Ecoloxía microbiana

A ecoloxía microbiana, microbioloxía ecolóxica ou microbioloxía ambiental é unha disciplina que estuda as interaccións entre os microorganismos e o seu ambiente. Os microorganismos sábese que teñen relacións ecolóxicas importantes e ás veces daniñas con outras especies. Moitos científicos estudaron as relacións entre a natureza e os microorganismos: Martinus Beijerinck, Sergei Winogradsky, Louis Pasteur, Robert Koch, Lorenz Hiltner e moitos máis; para comprender a evolución dos microorganimos e os papeis específicos que exercen nas vías biolóxicas e químicas. Actualmente, hai varios tipos de biotecnoloxías que permitiron aos científicos analizar as propiedades biolóxicas/químicas deses microorganismos.
Moitos destes microorganismos teñen diferentes relacións simbióticas con outros organismos que viven no seu ambiente. Algunhas relacións simbióticas son o mutualismo, comensalismo, amensalismo e parasitismo. Ademais, descubriuse que certas substancias no ambiente poden matar microorganismos, impedindo así que estes interaccionen co seu ambiente. Estas substancias chámanse substancias antimicrobianas, as cales poden ser antibióticos, antifúnxicos ou antivirais. Científicos influentes
Martinus Beijerinck inventou os cultivos en medio de enriquecemento, un método fundamental para estudar os microbios do ambiente. Sergei Winogradsky foi un dos primeiros investigadores en intentar comprender os microorganismos fóra do contexto médico e foi un dos primeiros estudantes da ecoloxía microbiana e microbioloxía ambiental, descubrindo a quimiosíntese e o desenvolvemento da columna de Winogradsky no proceso.
Louis Pasteur foi un químico francés que formulou principios microbianos clave que se usan hoxe: a fermentación microbiana, a pasteurización, a teoría do xerme e as vacinas. Estes principios serviron como fundamento para comprender as relacións entre microbios e o seu ambiente. Por exemplo, Pasteur refutou a teoría da xeración espontánea, a crenza de que a vida se orixina a partir de materiais non-vivos. Pasteur afirmou que a vida só pode proceder da vida e non de materiais non-vivos. Isto levou á idea de que os microorganismos preexistentes eran responsables do crecemento microbiano en todos os ambientes.
Robert Koch utilizou as lentes con aceite de inmersión e o condensador en microscopia, para incrementar as imaxes das bacterias. Isto fixo que Koch fose o primeiro en publicar fotografías de bacterias. Como resultdo, Koch conseguiu estudar infeccións en feridas en animais a nivel microscópico. Puido distinguir entre distintas especies de bacterias, o que lle fixo crer que o mellor modo de estudar unha enfermidade infecciosa era centrarse na busca dun patóxeno específico. En 1879, Koch empezou a desenvolver cultivos "puros" para obter colonias dunha soa especie de bacteria. Estes avances fixeron que Koch resolvese a causa da cólera endémica na India no ano 1883. As técnicas e materiais do laboratorio de Koch levárono á conclusión de que o uso de auga sen filtrar estaba causando a cólera endémica, xa que contiña as bacterias que causaban os danos intestinais en humanos.
Lorenz Hiltner é un dos pioneiros na "ecoloxía microbiana". A súa investigación enfocouse a descubrir como os microbios da rizosfera proporcionaban nutrientes ás plantas. Hiltner afirmou que a calidade dos produtos das plantas dependían das accións da microflora da raíz das plantas. Unha das contribución de Hiltner ao estudo da nutrición das plantas e a bacterioloxía do solo foi crear sementes antimicrobianas cubertas de cloruro de mercurio. O único propósito de crear sementes antimicrobianas era protexer as semenetes dos efectos daniños dos fungos patóxenos. Ademais, recoñeceu as bacterias que eran responsables do ciclo do nitróxeno, no que están comprendidos os procesos de desnitrificación, nitrificación e fixación do nitróxeno. Funcións microbianas importantes no medio ambiente
Os microorganismos son a columna vertebral de todos os ecosistemas, mesmo os de zonas onde non se pode producir a fotosíntese. Por exemplo, os microorganismos quimiosintéticos son os produtores primarios en ambientes extremos, como os ambientes xeotérmicos de alta temperatura. Nestas condicións extremas, os microbios quimiosintéticos proporcionan enerxía e carbono a outros organismos. Os microorganismos quimiosintéticos obteñen enerxía oxidando compostos inorgánicos como o hidróxeno, nitrito, amoníaco, xofre e ferro(II). Estes organismos poden encontrarse tanto en ambientes aerobios coma anaerobios. Os ciclos do nitróxeno, fósforo, xofre e carbono dependen tamén dos microorganismos. En cada ciclo determinados microorganismos interveñen en certos procesos. Por exemplo, o gas nitróxeno supón o 78 % da atmosfera terrestre; como é un gas bastante inerte, non está dispoñible para a maioría dos organismos malia a súa abundancia. Debe ser convertido primeiro bioloxicamente a unha forma utilizable polos seres vivos por medio da fixación do nitróxeno. A través destes ciclos bioxeoquímicos, os microorganismos poden producir nutrientes utilizables de nitróxeno, fósforo e potasio, que quedan no solo a disposición das plantas. Os microorganismos xogan un papel na solubilización do fosfato, mellorando a saúde do solo e o crecemento das plantas. Aplicacións microbianas en Biotecnoloxía
As interaccións microbianas aprovéitanse tamén en biorremediación. A biorremediación é unha tecnoloxía que elimina os contaminantes do solo e augas residuais usando microorganismos. Exemplos de microorganismos que exercen un papel na biorremediación son as bacterias seguintes: Pseudomonas, Bacillus, Arthrobacter, Corynebacterium, Rhodococcus, metanóxenos, Azotobacter, Alcaligenes, Phormidium, e tamén se usan os fungos Stereum hirsutum, Aspergilus niger, Pleurotus ostreatus, Rhizopus arrhizus e Ganoderma applantus. Evolución microbiana
Debido aos altos niveis de transferencia horizontal de xenes entre comunidades microbianas, a ecoloxía microbiana é tamén importante nos estudos da evolución. Relacións simbióticas microbianas
Mutualismo
O mutualismo é unha relación estreita entre dúas especies na cal cada unha ten un efecto positivo sobre a outra. No mutualismo unha das especies proporciona servizos á outra á vez que recibe servizos da outra, beneficiándose ambas. O mutualismo en ecoloxía microbiana é unha relación entre especies microbianas e outras especies (como exemplo os humanos) que permite que ambas as partes se beneficien. Os microorganismos forman relacións mutualistas con outros microorganismos, plantas ou animais. Un exemplo da interacción microbio-microbio é a sintrofia, tamén chamada alimentación cruzada, e un exemplo clásico é Methanobacterium omelianskii. Este consorcio está formado por un organismo fermentador de etanol (que o transforma en acetato e gas hidróxeno) e un metanóxeno. O organismo que fermenta o etanol proporciona ao seu socio arqueano H2, que este metanóxeno necesita para crecer e producir metano. A sintrofia hipotetizouse que xoga un papel significativo en ambientes limitados en nutrientes e enerxía, como a subsuperficie profunda, onde poden axudar á comunidade microbiana con diversas propiedades funcionais para sobrevivir, crecer e producir a máxima cantidade de enerxía. A oxidación anaerobia de metano lévaa a cabo un consorcio mutualista dunha bacteria redutora de sulfato e unha arquea oxidadora de metano anaerobia. A reacción usada polo socio bacteriano para a produción de H2 é endergónica (e, polo tanto, termodinamicamente desfavorecida); porén, cando se acopla coa reacción realizada polo socio arqueano, a reacción global faise exergónica. Así, ambos os organismos están nunha relación mutualista que lles permite crecer e prosperar nun ambiente que sería mortal para ambas as especies vivindo por separado. Os microorganismos establecen relacións mutualistas con mamíferos como os humanos. O hóspede proporciónalles albergue e nutrientes aos microorganismos, e os microorganismos proporcionan beneficios que axudan ao crecemento do hóspede como protexelos doutros microorganismos prexudiciais ou a produción de substancias útiles.
Un exemplo de simbiose entre fungos e microorganismos (algas unicelulares ou cianobacterias) son os liques.
Comensalismo
o comensalismo é moi común no mundo microbiano, e pódese dicir que significa "comer na mesma mesa". Trátase dunha relación entre dúas especies na que unha especie se beneficia sen producir dano nin beneficio á outra especie. Os produtos metabólicos dunha poboación microbiana son usados pola outra sen que a primeira poboación gañe nin perda nada con isto. Hai moitas parellas de especies microbianas que realizan a reacción de oxidación ou redución da mesma ecuación química. Por exemplo, os metanóxenos producen metano ao reduciren o CO2 a CH4, mentres que os metanótrofos oxidan o metano de novo a CO2.
Amensalismo
O amensalismo (tamén coñecida como antagonismo) é un tipo de relación simbiótica na que unha especie é prexudicada mentres que a outra non é afectada. Un exemplo de tal relación en ecoloxia microbiana é a que se dá entre as bacterias Lactobacillus casei e Pseudomonas taetrolens. Cando coexisten nun ambiente, Pseudomonas taetrolens sofre unha inhibición do seu crecemento e un descenso da súa produción de ácido lactobiónico (o seu produto principal), moi probablemente debido aos subprodutos creados por Lactobacillus casei durante a súa produción de ácido láctico. Antimicrobianos
Os antimicrobianos son substancias que poden matar microorganismos. Os antimicrobianos poden ser antibacterianos ou antibióticos, antifúnxicos ou sustancias antivirais, e a maioría destas substancias son produtos naturais ou obtéñense a partir de produtos naturais. A maioría dos antibióticos obtidos naturalmente son producidos Actinobacteria. Os do xénero Streptomyces son os máis importantes. Os microorganismos producen estes antimicrobianos para loitar contra outros microorganismos.