Miljömikrobiologins syfte med studier och tillämpningar



den miljömikrobiologi är den vetenskap som studerar mikroorganismernas mångfald och funktion i sina naturliga miljöer och tillämpningar av deras metaboliska förmåga i biomedieringsprocesser av förorenad mark och vatten. Det är vanligtvis uppdelat i ämnesområdena: mikrobiell ekologi, geomikrobiologi och biomediäring.

Mikrobiologi (mikros: liten, bios: livet, logotyper: studier), studier på ett tvärvetenskapligt sätt en bred och varierande grupp av unicellulära mikroskopiska organismer (från 1 till 30 μm), endast synliga genom det optiska mikroskopet (osynligt för det mänskliga ögat).

De organismer som grupperas inom mikrobiologi är olika i många viktiga aspekter och tillhör väldigt olika taxonomiska kategorier. De finns som isolerade eller associerade celler och kan vara:

  • Huvudsakliga prokaryoter (unicellulära organismer utan en definierad kärna), såsom eubakterier och archaebakterier.
  • Enkla eukaryoter (unicellulära organismer med en definierad kärna), såsom jäst, filamentösa svampar, mikroalger och protozoer.
  • Virus (som inte är cellulära men mikroskopiska).

Mikroorganismer kan utföra alla sina vitala processer (tillväxt, metabolism, generering av energi och reproduktion) oberoende av andra celler av samma klass eller olika.

index

  • 1 Relevanta mikrobiella egenskaper
    • 1.1 Samverkan med den yttre miljön
    • 1.2 Metabolism
    • 1.3 Anpassning till mycket olika miljöer
    • 1.4 Extrema miljöer
    • 1,5 Extremophile-mikroorganismer
  • 2 Molekylärbiologi tillämpad på miljömikrobiologi
    • 2.1 Isolering och mikrobiell kultur
    • 2.2 Molecular biology tools
  • 3 Områden för studier av miljömikrobiologi
    • 3.1 - Mikrobiell ekologi
    • 3.2-Mikrobiologi
    • 3.3 -Biorremediering
  • 4 Tillämpningar av miljömikrobiologi
  • 5 referenser

Relevanta mikrobiella egenskaper

Samverkan med den yttre miljön

De unicellulära organismerna av det fria livet är särskilt utsatta för den yttre miljön. Dessutom har de båda en mycket liten cellstorlek (vilket påverkar deras morfologi och metabolisk flexibilitet) och ett högt yt / volymförhållande, vilket genererar omfattande interaktioner med deras miljö.

På grund av detta är både överlevnad och mikrobiell ekologisk distribution beroende av deras förmåga att anpassa sig fysiologiskt till frekventa miljövariationer.

metabolism

Det höga yt / volymförhållandet genererar höga mikrobiella metaboliska hastigheter. Detta är relaterat till dess snabba tillväxt och celldelning. Dessutom finns en stor mikrobiell metabolisk mångfald i naturen.

Mikroorganismer kan betraktas som kemiska maskiner, som omvandlar olika substanser både inom och utanför. Detta beror på dess enzymatiska aktivitet som accelererar hastigheten på specifika kemiska reaktioner.

Anpassning till mycket olika miljöer

I allmänhet är det mikrobiella mikrobiella livsmiljöet dynamiskt och heterogent med hänsyn till typen och kvantiteten näringsämnen närvarande, såväl som dess fysikalisk-kemiska betingelser.

Det finns mikrobiella ekosystem:

  • Terrestrial (i stenar och mark).
  • Vattenlevande (i hav, dammar, sjöar, floder, varma källor, akviferer).
  • Förknippad med högre organismer (växter och djur).

Extrema miljöer

Mikroorganismer finns i praktiskt taget alla miljöer på planeten Jorden, bekanta eller inte med högre livsformer.

Miljöer med extrema förhållanden vad gäller temperatur, salthalt, pH och tillgång till vatten (bland andra resurser), närvarande "extremofila" mikroorganismer. Dessa är främst archaea (eller archaebacteria), som bildar en primär biologisk domän som skiljer sig från bakterier och eukarya, kallad archaea..

Extremophile mikroorganismer

Bland de många extremofila mikroorganismerna finns:

  • Termofiler: den närvarande optimala tillväxten vid temperaturer över 40 ° C (invånare av värmekällor).
  • Psykofil: optimal tillväxt vid temperaturer under 20 ° C (invånare i ställen med is).
  • Acidofilos: av optimal tillväxt vid lågt pH, nära 2 (syra). Finns i surt termiskt vatten och vulkaniska sprickor under vattnet.
  • Halofiler: som kräver höga koncentrationer av salt (NaCl) att växa (som i saltlake).
  • Xerophiles: klarar tålamod, det vill säga lågvattenaktivitet (öken i öken som Atacama i Chile).

Molekylärbiologi tillämpad på miljömikrobiologi

Isolering och mikrobiell kultur

För att studera en mikroorganismers allmänna egenskaper och metaboliska förmåga måste den vara isolerad från sin naturliga miljö och hållas i ren kultur (fri från andra mikroorganismer) i laboratoriet.

Endast 1% av de mikroorganismer som finns i naturen har isolerats och odlats i laboratoriet. Detta beror på okunnighet om deras specifika näringsbehov och svårigheten att simulera den stora variationen av befintliga miljöförhållanden.

Molekylära biologiska verktyg

Tillämpningen av molekylärbiologiteknik på området för mikrobiell ekologi har gjort det möjligt för oss att utforska den befintliga mikrobiella biologiska mångfalden, utan att det behövs isolering och kultur i laboratoriet. Det har till och med tillåtit att identifiera mikroorganismer i sina naturliga mikrohabitater, det vill säga, in situ.

Detta är särskilt viktigt vid studien av extremofila mikroorganismer, vars optimala tillväxtförhållanden är komplexa att simulera i laboratoriet.

Å andra sidan har tekniken för rekombinant DNA med användning av genetiskt modifierade mikroorganismer tillåtit eliminering av föroreningar från miljön i bioremedieringsprocesser.

Områden för studier av miljömikrobiologi

Som indikerat initialt innefattar de olika områdena för studier av miljömikrobiologi disciplinerna mikrobiell ekologi, geomikrobiologi och bioremediering.

-Mikrobiell ekologi

Mikrobiell ekologi säkrar mikrobiologi med ekologisk teori genom studier av mångfalden av mikrobiella funktionella roller i sin naturliga miljö.

Mikroorganismer representerar den största biomassen på planeten Jorden, så det är inte förvånande att deras roller eller ekologiska roller påverkar ekosystemens ekologiska historia.

Ett exempel på detta inflytande är utseendet på aeroba livsformer tack vare ackumulationen av syre (OR2) i primitiv atmosfär, genererad av fotosyntetisk aktivitet hos cyanobakterierna.

Forskningsområden för mikrobiell ekologi

Den mikrobiella ekologin är tvärgående till alla andra mikrobiologiska discipliner och studier:

  • Mikrobiell mångfald och dess evolutionära historia.
  • Samspelet mellan mikroorganismer hos en befolkning och mellan befolkningen i en gemenskap.
  • Samspelet mellan mikroorganismer och växter.
  • Fytopatogener (bakteriell, svamp och viral).
  • Samspelet mellan mikroorganismer och djur.
  • Mikrobiella samhällen, deras sammansättning och successionsprocesser.
  • Mikrobiella anpassningar till miljöförhållanden.
  • De typer av mikrobiella livsmiljöer (atmo-ekosfär, hydroekosfär, lito-ekosfär och extrema livsmiljöer).

-geomicrobiology

Geomikrobiologi studerar de mikrobiella aktiviteter som påverkar geologiska och geokemiska (terrestriska biogeokemiska cykler) processer.

Dessa förekommer i atmosfären, hydrokfären och geosfären, speciellt i miljöer som nyligen sediment, grundvattenkroppar i kontakt med sedimentära och igneösa stenar och i den förvrängd jordskorpan.

Det är specialiserat på mikroorganismer som interagerar med mineraler i sin miljö, löser upp dem, omvandlar dem, utfäller dem bland annat..

Forskningsområdena för geomikrobiologi

Geomikrobiologiska studier:

  • Mikrobiella interaktioner med geologiska processer (jordbildning, bergsbrott, syntes och nedbrytning av mineraler och fossila bränslen).
  • Bildandet av mineraler av mikrobiellt ursprung, antingen genom utfällning eller genom upplösning i ekosystemet (till exempel i vattenlevande ämnen).
  • Mikrobiell ingrepp i geosfärens biogeokemiska cykler.
  • Mikrobiella interaktioner som bildar oönskade klumpar av mikroorganismer på en yta (biofouling). Dessa biofouling kan generera försämring av de ytor de bor i. Till exempel kan de korrodera metallytor (biokorrosion).
  • Fossil bevis på interaktioner mellan mikroorganismer och mineraler i deras primitiva miljö.

Stromatoliter är till exempel stratifierade fossila mineralstrukturer av grunt vatten. De utgörs av karbonater, som kommer från väggarna av primitiva cyanobakterier.

-bioremediering

Bioremedier studerar tillämpningen av biologiska ämnen (mikroorganismer och / eller deras enzymer och växter) i processer för mark och vattenåtervinning som är förorenade med ämnen som är farliga för människors hälsa och miljön.

Många av de befintliga miljöproblemen kan lösas med hjälp av den mikrobiella komponenten i det globala ekosystemet.

Forskningsområden för bioremediering

Bioremedieringsstudier:

  • Den mikrobiella metaboliska kapaciteten som gäller för miljöanpassade processer.
  • Mikrobiella interaktioner med oorganiska och xenobiotiska föroreningar (giftiga syntetiska produkter, som inte genereras av naturliga biosyntetiska processer). Bland de mest studerade xenobiotiska föreningarna är halokarboner, nitroaromatika, polyklorerade bifenyler, dioxiner, alkylbensylsulfonater, petroleumkolväten och pesticider. Bland de mest studerade oorganiska elementen finns tungmetaller.
  • Den biologiska nedbrytningen av miljöföroreningar in situ och i laboratoriet.

Tillämpningar av miljömikrobiologi

Bland de många tillämpningarna av denna stora vetenskap kan vi nämna:

  • Upptäckten av nya mikrobiella metaboliska vägar med potentiella tillämpningar i processer av kommersiellt värde.
  • Rekonstruktionen av mikrobiella fylogenetiska relationer.
  • Analys av vattenlevande vatten och offentliga dricksvattenförsörjning.
  • Upplösning eller utlakning (bioleaching) av metaller i mediet, för återvinning.
  • Biohydrometallurgi eller biomekanik av tungmetaller, i bioremedieringsprocesser av förorenade områden.
  • Biokontroll av mikroorganismer som är inblandade i biokorrosion av behållare av radioaktivt avfall upplöst i underjordiska vattenlevande ämnen.
  • Rekonstruktion av primitiv markhistoria, paleoenmiljö och primitiva former av livet.
  • Konstruktion av användbara modeller i sökandet efter fossiliserat liv på andra planeter, som Mars.
  • Sanering av områden som är förorenade med xenobiotiska eller oorganiska ämnen, såsom tungmetaller.

referenser

  1. Ehrlich, H. L. och Newman, D. K. (2009). Geomicrobiology. Femte upplagan, CRC Press. s. 630.
  2. Malik, A. (2004). Metallbioremediering genom växande celler. Miljö International, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R.E. (2004). Miljökonsekvenskontroll mikrobiologi. M. Dekker s. 453.
  4. Prescott, L. M. (2002). Microbiology. Femte upplagan, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
  5. Van den Burg, B. (2003). Extremofiler som källa för nya enzymer. Nuvarande yttrande i mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10,1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S.C., och Jones, K.C. (1993). Bioremediering av mark förorenad med polynukleära aromatiska kolväten (PAH): En granskning. Miljöförorening, 81 (3), 229-249. doi: 10,1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.