Temes 25-27 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2014
Páginas 11
Fecha de subida 02/11/2014
Descargas 10
Subido por

Vista previa del texto

Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA ECOLOGIA MICROBIANA 1. ELS MICROORGANISMES AL SEU AMBIENT Estudi dels microorganismes als seus ambients naturals, relacions d’aquests amb altres microorganismes i amb l’ambient.
Microorganismes NO com a éssers individuals, sinó relacionats amb l’entorn: - Com l’hàbitat condiciona al microorganisme - Com el microorganisme modifica l’entorn.
 Els microorganismes controlen/regulen en gran mesura l’activitat de la biosfera ! OBJECTES D’ESTUDI DE L’ECOLOGIA MICROBIANA BARREJOTA JAJAJAJAJA - Paràmetres fisicoquímics.
- Quins microorganismes hi ha? - Permet saber quin potencial té en quan reciclatge d’elements.
- Activitat d’aquests microorganismes.
- Com es relacionen entre ells.
- Relacions amb l’entorn.
ECOSISTEMA: UNITAT ECOLÒGICA AUTOSUFICIENT.
- Ecosistema: flux obert d’energia i reciclatge de la matèria constant en l’ecosistema.
- Els límits d’un ecosistema són molt variables, els podem decidir nosaltres.
- L’energia entra en forma de llum, carbó orgànic o substàncies inorgàniques reduïdes que són transformades en matèria orgànica i surt en forma de calor.
- Pèrdues energètiques 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.
1 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA 2. CONCEPTES 2.1 NÍNXOL ECOLÒGIC Per a cada microorganisme existeix un nínxol ecològic principal, on els recursos i les condicions físico-químiques de l’hàbitat són ideals pel seu creixement.
2.2 MICROAMBIENT Els microhàbitats són molt canviants (pocs mm, són coses ultraminipeques) - Les condicions físico-químiques varien molt ràpidament.
Els microambients contribueixen a l’augment de la diversitat microbiana (metabòlica).
Ubiqüitat dels microorganismes: a mida que han anat evolucionant, han pogut colonitzar ambients diversos. Només els bacteris poden fer això: - Ambients extrems (no aptes per organismes superiors): Temp. 100ºC, Salinitat 5M NaCl, pH 11-1, etc.
• Nutrients (recursos): Principal factor determinant del creixement.
• Disponibilitat de nutrients baixa i intermitent • Distribució nutrients no uniforme en un mateix hàbitat: - Polímers de reserva: poli-beta hidroxibutirat, polisacàrids...
- Baixa velocitat de creixement (<1% laboratori) - Fase exponencial curta en el temps • Competència amb altres microorganismes pels mateixos nutrients - No cultius axènics xd xd xd xd •Sintròfia: Col·laboració de diferents espècies per transformar diferents substrats.
• Metabolismes complementaris: Nitrosificants i nitrificants.
2 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA Creixement bacterià Hi ha tendència a créixer a la superfície, on hi ha més concentració de nutrients. Això implica una major concentració de cèl·lules i una major taxa de creixement i a major velocitat.
Biofilms Quan creixen en superfície, acaben formant biofilms: - Biofilms: Nombroses capes de microorganismes (no necessàriament de la mateixa espècie); microcolònies de cèl·lules revestides de material polisacàrid adhesiu (ajuden a l’adhesió de les bactèries). Capten nutrients i eviten despreniment de cèl·lules.
Els microorganismes estableixen relacions metabòliques i d’intercanvi genòmic amb els que viuen en el biofilm.
Importància mèdica: els biofilms escapen als sistema immunitari i antibiòtics ja que no difonen fàcilment en aquesta matriu polisacàrida.
- Càries dental, fibrosi quística, pròtesis, catèters i sondes.
Importància industrial: formació de biofilms a canonades d’aigua, oleoductes. Redueixen flux i problemes de corrosió. Poden alterar el contingut dels tubs, poden alliberar substàncies.
INICI DUN BIOFILM Fixació progressiva dels microorganismes Part d’un biofilm es desprèn en agafar cert volum 3 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA 2.3 MÈTODES D’ESTUDI - Per conèixer un ecosistema cal saber: • Nº d’organismes / diversitat (tipus) • Biomassa de les diferents poblacions • Activitat • Taxa de creixement i mort • Taxa de reciclatge de nutrients • Característiques físico-químiques: Tª, conductivitat, radiació lumínica, pH, O2, redox, nutrients, C, N, P, S Estratègies per determinar el nombre de microorganismes - Recomptes directes o Cultius d’enriquiment.
o Tincions fluorescents (àcids nucleics). No distingeix microorganismes viables de no viables.
- Recomptes específics de grups o Anticossos específics.
o Sondes d’àcids nucleics - Microscòpia electrònica - Comptadors de partícules (suspensions) - Mètodes moleculars: o Hibridacions (rRNA) i amplificacions (PCR).
2.4 HABITATS Ambient Terrestre •Hàbitat favorable (amb excepcions).
•Paper subordinat a les plantes (productors primaris).
•Essencials al reciclatge de nutrients (remineralització).
• Creixement a la sup. de les partícules del terra.
•Microambients molt canviants a l’espai, però relativament estables en el temps.
• L’aigua com factor limitant de creixement • Major concentració: Rizosfera (arrels).
• A més fondària disminueix la densitat de bacteris • Alta diversitat. Alta densitat:106 a 109 cèl·lules/g 4 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA Ambient Aeri • Atmosfera: 79% N, 21% O2, 0’032%CO2 • Efecte alçada: ↑UV, ↓ Tª, ↓ Pressió i ↓ O2 • Zona “viva”: troposfera (10km): En realitat, es considera que trobem microorganismes però no és el seu medi predilecte, tan sols és un medi de dispersió, on trobem formes de resistència i espores, però de baixa densitat • Fototròfics i Heterotròfics.
• Formes de resistència i espores.
• Alta diversitat • Baixa densitat: 101 a 104 m3 Ambient Aquàtic • Ambients molt diferents - Oceà, mars, rius, llacs, llacunes, salines - 97% de l’aigua terrestre és d’origen marí - La majoria d’aquesta aigua marina: Tª 2-3ºC. Poca llum, 62% pressió >100 atm.
• Els productors primaris són μorganismes - Algues, cianobacteris, bacteris anaerobis fotosintètics verds i vermells • Distribució a la zona fòtica (depenen de la presència de llum, màxim 200 m) • Gradients vs Barreja de nutrients.
• O2 i elements limitants són els factors que controlen les comunitats microbianes (l’oxigen va minvant a mida que baixem); en capes superficials, aeròbics, i en profunditats anaeròbics  factor determinant = baixa solubilitat O2.
• En la majoria de condicions la quantitat de matèria orgànica que arriba al medi aquàtic no supera la capacitat oxidativa del sistema.
• Concentració nutrients molt variable: • Ambients oligotròfics • Aeròbics tot l’any. Llacs pobres en nutrients, poc profunds i la meteorologia fa que les aigües estiguin ben barrejades, no arriba a estratificar-se. No estan en àrees temperades. La massa d’aigua està homogeneïtzada.
• Ambients eutròfics • Les aigües estan ben barrejades a la tardor i a l’hivern (llacs oligotròfics=, però estratificades durant la primavera i especialment l’estiu: epilimnion (llum, oxigen, però sense nutrients) i hipolimnion (no llum, no oxigen, però amb nutrients) i termoclines. Les poblacions microbianes seran diferents: a baix hi ha activitat anaeròbica a dalt mecanismes fotosintètics. Això impedeix que els microorganismes puguin créixer perquès les aigües no es barregen entre sí.
5 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA TERMOCLINA: marca l’interval on canvia la distribució dels microorganismes. Durant l’època de calor, en ambients eutròfics tenim una distribució vertical dels bacteris.
Distribució vertical dels bacteris • La distribució vertical dels bacteris és depenent del gradient de potencial d’oxidació-reducció i de la llum.
• En el cas més general: sapròfits aerobis a la superfície, un capa definida defotosintètics i per sota una flora variada en la que, cap al fons (en condicions anaeròbiques), poden predominar bacteris relacionats amb el cicle del sofre.
FOTOSINTÈTICS • Cianobacteris: - Fotosíntesi oxigènica • Verds i Vermells del No Sofre: - Anaerobis facultatius - Fototròfics/quimioheteròtrofs - No toleren altes concentracions de comp. Sofre • Verds i Vermells del Sofre: - Anaerobis estrictes - Fototròfics obligats - Toleren altes concentracions de comp. Sofre 6 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA COLUMNA DE WINOGRADSKY Medi aquàtic on la llum entra pel costat (artificial). Posem sediments a la part de baix (diari, cel·lulosa) i aigua. Es veu com, en funció de les característiques físico-químiques i del metabolisme, els microorganismes es van organitzant.
MEDI AQUÀTIC Factor determinant: baixa solubilitat O2.
• L’O2 dissolt està a baixes concentracions.
• Si la quantitat de matèria orgànica no és excessiva, el creixement de les algues utilitzant els minerals alliberats per la degradació de matèria orgànica, produeix O2 afavorint-ne la respiració dels heteròtrofs. Existeix un equilibri entre la producció d’oxigen dels fotosintètics i la consumició de matèria orgànica i oxigen per part dels microorganismes = autodepuració. Si hi ha mes matèria orgànica que la que el sistema permet, comporta el consum de tot l’oxigen i s’inicia un procés d’acumulació de matèria orgànica i els mecanismes son anaeròbics.
• Finalment l’O2 s’apropa a la saturació completant-ne el procés d’autodepuració de les aigües.
Misteri del llac contaminat Sense que hi hagués abocament de m.o. la qualitat decreix, hi ha sobrecreixement d’algues i pudor per culpa dels productors de sofre. Culpa?  Rentadores automàtiques!! El fòsfor és un element limitant per la fotosíntesi i el creixement de les bactèries fotosintètiques i no està en l’aigua en grans quantitats. PERÒ! Els sabons de les rentadores tenen elevades concentracions de productes de fòsfor  en la majoria de condicions la quantitat de matèria orgànica que arriba al medi aquàtic no supera la capacitat oxidativa del sistema.
7 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA • Si augmenta molt la quantitat de matèria orgànica l’O2 s’utilitza a una velocitat superior a la de la seva recuperació.
• Esgotament de l’O2 dissolt.
• L’aigua pot tornar-se anaeròbica.
Eutrofització (Enriquiment en nutrients) • Aportament en excés de nutrients inorgànics. Normalment per elements limitants (N i P).
•Augment d’algues i cianobacteris que competeixen entre elles. Perjudicial per altres microorganismes.
• Quan l’activitat fotosintètic és molt elevada, es produeix molta matèria orgànica que porta a l’esgotament de l’oxigen per part dels heteròtrofs.
• Es consumeix l’oxigen més ràpidament del que es produeix.
• No hi ha autodepuració.
• Condicions anaeròbiques. Augment patògens anaeròbics.
• Altres anaerobis (produeixen olors desagradables) - Metanògens (metà) - Fermentadors (àcids orgànics i amines) - Reductors sulfat (producció sulfhídric) • Mort de peixos i degradació de la qualitat de l’aigua.
• Típic de zones urbanes 2.5 CICLES BIOGEOQUÍMICS • Els diferents nutrients (elements) passen per diferents estats d’oxidoreducció provocats per reaccions físico-químiques i biològiques.
• És el resultat del conjunt dels processos biològics i químics al llarg del reciclatge d’aquests elements als sistemes vius.
• Paper fonamental de les comunitats microbianes en els cicles (C, N). Moltes vegades són els únics amb capacitat de regenerar-los.
Cicle del carboni • Circulació per tots els ambients: Atmosfera, terra, aigua, sediments/roques i a la biomassa.
• El cicle del C i l’O2 estan molt relacionats, ja que la fixació de CO2 pels fotòtrofs aeròbics allibera O2 i molta de la m.o. és oxidada a CO2 per respiració aeròbica.
• El CO2 atmosfèric pot ser fixat per les plantes o dissoldre’s en l’aigua (utilitzats per microorganismes heterotròfics) i tornar a l’atmosfera, o formar part dels sediments orgànics de l’humus. Això és veu alterat pels homes per utilitzar per fer fuel, etc.
• Una gran quantitat de C orgànic està a les plantes terrestres: Fotosíntesi • El CO2 torna a l’atmosfera per respiració aeròbica d’animals i microorganismes quimioorganotròfics, principalment per descomposició de la m.o. morta 8 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA • Aigua: microorganismes - Cianobacteris i algues verdes - Fotosintètics anaeròbics (Chromatium i Chlorobium) - Quimiolitoautòtrofs aeròbics • A la degradació del C fixat s’observen dos estats principals d’oxidació: Metà i CO2 • Els metanògens els trobem en zones anaeròbiques.
• El metà és molt insoluble pel que és molt fàcilment transportat a ambients aeròbics on és oxidat a CO2 pels metanòtrofs  en conseqüència tot el C orgànic reverteix a CO2.
• El balanç entre l’oxidació i la reducció és crítica. Els productes del metabolisme d’alguns microorganismes són substrats per altres.
9 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA Cicle del Nitrogen • Cicle d’ambients principalment terrestres • Paper molt important dels microorganismes • Aprox. el 79% del N2 és químicament inert i no aprofitable per la majoria d’organismes.
• Reservori: atmosfera • La resta de formes: Nitrat (NO3-) i amoníac (NH3), són més fàcilment utilitzables.
• Fixació N2 pas limitant (únicament per microorganismes).
- Nitrificació: Bacteris quimioautotròfics aeròbics estrictes. Fonamental en agricultura.
NH3 (amoníac)  NO2- (nitrit)  NO3- (nitrat) Nitrosomonas i Nitrobacter Als conreus no interessa la nitrificació: pèrdua de l’amoníac en forma de nitrat que és rentat per les pluges o bé passa a N2 en condicions anaeròbiques. Es fan servir adobs amb productes químics per inhibir nitrificació: nitrapirina (anàleg de la pirimidina) que inhibeix el primer pas de la nitrificació.
- Desnitrificació: Pèrdua de nitrat a N2 gas en condicions anaeròbiques.
NO3-  NO2-  N2O N2 Pseudomonas denitrificans Compostos xenobiòtics • Compostos de síntesi, artificials, diferents de les estructures habituals a la natura.
• Plàstics, dissolvents clorats, lubricants, aïllants, detergents, pesticides, colorants, herbicides i altres.
• Biodegradació “fortuïta”. Enzims catabòlics d’altres substrats amb estructura o grups similars.
10 Microbiologia Tema 25-27– ECOLOGIA MICROBIANA Biodegradació • Mineralització: Degradació completa fins a formes inorgàniques. Creixement amb el compost com a única font de carboni.
• Biotransformació: Degradació parcial. Poc o gens creixement cel·lular.
• Recalcitrància: Poca (>10a.) o nul·la degradació. Molt difícil o gens degradables.
Paràmetres: comunitat microbiana, condicions atmosfèriques, temps.
Cometabolisme • La substància recalcitrant és modificada o degradada només en presència d’un substrat promotor del creixement que es metabolitza al mateix temps.
• Oxigen i biodegradació • Molts dels microorganismes són heteròtrofs aeròbics.
• Oxigen com a reactiu oxidant: oxigenases.
11 ...