ECOLOGIA MICROBIANA (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2013
Páginas 8
Fecha de subida 18/10/2014
Descargas 21
Subido por

Descripción

Professor: José Domínguez

Vista previa del texto

ECOLOGIA MICROBIANA Estudi dels microorganismes als seus ambients naturals, saber com es relacionen amb altres microorganismes i amb l’ambient. L’hàbitat condiciona els organismes, i els microorganismes modifiquen l’entorn. Els microorganismes controlen en gran mesura l’activitat de la biosfera.
Què estudia l’ecologia microbiana: - Paràmetre físicoquímics del medi.
Quins microorganismes hi ha i quin potencial tenen pel que fa al reciclatge de nutrients.
Activitats dels microorganismes, com es relacionen entre ells i amb el medi.
S’ha d’acotar l’ecosistema que s’estudia. Aquest ha de ser una unitat ecològica mínima suficient, per la qual cosa ha de tenir: - Flux obert d’energia i reciclatge de la matèria.
Els límits són molt variables.
L’energia entra en forma de llum, carbó o altres matèries inorgàniques que són oxidades a matèria orgànica.
Pèrdues energètiques en forma de calor.
Cicles dels elements: que aquests passin per diferents estats d’oxidació i reducció.
Pel que fa a la part biòtica dels microorganismes, aquests s’ajunten en: - Gremis: conjunt d’individus de diferents espècies relacionats metabòlicament.
Comunitat: conjunt de gremis que interaccionen. Nivell biològic més alt dins un ecosistema.
Població: conjunt de microorganismes d’una mateixa espècie.
Individu  Població  Gremi  Comunitat  Ecosistema Ecosistema = comunitat + part abiòtica *Nínxol ecològic: espai de l’hàbitat on les condicions fisicoquímiques són les perfectes pel creixement d’un microorganisme.
Microambients O microhàbitats. Són l’entorn en el que viuen els microorganismes. Són molt variables, poden canviar molt ràpidament (només amb la pluja per exemple), i en uns mil·límetres més al costat ja trobem microhàbitats diferents (si estan més a prop d’un riu). Això contribueix a la diversitat metabòlica dels microorganismes i a la seva ubiqüitat.
Els microorganismes els podem trobar en ambients extrems que no són aptes per organismes superiors: temperatures de 100ºC, pH de 1 a 11, concentracions de sal de 5M...
El principal factor determinant del creixement en els microambients és la quantitat de nutrients. Si la disponibilitat és baixa i intermitent, i no hi ha una distribució uniforme (passa sempre), els microorganismes acumulen substàncies de reserva, com ara poli- beta hidroxibutirat, polisacàrids... A més, la velocitat de creixement és molt lenta i pràcticament no hi ha fase exponencial (creixement un 1% del que veiem al laboratori).
També hem de tenir en compte que no hi ha cultius axènics (purs), és a dir, es dóna una competència entre microorganismes pels mateixos nutrients. Tot i això, a vegades hi ha sinotròfia, col·laboració de diferents espècies per transformar un substrat. I també metabolismes complementaris, com els dels bacteris nitrosificants i nitrificants.
Creixement bacterià A les superfícies és on s’acumula la major concentració de nutrients, per tant és on hi ha més taxa de creixement i a més velocitat. Es formen biofilms.
Els biofilms són acumulacions ens capes de microorganismes no necessàriament de la mateixa espècie. Bàsicament són microcolònies revestides d’un material polisacàrid adhesiu. Els biofilms permeten captar nutrients, acumular-los i protegeix els microorganismes i no deixa que es desenganxin de la superfície.
Entre els microorganismes d’un biofilm hi ha relacions metabòliques i intercanvi genòmic.
Des d’un punt de vista mèdic són dolents perquè es troben adherits a cossos estranys (vàlvules, claus...) del cos. A més, els biofilms estan protegits del sistema immunitari i dels antibiòtics, de manera que és perillós que creixin en catèters, pròtesis, sondes...
Poden provocar: - Càries dental: biofilm sobre l’esmalt de la dent.
Fibrosi quística: biofilms al tronc pulmonar. Són molt difícils d’eliminar.
Des del punt de vista industrial, es formen biofilms en canonades, provocant una reducció dels flux i corrosió. A més, poden alterar el contingut del que transporti la canonada (per exemple aigua).
Mètodes d’estudi d’un ecosistema Cal saber: - Nombre de microorganismes i tipus.
Biomassa de les poblacions.
Activitat.
Taxa de creixement i mort.
Taxa de reciclatge de nutrients.
Característiques fisicoquímiques, temperatura, conductivitat, pH, O2, nutrients (C, N, P i S), oxidacions i reduccions, radiació lumínica.
Ambient terrestre És un hàbitat favorable, ja que són microambients fàcilment canviants a l’espai però relativament estables al temps. Tenen un paper subordinat a les plantes i són fonamentals en el reciclatge de nutrients. L’aigua és el factor limitant del creixement.
Bàsicament creixen a la superfície del terra, on trobem molta densitat, i a més fondària va disminuint. A les arrels de les plantes és on es troben les concentracions més altes (rizosfera). Densitat: 106~109 cèl/g.
Ambient aeri Juga un paper important la composició de l’atmosfera (79% N2, 21% O2, 0,032% CO2).
L’alçada també afecta, ja que augmenten els rajos ultraviolats, i baixa la temperatura, la pressió i la concentració d’oxigen.
Tots el microorganismes que viuen en aquest ambient són aerobis (obvi xD).La zona viva on podem trobar els microorganismes és la troposfera (10 km).
L’ambient aeri és un medi de dispersió. Trobem espores i formes de resistència. Hi ha una alta diversitat de microorganismes (poden ser fototròfics o heterotròfics). La densitat però, és baixa: 10~104 cèl/m3.
Ambient aquàtic Hi ha ambients aquàtics molt diferents: oceà, mar, rius, llacs, salines...
Sobretot es coneix la població de microorganismes d’ambients d’aigua dolça, tot i que el 97% de l’aigua del món és salada. I la majoria d’aquesta es troba entre 2-3ºC, poca llum i una pressió de més de 100 atm.
Els productors primaris d’aquests ambient són microorganismes que es troben a la zona fòtica (zona on arriba la llum), ja que necessiten fer la fotosíntesi. Això són màxim 200 m.
Els factors que controlen les poblacions microbianes són els nutrients i l’O2: - Els nutrients poden estar homogeneïtzats (barrejats) o concentrar-se a baix.
La barreja i moviment d’aigües pot fer que l’oxigen també estigui barrejat, però normalment es troba en més concentració a les capes més superficials i va minvant cap al fons.
Segons la concentració de nutrients tenim: - Ambients oligotròfics: llacs poc profunds en els que es barreja bé l’aigua. Són aeròbics tot l’any i tenen els nutrients barrejats. No àrees temperades.
Ambients eutròfics: es dóna amb una gran massa d’aigua, en zones temperades amb estacions contrastades.
Ambients eutròfics Tardor i hivern: les pluges fan que l’aigua es barregi bé i els nutrients i l’oxigen arribin a tota la massa d’aigua.
Primavera i estiu: aigües estratificades.
- - Massa superior, epilímnion: zona càlida, amb llum i oxigen però sense nutrients, ja que estan acumulats a baix. És la zona on hi trobem activitat aeròbica fotosintètica.
Massa inferior, hipolímnion: zona freda, sense llum ni oxigen però amb alta concentració de nutrients. Hi ha activitat anaeròbica.
Les dues zones estan separades per la termoclina, que és una zona on cau de cop la concentració d’oxigen, la temperatura, i ja trobem productes propis del metabolisme anaeròbic de l’hipolímnion.
(Quan torna el fred, tota l’aigua es refreda, la massa superior cau i es barreja amb la inferior).
Aquestes característiques fan que hi hagi una distribució vertical dels microorganismes.
- - A dalt: a la zona fòtica trobem sapròfits aerobis, i una capa definida de fotosintètics (cianobacteris que fan una fotosíntesi oxigènica). Per sota trobem capes més variades, on hi ha bacteris vermells i verds no del sofre (són anaerobis facultatius, i poden ser quimioheteròtrofs o fotòtrofs, a més que no toleren altes concentracions de sofre).
A baix: a la zona afòtica trobem microorganismes relacionats amb el cicle del sofre, bacteris verds i vermells del sofre (anaerobis estrictes, fototròfics obligats i toleren altes concentracions de sofre). A baix de tot hi ha fermentadors del sofre.
La columna de Winogradsky és un experiment que es va fer per observar aquesta distribució en columnes d’aigua. En va sortir el següent: L’O2 és un factor determinant que normalment es troba en baixes concentracions. Si la matèria orgànica no és excessiva, les algues podran créixer amb els minerals procedents de la degradació de la matèria orgànica. Així produiran O2 necessari per la respiració dels heteròtrofs. L’oxigen arribarà a un punt de saturació, i es dirà que ha depurat l’aigua.
En la majoria dels casos, la quantitat de matèria orgànica no supera la capacitat oxidativa del sistema, i es pot fer una autodepuració. Però si augmenta molt la quantitat de matèria orgànica, l’oxigen s’utilitza a una velocitat superior a la que es produeix.
Llavors s’esgota l’oxigen dissolt i l’aigua es torna anaeròbica, la qual cosa fa que els bacteris del sofre creïn molts productes del sofre (fa pudor d’ous podrits).
Però l’abocament de compostos inorgànics de fòsfor (sabons, detergents...) també trenca l’equilibri d’autodepuració de l’aigua. Aquest procés s’anomena eutrofització.
Com que hi ha un augment de nutrients de P i N, creixen els cianobacteris i algues i competeixen entre elles. Això es perjudicial per altres microorganismes. Hi ha molta fotosíntesi, la qual cosa porta a l’esgotament de l’oxigen per part dels heteròtrofs, no hi ha autodepuració.
Com ara predominen les condicions anaeròbiques, augmenten els patògens anaeròbics i altres microorganismes anaerobis que produeixen olors desagradables (metanògens produeixen metà, fermentadors produeixen àcids orgànics i amines, reductors sulfat produeixen sulfhídric...). Moren els peixos i l’aigua perd qualitat. Sol passar en zones urbanes.
CICLES BIOGEOQUÍMICS Els nutrients (elements) passen per diferents estats d’oxidació i reducció provocats per reaccions fisicoquímiques i biològiques. Aquestes reaccions es donen durant el reciclatge dels elements als ésser vius. Els microorganismes tenen un paper clau perquè reciclen els nutrients, els regeneren i permeten que tornin a formar part de la vida.
Cicle del carboni Està molt lligat al cicle de l’oxigen. És un element que es mou pels tres ambients: atmosfera, terra, aigua, sediments i roques i biomassa.
En la fotosíntesi, el CO2 és fixat pels fotòtrofs i s’allibera O2, que torna a l’atmosfera. Per això hi ha una gran quantitat de C en plantes terrestres. El C tornarà a l’atmosfera amb la respiració d’animals i microorganismes quimioorganotròfics. En la descomposició de la matèria orgànica morta s’allibera C.
Al medi aquàtic, les algues verdes, cianobacteris, fotosintètics anaeròbics (Chromatium i Chlorobium) i quimiolitoautòtrofs fixen el CO2 dissolt en matèria orgànica.
La degradació de la matèria orgànica es pot fer en zones aeròbiques, on el producte és CO2, o es pot fer en zones anaeròbiques (fons de llacs i sediments), on hi ha metanògens que produeixen metà. El metà és molt insoluble i és fàcilment transportat a ambient aeròbics, on els microorganismes metanòtrofs l’oxiden a CO2. Per tant, tot el carboni en matèria orgànica acaba un altre cop com a CO2 en l’atmosfera.
El balanç entre reducció i oxidació es crític, ja que els productes d’uns organismes serveixen coma substrats d’altres.
Cicle del nitrogen El 79% es troba en forma inerta en gas N2 a l’atmosfera i no és aprofitable per la majoria d’organismes.
El nitrogen que sí que participa en el cicle es mou bàsicament en ambients terrestres.
Els microorganismes són importantíssims en aquest cicle, de fet els bacteris nitrificants són els únics capaços de fixar N2 en NH3, NO3- o NO2-. El nitrat i l’amoníac són més fàcilment utilitzables pels organismes.
La nitrificació la duen a terme bacteris quimioautotròfics aeròbics estrictes. És fonamental en conreus. La fan Nitrosomonas i Nitrobacter.
La desnitrificació és el pas de nitrat a nitrogen gasós, i ho fa el Pseudomonas denitrificans.
Als conreus no interessa la nitrificació, ja que el nitrat es pot perdre a causa de la desnitrificació o ser rentat per l’aigua de les pluges. Així que s’utilitzen inhibidors de la nitrificació (nitrapirina) per deixar el nitrogen en forma d’amoníac, i que les plantes el puguin utilitzar.
Compostos xenobiòtics Compostos de síntesi artificial diferents dels que trobem a la natura. Ex: plàstics, dissolvents, clorats, lubricants, aïllants, detergents, colorants, herbicides...
No existeixen microorganismes amb els enzims necessaris per degradar-los. Si algun en té es dóna la “bioremediació fortuïta”, és a dir, que el microorganisme que ho fa té per casualitat un enzim que reconeix substrats amb una estructura o grups similars.
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 o nul·la degradació. Compostos molt difícils o gens degradables.
Hi ha molts microorganismes heteròtrofs aerobis que tenen l’oxigen com a reactiu oxidant que fa la biodegradació (oxigenases).
Cometabolisme Substància recalcitrant modificada o degradada només en presència d’un substracte promotor del creixement que es metabolitza al mateix temps.
...