Objek mikrobiologi alam sekitar kajian dan aplikasi



The mikrobiologi alam sekitar adalah sains yang mengkaji kepelbagaian dan fungsi mikroorganisma dalam persekitaran semulajadi mereka dan penggunaan kapasiti metabolik mereka dalam proses bioremediasi tanah dan air yang tercemar. Ia biasanya dibahagikan kepada disiplin: ekologi mikrob, geomikrobiologi dan bioremediasi.

Mikrobiologi (mikros: kecil, bios: kehidupan, logo: belajar), kajian antara disiplin bagaimana kumpulan yang besar dan pelbagai organisma mikroskopik unisel (1 sehingga 30 mikron), hanya boleh dilihat melalui mikroskop optik (tidak dapat dilihat dengan mata manusia).

Organisme yang dikelompokkan dalam bidang mikrobiologi adalah berbeza dalam banyak aspek penting dan tergolong dalam kategori taksonomi yang sangat berbeza. Mereka wujud sebagai sel terpencil atau yang berkaitan dan boleh:

  • Prokariot utama (organisma uniselular tanpa nukleus yang ditentukan), seperti eubacteria dan archaebacteria.
  • Eukariot mudah (organisma uniselular dengan nukleus yang ditakrifkan), seperti ragi, kulat filamen, mikroalga dan protozoa.
  • Virus (yang bukan selular, tetapi mikroskopik).

Mikroorganisma mampu melaksanakan semua proses pentingnya (pertumbuhan, metabolisme, penjanaan tenaga dan pembiakan), secara bebas dari sel-sel lain dalam kelas yang sama atau berbeza.

Indeks

  • Ciri-ciri mikrob yang berkaitan
    • 1.1 Interaksi dengan persekitaran luaran
    • 1.2 Metabolisme
    • 1.3 Adaptasi kepada persekitaran yang sangat pelbagai
    • 1.4 persekitaran yang melampau
    • 1.5 mikroorganisma Extremophile
  • 2 Biologi molekul digunakan untuk mikrobiologi alam sekitar
    • 2.1 Pengasingan dan budaya mikrob
    • 2.2 Alat biologi molekul
  • 3 Bidang kajian mikrobiologi alam sekitar
    • 3.1 - Ekologi mikrobiologi
    • 3.2-Geomrobiologi
    • 3.3 -Begemediasi
  • 4 Aplikasi mikrobiologi alam sekitar
  • 5 Rujukan

Ciri-ciri mikrob yang berkaitan

Interaksi dengan persekitaran luaran

Unisel organisma hidup-bebas adalah terutamanya terdedah kepada persekitaran luar. Di samping itu, kedua-duanya mempunyai saiz yang sangat kecil sel (yang memberi kesan kepada morfologi dan fleksibiliti metabolik), sebagai permukaan / kelantangan yang tinggi, yang menjana interaksi yang luas dengan persekitarannya.

Disebabkan ini, kedua-dua kelangsungan hidup dan penyebaran ekologi mikrob bergantung kepada keupayaan mereka untuk menyesuaikan fisiologi dengan variasi persekitaran yang kerap.

Metabolisme

Nisbah permukaan / volum tinggi menghasilkan kadar metabolik mikrob yang tinggi. Ini berkaitan dengan kadar pertumbuhan dan pembahagian sel yang cepat. Di samping itu, terdapat kepelbagaian metabolik mikrob yang luas.

Mikroorganisma boleh dianggap mesin kimia, yang mengubah pelbagai bahan di dalam dan di luar. Ini disebabkan aktiviti enzimatiknya, yang mempercepatkan kelajuan tindak balas kimia tertentu.

Adaptasi kepada persekitaran yang sangat pelbagai

Secara umum, habitat mikrob mikrob adalah dinamik dan heterogen berkenaan dengan jenis dan kuantiti nutrien yang ada, serta keadaan fizikokimia.

Terdapat ekosistem mikroba:

  • Terrestrial (dalam batu dan tanah).
  • Akuatik (di lautan, kolam, tasik, sungai, mata air panas, akuifer).
  • Berkaitan dengan organisma yang lebih tinggi (tumbuh-tumbuhan dan haiwan).

Persekitaran yang melampau

Mikroorganisma terdapat di hampir semua persekitaran di planet Bumi, biasa atau tidak kepada bentuk kehidupan yang lebih tinggi.

Persekitaran dengan keadaan yang melampau mengenai suhu, kemasinan, pH dan ketersediaan air (antara sumber lain), sekarang mikroorganisma "extremophile". Ini adalah sebahagian besar archaea (atau archaebacteria), yang membentuk domain biologi utama yang dibezakan dari Bakteria dan Eukarya, yang disebut Archaea..

Mikroorganisma Extremophile

Antara pelbagai mikroorganisma ekstrifile, adalah:

  • Thermophiles: bahawa pertumbuhan optimum pada suhu melebihi 40 ° C (penduduk mata air panas).
  • Psychophilic: pertumbuhan optimum pada suhu di bawah 20 ° C (penduduk tempat dengan ais).
  • Acidófilos: pertumbuhan optimum dalam keadaan pH rendah, hampir 2 (asid). Hadir dalam perairan terma berasid dan retakan gunung berapi di bawah air.
  • Halofil: yang memerlukan kepekatan tinggi garam (NaCl) untuk berkembang (seperti dalam brine).
  • Xerophiles: mampu menahan kemarau, iaitu aktiviti air rendah (penduduk gurun seperti Atacama di Chile).

Biologi molekul digunakan untuk mikrobiologi alam sekitar

Pengasingan dan budaya mikrob

Untuk mengkaji ciri-ciri umum dan kapasiti metabolik mikroorganisma, ia mestilah: terpencil dari persekitaran semulajadi dan disimpan dalam budaya tulen (bebas dari mikroorganisma lain) di makmal.

Hanya 1% daripada mikroorganisma yang ada di alam ini telah diasingkan dan ditanam di makmal. Ini disebabkan oleh kejahilan keperluan pemakanan tertentu dan kesukaran meniru pelbagai jenis persekitaran sedia ada.

Alat biologi molekul

Penerapan teknik biologi molekular ke bidang ekologi mikrob telah membolehkan kita meneroka kepelbagaian biologi mikrob yang sedia ada, tanpa memerlukan pengasingan dan budaya di makmal. Ia juga dibenarkan untuk mengenal pasti mikroorganisma dalam microhabitats semulajadi mereka, iaitu, in situ.

Ini amat penting dalam kajian mikroorganisma-extremophile, yang keadaan pertumbuhan optimumnya adalah kompleks untuk simulasi di makmal.

Sebaliknya, teknologi DNA rekombinan dengan penggunaan mikroorganisma yang diubahsuai secara genetik telah membenarkan penghapusan bahan pencemar dari alam sekitar dalam proses bioremediasi.

Bidang kajian mikrobiologi alam sekitar

Seperti yang ditunjukkan pada mulanya, pelbagai bidang kajian mikrobiologi alam sekitar termasuk disiplin ekologi mikrob, geomikrobiologi dan bioremediasi.

-Ekologi mikrobial

Ekologi mikrobik membebankan mikrobiologi dengan teori ekologi, melalui kajian kepelbagaian fungsi fungsional mikrob dalam persekitaran semula jadi mereka.

Mikroorganisma merupakan biomas terbesar di planet Bumi, jadi tidak menghairankan bahawa peranan atau peranan ekologi mereka mempengaruhi sejarah ekosistem ekologi.

Satu contoh pengaruh ini adalah rupa bentuk kehidupan aerobik berkat pengumpulan oksigen (OR2) dalam atmosfer primitif, yang dihasilkan oleh aktiviti fotosintesis cyanobacteria.

Bidang penyelidikan ekologi mikrobial

Ekologi mikroba adalah transversal ke semua disiplin ilmu mikrobiologi, dan kajian:

  • Kepelbagaian mikrob dan sejarah evolusinya.
  • Interaksi antara mikroorganisma populasi dan antara populasi dalam masyarakat.
  • Interaksi antara mikroorganisma dan tumbuhan.
  • Phytopathogens (bakteria, kulat dan virus).
  • Interaksi antara mikroorganisma dan haiwan.
  • Komuniti mikrob, proses komposisi dan penggantian mereka.
  • Penyesuaian mikrob kepada keadaan persekitaran.
  • Jenis habitat mikrob (atmo-ecosphere, hidro-ekosfera, litho-ecosphere dan habitat yang melampau).

-Geomikrobiologi

Geomikrobiologi mengkaji aktiviti mikrob yang menjejaskan proses geologi dan geokimia (kitaran biogeokimia terestrial).

Ini berlaku dalam atmosfera, hidrosfera dan geosphere, khususnya dalam persekitaran seperti sedimen baru-baru ini, badan-badan air bawah tanah dalam hubungan dengan batuan sedimen dan igneus dan mengharungi kerak.

Ia mengkhusus dalam mikroorganisma yang berinteraksi dengan mineral dalam persekitaran mereka, membubarkan mereka, mengubahnya, merangsang mereka, antara lain..

Bidang penyelidikan Geomicrobiology

Kajian geomikrobiologi:

  • Interaksi mikroba dengan proses geologi (pembentukan tanah, pecah batu, sintesis dan penurunan mineral dan bahan bakar fosil).
  • Pembentukan galian asal mikroba, sama ada melalui pemendakan atau pembubaran dalam ekosistem (contohnya, dalam akuifer).
  • Campur tangan mikrob dalam kitaran biogeokimia geosfera.
  • Interaksi mikrob yang membentuk rumpun mikroorganisma yang tidak diingini pada permukaan (biofouling). Biofouling ini boleh menghasilkan kemerosotan permukaan yang mereka tinggali. Sebagai contoh, mereka boleh menghancurkan permukaan logam (biocorrosion).
  • Bukti fosil interaksi antara mikroorganisma dan mineral dalam persekitaran primitif mereka.

Contohnya, stromatolit adalah struktur mineral fosil yang berlatarbelakangkan air cetek. Ia ditubuhkan oleh karbonat, yang berasal dari dinding cyanobacteria primitif.

-Bioremediation

Bioremediasi mengkaji penggunaan agen biologi (mikroorganisma dan / atau enzim dan tumbuhan mereka), dalam proses pemulihan tanah dan air yang tercemar dengan bahan berbahaya untuk kesihatan manusia dan alam sekitar.

Banyak masalah alam sekitar yang sedia ada dapat diselesaikan dengan penggunaan komponen mikroba ekosistem global.

Bidang penyelidikan bioremediasi

Kajian bioremediasi:

  • Kapasiti metabolik mikrob yang digunakan dalam proses sanitasi alam sekitar.
  • Interaksi mikrob dengan kontaminan anorganik dan xenobiotik (produk sintetik toksik, tidak dihasilkan oleh proses biosintetik semula jadi). Antara xenobiotics paling dikaji, adalah Ozon, nitroaromatics, biphenyls polychlorinated, dioksin, alquilbencílicos Sulfonat, hidrokarbon petroleum dan racun perosak. Antara unsur-unsur anorganik yang paling banyak dikaji, logam berat dijumpai.
  • Biodegradable pencemaran alam sekitar in situ dan di makmal.

Aplikasi mikrobiologi alam sekitar

Di antara pelbagai aplikasi sains yang luas ini, kita boleh menyebut:

  • Penemuan jalur metabolik mikrob baru dengan aplikasi yang berpotensi dalam proses nilai komersial.
  • Pembinaan semula hubungan filogenetik mikroba.
  • Analisis akuifer dan bekalan air minum awam.
  • Pembubaran atau pencucian (bioleaching) logam dalam medium, untuk pemulihan.
  • Biohydrometallurgy atau biomekanik logam berat, dalam proses bioremediasi kawasan tercemar.
  • Biokontrol mikroorganisma yang terlibat dalam biokorosi bekas sisa radioaktif yang dibubarkan dalam akuifer bawah tanah.
  • Pembinaan semula sejarah terrestrial primitif, alam paleoenvironment dan bentuk kehidupan primitif.
  • Pembinaan model berguna dalam mencari kehidupan fosil di planet lain, seperti Marikh.
  • Sanitasi kawasan yang tercemar dengan bahan xenobiotik atau bukan organik, seperti logam berat.

Rujukan

  1. Ehrlich, H. L. dan Newman, D. K. (2009). Geomikrobiologi. Edisi kelima, Press CRC. ms 630.
  2. Malik, A. (2004). Bioremediasi logam melalui sel-sel yang semakin meningkat. Alam Sekitar Antarabangsa, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R. E. (2004). Kawalan Pencemaran Alam Sekitar Mikrobiologi. M. Dekker ms 453.
  4. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi Edisi kelima, Sains McGraw-Hill / Kejuruteraan / Matematik. pp 1147.
  5. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles sebagai sumber untuk enzim novel. Pendapat semasa dalam Mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S.C., dan Jones, K.C. (1993). Bioremediasi tanah yang tercemar dengan hidrokarbon aromatik polinomuk (PAHs): Kajian. Pencemaran Alam Sekitar, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.