Unidad 11: Microbiología ambiental. Diversidad y hábitats microbianos. Ciclos biogeoquímicos: carbono, nitrógeno, fosforo, azufre. Vida sin luz solar. Degradación de productos en suelos y en agua. Tratamientos de aguas residuales. Microorganismos

acuáticos. Biolixiviación.

• BIBLIOGRAFIA: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2009. Brock, Biología de los Microorganismos. 12º ed. Pearson/Prentice-Hall (Cap. 23, 24 y 36 )

• Tortora, Funke, Case. Introducción a la Microbiología 9º Ed. Ed. Médica Panamericana 2007 (Cap . 27)

• Prescott, Harley, Klein Microbiology. 7º ed. McGraw Hill Interamericana (Cap. 27, 28, 29 y 41).

Microbiología, 2015

Diversidad microbiana: riqueza vs abundancia

Riqueza Microbiana: Número total de especies presentes diferentes Abundancia de especies: es la proporción de cada especie dentro de la comunidad en un ecosistema

Simbiosis

Parasitismo

Mutualismo

Comensalismo

Hábitat microbiano: Suelo

Microambientes: nicho microbiano

Zona Óxica Zona Anóxica

Microorganismos

Aerobios estrictos, microaerófilos anaerobios estrictos anaerobios facultativos

• Recursos subóptimos • Distribución no uniforme • Poblaciones mixtas

Competencia y cooperación (sintrofía)

Horizontes Perfil de suelo maduro

Biopelículas: Beneficios

Rol del c-di-GMP: expresión de genes específicos de la biopelícula (percepción del quorum) y activación de enzimas celulares

Matas microbianas

Ecosistemas de agua dulce Productores primarios

(fitoplancton y bentónicos)

Ecosistemas marinos: mar abierto y profundidades marinas

Proclorófitos, Trichodesmium Ostreococcus, Pelagibacter Virus marinos

Virus marinos

Psicrófilos Psicrotolerantes Barofilos Barotolerantes

Proteínas de membrana externa (Omp H), ácidos grasos insaturados

Ecosistemas de fuentes hidrotermales

Gusanos tubícolas, mejillones y almejas gigantes

Thiobacillus, Beggiatoa, Crenarchaeota, Euriarqueotas

Macrobiogeoquímica

Todos los ciclos biogeoquímicos están unidos, con la energía obtenida desde la luz y los pares de compuestos reducidos y oxidados. Se muestran los principales flujos. El flujo de P desde fuentes litogénicas es importante.OM: materia orgánica

Ciclo del Carbono

Ciclo del nitrógeno

Fijación de nitrógeno

Balances de nutrientes y ciclos acoplados

La velocidad de la productividad primaria (fijación de CO2) está controlada por varios factores, en particular por la magnitud de la biomasa fotosintética y por la disponibilidad de nitrógeno. Así, disminuciones en gran escala como las desforestaciones reducen las velocidades de la productividad primaria e incrementan los niveles de CO2. Altos niveles de carbono orgánico estimulan la fijación de nitrógeno y así adicionan mas N fijado al pool de productores primarios. Bajos niveles de carbono orgánico tiene el efecto opuesto. Elevados niveles de amonio estimulan la producción primaria y nitrificación, pero inhiben la fijación de N2

Elevados niveles de nitratos, fuente excelente de N para fotótrofos acuáticos y plantas estimulan la producción primaria, pero incrementan la velocidad de desnitrificación, eliminando formas de N fijada y retroalimenta en un modo negativo sobre la producción primaria.

Ciclo del Azufre

• Chromatium okenii, bacteria púrpura • Chlorobium limicola, bacteria verde

Procariotas y procesos claves del ciclo del azufre

Procesos Organismos

Oxidación de sulfuro/azufre • Aerobia • Anaerobia

( H2S S0 SO42-)

Quimiolitótrofos del azufre (Thiobacillus, Beggiatoa, otros) Bacterias fotótrofas verdes y púrpuras

Reducción del sulfato (anaerobia) (SO42- H2S)

Desulfovibrio, Desulfobacter

Reducción del azufre (anaerobia) (S0 H2S) Desulforomonas, arqueas hipertermófilas

Dismutación del azufre (S2O32- H2S + SO4

2- ) Desulfovibrio y otros

Oxidación o reducción de comp. orgánicos azufrados

(CH3SH CO2 + H2S) (DMSO DMS) Muchos organismos pueden hacerlo

Desulfurilación (Sorgánico H2S) Muchos organismos pueden hacerlo

Ciclo de fósforo simplificado El fósforo entra al suelo y al agua a través de la erosión de las rocas, por los fertilizantes fosforados, y por los residuos superficiales de la degradación de las plantas. Las plantas y los microbios convierten rápidamente el fósforo inorgánico a su forma orgánica, causando la inmovilización. Sin embargo, gran parte del fósforo del suelo puede filtrarse agrandes distancias o formar complejos con cationes para formar relativamente compuestos insolubles.

Gránulos de volutina

• Lixiviación de las menas minerales

• Biodegración de petróleo

• Biodegradación de xenobióticos

Biorremediación Microbiana

Lixiviación microbiana: Menas de cobre Acidithiobacillus ferrooxidans

Biotransformación de mercurio y otros metales pesados

Ambiente natural: 1ng/l 40.000 tn /año Industria :plaguicidas Yacimientos, I. electrónica Quema de combustibles fósiles

Biodegradación de petróleo Alcanivorax borkumensis

Biodegradación de Xenobióticos

Catabolismo de los plaguicidas

• Cometabolismo (no siempre es beneficioso)

• Decloración reductora • Decloración aeróbica Burkholderia cepacia

Plásticos Biodegradables

Poli-β-hidroxibutirato

Poli-β-hidroxivalerato

Polietileno

Poliuretano Poliestireno

Polipropileno

Teflón

Cloruro de polivinilo (PVC)

Potabilización de agua y tratamiento de aguas residuales

Coliformes y calidad de agua

• Bacilos anaerobios facultativos • Gram-negativos • No formadores de endosporas • Fermentadores de lactosa con formación de gas

4-metilumberiferil-β-D-galactopiranósido indoxil- β-D-glucurónido

4-metilumberiferil-β-D-glucuronido o-nitrofenil- β-D-galactopiranósido

Biosensores Operón lux: enzima luciferasa Ej: presencia de sustancias tóxicas presencia de ATB en leche

Potabilización física y química

Etapas del tratamiento de aguas residuales

Sedimentación de sólidos: filtración y sedimentación

T. secundario anaerobio

Tratamientos secundarios aeróbicos: Filtro percolador y fango activado