Información

¿Sobreviven y viven normalmente los microorganismos en un entorno de gravedad cero?

¿Sobreviven y viven normalmente los microorganismos en un entorno de gravedad cero?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

¿Se han realizado experimentos en el espacio sobre el comportamiento de los microorganismos? ¿Pueden moverse en una gota de agua como lo hacen en la Tierra? ¿Pueden comer y reproducirse normalmente?

Editar: por gravedad cero, me refiero a un entorno en el que se siente una aceleración cero. Orbitar la Tierra sería así, ya que estás constantemente en caída libre. Un entorno giratorio no es de gravedad cero, ya que las cosas en el interior sentirán una fuerza "centrífuga" que las empujará hacia la pared (aunque en realidad es una aceleración centrípeta que choca contra su intertia).


Se han realizado varios experimentos con microorganismos en la ISS (Estación Espacial Internacional), y los resultados se publicaron en revistas revisadas por pares, como esta, por ejemplo:

Una base genética molecular que explica el comportamiento bacteriano alterado en el espacio

Sin embargo, hay que aclarar dos cosas:

Primero, el entorno en ISS no es realmente un entorno de gravedad cero. En realidad, dado que la ISS está orbitando a solo 400 km de la superficie de la Tierra, la gravedad en la nave es casi la misma que en la superficie del planeta (89%, para ser más precisos). Lo que pasa es que la ISS está constantemente descendente, y esa caída sin fin simula un entorno de gravedad cero.

Por esta razón, no es necesario ir al espacio para realizar experimentos de microgravedad: se pueden realizar aquí, en la superficie de la Tierra, en contenedores giratorios (Tirumalai et al., 2017). Por ejemplo, este es un dispositivo para simular la microgravedad en el suelo, en un laboratorio común:

Segundo: la mayoría de las experiencias realizadas en ISS se centran en bacterias (y no en otros grupos de microorganismos, como protozoos y algas), y más específicamente en su patogenicidad. La forma en que se formuló su pregunta ("¿Pueden moverse en una gota de agua como lo hacen en la Tierra? ¿Pueden comer y reproducirse normalmente?") hacen que parezca que estás interesado en cosas como la locomoción y la fagocitosis en eucariotas unicelulares, pero esa no es su principal preocupación. Su principal preocupación es que las bacterias tienen diferentes presiones selectivas en el espacio, modificando su expresión genética, y estas "nuevas" cepas podrían ser potencialmente peligrosas para la tripulación.

Según Tirumalai (2017):

Los microorganismos impactan los vuelos espaciales de diversas formas. Desempeñan un papel positivo en los sistemas biológicos, como el tratamiento de aguas residuales, pero pueden ser problemáticos debido a la acumulación de biopelículas que pueden afectar el soporte vital avanzado. De preocupación especial es la posibilidad de que durante misiones extendidas, el entorno de microgravedad proporcione selección positiva para cambios genómicos indeseables. Dichos cambios podrían afectar la sensibilidad a los antibióticos microbianos y posiblemente la patogenicidad. (enfatiza el mío)

Y según NASA (2017):

Los científicos han observado que en el espacio, algunas cepas de bacterias parecen exhibir un crecimiento mejorado y una mayor virulencia (capacidad de causar enfermedades).

Por lo tanto, experimentos como AES-1 (para "Efectividad de los antibióticos en Space-1") se llevaron a cabo para comparar la expresión génica de una cepa de bacterias no patógena (en ese caso, Escherichia coli) creciendo en microgravedad con las mismas bacterias creciendo en el suelo.

El astronauta de la NASA Rick Mastracchio usa una manivela para activar un paquete de activación grupal (GAP) a bordo de la ISS para el experimento AES-1. (fuente: NASA, 2017)

Los hallazgos hasta ahora muestran que las bacterias que crecen en microgravedad tienen menos disponibilidad de nutrientes. Aún según la NASA (2017):

En la Tierra, el movimiento de las células bacterianas a través de su medio está influenciado por las propiedades físicas del medio, incluidas las fuerzas impulsadas por la gravedad como la flotabilidad y la sedimentación, así como otras fuerzas, como la viscosidad del medio. A medida que las células se mueven, interactúan con medios frescos y absorben moléculas de nutrientes. Las células también excretan productos de desecho que pueden sedimentar, flotar o arrastrarse detrás de las células si se mueven, mientras que simultáneamente se difunden. Sin embargo, en microgravedad, estas fuerzas impulsadas por la gravedad están ausentes, y el transporte de nutrientes a las células y los productos de desecho lejos de las células se limita al transporte por difusión únicamente. El modelo del entorno extracelular alterado plantea la hipótesis de que la reducción resultante en el movimiento de moléculas conduce a una menor interacción de las células con el medio fresco y, por lo tanto, a una menor disponibilidad de moléculas de nutrientes para la absorción.

El análisis de esas bacterias mostró que cambiaron su expresión genética. Los genes sobreexpresados ​​se asociaron principalmente con:

  1. Ambiente bajo en glucosa
  2. Entorno ácido

Además, el experimento mostró que tales bacterias requerían una mayor concentración de antibióticos para ser destruidas, probablemente porque hay una concentración reducida de antibióticos alrededor de las células.

Para terminar, un dispositivo curioso es el "tubo de ensayo" utilizan en microgravedad. En el espacio no puedes simplemente manipular tubos de ensayo como lo hacemos aquí, a 1 g. Tiene que ser un dispositivo especial:

Para el experimento AES-1, el equipo de investigación preparó 128 muestras de cultivo bacteriano para enviar al Laboratorio Nacional de ISS. Cada una de las muestras estaba contenida en un aparato de procesamiento de fluidos (FPA), un tubo de ensayo especialmente diseñado por BioServe Space Technologies para su uso en microgravedad.

Eso es todo:

Fuentes:

  • Zea, L., Prasad, N., Levy, S., Stodieck, L., Jones, A., Shrestha, S. y Klaus, D. (2016). Una base genética molecular que explica el comportamiento bacteriano alterado en el espacio. PLOS ONE, 11 (11), p.e0164359.
  • Tirumalai, M., Karouia, F., Tran, Q., Stepanov, V., Bruce, R., Ott, C., Pierson, D. y Fox, G. (2017). La adaptación de las células de Escherichia coli cultivadas en microgravedad simulada durante un período prolongado es tanto fenotípica como genómica. npj Microgravity, 3 (1). [en línea] Disponible en: https://www.nature.com/articles/s41526-017-0020-1
  • NASA, (2017). [en línea] Disponible en: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/upward_magazine_vol2_issue1.pdf [Consultado el 5 de agosto de 2017].

A veces pueden incluso sobrevivir mejor en gravedad cero que en la gravedad de la Tierra! Consulte los investigadores de Phys.org descubren que las bacterias prosperan en un entorno de baja gravedad cero en nutrientes.

Un equipo de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer, en Nueva York, que trabaja con el Centro de Investigación Lockheed-Martin Ames, descubrió que una cepa de un tipo común de bacteria prospera a bordo de los vehículos espaciales, incluso cuando se enfrenta a una cantidad mínima de nutrientes. En su artículo publicado en BMC Microbiology, los investigadores describen un experimento que realizaron a bordo del transbordador Atlantis de la NASA que mostró que Pseudomonas aeruginosa, un tipo muy común de bacteria, produce cultivos más densos cuando está en el espacio que en la Tierra cuando los nutrientes disponibles están restringidos.


Microbiología del agua

La microbiología del agua se ocupa de la microorganismos que viven en agua, o puede ser transportado desde uno habitat a otro por agua.

El agua puede favorecer el crecimiento de muchos tipos de microorganismos. Esto puede resultar ventajoso. Por ejemplo, las actividades químicas de ciertas cepas de levaduras nos proporcionan cerveza y pan. Además, el crecimiento de algunos bacterias en agua contaminada puede ayudar a digerir los venenos del agua.

Sin embargo, la presencia de otros enfermedad causar microbios en el agua no es saludable e incluso pone en peligro la vida. Por ejemplo, las bacterias que viven en el tracto intestinal de los humanos y otros animales de sangre caliente, como Escherichia coli, Salmonela, Shigella, y Vibrio, puede contaminar el agua si las heces ingresan al agua. Contaminación de agua potable con un tipo de Escherichia coli conocido como O157: H7 puede ser fatal. La contaminación del suministro de agua municipal de Walkerton, Ontario, Canadá en el verano de 2000 por la cepa O157: H7 enfermó a 2.000 personas y mató a siete personas.

El tracto intestinal de los animales de sangre caliente también contiene virus que pueden contaminar el agua y causar enfermedades. Los ejemplos incluyen rotavirus, enterovirus y coxsackievirus.

Otro grupo de microbios de interés en la microbiología del agua son protozoos. Los dos protozoos de mayor preocupación son Giardia y Cryptosporidium. Viven normalmente en el tracto intestinal de animales como el castor y ciervo. Giardia y Cryptosporidium forman formas latentes y resistentes llamadas quistes durante sus ciclos de vida. Las formas de quiste son resistentes a cloro, que es la forma más popular de desinfección del agua potable y puede pasar a través de los filtros utilizados en muchos tratamiento de aguas plantas. Si se ingieren en el agua potable, pueden causar diarrea prolongada y debilitante en humanos, y pueden ser potencialmente mortales para aquellas personas con sistemas inmunológicos deteriorados. Cryptosporidium La contaminación del agua potable de Milwaukee, Wisconsin en 1993 enfermó a más de 400.000 personas y mató a 47 personas.

Muchos microorganismos se encuentran naturalmente en agua salada. Estos incluyen bacterias, cianobacterias, protozoos, algasy animales diminutos como los rotíferos. Estos pueden ser importantes en la cadena alimentaria que forma la base de la vida en el agua. Por ejemplo, los microbios llamados cianobacterias pueden convertir el energía de El sol en la energía que necesita para vivir. La gran cantidad de estos organismos, a su vez, se utiliza como alimento para otras formas de vida. Las algas que prosperan en el agua también son una importante fuente de alimento para otras formas de vida.

Una variedad de microorganismos vive en agua dulce. La región de un cuerpo de agua cerca de la costa (la zona litoral) está bien iluminada, es poco profunda y más cálida que otras regiones del agua. Algas y bacterias fotosintéticas que utilizan luz mientras la energía prospera en esta zona. Más lejos de la orilla se encuentra la zona limnítica. Los microbios fotosintéticos también viven aquí. A medida que el agua se profundiza, las temperaturas se vuelven más frías y el oxígeno la concentración y la luz en el agua disminuyen. Ahora, los microbios que requieren oxígeno no prosperan. En cambio, morado y verde azufre dominan las bacterias, que pueden crecer sin oxígeno. Finalmente, en el fondo de las aguas dulces (la zona bentónica), pocos microbios sobreviven. Las bacterias que pueden sobrevivir en ausencia de oxígeno y luz solar, como las bacterias productoras de metano, prosperan.

El agua salada presenta un ambiente diferente al de los microorganismos. Lo mas alto sal concentración, mayor pHy más bajo nutrientes, relativo a agua dulce son letales para muchos microorganismos. Pero, las bacterias amantes de la sal (halófilas) abundan cerca de la superficie, y algunas bacterias que también viven en el agua dulce son abundantes (es decir, Pseudomonas y Vibrio). Además, en 2001, los investigadores demostraron que la forma antigua de vida microbiana conocida como arquebacterias es una de las formas de vida dominantes en el Oceano. El papel de las arqueobacterias en la cadena alimentaria oceánica aún no se conoce, pero debe ser de vital importancia.

Otro microorganismo que se encuentra en el agua salada son un tipo de algas conocidas como dinoflagelados. El rápido crecimiento y la multiplicación de los dinoflagelados pueden hacer que el agua se vuelva roja. Esta "marea roja" agota los nutrientes y el oxígeno del agua, lo que puede causar muchos pez morir. Además, los seres humanos pueden enfermarse al comer pescado contaminado.

El agua también puede ser un medio ideal para transportar microorganismos de un lugar a otro. Por ejemplo, ahora se sabe que el agua que se transporta en los cascos de los barcos para estabilizar los barcos durante sus viajes por el océano es un medio de transporte de microorganismos por todo el mundo. Uno de estos organismos, una bacteria llamada Vibrio cholerae, causa diarrea potencialmente mortal en humanos.

El agua potable generalmente se trata para minimizar el riesgo de contaminación microbiana. La importancia del tratamiento del agua potable se conoce desde hace siglos. Por ejemplo, en tiempos precristianos, el almacenamiento de agua potable en jarras hechas de metal fue practicado. Ahora, se conoce el efecto antibacteriano de algunos metales. Del mismo modo, se conoce desde hace mucho tiempo la ebullición del agua potable como medio de protección del agua.

Los productos químicos como el cloro o los derivados del cloro han sido un medio popular para matar bacterias como Escherichia coli en el agua desde las primeras décadas del siglo XX. Otros tratamientos para matar bacterias que se están volviendo cada vez más populares incluyen el uso de un gas llamado ozono y la desactivación del material genético del microbio mediante el uso de luz ultravioleta. Los microbios también se pueden excluir físicamente del agua pasando el agua a través de un filtro. Los filtros modernos tienen agujeros que son tan pequeños que incluso partículas tan minúsculas como los virus pueden quedar atrapadas.

Un aspecto importante de la microbiología del agua, particularmente para el agua potable, es el análisis del agua para garantizar que sea segura para beber. Las pruebas de calidad del agua se pueden realizar de varias formas. Una prueba popular mide la turbidez del agua. La turbidez da una indicación de la cantidad de material suspendido en el agua. Normalmente, si material como tierra está presente en el agua, entonces también estarán presentes los microorganismos. La presencia de partículas incluso tan pequeñas como bacterias y virus puede disminuir la claridad del agua. La turbidez es una forma rápida de indicar si la calidad del agua se está deteriorando y, por lo tanto, si se deben tomar medidas para corregir el problema del agua.


Extremófilos y entornos extremos

Durante las últimas décadas, los científicos se han sentido intrigados por los fascinantes organismos que habitan en ambientes extremos. Tales organismos, conocidos como extremófilos, prosperan en hábitats que para otras formas de vida terrestres son intolerablemente hostiles o incluso letales. Prosperan en nichos extremadamente calientes, hielo y soluciones salinas, así como en condiciones ácidas y alcalinas, algunas pueden crecer en desechos tóxicos, solventes orgánicos, metales pesados ​​o en varios otros hábitats que antes se consideraban inhóspitos para la vida. Se han encontrado extremófilos a profundidades de 6,7 km dentro de la Tierra & # x02019s corteza, a más de 10 km de profundidad dentro del océano & # x02014 a presiones de hasta 110 MPa desde ácidos extremos (pH 0) hasta condiciones básicas extremas (pH 12,8) y desde respiraderos hidrotermales. a 122 & # x000b0C hasta agua de mar congelada, a & # x0221220 & # x000b0C. Por cada condición ambiental extrema investigada, una variedad de organismos han demostrado que no solo pueden tolerar estas condiciones, sino que también a menudo requieren esas condiciones para sobrevivir.

Se clasifican según las condiciones en las que crecen: como termófilos e hipertermófilos (organismos que crecen a altas o muy altas temperaturas, respectivamente), psicrófilos (organismos que crecen mejor a bajas temperaturas), acidófilos y alcalófilos (organismos óptimamente adaptados a ácidos o valores básicos de pH, respectivamente), barófilos (organismos que crecen mejor bajo presión) y halófilos (organismos que requieren NaCl para crecer). Además, estos organismos suelen ser poliextremófilos, estando adaptados para vivir en hábitats donde diversos parámetros fisicoquímicos alcanzan valores extremos. Por ejemplo, muchas fuentes termales son ácidas o alcalinas al mismo tiempo, y por lo general son ricas en contenido de metales, el océano profundo es generalmente frío, oligotrófico (muy bajo contenido de nutrientes) y expuesto a alta presión y varios lagos hipersalinos son muy alcalinos.

Los extremófilos pueden dividirse en dos categorías amplias: organismos extremófilos que requieren una o más condiciones extremas para crecer, y organismos extremotolerantes que pueden tolerar valores extremos de uno o más parámetros fisicoquímicos aunque crezcan de manera óptima en condiciones & # x0201cnormales & # x0201d.

Los extremófilos incluyen miembros de los tres dominios de la vida, es decir., bacterias, arqueas y eukarya. La mayoría de los extremófilos son microorganismos (y una alta proporción de estos son arqueas), pero este grupo también incluye eucariotas como protistas (por ejemplo, algas, hongos y protozoos) y organismos multicelulares.

Archaea es el grupo principal que prospera en entornos extremos. Aunque los miembros de este grupo son generalmente menos versátiles que las bacterias y los eucariotas, en general son bastante hábiles para adaptarse a diferentes condiciones extremas, manteniendo con frecuencia registros extremófilos. Algunas arqueas se encuentran entre los microorganismos más hipertermófilos, acidófilos, alcalifílicos y halófilos conocidos. Por ejemplo, el archaeal Methanopyrus kandleri La cepa 116 crece a 122 & # x000b0C (252 & # x000b0F, la temperatura más alta registrada), mientras que el género Picrophilus (p.ej., Picrophilus torridus) incluyen los organismos más acidófilos conocidos actualmente, con la capacidad de crecer a un pH de 0,06.

Entre las bacterias, el grupo mejor adaptado a diversas condiciones extremas son las cianobacterias. A menudo forman esteras microbianas con otras bacterias, desde el hielo antártico hasta las aguas termales continentales. Las cianobacterias también pueden desarrollarse en lagos hipersalinos y alcalinos, soportar altas concentraciones de metales y tolerar condiciones xerófilas (es decir., baja disponibilidad de agua), formando comunidades endolíticas en regiones desérticas. Sin embargo, las cianobacterias rara vez se encuentran en ambientes ácidos a valores de pH inferiores a 5 & # x020136.

Entre los eucariotas, los hongos (solos o en simbiosis con cianobacterias o algas que forman líquenes) son el linaje filogenético más versátil y ecológicamente exitoso. Con la excepción de la hipertermofilia, se adaptan bien a ambientes extremos. Los hongos viven en aguas ácidas y enriquecidas con metales de regiones mineras, condiciones alcalinas, desiertos fríos y calientes, el océano profundo y regiones hipersalinas como el Mar Muerto. Sin embargo, en términos de alta resistencia a condiciones extremas, uno de los poliextremófilos eucariotas más impresionantes es el tardígrado, un invertebrado microscópico. Los tardígrados pueden entrar en un modo de hibernación, llamado estado tun, mediante el cual pueden sobrevivir a temperaturas desde & # x02212272 & # x000b0C (¡1 & # x000b0C por encima del cero absoluto!) A 151 & # x000b0C, condiciones de vacío (que imponen una deshidratación extrema), presión de 6.000 atm, así como la exposición a rayos X y rayos gamma. Además, incluso los tardígrados activos muestran tolerancia a algunos entornos extremos, como temperaturas extremadamente bajas y altas dosis de radiación.

En general, la diversidad filogenética de los extremófilos es alta y muy compleja de estudiar. Algunos órdenes o géneros contienen solo extremófilos, mientras que otros órdenes o géneros contienen tanto extremófilos como no extremófilos. Curiosamente, los extremófilos adaptados a la misma condición extrema pueden estar ampliamente dispersos en el árbol filogenético de la vida. Este es el caso de diferentes psicrófilos o barófilos, cuyos miembros pueden encontrarse dispersos en los tres dominios de la vida. También existen grupos de organismos pertenecientes a la misma familia filogenética que se han adaptado a condiciones extremas o moderadamente extremas muy diversas.

Durante las últimas décadas, el rápido desarrollo de las técnicas de biología molecular ha dado lugar a importantes avances en el campo, lo que nos ha permitido investigar cuestiones intrigantes sobre la naturaleza de los extremófilos con una precisión sin precedentes. En particular, las nuevas tecnologías de secuenciación de ADN de alto rendimiento han revolucionado la forma en que exploramos la microbiología extrema, revelando ecosistemas microbianos con niveles inesperadamente altos de diversidad y complejidad. Sin embargo, un conocimiento profundo de la fisiología de los organismos en cultivo es esencial para complementar los estudios genómicos o transcriptómicos y no puede ser reemplazado por ningún otro enfoque. En consecuencia, la combinación de métodos tradicionales mejorados de aislamiento / cultivo y técnicas modernas independientes del cultivo puede considerarse el mejor enfoque para comprender mejor cómo los microorganismos sobreviven y funcionan en entornos tan extremos.

Basado en estos avances tecnológicos, el estudio de los extremófilos ha proporcionado, en los últimos años, descubrimientos revolucionarios que desafían los paradigmas de la biología moderna y nos hacen repensar preguntas intrigantes como & # x0201c¿qué es la vida? & # X0201d, & # x0201c ¿Cuáles son los límites de la vida? & # x0201d, y & # x0201c ¿Cuáles son las características fundamentales de la vida? & # x0201d. Estos hallazgos han hecho del estudio de la vida en ambientes extremos una de las áreas de investigación más interesantes y pueden decirnos mucho sobre los fundamentos de la vida.

Los mecanismos por los cuales diferentes organismos se adaptan a ambientes extremos brindan una perspectiva única sobre las características fundamentales de los procesos biológicos, como los límites bioquímicos a la estabilidad macromolecular y las instrucciones genéticas para construir macromoléculas que se estabilizan en una o más condiciones extremas. Estos organismos presentan una amplia y versátil diversidad metabólica unida a extraordinarias capacidades fisiológicas para colonizar ambientes extremos. Además de la conocida vía metabólica de la fotosíntesis, los extremófilos poseen metabolismos basados ​​en metano, azufre e incluso hierro.

Aunque las estrategias moleculares empleadas para la supervivencia en dichos entornos aún no están completamente aclaradas, se sabe que estos organismos tienen biomoléculas adaptadas y vías bioquímicas peculiares que son de gran interés para fines biotecnológicos. Su estabilidad y actividad en condiciones extremas las convierten en alternativas útiles a las moléculas mesófilas lábiles. Esto es particularmente cierto para sus enzimas, que permanecen catalíticamente activas en condiciones extremas de temperatura, salinidad, pH y solventes. Curiosamente, algunas de estas enzimas muestran poliextremofilicidad (es decir., estabilidad y actividad en más de una condición extrema) que hacen posible su amplio uso en biotecnología industrial.

Desde una perspectiva evolutiva y filogenética, un logro importante que ha surgido de los estudios con extremófilos es que algunos de estos organismos forman un grupo en la base del árbol de la vida. Muchos extremófilos, en particular los hipertermófilos, se encuentran cerca del & # x0201cuniversal ancestro & # x0201d de todos los organismos de la Tierra. Por esta razón, los extremófilos son fundamentales para los estudios evolutivos relacionados con los orígenes de la vida. También es importante señalar que el tercer dominio de la vida, las arqueas, fue descubierto en parte debido a los primeros estudios sobre extremófilos, con profundas consecuencias para la biología evolutiva.

Además, el estudio de ambientes extremos se ha convertido en un área clave de investigación para la astrobiología. Comprender la biología de los extremófilos y sus ecosistemas permite desarrollar hipótesis sobre las condiciones necesarias para el origen y evolución de la vida en otras partes del universo. En consecuencia, los extremófilos pueden considerarse organismos modelo cuando se explora la existencia de vida extraterrestre en planetas y lunas del Sistema Solar y más allá. Por ejemplo, los microorganismos descubiertos en núcleos de hielo recuperados de la profundidad del lago Vostok y otros lagos subglaciales perennes de la Antártida pueden servir como modelos para la búsqueda de vida en la luna Europa de Júpiter. Los ecosistemas microbianos que se encuentran en ambientes extremos como el desierto de Atacama, los valles secos antárticos y el río Tinto pueden ser análogos a las posibles formas de vida adaptadas a las condiciones marcianas. Asimismo, los microorganismos hipertermófilos presentes en fuentes termales, respiraderos hidrotermales y otros sitios calentados por la actividad volcánica en áreas terrestres o marinas pueden parecerse a formas de vida potenciales existentes en otros ambientes extraterrestres. Recientemente, la introducción de técnicas novedosas como la espectroscopia Raman en la búsqueda de signos de vida utilizando organismos extremófilos como modelos ha abierto nuevas perspectivas que podrían ser de gran utilidad en astrobiología.

Con estos descubrimientos revolucionarios y avances recientes en el mundo de los exthemófilos, que tienen profundas implicaciones para las diferentes ramas de las ciencias de la vida, nuestro conocimiento sobre la biosfera ha crecido y los límites putativos de la vida se han expandido. Sin embargo, a pesar de los últimos avances, estamos apenas comenzando a explorar y caracterizar el mundo de los extremófilos. Este número especial analiza varios aspectos de estos fascinantes organismos, explorando sus hábitats, biodiversidad, ecología, evolución, genética, bioquímica y aplicaciones biotecnológicas en una colección de interesantes reseñas y artículos originales escritos por destacados expertos y grupos de investigación en el campo. Me gustaría agradecer a los autores y coautores por enviar contribuciones tan interesantes. También agradezco a la Oficina Editorial y a los numerosos revisores por su valiosa ayuda en la revisión de los manuscritos.


Termófilos: significado, adaptaciones moleculares y aplicaciones

Los termófilos son los microorganismos que crecen a altas temperaturas de 55 ° C o más (mínimo 45 ° C, óptimo entre 55-65 ° C, máximo 80 ° C). Algunos microorganismos crecen incluso a temperaturas más altas, el óptimo entre 80 ° C y aproximadamente 113 ° C, y se denominan hiper-termófilos.

Los últimos no suelen crecer muy por debajo de los 55 ° C. Thermus aquaticus, Thermoplasma acidophilum, Bacillus stearothermophilus, etc. son ejemplos de termófilos, mientras que Pyrococcus abyssi y Pyrodictium occultum son ejemplos de hiper-termófilos.

Ambientes adecuados para el crecimiento de termófilos:

Las temperaturas adecuadas para el crecimiento de termófilos e hipertermófilos se encuentran en la naturaleza solo en ciertas áreas. Por conveniencia, los suelos expuestos a plena luz solar a menudo se calientan a temperaturas superiores a 50 ° C al mediodía, y algunos suelos pueden calentarse incluso hasta 70 ° C, aunque unos centímetros por debajo de la superficie del suelo la temperatura es mucho más baja.

Las pilas de compost y el ensilaje, donde fermentan los materiales, poseen temperaturas de hasta 70 ° C. Sin embargo, los hábitats más extensos y de temperaturas extremas que ocurren en la naturaleza están asociados con fenómenos volcánicos. Estos incluyen, en particular, las aguas termales.

La mayoría de las fuentes termales tienen temperaturas cercanas a la ebullición. Los respiraderos de vapor (fumarolas) pueden contener temperatura, hasta el nivel de 150-500 ° C. Los respiraderos hidrotermales presentes en el fondo del mar tienen temperaturas de 350 ° C o más.

Las aguas termales se encuentran en todo el mundo, pero se concentran especialmente en el oeste de Estados Unidos, América central, África central, Nueva Zelanda, Indonesia, Italia, Japón e Islandia. La concentración de aguas termales más grande del mundo se encuentra en el Parque Nacional Yellowstone, Wyoming (EE. UU.).

Termófilos e hiper y termófilos tímidos en aguas termales y respiraderos hidrotermales:

Muchas fuentes termales están en el punto de ebullición y en ellas típicamente están presentes una variedad de hipertenófilos. El crecimiento de tales microorganismos se puede estudiar sumergiendo los portaobjetos de microscopio en el resorte y recuperándolos después de unos días. La visualización microscópica de los portaobjetos revela colonias de procariotas (fig. 19.17) que se han desarrollado a partir de células procariotas individuales que se adhieren y crecen en la superficie del vidrio.

El agua hirviendo se desborda por los bordes de la fuente termal y se aleja de la fuente que se enfría gradualmente, creando un gradiente térmico. A lo largo de este gradiente, crecen varios termófilos (por ejemplo, cyanobacterium Synechoccus), con diferentes especies que crecen en diferentes rangos de temperatura.

Un gran número de hipertermófilos quimio-litotróficos oxidantes de azufre están preestablecidos en y alrededor de los respiraderos hidrotermales emisores de sulfuro. Las muestras recolectadas cerca de dichos respiraderos han producido cultivos de Thiobacillus, Thiomicrospira y Beggiatoa. En ciertos sitios de ventilación de las profundidades marinas, se emite fluido hidrotermal sobrecalentado a temperaturas de hasta 350 ° C.

Esta agua sobrecalentada pero no hirviendo (a una profundidad de 2600 m en el mar, el agua no hierve debido a las enormes presiones hidrostáticas hasta que alcanza una temperatura de 450 ° C) podría teóricamente ser un hábitat para las bacterias hipertermófilas.

El fluido hidrotermal emitido por los fumadores negros (un respiradero hidrotermal de aguas profundas que emite agua y minerales sobrecalentados a 250-400 ° C) contiene abundantes sulfuros metálicos, especialmente sulfuros de hierro, y se enfría rápidamente al mezclarse con agua de mar fría.

Los sulfuros metálicos precipitados forman una torre denominada & # 8220chimney & # 8221. Se encuentra que las paredes de las chimeneas de los fumadores están repletas de procariotas hipertermófilos como Methanopyrus. Las especies de Pyrolobus y Pyrodictium, las más termófilas de todas las procariotas, también residen en las paredes de las chimeneas de los fumadores.

Adaptaciones moleculares a termófilos:

Los siguientes son los factores que ayudan a los termófilos e hipertermófilos a prosperar a altas temperaturas:

1. Las enzimas y otras proteínas de los termófilos a menudo difieren hasta cierto punto en su secuencia de aminoácidos de las enzimas que catalizan la misma reacción en los mesófilos. Parece que una sustitución de aminoácidos crítica en solo unas pocas ubicaciones en la enzima de los termófilos permite que se pliegue de una manera que los hace mucho más estables al calor y, como resultado, funcionan de manera óptima a altas temperaturas.

2. Los termófilos típicamente poseen lípidos ricos en ácidos grasos saturados en sus membranas citoplasmáticas, lo que permite que las membranas permanezcan estables y funcionales a altas temperaturas. Los ácidos grasos saturados forman un ambiente hidrófobo más fuerte que los ácidos grasos insaturados. Un entorno hidrófobo de este tipo ayuda a la estabilidad de la membrana en los termófilos.

3. La estabilidad térmica de las proteínas en los hipertermófilos también mejora como resultado de un mayor número de enlaces iónicos entre las cargas positivas y negativas de varios aminoácidos. Esto hace que los interiores de las proteínas sean altamente hidrófobos y densamente empaquetados, que resisten naturalmente el despliegue de las proteínas en el citoplasma acuoso.

Además, los solutos di-inositol fosfato, diglicerol fosfato y manosilglicerato que se producen en grandes cantidades en el citoplasma de ciertos hipertermófilos ayudan a estabilizar sus proteínas contra la degradación térmica.

4. Dado que la mayoría de los hipertermófilos son arqueobacterias, no poseen ácidos grasos en absoluto en sus membranas, sino que contienen lípidos que tienen "ramificados & # 8221 C40 Cadenas de hidrocarburos compuestas por unidades repetidas del compuesto de cinco carbonos, llamado isopreno, unidas por enlace éter (-O-).

Los enlaces de éter proporcionan más estabilidad a las membranas contra la rotura térmica y la ramificación de las cadenas de hidrocarburos disminuye la fluidez de la membrana. Por tanto, las membranas de los hipertermófilos son estables en condiciones de alta temperatura.

Además, la estructura general de las membranas citoplásmicas de los hipertermófilos forma una monocapa lipídica y esta estructura es, sin duda, mucho más estable al calor en comparación con la bicapa lipídica de especies de bacterias y eucariotas.

Aplicaciones biotecnológicas de termófilos:

Los microorganismos termófilos e hipertermófilos ofrecen algunas ventajas importantes para los procesos industriales y biotecnológicos, muchos de los cuales funcionan de manera más rápida y eficiente a altas temperaturas. Extremozimas y chaperones moleculares obtenidos de hipertermófilos son los ejemplos.

El término & # 8216extremozima & # 8217 se ha acuñado para describir enzimas que funcionan en algún extremo ambiental, como altas temperaturas y bajo pH.

Dado que la mayoría de los procesos industriales funcionan mejor a altas temperaturas, las extremozimas de los hipertermófilos se utilizan ampliamente tanto en la industria como en la investigación, y tales extremózimas son proteasas, amilasas, pululanasas de glucosa isomerasa, xilanasas, glucoamilasas, Tag y PFu ADN polimerasas, glutamato sintetasa (GS) y aminotransferasas.

Se han aislado, purificado y caracterizado proteasas (enzimas hidrolizantes de proteínas) de Pyrococcus, Thermococcus, Sulfolobus, Staphylothermus y Desulfurococcus. La pirolisina, una proteasa de tipo serina, tiene una temperatura óptima de 110 ° C y una vida media de 4 horas a 100 ° C. La serina-proteasa de Sulfurococcus mucosus exhibe su actividad a 100 ° C.

Amylases have been extracted from Pyrococcus furiosus and P. woessei, and are widely used in textile, confectionary, brewing, paper, and alcohol industries.

(iii) Glucose isomerase:

Glucose isomerase is widely used in the food industry. This enzyme converts glucose to fructose for use as sweetener.

Pullulanase II (amylopullulonase), obtained from Pyrococcus woessei, P. furiosus, Thermococcus lithoralis, T. celer, Fervidobacterium pennavorans, and Desulfurococcus mucosus, has temperature optima 105°C and is useful for the bioconversion of starch into various useful products of industrial significance.

(v) Taq and Pfu DNA polymerases:

Taq and Pfu DNA polymerases are used in molecular biology for the amplification of DNA using polymerase chain reaction (PCR). Taq polymerase found in Thermus aquaticus is active at 80°C at pH 8.

(vi) Glutamase synthetase:

Glutamase synthetase (GS) is active at 100°C and is used for the synthesis of glutamine from glutamate and ammonia.

(vii) Aminotransferases:

Two thermo-active aromatic aminotransferases has been purified and characterised from Thermococcus lithoralis, and are active at 100°C. The enzyme aspartate aminotransferase that transfers amino group from glutamate to oxaloacetate has been isolated from Sulfolobus solfataricus.

2. Molecular Chaperons:

Molecular chaperons are a type of proteins that express under stress conditions such as elevated temperatures and are involved in protein folding. They do not become part of the assembled proteins, but only assist in the folding process. Molecular chaperons seem to be both extremely widespread and their sequences highly conserved.

Indeed, one important function of molecular chaperons is to prevent improper aggregation of proteins. Molecular chaperons, in addition to folding newly synthesised proteins, can also refold proteins that have partially denatured in the cell before proteases recognise them as improperly folded and destroy them (Fig. 19.18). Molecular chaperons have been isolate from Sulfolobus shibate and S. solfataricus.


Influence of environmental factors on microorganisms

Changes in environmental conditions affect the life of microorganisms. The physical, chemical, biological factors of the environment can accelerate or inhibit the development of microbes, can change their properties or even cause death.

The environmental factors that have the most noticeable effect on microorganisms include humidity, temperature, acidity and chemical composition of the medium, the effect of light and other physical factors.

Humedad

Microorganisms can live and develop only in an environment with a certain moisture content. Water is necessary for all metabolic processes of microorganisms, for normal osmotic pressure in the microbial cell, to maintain its viability. In different microorganisms, the need for water is not the same. Bacteria are mainly hygrophilous, with a moisture content of less than 20%, their growth stops. For molds, the lower limit of the moisture content of the medium is 15%, and with considerable air humidity and below. The precipitation of water vapor from the air to the surface of the product promotes the multiplication of microorganisms.

When the water content in the medium decreases, the growth of microorganisms slows down and may completely stop. Therefore, dry foods can be stored considerably longer than products with high humidity. Drying the products allows the products to be stored at room temperature without cooling.

Some microbes are very resistant to drying, some bacteria and yeast in the dried state can persist for up to a month or more. Spores of bacteria and mold fungi remain viable in the absence of moisture tens, and sometimes hundreds of years.

Temperatura

Temperature is the most important factor for the development of microorganisms. For each of the microorganisms, there is a minimum, optimum and maximum temperature regime for growth. By this property, microbes are divided into three groups:

  • psychrophiles are microorganisms that grow well at low temperatures with a minimum at -10-0 ° C, an optimum at 10-15 ° C
  • mesophils are microorganisms for which the growth optimum is observed at 25-35 ° C, a minimum at 5-10 ° C, a maximum at 50-60 ° C
  • thermophiles are microorganisms that grow well at relatively high temperatures with an optimum growth at 50-65 ° C, a maximum at temperatures above 70 ° C.

Most microorganisms belong to mesophiles, for the development of which the temperature is 25-35 ° C. Therefore, the storage of food products at this temperature leads to a rapid multiplication in them of microorganisms and spoilage of products. Some microbes, with significant accumulation in products, can lead to human food poisoning. Pathogenic microorganisms, i.e. The causes of human infectious diseases also belong to mesophiles.

Low temperatures slow down the growth of microorganisms, but do not kill them. In chilled foods, the growth of microorganisms is slow, but continues. At temperatures below 0 ° C, most microbes stop multiplying when the products are frozen, the growth of microbes stops, some of them gradually die off. It was found that at a temperature below 0 ° C most microorganisms fall into a state similar to anabiosis, retain their viability and with the rise in temperature continue their development. This property of microorganisms should be taken into account when storing and further cooking food. For example, salmonella can be stored in frozen meat for a long time, and after defrosting meat, they quickly accumulate in favorable conditions to a dangerous amount for humans.

When exposed to a high temperature, exceeding the maximum of endurance of microorganisms, their dying occurs. Bacteria that do not have the ability to form spores die by heating in a humid environment to 60-70 ° C in 15-30 minutes, up to 80-100 ° C – after a few seconds or minutes. The bacterial spores have a much higher temperature resistance. They are able to withstand 100 ° C for 1-6 hours, at a temperature of 120-130 ° C bacteria spores in a humid environment die in 20-30 minutes. Spores of molds are less heat resistant.

Thermal culinary processing of food in public catering, pasteurization and sterilization of food products in the food industry lead to partial or complete (sterilization) of the death of vegetative cells of microorganisms.

When pasteurized, the food product undergoes minimal temperature effects. Depending on the temperature regime, low and high pasteurization is distinguished.

Low pasteurization is carried out at a temperature not exceeding 65-80 ° C, at least 20 minutes for greater safety of the product.

High pasteurization is a short-term (no more than 1 min) effect on the pasteurized product of a temperature above 90 ° C, which leads to the death of the pathogenic non-spore-forming microflora and at the same time does not entail any significant changes in the natural properties of the pasteurized products. Pasteurized products can not be stored without cold.

Sterilization provides for the release of the product from all forms of microorganisms, including spores. Sterilization of canned canned food is carried out in special devices – autoclaves (under steam pressure) at a temperature of 110-125 ° C for 20-60 minutes. Sterilization provides the possibility of long-term storage of canned food. Milk is sterilized by ultra high temperature treatment (at temperatures above 130 ° C) for a few seconds, which allows you to preserve all the beneficial properties of milk.

The reaction of the medium

The life activity of microorganisms depends on the concentration of hydrogen (H + ) or hydroxyl (OH – ) ions in the substrate on which they develop. For most bacteria, neutral (pH about 7) or slightly alkaline medium is most favorable. Moldy mushrooms and yeast grow well with a weakly acid reaction of the medium. High acidity of the medium (pH below 4.0) prevents the development of bacteria, but molds can continue to grow in a more acidic environment. Suppressing the growth of putrefactive microorganisms during acidification of the environment has practical application. The addition of acetic acid is used in the marinating of products, which inhibits rotting processes and allows the preservation of products. The lactic acid formed during quenching also suppresses the growth of putrefactive bacteria.

Concentration of salt and sugar

Cookery salt and sugar have long been used to increase the resistance of products to microbial damage and better preservation of food.

An increase in the content of dissolved substances (salt or sugar) in the nutrient medium affects the amount of osmotic pressure inside the microorganisms, causes their dehydration. With an increase in the concentration of table salt in the substrate of more than 3-4% multiplication of many, including putrefactive, microorganisms slows down, at a concentration of more than 7-12% – ceases.

Some microorganisms need for their development in high concentrations of salt (20% and higher). They are called salt-loving, or halophiles. They can cause damage to salty foods.

High concentrations of sugar (above 55-65%) stop the reproduction of most microorganisms, this is used when preparing jam, jam or jam from fruit and berries. However, these products can also be damaged as a result of reproduction of osmophilic molds or yeast.

Shine

Some microorganisms need light for normal development, but for most of them it is disastrous. Ultraviolet rays of the sun have bactericidal action, ie, at certain radiation doses lead to the death of microorganisms. The bactericidal properties of the ultraviolet rays of mercury-quartz lamps are used to disinfect air, water, and certain food products. Infrared rays can also cause death of microbes due to thermal effects. The impact of these rays is used in the heat treatment of products. Negative effects on microorganisms can have electromagnetic fields, ionizing radiation and other physical factors of the environment.

Chemical factors

Some chemicals can have a harmful effect on microorganisms. Chemicals that have a bactericidal effect are called antiseptics. These include disinfectants (bleach, hypochlorites, etc.) used in medicine, food industry and public catering.

Some antiseptics are used as food additives (sorbic and benzoic acids, etc.) in the production of juices, caviar, creams, salads and other products.

Biological factors

Different relationships can be established between different microorganisms: symbiosis is a mutually beneficial relationship metabiosis – the vital activity of one at the expense of the other without causing harm parasitism – the vital activity of one at the expense of another with causing harm to him antagonism – one of the types of microorganisms depresses the development of another, which can lead to the death of microbes. For example, the development of lactic acid bacteria inhibits the growth of putrefactive, these antagonistic relationships are used in the souring of vegetables or to maintain normal microflora in the human intestine.

The antagonistic properties of some microorganisms are explained by their ability to release into the environment substances that have antimicrobial (bacteriostatic, bactericidal or fungicidal) action, antibiotics. Antibiotics are produced mainly by fungi, less often by bacteria, they exert their specific effect on certain types of bacteria or fungi (fungicidal action). Antibiotics are used in medicine (penicillin, levomycetin, streptomycin, etc.), in livestock as a feed additive, in the food industry for preserving food (nisin).

Phytoncides – substances found in many plants and food products (onion, garlic, radish, horseradish, spices, etc.) have antibiotic properties. Phytoncides include essential oils, anthocyanins and other substances. They are capable of causing the death of pathogenic microorganisms and putrefactive bacteria.

In egg white, fish eggs, tears, saliva contains lysozyme – an antibiotic substance of animal origin.


Non-Pathogenic (Useful) Microorganisms

Let us make an in-depth study of the non-pathogenic microorganisms. The below given article will help you to learn about the following things: 1. Microorganisms in Food 2. Microorganisms of Water 3. Microorganisms of Air 4. Industrial Microorganisms and 5. Nitrogen Fixing Microorganism and Life.

Microorganisms may be divided into two groups according to their activities:

The first group — the harmless, non-pathogenic microorganisms to man live mostly in the environment.

They are called as saprophytic or autotrophic (yeasts, moulds and bacteria) and are very useful to the industries for the manufacturing of alcohol, lactic acid, butter, cheese, solvents of paints and antibiotics etc. and to the agriculture to improve the soil fertility.

The second group — the harmful, may be called pathogenic microorganisms — damages the host and produces diseases in man, animals and plants. Out of 1,700 groups of bacteria, about 70 groups are patho­genic to man and can live only in human body, but they may die in external, unfavorable conditions.

The activities of useful microorganisms.

Decay, putrefaction and fermentation.

Decay is the term used generally to denote the gradual decomposition of organic matter (dead ani­mals, plants and their wastes) on or in the soil. Putrefaction is the decomposition of proteins (animal matter) under anaerobic conditions and of carbohydrates (vegetable derivatives starch or sugar).These two processes transform organic mat­ter into useful plant foods.

When dead animals and plants are buried in the ground, the soil micro flora and the intestinal micro flora of dead animal enter into the tissue of the animal or plant. Because of their lipolytic, proteolytic and saccharolytic activities, the microbes breakfast, proteins and sugars, respectively.

The gases (carbon dioxide and hydrogen sulfate etc.) liberated and water formed enter the air or soil. Besides, nitrogen, phosphorus, sulphur, produced from dead animal body combine with water and become’ soluble and suitable as food for plants.

Ultimately, the dead animal disappears. Later, the living animals and men use the plants as food. In this way, the recycle of the elements is continued. Thus, the life would be impossible on earth without microbial activity and the microbes are useful or essential for animal or hu­man life.

The coli bacillus and other species of mi­crobes in the healthy human intestine produce vita­mins (B1, B2, B12, K) essential for the human body. Aci­dophilic microbes are beneficial to the human body as they interfere with the development of pathogenic bacteria which enter into the intestine along with food or drink.

It is well known that human beings cannot di­gest directly the cellulose of the plants and utilise it for their nutrition but the rumen (stomach) micro flora of ruminants (cattle, sheep, goats) can only digest it anaerobically and convert into easily digestible end products like glucose, amino acids, volatile fatty ac­ids, which are excreted through milk or incorporated in animal tissue or muscle.

Man drinks milk contain­ing proteins, fatty acids and lactose which are de­rived from the cellulose of plant or green fodders digested by the rumen micro flora as the rumen of cattle is devoid of digestive enzymes. So the rumen micro flora are quite useful for human welfare with­out which milk or meat cannot be obtained from the animal for the human consumption.

Microorganisms in Food:

Moist less acidic foods (milk, cooked cereals, custard, soup) are suitable media for the growth of saprophytic and pathogenic microorganisms at warm room temperature and thus we consume large number of saprophytic microorganisms along with the foods every day with no harmful effects. The growth of certain microbes in some kinds of foods is useful.

Certain harmless streptococci added to cheese and butter may produce good flavours in them. There- fore, “starters”(materials containing the desired bac­teria) are added to the cream before it is churned into butter and they are also added to milk that is used for making the cheese. Flavour producing bac­teria (Lactobacillus) can ferment pickles.

Putrefaction is the anaerobic digestion and de­composition of proteins (muscle, egg white, fish) by microorganisms. It is usually accompanied by bad odour due to formation of ammonia, hydrogen sulfate and other volatile odoriferous substances.

Mostly, putrefied materials are not agreeable, but we con­sume the putrefied milk in the form of cheese and they are dangerous if contaminated. If foods are con­taminated with excessive growth of saprophytic mi­crobes, they are spoiled foods. This process is known as spoilage.

Under anaerobic conditions, the microorganisms (bacteria, yeasts, moulds) decom­pose, by their saccharolytic activities, the carbohy­drates (sugars) into different kinds of acids, such as lactic acid, alcohol, and gases like carbon dioxide. One of the most familiar type of fermentation is the production of alcohol by yeast from the sugar of fruit juices as in wine manufacture. Certain streptococci (Streptococcus lactis) ferment sugar of milk (lactose) into lactic acid which causes souring of milk.

This harm­less streptococcus along with other saprophytic bac­teria enters into the milk from the dust, splits the milk if it is not refrigerated. The yeasts multiply in the dough and decompose the starch (sugar of the flour) and form alcohol and carbon dioxide. The gas bubbles entangled in the dough raise (leaven) the bread. The bread dries and becomes firm due to the evapora­tion of alcohol during baking.

The decomposition of fat by microorganisms is known as hydrolysis. When fats containing butyric and similar volatile fatty acids are decomposed, these ac­ids are liberated and are responsible for the odour and rancidity taste.

Pathogenic (harmful) bacteria may contaminate the foods or milk products, grow and liberate toxin (preformed toxin of Staphylococcus aureus and Clostridium botulinum) causing food poisoning. Sal­monella typhimurium (pathogenic to mice), when consumed along with the food, may also cause food poisoning in man in whom the illness takes the form of gastroenteritis. The food should be thoroughly cooked, kept closed in a vessel or should not be allowed to stand unrefrigerated and should not remain moist, as the moist food is a suitable medium for the growth of bacteria.

Application to Nursing:

Nurse must understand that the food should be protected from the microbes and should serve her patients and her own family with clean food.

Microorganisms of Water:

In ancient times and even now, in some back­ward community, the people throw the wastes of household out of window in the streets. These wastes and faeces may contaminate the community water supplies and thereby there will be great epidemics due to pathogens of intestinal tract: typhoid, cholera, gastroenteritis, hepatitis etc.

Modern microbiology utilizes concept of purifying sewage by the activities of certain saprophytic soil and water microbes and is of great importance to the community health in sup­plying purified water. The microorganisms utilise the organic substances of the sewage as food and turn them into harmless, inoffensive materials which are used as food by plants.

Method used for purifying municipal sewage is first straining out extraneous objects by passing the ‘raw’ (untreated) sewage through metal screens or racks, then allowing it to flow very slowly through large tanks. In such tanks, the solid matter in suspension settles to the bottom. This solid material is slowly decomposed through the hydrolytic action of microbial enzymes of anaerobic and facultative anaerobic bacteria. It eventually forms sludge (sort of mud) rich in plant food, which is pumped out, dried and used as fertiliser in garden. This sludge is sterilised before packaging.

The fluid part of sewage is sprayed on the sur­face of large beds (trickling filters) of coarse gravel. During this process, it becomes fully aerated. On the surface of gravel or sand a slimy film develops. This film consists of the growth of aerobic microorganisms, which get their nourishment by decomposing and oxidising offensive materials in the sewage as the sewage trickles slowly through the gravel. Solid mat­ter (humus) is collected in the final tank and pumped onto the open sludge drying beds. The deodorized, cleaned fluid is collected in drains under the gravel and run out in fields for irrigation.

In modern activated sludge process, aeration of the sludge is accomplished by violently agitating the sewage with large volumes of the solid matter which is torn into small granules or particles. These particles contain millions of active aerobic microorganisms which use the air to oxidize and decompose rapidly the offensive matter in the sludge. Aeration is the key objective in any form of sewage disposal.

The waters of rivers, lakes, springs and oceans contain many saprophytic microorganisms and these saprophytes are often present in drinking water and are harmless, since they cannot invade the human body. Man consumes large number of these saprophytes with food, water and milk every day. They are harmless.

However, water polluted with sewage usually contains pathogenic microbes (typhoid or dysentery bacilli, cholera vibrio’s, polio, hepatitis virus, amebae etc.). The only safe way is to boil all water or treat it with chlorine a few hours before use. Tablets of hypochlorite or other chlorine compounds are avail­able for this purpose. The nurse who is faced with the problem of disinfection of water at home can very well remember this method.

Microorganisms of Air:

Under ordinary conditions, the spores of numer­ous microorganisms may be found in air all around us. Many of these are spores of moulds, yeasts, useful conidia of streptomyces and spores of bacteria of the genera Clostridium and bacillus. Spores and conidia are excellently adapted to survive floating about on dust in the air for weeks or years.

All these spores are harmless except those of Clostridium and bacillus which are pathogenic to man. The number of micro­organisms in the air usually depends on the amount of dust since most of the microorganisms are riding around on dust particles. They are usually of the harm­less types found in soil and soon die in the dry air and sunlight. However, the air of badly ventilated dark room may contain many pathogenic organisms which are disseminated by the occupants who are carriers of such microbes in the nose and mouth.

In recent years much attention has been paid to the air as a means of disease transmission — espe­cially in hospitals. It is known that every drop of saliva and nasal exudate, even from healthy persons (nurses and doctors) contain microorganisms capable of caus­ing diseases. Among these, are staphylococci, pneumococci, streptococci of scarlet fever, puerperal sepsis, and septic sore throat, diphtheria bacilli, tuber­cle bacilli and numerous viruses (polio, influenza, ad­enovirus etc.)

The air of class-room, theaters and street cars are loaded with microorganisms es­pecially in winter sneezing and coughing sprays of saliva and mucus are added to the general popula­tion of the atmosphere laden by bacteria and viruses. Transmission of diseases by droplets of saliva and mucus is often called droplet infection. These sprays infect the dust and, when dry, this dust carries the bacteria.

The droplets of saliva and dry mucus and the bacteria contaminated in the dried particles float in the air and are inhaled like dust. Such dried particles are spoken as “droplet nuclei” .These land on the floor, furniture’s, lips, hands, surgical wounds.

Application to Nursing:

Knowledge of microorganisms in the air will be useful to take precautionary measures, to protect herself and her patients from the microorganisms which sometimes may be pathogenic to man.

Industrial Microorganisms:

It is well established that the microorganisms produce alcohol, lactic and acetic acids during fer­mentation of carbohydrates besides these products many other substances of equal importance are also formed. So, the microorganisms are widely used in industry.

The skill and knowledge of microbiologist, en­gineer and chemist are pooled together in the indus­trial fermentation to produce the large quantity of butyl alcohol, glycerin, antibiotics, vitamins and other substances of great importance depending upon the species of microorganisms.

In the manufacture of rubber, coffee, cocoa, tobacco, linen, spices, leather, pickles, drug and other products, the fermentative, putrefactive, synthetic and other enzymatic powers of microorganisms are utilised. Thus, it can be con­cluded that the microorganisms have entered in the business and became very useful to mankind.

Nitrogen Fixing Microorganism and Life:

Nitrogen is the component of the cytoplasm of the cell and is essential for the life. Though eighty per cent of the atmosphere contains nitrogen, the atmos­pheric nitrogen cannot be directly utilised by the liv­ing cell. But this nitrogen can be utilised from the atmosphere by the microorganisms by combining it with other elements, mainly oxygen, hydrogen and carbon of the atmosphere. The process of combining nitrogen of the atmosphere with other elements is called nitrogen fixation. The nitrogen of air can be fixed by certain soil microorganisms by two methods: non-symbiotic and symbiotic (living together for mutual benefit) nitro­gen fixation.

Non-Symbiotic Nitrogen Fixation:

The direct com­bination of atmospheric nitrogen as part of the proto­plasm of a living cell without the cooperation of any other organisms, e.g., atmospheric nitrogen can be built up directly into the protoplasm by the bacteria of the genus Azobacter (Azo = nitrogen), the genus Clostridium and other microorganisms.

These useful microorganisms are plenty in all the fertile soils. There- fore, a farmer permits the Azobaceter, Clostridium and other microorganisms to accumulate nitrogen from the air by allowing a field to lie fallow or unplanted. Nitrogen of the commercial fertilisers are very costly.

Symbiotic Nitrogen Fixation:

The nodules on the roots of leguminous plants (i.e., clover, beans, peas, alfalfa) contain bacteria belonging to the genus Rhizobium. While growing together with the plants, this genus Rhizobium collects nitrogen from the air and combines it into substances essential for the growth of both the bacteria and the plants. The process is known as symbiotic nitrogen fixation method.

Nitrogenous compounds released into the soil by leguminous plants may be taken up by other plants and partly decomposed by putrefac­tion yielding ammonia (NH3). As ammonia, nitrogen is generally useless to most green plants. Ammonia is also produced in small amounts by lightning flashes and is also washed into the soil by the rain. To be most readily available to plants, the nitrogen of ammonia must first be oxi­dised to nitric acid (HNO3).

This important function is carried out by the soil bacteria of the family Nitro bacteriacae. The nitric acid they form immedi­ately combines with various substances to form nitrates. The process of changing nitrous acid into nitric acid is called nitrification.

These nitrifying bacteria and nitrogen fixing bacteria are of great importance to agriculture. The nitrogen of the air is useless to many microorganisms. At a depth of four feet (1.2 m), bac­teria become less numerous and at 10 to 12 feet (3- 3.7 m), there are usually no bacteria.

Microorganisms in and on Human Beings:

The healthy human body harbours millions of microor­ganisms on the skin, in the mouth, eyes, genitourinary tract and in the intestine and on every surface of the body which comes in contact with the outside of the world (air, food). Under normal conditions, most of the microorganisms do not produce the diseases, but under certain conditions (e.g., in wound or after sur­gery) gain entrance to the deeper parts of the body and produce the diseases.

The skin carries large number of bacteria. Sta­phylococcus aureus found in the hair follicles and sebaceous ducts causes the boils, carbuncles, breast abscess, infantile impetigo. The organisms lodged in the deeper layer of the skin cannot be removed by thoroughly scrubbing and then by the application of antiseptics, therefore sterile gloves are worn during operation.


List of microorganisms tested in outer space

The survival of some microorganisms exposed to outer space has been studied using both simulated facilities and low Earth orbit exposures. Bacteria were some of the first organisms investigated, when in 1960 a Russian satellite carried Escherichia coli, Staphylococcus, y Enterobacter aerogenes into orbit. [1] Many kinds of microorganisms have been selected for exposure experiments since, as listed in the table below.

Experiments of the adaption of microbes in space have yielded unpredictable results. While sometimes the microorganism may weaken, they can also increase in their disease-causing potency. [1]

It is possible to classify these microorganisms into two groups, the human-borne and the extremophiles. Studying the human-borne microorganisms is significant for human welfare and future crewed missions in space, whilst the extremophiles are vital for studying the physiological requirements of survival in space. [2] NASA has pointed out that normal adults have ten times as many microbial cells as human cells in their bodies. [3] They are also nearly everywhere in the environment and, although normally invisible, can form slimy biofilms. [3]

Extremophiles have adapted to live in some of the most extreme environments on Earth. This includes hypersaline lakes, arid regions, deep sea, acidic sites, cold and dry polar regions and permafrost. [4] The existence of extremophiles has led to the speculation that microorganisms could survive the harsh conditions of extraterrestrial environments and be used as model organisms to understand the fate of biological systems in these environments. The focus of many experiments has been to investigate the possible survival of organisms inside rocks (lithopanspermia), [2] or their survival on Mars for understanding the likelihood of past or present life on that planet. [2] Because of their ubiquity and resistance to spacecraft decontamination, bacterial spores are considered likely potential forward contaminants on robotic missions to Mars. Measuring the resistance of such organisms to space conditions can be applied to develop adequate decontamination procedures. [5]

Research and testing of microorganisms in outer space could eventually be applied for directed panspermia or terraforming.


7 Answers 7

Within 24-48 hours you'd start feeling the effects of skin conditions from unchecked staphylococci and the like, such as eczema and erythrodermatitis.

It is difficult to come up with a hard, reliable source for infection progression since instantaneous immune collapse isn't really a thing. Sin embargo, ex novo infection can have an incubation as short as 96 hours and in-vitro growth time is reported as about one day (google 'staphylococcus growth time' or 'incubation period').

As soon as the skin barrier is broken, cellulitis and circulation problems will ensue, followed (since there's nothing to check the infection) by gangrene. Within three days you will be severely disabled and within four or five days pretty much be unable to move. Expect death from septic shock to occur within one week. One week, in this case, refers to a time period no exceeding 7 Earth-days.

Time-frame data is also difficult to obtain. I have used data from several instances of severe Clostridium infections, where "symptoms usually develop six to 48 hours after the initial infection and progress very quickly" in compromised subjects.

  • 0 - 24 hours: No real effects except itching and rashes
  • 24 - 48 hours: Weeping sores, discoloration and loss of sensation in limbs and other areas. Some loss of functionality may be noticeable after healing.
  • 48 - 72 hours: Severe pain and gangrene. Even after immune system recovery, there are strong chances of amputation being required, scarring and permanent loss of some functionality.
  • 72 - 96 hours: Almost certain amputation necessary, possible death by septic shock even after healing.

So, while in that time several nasty kinds of cancer are guaranteed to have sprung up, they won't be what kills you.

(If several brief immune loss periods repeat, however, it's posible for some of those cancers to develop enough to become dangerous).

Meanwhile, however, dormant infections might spring up and manifest (herpes, for example, and some fungal conditions). These will take longer to disappear even after healing (actually might surface some time después the immune system has recovered).

If you have a preexisting condition or eat anything that requires immune support (the bactericidal properties of saliva will still be there, but several kinds of spores will no be killed and usually die when they germinate and get recognized by the immune system - that barrier will no longer hold), then anything from cholera to Montezuma's Revenge can kill you within 48 hours.

If you don't have completo immune deficiency, then you can survive indefinitely as long as you take sufficient precautions (this is the so-called "Bubble Condition" or "Bubble Boy Disease").

Make it more severe than that and you have something not too different from Acquired Immunodeficiency Syndrome - AIDS.


The Biology of the Goat

The rumen contains a population of very specific micro-organisms.
Bacteria, protozoa and fungi are necessary for the digestion of cellulose
and other plant materials since animals do not have the enzymes
to digest this food source on their own.

The products released from digestion of plant materials by rumen microbes
supplies the goat with essential nutrients.

In one milliliter (1 ml) of the contents of a mature rumen there are about
1 million protozoa, 10's of billions of bacteria and thousands of fungi.

Protozoa are large, single-celled organisms. The species found in the rumen live
in no other environment and cannot survive outside the rumen for very long.
They come in different shapes and sizes.
They usually have microscopic hairs called cilia which help them move or push food toward their mouth.

Protozoa can only be established in the rumen by direct contact with the mouth or saliva of another goat.

Protozoa are the simplest form of animal life.
They have a skin, a mouth and digestive tract.
Other organs (vacuoles) control gases, and liquid and solid waste products.
They reproduce usually by division.

Rumen protozoa are facultative anaerobes, meaning that they can survive without oxygen
but they are able to use the low levels of oxygen that enters the rumen.
This helps to maintain an anaerobic condition in the rumen which is important
for the survival of rumen bacteria.
Protozoa ingest and store starch granules.
This helps to prevent starch digesting bacteria from causing high acid levels.
Protozoa eat bacteria as a source of nutrients preventing a harmful bacterial overgrowth.

Rumen Bacteria

Rumen bacteria play the major role in fermentation by converting cellulose
from plants into usable energy products for the goat.

There are many different kinds of bacteria which are found only in the rumen.
Some rumen bacterial species also digest starch, sugars, and other plant materials.

Some are able to utilize gases and the acidic by-products of other rumen bacteria.
Some bacteria even attack and destroy competing bacteria.

Rumen bacteria are strictly anaerobic (obligate anaerobes) which means that oxygen is toxic to them.
For this reason they cannot survive outside of the rumen environment.
Like protozoa, rumen bacteria are passed from goat to goat.
Bacteria produce all of the necessary B vitamins for the goat.
Large amounts of bacteria end up in the abomasum.
Goats, like all ruminants, secrete an enzyme in the abomasum called lysozyme which digests bacteria,
supplying 90% of the essential amino acids for the goat.

Rumen Fungi

The rumen can contain several different types of primitive fungi.
Fungi need nutrition and vitamins that they receive from rumen bacteria.
The action of the rhizoids penetrating plant material weaken plant cell walls
so that bacteria can more easily degrade and breakdown cellulose.
Fungi also contribute to fermentation.

A typical life cycle of a rumen fungi (Neocallismastix species.

Zoospore is attracted to the type of plant tissue that surrounds flowers and seeds.

The zoospore becomes encysted then germinates and forms a single rhizoid.

The rhizoid system grows and forms long branches.
Rhizoids secrete enzymes which break down compounds in the plant stem
and is then absorbed by the fungi.

When certain plant types are ingested a sporangium develops.
The nucleus divides.


Examples of Microorganisms

Estreptococo bacteria

Estreptococo is a group of bacteria that causes illness in humans. Como el nombre sugiere, streptococcus bacteria is the cause of strep throat – and can also cause scarlet fever and, rarely, skin and muscle infections.

Streptococcus is a good example of the “dangerous” type of microorganism. On this list, we’ll discuss microorganisms that are both dangerous and helpful to humans.

Malaria Parasite (Plasmodium)

Malaria is the deadliest disease to humans on Earth today. Transmitted from host to host by mosquito bites, it causes serious symptoms such as fever, hemolytic anemia, and convulsions as the Plasmodium parasite reproduces inside the host’s body.

It may surprise you to learn that the Plasmodium parasite is not a bacteria – rather, it is a eukaryotic microorganism that reproduces sexually and undergoes a multi-stage life cycle.

Plasmodium demonstrates the diversity of microorganisms – which may be bacterial, eukaryotic, or even multicellular.

Lactobacillus rhamnosus

Si Estreptococo is a “bad” bacterium, Lactobacillus is a “good” type of bacterium. Lactobacillus are bacteria that live in the guts of healthy people, and may help us fight off diseases such as the stomach flu.

Lactobacillus is found in many yogurts. Some people even take highly concentrated doses of Lactobacillus in the form of “probiotic” pills or capsules in hopes of staying healthy!

Cianobacterias

Cyanobacteria was one of the first types of life to evolve on Earth. Its modern descendant continues to play important ecological roles today. Cyanobacteria can turn carbon dioxide into oxygen – and it can turn unusable inorganic nitrogen into organic forms that can be used to make proteins and more!

Because cyanobacteria was one of the first organisms on the planet, it likely had to do those things for itself – there were no other nitrogen-fixing organisms around to partner up with.

Cyanobacteria is another great example of a “good” microorganism to which humans owe a great deal!

1. Which of the following is NOT true of microorganisms?
A. All are prokaryotic
B. All are eukaryotic
C. All are microscopic
D. All are harmful pathogens

2. Which of the following is one reason why our understanding of microorganisms has changed a lot in the last 10 years?
A. For most of the 19 th and 20 th centuries, microorganisms could only be studied using light microscopes.
B. The advent of genome analysis allowed scientists to read organisms’ “source codes” and see which are related to each other.
C. Reading the DNA of microbes have shown that many assumptions made based on light microscope studies were not correct.
D. All of the above.


Ver el vídeo: Δημιουργία και εκτροφή ΕΜ ενεργών μικροοργανισμών (Junio 2022).


Comentarios:

  1. Domhnull

    Creo que se cometen errores. Tenemos que hablar. Escríbeme en PM, habla.

  2. JoJojin

    Creo que es una buena idea. Estoy de acuerdo contigo.

  3. Bryant

    Muy simple en palabras, pero en hechos, mucho no corresponde, ¡no todo es tan color de rosa!

  4. Arashiramar

    Sorry, not in that section .....

  5. Zugor

    Por favor, no ponga esto en exhibición

  6. Patrido

    Te sugiero que vayas al sitio, donde hay mucha información sobre el tema que te interesa.

  7. Elroy

    Encuentro que te han engañado.



Escribe un mensaje