Çevresel mikrobiyoloji çalışmasının amacı ve uygulamaları



çevresel mikrobiyoloji Mikroorganizmaların doğal ortamlarındaki çeşitlilik ve fonksiyonlarını ve kontamine toprak ve suyun biyolojik olarak ıslah işlemlerinde metabolik kapasitelerinin uygulamalarını inceleyen bilimdir. Genellikle aşağıdaki bilim dallarına ayrılır: mikrobiyal ekoloji, jeomikrobiyoloji ve biyoremediasyon.

MikrobiyolojiMikros: küçük, bios: hayat, logolar: Çalışma), disiplinlerarası bir şekilde, tek bir hücreli mikroskobik organizma grubu (1-30 mikron arası), sadece optik mikroskopta görülebilen (insan gözüyle görünmeyen) geniş ve çeşitli bir grup çalışması.

Mikrobiyoloji alanında gruplanan organizmalar, birçok önemli yönden farklıdır ve çok farklı taksonomik kategorilere aittir. İzole veya ilişkili hücreler olarak varlar ve olabilirler:

  • Eubakteriler ve arkebakteriler gibi ana prokaryotlar (tanımlı çekirdeği olmayan tek hücreli organizmalar).
  • Maya, filamentli mantar, mikroalga ve protozoa gibi basit ökaryotlar (tanımlı çekirdeğe sahip tek hücreli organizmalar).
  • Virüsler (hücresel değil, mikroskobik).

Mikroorganizmalar, aynı sınıftaki veya farklı olan diğer hücrelerden bağımsız olarak, bütün yaşamsal işlemlerini (büyüme, metabolizma, enerji üretimi ve üreme) gerçekleştirebilirler..

indeks

  • 1 İlgili mikrobiyal özellikler
    • 1.1 Dış çevre ile etkileşim
    • 1.2 Metabolizma
    • 1.3 Çok çeşitli ortamlara adaptasyon
    • 1.4 Aşırı ortamlar
    • 1.5 Extremophile mikroorganizmaları
  • 2 Çevre mikrobiyolojisine uygulanan moleküler biyoloji
    • 2.1 İzolasyon ve mikrobiyal kültür
    • 2.2 Moleküler biyoloji araçları
  • 3 Çevre mikrobiyolojisi çalışma alanları
    • 3.1 - Mikrobiyal ekoloji
    • 3.2 -Geomikrobiyoloji
    • 3.3-Biorremediation
  • 4 Çevresel mikrobiyolojinin uygulamaları
  • 5 Kaynakça

İlgili mikrobiyal özellikler

Dış çevre ile etkileşim

Serbest yaşamın tek hücreli organizmaları özellikle dış ortama maruz kalmaktadır. Ek olarak, hem çok küçük bir hücre boyutuna (morfolojilerini ve metabolik esnekliklerini etkiler) hem de çevreleriyle kapsamlı etkileşimler yaratan yüksek bir yüzey / hacim oranına sahiptirler..

Bu nedenle, hem hayatta kalma hem de mikrobiyal ekolojik dağılım, fizyolojik olarak sık çevresel değişikliklere uyum sağlama yeteneklerine bağlıdır..

metabolizma

Yüksek yüzey / hacim oranı, yüksek mikrobiyal metabolik hızlar üretir. Bu hızlı büyüme ve hücre bölünmesi ile ilgilidir. Ek olarak, doğada geniş bir mikrobiyal metabolik çeşitlilik vardır..

Mikroorganizmalar, içeride ve dışarıda çeşitli maddeleri dönüştüren kimyasal makineler olarak kabul edilebilir. Bu, spesifik kimyasal reaksiyonların hızlarını hızlandıran enzimatik aktivitesinden kaynaklanmaktadır..

Çok çeşitli ortamlara adaptasyon

Genel olarak, mikrobiyal mikrobiyal habitat, mevcut besinlerin türü ve miktarı ile fizikokimyasal koşulları açısından dinamik ve heterojendir..

Mikrobiyal ekosistemler var:

  • Karasal (kayalarda ve toprakta).
  • Su (okyanuslarda, göletlerde, göllerde, nehirlerde, kaplıcalarda, akiferlerde).
  • Daha yüksek organizmalarla ilişkili (bitkiler ve hayvanlar).

Aşırı ortamlar

Mikroorganizmalar hemen hemen Dünya gezegenindeki tüm ortamlarda bulunur, yüksek yaşam formlarına aşina olsun veya olmasın.

Sıcaklık, tuzluluk, pH ve su mevcudiyeti ile ilgili aşırı koşullara sahip ortamlar (diğer kaynakların yanı sıra), "ekstremofil" mikroorganizmaları sunar. Bunlar çoğunlukla, Archaea olarak adlandırılan Bakteriler ve Eukarya'dan farklılaştırılmış birincil bir biyolojik etki alanı oluşturan archaea (veya arebakteriler) 'dir..

Extremophile mikroorganizmaları

Çok çeşitli ekstremofil mikroorganizmalar arasında:

  • Termofiller: 40 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda optimum büyüme sağlayan (termal kaynakların sakinleri).
  • Psikofilik: 20 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda optimum büyüme (buzlu yerlerin sakinleri).
  • Asidofilolar: 2'ye (aside) yakın düşük pH koşullarında optimum büyüme. Asitli termal sularda ve su altı volkanik çatlaklarında bulunur.
  • Halofiller: Büyümek için yüksek konsantrasyonlarda tuz (NaCl) gerektirir (brinlerde olduğu gibi).
  • Xerophiles: kuraklığa dayanabilir, yani düşük su aktivitesi (Şili'deki Atacama gibi çöllerin sakinleri).

Çevre mikrobiyolojisine uygulanan moleküler biyoloji

İzolasyon ve mikrobiyal kültür

Bir mikroorganizmanın genel özelliklerini ve metabolik kapasitelerini incelemek için, aşağıdaki şartlar aranmalıdır: Laboratuardaki doğal ortamından izole edilmiş ve saf kültürde (diğer mikroorganizmalardan arınmış) tutulmalıdır..

Doğada bulunan mikroorganizmaların sadece% 1'i izole edilmiş ve laboratuarda yetiştirilmiştir. Bu, spesifik beslenme gereksinimlerinin cehaletinden ve mevcut çevre koşullarının çok çeşitli türlerini simüle etmenin zorluğundan kaynaklanmaktadır..

Moleküler biyoloji araçları

Moleküler biyoloji tekniklerinin mikrobiyal ekoloji alanına uygulanması, mevcut mikrobiyal biyoçeşitliliği laboratuvarda izolasyonu ve kültürüne ihtiyaç duymadan keşfetmemizi sağlamıştır. Hatta mikroorganizmaları kendi doğal mikro habitatlarında, yani, yerinde.

Bu, özellikle optimal büyüme koşulları laboratuarda simüle etmek için karmaşık olan ekstremofil mikroorganizmaların çalışmasında önemlidir..

Öte yandan, genetiği değiştirilmiş mikroorganizmaların kullanımıyla rekombinant DNA teknolojisi, kirletici maddelerin bioremediasyon işlemlerinde çevreden uzaklaştırılmasını sağlamıştır..

Çevresel mikrobiyoloji çalışma alanları

Başlangıçta belirtildiği gibi, çevresel mikrobiyoloji ile ilgili farklı çalışma alanları arasında mikrobiyal ekoloji, jeomikrobiyoloji ve biyoremediasyon disiplinleri yer almaktadır..

-Mikrobiyal ekoloji

Mikrobiyal ekoloji, doğal ortamlarındaki mikrobiyal fonksiyonel rollerin çeşitliliği çalışılması yoluyla mikrobiyolojiyi ekolojik teoriyle birleştirir..

Mikroorganizmalar Dünya gezegenindeki en büyük biyokütleyi temsil etmektedir, bu yüzden rollerinin veya ekolojik rollerinin ekosistemlerin ekolojik tarihini etkilemesi şaşırtıcı değildir..

Bu etkinin bir örneği, oksijen birikimi sayesinde aerobik yaşam formlarının ortaya çıkmasıdır (OR2siyanobakterilerin fotosentetik aktivitesi ile oluşturulan ilkel atmosferde.

Mikrobiyal ekolojinin araştırma alanları

Mikrobiyal ekoloji, diğer tüm mikrobiyoloji disiplinlerine ve çalışmalarına çaprazdır:

  • Mikrobiyal çeşitlilik ve evrimsel tarihi.
  • Bir popülasyonun mikroorganizmaları ile bir topluluktaki popülasyonlar arasındaki etkileşimler.
  • Mikroorganizmalar ve bitkiler arasındaki etkileşimler.
  • Fitopatojenler (bakteri, mantar ve viral).
  • Mikroorganizmalar ve hayvanlar arasındaki etkileşimler.
  • Mikrobiyal topluluklar, oluşumları ve art arda gelen süreçleri.
  • Çevresel koşullara mikrobiyal adaptasyonlar.
  • Mikrobiyal habitat türleri (atmo-ekosfer, hidro-ekosfer, lito-ekosfer ve aşırı habitatlar).

-geomicrobiology

Jeomikrobiyoloji, jeolojik ve jeokimyasal (karasal biyolojik jeokimyasal döngüleri) süreçlerini etkileyen mikrobiyal aktiviteleri inceler..

Bunlar atmosferde, hidrosferde ve jeosferde, özellikle son çökeltiler, yeraltı suyunun tortul ve magmatik kayalarla temas halindeki su kütleleri gibi ortamlarda ve yıpranmış Dünya kabuğunda meydana gelir..

Çevrelerindeki minerallerle etkileşime giren, çözündüren, dönüştüren, çökeltici, diğerlerinin yanı sıra mikroorganizmalarda uzmanlaşmıştır..

Jeomikrobiyoloji araştırma alanları

Jeomikrobiyoloji çalışmaları:

  • Jeolojik süreçlerle mikrobiyal etkileşimler (toprak oluşumu, kaya kırılması, minerallerin ve fosil yakıtların sentezi ve bozulması).
  • Ekosistemde çökeltme veya ekosistemde çözünme (örneğin akiferlerde) gibi mikrobiyal kökenli minerallerin oluşumu.
  • Jeosferin biyojeokimyasal çevrimlerine mikrobiyal müdahale.
  • Bir yüzeyde istenmeyen mikroorganizma kümeleri oluşturan mikrobiyal etkileşimler (biyo-kirlenme). Bu biyolojik kirlenme, yaşadıkları yüzeylerin bozulmasına neden olabilir. Örneğin, metal yüzeyleri paslandırabilirler (biyo korozyon).
  • İlkel çevrelerinde mikroorganizmalar ve mineraller arasındaki etkileşimlerin fosil kanıtları.

Örneğin, stromatolitler sığ suyun tabakalı fosil mineral yapılarıdır. İlkel siyanobakterilerin duvarlarından gelen karbonatlardan oluşurlar..

-biyoremediasyon

Biyoremediasyon, biyolojik ajanların (mikroorganizmalar ve / veya enzimleri ve bitkileri) insan sağlığı ve çevre için tehlikeli maddelerle kirlenmiş toprak ve su geri kazanım işlemlerinde uygulanmasını inceler..

Küresel ekosistemin mikrobiyal bileşeninin kullanımıyla mevcut çevre sorunlarının birçoğu çözülebilir..

Biyoremediasyonun araştırma alanları

Biyoremediasyon çalışmaları:

  • Çevresel temizlik işlemlerinde uygulanabilir mikrobiyal metabolik kapasiteler.
  • İnorganik ve ksenobiyotik kirleticilerle mikrobiyal etkileşimler (doğal biyosentetik işlemlerle üretilmeyen toksik sentetik ürünler). En çok çalışılan ksenobiyotik bileşikler arasında halokarbonlar, nitroaromatikler, poliklorlu bifeniller, dioksinler, alkilbenzil sülfonatlar, petrol hidrokarbonları ve böcek ilaçları bulunmaktadır. En çok incelenen inorganik elementler arasında ağır metaller bulunur.
  • Çevresel kirleticilerin biyobozunurluğu yerinde ve laboratuarda.

Çevresel mikrobiyoloji uygulamaları

Bu engin bilimin çoklu uygulamaları arasında, şunu söyleyebiliriz:

  • Ticari değeri olan süreçlerde potansiyel uygulamalara sahip yeni mikrobiyal metabolik yolakların keşfi.
  • Mikrobiyal filogenetik ilişkilerin yeniden inşası.
  • Akiferlerin ve kamu içme suyu kaynaklarının analizi.
  • Geri kazanım için besiyerinde metallerin çözünmesi veya liçi (biyo-süzülmesi).
  • Kirlenmiş alanların biyolojik ıslah işlemlerinde ağır metallerin biyohidrometalürjisi veya biyomekaniği.
  • Yeraltı akiferlerinde çözünmüş radyoaktif atık konteynerlerinin biyo korozyonunda yer alan mikroorganizmaların biyolojik kontrolü.
  • İlkel karasal tarihin, paleo çevrenin ve ilkel yaşam biçimlerinin yeniden inşası.
  • Mars gibi diğer gezegenlerde fosilleşmiş yaşam arayışında faydalı modellerin oluşturulması.
  • Ağır metaller gibi ksenobiyotik veya inorganik maddelerle kirlenmiş alanların temizliği.

referanslar

  1. Ehrlich, H.L. ve Newman, D.K. (2009). Geomicrobiology. Beşinci baskı, CRC Press. pp 630.
  2. Malik, A. (2004). Büyüyen hücrelerden metal biyoremediasyonu. Uluslararası Çevre, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R. E. (2004). Çevre Kirliliği Kontrolü Mikrobiyolojisi. M. Dekker pp 453.
  4. Prescott, L.M. (2002). Mikrobiyoloji. Beşinci baskı, McGraw-Hill Bilim / Mühendislik / Matematik. pp 1147.
  5. Van den Burg, B. (2003). Yeni enzimler için bir kaynak olarak ekstremofiller. Mikrobiyolojide Güncel Görüş, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S.C. ve Jones, K.C. (1993). Polinükleer aromatik hidrokarbonlarla (PAH'lar) kirlenmiş toprağın biyoremediasyonu: Bir derleme. Çevre Kirliliği, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.