MIKROBIOLOGIA OPRACOWANIE
1. Oczyszczanie ścieków i różnych stawów hodowlanych
Metody oczyszczania ścieków:a) mechaniczne (cedzenie, rozdrabnianie, sedymentacja, flotacja),
b) fizykochemiczne (koagulacja, sorpcja, zobojętnianie, utlenianie, redukcja),
c) biologiczne (wykorzystanie procesów biochemicznych organizmów).Cztery stopnie oczyszczenia ścieków:a) usuwanie zanieczyszczeń stałych (oczyszczanie mechaniczne),
b) usuwanie zanieczyszczeń rozpuszczonych (oczyszczanie biologiczne, chemiczne),
c) usuwanie związków biogennych tzn. związków azotu i fosforu (oczyszczanie biologiczne, chemiczne),
d) usuwanie resztkowych zanieczyszczeń, ten stopień oczyszczania bywa określany mianem odnowy wody, gdyż uzyskana woda może ponownie służyć do zaopatrzenia przemysłu lub ludzi (oczyszczanie fizykochemiczne).
2. Mikroflora mleka
Niektóre bakterie homofermentacji mlekowej:
a) Streptococcus lactis - ziarniaki najczęściej w krótkich lub długich łańcuszkach, produkcja kwasu mlekowego mniejsza niż 1%, wzrost w granicach 10°—40°C, Tolerancja na stężony NaCl 4%. Występowanie: mleko i produkty roślinne.
b) Streptococcus cremoris - ziarniaki w krótkich łańcuszkach,
3. Morfologia bakterii na podłożu stałym
Wzrost typu R, S, M,
4. Oddychanie azotanowe
U bakterii oddychających azotanowo elektrony dostarczane są do azotanów co powoduje uwolnienie energii. Wyróżniamy dwa typy metabolizmu i bakterii tego typu:
a) Denitryfikujące – bakterie tlenowe, które w warunkach beztlenowych i obecności azotanów jako jedynego akceptora wodoru, związek ten ulega redukcji do gazowego podtlenku azotu i azotu cząsteczkowego. Przykładowe bakterie to: Pseudomonas Denitryficans, Bacillus licheniformis.
b) Amonifikacja azotanów – bakterie względnie beztlenowe, które w obecności azotanów, wykorzystują go jako zewnątrzkomórkowy akceptor wodoru, który redukowany jest do azotynu. Azotyn również ulega redukcji ale do amoniaku w postaci amonu – co nie powoduje uwolnienia azotu cząsteczkowego. Przykładowe bakterie to: Eschericha Coli, Enterobacter Aerogenes.
Każdy etap oddychania azotanowego katalizowany jest przez swoisty enzym. Związana z błoną cytoplazmatyczną reduktaza azotanowa A posiada molibden, powstały azotyn redukowany jest przez inny enzym związany z błoną (reduktazę azotynową) do tlenku azotu, w kolejnym etapie analogicznie przez reduktazę NO do N2O -> reduktazę N2O do N2. W zależności od stężenia azotanów może następować akumulacja produktów pośrednich, lub też wprost do N2 czy NH4+. Drugim czynnikiem ograniczającym jest stężenie tlenu – jeżeli jego brakuje nie następuje synteza enzymów służących do tych reakcji.
5. Metody niszczenia endospor
Zdolność do wytwarzania endospor (przetrwalników) ma tylko mała grupa bakterii. Endospory są wyjątkowo odporne na niszczenie, przed temperaturą chroni je niewielka ilość wody w przetrwalniku. Niektóre endospory mogą wytrzymać wielogodzinne gotowanie. W Celu zniszczenia endospor stosuje się pracochłonną i kosztowną technikę sterylizacji (wyjaławiania) całkowitego:
-Sterylizacja w autoklawie – pojemnik wypełniony wodą, posiadający grzałkę i wytrzymujący ciśnienie ok. 2 atmosfer. Zwiększenie ciśnienia pozwala uzyskać większe temperatury wrzenia. Czas „gotowania” zależy od temperatury, rodzaju i stężenia sporów które chcemy zniszczyć, wielkości aparatu i naczyń które chcemy wysterylizować. Nie zależy natomiast od ciśnienia – które służy jedynie do regulacji temperatury w tym przypadku.
-Sterylizacja etapowa (tyndalizacja) – efekt w zasadzie podobni do sterylizacji w autoklawie, polega na ogrzewaniu podłoży i roztworów przez trzy kolejne dni w temp. 100oC przez 30 minut i pozostawienie ich w temperaturze pokojowej w czasie pomiędzy gotowaniami, tak aby mogło nastąpić kiełkowanie przetrwalników, a powstałe w ten sposób formy wegetatywne zostały zniszczone w czasie kolejnego ogrzewania do 100oC.
-„Suche gorąco”- niszczenie endospor na obiektach niewrażliwych na ciepło (naczynia, oleje, proszki). Polega to na ogrzewaniu tych obiektów w suszarkach lub suchych sterylizatorach przez 30 minut do kilku godzin w temp. 160-180 oC. Letalne działanie ciepła polega na koagulacji białek bakteryjnych.
-Naświetlanie – promieniowanie UV, które działa na DNA bakterii. Powoduje mutacja, lub przy dłuższej ekspozycji efekt jest śmiertelny
-Promieniowanie jonizujące – Tworzą rodniki hydroksylowe, które niszczą makrocząsteczki. Efekt jest o tyle duży, że komórki posiadają jedną pełną kopię materiału genetycznego, i jego zniszczenie przez rodniki powoduje śmierć komórki. Nadaje się do sterylizacji żywności.
-Sterylizacja Chemiczna – wykorzystywanie związków chemicznych do niszczenia mikroorganizmów. Np. Tlenek Etylenu, który w obecności wody niszczy i formy wegetatywne i endospory.
6. Udział bakterii denitryfikacyjnych i nitryfikacyjnych w krążeniu azotu
7. Charakterystyka gleb
Postać agregatu glebowego w którego skład wchodzi kwarc, struktury w których skład wchodzą iły, jest również zależna od ilości zawartej wody i rodzaju mikroorganizmów
Wśród bezazotowych związków, wchodzących w skład świeżej masy organicznej w glebie można wyróżnić:
1) węglowodany- cukry proste (heksozy, pentozy i inne), wielocukrowce (skrobia, celuloza, hemicelulozy i pektyny oraz inne wielocukrowce z niewielkimi domieszkami azotu, siarki lub fosforu, np. chityna), kwasy uronowe i ich pochodne,
2) kwasy organiczne,
3) substancje aromatyczne - fenole, ligniny, taniny i inne,
4) związki hydrofobowe - węglowodory, woski, tłuszcze, kutyna i in.
8. Biologiczny obieg CO2
Krążenie węgla w biosferze. Dane ilościowe zamieszczone przy strzałkach odnoszą się do przemian dwutlenku węgla w skali rocznej (wiązanie, produkcja, wymiana) Fotosyntetyczne wiązanie CO2 przez rośliny zielone doprowadziłoby w krótkim czasie do wyczerpania tego związku w atmosferze, gdyby nie był on ponownie uwalniany w wyniku działalności mikroorganizmów, które rozkładają substancje organiczne i utleniają je do dwutlenku węgla. W ten sposób utrzymywany jest określony poziom CO: w atmosferze Spalanie kopalnych związków węgla (ropa, gaz ziemny, węgiel) powoduje stopniowy wzrostzawartości CO, w atmosferze
9. Bakterie metanogenne
Bakterie metanogenne - bezwzględne beztlenowce należące do archebakterii. Największe ze znanych bakterii, o zróżnicowanej budowie; nie mają enzymów dysmutazy nadtlenkowej i katalazy przekształcających tlen do formy nieaktywnej; wytwarzają metan w przemianie octanu i redukcji CO2 w warunkach beztlenowych. Kolejne etapy redukcji dwutlenku węgla zachodzą z udziałem czterech kofaktorów. W miarę zachodzenia procesu cząsteczka przekazywana jest do następnego kofaktora i kolejno redukowana z CO2 do CH4. W czasie następowania tych reakcji protony pompowane są na zewnątrz komórki, co dostarcza ATP. Niektóre cząsteczki CO2 mogą zostać przekształcone w acetylo-CoA i w tej formie wejść do szlaku biosyntezy aminokwasów, cukrów i innych ważnych składników komórki. Przykładem takiej bakterii może być Methanococcus jannaschii
10. Bakterie nitrosomonas i nitrobacter – charakterystyka
Odwracają w pewnym stopniu proces oddychania azotanowego. Nitrosomanas europaea jest gram ujemną bakterią mającą biegunowo usytuowane rzęski. W środowisku morskim amon utleniają bakterie Nitrosococus oceanus. Bakterie nitryfikacyjne można hodować w czystych roztworach soli, lecz rosną wtedy bardzo powoli. Wcześniej uważano je za obligatoryjne chemoautotrofy, ale w świetle ostatnich badań Nitrobacter winogradskyi pobiera octan z podłoża włączając go do swojego materiału komórkowego – zagadnienie to wymaga dalszych badań.
11. Sterylizacja cieplna
12. Rozmnażanie bakterii
Bakterie rozmnażają się bezpłciowo przez podział komórki. Powstają wtedy dwie identyczne komórki potomne. Faza wzrostu populacji bakterii jest czasem określana w przybliżeniu jako faza wzrostu wykładniczego. U niektórych typów bakterii mogą występować procesy płciowe bez rozmnażania – proces ten jest zwany koniugacją. Podczas koniugacji jedna komórka („dawca”) ma rurkowate cytoplazmatyczne wyrostki, tzw. pilusy, umożliwiające kontakt między komórkami bakterii. Po wymianie cytoplazmy wraz z materiałem genetycznym (plazmidami) komórki się rozdzielają. Proces ten ma różne odmiany. Koniugacja zwiększa różnorodność populacji bakteryjnych i ich odporność na antybiotyki. Cykl życiowy bakterii może trwać różną ilość czasu, w zależności od warunków życia, gatunku itd. Zwykle trwa ok. 20 minut w optymalnych warunkach.
13. Charakterystyka egzotoksyn
Egzotoksyny – (Toksyna A-B) Pojedyncze białko, lub kompleks białek, które wiążą się do eukariotycznych komórek uszkadzając je. Wytwarzane przez bakterie, grzyby i glony. Składa się z części B, wiążącej się do swoistych receptorów na powierzchni komórki i ułatwia wniknięcie do niej części A. Sama część A i B nie jest toksyczna, jedynie połączone w kompleks tworzą truciznę. Część A jest zwykle enzymem. Większość egzotoksyn uwalnianych jest na zasadzie sekrecji do płynu zewnątrzkomórkowego, następnie toksyna odnajduje i wiąże się do komórek, które są jej celem. Zasada działania polega na tym iż część A będąca wewnątrz atakowanej komórki katalizuje reakcję zwaną rybozylacją adenozynodifosforanu, gdzie usuwa ADP z NAD przyłączając ją do ludzkiego białka. Przykładem może być toksyna LT występująca u szczepów Eschericha coli, która powoduje inaktywację białka regulatorowego i utratę kontroli nad kanałami jonowymi determinującymi przepływ wody przez błony. Efektem jest utrata wody przez tkanki i biegunka.
14. Oddychanie żelazowe i węglanowe
Wśród bakterii żelazowych bezwzględnym autotrofem jest Thiobacillus ferrooxidans, utleniający także siarkę. Inne bakterie żelazowe to: Galionella ferruginea, Sphaerotilus natans, S. discophorus, Leptothrix i Cladothrix.4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2 + energiaoddychanie węglanowe:
Węglany, CO2 do kwas octowego lub acetonu
-Acetobacterium, Clostridum aceticum,
15. Czynniki denaturujące białko bakterii
-promieniowanie UV, wysoka temperatura, promieniowanie jonizujące stężone kwasy, zasady , sole metali ciężkich, ultradźwięki, wprowadzenie znacznej ilości amoniaku do środowiska, silne wytrącanie,
16. Mutualistyczne oddziaływanie bakterii na inne organizmy
Wyróżnia się kilka kategorii symbiozy w zależności od stopnia korzyści, jakie partnerzy uzyskują ze wzajemnego powiązania. Jeśli z takiego współżycia korzyści mają obaj partnerzy, to nazywa się je symbiozą mutualną (lub mutualizmem)
-Między mikroorganizmami. Istnieje wiele przykładów wzajemnego żywienia, czyli syntrofii, między mikroorganizmami. Związek Desulfuromonas acetoxidans i Chlorobium jest typu syntroficznego, podobnie jak Desulfovibrio i Chromatium. W obu przypadkach pierwszy z organizmów dostarcza drugiemu donorów wodoru, a drugi dostarcza pierwszemu akceptorów wodoru. Syntrofia może też polegać na dostarczaniu witamin i pewnych prekursorów
-Mikroorganizmy i rośliny. Bardzo często więcej bakterii można znaleźć w przykorzeniowej warstwie gleby, niż w strefie pozakorzeniowej. Związki organiczne wydzielane przez korzenie roślin w sposób oczywisty sprzyjają wzrostowi bakterii. Nie wiadomo, jakie korzyści przynosi ten luźny związek roślinie. Są jednak możliwe powiązania mutualistyczne, gdyż wiele bakterii glebowych przeprowadza procesy, które są korzystne dla roślin, jak np. wiązanie azotu czy rozpuszczanie trudno rozpuszczalnych soli. W ostatnich latach stwierdzono, że niektóre bakterie występujące razem z pewnymi trawami są zdolne do wiązania azotu: np. Azotobacter paspali w ryzosferze Paspalum notatum, Azospirillum lipoferum w okolicy korzeniowej Digitaria i kukurydzy.
-Mikroorganizmy i zwierzęta. Liczba symbiotycznych powiązań między zwierzętami i mikroorganizmami jest ogromna. Symbioza między ogromnymi rurkoczułkowcami (Pogonophora)i bakteriami. Rurkoczułkowce odżywiają się dzięki symbiozie z populacjami bakterii utleniających siarkowodór wypełniającymi specjalne narządy (trofosomy) rurkoczułkowców. Bakterie mogą stanowić nawet połowę masy rurkoczułkowca. W trofosomie Riftia pachyptila bakterie utleniające siarkowodór rosną jako endosymbionty. Stanowią one jedyne źródło pokarmu zwierzęcia, a krew gospodarza dostarcza im tlenu i H2S. Odkryto też małe Pogonophora, których endosymbiontami są bakterie utleniające metan. Mutualistyczny charakter związku między człowiekiem i jego florą jelitową staje się oczywisty, gdy np. populacja bakteryjna zostaje wyeliminowana przez kurację antybiotykową bądź chemioterapię.
17. Wiązanie azotu w układach symbiotycznych i niesymbiotycznych
Niektóre dwuliścienne rośliny wyższe mają brodawki korzeniowe zdolne do wiązania azotu. I w tych przypadkach wiązanie azotu jest wynikiem symbiozy z prokariotami. Endosymbiontami są najczęściej promieniowce i przedstawiciele rodzaju Frankia. Gospodarzami promieniowców są drzewa, krzewy i rośliny zielne. Występują one szeroko, często jako rośliny pionierskie w środowiskach ubogich w azot. Wydajność niektórych z nich sięga 150-300 kg N/ha/rok i odgrywa znaczącą rolę w gospodarce. Brodawki korzeniowe roślin drzewiastych mogą osiągać wielkość piłki tenisowej. Składają się z gęsto upakowanych, podobnych do koralowców, rozgałęzionych korzeni, które przestały rosnąć. U Casuarina brodawki składają się z luźnej wiązki pogrubionych mniejszych korzeni, wykazujących ujemny geotropizm. Jedynie zewnętrzne komórki parenchymatyczne są zainfekowane symbiontem. Infekcja korzeni zachodzi z gleby, poprzez włoski korzeniowe. Do brodawek Leguminosae zbliża je też obecność leghemoglobiny. Ostatnio, szczep Rhizobium zidentyfikowano jako endosymbionta w niemotylkowej roślinie Parasponia parviflora. Szczep ten przeniesiono do roślin fasoli, a powstałe brodawki czynnie wiązały azot.
18. Mechanizmy biologicznego oczyszczania ścieków
Do naturalnych metod biologicznych można zaliczyć:
-nawadnianie pól, łąk i lasów
-stawy ściekowe
-pola filtracyjne
-filtry gruntowe
-stawy napowietrzane
Metody te mają wspólną cechę jeżeli chodzi o sposób działania Wykorzystuje się w tym celu naturalną zdolność gleby do wiązania mikroorganizmów zawartych w wodzie zanieczyszczonej składnikami pochodzenia biologicznego. Następuje proces samorzutnej filtracji, efektem czego jest uzyskanie wody o dobrym stanie sanitarnym Wpływ na odpowiednie oczyszczanie biologiczne w zbiornikach mają:
-bakterie wytwarzające (pozakomórkowo) bioflokulanty,
-organizmy heterotroficzne, utleniające określone substancje organiczne,
-bakterie autotroficzne przyswajające azot atmosferyczny,
-pierwotniaki współdziałające w biokoagulacji,
-mikroorganizmy trzech pierwszych poziomów troficznych łańcucha pokarmowej
-organizmy przypadkowo znajdujące się w osadzie czynnym, dla których to środowisko stało się mikroświatem.Bakterie z rodzin: Micrococcaceae, np. Micrococcus, Enterobacieriaceae, ...
Petroc