Objek studi dan aplikasi mikrobiologi lingkungan



itu mikrobiologi lingkungan adalah ilmu yang mempelajari keanekaragaman dan fungsi mikroorganisme di lingkungan alaminya dan aplikasi kapasitas metaboliknya dalam proses bioremediasi tanah dan air yang terkontaminasi. Biasanya dibagi menjadi disiplin: ekologi mikroba, geomikrobiologi dan bioremediasi.

Mikrobiologi (mikros: kecil, bios: hidup, logo: studi), studi dengan cara interdisipliner kelompok yang luas dan beragam organisme mikroskopis uniseluler (dari 1 hingga 30 μm), hanya dapat dilihat melalui mikroskop optik (tidak terlihat oleh mata manusia).

Organisme yang dikelompokkan dalam bidang mikrobiologi berbeda dalam banyak aspek penting dan termasuk dalam kategori taksonomi yang sangat berbeda. Mereka ada sebagai sel yang terisolasi atau terkait dan dapat:

  • Prokariota utama (organisme uniseluler tanpa nukleus yang ditentukan), seperti eubacteria dan archaebacteria.
  • Eukariota sederhana (organisme bersel tunggal dengan nukleus tertentu), seperti ragi, jamur berfilamen, mikroalga, dan protozoa.
  • Virus (yang bukan seluler, tetapi mikroskopis).

Mikroorganisme mampu melakukan semua proses vitalnya (pertumbuhan, metabolisme, pembentukan energi dan reproduksi), terlepas dari sel-sel lain dari kelas yang sama atau berbeda..

Indeks

  • 1 Karakteristik mikroba yang relevan
    • 1.1 Interaksi dengan lingkungan eksternal
    • 1.2 Metabolisme
    • 1.3 Adaptasi ke lingkungan yang sangat beragam
    • 1.4 Lingkungan ekstrem
    • 1.5 Mikroorganisme ekstremofil
  • 2 Biologi molekuler diterapkan pada mikrobiologi lingkungan
    • 2.1 Kultur isolasi dan mikroba
    • 2.2 Alat biologi molekuler
  • 3 Bidang studi mikrobiologi lingkungan
    • 3.1 - Ekologi mikroba
    • 3.2 -Geomicrobiology
    • 3.3 -Remremasi
  • 4 Aplikasi mikrobiologi lingkungan
  • 5 Referensi

Karakteristik mikroba yang relevan

Interaksi dengan lingkungan eksternal

Organisme uniseluler kehidupan bebas secara khusus terpapar pada lingkungan eksternal. Selain itu, mereka memiliki ukuran sel yang sangat kecil (yang mempengaruhi morfologi dan fleksibilitas metabolisme), dan rasio permukaan / volume yang tinggi, yang menghasilkan interaksi luas dengan lingkungan mereka..

Karena ini, baik kelangsungan hidup dan distribusi ekologi mikroba tergantung pada kemampuan mereka untuk beradaptasi secara fisiologis dengan variasi lingkungan yang sering.

Metabolisme

Rasio permukaan / volume yang tinggi menghasilkan tingkat metabolisme mikroba yang tinggi. Ini terkait dengan laju pertumbuhan dan pembelahan selnya yang cepat. Selain itu, ada keanekaragaman metabolisme mikroba yang luas di alam.

Mikroorganisme dapat dianggap sebagai mesin kimia, yang mengubah berbagai zat baik di dalam maupun di luar. Ini karena aktivitas enzimatiknya, yang mempercepat kecepatan reaksi kimia tertentu.

Adaptasi ke lingkungan yang sangat beragam

Secara umum, habitat mikroba mikroba adalah dinamis dan heterogen sehubungan dengan jenis dan jumlah nutrisi yang ada, serta kondisi fisikokimia..

Ada ekosistem mikroba:

  • Terestrial (di bebatuan dan tanah).
  • Akuatik (di lautan, kolam, danau, sungai, mata air panas, akuifer).
  • Terkait dengan organisme yang lebih tinggi (tanaman dan hewan).

Lingkungan ekstrem

Mikroorganisme ditemukan di hampir semua lingkungan di planet Bumi, akrab atau tidak dengan bentuk kehidupan yang lebih tinggi.

Lingkungan dengan kondisi ekstrem terkait suhu, salinitas, pH, dan ketersediaan air (di antara sumber daya lainnya), menghadirkan mikroorganisme "ekstrofil". Ini sebagian besar archaea (atau archaebacteria), yang membentuk domain biologis primer yang dibedakan dari Bacteria dan Eukarya, yang disebut Archaea..

Mikroorganisme ekstremofil

Di antara beragam mikroorganisme ekstrofil, adalah:

  • Termofil: yang menghadirkan pertumbuhan optimal pada suhu di atas 40 ° C (penghuni mata air panas).
  • Psikofilik: pertumbuhan optimal pada suhu di bawah 20 ° C (penghuni tempat dengan es).
  • Acidófilos: pertumbuhan optimal dalam kondisi pH rendah, mendekati 2 (asam). Hadir di air panas asam dan retakan gunung berapi bawah air.
  • Halofil: yang membutuhkan garam konsentrasi tinggi (NaCl) untuk tumbuh (seperti dalam air garam).
  • Xerophiles: mampu menahan kekeringan, yaitu aktivitas rendah air (penghuni gurun seperti Atacama di Chili).

Biologi molekuler diterapkan pada mikrobiologi lingkungan

Isolasi dan kultur mikroba

Untuk mempelajari karakteristik umum dan kapasitas metabolisme mikroorganisme, ia harus: diisolasi dari lingkungan alaminya dan disimpan dalam kultur murni (bebas dari mikroorganisme lain) di laboratorium.

Hanya 1% dari mikroorganisme yang ada di alam telah diisolasi dan dibudidayakan di laboratorium. Hal ini disebabkan oleh ketidaktahuan akan kebutuhan nutrisi spesifik mereka dan kesulitan mensimulasikan berbagai kondisi lingkungan yang ada.

Alat biologi molekuler

Penerapan teknik biologi molekuler ke bidang ekologi mikroba telah memungkinkan kita untuk mengeksplorasi keanekaragaman hayati mikroba yang ada, tanpa perlu isolasi dan budaya di laboratorium. Bahkan memungkinkan untuk mengidentifikasi mikroorganisme di dalam mikrohabitat alami mereka, di situ.

Ini sangat penting dalam studi mikroorganisme ekstrofil, yang kondisi pertumbuhan optimalnya kompleks untuk disimulasikan di laboratorium.

Di sisi lain, teknologi DNA rekombinan dengan penggunaan mikroorganisme yang dimodifikasi secara genetis telah memungkinkan penghapusan polutan dari lingkungan dalam proses bioremediasi..

Bidang studi mikrobiologi lingkungan

Seperti yang ditunjukkan pada awalnya, bidang studi mikrobiologi lingkungan yang berbeda meliputi disiplin ekologi mikroba, geomikrobiologi, dan bioremediasi.

-Ekologi mikroba

Ekologi mikroba memadukan mikrobiologi dengan teori ekologi, melalui studi tentang keanekaragaman peran fungsional mikroba di lingkungan alaminya..

Mikroorganisme merupakan biomassa terbesar di planet Bumi, sehingga tidak mengherankan bahwa peran atau peran ekologisnya memengaruhi sejarah ekologi ekosistem..

Contoh dari pengaruh ini adalah penampilan bentuk kehidupan aerobik berkat akumulasi oksigen (OR2) di atmosfer primitif, yang dihasilkan oleh aktivitas fotosintesis dari cyanobacteria.

Bidang penelitian ekologi mikroba

Ekologi mikroba transversal ke semua disiplin ilmu mikrobiologi lainnya, dan studi:

  • Keragaman mikroba dan sejarah evolusinya.
  • Interaksi antara mikroorganisme suatu populasi dan antara populasi dalam suatu komunitas.
  • Interaksi antara mikroorganisme dan tanaman.
  • Fitopatogen (bakteri, jamur, dan virus).
  • Interaksi antara mikroorganisme dan hewan.
  • Komunitas mikroba, komposisi dan proses suksesi mereka.
  • Adaptasi mikroba dengan kondisi lingkungan.
  • Jenis-jenis habitat mikroba (atmo-ecosphere, hydro-ecosphere, litho-ecosphere dan habitat ekstrim).

-Geomikrobiologi

Geomicrobiology mempelajari aktivitas mikroba yang mempengaruhi proses geologi dan geokimia (siklus biogeokimia terestrial).

Ini terjadi di atmosfer, hidrosfer, dan geosfer, khususnya di lingkungan seperti sedimen baru-baru ini, badan air tanah yang bersentuhan dengan batuan sedimen dan batuan beku dan di kerak bumi yang lapuk..

Ia berspesialisasi dalam mikroorganisme yang berinteraksi dengan mineral di lingkungan mereka, melarutkannya, mentransformasikannya, mengendapkannya, antara lain..

Bidang penelitian Geomikrobiologi

Studi geomikrobiologi:

  • Interaksi mikroba dengan proses geologis (pembentukan tanah, kerusakan batuan, sintesis dan degradasi mineral dan bahan bakar fosil).
  • Pembentukan mineral-mineral yang berasal dari mikroba, baik dengan presipitasi atau dengan pembubaran dalam ekosistem (misalnya, dalam akuifer).
  • Intervensi mikroba dalam siklus biogeokimia geosfer.
  • Interaksi mikroba yang membentuk gumpalan mikroorganisme yang tidak diinginkan pada suatu permukaan (biofouling). Biofouling ini dapat menyebabkan kerusakan permukaan yang mereka huni. Misalnya, mereka dapat merusak permukaan logam (biocorrosion).
  • Bukti fosil interaksi antara mikroorganisme dan mineral di lingkungan primitifnya.

Misalnya, stromatolit adalah struktur mineral fosil bertingkat air dangkal. Mereka dibentuk oleh karbonat, yang berasal dari dinding cyanobacteria primitif.

-Bioremediasi

Bioremediasi mempelajari penerapan agen biologis (mikroorganisme dan / atau enzim serta tanaman mereka), dalam proses pemulihan tanah dan air yang terkontaminasi bahan berbahaya bagi kesehatan manusia dan lingkungan.

Banyak masalah lingkungan yang ada dapat diselesaikan dengan menggunakan komponen mikroba dari ekosistem global.

Bidang penelitian bioremediasi

Studi bioremediasi:

  • Kapasitas metabolisme mikroba yang berlaku dalam proses sanitasi lingkungan.
  • Interaksi mikroba dengan kontaminan anorganik dan xenobiotik (produk sintetis toksik, tidak dihasilkan oleh proses biosintesis alami). Di antara senyawa xenobiotik yang paling banyak dipelajari adalah halokarbon, nitroaromatik, bifenil poliklorinasi, dioksin, alkilbenzil sulfonat, hidrokarbon minyak bumi dan pestisida. Di antara elemen anorganik yang paling banyak dipelajari, logam berat ditemukan.
  • Biodegradabilitas polutan lingkungan di situ dan di laboratorium.

Aplikasi mikrobiologi lingkungan

Di antara banyak aplikasi dari ilmu luas ini, kita dapat menyebutkan:

  • Penemuan jalur metabolisme mikroba baru dengan aplikasi potensial dalam proses nilai komersial.
  • Rekonstruksi hubungan filogenetik mikroba.
  • Analisis akuifer dan persediaan air minum umum.
  • Pelarutan atau pencucian (bioleaching) logam dalam medium, untuk pemulihan.
  • Biohidrometalurgi atau biomekanik dari logam berat, dalam proses bioremediasi area yang terkontaminasi.
  • Biokontrol mikroorganisme yang terlibat dalam biokorosi wadah limbah radioaktif yang terlarut dalam akuifer bawah tanah.
  • Rekonstruksi sejarah terestrial primitif, lingkungan paleoen dan bentuk kehidupan primitif.
  • Konstruksi model yang berguna dalam pencarian fosil kehidupan di planet lain, seperti Mars.
  • Sanitasi area yang terkontaminasi dengan zat xenobiotik atau anorganik, seperti logam berat.

Referensi

  1. Ehrlich, H. L. dan Newman, D. K. (2009). Geomikrobiologi. Edisi kelima, CRC Press. hlm 630.
  2. Malik, A. (2004). Bioremediasi logam melalui sel yang tumbuh. Environment International, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R. E. (2004). Mikrobiologi Pengendalian Polusi Lingkungan. M. Dekker hlm 453.
  4. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi Edisi kelima, McGraw-Hill Sains / Teknik / Matematika. hlm 1147.
  5. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles sebagai sumber enzim baru. Opini Saat Ini dalam Mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S.C., dan Jones, K.C. (1993). Bioremediasi tanah yang terkontaminasi dengan hidrokarbon aromatik polinuklear (PAH): Tinjauan. Polusi Lingkungan, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.