Mikrobiologian historia, tutkimuksen kohde ja sovellukset



mikrobien ekologia on ekologisen mikrobiologian tieteenala, joka johtuu ekologisten periaatteiden soveltamisesta mikrobiologiaan (Mikros: pieni, BIOS: elämä, logot: tutkimus).

Tässä kurinalaisuudessa tutkitaan mikro-organismien monimuotoisuutta (mikroskooppiset yksisoluiset organismit 1 - 30 μm), niiden ja muiden elävien olentojen välisiä suhteita ja ympäristöä.

Koska mikro-organismit edustavat suurinta maanpäällistä biomassaa, niiden toiminta ja ekologiset toiminnot vaikuttavat syvästi kaikkiin ekosysteemeihin.

Syanobakteerien varhainen fotosynteettinen aktiivisuus ja sen seurauksena hapen kertyminen (O2) primitiivisessä ilmapiirissä on yksi selvimpiä esimerkkejä mikrobien vaikutuksesta elämän planeetan maapallon evoluutiohistoriaan.

Tämä, koska hapen läsnäolo ilmakehässä, mahdollisti kaikkien olemassa olevien aerobisten elämänmuotojen ulkonäön ja kehittymisen.

Mikro-organismit ylläpitävät jatkuvaa ja olennaista toimintaa maapallon elämälle. Mekanismit, jotka ylläpitävät biosfäärin mikrobiologista monimuotoisuutta, ovat maan, veden ja ilmakehän ekosysteemien dynamiikan perusta.

Mikrobiyhteisöjen mahdollinen sukupuutto (niiden elinympäristöjen saastuminen teollisiin myrkyllisiin aineisiin) merkitsisi sen merkityksen vuoksi, että ekosysteemien häviäminen riippuu niiden toiminnasta..

indeksi

  • 1 Mikrobiologian historia
    • 1.1 Ekologian periaatteet
    • 1.2 Mikrobiologia
    • 1.3 Mikrobiologia
  • 2 Menetelmät mikrobiologiassa
  • 3 Ala-alat
  • 4 Tutkimusalueet
  • 5 Sovellukset
  • 6 Viitteet

Mikrobien ekologian historia

Ekologian periaatteet

1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla kehitettiin yleisen ekologian periaatteita, joissa tarkasteltiin "ylivoimaisia" kasveja ja eläimiä niiden luonnollisessa ympäristössä..

On selvää, että mikro-organismit ja niiden ekosysteemiset toiminnot on jätetty huomiotta, vaikka ne ovat erittäin tärkeitä planeetan ekologisessa historiassa, koska ne edustavat suurinta maanpäällistä biomassaa ja koska ne ovat ikivanhimpia organismeja elämän evoluutiomäärityksessä maapallolla..

Tuolloin vain mikro-organismeja pidettiin hajoavina aineina, orgaanisten aineiden mineraalisoijina ja välittäjinä joissakin ravinnekiertoissa.

mikrobiologia

Tiedetään, että tiedemiehet Louis Pasteur ja Robert Koch perustivat mikrobiologian kurinalaisuuden kehittämällä akselisen mikrobikulttuurin tekniikkaa, joka sisältää yhden solutyypin, yhden solun jälkeläisen.

Aktiivisissa viljelmissä mikrobien populaatioiden välisiä vuorovaikutuksia ei kuitenkaan voitu tutkia. Oli välttämätöntä kehittää menetelmiä, joiden avulla voitiin tutkia mikrobiologisia vuorovaikutuksia niiden luonnollisissa elinympäristöissä (ekologisten suhteiden olemus).

Ensimmäiset mikrobiologit, jotka tutkivat mikro-organismien välisiä vuorovaikutuksia maaperässä ja vuorovaikutuksessa kasvien kanssa, olivat Sergéi Winogradsky ja Martinus Beijerinck, kun taas enemmistö keskittyi sellaisten mikro-organismien aksenisten viljelmien tutkimiseen, jotka liittyvät kaupallisesti kiinnostaviin sairauksiin tai käymisprosessiin..

Winogradsky ja Beijerinck tutkivat erityisesti epäorgaanisten typpi- ja rikkiyhdisteiden mikrobiologisia transformaatioita maaperässä.

Mikrobiologia

1960-luvun alussa, ympäristön laadun ja teollisen toiminnan saastuttavan vaikutuksen aikakaudella, mikrobiologia syntyi kurinalaisuutena. Amerikkalainen tutkija Thomas D. Brock oli ensimmäisen aiheen kirjoittaja aiheesta vuonna 1966.

Kuitenkin 1970-luvun lopulla mikrobiologia yhdistettiin erikoistuneeksi monitieteiseksi alueeksi, koska se riippuu muista tieteellisistä aloista, kuten esimerkiksi ekologiasta, solu- ja molekyylibiologiasta, biogeokemiasta..

Mikrobien ekologian kehittyminen liittyy läheisesti menetelmiin liittyviin edistysaskeleisiin, joiden avulla voimme tutkia mikro-organismien ja niiden ympäristön bioottisten ja abioottisten tekijöiden välisiä vuorovaikutuksia.

1990-luvulla tutkimukseen sisältyi molekyylibiologian tekniikoita in situ mikrobien ekologiasta, tarjoten mahdollisuuden tutkia mikrobimaailmassa vallitsevaa laajaa biologista monimuotoisuutta ja tietäen myös aineenvaihduntaansa äärimmäisissä olosuhteissa.

Tämän jälkeen rekombinantti-DNA: n tekniikka antoi merkittäviä edistysaskeleita ympäristön epäpuhtauksien poistamisessa sekä kaupallisen tärkeän tuholaisten torjunnassa.

Menetelmät mikrobiologiassa

Niistä menetelmistä, jotka ovat sallineet tutkimuksen in situ mikro-organismien ja niiden metabolisen aktiivisuuden

  • Konfokaalimikroskopia laserilla.
  • Molekyyliset työkalut, kuten fluoresoivat geenikoettimet, jotka ovat mahdollistaneet monimutkaisten mikrobiyhteisöjen tutkimisen.
  • Polymeraasiketjureaktio tai PCR (sen lyhenne englanniksi: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioaktiiviset markkerit ja kemialliset analyysit, jotka mahdollistavat muun muassa mikrobien metabolisen aktiivisuuden mittaamisen.

alatieteiden

Mikrobiologia on usein jaettu alitieteisiin, kuten:

  • Geneettisesti liittyvien populaatioiden autoekologia tai ekologia.
  • Mikrobien ekosysteemien ekologia, joka tutkii mikrobien yhteisöjä tietyssä ekosysteemissä (maanpäällinen, ilmakehä tai vesi).
  • Mikrobiologinen biogeokemiallinen ekologia, joka tutkii biogeokemiallisia prosesseja.
  • Isäntä- ja mikro-organismien välisten suhteiden ekologia.
  • Mikrobiologiaa sovellettiin ympäristön saastumisongelmiin ja ekologisen tasapainon palauttamiseen interventiojärjestelmissä.

Tutkimusalueet

Mikrobien ekologian tutkimusalueiden välillä ne ovat:

  • Mikrobien kehitys ja sen fysiologinen monimuotoisuus, ottaen huomioon elämän kolme aluetta; Bakteerit, Archaea ja Eucaria.
  • Mikrobien fylogeneettisten suhteiden rekonstruktio.
  • Mikro-organismien lukumäärän, biomassan ja aktiivisuuden kvantitatiiviset mittaukset niiden ympäristössä (mukaan lukien ei-viljeltävät).
  • Positiiviset ja negatiiviset vuorovaikutukset mikrobipopulaation sisällä.
  • Eri mikrobipopulaatioiden väliset vuorovaikutukset (neutralismi, kommensalismi, synergia, keskinäisyys, kilpailu, amensalismi, loiset ja saalistus).
  • Mikro-organismien ja kasvien välinen vuorovaikutus: risosfäärissä (typpeä sitovilla mikro-organismeilla ja mykorritsasieneillä) ja kasviperäisissä rakenteissa.
  • Fytopatogeenit; bakteeri-, sieni- ja virusperäiset.
  • Mikro-organismien ja eläinten väliset vuorovaikutukset (keskinäinen ja commensaalinen suoliston symbioosi, predation, muun muassa).
  • Mikrobiyhteisöjen koostumus, toiminta ja peräkkäiset prosessit.
  • Mikrobien sopeutuminen äärimmäisiin ympäristöolosuhteisiin (ekstremofiilisten mikro-organismien tutkimus).
  • Mikrobien elinympäristön tyypit (atmo-ekosfääri, vesiekosfääri, litosekosfääri ja äärimmäiset elinympäristöt).
  • Mikrobien yhteisöillä (mm. Hiili-, vety-, happi-, typpi-, rikki-, fosfori-, rauta-, muun muassa) vaikuttavat biogeokemialliset syklit.
  • Monipuoliset bioteknologiset sovellukset ympäristöongelmissa ja taloudellisessa mielessä.

sovellukset

Mikro-organismit ovat välttämättömiä maailmanlaajuisissa prosesseissa, jotka mahdollistavat ympäristön ja ihmisten terveyden ylläpitämisen. Lisäksi ne toimivat mallina lukuisien väestörakenteiden tutkimuksessa (esim. Predation).

Mikro-organismien perustekologian ja niiden ympäristövaikutusten ymmärtäminen on mahdollistanut bioteknologisen aineenvaihdunnan kapasiteetin tunnistamisen eri taloudellisesti kiinnostaville alueille. Osa näistä alueista mainitaan alla:

  • Metallirakenteiden (kuten muun muassa putkistojen, radioaktiivisen jätteen säiliöiden) syövyttävien biofilmien biologisen hajoamisen valvonta.
  • Tuholaisten ja patogeenien valvonta.
  • Maatalouden maaperän kunnostaminen, jota heikentää liikakäyttö.
  • Kiinteän jätteen biologinen käsittely kompostoinnissa ja kaatopaikoissa.
  • Jätevesien biologinen käsittely jätevedenpuhdistusjärjestelmien avulla (esimerkiksi immobilisoiduilla biofilmeillä).
  • Epäorgaanisilla aineilla (kuten raskasmetalleilla) saastuneiden maaperien ja veden bioremediointi (myrkylliset synteettiset tuotteet, joita ei synny luonnollisten biosynteettisten prosessien avulla). Näiden ksenobioottisten yhdisteiden joukossa ovat halogeenihiilivedyt, nitroaromaattiset aineet, polyklooratut bifenyylit, dioksiinit, alkyylibentsyylisulfonaatit, maaöljyn hiilivedyt ja torjunta-aineet..
  • Mineraalien bioremediointi biolaihduttamalla (esimerkiksi kulta ja kupari).
  • Biopolttoaineiden (etanoli, metaani, muiden hiilivetyjen) ja mikrobiomassan tuotanto.

viittaukset

  1. Kim, M-B. (2008). Ympäristön mikrobiologian edistyminen. Myung-Bo Kim Editor. s. 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J. M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. ja Brock, T. (2015). Mikrobien biologinen biologia. 14 toim. Benjamin Cummings. s. 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Ympäristön mikrobiologia: Genomeista biogeokemiaan. Wiley-Blackwell. s. 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Ympäristön pilaantumisen torjunnan mikrobiologia. M. Dekker s. 453.
  5. Prescott, L.M. (2002). Mikrobiologia. Viides painos, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofiilit uutena entsyyminä. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S. C. ja Jones, K. C. (1993). Polynukleaaristen aromaattisten hiilivetyjen (PAH-yhdisteiden) saastuttaman maaperän bioremediointi: Katsaus. Ympäristön pilaantuminen, 81 (3), 229-249. doi: 10,016 / 0269-7491 (93) 90206-4.