Microbiële ecologie geschiedenis, object van studie en toepassingen



de microbiële ecologie is een discipline van omgevingsmicrobiologie die voortkomt uit de toepassing van ecologische principes op de microbiologie (mikros: klein, bios: leven, logo's: studie).

Deze discipline bestudeert de diversiteit van micro-organismen (microscopische eencellige organismen van 1 tot 30 μm), de relaties tussen deze met de rest van levende wezens en met de omgeving..

Omdat micro-organismen de grootste terrestrische biomassa vertegenwoordigen, hebben hun activiteiten en ecologische functies grote invloed op alle ecosystemen.

De vroege fotosynthetische activiteit van cyanobacteriën en de daaruit voortvloeiende accumulatie van zuurstof (O2) in de primitieve atmosfeer, vertegenwoordigt een van de duidelijkste voorbeelden van microbiële invloed in de evolutionaire geschiedenis van het leven op planeet Aarde.

Dit, gegeven de aanwezigheid van zuurstof in de atmosfeer, maakte het verschijnen en de evolutie van alle bestaande aerobe levensvormen mogelijk.

De micro-organismen behouden een continue en essentiële activiteit voor het leven op aarde. De mechanismen die de microbiële diversiteit van de biosfeer handhaven, vormen de basis van de dynamiek van terrestrische, aquatische en luchtfoto-ecosystemen.

Gezien het belang ervan, zou de mogelijke uitsterving van de microbiële gemeenschappen (door besmetting van hun leefgebieden met industriële toxische stoffen) het verdwijnen van ecosystemen genereren afhankelijk van hun functies..

index

  • 1 Geschiedenis van microbiële ecologie
    • 1.1 Principes van ecologie
    • 1.2 Microbiologie
    • 1.3 Microbiële ecologie
  • 2 Methoden in microbiële ecologie
  • 3 subdisciplines
  • 4 studiegebieden
  • 5 Toepassingen
  • 6 Referenties

Geschiedenis van microbiële ecologie

Principes van ecologie

In de eerste helft van de 20e eeuw werden de principes van de algemene ecologie ontwikkeld, rekening houdend met de studie van "superieure" planten en dieren in hun natuurlijke omgeving.

Het is dan duidelijk micro-organismen en hun functies van ecosystemen, ondanks het grote belang van de ecologische geschiedenis van de planeet, dus die de grootste aardse biomassa, als de instanties oudste in de evolutionaire geschiedenis van het leven op aarde.

Destijds werden alleen micro-organismen beschouwd als afbrekers, mineralizers van organisch materiaal en tussenproducten in sommige nutriëntenkringlopen..

microbiologie

Er wordt aangenomen dat wetenschappers Louis Pasteur en Robert Koch de discipline microbiologie hebben opgericht, de techniek ontwikkelen van axenische microbiële cultuur, die een enkel celtype bevat, afstammeling van een enkele cel.

In axenische culturen konden interacties tussen microbiële populaties echter niet worden bestudeerd. Het was noodzakelijk om methoden te ontwikkelen die het mogelijk maakten de microbiële biologische interacties in hun natuurlijke habitat te bestuderen (essentie van de ecologische relaties)..

De eerste microbiologen om interacties tussen micro-organismen in de bodem en plant interacties onderzoeken waren Sergei Winogradsky en Martinus Beijerinck, terwijl de meeste gericht op het bestuderen van axenic gerelateerde ziekten of fermentatieprocessen van commercieel belang micro-organismen.

Winogradsky en Beijerinck onderzochten in het bijzonder de microbiële biotransformaties van anorganische stikstof en zwavelverbindingen in de bodem.

Microbiële ecologie

In het begin van de jaren zestig, in het tijdperk van zorg voor de kwaliteit van het milieu en de vervuilende impact van industriële activiteiten, ontstond microbiële ecologie als een discipline. De Amerikaanse wetenschapper Thomas D. Brock was de eerste auteur van een tekst over het onderwerp in 1966.

Echter, het was in de late jaren 1970, toen microbiële ecologie als multidisciplinaire gespecialiseerde gebied geconsolideerd, omdat het afhankelijk is van andere takken van de wetenschap, zoals ecologie, cellulaire en moleculaire biologie, biogeochemische, onder andere.

De ontwikkeling van de microbiële ecologie hangt nauw samen met de methodologische vooruitgang waarmee we de interacties tussen micro-organismen en de biotische en abiotische factoren van hun omgeving kunnen bestuderen..

In de jaren 1990 werden moleculaire biologie technieken opgenomen in de studie, waaronder in situ van de microbiële ecologie, die de mogelijkheid biedt om de enorme biodiversiteit in de microbiële wereld te verkennen en ook de metabole activiteiten in omgevingen in extreme omstandigheden te kennen.

Vervolgens liet de technologie van recombinant DNA belangrijke vooruitgang toe bij de eliminatie van milieucontaminanten, evenals bij de bestrijding van plaagorganismen van commercieel belang.

Methoden in microbiële ecologie

Onder de methoden die de studie hebben toegestaan in situ van micro-organismen en hun metabole activiteit, zijn:

  • Confocale microscopie met laser.
  • Moleculaire hulpmiddelen zoals fluorescente gensondes, die de studie van complexe microbiële gemeenschappen mogelijk hebben gemaakt.
  • De polymerasekettingreactie of PCR (voor het acroniem in het Engels: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioactieve markers en chemische analyses, die onder meer het meten van microbiële metabolische activiteit mogelijk maken.

subdisciplines

Microbiële ecologie is vaak onderverdeeld in subdisciplines, zoals:

  • De autoecologie of ecologie van genetisch verwante populaties.
  • De ecologie van microbiële ecosystemen, die microbiële gemeenschappen in een bepaald ecosysteem (terrestrische, lucht- of aquatische) bestudeert.
  • De microbiële biogeochemische ecologie, die de biogeochemische processen bestudeert.
  • Ecologie van de relaties tussen de gastheer en micro-organismen.
  • Microbiële ecologie toegepast op problemen van milieuverontreiniging en bij het herstel van het ecologisch evenwicht in geïnterveneerde systemen.

Studiegebieden

Tussen de studiegebieden van de microbiële ecologie zijn ze:

  • Microbiële evolutie en zijn fysiologische diversiteit, gezien de drie domeinen van het leven; Bacteriën, Archaea en Eucaria.
  • De reconstructie van microbiële fylogenetische relaties.
  • Kwantitatieve metingen van het aantal, de biomassa en de activiteit van micro-organismen in hun omgeving (inclusief niet-cultuurbare).
  • Positieve en negatieve interacties binnen een microbiële populatie.
  • De interacties tussen verschillende microbiële populaties (neutralisme, commensalisme, synergisme, mutualisme, competitie, amensalisme, parasitisme en predatie).
  • Interacties tussen micro-organismen en planten: in de rhizosfeer (met stikstofbevestigende micro-organismen en mycorrhiza-schimmels), en in plantenantistructuren.
  • De fytopathogenen; bacterieel, schimmel en viraal.
  • De interacties tussen micro-organismen en dieren (onderlinge en commensale darmsymbiose, predatie, onder andere).
  • De samenstelling, werking en opvolgingsprocessen in microbiële gemeenschappen.
  • Microbiële aanpassingen aan extreme omgevingsomstandigheden (studie van extremofiele micro-organismen).
  • De soorten microbiële habitats (atmo-ecosphere, hydro-ecosphere, litho-ecosphere en extreme habitats).
  • De biogeochemische cycli beïnvloed door microbiële gemeenschappen (cycli van koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, zwavel, fosfor, ijzer, onder anderen).
  • Diverse biotechnologische toepassingen in milieuproblemen en van economisch belang.

toepassingen

Micro-organismen zijn essentieel in mondiale processen die het behoud van milieu- en menselijke gezondheid mogelijk maken. Bovendien dienen ze als een model in de studie van talrijke populatie-interacties (bijvoorbeeld predatie).

Het inzicht in de fundamentele ecologie van micro-organismen en hun effecten op het milieu heeft het mogelijk gemaakt biotechnologische metabole capaciteiten te identificeren die van toepassing zijn op verschillende gebieden van economisch belang. Sommige van deze gebieden worden hieronder vermeld:

  • Beheersing van biodetage door corrosieve biofilms van metalen structuren (zoals pijpleidingen, containers voor radioactief afval, onder andere).
  • Bestrijding van plagen en ziekteverwekkers.
  • Restauratie van landbouwbodems afgebroken door overexploitatie.
  • Biotreatment van vast afval in compostering en stortplaatsen.
  • Biotreatment van effluenten, door afvalwaterzuiveringssystemen (bijvoorbeeld door geïmmobiliseerde biofilms).
  • Bioremediatie van bodems en water verontreinigd met anorganische stoffen (zoals zware metalen), of xenobiotica (toxische synthetische producten, niet gegenereerd door natuurlijke biosynthetische processen). Onder deze xenobiotische verbindingen bevinden zich halogeenkoolstoffen, nitroaromaten, polychloorbifenylen, dioxinen, alkylbenzylsulfonaten, petroleumkoolwaterstoffen en pesticiden..
  • Bioremediatie van mineralen door bioleaching (bijvoorbeeld goud en koper).
  • Productie van biobrandstoffen (ethanol, methaan, onder andere koolwaterstoffen) en microbiële biomassa.

referenties

  1. Kim, M-B. (2008). Vooruitgang in Environmental Microbiology. Myung-Bo Kim Editor. pp 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Brock biologie van micro-organismen. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Environmental Microbiology: van genoom tot biogeochemie. Wiley-Blackwell. pp 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Environmental Pollution Control Microbiology. M. Dekker pp 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Microbiology. Vijfde editie, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. blz. 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Extremofielen als bron voor nieuwe enzymen. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C. en Jones, K.C. (1993). Bioremediatie van bodem verontreinigd met polynucleaire aromatische koolwaterstoffen (PAK's): een evaluatie. Milieuverontreiniging, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.