Unidad 11: Microbiología ambiental. Diversidad y hábitats microbianos. Ciclos biogeoquímicos: carbono, nitrógeno, fosforo, azufre. Vida sin luz solar. Degradación de productos en suelos y en agua. Tratamientos de aguas residuales. Microorganismos acuáticos. Biolixiviación. BIBLIOGRAFIA: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2009. Brock, Biología de los Microorganismos. 12º ed. Pearson/Prentice-Hall (Cap. 23, 24 y 36 ) Tortora, Funke, Case. Introducción a la Microbiología 9º Ed. Ed. Médica Panamericana 2007 (Cap. 27) Prescott, Harley, Klein Microbiology. 7º ed. McGraw Hill Interamericana (Cap. 27, 28, 29 y 41). Microbiología, 2015
Diversidad microbiana: riqueza vs abundancia Riqueza Microbiana: Número total de especies presentes diferentes Abundancia de especies: es la proporción de cada especie dentro de la comunidad en un ecosistema Simbiosis Parasitismo Comensalismo Mutualismo
Hábitat microbiano: Suelo Recursos subóptimos Distribución no uniforme Poblaciones mixtas Horizontes Perfil de suelo maduro Competencia y cooperación (sintrofía) Zona Óxica Zona Anóxica Microorganismos Aerobios estrictos, microaerófilos anaerobios estrictos anaerobios facultativos Microambientes: nicho microbiano
Biopelículas: Beneficios Rol del c-di-gmp: expresión de genes específicos de la biopelícula (percepción del quorum) y activación de enzimas celulares
Matas microbianas
Ecosistemas de agua dulce Productores primarios (fitoplancton y bentónicos)
Ecosistemas marinos: mar abierto y profundidades marinas Virus marinos Proclorófitos, Trichodesmium Ostreococcus, Pelagibacter Virus marinos Psicrófilos Psicrotolerantes Barofilos Barotolerantes Proteínas de membrana externa (Omp H), ácidos grasos insaturados
Ecosistemas de fuentes hidrotermales Gusanos tubícolas, mejillones y almejas gigantes Thiobacillus, Beggiatoa, Crenarchaeota, Euriarqueotas
Macrobiogeoquímica Todos los ciclos biogeoquímicos están unidos, con la energía obtenida desde la luz y los pares de compuestos reducidos y oxidados. Se muestran los principales flujos. El flujo de P desde fuentes litogénicas es importante.om: materia orgánica
Ciclo del Carbono
Ciclo del nitrógeno
Fijación de nitrógeno
Balances de nutrientes y ciclos acoplados La velocidad de la productividad primaria (fijación de CO 2 ) está controlada por varios factores, en particular por la magnitud de la biomasa fotosintética y por la disponibilidad de nitrógeno. Así, disminuciones en gran escala como las desforestaciones reducen las velocidades de la productividad primaria e incrementan los niveles de CO 2. Altos niveles de carbono orgánico estimulan la fijación de nitrógeno y así adicionan mas N fijado al pool de productores primarios. Bajos niveles de carbono orgánico tiene el efecto opuesto. Elevados niveles de amonio estimulan la producción primaria y nitrificación, pero inhiben la fijación de N 2 Elevados niveles de nitratos, fuente excelente de N para fotótrofos acuáticos y plantas estimulan la producción primaria, pero incrementan la velocidad de desnitrificación, eliminando formas de N fijada y retroalimenta en un modo negativo sobre la producción primaria.
Ciclo del Azufre Chromatium okenii, bacteria púrpura Chlorobium limicola, bacteria verde
Procesos Oxidación de sulfuro/azufre Aerobia Procariotas y procesos claves del ciclo del azufre Organismos ( H 2 S S 0 SO 4 2- ) Quimiolitótrofos del azufre (Thiobacillus, Beggiatoa, otros) Anaerobia Bacterias fotótrofas verdes y púrpuras Reducción del sulfato (anaerobia) (SO 4 2- H 2 S) Desulfovibrio, Desulfobacter Reducción del azufre (anaerobia) (S 0 H 2 S) Desulforomonas, arqueas hipertermófilas Dismutación del azufre (S 2 O 3 2- H 2 S + SO 4 2- ) Desulfovibrio y otros Oxidación o reducción de comp. orgánicos azufrados (CH3SH CO2 + H 2 S) (DMSO DMS) Muchos organismos pueden hacerlo Desulfurilación (S orgánico H 2 S) Muchos organismos pueden hacerlo
Gránulos de volutina Ciclo de fósforo simplificado El fósforo entra al suelo y al agua a través de la erosión de las rocas, por los fertilizantes fosforados, y por los residuos superficiales de la degradación de las plantas. Las plantas y los microbios convierten rápidamente el fósforo inorgánico a su forma orgánica, causando la inmovilización. Sin embargo, gran parte del fósforo del suelo puede filtrarse agrandes distancias o formar complejos con cationes para formar relativamente compuestos insolubles.
Biorremediación Microbiana Lixiviación de las menas minerales Biodegración de petróleo Biodegradación de xenobióticos
Lixiviación microbiana: Menas de cobre Acidithiobacillus ferrooxidans
Biotransformación de mercurio y otros metales pesados Ambiente natural: 1ng/l 40.000 tn /año Industria :plaguicidas Yacimientos, I. electrónica Quema de combustibles fósiles
Biodegradación de petróleo Alcanivorax borkumensis
Biodegradación de Xenobióticos
Catabolismo de los plaguicidas Cometabolismo (no siempre es beneficioso) Decloración reductora Decloración aeróbica Burkholderia cepacia
Plásticos Biodegradables Polietileno Polipropileno Cloruro de polivinilo (PVC) Poliestireno Poliuretano Teflón Poli-β-hidroxivalerato Poli-β-hidroxibutirato
Potabilización de agua y tratamiento de aguas residuales Biosensores Operón lux: enzima luciferasa Ej: presencia de sustancias tóxicas presencia de ATB en leche 4-metilumberiferil-β-D-glucuronido o-nitrofenil- β-d-galactopiranósido Coliformes y calidad de agua Bacilos anaerobios facultativos Gram-negativos No formadores de endosporas Fermentadores de lactosa con formación de gas 4-metilumberiferil-β-D-galactopiranósido indoxil- β-d-glucurónido
Potabilización física y química
Etapas del tratamiento de aguas residuales
Sedimentación de sólidos: filtración y sedimentación T. secundario anaerobio
Tratamientos secundarios aeróbicos: Filtro percolador y fango activado