Historie mikrobiální ekologie, předmět studia a aplikace



mikrobiální ekologie je disciplína environmentální mikrobiologie, která vyplývá z aplikace ekologických principů na mikrobiologii (mikros: malý, bios: život, loga: studium).

Tato disciplína studuje rozmanitost mikroorganismů (mikroskopické jednobuněčné organismy od 1 do 30 μm), vztahy mezi nimi se zbytkem živých bytostí as prostředím.

Jelikož mikroorganismy představují největší suchozemskou biomasu, jejich aktivity a ekologické funkce hluboce ovlivňují všechny ekosystémy.

Časná fotosyntetická aktivita sinic a následná akumulace kyslíku (O2) v primitivní atmosféře představuje jeden z nejjasnějších příkladů mikrobiálního vlivu v evoluční historii života na planetě Zemi.

To vzhledem k tomu, že přítomnost kyslíku v atmosféře umožnila vznik a vývoj všech existujících forem aerobního života.

Mikroorganismy udržují kontinuální a nezbytnou aktivitu pro život na Zemi. Mechanismy, které udržují mikrobiální diverzitu biosféry, jsou základem dynamiky suchozemských, vodních a vzdušných ekosystémů..

Vzhledem k jeho důležitosti by případné vymizení mikrobiálních společenstev (v důsledku kontaminace jejich stanovišť průmyslovými toxickými látkami) vedlo k zániku ekosystémů závislých na jejich funkcích.

Index

  • 1 Historie mikrobiální ekologie
    • 1.1 Zásady ekologie
    • 1.2 Mikrobiologie
    • 1.3 Mikrobiální ekologie
  • 2 Metody v mikrobiální ekologii
  • 3 Sub-disciplíny
  • 4 Studijní obory
  • 5 Aplikace
  • 6 Odkazy

Historie mikrobiální ekologie

Principy ekologie

V první polovině 20. století byly vyvinuty principy obecné ekologie, s přihlédnutím ke studiu "vyšších" rostlin a živočichů v jejich přirozeném prostředí..

Je zřejmé, že mikroorganismy a jejich ekosystémové funkce byly ignorovány, a to i přes jejich velký význam v ekologických dějinách planety, a to jak proto, že představují největší suchozemskou biomasu, tak proto, že jsou nejstaršími organismy v evoluční historii života na Zemi..

V té době byly pouze mikroorganismy považovány za degradátory, mineralizátory organických látek a zprostředkovatele v některých cyklech živin.

Mikrobiologie

Předpokládá se, že vědci Louis Pasteur a Robert Koch založili disciplínu mikrobiologie a vyvinuli techniku ​​axenické mikrobiální kultury, která obsahuje jeden buněčný typ, potomka jedné buňky..

V axenických kulturách však nebylo možné studovat interakce mezi mikrobiálními populacemi. Bylo nutné vyvinout metody, které by umožnily studium mikrobiálních biologických interakcí v jejich přirozených stanovištích (podstata ekologických vztahů)..

První mikrobiologové, kteří zkoumali interakce mezi mikroorganismy v půdě a interakcemi s rostlinami, byli Sergeji Winogradský a Martinus Beijerinck, zatímco většina se zaměřila na studium axenických kultur mikroorganismů souvisejících s chorobami nebo fermentačními procesy komerčního zájmu..

Winogradsky a Beijerinck studovali zejména mikrobiální biotransformace anorganických sloučenin dusíku a síry v půdě.

Mikrobiální ekologie

V počátcích šedesátých let se v době zájmu o kvalitu životního prostředí a znečištění průmyslových činností objevila mikrobiální ekologie jako disciplína. Americký vědec Thomas D. Brock byl prvním autorem textu na toto téma v roce 1966.

Nicméně, to bylo na konci sedmdesátých lét že mikrobiální ekologie byla konsolidována jako specializovaná multidisciplinární oblast, protože to závisí na jiných vědeckých odvětvích, takový jako ekologie, buněčná a molekulární biologie, biogeochemistry, mezi ostatními..

Vývoj mikrobiální ekologie úzce souvisí s metodologickými pokroky, které nám umožňují studovat interakce mezi mikroorganismy a biotickými a abiotickými faktory jejich prostředí..

V 90. letech byly do studie zahrnuty i techniky molekulární biologie in situ mikrobiální ekologie, která nabízí možnost zkoumání rozsáhlé biologické rozmanitosti existující v mikrobiálním světě a také znalost jeho metabolických aktivit v prostředí za extrémních podmínek.

Následně technologie rekombinantní DNA umožnila významné pokroky v eliminaci environmentálních kontaminantů, stejně jako při kontrole škůdců komerčního významu..

Metody mikrobiální ekologie

Mezi metodami, které umožnily studii in situ mikroorganismů a jejich metabolické aktivity jsou: \ t

  • Konfokální mikroskopie s laserem.
  • Molekulární nástroje jako fluorescenční genové sondy, které umožnily studium komplexních mikrobiálních komunit.
  • Polymerázová řetězová reakce nebo PCR (zkratka v angličtině: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioaktivní markery a chemické analýzy, které mimo jiné umožňují měřit mikrobiální metabolickou aktivitu.

Sub-disciplíny

Mikrobiální ekologie je často rozdělena do sub-disciplín, takový jak: \ t

  • Autoekologie nebo ekologie geneticky příbuzných populací.
  • Ekologie mikrobiálních ekosystémů, která studuje mikrobiální společenství v určitém ekosystému (pozemní, vzdušné nebo vodní).
  • Mikrobiální biogeochemická ekologie, která studuje biogeochemické procesy.
  • Ekologie vztahů mezi hostitelem a mikroorganismy.
  • Mikrobiální ekologie se aplikuje na problematiku kontaminace životního prostředí a na obnovu ekologické rovnováhy v intervenovaných systémech.

Studijní obory

Mezi oblastmi studia mikrobiální ekologie jsou:

  • Mikrobiální vývoj a jeho fyziologická rozmanitost, s ohledem na tři oblasti života; Bakterie, Archaea a Eucaria.
  • Rekonstrukce mikrobiálních fylogenetických vztahů.
  • Kvantitativní měření počtu, biomasy a aktivity mikroorganismů v jejich prostředí (včetně nekultivovatelných).
  • Pozitivní a negativní interakce v mikrobiální populaci.
  • Interakce mezi různými mikrobiálními populacemi (neutralismus, komensalismus, synergismus, vzájemnost, konkurence, amensalismus, parazitismus a predace).
  • Interakce mezi mikroorganismy a rostlinami: v rhizosféře (s dusíkatými mikroorganismy a mykorhizními houbami) a v rostlinných leteckých strukturách.
  • Fytopatogeny; bakteriální, plísňové a virové.
  • Interakce mezi mikroorganismy a zvířaty (vzájemná a komensální střevní symbióza, predace, mj.).
  • Složení, operace a následnost procesů v mikrobiálních komunitách.
  • Mikrobiální adaptace na extrémní podmínky prostředí (studium extremofilních mikroorganismů).
  • Typy mikrobiálních stanovišť (atmo-ekospéra, hydro-ekosféra, lito-ekospéra a extrémní stanoviště).
  • Biogeochemické cykly ovlivněné mikrobiálními společenstvy (cykly uhlíku, vodíku, kyslíku, dusíku, síry, fosforu, železa, mj.).
  • Rozmanité biotechnologické aplikace v environmentálních problémech a ekonomickém zájmu.

Aplikace

Mikroorganismy jsou nezbytné v globálních procesech, které umožňují zachování životního prostředí a lidského zdraví. Kromě toho slouží jako model ve studiu četných populačních interakcí (např. Predace)..

Pochopení základní ekologie mikroorganismů a jejich vlivu na životní prostředí umožnilo identifikovat biotechnologické metabolické kapacity použitelné v různých oblastech ekonomického zájmu. Některé z těchto oblastí jsou uvedeny níže:

  • Řízení biodeteriorace korozními biofilmy kovových konstrukcí (např. Potrubí, kontejnery na radioaktivní odpad)..
  • Kontrola škůdců a patogenů.
  • Obnova zemědělských půd degradovaných nadměrným využíváním.
  • Biologické zpracování pevného odpadu v kompostování a skládkování.
  • Biologická úprava odpadních vod prostřednictvím systémů čištění odpadních vod (např. Prostřednictvím imobilizovaných biofilmů).
  • Bioremediace půd a vody kontaminované anorganickými látkami (např. Těžkými kovy) nebo xenobiotiky (toxické syntetické produkty, které nejsou vytvářeny přirozenými biosyntetickými procesy). Mezi tyto xenobiotické sloučeniny patří halogenované uhlovodíky, nitroaromáty, polychlorované bifenyly, dioxiny, alkylbenzylsulfonáty, ropné uhlovodíky a pesticidy..
  • Bioremediace minerálů prostřednictvím biologického čištění (například zlato a měď) \ t.
  • Výroba biopaliv (ethanol, metan, mimo jiné uhlovodíky) a mikrobiální biomasa.

Odkazy

  1. Kim, M-B. (2008). Pokrok v environmentální mikrobiologii. Myung-Bo Kim Editor. pp 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. a Brock, T. (2015). Brockova biologie mikroorganismů. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Environmentální mikrobiologie: Od genomů k biogeochemii. Wiley-Blackwell. str. 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Mikrobiologie kontroly znečištění životního prostředí. M. Dekker pp 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologie Páté vydání, McGraw-Hill věda / inženýrství / matematika. str. 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Extremofily jako zdroj nových enzymů. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10,1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., a Jones, K.C. (1993). Bioremediace půdy kontaminované polynukleárními aromatickými uhlovodíky (PAH): Přehled. Znečištění životního prostředí, 81 (3), 229-249. doi: 10,1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.