Temes 25-27: Ecologia microbiana (2013)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2013
Páginas 6
Fecha de subida 21/10/2014
Descargas 6
Subido por

Descripción

Apuntes de los temas del segundo semestre de Microbiología de primero de Genética

Vista previa del texto

TEMES  25-­‐27:  ECOLOGIA  MICROBIANA   1.Els  microorganismes  al  seu  ambient   • Estudi  dels  m.o  en  els  seus  ambients  naturals,  relacions  d’aquests  amb  altres  m.o  i  amb  l’ambient.   • Estudi  dels  m.o  no  com  a  éssers  individuals  sinó  relacionats  amb  l’entorn   o Com  l’hàbitat  condiciona  el  microorganisme   o Com   el   m.o   modifica   l’entorn   (els   m.o   controlen/regulen   en   gran   mesura   l’ac?vitat   de   la   biosfera).   2.Objectes  d’estudi  de  l’ecologia  microbiana   • Paràmetres  fisicoquímics   • Quins  microorganismes  hi  ha   o Permet  saber  quin  potencial  té  en  quant  a  reciclatge  d’elements.   • Ac?vitat  d’aquests  microorganismes   • Com  es  relacionen  entre  ells  i  com  es  relacionen  amb  l’entorn.   3.Ecosistema:  unitat  ecològica  autosuficient   • És  un  flux  obert  d’energia  i  reciclatge  de  la  matèria.   • Els  límits  són  molt  variables  i  els  podem  decidir  nosaltres   • L’energia   entra   en   forma   de   llum,   carbó   orgànic   o   substàncies   orgàniques   reduïdes   que   són   transformades  a  matèria  orgànica.   • Pèrdues  energè?ques  en  forma  de  calor.   • Els  elements  passen  per  diferents  estats  d’oxidoreducció  (cicles  dels  elements)   • Gremis:  conjunt  d’individus  de  diferents  espècies  però  relacionats  metabòlicament.   • Comunitat:  conjunt  de  gremis  que  interaccionen.  Nivell  biològic  més  alt  dins  d’un  ecosistema.   Individu  !  població!  gremi  !  comunitat  !  ecosistema.   ECOSISTEMA  =  COMUNITAT  +  ENTORN  ABIÒTIC   4.Nínxol  ecològic   • Per  a  cada  microorganisme  existeix  un  nínxol  principal,  on  els  recursos  i  les  condicions  fisicoquímiques   de  l’hàbitat  són  ideals  per  al  seu  creixement.   • És   la   ocupació   o   la   funció   que   desenvolupa   cert   individu   dins   d’una   comunitat   (hàbitat   compar?t   per   vàries  espècies)   5.Microambient   • Són  molt  canviants  (pocs  mm)   o Les  condicions  fisicoquímiques  varien  molt  ràpidament   • Contribueixen  a  l’augment  de  la  diversitat  microbiana  (metabòlica)   • Ubiqüitat  dels  microorganismes     o • Ambients   extrems   (no   aptes   per   a   organismes   superiors):   temp   100ºC,   Salinitat   5M   NaCl,   pH   11-­‐1   Nutrients  (recursos):  principal  factor  determinant  del  creixement.   o Disponibilitat  baixa  i  intermitent   o Distribució  no  uniforme  en  un  mateix  hàbitat   o ▪ Polímers  de    reserva:  poli-­‐beta  hidroxibu?rat,  polisacàrids...   ▪ Baixa  velocitat  de  creixement  (<1%  al  laboratori)   ▪ Fase  exponencial  curta  en  el  temps   Competència  amb  altres  m.o  pels  mateixos  nutrients:   ▪ No  cul?us  axènics  (axènic  =  pur)   o Sintròfia:  col·∙laboració  de  diferents  espècies  per  transformar  diferents  substrats   o Metabolismes  complementaris:  nitrosificants  i  nitrificants.   6.Creixement  bacterià   • Les  supericies  són  importants  per  la  major  concentració  de  nutrients.   Major  concentració  de  nutrients  !  major  concentració  de  cèl·∙lules  !  major  taxa  de  creixement  i  major   velocitat   6.1. Biofilms   Són  nombroses  capes  de  microorganismes.  Microcolònies  de  cèl·∙lules  reves?des  de  material  polisacàrid   adhesiu.   Capten   nutrients   i   eviten   despreniment   de   cèl·∙lules.   Són   molt   complexes   !   hi   ha   relacions   metabòliques  entre  els  m.o  que  hi  són.   • Importància  mèdica:  els  biofilms  escapen  al  sistema  immunitari  i  als  an?biò?cs.   o Càries  dental,  fibrosi  cís?ca,  pròtesis,  catèters  i  sondes   ▪ • Es  formen  també  en  mucoses  o  òrgans  propis  !  la  fibrosi  cís?ca  (incapacitat  d’eradicar   la  mucositat  i  els  m.o  s’hi  queden  i  formen  aquesta  merda   Importància  industrial:  formació  de  biofilms  a  canonades  d’aigua,  oleoductes.  Redueixen  el  diàmetre  i   per  tant  el  flux.  Problemes  de  corrosió  segons  material  o  biofilm.  Problemes  per  alteració  del  con?ngut   del  tub.   7.Mètodes  d’estudi   • Per  conèixer  un  ecosistema  cal  saber:   o Nº  d’organismes  /diversitat  (quantes  sp  diferents)   o Biomassa  de  les  diferents  poblacions   o Ac?vitat   o Taxa  de  creixement  i  mort   o Taxa  de  reciclatge  de  nutrients   o Caracterís?ques   fisicoquímiques:   tª,   conduc?vitat,   radiació   lumínica,   pH,   O2,   Redox,   nutrients,   (CNPS)   8.Ambients   8.1. Terrestre   • Hàbitat  generalment  favorable.   • Els   productors   principals   són   les   plantes,   però   m.o   juguen   un   paper   essencial   en   el   reciclatge   de   la   matèria  orgànica  (encara  que  subordinat)   • Creixement  a  la  supericie  de  les  parlcules  del  terra.   • Microambients  molt  canviants  a  l’espai,  però  rela?vament  estables  en  el  temps   • Aigua:  factor  limitant  (sequera  /  humitat)   • Major   concentració   en   la   rizosfera   (capa   superficial   !   arrel   plantes),   com   més   profunditat   menys   bacteris.   • Alta  diversitat  i  alta  densitat  (per  això  diem  que  és  favorable)   8.2. Aeri   • Atmosfera:  79%N,  21%O,  0,032%CO2  !  es  troben  molt  influïts  per  les  caracterís?ques  fisicoquímiques   de  l’ambient.   • Com  més  alçada  !  +  radiació  UV,  -­‐  temperatura,  -­‐  pressió,  -­‐  O2.   • Zona  viva  !  troposfera  !  10  primers  km   • No  hi  viuen  els  mo  sinó  que  és  un  medi  de  dispersió  (u?litzen  per  moure’s)   o • Hi  ha  moltes  formes  de  resistència  i  moltes  espores.   Alta  diversitat  però  baixa  densitat   8.3. AquàRc   • Ambients  molt  diferents:   o • Oceans,   mars,   rius,   llacs,   llacunes,   salines   !   la   majoria   coneguda   és   d’aigua   dolça,   però   la   majoria  de  l’aigua  terrestre  (97%)  és  marina,  i  aquesta   aigua   marina,   la   majoria:   Tª   2-­‐3ºC,   poca   llum,   pressió   >100atm.   Els  productors  primaris  són  microorganismes   o Plàncton:   algues,   cianobacteris,   bacteris   anaerobis   fotosintè?cs  verds  i  porpres.   o Distribució  a  la  zona  fò?ca  (màxim  200  m)   • Gradients  de  nutrients:  a  dalt  poc  (cau)  a  baix  s’acumula  i  molt.   • O2  no  difon  fàcilment  !  a  dalt  molt  i  a  baix  poc  (capes  superficials  aeròbiques)   o o Ambients  oligotròfics:     ▪ Aeròbics  tot  l’any,   ▪ Llacs  de  muntanya,  freds,  pobres  en  nutrients,  H2O  molt  barrejada.   Ambients  eutròfics:   ▪ +  H2O  i  +  Temperatura   ▪ Alternació   d’estacions   !   tardor   +   hivern:   les   aigües   es   barregen   (homogeneïtzació),   a   primavera   +   es?u   :   masses   d’H2O   superficial   càlides   i   bassa   +   freda   inferior   que   no   es   barregen  (hi  ha  diferències  en  poblacions  bacterianes)   • Termoclina:  línia  (espai)  on  O2  i  T  disminueixen  i  comencen  a  aparèixer  productes   relacionats  amb  metabolisme  anaerobi.   8.3.1. Distribució  verRcal  dels  bacteris   • Depèn  del  gradient  de  potencial  redox  i  de  la  llum.   • En   el   cas   més   general   !   dalt:   sapròfits,   aerobis,   fotosintè?cs:   baix:   barreja   d’anaerobis   (cap   a   baix  poden  predominar  bacteris  del  cicle  del  sofre)   • En  un  medi  aquà?c  en  el  qual  la  matèria  orgànica  no  és  excessiva,  hi  ha  un  equilibri  entre  la  seva   u?lització  amb  el  consum  d’O2,  i  la  fabricació  per  part  dels  fotosintè?cs.  Si  hi  ha  molta  matèria   orgànica,  es  consumeix  tot  l’O2  (perquè  els  no  fotosintè?cs  creixen  més  ràpidament)  i  no  hi  ha   autodepuració  !  acumulació  de  m.o  anaerobis  !  contaminació.   • Passa   el   mateix   quan   hi   ha   Eutrofització   (augment   de   nutrients   inorgànics)   !   creixen   en   gran   mesura   les   algues   i   cianobacteris,   de   manera   que   es   produeix   molta   més   matèria   orgànica,   i   torna  a  passar  el  mateix  que  en  el  cas  anterior.   o Condicions  anaeròbiques,  augment  patògens  anaeròbics.   o Altres  anaerobis  (males  olors)  !  metanògens,  fermentadors  (putrefacció),  reductors  de   sulfat  (H2S)   o Mort  de  peixos  i  degradació  de  la  qualitat  de  l’aigua.   9.Cicles  biogeoquímics   Mecanismes   químics,   isics   i   biològics   que   hi   ha   per   canviar   els   elements   i   reciclar-­‐los.   Moltes   vegades   les   comunitats  microbianes  són  les  úniques  amb  capacitat  de  regenerar-­‐los  (C  i  N)   9.1. Cicle  del  carboni   • Circulació  per  tots  els  ambients  (atmos,  terra,  aigua,  sediments,  biomassa)   • El   cicle   del   C   i   l’O   estan   molt   relacionats   (fixació   CO2   allibera   O2   i   molta   matèria   orgànica   és   oxidada  a  CO2  per  respiració).   • També  forma  part  de  la  biomassa.   • L’ac?vitat   dels   mo   és   més   gran   que   la   dels   animals   (en   retornar   O2   a   l’atmosfera)   ja   que   tenen   un   paper  important  en  la  degeneració  de  la  mat.  Orgànica.  (sobretot  a  l’aigua)   • Metà:     o Metanògens  en  zones  anaeròbiques   o Molt   insoluble   i   fàcilment   transportat   a   ambients   aeròbics   on   és   oxidat   a   CO2   pels   metanògens   o Tot  el  C  orgànic  reverteix  a  CO2   9.2. Cicle  del  nitrogen   • Ambients  principalment  terrestres  !  la  majoria  es  troba  a  l’atmosfera  N2  (alguns  mo  el  poden   passar  a  compostos  orgànics  de  manera  que  així  pot  ser  aprofitat  per  altres  organismes)   • Paper  molt  important  dels  microorganismes:  N2  !  NH3  !NO2-­‐  !  NO3-­‐   10.Compostos  xenobiòRcs   • Compostos  de  síntesi,  ar?ficials,  diferents  a  les  estructures  habituals  de  la  natura.   • Plàs?cs,  dissolvents  clorats,  lubricants,  aïllants,  detergents,  pes?cides,  colorants,  herbicides,  etc.   • No   és   fàcil   trobar     mo   amb   els   enzims   necessaris   per   degradar-­‐los,   si   es   troben   és   perquè   la   seva   estructura  és  similar  a  la  d’una  molècula  natural  i  per  casualitat  es  pot  degradar  d’alguna  manera   o Biodegradació  fortuïta:  enzims  catabòlics  d’altres  substrats  amb  estructura  o  grups  similars   ▪ Mineralització:  degradació  total  (fins  formes  inorgàniques)   ▪ Biotransformació:  degradació  parcial.     ▪ Recalcitrància:  poca  o  nul·∙la  degradació   • Cometabolisme:  la  substància  recalcitrant  és  modificada  o  degradada  només  en   presència  d’un  substrat  promotor  del  creixement  que  es  metabolitza  al  mateix   temps  !  de  manera  que  es  degrada  una  molècula  de  “rebot”   ...