ÇEVRESEL MIKROBIYOLOJI: ÇALIŞMANIN VE UYGULAMALARIN AMACI - BIYOLOJI

Çevre Mikrobiyoloji bilim olduğunu kontamine toprak ve suyun biyoremidasyonda kendi doğal ortamlarında ve bunların metabolik yetenekleri uygulamalarda mikroorganizmaların çalışmalar çeşitliliği ve fonksiyonu. Genellikle şu disiplinlere ayrılır: mikrobiyal ekoloji, jeomikrobiyoloji ve biyoremediasyon.

Mikrobiyoloji (mikros: küçük, bios: yaşam, logolar: çalışma), yalnızca optik mikroskopla görülebilen (insan gözüyle görülemeyen) geniş ve çeşitli mikroskobik tek hücreli organizmalar grubunu (1 ila 30 µm arasında) disiplinler arası bir şekilde inceler ).

Şekil 1. Solda: optik mikroskop, mikroorganizmaları büyütme altında görmemizi sağlayan bir alet (Kaynak: https://pxhere.com/es/photo/1192464). Sağda: Pseudomonas cinsinde yaygın olarak dağılan bakterilerin elektron mikrografı (Yazan: CDC, Nezaket: Halk Sağlığı Resim Kitaplığı).

Mikrobiyoloji alanında bir araya getirilen organizmalar, birçok önemli açıdan birbirinden farklıdır ve çok farklı taksonomik kategorilere aittir. İzole veya ilişkili hücreler olarak bulunurlar ve şunlar olabilir:

Öbakteriler ve arkebakteriler gibi başlıca prokaryotlar (belirli bir çekirdeği olmayan tek hücreli organizmalar).
Mayalar, filamentli mantarlar, mikroalgler ve protozoa gibi basit ökaryotlar (belirli bir çekirdeğe sahip tek hücreli organizmalar).
Virüsler (hücresel olmayan ancak mikroskobik).

Mikroorganizmalar, aynı veya farklı sınıftaki diğer hücrelerden bağımsız olarak tüm yaşamsal süreçlerini (büyüme, metabolizma, enerji üretimi ve üreme) gerçekleştirebilir.

İlgili mikrobiyal özellikler

Dış çevre ile etkileşim

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

Bundan dolayı, hem hayatta kalma hem de mikrobiyal ekolojik dağılım, sık görülen çevresel değişikliklere fizyolojik adaptasyon kapasitesine bağlıdır.

Metabolizma

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

Mikroorganizmalar, çeşitli maddeleri hem içeride hem de dışarıda dönüştüren kimyasal makineler olarak düşünülebilir. Bunun nedeni, spesifik kimyasal reaksiyonların hızlarını hızlandıran enzimatik aktivitesidir.

Çok çeşitli ortamlara uyum

Genel olarak, mikrobiyal mikrohabitat, mevcut besin maddelerinin türü ve miktarı ve bunların fizikokimyasal koşulları açısından dinamik ve heterojendir.

Mikrobiyal ekosistemler var:

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

Aşırı ortamlar

Mikroorganizmalar, yüksek yaşam formlarına aşina olsun ya da olmasın, Dünya gezegeninin hemen hemen her ortamında bulunur.

Sıcaklık, tuzluluk, pH ve su mevcudiyeti açısından aşırı koşullara sahip ortamlar (diğer kaynakların yanı sıra), "Ekstremofilik" mikroorganizmalar sunar. Bunlar çoğunlukla Bakteriler ve Eukarya'dan farklı olan, Archaea adı verilen birincil bir biyolojik alan oluşturan arkeler (veya arkebakteriler) olma eğilimindedir.

Şekil 2. Ekstremofilik mikroorganizmaların yaşam alanları. Solda: Yellowstone Milli Parkı'nda, termofilik mikroorganizmaların çalışıldığı kaplıca suyu (Kaynak: Jim Peaco, Ulusal Park Servisi, Wikimedia Commons aracılığıyla). Sağda: Antarktika, psikrofilik mikroorganizmaların incelendiği bir yer (Kaynak: pxhere.com).

Ekstremofilik mikroorganizmalar

Çok çeşitli Ekstremofilik mikroorganizmalar arasında şunlar yer alır:

Termofiller: 40 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda optimum büyüme gösteren (termal kaynak sakinleri).
Psikofiller: 20 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda optimal büyüme (buzlu yerlerin sakinleri).
Asidofilik: 2'ye yakın (asit) düşük pH koşulları altında optimal büyüme ile. Asitli kaplıcalarda ve su altı volkanik yarıklarında bulunur.
Halofiller: büyümek için yüksek konsantrasyonlarda tuz (NaCl) gerektirir (tuzlu sularda olduğu gibi).
Xerophiles: kuraklığa, yani düşük su aktivitesine dayanabilir (Şili'deki Atacama gibi çöllerde yaşayanlar).

Çevresel mikrobiyolojiye uygulanan moleküler biyoloji

Mikrobiyal izolasyon ve kültür

Bir mikroorganizmanın genel özelliklerini ve metabolik kapasitelerini incelemek için: doğal ortamından izole edilmeli ve laboratuvarda saf kültürde (diğer mikroorganizmalardan arınmış) tutulmalıdır.

Şekil 3. Laboratuvarda mikrobiyal izolasyon. Solda: katı kültür ortamında büyüyen filamentli mantarlar (Kaynak: https://www.maxpixel.net/Strains-Growing-Cultures-Mold-Petri-Dishes-2035457). Sağda: tükenme tohumlama tekniği ile bir bakteri türünün izolasyonu (Kaynak: Drhx, Wikimedia Commons'tan).

Doğada bulunan mikroorganizmaların sadece% 1'i izole edilmiş ve laboratuvarda yetiştirilmiştir. Bunun nedeni, belirli beslenme gereksinimleri konusundaki bilgi eksikliğinden ve çok çeşitli mevcut çevre koşullarını simüle etmenin zorluğudur.

Moleküler Biyoloji Araçları

Moleküler biyoloji tekniklerinin mikrobiyal ekoloji alanına uygulanması, laboratuvarda izole edilmesine ve yetiştirilmesine gerek kalmadan mevcut mikrobiyal biyoçeşitliliği keşfetmeyi mümkün kılmıştır. Hatta mikroorganizmaları kendi doğal mikro habitatlarında, yani yerinde tespit etmeyi bile mümkün kılmıştır.

Bu, optimal büyüme koşulları laboratuvarda simüle etmek için karmaşık olan Ekstremofilik mikroorganizmalar üzerinde yapılan çalışmalarda özellikle önemlidir.

Öte yandan, genetiği değiştirilmiş mikroorganizmaların kullanımı ile rekombinant DNA teknolojisi, biyoremediasyon süreçlerinde kirletici maddelerin çevreden atılmasına izin vermiştir.

Çevresel mikrobiyoloji çalışma alanları

Başlangıçta belirtildiği gibi, çevresel mikrobiyolojinin farklı çalışma alanları, mikrobiyal ekoloji, jeomikrobiyoloji ve biyoremediasyon disiplinlerini içerir.

-Mikrobiyal ekoloji

Mikrobiyal ekoloji, mikrobiyolojiyi, doğal ortamlarındaki mikrobiyal fonksiyonel rollerin çeşitliliğini inceleyerek ekolojik teori ile birleştirir.

Mikroorganizmalar, Dünya gezegenindeki en büyük biyokütleyi temsil eder, bu nedenle ekolojik işlevlerinin veya rollerinin ekosistemlerin ekolojik tarihini etkilemesi şaşırtıcı değildir.

Bu etkinin bir örneği , ilkel atmosferde siyanobakterilerin fotosentetik aktivitesi tarafından üretilen oksijen (O ₂ ) birikimi sayesinde aerobik yaşam formlarının ortaya çıkmasıdır.

Mikrobiyal ekolojinin araştırma alanları

Mikrobiyal ekoloji, mikrobiyolojinin diğer tüm disiplinlerine çaprazdır ve çalışmalar:

Mikrobiyal çeşitlilik ve evrimsel tarihi.
Bir popülasyondaki mikroorganizmalar arasındaki ve bir topluluktaki popülasyonlar arasındaki etkileşimler.
Mikroorganizmalar ve bitkiler arasındaki etkileşimler.
Fitopatojenler (bakteriyel, fungal ve viral).
Mikroorganizmalar ve hayvanlar arasındaki etkileşimler.
Mikrobiyal topluluklar, bileşimleri ve birbirini izleyen süreçler.
Çevre koşullarına mikrobiyal adaptasyonlar.
Mikrobiyal habitat türleri (atmosfer-ekosfer, hidro-ekosfer, lito-ekosfer ve ekstrem habitatlar).

-Geomicrobiology

Jeomikrobiyoloji, karasal jeolojik ve jeokimyasal süreçleri (biyojeokimyasal döngüler) etkileyen mikrobiyal faaliyetleri inceler.

Bunlar atmosferde, hidrosferde ve jeosferde, özellikle yeni çökeltiler, tortul ve magmatik kayalarla temas halindeki yeraltı suyu kütleleri gibi ortamlarda ve yıpranmış yer kabuğunda meydana gelir.

Diğerlerinin yanı sıra çevrelerindeki minerallerle etkileşime giren, onları çözen, dönüştüren, çökelten mikroorganizmalar konusunda uzmanlaşmıştır.

Jeomikrobiyoloji araştırma alanları

Jeomikrobiyoloji çalışmaları:

Jeolojik süreçlerle mikrobiyal etkileşimler (toprak oluşumu, kaya parçalanması, minerallerin ve fosil yakıtların sentezi ve bozunması).
Ekosistemde (örneğin akiferlerde) çökelme veya çözünme yoluyla mikrobiyal kökenli minerallerin oluşumu.
Jeosferin biyojeokimyasal döngülerine mikrobiyal müdahale.
Bir yüzeyde istenmeyen mikroorganizma kümeleri oluşturan mikrobiyal etkileşimler (biyolojik kirlenme). Bu biyolojik kirlilik, yaşadıkları yüzeylerin bozulmasına neden olabilir. Örneğin, metal yüzeyleri aşındırabilirler (biyo-korozyon).
Mikroorganizmalar ve ilkel çevrelerinden mineraller arasındaki etkileşimlerin fosil kanıtı.

Örneğin, stromatolitler, sığ sulardan tabakalı fosil mineral yapılardır. İlkel siyanobakterilerin duvarlarındaki karbonatlardan oluşurlar.

Şekil 4. Solda: Sığ sudaki fosil stromatolitler (Soldaki fotoğraf kaynağı: https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:StromatolitheAustralie2.jpeg). Sağ: stromatolitlerin detayı (Sağdaki fotoğraf kaynağı: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:StromatoliteUL02.JPG).

-Bioremediation

Biyoremediasyon, biyolojik ajanların (mikroorganizmalar ve / veya bunların enzimleri ve bitkileri), insan sağlığı ve çevre için tehlikeli maddelerle kirlenmiş toprakların ve suyun geri kazanımı süreçlerinde uygulanmasını inceler.

Şekil 5. Ekvador'daki Amazon yağmur ormanlarında petrol kirliliği. Kaynak: Ekvador Dışişleri Bakanlığı, Wikimedia Commons aracılığıyla

Şu anda var olan çevresel sorunların çoğu, küresel ekosistemin mikrobiyal bileşeninin kullanılmasıyla çözülebilir.

Biyoremediasyon araştırma alanları

Biyoremediasyon çalışmaları:

Çevresel temizlik işlemlerinde uygulanabilen mikrobiyal metabolik kapasiteler.
İnorganik ve ksenobiyotik kirleticilerle mikrobiyal etkileşimler (toksik sentetik ürünler, doğal biyosentetik işlemlerle üretilmemiş). En çok incelenen ksenobiyotik bileşikler arasında halokarbonlar, nitroaromatikler, poliklorlu bifeniller, dioksinler, alkilbenzil sülfonatlar, petrol hidrokarbonları ve pestisitler bulunur. En çok incelenen inorganik elementler arasında ağır metaller bulunur.
Çevresel kirleticilerin yerinde ve laboratuvarda biyolojik olarak parçalanabilirliği.

Çevresel mikrobiyoloji uygulamaları

Bu engin bilimin birçok uygulaması arasında şunları sayabiliriz:

Ticari değeri olan süreçlerde potansiyel uygulamalarla yeni mikrobiyal metabolik yolların keşfi.
Mikrobiyal filogenetik ilişkilerin yeniden inşası.
Akiferlerin ve genel içme suyu kaynaklarının analizi
Geri kazanımları için ortamdaki metallerin çözünmesi veya süzülmesi (biyo-ağartma).
Kontamine alanların biyoremediasyon proseslerinde ağır metallerin biyohidrometalurjisi veya biyominasyonu.
Yeraltı akiferlerinde çözünen radyoaktif atık konteynerlerinin biyo-korozyonunda rol oynayan mikroorganizmaların biyokontrolü.
İlkel karasal tarihin, paleoçevrenin 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

Ehrlich, HL ve Newman, DK (2009). Geomicrobiology. Beşinci baskı, CRC Press. s 630.
Malik, A. (2004). Büyüyen hücreler yoluyla metal biyoremediasyon. Çevre Uluslararası, 30 (2), 261–278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
McKinney, RE (2004). Çevre Kirliliği Kontrolü Mikrobiyolojisi. M. Dekker. s 453.
Prescott, LM (2002). Mikrobiyoloji. Beşinci baskı, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
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.
Wilson, SC ve Jones, KC (1993). Polinükleer aromatik hidrokarbonlarla (PAH'lar) kirlenmiş toprağın bioremediasyonu: Bir inceleme. Çevre Kirliliği, 81 (3), 229–249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.

ÇEVRESEL MIKROBIYOLOJI: ÇALIŞMANIN VE UYGULAMALARIN AMACI - BIYOLOJI - 2025