1

Metode za določanje mikrobne biomase

in mikrobne aktivnosti v

kompleksnih sistemih

2

morje celinskevode

tekočiodpadki

tla

kemijska analiza(C, N, S, P, . . .) ++ ++ ++ ++KPK - + ++ -

Hranila

BPK - + ++ -mikroskopija- fazni kontrast, barvanja ++ ++ ++ ++- fluorohromi(AO,FDA…) ++ ++ ++ ++

- vrstična el.mikroskopija ++ ++ ++ ++- konfokalna mikroskopijaviabilno štetje ++ ++ ++ ++

Število

pretočna citometrija ++ ++ ? ?

Uporabnost metod

3

Uporabnost metod

morje celinskevode

tekočiodpadki

tla

suha snov- filtriranje ++ ++ + ? -- fotosintetski pigmenti ++ ++ - -- kemijske sestavine(ATP, PHB, LPS, mur. k.) ++ ++ ++ ++- mikrometrija ++ ++ ++ ++

-kemijsko/fiziološkofumigacija-ekstrakcija - - + ++fumigacija- inkubacija - - + ++

Mikrobnabiomasa

SIR (induciranarespiracija)

- - + ++--

4

morje celinskevode

tekočiodpadki

tla

viabilno štetje ++ ++ ++ ++izolacija - gojitev ++ ++ ++ ++

Viabilnost

izotopi ++ ++ ++ ++mikroskopija ob barvilih ++ ++ ++ ++izotopi , autoradiografija ++ ++ ++ ++mikrokalorimetrija - - ++ ++izmenjava plinov(O2, CO2, N2, CH4...)

++ ++ ++ ++

inhibicija : glive/bakterije ++ ++ ++ ++hitrost porabe substrata ++ ++ ++ ++hidroliza fluores.substrata

++ ++ ++ ++

Aktivnost

vgradnja: 3H- TdR, 3H-leu

++ ++ ++ ++

Uporabnost metod

5

Merjenje primarne produkcije

• število celic fitoplanktona

• poraba CO2

• uporaba 14C označenega CO2

• produkcija O2

• vsebnost fotopigmentov

• uporaba satelitskih meritev

6

Merjenje primarne produkcije: 14CO2

• v 250–300 ml transparentno steklenico

dodamo 0.5 ml Na2H14CO (3-10 µCi/ml)

• vzorce dobro premešamo in inkubiramo

2-4 ure

• po inkubaciji vzorce damo v temen

prostor

• vzorce filtriramo skozi 0.45 mm

nitrocelulozni filter, speremo s filtrirano

vodo, posušimo in nato filtre damo v

čašo s koncentrirano HCl, da odstranimo

anorganski 14C ki je precipitiral na

filtrirni material

• filtre prenesemo v scintilacijskotekočino in izmerimo radioaktivnost

• vedno testiramo vsaj tri paralelne vzorce plus temno kontrolo

Al srednja vrednost v vzorcih, Ad je korekcija zaradi napak instrumenta izmerjena v temni kontroli, 12C je skupni anorganski ogljik v mg/l. Faktor 1.06 je korekcijski faktor za izotopno frakcionacijo. Faktor 1000 je upoštevan zaradi pretvorbe iz litrov v m3, 14C je aktivnost dodanega ogljika in t je čas inkubacije.

tC

xCAdAlPP14

100006.112)( −=

7

Merjenje primarne produkcije s kisikom

Uporaba steklenic na svetlobi in v temi za določanje

fotosinteze/respiracije v vodi

- produkcija O2 na svetlobi – neto fotosinteza

- poraba O2 v temi – skupna respiracija

Skupna fotosinteza = neto fotosineza + respiracija

8

Merjenje primarne produkcije s produkcijo O2

• Elektrokemijska metoda: Kisik lahko merimo elektrokemično z uporabo

mini in mikroelektrod. Minielektrode imajo premer od 0.5 do nekaj

milimetrov, mikroelektrode pa imajo premer 5 mikrometrov.

• Wrinklerjeva metoda: Vzorcu dodamo raztopino manganovega klorida

in nato še alkalno jodovico. Vzorec zakisamo kar sprosti jod. Količino

sproščenega joda, ki je ekvivalentna količini kisika v vzorcu, določimo

spektrofotometrično ali titrimetrično.

9

Uporaba satelitov za vrednotenje primarne

produkcije

Satelite uporabljamo za:

• proučevanja vremena

• proučevanja klimatskih sprememb

• proučevanja interakcij vode-zraka

(npr. prenos toplote, momenta in

mase)

• proučevanja hidrološkega cikla

• globalne energijske bilance Zemlje

• proučevanja primarne produkcije

10

Spremljanje primarne produkcije s pomočjo satelitov

• Satelitski posnetek primarne

produkcije okrog Tasmanije v

Novembru (modra barva-nizka

produkcija fitoplanktona, rdeča barva-

visoka produkcija)

• slika kaže kompleksno razporeditev

fitoplanktona, ki je odvisna tako od

bioloških kot od fizikalnih faktorjev

11

Spremljanje fiksacije dušika na daljavo

• glavni fiksatorj dušika v oceanu je Trichodesmium (prostoživeč fiksator

dušika)

• idealen organizem za sledenje,

ker absorbira svetlobo zaradi fikoeritrina in jo ukloni (plinski vezikli)

• problem sledenja na daljavo je ta,

da je optična gostota oceana le 50 m (do tu vidi satelit),

vendar pa so mikroorganizmi tudi precej globje

12

Spremljanje fiksacije dušika na daljavo

• alternativa sledenju s sateliti so avtomatske postaje v oceanu,

ki zbirajo podatke in jih preko satelita sporočajo v centralni center

• možno je tudi sledenje nitrata,

kjer kombiniramo satelitne podatke o primarni produkciji,

s temperaturo oceanov in nato modeliramo kinetike nastanka in porabe

13

Merjenje bakterijske biomase in produkcije

• mikroskopija

• vgradnja TdR v bakterijsko DNA

• vgradnja izotopno označenega leucina v proteine

• epifluorescenčne metode

• BPK

• merjenje lipopolisaharidov (LPS)

• merjenje muramične kisline

• merjenje ATP

• fumigacijsko ekstrakcijske metode

• fumigacijsko inkubacijska

• s substratom inducirna respiracija SIR

14

Mikroskopija v svetlem polju

Za kvaliteto mikroskopa je najpomembnejša ločljivost, sposobnost

ločevanja dveh točk. S povečevanjem objekta ne dosežemo veliko, če je

ločljivost slaba. Ločljivost, D, je odvisna od:

- aperture objektiva, α

- lomnega količnika, n

- valovne dolžine svetlobe, λ

D = 0.61λ / (n x sin α)

Zaradi tehničnih omejitev glede α, λ in n je

meja ločljivosti pri svetlobni mikroskopiji okoli

0.2 µm.

15

Mikroskopija v temnem polju

Arachnoidiscus ehrenbergi,

diatomeja

16

DIC (differential interference contrast) ali Nomarski mikroskopija

Sordaria fimicola, plodno telesce z askusi

17

Fazno kontrastna mikroskopija

18

Epi-fluorescenčni

mikroskop

Olympus BX51

19

Štetje mikroorganizmov

• najbolj uporabna tehnika za štetje bakterij je epifluorescenca

• po vzorčenju vzorce takoj fiksiramo v 2 % (v/v) formaldehid

• najpogosteje uporabljena barvila, ki se vežejo na DNA so: DAPI,

akridin oranž, etidijev bromid, SYBR Green, YoPro

• vzorec prenesemo na polikarbonatni filter z velikostjo por 0.2 mm,

polikarbonatni filtri so zaradi gladke površine bolj primerni

20

Štetje mikroorganizmov

• da lahko določimo biomaso na podlagi preštetih mikroorganizmov

je potrebno določiti biovolumen mikroorganizmov

• ko je določen biovolumen

je potrebno določiti konverzijski faktor za preračun v biomaso

• podatek za biomaso lahko dobimo iz gostote bakterijske kulture,

povprečna gostota bakterijskih celic je 1.1 g/cm3, 80 % bakterije

predstavlja voda, ogljik predstavlja 50 % suhe teže bakterij.

F = 1.1 g/cm3 x 0.2 x 0.5 = 0.11 g C/cm3

m = (ρ x V) x št. celic

21

Določanje biomase

z lipopolisaharidi

(LPS)

22

Merjenje ATP

• ATP koncentracije so relativno stabilne v celici, po smrti celice

koncentracija ATP pade

• uporaba konverzijskega faktorja za izračun biomase (250-286)

• z merjenjem ATP, ADP in AMP lahko določimo energijski naboj celice

AMPADPATPADPATPEC++

+=

2/1

• EC aktivnih celic je med 0.6 in 0.9

23

Fumigacijsko inkubacijska metoda določanja biomase

vzorec tal

kontrolni podvzorec

meritve CO2

podvzorec

fumigacija s CHCl324 ur

inkubacija10 dni

inkubacija10 dni

Izračun: MB-C = (Cf - Cnef)/Kc meritve CO2

MB-C mikrobno biomasni ogljik, Cf in Cnef je količina CO2 v fumigiranem in nefumigiranem vzorcu, Kc je kostanta

24

Fumigacija s kloroformom - inkubacija

CO2-C

fumigiran

MB-C

nefumigiran

dnevi

25

Fumigacijsko ekstrakcijska metoda določanja biomase

vzorec tal

kontrolni podvzorec

ekstrakcija s K2SO4

fumigacija s CHCl3 5 dni (1 dan)

ekstrakcija s K2SO4

podvzorec

meritve skupnega N ali

organskega C v ekstraktu

meritve skupnega N ali

organskega C v ekstraktu

Izračun: MB-N = (Nf - Nnef)/Ken

MB-N mikrobno biomasni dušik, Nf in Nnef je količina mineralnega N v fumigiranem in nefumigiranem vzorcu, Ken je kostanta

26

Merjenje bakterijske respiracije v

odpadnih vodah

KPK - kemijska poraba kisika

BPK - biokemijska poraba kisika(mg O2/L)

27

KPK – kemijska poraba kisika

• potrebna količina kisika za oksidacijo celotne količine organskega

ogljika do CO2 in H2O

• je mera za količino organske snovi v vzorcu vode

1 g ogljikovih hidratov ali 1 g proteinov je približno 1g KPK

• organsko snov oksidiramo s K2Cr2O7 v koncentrirani H2SO4 ob

prisotnosti katalizatorja

• lahko se oksidirajo tudi anorganske snovi

28

BPK – biokemijska poraba kisika

• količina raztopljenega kisika, ki ga mikrobi porabijo za oksidacijo

organske in anorganske (npr. amonija) snovi v vzorcu

• je mera za količino mikrobom dostopne organske (in anorganske snovi),

ki jo lahko oksidirajo

• alikvot vzorca vode v fosfatnem pufru s hranili in ob nasičenosti s

kisikom inkubiramo v namenskih steklenicah,

včasih se doda inokulum ali tudi inhibitor nitrifikacije

• petdnevni test (BPK5) meri količino kisika, ki ga porabi mešana

mikrobna združba med petdnevno inkubacijo pri 25 oC, v temi

29

BPK

končni heterotrofni BPK

heterotrofni BPK

kemolitotrofni BPK

standarniBPK5

0 5 10 15

BPK

(mg/

l)

čas (dnevi)

BPK5 (mg/ml) = D1 - D5 /P

D1 - začetna količina raztopljenega kisikaD5 - količina po 5. DnehP - volumski alikvot vzorca vode

30

Fluorescenčne metode za merjenje aktivnosti mikrobnih celic

• večina testov je zasnovana na predpostavki,

da je intaktna membrana znak za viabilno celico

• običajno uporabljamo dve fluorescenčni barvili,

eno barvilo difundira skozi intaktno plazmatsko membrano,

drugo barvilo pride v celice samo skozi kompromitirano membrano,

(npr. SYTO9/propidijev jodid; SYTO9/heksidijev jodid; DAPI/SYTOX Green)

31

Vgradnja TdR v bakterijsko DNA

Glavne predpostavke pri TdR metodi:

• sistemu dodamo dovolj TdR tako,

da je inhibirana »de novo« sinteza timina

• vnos timina v bakterijsko celico je hiter

• timin ostane med transportom nespremenjen

• znotraj celice je timin hitro konvertiran in vgrajen v kromosom

32

Vgradnja TdR v bakterijsko DNA - prednosti

• visoka specifičnost za heterotrofne bakterije

• visoka občutljivost in natančnost

• enostavna in hitra analiza

• majna količina vzorca

33

Vgradnja TdR v bakterijsko DNA - problemi

• TdR se ne vgradi vedno v DNA, lahko so označene tudi druge

makromolekule

• konverzijski faktorji niso konstantni

• »de novo« sinteza ni vedno inhibirana

• mikroradiografija pokaže, da vse bakterijske celice ne vgradijo TdR

(dormantne celice, celice brez transporterja za TdR)

• sulfatni respiratorji in kemolitotrofi ne inkorporirajo TdR

34

Vgradnja izotopno označenega leucina

• predstavlja alternativo TdR (je bolj občutljiva)

• ker je proteinska frakcija zelo pomembna v vsaki bakterijski celici (~

50 % biomase) in je večji del energije porabljen za sintezo proteinov

• proteinsko sintezo lahko spremljamo tako da gledamo vgradnjo:

- [3H]Leu

- 35SO4

• ker alge lahko inkorporijao 35SO4 in je zlasti v morski vodi veliko

sulfatov, ki redčijo izotop, je preferenčno rabljen [3H]Leu, zaradi

kratkega časa inkubacije (< 1 uro) inkorporirajo [3H]Leu predvsem

bakterije

35

Druge radioizotopne metode za merjenjemikrobne aktivnosti

• sevanje vnešenega radioaktivnega materiala metabolno aktivnih celic

potemni fotografsko emulzijo, s pregledom pod mikroskopom določimo

število temnih (metabolno aktivnih) in svetlih (metabolno neaktivnih) celic

• z radioaktivno označenim substratom lahko določimo kinetiko vnosa

substrata, med najbolj uporabnimi substrati je 3H-acetat

• inkubacijo prekinemo z dodatkom inhibitorja vnosa,

vzorec nato odfiltriramo na filter, speremo ter določimo radioaktivnost

36

Radioizotopne metode merjenja pretoka ogljika

• z radioaktivno označenim substratom lahko določimo hitrost

mineralizacije substrata, npr. 14C označena celuloza

• pretok ogljika po različnih poteh. npr 14C-acetat se lahko oksidira

do CO2 ali gre v metan

• z radioaktivno označenim substratom lahko merimo primarno

produkcijo

37

Uporaba radioizotopov za merjenje aktivnosti

metanogeneza ob acetatu v sedimentu

fotosinteza ob 14CO2 v morski vodi sulfatna redukcija ob 35SO42- v sedimentu

38

Radioizotopne metode redukcija sulfata

• konverzija 35SO42- v 35S reducirane žveplove spojine (npr. H35S,

35So, Fe35S2) v anaerobnih tleh in sedimentih

• uporaba reduciranih oblik radioaktivno označenega žvepla ni

možna zaradi izotopne izmenjave

39

Izotopna frakcionacija

Princip: lažji izotopi imajo šibkejše vezi in so zato bolj reaktivni

Reaktanti postajajo vse težji, produkti pa vse lažji

12C

13C

40

Izotopna sestava ogljika v različnih snoveh pove o biološkem ali nebiološkem izvoru

(13C/12C vzorec)-(13C/12C standard)Izračun: 0/00 = X 1000

(13C/12C standard)

41

Geokemija izotopov žvepla pove o biološkem ali nebiološkem izvoru žvepla v različnih snoveh

(34S/32S vzorec)-(34S/32S standard)Izračun: δ = X 1000

(34S/32S standard)

42

Mikroelektrode

glob

ina

(mm

)

platina

steklo

zlato

mikroprofili kisika, sulfida in pH v mikrobni prevleki iz vročega vrelca.

Trenutno so dostopni mikrosenzorji za O2, H2S, pH, CO2, NO3-, NO2

-, N2O, CH4, Fe2+, Mn2+.

43

Kisikov mikroelektroda

• enostavna kalibracija, kalibriramo glede

na saturirano vodo s kisikom

• če poznamo slanost in temperaturo

vode lahko izračunamo koncentracijo

kisika v vodi

• hiter odgovor aparata, 90% odgovora v

~0.2 sec

44

Merjenje mikrobne aktivnosti z encimi

• mikrobno aktivnost lahko spremljamo preko encimske aktivnosti

• merimo izginevanje substrata ali nastanek produkta

• merimo spektrofotometrično, radioaktivnost, titrimetrično,

manometrično, z elektrodami, kromatografsko

• med bolj uporabnimi encimi so meritve, glukozidazne,

ksilanazne, hitinazne, amidazne, fosfatazne, proteazne, lipazne

in dehidrogenazne aktivnosti

45

Direktno kemijsko določanje mikrobne aktivnosti

Inkubacijski eksperimenti kompleksnih vzorcev, kjer merimo:

• porabo akceptorjev elektronov (npr. O2, NO3-, Fe3+, SO4

2-)

• porabo elektronskih donorjev (npr. acetat, glukoza)

• produkcijo končnih produktov (npr. Fe2+, H2S, CO2, CH4, NH4+)

• redukcija tetrazolijevih soli (oksidirane-brezbarvne, reducirane-

rdeče)

46

Direktno kemijsko določanje mikrobne aktivnosti

Dodajanje inhibitorjev in določanje porabe substrata ali nastanka

končnih produktov:

• acetilen (blokira N2O redukcijo)

• molibdat (blokira SO42- redukcijo)

• bromoetan sulfonska kislina (blokira nastanek CH4)

• nitrapirin (blokira NH4+ oksidacijo)

• kloroacetat (blokira porabo acetata)

47

Merjenje virusne produkcije

• test na plake

• elektronska mikroskopija

• fluorescentna mikroskopija

• pulzna elektroforeza

• PCR analiza

48

Fluorofori za določanje virusov

Večje rumene pike celice, manjše zelene pike virusi (Syber Green-1)

49

Merjenje produkcije gliv

• ergosterolni test

• acetat-ergosterolni test

• dolžina hif

• heksozaminski test (kvantifikacija hitina)

• imuno-testi

50

Ergosterolni test

• ergosterol je prisoten v membrani gliv, vendar ni prisoten v

rastlinskih in animalnih celicah, prisoten predvsem v metabolno

aktivnih celicah, medtem ko v mrtvih celicah zelo hitro oksidira

• zaradi konjugiranih vezi ima absorpcjski maksimum pomaknjen proti

višjim valovnim dolžinam A282, kar omogoča razločevanje ergosterola

od drugih rastlinskih sterolov.

• priprava vzorca zahteva ekstrakcijo ergosterola z meatanolom ali

etanolom (esterifikacija), ločevanje faz ponovimo še s pentanom ali

heksanom

• ergosterole detektiramo z uporabo HPLC ali pa GC

51

“Who eats who” ali študij mikrobne fagotrofije

Bakteriovori- rast plena brez predatorja in ob njegovi prisotnosti - selektivna filtracija- selektivna inhibicija- progresivno razredčevanje

Spremljamo vnos in upad označenega plena (npr. fluorescenčno aliradioaktivno označen plen) ali pa aktivnost kislega lizocima.

Herbivori- progresivno razredčevanje- selektivna filtracija- vnos in upad označenega plena

52

Biosenzorji

Biosenzor je senzor, ki uporablja biokemijsko reakcijo za določitev

specifične spojine v povezavi s kemijsko ali fizikalno detekcijo.

Biosenzorji so visoko selektivni in občutljivi. Biosenzor je lahko:

- imobiliziran encim

- protitelo

- lipidni sloj

- celica

ki je v kontaktu z vodnim okoljem na eni strani in merilno celico ali

elektrodo na drugi strani.

53

Shema biosenzorja

a = biokatalizator vrši reakcijo d = procesiranje signala

b = transducer e = izpis

c = amplifier

54

Princip delovanja trsansducerjev

• količino sproščene ali absorbirane toplote (kolorimetrični biosenzorji)

• sprememba v porazdelitvi naboja povzroči spremembo naboja (potenciometrski biosenzorji)

• premikanje elektronov nastalih pri redoks reakcijah (amperometrični biosenzorji)

• intenziteta sproščene ali absorbirane svetlobe pri reakciji (optični biosenzorji)

• sprememba mase med reakcijo (piezo-električni biosenzorji)

55

Različni načini detekcije z biosenzorji

transdukcijski sistem detekcija

ionsko selektivne elektrode potenciometerska

plinsko selektivne elektrode potenciometerska

efekt na polje tranzistorja potenciometerska

optoelektronski optična

termistorski kalorimetrična

encimske elektrode amperometrična

konduktimeter prevodnost

piezoelektrični kristal akustična

56

Reporterski geni kot biosenzorji

• lac Z (produkcija β-galaktozidaze, barvna reakcija po cepitvi substrata)

• luxCDABE, luxCDABFE (produkcija fluorescence, ni potrebno dodajati substrata, uporabna le za študij aerobnih procesov)

• gfp (zeleni fluorescirajoči protein, ni potreben substrat, potreben kisik)

• cobA (produkcija trimetiliranih spojin, ki fluorescirajo v rdečem delu spektra)

• dsRed (produkcija proteina, ki fluorescira v rdečem delu)

• xylE (katehol 2,3-diokigenaza, razgradnja aromatskih spojin, kromogen substrat)

• phoA (alkalna fosfataza)

57

Nespecifični celični biosenzorji

• uporaba celih celic, ki imajo konstitutivno izražen luxCDABE operon

• merimo vpliv toksične komponente na zmanjšanje luminescence

biosenzorja

• problem takšnih meritev je nespecifičnost,

saj vsako zmanjšanje mikrobne aktivnosti zmanjša luminescenco

58

Reporterski geni kot biosenzorji

59

Semi-specifični celični biosenzorjo inducirani z okoljskim stresom

• delujejo tako, da so geni za lacZ ali luxCDABFE fuzirani z globalnimi

stresnimi promotorji kot so crp, rpoH, soxRS, oxyR, fadR, uspA in recA

• ker obstaja redundanca pri regulaciji odgovora na stres (isti stresni

faktor lahko aktivira več globalnih promotorjev) niso visoko specifični,

uporabni predvsem za študij poznanih toksičnih spojin v laboratoriju in

genotoksičnosti

60

61

Specifični celični biosenzorji

• za razliko od nespecifičnih celičnih biosenzorjev imajo specifični

biosenzorji še transkripcijski regulator,

ki veže detektirano spojino in aktivira promotor z reporterskim genom

• geni, ki so vključen pri razgradnji toksičnih snovi (npr. fenoli, toluen,

rezistenca na težke kovine kot so Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Ni, Hg, Zn),

so običajno regulirani na ta način

• s specifičnimi biosenzorji je mogoče detektirati tudi nitrat, fosfat,

anaerobnost, specifične aminokisline, tetracikline, homoserin laktone

62

63

Uporaba reporterskih genov za proučevanje fiziologije “in situ”

• reporterski geni, ki so fuzirani na izbran promotor omogočajo študij

njegove aktivnosti v naravnih pogojih

• s primerno izbranim promotorjem lahko proučujemo, kdaj je

določena metabolna pot aktivna, kdaj bakterija raste

• za ekološke študije je tovrstno raziskovalno orodje zelo dragoceno.

64

Uporaba imobiliziranih mikrobnih celic in encimov z elektrokemijsko detekcijo

Pri tej vrsti detekcije uporabljamo imobilizirane encime ali imobilizirane

celice, ki zaradi svoje aktivnosti producirajo ali porabljajo spojine, ki jih

lahko elektrokemično merimo

(npr. O2, N2O, H2S, Cl2, CO, NH3, CH4, Li, K, Na, Ca, proton, CO2, vodik, formiat

ali reducirani kofaktorji).

65

Biosenzorji z elektrokemijsko detekcijo

• glukozni senzor (elektroda z imobiliziranimi celicami npr. Pseudomonasa

ali encim glukoza oksidaza meri porabo kisika)

• laktatni senzor (elektroda z laktat oksidazo, meri porabo vodikovega

peroksida)

• alkoholni senzor (imobilizirane celice kvasov ali abkterij, merimo

porabo kisika)

• BOD senzor (imobilizirana kvasovka Trichopsporon cutaneum, merimo

porabo kisika)

66

Glukozni senzor

67

Problemi pri delu z biosenzorji

Težava večine biosenzorjev je:

- ne moremo jih sterilizirati

- reagirajo s substratom ali produktom

- so zelo občutljivi na merilne pogoje

68

Kemijsko profiliranje in modeliranje mikrobne aktivnosti

Izmerjene gradiente uporabmo skupaj z difuzijsko-reakcijskim

modeliranjem za ugotavljanje metabolnih poti in hitrosti reakcij.

∑+∂∂

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

∂∂

=∂∂ RvC

xxD

xtC )(

difuzija advekcija reakcija

D = difuzija npr. cm2d-1

V = advekcijska konstanta npr. cm d-1

R = reakcijska hitrost npr. mmol cm3d-1

69

Kemijsko profiliranje in modeliranje mikrobne aktivnosti

Uporabljamo izmerjene gradient skupaj s transporton-reakcijskim

modeliranjem za ugotavljanje metabolnih poti in hitrosti reakcij.

0=∂∂

tC

∑=∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

∂∂

− RvCxx

Dx

)(

∑+∂∂

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

∂∂

=∂∂ RvC

xxD

xtC )(

v primeru stacionarnega stanja velja

Če poznamo D in vertikalni profil potem lahko določimo R, analitično ali pa numerično.

70

Kemijsko profiliranje in modeliranje mikrobne aktivnosti

Fe3+ Fe2+

glob

ina

(cm

)

0

5

10

0 50 1000

5

10

0 50 100

µmol cm3 µmol cm3

Iz eksperimentalno izmerjenega profila Fe2+ in Fe3+ lahko s pomočjo

modela dobimo vrednosti za kemijsko reakcijo.