Đối tượng nghiên cứu và ứng dụng vi sinh môi trường



các vi sinh môi trường là khoa học nghiên cứu sự đa dạng và chức năng của vi sinh vật trong môi trường tự nhiên của chúng và các ứng dụng của khả năng trao đổi chất của chúng trong các quá trình xử lý sinh học của đất và nước bị ô nhiễm. Nó thường được chia thành các ngành: sinh thái vi sinh vật, địa sinh học và sinh học.

Vi sinh (mikros: nhỏ, tiểu sử: cuộc sống, logo: nghiên cứu), nghiên cứu một cách liên ngành, một nhóm các vi sinh vật đơn bào rộng lớn và đa dạng (từ 1 đến 30 μm), chỉ có thể nhìn thấy qua kính hiển vi quang học (không nhìn thấy được bằng mắt người).

Các sinh vật được nhóm trong lĩnh vực vi sinh học không giống nhau ở nhiều khía cạnh quan trọng và thuộc các loại phân loại rất khác nhau. Chúng tồn tại dưới dạng các tế bào biệt lập hoặc liên kết và có thể:

  • Các prokaryote chính (sinh vật đơn bào không có nhân xác định), chẳng hạn như vi khuẩn eubacteria và vi khuẩn cổ.
  • Sinh vật nhân chuẩn đơn giản (sinh vật đơn bào có nhân xác định), chẳng hạn như nấm men, nấm sợi, vi tảo và động vật nguyên sinh.
  • Virus (không phải là tế bào, nhưng là kính hiển vi).

Các vi sinh vật có khả năng thực hiện tất cả các quá trình quan trọng của chúng (tăng trưởng, trao đổi chất, tạo năng lượng và sinh sản), độc lập với các tế bào khác cùng loại hoặc khác nhau.

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm vi sinh vật có liên quan
    • 1.1 Tương tác với môi trường bên ngoài
    • 1.2 Chuyển hóa
    • 1.3 Thích nghi với môi trường rất đa dạng
    • 1.4 Môi trường khắc nghiệt
    • 1.5 Vi sinh vật cực trị
  • 2 Sinh học phân tử áp dụng cho vi sinh vật môi trường
    • 2.1 Phân lập và nuôi cấy vi sinh vật
    • 2.2 Công cụ sinh học phân tử
  • 3 lĩnh vực nghiên cứu vi sinh vật môi trường
    • 3.1 - Sinh thái vi sinh vật
    • 3.2-Sinh học sinh học
    • 3,3 -Phát hiện
  • 4 ứng dụng vi sinh môi trường
  • 5 tài liệu tham khảo

Đặc điểm vi sinh vật có liên quan

Tương tác với môi trường bên ngoài

Các sinh vật đơn bào của cuộc sống tự do đặc biệt tiếp xúc với môi trường bên ngoài. Ngoài ra, chúng có cả kích thước tế bào rất nhỏ (ảnh hưởng đến hình thái và tính linh hoạt chuyển hóa của chúng) và tỷ lệ bề mặt / thể tích cao, tạo ra tương tác rộng rãi với môi trường của chúng.

Do đó, cả sự sống sót và phân bố sinh thái của vi sinh vật phụ thuộc vào khả năng thích ứng sinh lý của chúng với các biến đổi môi trường thường xuyên.

Trao đổi chất

Tỷ lệ bề mặt / thể tích cao tạo ra tỷ lệ trao đổi chất vi sinh vật cao. Điều này có liên quan đến tốc độ tăng trưởng và phân chia tế bào nhanh chóng của nó. Ngoài ra, có một sự đa dạng trao đổi chất của vi sinh vật trong tự nhiên.

Vi sinh vật có thể được coi là máy hóa học, biến đổi các chất khác nhau cả bên trong và bên ngoài. Điều này là do hoạt động enzyme của nó, làm tăng tốc độ của các phản ứng hóa học cụ thể.

Thích nghi với môi trường rất đa dạng

Nhìn chung, môi trường sống của vi sinh vật rất năng động và không đồng nhất về loại và số lượng chất dinh dưỡng hiện có, cũng như các điều kiện hóa lý của nó.

Có hệ sinh thái vi sinh vật:

  • Thổ địa (trong đá và đất).
  • Thủy sinh (trong đại dương, ao, hồ, sông, suối nước nóng, tầng ngậm nước).
  • Liên kết với các sinh vật cao hơn (thực vật và động vật).

Môi trường khắc nghiệt

Các vi sinh vật được tìm thấy trong hầu hết tất cả các môi trường trên hành tinh Trái đất, quen thuộc hoặc không với các dạng sống cao hơn.

Các môi trường có điều kiện khắc nghiệt liên quan đến nhiệt độ, độ mặn, độ pH và lượng nước (trong số các tài nguyên khác), có các vi sinh vật "cực đoan". Chúng chủ yếu là vi khuẩn cổ (hay vi khuẩn cổ), tạo thành một miền sinh học chính phân biệt với Vi khuẩn và Eukarya, được gọi là Archaea..

Vi sinh vật cực trị

Trong số rất nhiều loại vi sinh vật cực trị, là:

  • Thermophiles: có mức tăng trưởng tối ưu ở nhiệt độ trên 40 ° C (cư dân của suối nước nóng).
  • Tâm thần: tăng trưởng tối ưu ở nhiệt độ dưới 20 ° C (cư dân của những nơi có băng).
  • Acidófilos: tăng trưởng tối ưu trong điều kiện pH thấp, gần bằng 2 (axit). Có mặt trong nước nóng axit và vết nứt núi lửa dưới nước.
  • Halophiles: đòi hỏi nồng độ muối (NaCl) cao để phát triển (như trong nước muối).
  • Xerophiles: có thể chịu được hạn hán, nghĩa là hoạt động dưới nước thấp (cư dân của các sa mạc như Atacama ở Chile).

Sinh học phân tử áp dụng cho vi sinh vật môi trường

Nuôi cấy và nuôi cấy vi sinh vật

Để nghiên cứu các đặc điểm chung và khả năng trao đổi chất của vi sinh vật, phải: cách ly với môi trường tự nhiên và nuôi cấy trong môi trường tinh khiết (không chứa các vi sinh vật khác) trong phòng thí nghiệm.

Chỉ có 1% số vi sinh vật tồn tại trong tự nhiên đã được phân lập và nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Điều này là do sự thiếu hiểu biết về các yêu cầu dinh dưỡng cụ thể của họ và khó khăn trong việc mô phỏng sự đa dạng của các điều kiện môi trường hiện có.

Công cụ sinh học phân tử

Việc áp dụng các kỹ thuật sinh học phân tử vào lĩnh vực sinh thái vi sinh vật đã cho phép chúng tôi khám phá đa dạng sinh học vi sinh vật hiện có mà không cần phải phân lập và nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Nó thậm chí còn cho phép xác định vi sinh vật trong môi trường sống vi mô tự nhiên của chúng, nghĩa là, tại chỗ.

Điều này đặc biệt quan trọng trong nghiên cứu các vi sinh vật cực trị, có điều kiện tăng trưởng tối ưu rất phức tạp để mô phỏng trong phòng thí nghiệm.

Mặt khác, công nghệ DNA tái tổ hợp với việc sử dụng các vi sinh vật biến đổi gen đã cho phép loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi môi trường trong các quá trình xử lý sinh học.

Các lĩnh vực nghiên cứu vi sinh vật môi trường

Như đã chỉ ra ban đầu, các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau về vi sinh vật môi trường bao gồm các ngành sinh thái học vi sinh vật, địa sinh học và xử lý sinh học.

-Sinh thái vi sinh vật

Sinh thái học vi sinh vật kết hợp vi sinh học với lý thuyết sinh thái, thông qua nghiên cứu về sự đa dạng của vai trò chức năng của vi sinh vật trong môi trường tự nhiên của chúng.

Các vi sinh vật đại diện cho sinh khối lớn nhất trên hành tinh Trái đất, vì vậy không có gì đáng ngạc nhiên khi vai trò hoặc vai trò sinh thái của chúng ảnh hưởng đến lịch sử sinh thái của các hệ sinh thái.

Một ví dụ về ảnh hưởng này là sự xuất hiện của các dạng sống hiếu khí nhờ sự tích tụ oxy (HOẶC2) trong bầu khí quyển nguyên thủy, được tạo ra bởi hoạt động quang hợp của vi khuẩn lam.

Lĩnh vực nghiên cứu sinh thái vi sinh vật

Hệ sinh thái vi sinh vật nằm ngang với tất cả các ngành vi sinh khác và các nghiên cứu:

  • Đa dạng vi sinh vật và lịch sử tiến hóa của nó.
  • Sự tương tác giữa các vi sinh vật của quần thể và giữa các quần thể trong cộng đồng.
  • Sự tương tác giữa vi sinh vật và thực vật.
  • Phytopathogens (vi khuẩn, nấm và virus).
  • Sự tương tác giữa vi sinh vật và động vật.
  • Các cộng đồng vi sinh vật, thành phần và quá trình kế tiếp của chúng.
  • Thích nghi vi sinh vật với điều kiện môi trường.
  • Các loại môi trường sống của vi sinh vật (atmo-ecosphere, hydro-ecosphere, litho-ecosphere).

-Địa sinh học

Địa sinh học nghiên cứu các hoạt động của vi sinh vật ảnh hưởng đến quá trình địa chất và địa hóa học (chu trình hóa sinh học trên mặt đất).

Những điều này xảy ra trong khí quyển, thủy quyển và không gian địa lý, đặc biệt là trong các môi trường như trầm tích gần đây, các khối nước ngầm tiếp xúc với đá trầm tích và đá lửa và trong lớp vỏ Trái đất bị phong hóa.

Nó chuyên về các vi sinh vật tương tác với các khoáng chất trong môi trường của chúng, hòa tan chúng, biến đổi chúng, kết tủa chúng, trong số những người khác..

Các lĩnh vực nghiên cứu của Geomicrobiology

Nghiên cứu địa sinh học:

  • Tương tác vi sinh vật với các quá trình địa chất (hình thành đất, phá vỡ đá, tổng hợp và suy thoái các khoáng chất và nhiên liệu hóa thạch).
  • Sự hình thành các khoáng chất có nguồn gốc vi sinh vật, bằng cách kết tủa hoặc hòa tan trong hệ sinh thái (ví dụ, trong các tầng chứa nước).
  • Sự can thiệp của vi sinh vật vào các chu trình hóa sinh của không gian địa lý.
  • Các tương tác vi sinh vật hình thành các cụm vi sinh vật không mong muốn trên một bề mặt (màng sinh học). Những màng sinh học này có thể tạo ra sự hư hỏng của các bề mặt mà chúng sinh sống. Ví dụ, chúng có thể ăn mòn bề mặt kim loại (ăn mòn sinh học).
  • Hóa thạch về sự tương tác giữa các vi sinh vật và khoáng chất trong môi trường nguyên thủy của chúng.

Ví dụ, stromatolite là cấu trúc khoáng hóa thạch phân tầng của vùng nước nông. Chúng được cấu thành bởi cacbonat, đến từ các bức tường của vi khuẩn lam nguyên thủy.

-Xử lý sinh học

Nghiên cứu sinh học ứng dụng các tác nhân sinh học (vi sinh vật và / hoặc enzyme và thực vật của chúng), trong các quá trình thu hồi đất và nước bị nhiễm các chất nguy hiểm cho sức khỏe con người và môi trường.

Nhiều vấn đề môi trường hiện tại có thể được giải quyết bằng việc sử dụng thành phần vi sinh vật của hệ sinh thái toàn cầu.

Lĩnh vực nghiên cứu sinh học

Nghiên cứu sinh học:

  • Khả năng trao đổi chất của vi sinh vật áp dụng trong các quá trình vệ sinh môi trường.
  • Tương tác vi sinh vật với các chất gây ô nhiễm vô cơ và xenobiotic (sản phẩm tổng hợp độc hại, không được tạo ra bởi các quá trình sinh tổng hợp tự nhiên). Trong số các hợp chất xenobiotic được nghiên cứu nhiều nhất là halocarbons, nitroaromatics, polychlorination biphenyls, dioxins, alkylbenzyl sulfonates, hydrocarbon dầu mỏ và thuốc trừ sâu. Trong số các nguyên tố vô cơ được nghiên cứu nhiều nhất, kim loại nặng được tìm thấy.
  • Khả năng phân hủy sinh học của các chất ô nhiễm môi trường tại chỗ và trong phòng thí nghiệm.

Ứng dụng vi sinh môi trường

Trong số nhiều ứng dụng của khoa học rộng lớn này, chúng ta có thể đề cập đến:

  • Việc phát hiện ra các con đường trao đổi chất vi sinh vật mới với các ứng dụng tiềm năng trong các quá trình có giá trị thương mại.
  • Sự tái cấu trúc của các mối quan hệ phát sinh vi sinh vật.
  • Phân tích tầng ngậm nước và nguồn cung cấp nước uống công cộng.
  • Hòa tan hoặc lọc (lọc sinh học) kim loại trong môi trường, để phục hồi.
  • Sinh học sinh học hoặc cơ sinh học của kim loại nặng, trong các quá trình xử lý sinh học của các khu vực bị ô nhiễm.
  • Kiểm soát sinh học các vi sinh vật liên quan đến ăn mòn sinh học các thùng chứa chất thải phóng xạ hòa tan trong tầng ngậm nước ngầm.
  • Tái thiết lịch sử trên mặt đất nguyên thủy, môi trường cổ đại và các dạng sống nguyên thủy.
  • Xây dựng các mô hình hữu ích trong việc tìm kiếm sự sống hóa thạch trên các hành tinh khác, chẳng hạn như Sao Hỏa.
  • Vệ sinh các khu vực bị nhiễm xenobiotic hoặc các chất vô cơ, chẳng hạn như kim loại nặng.

Tài liệu tham khảo

  1. Ehrlich, H. L. và Newman, D. K. (2009). Địa sinh học. Ấn bản thứ năm, CRC Press. Trang 630.
  2. Malik, A. (2004). Kim loại sinh học thông qua các tế bào phát triển. Môi trường quốc tế, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R. E. (2004). Vi sinh vật kiểm soát ô nhiễm môi trường. M. Dekker trang 453.
  4. Prescott, L. M. (2002). Vi sinh Ấn bản thứ năm, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. trang 1147.
  5. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles như một nguồn cho các enzyme mới. Ý kiến ​​hiện tại về Vi sinh vật học, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S.C., và Jones, K.C. (1993). Xử lý sinh học đất bị ô nhiễm hydrocarbon thơm đa nhân (PAHs): Một đánh giá. Ô nhiễm môi trường, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.