More Related Content
What's hot (20)
Viewers also liked (20)
Similar to Ekologija mikroorganizama (17)
Ekologija mikroorganizama
- 1. Katedra za mikrobiologiju dr Dragana Miti ulafi
- 2. Ekologija je nauka koja prouava meusobne odnose izmeu organizama i njihove 転ivotne sredine. Termin je nastao od grkih rei oikos (stani邸te) i logos (nauka), prvi je definisao i u ovom smislu koristio nemaki biolog Ernst Haeckel 1869. god. Imajui u vidu svu 邸irinu pojma ekologije, du転nost savremenih ekologa je da istra転e svojstva 転ivotne sredine, utvrde biodiverzitet, kao i brojnost populacija unutar zajednica, determini邸u njihovu aktivnost i interakcije kako meusobne tako i u okviru ekosistema u celini.
- 3. Oblast istra転ivanja ekologije mikroorganizama obuhvata prouavanje i analizu odnosa izmeu MO i biotikih i abiotikih faktora sredine. Prouavanje zajednice MO, njihove strukture i aktivnosti, te interakcija sa ostalim ekolo邸kim faktorima, posebno je ote転ano promenljivo邸u i kompleksno邸u samih MO kao i prostornom i vremenskom varijabilno邸u biotikih i abiotikih parametara.
- 4. Metodologija mikrobiolo邸kih analiza predstavlja poseban problem u ekolo邸kim prouavanjima MO. Tek razvoj adekvatnih metoda, njihova kombinacija i unifikacija te kompatibilnost rezultata omoguavaju kompleksna saznanja o ulozi koju MO imaju u prirodi i razumevanju funkcionisanja ekosistema u celini.
- 5. Ekologija MO razvijala se najpre u okviru op邸te mikrobiologije, manje u okviru ekologije, da bi, kao posebna oblast, poela intezivnije da se razvija tek poetkom 60-ih godina pro邸log veka. Aktuelnost ekologije MO i brz razvoj u ovoj oblasti, poslednjih godina, posledica su podizanja op邸te svesti o ekologiji i ulozi koju MO imaju u odr転avanju visokog nivoa kvaliteta 転ivotne sredine.
- 6. Izdvajanje ekologije MO kao posebne naune discipline najpre se baziralo na saznanjima o kljunoj ulozi MO u tokovima materije i energije, a koja se zasniva na njihovim metabolikim sposobnostima da transformi邸u razliite organske i neorganske supstance. Danas MO imaju kljunu ulogu u re邸avanju nekih akutnih ekolo邸kih i ekonomskih problema sa kojima smo suoeni a to su:
- 7. Izbor naina za pravilno odlaganje vrstog i tenog otpada, Nesta邸ica azotnih ubriva, Izdvajanje metala iz ruda ni転eg kvaliteta, Biolo邸ka kontrola 邸tetoina, Proizvodnja hrane, Proizvodnja energije i goriva iz nusproizvoda i otpadnih materija itd.
- 8. Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) najranija saznanja iz oblasti ekologije MO Lazzaro Spallanzani 1765 truljenje je posledica delovanja malih organizama, koji ne nastaju spontano ve deobom Latour, Schwann i Kuntzing oko 1830 svaki ponaosob dolazi do zakljuka da 転ivi MO izazivaju alkoholno vrenje, ali nisu mogli da objasne naknadno kvarenje supstrata nakon sterilizacije toplotom
- 9. Louis Pasteur (1822-1895) re邸io problem spontane generacije pokazao prisustvo MO u vazduhu i opisao njihovu ulogu u kvarenju predhodno sterilisanog supstrata Pasterovi radovi su bili osnova za stvaranje mikrobiologije kao nove naune discipline U periodu od 1857 do 1876 Paster je zakljuio da je fermentacija rezultat aktivnosti MO
- 10. John Tyndall (1820-1893) engleski fiziar koji je uveo metodu frakcione sterilizacije (tindalizacija) i tako re邸io problem rezistentnih endospora Ferdinand Julius Kohn je neposredno pre Tindalovogh otkria opisao endospore B. subtilis Robert Koch (1843-1910) razvio jednostavne metode za izolovanje i odr転avanje istih kultura MO na vrstim podlogama Ser Alexander Fleming je 1929. zapazio pojavu inhibitornog rasta na kulturi Staphylococcus oko sluajnog kontaminanta Penicillium-a
- 11. Sergei Winogradsky 1890. uspe邸no izolovao nitrifikatore i razvio koncept hemoautotrofije, a takoe prvi izvr邸io nutricionu klasifikaciju zemlji邸nih MO na autohtone (koji koriste humus) i zimogene (oportune) Martinus Beijerunck je 1905 rekao da: nain na koji ja pristupam mikrobiologiji se mo転e koncizno izraziti kao istra転ivanja mikrobijalne ekologije tj. odnosa izmeu ekolo邸kih uslova i posebnih oblika 転ivota koji im odgovaraju.
- 12. Kulminacija saznanja iz ekologije MO dovela je do toga da se 1970. unutar Meunarodnog udru転enja mikrobiolo邸kih dru邸tava oformi Meunarodna komisija za ekologiju MO 邸to se smatra formalnim priznavanjem ekologije MO kao koherentne naune oblasti
- 19. Istra転ivanja u ekolo邸koj mikrobiologiji Usmerena u 2 pravca: - Biodiverzitet mikroorganizama - izolacija, identifikacija i kvanifikaciju mikroorganizama u razliitim stani邸tima - Aktivnost mikroorganizama - aktivnost u razliitim stani邸tima.
- 20. Oba tipa istra転ivanja su veoma va転na Odreivanje aktivnosti in situ - praenje efekta fizikih ili hemijskih agenasa na mikroorganizme. Studije biodiverziteta, zajedno sa merenjem aktivnosti, - dobijanje kompletne slike mikroorganizama odreenog stani邸ta.
- 21. Veoma se retko u prirodi nalazi samo jedna vrsta mikroorganizama. U veini sluajeva postoji zajednica mikroorganizama. Potreban je odabir metode i procedure za njihovo izolovanje i gajenje.
- 22. Kolona Vinogradskog (ekosistem u malom) Ruski mikrobiolog Sergej Vinogradskij konstruisao je kolonu (1880) za studiranje mikoorganizama zemlji邸ta Minijaturni anaerobni ekosistem za izolovanje purpurnih i zelenih fototrofnih bakterija i drugih anaeroba Kolona, stakleni cilindar sa 1/3 organski bogatog mulja sa CaCO3 (pufer) i CaSO4 ( izvor sulfata) i bez vazduha Nalije se vodom iz jezera, bare ili nekog drugog vodenog stani邸ta i pokrije se folijom Sme邸ta u blizinu izvora svetlosti (nije direktna) i ostavlja nedelju dana Veoma dugo izvor svih tipova prokariota koji su ukljueni u kru転enje elemenata
- 23. Kolona Vinogradskog Alge i cijanobakterije gornji deo kolone (usled produkcije O2 ovaj deo je aeroban) Sulfat-redukujue bakterije - supstrat se dobija fermentacijom materija iz mulja (organske kiseline, alkoholi i H2) Purpurne i zelene bakterije - prisustvo sulfida omogucava im rast u delu mulja koji je izlo転en svetlu Usled razliite tolerancije na sulfid: - Purpurne sumporne bakterije se mogu javiti u gornjim slojevima - Zelene sumporne bakterije u donjim slojevima Uzorkovanje fototrofnih bakterija - uranjanjem tanke pipete u kolonu i uzimanjen obojenog dela mulja ili vode.
- 24. Izolovanje iste kulture iz obogaene kulture I邸arana ploa Agar 邸ejk tehnika - razreenja me邸ovite kulture u epruvetama sa rastopljenim agarom za izolovanje anaeroba (fototrofne sumporne bakterije i sulfat- redukujue bakterije iz kolone Vinogradskog) Nekoliko puta ponovljena procedura MPN MPN tehnika se koristi za grubo odreivanje broja mikroorganizama
- 25. Optika pinceta Izolovanje jedne elije pomou laserskih snopova
- 26. Provera iste kulture Kombinacijom: - mikroskopiranja - karakterisktika kolonija - provere rasta na razliitim medijumima, pre svega onim na kojim ne treba da raste Identifikacija i kvantifikacija Metoda razreenja i zasejavanja na podlogu po uzorkovanju bakterija iz vode i zemlji邸ta Samo deo ukupne zajednice mo転e biti odreen na ovaj nain. Visoko selektivni medijumi se koriste za odreivanje broja specifinih bakterija Ako se mikroorganizmi ne mogu gajiti u laboratoriji postoje specifine metode (antitela i sekvence nukleinskih kiselina).
- 27. Tehnike bojenja Fluorescentna boja diamidofenilindol DAPI, boji DNK, koristi se za odreivanje ukupnog broja Akridin oran転 boji DNK i RNK, takoe se koristi za odreivanje ukupnog broja MO u prirodi, hrani i klinickim izolatima Kombinacija fluorescentnih boja (viability staining) koje boje 転ive elije (zeleno) i mrtve elije (crveno), zasniva se na postojanju intaktne celijske membrane
- 28. Fluorescentna antitela Visoka specifinost antitela pripremljenih za razliite elijske strukture odreenog mikroorganuzma Identifikacija i u veoma komplesnom stani邸tu kao 邸to je zemlji邸te npr. Sulfolobus acidocaldarius, ili klinicki izolat (time cosuming) Genetikim in転enjerstvom konstruisani mikroorganizmi koji eksprimiraju fluorescentni protein (FGP), za praenje sudbine introdukovanog mikroorganizma
- 29. Fluorescentna in situ hibridizacija - FISH Filogenetske boje su fluorescentni oligonuklotidi komplementarni baznim sekvencama 16S ili 18S rRNK Ove probe dospevaju u eliju i hibridizuju se sa ribozomalnom RNK Stepen specificnosti ovakvog bojenja je veoma visok Mogu se identifikovati i kvantifikovati razliiti mikroorganizmi u jednom uzorku
- 31. Druge metode hibridizacije Bojenje hromozoma - florescentno obelezavanje gena, seta gena ili celog hromozoma; prati se organizam u prirodi koji nosi odredene gene. In situ reverzna transkripcija ISRT probe se hibridizuju sa iRNK (iz prirodnog uzorka) pa se reverznom transkripcijom sintetise komplementarna DNK. cDNA se umno転i PCR-om i hibridizuje sa fluorescentnim probama - prati se ekspersija gena u uzorku Bojenje hromozoma: E. coli (crvene) i Oceanospirillum linum (plave) DAPI nespecifino bojenje (plave) ISRT specifino obojene elije (crvene)
- 32. Studije biodiverziteta zajednice mikroorganizama Ribozomalne RNA probe - informacija o filogenetskom poreklu vrsta. Klonovi se mogu dobiti: polymerase chain reaction (PCR), umno転avaju se rRNA geni, ili indirektno, dobijanjem cDNA reverznom transkripcijom. Veina filogenetskih analiza mikrobiolo邸kih zajednica je pokazala da se sastoje od filogenetski udaljenih mikroorganizama.
- 33. Rezultati PCR filogenetske analize Potkrepljuje se hipoteza da je biodiverzitet zajednice mnogo vei od prvih predpostavki dobijenih na osnovu odreivanja broja i vrsta MO kultivacijom u laboratorijskim uslovima. PCR filogenetske analize sa 16S rRNA su pokazale da postoje velike razlike laboratorijskih kultura i mikroorganizama iz prirode.
- 34. Metagenomika - Environmental genomics Ukljuuje sekvenciranje i analizu gena svih organizama koji se nalaze u mikrobijalnoj zajednici
- 35. Merenje metabolikih aktivnosti mikroorganizama Vei broj metoda se koristi za merenje aktivnosti mikroorganizama Odreivanje kolektivne aktivnosti mikrobijalnih zajednica Va転ne su negativne kontrole Radioizotopi
- 36. Kombinacija FISH i mikroautoradiografije Filogenetska proba + kori邸enje obele転enog 14 CO2ili glukoze Identifikacija mo koji vr邸i odreenu metaboliku aktivnost Autotrof iz grupe gama Proteobakterija Me邸ovita kultura E.coli i Herpetosiphon sp.
- 37. Mikroelektrode (pH, O2, N2O, CO2, H2, H2S)
- 38. Mikroorganizmi su delovi ekosistema, jedinstvenih funkcionalnih celina svih 転ivih organizama i ne転ive prirode, na jednom ogranienom prostoru. Kao deo biotike komponente ekosistema, mikroorganizmi su predmet izuavanja ekologije, nauke koja prouava uslovljene odnose organizama i spolja邸nje sredine. Veoma raznovrsni ekosistemi postoje u biosferi, svaki sa odreenim spektrom biotikih i abiotikih inilaca. Postoje prostorno veliki ekosistemi kao 邸to su mora, jezera, 邸ume, pustinje itd. ali i mali, specifini za mikroorganizme ekosistemi: usna duplja, grumen zemlje, povr邸ina lista itd.
- 39. Mikroorganizmi, razgraivai (reducenti), razla転u organske materije izumrlih 転ivotinja i biljaka do neorganskih jedinjenja, koje proizvoai ponovo uvode u kru転enje materije. Proizvoai, potro邸ai i razgraivai ine lanac ishrane kojim je omogueno kru転enje materije i protok energije, te je jasno da je za odr転avanje 転ivota na zemlji neophodno da se u svakom ekosistemu prisutni lanovi svake od pomenutih funkcionalnih grupa.
- 40. Koliina hemijskih elemenata u biosferi je stalna i limitirana, te je, stoga, neophodno da se biogeni elementi (elementi koji ulaze u sastav 転ivih elija) stalno recikliraju, prela転enjem iz jednog oblika u drugi i uspostavljanjem ravnote転e izmeu 転ive i ne転ive prirode. Mikroorganizmi zbog svoje biohemijske aktivnosti, pre svega zbog razlaganja organskih molekula, imaju va転nu ulogu u ekosistemima i doprinose odr転avanju 転ivota u biosferi.
- 41. Kako su nastajala nova stani邸ta na Zemlji, ona su bila kolonizovana mikroorganizmima koji su bili genetiki sposobni da opstanu u tim novim uslovima. Kroz ovu interakciju genetike i prirodnog okru転enja, veliki diverzitet stani邸ta koji postoji na Zemlji je bio selekcioni faktor za veliki diverzitet MO.
- 42. MIKROORGANIZMI U PRIRODI Iako su podaci o rasprostranjenosti, broju i aktivnostima mikroorganizama u prirodi nepotpuni, mo転e se slobodno rei da su mikroorganizmi znaajni biotiki faktori u svim ekosistemima. Metodologija predstavlja poseban problem u ekolo邸kim prouavanjima mikroorganizama. Po邸to veina mikroorganizama nije vidljiva slobodnim okom, te nije mogue izai u prirodu i pratitit odreeni organizam i njegov odnos sa sredinom, nedostaje niz osnovnih informacija o mikroorganizmima u velikom broju ekosistema.
- 43. POPULACIJE MIKROORGANIZAMA U EKOSISTEMIMA I KOMPETICIJA ZA PRE貼IVLJAVANJE Mikroskopske dimenzije mikroorganizama dozvoljavaju veoma intiman kontakt sa spolja邸njom sredinom (velika povr邸ina elija prema zapremini), te su mikroorganizmi posebno osetljivi na promene inilaca spolja邸nje sredine (t属, pH, svetlost, koncentracije organskih i neorganskih jedinjenja, voda, itd.). Uslovi mikrosredine (sredine koja okru転uje elije mikroorganizama) su vrlo znaajni, npr. za bakteriju koja raste i razmno転ava se u grumenu zemlje ova mikrosredina je mnogo va転nija od makrosredine (odnosno 邸ume ili polja) u kojoj se grumen nalazi.
- 44. Kvalitativni i kvantitativni sastav mikroorganizama u razliitim ekosistemima zavisi od niza biotikih i abiotikih inilaca. Populacije mikroorganizama variraju od nekoliko stotina elija/ml do 109 ili 1010 elija/ml. U stabilnim ekosistemima, u nepromenjenim uslovima mikrosredine, broj i vrste mikroorganizama ostaju relativno konstantni. Veliina populacije je odreena nekim od ograniavajuih faktora, naje邸e hranljivim sastojcima. Poreenja brzine rasta odreenog mikroorganizma u prirodi sa brznom rasta u optimalnim, laboratorijskim uslovima ukazuje na znatne razlike.
- 45. Na primer, bakterija E.coli koja raste u crevima sisara podeli se svakih 12 asova (2 elijske deobe/24h), a u laboratorijskoj kulturi vreme generacije je 20-30 min. (48 deoba/24h). Ovi podaci pokazuju na to da jedan ili vi邸e ograniavajuih faktora produ転ava vreme generacije mikroorganizama koji rastu u prirodnim uslovima. Meutim, injenica da mo転e da raste i da se razmno転ava u datoj mikrosredini ukazuje da je ispunjen prvi i osnovni uslov da se specifini mikroorganizam nae u odreenom ekosistemu.
- 46. Razliite vrste mikroorganizama su sposobne da rastu u istoj sredini (izuzetak su ekstremni uslovi sredine koji omoguavaju pre転ivljavanje samo specijalizovanim vrstma), meutim, usled kompeticije za izvore hrane i energije, de邸ava se da samo nekoliko, pa ak i samo jedna vrsta mikroorganizma zauzima odreenu mikrosredinu.
- 47. Niz razliitih osobina, pored brzine razmno転avanja, mo転e poveati kompetitivnost jedne vrste u invaziji mikrosredine. Najva転nije osobine su: visoka tolerancija uslova spolja邸nje sredine (vrsta koristi razliite supstrate za ishranu, neosetljiva na znaajna variranja pH i t属 i dr.); sposobnost sinteze toksina ili antibiotika; sposobnost prela転enja u metaboliki neaktivna stanja (spore, mikrociste) itd. Bilo koja od navedenih osobina omoguava vrsti uspe邸nu invaziju datog prostora.
- 48. Pored kompeticije, u ekosistemima se javljaju i drugi oblici interakcije izmeu dva ili vi邸e organizama. Primeri razliitih interakcija su simbioza ili mutualizam, meusobni odnos dve ili vi邸e populacija razliitih vrsta, koristi svim uesnicima zajednice; parazitizam, odnos u kome jedna vrsta ima koristi, dok je drugi neo邸teen i najzad neutralizam, odnos u kome uesnici zajednice nemaju meusobne ni 邸tete ni koristi.
- 49. PROMENE U POPULACIJAMA Sa promenama uslova u mikrosredini dolazi i do promena u broju i vrstama mikroorganizama koji je naseljavaju. Neke od postojeih populacija se, takoe, mogu adaptirati na nove uslove sredine (sintezom novih, ili prestankom sinteze nekih od svojih enzima). Osim toga, malobrojni mutanti koji se nalaze u postojeoj populaciji, mogu imati osobine koje im omoguavaju da postanu dominantni u novim uslovima izmenjene sredine.
- 50. Pojava mutanata otpornih na antibiotike iliustruje ovakav tip adaptacije: u odsustvu antibiotika mutanti rezistantni na antibiotike su zastupljeni malim brojem jedinki u populaciji, uglavnom zbog svog sporijeg razmno転avanja. Meutim, u prisustvu antibiotika, samo mutanti rezistentni na odreeni antibiotik pre転ivljavaju. esto do drastinih promena spolja邸nje sredine mo転e doi usled rasta i metabolizma mikroorganizma koji je naseljavaju. Ovakve promene mogu dovesti do smenjivanja jedne za drugom razliitih populacija iji se redosled mo転e predvideti sa velikom tano邸u.
- 51. Populacije MO koje naseljavaju zajedniko stani邸te stupaju u slo転ene meusobne odnose i ine vrlo integrisanu i slo転enu zajednicu MO ili mikrobiocenozu. Zajednice se formiraju kao rezultat brojnih ekolo邸kih i evolucionih procesa i predstavljaju dinamian sistem koji se odlikuje specifinim sastavom i prostornom i vremenskom dinamikom.
- 52. Sastav zajednice odreuju diverzitet vrsta i brojnost populacija u njoj. Opstanak i polo転aj unutar zajednice populacije, naje邸e ostavruju: Visokom reproduktivnom sposobno邸u ili Fiziolo邸kom adaptacijom na raspolo転ive resurse i ekolo邸ke faktore u stani邸tu
- 53. MO koji imaju visoku reproduktivnu sposobnost preovlauju u sredinama u kojima izvori nutrijenata nisu ogranieni. Tako su Microcystis flos-aquae, Anabena flos- aquae i druge Cyanobacteria, u uslovima visokih temperatura i dovoljne koliine fosfata i drugih nutrijenata, tokom leta, razmno転avaju veoma brzo izazivajui tzv. cvetanje vode.
- 54. Metabolizam i reprodukcija brojne populacije je praena znaajnim utro邸kom nutrijenata; smanjena koliina nutrijenata uzrokuje smanjenje rasta ovih populacija do njegovog potpunog zaustavljanja. Ponovnom akumulacijom odgovarajueg supstrata u stani邸tu se stvaraju uslovi za obnavljanje populacije. Kompetitivnu prednost, tokom perioda smanjenog ili zaustavljenog razvia, imaju vrste koje stvaraju brojne rezistentne oblike.
- 55. Populacije koje se odlikuju fiziolo邸kom adaptacijom, odlikuju se i veom stabilno邸u i uspe邸no naseljavaju sredine siroma邸ne nutrijentima. Tako su marinske vrste iz rodova Spirillum i Vibrio i slatkovodne prostekate adaptirane na ekstremno niske koncentracije organske materije 邸to je osnova njihove 邸iroke rasprostranjenosti u ovim sredinama. Zemlji邸ne vreste iz rodova Agrobacterium i Corynebacterium za svoj umereni rast degradiraju humus i kao takvi su esti stanovnici terestinih ekosistema.
- 56. STRUKTURA ZAJEDNICE MIKROORGANIZAMA Osnovne elemente strukture zajednica MO ine kvalitativni sastav, prostorna i vremenska dinamika, brojni odnos zastupljenih populacija i drugi. Unutar zejednica MO vremenom pojedine populacije bivaju zamenjene drugim, bolje adaptiranim 邸to doprinosi ekolo邸koj stabilnosti zajednice u procesima poznatim kao sukcesije. U osnovi ovih promena nalazi se nepotpunost biogeohemijskih ciklusa kru転enja u datoj biocenozi, odnosno zastoj na nekom trofikom nivou, ali i itav niz drugih faktora.
- 57. Sukcesija zajednice poinje kolonizacijom ili invazijom stani邸ta populacijama MO. Pionirski MO naseljavaju stani邸te koje predhodno nije bilo naseljeno u procesu poznatom kao primarna sukcesija.
- 58. Lep primer primarnih sukcesija pru転a vulkansko ostrvo Krakatoa na kome je proces naseljavanja razliitih vrsta MO otpoeo neposredno nakon katastrofalne vulkanske erupcije. Bakterije mlenokiselinskog vrenja koje naseljavaju intestinalni trakt novoroenih 転ivotinja, su takoe primer primarne sukcesije.
- 59. Kada se iz nekog razloga naru邸e odnosi unutar primarne zejednice dolazi do smene pojedinih populacija i obnavljanja sastava zajednice u procesu poznatom kao sekundarna sukcesija. U nekim sluajevima pionirski MO menjaju stani邸te i omoguavaju naseljavanje novih populacija.
- 60. Svojom delatno邸u aerobni MO stvaraju uslove za razvoj fakultativnih anaeroba u procesu koji je poznat kao autogena sukcesija. Alogena sukcesija nastaje kao rezultat promene ekolo邸kih faktora koja se de邸ava nezavisno od aktivnosti MO. Uzroci promena ekolo邸kih faktora mogu biti razliiti. Vulkanske erupcije, po転ari, antropogeno delovanje itd.
- 61. Kao primarna, zavr邸na faza u nizu sukcesija formira se klimaks zajednica koja je najbolje prilagodena uslovima i mogunostima datog stani邸ta. U odnosu prema spolja邸njoj sredini klimaks zajednica pokazuje visok stepen stabilnosti, odnosno nalazi se u stanju relativne ravnote転e poznate kao homeostaza.
- 62. Sa aspekta ekologije MO u prirodi se neprekidno odvijaju razliite sukcesivne promene: - Sukcesija autotrofa i heterotrofa, uslovljena odnosom fotosinteze i respiracije u zajednici, relativno se esto de邸ava u prirodi. - Autotrofi su esto pionirski u stani邸tima sa malo organske materije i dovoljno solarne energije kakve su na primer vulkanske stene.
- 63. U ovakvoj autotrofnoj sukcesiji intezitet fotosinteze je vei od inteziteta respiracije 邸to dovodi do akumulacije organske materije u stani邸tu. Akumulacija dovoljnih koliina organske materije omoguava sekundarnu sukcesiju heterotrofa.
- 64. Ilustrativan primer su sukcesije MO koje se neprestano de邸avaju na glavi oveka nakon 邸amponiranja kose. U ovom sluaju sukcesije izazvane promenom ekolo邸kih faktora (邸amponiranjem) ne rezultiraju novom klimaks zajednicom ve obnavljanjem originalne
- 65. esto do drastinih promena spolja邸nje sredine mo転e doi usled rasta i metabolizma MO koji je naseljavaju na primer nepasterizovano mleko. Prva dominantna populacija u pomu転enom mleku je Streptococcus lactis koji u toku rasta i razmno転avanja fermenti邸e 邸eer laktozu iz mleka do mlene kiseline, 邸to dovodi do sni転avanja pH mleka. Kiselost inhibira rast mnogih MO u mleku ali i rast Streptococcus-a.
- 66. Bakterije koje se uspe邸no razmno転avaju u sredinama visoke kiselosti su Lactobacillus casei i L. bulgaricus koje kao izvor energije koriste preostalu laktozu iz mleka i postaju II dominantna populacija u mleku. Sa daljim sni転avanjem pH sredine, kvasci i plesni postaju III dominantna populacija, koja u toku svog metabolizma koristi mlenu kiselinu i pretvara je u nekiseli derivat.
- 67. Sa povi邸avanjem pH sredine ipak nije omoguen ponovni rast I i II dominantne populacije, jer je laktoza potpuno utro邸ena. Kao izvor energije u mleku ostali su proteini koje efikasno svojom proteolitikom aktivno邸u koriste bakterije roda Bacillus koje postaju IV dominantna populacija. Krajnji rezultat metabolike aktivnosti je bistar produkt, neprijatnog mirisa u kome se mogu nai samo neki sporogeni oblici.
- 68. Eutrofizacija rezultat intezivne urbanizacije, industralizacije i razvoja poljoprivrede Samoprei邸avanje ili autopurifikacija je proces tokom koga se pod uticajem fizikih (razbla転ivanje, talo転enje), hemijskih (oksidacija, redukcija, hidroliza) i biolo邸kih procesa kvalitet vode nakon nekog vremena od uliva efluenata pobolj邸ava. Autopurifikacija voda zagaenih biolo邸ki degradibilnim materijama odvija se aktivno邸u mikroorganizama a sam proces se odlikuje nizom sukcesija razliitih grupa mikroorganizama
- 70. Autopurifikacija Svaka sukcesija se odlikuje prisustvom odredenog oblika azota, kolicine rastvorenog kiseonika, slobodnog CO2, brojem bakterija u 1ml vode, odnosno brojem individua prema broju prisutnih vrsta Za potpuno procenjivanje procesa, pored zajednica MO, potrebno je sagledati i sastav i dinamiku biocenoze u celini, posebno onih vrsta ili grupa organizama koji imaju karakter bioindikatora
- 71. Proces otpoinje poveanjem sadr転aja organske materije i poveanjem brojnosti heterotrofnih bakterija. Broj vrsta se smanjuje tako da su zastupljene vrste sa odgovarajuom fiziolo邸kom aktivno邸u u odnosu na prirodu efluenata Dolazi do naglog pada O2, koji je uzrok nestanka itave grupe organizama (alge, protozoe) Koliina kiseonika i koncentracija produkata mineralizacije odreuje tok sukcesija
- 72. Na mestima gde se akumuliraju aminokiseline (produkti razgradnje proteina) esto se nalaze Spherotilus natans i neke vrste gljiva. Oni hidrolizuju amninokiseline do NH4 i H2S. Dalja transformacija, ovako nastalih prelaznih produkata mineralizacije, obavlja se aktivno邸u nitrifikatora, fosfo-mineralizatora i praena je akumulacijom mineralnih asimilativa (fosfata i nitrata) Postepeno se smanjuje brojnost heterotrofnih bakterija a pojavom CO2, kao jednog od krajnjih produkata mineralizacije, poveava populacija fotosintetikih organizama (Cyanobacteria, algi, biljaka)
- 73. Sa uspostavljanjem aerobnih uslova u ekosistemu se obnavlja populacija Cladophora Uz prisustvo bakterija kao izvora hrane i dalje poveanje koliine kiseonika poveava se i brojnost i raznovrsnost Protozoa Zagaenje vodenog basena toksinim ili materijama sa inhibitornim delovanjem ili bilo kakvo naru邸avanje celovitosti procesa doprinosi usporavanju ili potpunom zaustavljanju autopurifikacije
- 74. Klasifikacija voda Imajui u vidu osetljivost mikroorganizama prema promenama stepena trofinosti utvreno je da mikroorganizmi na promene br転e reaguju promenom nivoa enzimatske aktivnosti nego brojnosti Jedan od savremenih sistema za kategorizaciju povr邸inskih voda bazira se na odreivanju indeksa fosfatazne aktivnosti vode, koji istovremeno odra転ava nivo organskog optereenja i u korelaciji je sa klasinim indikatorima stanja vode
- 76. Mikrobiolo邸ki aspekti vode za pice Higijenski ispravna voda za pie je ona koja odgovara u pogledu mikrobiolo邸kih, fiziko- hemijskih i hemijskih osobina a kvalitet pojedinih parametara je propisan Pravilnikom Najznajniji zagivai vode za pie su mikroorganizmi humanog porekla: indikatori fekalnog zagaenja (E.coli i druge fekalne koliforme, S.faecalis, S.faecium, Proteus sp.), sulfitoredukujue klostridije (C.perfigens) Voda za pie ne sme da sadr転i bakterije iz rodova: Salmonella, Shigella, Vibrio cholere, Yersinia eneterocolitica, Campilobacter jejuni; viruse adenovirus, enterovirusi, virusi hepatitisa, Rotavirus i dr; niti crevne Protozoa, crevne Helminthes.
- 79. Zemlji邸te kao stani邸te mikroorganizama
- 80. Zemlji邸te koje se nalazi kao rastresit povr邸inski sloj zemljine kore, je veoma kompleksna 転ivotna sredina koja pru転a optimalne uslove za razvoj brojnih MO. Iz tog razloga su zajednice MO u zemlji邸tu najbrojnije i po broju vrsta i po broju individua te zemlji邸te predstavlja rezervoar MO iz koga oni dospevaju i u druge prirodne sredine u biogeosferi.
- 81. Mikroorganizmi u zemlji邸tu Za direktno posmatranje mikroorganizama iz zemlji邸ta - flurescentni mikroskop i bojenje fluorescentnim bojama Za posmatranje specifinih mikroorganizama -fluorescentna antitela ili filogenetske probe Scaning elektronska mikroskopija -informaciju o morfologiji i broju zemlji邸nih bakterija.
- 82. Zemlji邸te kao stani邸te mikroorganizama Zemlji邸te - generalno povoljno stani邸te za razmno転avanje mikroorganizama Najvea aktivnost mikroorganizama u povr邸inskim slojevima bogatim organskim supstancama Dostupnost vode i koliina hranljivih materija va転ni faktori koji odreuju aktivnost mikroorganizama U nekim zemlji邸tima C nije limitirajui faktor ve neorganske komponente, fosfor ili azot
- 83. Zemlji邸te kao stani邸te mikroorganizama Najintenzivniji rast mikroorganizama se odvija na povr邸ini partikula zemlji邸ta, obino u rizosferi Mali agregati zemlji邸ta mogu imati razliite mikrouslove tako da vi邸e razliitih vrsta mikroorganizama mo転e biti prisutno
- 84. Zemlji邸ne zajednice Na partikulama zemlji邸ta se razvijaju mikrokolonije Broj mikroorganizama u zemlji邸tu je vei od broja u sve転im vodama ili morima (106 -109 / g). U zemlji邸tu su virusi, bakterije, gljive, alge i protozoe Organskih materija ima dosta pa je omoguen rast heterotrofnih MO
- 85. Autohtone zajednice mikroorganizama u zemlji邸tu Sposobne da koriste supstance humusa Spora ali konstantna aktivnost je karakteristika ovih organizama Veina su gram negativne 邸tapiaste bakterije i aktinomicete Arthrobacter, Azotobacter, Rhizobium, Myxobacteria: Myxococcus, Chondrococcus, Archangium, Polyangium, Caulobacter, Cellulomonas, Corynebacterium, Streptomyces i Nocardia, Micromonospora, Actinomyces
- 86. Zimogene ili oportunistike zajednice u zemlji邸tu Ne koriste humusne supstance Pokazuju visoki nivo aktivnosti i brzog rasta na supstratima biljnog i 転ivotinjskog porekla Period intenzivne aktivnosti smenjuje period neaktivnosti Tipine zimogene vrste: Pseudomonas, Bacillus, Penicillium, Aspergillus i Mucor
- 87. Alohtoni mikroorganizmi zemlji邸ta Humani i animalni patogeni, dospevaju iz vazduha, vode ili u asocijaciji sa biljnim ili 転ivotinjskim materijalom, ali se elimini邸u brzo Sa inficiranim biljnim materijalom: Agrobacterium, Corynebacterium, Erwinia, Pseudomonas i Xanthomonas Patogeni 転ivotinja - fekalne streptokoke i Salmonella Endospore i druge rezistentne forme mogu u dormantnom obliku ostati du転e
- 88. Mikroorganizmi zemlji邸ta Va転ni u biodegradaciji i recikliranju materija Biljni polimeri, celuloza i lignin, recikliraju se uz pomo mikroorganizama Azotofiksatori, bilo slobodni ili u asocijaciji sa vi邸im biljkama su veoma znaajni Mikroorganizmi zemlji邸ta imaju ogranienu ulogu u primarnoj produkciji
- 90. Mikroorganizmi u obradivom zemlji邸tu (do 15 cm dubine) br/g biom g/m3 Prokarioti Bakterije 108 160g/m3 Aktinomicete 105 -106 160 Eukarioti Gljive 105 200 Alge 104 -105 32 Protozoe 104 38
- 91. Bakterije u zemlji邸tu Obligatni aerobi Fakultativni anaerobi Mikroaerofili Obligatni anaerobi Psihrofili (ledene pustinje) Organizmi koji formiraju endospore Fiksiraju azot Hemolitotrofi
- 92. Interakcija biljke- mikroorganizmi Rizosfera region u neposrednoj blizini korenova Ekskrecijom korenova 邸eeri, amino kiseline, hormoni, vitamini Visok broj mikroorganizma formiranje mikrokolonija na povr邸ini korenova Filosfera povr邸ina listova bogato naseljena u tropskim ki邸nim 邸umama
- 93. Fiksacija azota u simbiozi sa leguminozama Interakcija leguminoza i Gram- azotofiksirajuih bakterija Leguminoze: soja, detelina, pasulj, gra邸ak, itd. Gram- pokretni 邸tapii: Rhizobium, Azorhizoboum, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Mesorhizobium,
- 94. Nakon infekcije formiraju se nodule na korenovima u kojima se mo転e vr邸iti fiksacija atmosferskog azota Bakterije se deformi邸u bakteroidi Bakteroidi se u biljnim elijama zaokru転uju membranom- simbiozom Enzim nitrogenaza (protein sa gvo転em i molibdenom) osetljiv na O2
- 95. Leghemoglobin crvene je boje, nalazi se u aktivnim nodulama i odr転ava O2 na niskom nivou Bakteroidima biljke obezbeuju energiju za azotofiksaciju (intermedijeri limunskog ciklusa, sukcinati, malati i fumarati) Koriste se kao donori elektrona za produkciju ATP-a
- 96. Amonijak prvi stabilni produkt azotofiksacije Asimiluje se od strane biljke i preveden u amino kiseline (glutamin, asparagin, 4- metil alutamin, alantoin) Kod tropskih biljaka nodule se mogu formirati na stablu-zemlji邸te je siroma邸no azotom
- 98. Rumen - organ sisara biljojeda (goveda, ovce, koze) Sisari, kao i veina 転ivotinja ne poseduje enzime koji mogu da razlo転e celulozu, ali je mogu iskoristiti zahvaljujui prisustvu mikroorganizama u svom digestivnom traktu. Specijalizovane populacije mikroorganizama vr邸e digestiju celuloze i ostalih biljnih polisaharida.
- 99. Rumen je relativno veliki organ (100-150L kod krava; 6L kod ovaca) u koji prvo dospeva hrana. Visoka konstantna temperatura (39属C), konstantan pH (6,5), i anaerobni uslovi su veoma va転ni faktori u funkcionisanju rumena koji se mo転e uporediti sa mikrobiolo邸kim hemostatom.
- 100. Hrana koja dospeva u rumen me邸a se sa pljuvakom koja sadr転i bikarbonate. Peristatilka dovodi do usitnjavanja celuloze u finu suspenziju tako da mikroorganizmi mogu da je metaboli邸u.
- 101. Mikrobiolo邸ka fermentacija u rumenu Hrana ostaje u rumenu 9-12h. Za vreme ovog perioda celulolitike bakterije i celulolitike protozoe hidrolizuju celulozu. Glukoza se fermenti邸e do masnih kiselina (siretna, propionska, buterna), ugljen dioksida i metana. Masne kiseline dospevaju u krvotok i predstavljaju glavni izvor energije.
- 103. Mikroorganizmi rumena Pored uloge u razgradnji biljne hrane, mikroorganizmi rumena imaju ulogu u sintezi amino kiselina i vitamina. Rumen konstantno sadr転i veoma veliki broj mikroorganizama (1010 -1011 bakterija/ml tenosti rumena). Mnoge elije mikroorganizama bivaju svarene u gastrointestinalnom traktu i izvor su proteina i vitamina za 転ivotinju.
- 104. Biohemijski odnosi u rumenu su veoma kompleksni i ukljuuju kombinovane aktivnosti razliitih mikroorganizama. Dominantna populacija su anaerobne bakterije Vi邸e razliitih bakterija u rumenu hidrolizuje polimere kao 邸to je celuloza do 邸eera i fermenti邸e 邸eere do masnih kiselina.
- 105. Bakterije rumena Fibrobacter succinogenes i Ruminococcus albus su dva najbrojnija celulolitika anaeroba koja se nalaze u rumenu. - Fibrobacter, gram- bakterija koja peri- plazmatikom celulazom razgrauje celulozu, tako da mora biti privr邸ena za celulozna vlakna u toku njihove digestije. - Ruminococcus produkuje veoma velike koliine celulaze koja se oslobaa u sadr転aj rumena i razgrauje celulozu van elije bakterije.
- 106. Ruminobacter amylophilus i Succinomonas amylolitica - ukoliko se 転ivotinja prebaci na hranu bogatu skrobom (zrna 転itarica) dolazi do poveanog razvoja bakterija sposobnih da razgrauju skrob, Lachnospira multiparus - ukoliko se hrane leguminozama koje su bogate pektinom, dolazi do razvoja bakterija koje razla転u pektin. Neki od produkata fementacije se veoma brzo koriste od strane drugih bakterija: - Sukcinati se konvertuju u propionat i CO2; - Laktat se fermenti邸e u siretnu ili druge kiseline od strane Selenomonas i Megaspaera.
- 107. Brojne bakterije rumena kao produkt fermentacije osloba|aju etanol koji mo転e biti fermentiran do acetata i H2. Metanogene bakterije - H2 koji se produkuje u rumenu veoma se brzo koristi za redukciju CO2 i nastanak CH4.. Drugi izvor H2 i CO2 za metanogene je formijat. Velika koliina CH4 i CO2 se akumulira u rumenu (65% CO2 i 35% CH4).
- 108. Dinamika ekosistema rumena Glavna karakteristika ovog ekosistema je njegova konstantnost. Razliite vrste pre転ivara u razliitim delovima sveta poseduju iste glavne grupe bakterijskih vrsta, ije proporcije variraju od ishrane. De邸ava se da promena sastava mikrobiolo邸ke zajednice rumena dovede do bolesti ili ak i do smrti 転ivotinje.
- 109. Dinamika ekosistema rumena Promena u ishrani, od travnate ka zrnastoj hrani, dovodi do promene broja Streptococcus bovis (od 107 raste na 1010 el./ml). Streptococcus bovis je bakterija mleno- kiselinskog vrenja, produkuje se velika koliina laktata 邸to vodi acidozi rumena i smrti ostale flore.
- 110. Da bi se izbegla acidoza, koja mo転e dovesti i do smrti, 転ivotinje se polako u toku nekoliko dana prebacuju sa jedne vrste hrane na drugu. Razvijaju se populacije bakterija koje razgrauju skrob do masnih kiselina.