. Dette skyldes manglen på deres specifikke ernæringsmæssige krav og sværhedsgraden ved at simulere det store udvalg af eksisterende miljøforhold.

Molekylære biologi værktøjer

Anvendelsen af ​​molekylærbiologi teknikker til området for mikrobiologisk økologi har gjort det muligt for os at udforske den eksisterende mikrobielle biodiversitet uden behov for isolering og kultur i laboratoriet. Det har endda tilladt at identificere mikroorganismer i deres naturlige mikrohabitater, det vil sige, in situ.

Dette er særlig vigtigt i studiet af ekstremofile mikroorganismer, hvis optimale vækstbetingelser er komplekse at simulere i laboratoriet.

På den anden side har teknologien for rekombinant DNA med brug af genetisk modificerede mikroorganismer muliggjort fjernelse af forurenende stoffer fra miljøet i bioremedieringsprocesser.

Områder med studier af miljømikrobiologi

Som anført indledningsvis omfatter de forskellige områder af undersøgelsen af ​​miljømikrobiologi disciplinerne mikrobiell økologi, geomikrobiologi og bioremediering.

-Mikrobiel økologi

Mikrobiel økologi sikringer mikrobiologi økologisk teori, gennem studiet af mangfoldigheden af ​​mikrobielle funktionelle roller i deres naturlige miljø.

Mikroorganismer repræsenterer den største biomasse på planet Jorden, så det er ikke overraskende, at deres roller eller økologiske roller påvirker økosystemernes økologiske historie.

Et eksempel på denne indflydelse er udseendet af aerobe livsformer takket være ophobningen af ​​ilt (OR2) i den primitive atmosfære, der genereres af cyanobakteriens fotosyntetiske aktivitet.

Forskningsområder inden for mikrobiologisk økologi

Den mikrobielle økologi er tværgående til alle andre mikrobiologiske discipliner og studier:

  • Mikrobiel diversitet og dens evolutionære historie.
  • Samspillet mellem mikroorganismer i en befolkning og mellem befolkninger i et samfund.
  • Samspillet mellem mikroorganismer og planter.
  • Phytopathogener (bakteriel, svamp og viral).
  • Samspillet mellem mikroorganismer og dyr.
  • Mikrobielle samfund, deres sammensætning og successionsprocesser.
  • Mikrobielle tilpasninger til miljøforhold.
  • De typer af mikrobielle levesteder (atmo-øosfæren, hydroøkosfæren, lithosøkosfæren og ekstreme levesteder).

-Geomikrobiologi

Geomikrobiologi studere de terrestriske mikrobielle aktiviteter, der påvirker de geologiske og geokemiske processer (biogeokemiske kredsløb).

Disse forekommer i atmosfæren, hydrokfæren og geosfæren, specielt i miljøer som nylige sedimenter, grundvandsforekomster i kontakt med sedimentære og igennemskårne klipper og i den forvitrede jordskorpen.

Det er specialiseret i mikroorganismer interagerer med mineraler i deres miljø, opløsning, transformation, udfældning, etc..

Forskningsområder inden for geomikrobiologi

Geomikrobiologiske undersøgelser:

  • Mikrobielle interaktioner med geologiske processer (jordbundsdannelsen, bryde sten, syntese og nedbrydning af mineraler og fossile brændstoffer).
  • Dannelsen af ​​mineraler af mikrobiel oprindelse, enten ved udfældning eller ved opløsning i økosystemet (for eksempel i akviferer).
  • Mikrobielle indgreb i biogeokemiske cykler i geosfæren.
  • Mikrobielle interaktioner, der danner uønskede klumper af mikroorganismer på en overflade (biofouling). Disse biofouling kan generere forringelse af de overflader, de bebor. For eksempel kan de korrodere metaloverflader (biokorrosion).
  • Fossil bevis for interaktioner mellem mikroorganismer og mineraler i deres primitive miljø.

Stromatolitter er for eksempel stratificerede fossile mineralstrukturer af lavt vand. De udgøres af carbonater, der kommer fra murene af primitive cyanobakterier.

-bioremediering

Bioremediering undersøger anvendelsen af ​​biologiske agenser (mikroorganismer og / eller deres enzymer og planter) i jord- og vandgenvindingsprocesser forurenet med stoffer, der er farlige for menneskers sundhed og miljøet.

Mange af de eksisterende miljøproblemer kan løses ved hjælp af den mikrobielle komponent i det globale økosystem.

Forskningsområder inden for bioremediering

Bioremedieringsundersøgelser:

  • Den mikrobielle metaboliske kapacitet, der anvendes i miljømæssige sanitetsprocesser.
  • Mikrobielle interaktioner med uorganiske og xenobiotiske forureninger (giftige syntetiske produkter, der ikke genereres ved naturlige biosyntetiske processer). Blandt de mest undersøgte xenobiotiske forbindelser er halocarboner, nitroaromatika, polychlorerede biphenyler, dioxiner, alkylbenzylsulfonater, petroleumcarbonhydrider og pesticider. Blandt de mest undersøgte uorganiske elementer findes tungmetaller.
  • Bionedbrydeligheden af ​​miljøforurenende stoffer in situ og i laboratoriet.

Anvendelser af miljømikrobiologi

Blandt de mange anvendelser af denne store videnskab kan vi nævne:

  • Opdagelsen af ​​nye mikrobielle metaboliske veje med potentielle anvendelser i processer af kommerciel værdi.
  • Genopbygningen af ​​mikrobielle fylogenetiske relationer.
  • Analyse af akviferer og offentlige drikkevandsforsyninger.
  • Opløsning eller udvaskning (bioleaching) af metaller i mediet til genopretning.
  • Biohydrometallurgi eller biomekanik af tungmetaller, i bioremedieringsprocesser af forurenede områder.
  • Biokontrol af mikroorganismer involveret i biokorrosion af radioaktive affald beholdere opløst i underjordiske akviferer.
  • Rekonstruktion af primitive terrestriske historie, paleoenmiljøet og de primitive former for livet.
  • Opførelse af nyttige modeller i søgen efter fossiliseret liv på andre planeter, såsom Mars.
  • Sanitering af områder forurenet med xenobiotiske eller uorganiske stoffer, såsom tungmetaller.

referencer

  1. Ehrlich, H. L. og Newman, D. K. (2009). Geomikrobiologi. Femte udgave, CRC Press. s. 630.
  2. Malik, A. (2004). Metal bioremediering gennem voksende celler. Environment International, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R. E. (2004). Miljøforureningskontrol Mikrobiologi. M. Dekker s. 453.
  4. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi. Femte udgave, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
  5. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles som kilde til nye enzymer. Nuværende udtalelse i mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10,1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S.C., og Jones, K.C. (1993). Bioremediering af jord forurenet med polynukleære aromatiske kulbrinter (PAH): En gennemgang. Miljøforurening, 81 (3), 229-249. doi: 10,1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.