MICROBIOLOGÍA AMBIENTAL
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MICROBIOLOGÍA AMBIENTAL MICROBIOLOGÍA GENERAL 2006-2007 ¿Cómo crecen los microorganismos en la naturaleza? ¿En qué fase de crecimiento están? ¿Qué tipo de cultivo se ajusta más a las condiciones naturales? ¿Qué valores de T, aw, pH, y condición redox encontramos en la naturaleza? ¿Qué tipos de microorganismos encontramos? (Bacterias, hongos, virus) Tema 23.- Los microorganismos en la naturaleza. El microorganismo y su microambiente. Superficies y biofilmes. Métodos de ecología microbiana. Métodos de enriquecimiento y aislamiento. La columna de Winogradsky. Identificación y cuantificación de microorganismos usando sondas de ácidos nucleicos, anticuerpos fluorescentes y recuentos de viables. Medida de la actividad de microorganismos usando isótopos estables. Ambientes acuáticos. Ambientes terrestres. Formación del suelo. El suelo como hábitat microbiano. Microbiología de la subsuperficie profunda. Metagenomas individuo Comunidad 2 Gremios población Comunidad 1 Comunidad 3 Distancia (mm) Zona óxica Zona anóxica Distancia (mm) microcolonias Columna de Winogradsky Método de enriquecimiento Papel de aluminio Agua de charco o estanque Algas y cianobacterias Bacterias púrpura Barro suplementado con nutrientes orgánicos y con CaSO4 Bacterias del azufre verdes y púrpura Descomposición anóxica y reducción del sulfato Rolf Daniel. 2004. The soil metagenome – a rich resource for the discovery of novel natural products. Current Opinion in Biotechnology. Volume 15, Issue 3, Pages 199204 Rolf Daniel. 2004. The soil metagenome – a rich resource for the discovery of novel natural products. Current Opinion in Biotechnology. Volume 15, Issue 3, Pages 199204 Universal tree of life Uso de isótopos estables para detectar actividad biológica (muestra 13C/12C) - (estándar 13C/12C) (estándar 13C/12C) X 1000 1. 2. 3. 4. 5. Ciclos biogeoquímicos. Ciclo del carbono. Metanogénesis y sintrofía. Ciclo del nitrógeno. 1. Fijación del nitrógeno. 2. Desnitrificación. 3. Nitrificación. Ciclo del azufre. Ciclo del hierro. 1. Lixiviación. Fotosíntesis oxigénica Ciclos C y O Reservorios muy estables Ciclo del carbono luz Producción de metano a partir de celulosa metano Origen biológico Condiciones anaerobias Efecto invernadero metanógenos arqueas Respiración anaerobia 4 H2 + CO2 CH4 + 2 HO2 sintrofía El consumo de H2 es necesario para que se produzca la fermentación fermentadores consumidores de H2 Producción de metano a partir de celulosa metano Origen biológico Condiciones anaerobias Efecto invernadero metanógenos arqueas Respiración anaerobia 1. 2. 4 H2 + CO2 CH4 + 2 HO2 Producción total de metano 350 – 800 x 108 kg/año Biógena 80-85% total 1. Rumiantes 2. Termitas 70 % 3. Humedales 4. Pantanos Abiógena 15 -20 % total 1. Combustión Aumenta con aporte de proteínas Suelos bien drenados a pH neutro Compuestos muy solubles Ciclo del nitrógeno Inhibidores de nitrificación nitrapirina Alto requerimiento energético 85% del N2 fijado es biógeno 60 % terrestre 40 % mar Pérdidas a la atmósfera 15 % NH3 Interconexión de ciclos biogeoquímicos Oxidación anaerobia de CH4 NH3 O2 O2 O2 O2 NO2- Aire CH4 O2 O2 CH4 NO3- Bacterias nitrificantes Agua contaminada con fertilizantes CO2 Bacterias consumidoras de metano Zona aerobia Interfase NO2NH3 NO3- NO2- / NO3- N2 CO2 + N2 CH4 Zona anaerobia Planctomyces Celulosa y otro material vegetal CH4 + CO2 + NH3 Bacterias anaerobias Protozoos Arqueas metanógenas Bacterias no cultivadas ni clasificadas (80%) Arqueas relacionadas con las metanogénicas (10%) Raghoebarsing et al. 2006, Nature 440: 918-921 Interconexión de ciclos biogeoquímicos Oxidación anaerobia de CH4 Ciclos del carbono y del nitrógeno 5 CH4 + 8 NO3- + 8 H+ 5 CO2 + 4 N2 + 14 H2O ∆G0’ = - 765 KJ mol-1 CH4 3 CH4 + 8 NO2- + 8 H+ 3 CO2 + 4 N2 + 10 H2O ∆G0’ = - 928 KJ mol-1 CH4 Biomasa del cultivo enriquecido Proceso llevado a cabo por un consorcio Eubacteria desconocida no cultivada (80%) ARN 16S Arquea próxima a metanógenas (20%) τ > 1 mes La desaparición del metano en ambientes contaminados con NO3- es frecuente Proceso extendido y con importancia ecológica Raghoebarsing et al. 2006, Nature 440: 918-921 hidrosoluble gas H2S HS- S2- pH bajo pH neutro pH alto Ciclo del azufre Interconexión de ciclos biogeoquímicos Oxidación anaerobia de CH4 Ciclos del carbono y del nitrógeno 5 CH4 + 8 NO3- + 8 H+ 5 CO2 + 4 N2 + 14 H2O ∆G0’ = - 765 KJ mol-1 CH4 3 CH4 + 8 NO2- + 8 H+ 3 CO2 + 4 N2 + 10 H2O ∆G0’ = - 928 KJ mol-1 CH4 Desnitrificación Ciclos del carbono y del azufre CH4 + SO4-- + H+ CO2 + HS- + 2 H2O Efecto tóxico del HSRaghoebarsing et al. 2006, Nature 440: 918-921
