ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ Περιβαλλοντικοί παράγοντες και πως επηρεάζουν τους αποικοδομητές

Μικροβιακοί πληθυσμοί - αποικοδομητές Η ύπαρξη και η δυνατότητα αποικοδόμησης ενός μικροβιακού πληθυσμού εξαρτάται από διάφορους παράγοντες: φυσικούς, χημικούς, βιολογικούς Ανιχνεύονται σε περιβάλλοντα με πολύ διαφορετικές συνθήκες οι οποίες ελέγχουν: την ταχύτητα των βιοχημικών μετατροπών που διενεργούν οι μο  τα προϊόντα της βιοαποικοδόμησης

Γιατί δεν αποικοδομείται η ίδια ένωση σε όλα τα περιβάλλοντα; Πολλά παραδείγματα ρύπων που δεν αποικοδομούνται σε όλα τα περιβάλλοντα TCE: αποικοδομείται μικροβιακά σε 1 από τα 43 δείγματα από χερσαία και υδάτινα οικοσυστήματα που μεταφέρθηκε και εξετάστηκε 2,4-D (διχλωρο-φαινοξυ-οξικό): αποικοδομείται σε δείγματα από ευτροφική λίμνη και όχι από τους αντίστοιχους μο ολιγοτροφικής λίμνης Μεθυλ-παραθείον: διασπάται από τους μο του βυθού μιας λίμνης και όχι από τους μο που ανιχνεύονται στην επιφάνεια

Γιατί δεν αποικοδομείται η ίδια ένωση σε όλα τα περιβάλλοντα; Οι λόγοι δεν είναι πλήρως γνωστοί: ύπαρξη κάποιων μο σε ένα οικοσύστημα, στην έλλειψη κάποιων θρεπτικών συστατικών που είναι απαραίτητα για τους αποικοδομητές, στην παρουσία τοξινών, στην ύπαρξη Ο2 Πληροφορίες προέρχονται από τις μελέτες σε εργαστηριακό επίπεδο

Αβιοτικοί παράγοντες Θερμοκρασία pH Υγρασία (για το έδαφος) Αλατότητα Ύπαρξη τοξινών Υδροστατική πίεση Θρεπτικά συστατικά

θερμοκρασία Χαμηλές θερμοκρασίες  πτώση της βιοαποικοδομητικής δραστηριότητας Εάν ένας ρύπος βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια του εδάφους ή του νερού, επηρεάζεται ιδιαίτερα η αποικοδόμησή του με την πτώση της θερμοκρασίας Β. Αμερική, Ευρώπη και Ασία: οι οργανικές ενώσεις παραμένουν μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα, λόγω έλλειψης μικροβιακής δραστηριότητας

pH Μεγαλύτεροι βιοαποικοδομητικοί ρυθμοί παρατηρούνται στην περιοχή του ουδέτερου pH Εάν η αποικοδόμηση μίας ένωσης διενεργείται από διαφορετικούς μο σε ένα οικοσύστημα  το εύρος των τιμών pH που μπορεί να διασπαστεί είναι μεγαλύτερο από την περίπτωση που διασπάται από μία μόνο κατηγορία μο Η επίδραση του pH στην αποικοδόμηση των παρασιτοκτόνων έχει ιδιαίτερα μελετηθεί

Υγρασία Χερσαία οικοσυστήματα: σημαντικός παράγοντας για την αύξηση και τη μεταβολική δραστηριότητα των μο που παίρνουν μέρος στη βιοαποικοδόμηση των οργανικών ρυπαντών (ιδιαίτερα στην επιφάνεια του εδάφους λόγω ξήρανσης) Άριστη υγρασία για την αποικοδόμηση κάποιου οργανικού ρύπου: είδος του εδάφους, την ένωση που βιοαποικοδομείται, εάν απαιτείται αερόβια ή αναερόβια διεργασία Εδάφη που κατακρατούν υγρασία: ευνοούν τις αναερόβιες συνθήκες

Αλατότητα Υψηλή αλατότητα αναστέλλει την μικροβιακή δραστηριότητα και αύξηση. Εδάφη και υγροβιότοποι με υψηλή αλατότητα δεν παρουσιάζουν έντονη μικροβιακή δραστηριότητα Θάλασσα και ωκεανοί: αλόφιλοι μο

Υδροστατική πίεση Πολλές οργανικές ενώσεις μετά την είσοδό τους στα υδάτινα οικοσυστήματα βυθίζονται στο βυθό Βυθός: υψηλή υδροστατική πίεση και χαμηλές θερμοκρασίες  μικρή μικροβιακή δραστηριότητα και χαμηλοί ρυθμοί βιοαποικοδόμησης  παραμονή των ρύπων για μεγάλα χρονικά διαστήματα

Θρεπτικά συστατικά Χημειοετερότροφοι μο (αποικοδομητές): οργανική ένωση (πηγή C + ενέργειας), πηγή Ν, άλλα θρεπτικά συστατικά και έναν αποδέκτη ηλεκτρονίων Αποδέκτης ηλεκτρονίων Αερόβιοι μο: Ο2 Αναερόβιοι μο: ΝΟ3-, SO4-2, CO2, Fe+3, οργανικές ενώσεις Αυξητικοί παράγοντες: αμινοξέα, βιταμίνες Β, λιποδιαλυτές βιταμίνες

Ποιος είναι ο περιοριστικός παράγοντας αύξησης; Συνήθως στα φυσικά οικοσυστήματα είναι ο οργανικός C Ενώ η συγκέντρωσή του μπορεί να είναι > 1% στο έδαφος, οι ενώσεις που αποικοδομούνται είναι πολύ λιγότερες Δραστική Αλλαγή!! όταν το οικοσύστημα κατακλυστεί με οργανικές ενώσεις που αποικοδομούνται από τους μο σε μεγάλη συγκέντρωση  δεν είναι πλέον ο C περιοριστικός παράγοντας Γίνεται κάποιο άλλο στοιχείο όπως το Ν ή/και P

Ποιος είναι ο περιοριστικός παράγοντας αύξησης; Στην περίπτωση της παρουσίας μεγάλης ποσότητας οργανικών ρύπων απαιτείται και μεγαλύτερη ποσότητα από τον αποδέκτη ηλεκτρονίων. Στην αποικοδόμηση υδρογονανθράκων είναι το O2 Υπόλοιπα ιχνοστοιχεία (K, S, Mg, Ca, Fe) βρίσκονται σε περίσσεια Ατυχήματα ρίψης πετρελοειδών σε θαλάσσια οικοσυστήματα: επιταχύνεται η μικροβιακή αύξηση μετά από προσθήκη Ν και P μαζί. Για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα, αναπτύχθηκαν νέες υδρόφοβες ενώσεις που περιέχουν και τα δύο στοιχεία και δεν διαφεύγουν, αλλά παραμένουν προσδεδεμένες με την πετρελαιοκηλίδα

Ποιος είναι ο περιοριστικός παράγοντας αύξησης; Έδαφος: επίσης υπάρχουν περιπτώσεις όπου χρειάζεται η προσθήκη Ν και P για την αύξηση των μικροβιακών πληθυσμών που μπορούν να αποικοδομήσουν οργανικούς ρυπαντές Υπάρχουν όμως και απόβλητα που περιέχουν υψηλή συγκέντρωση αυτών των στοιχείων ή τα στοιχεία αυτά ήδη υπάρχουν στο έδαφος που ρυπαίνεται

Πόσοι περιοριστικοί παράγοντες μπορεί να λειτουργούν ταυτόχρονα; Στην περιβαλλοντική μικροβιολογία πιστεύεται ότι κάθε φορά για ένα μικροβιακό πληθυσμό υπάρχει μόνο ένας Η άποψη αυτή φαίνεται ότι αναθεωρείται και μπορεί να λειτουργήσουν ταυτόχρονα δύο Η βιοαποικοδόμηση συνεχίζεται και χωρίς την προσθήκη των στοιχείων, έστω και με αργούς ρυθμούς. Αυτό οφείλεται: Στην αναγέννηση κάποιων συστατικών λόγω της ανακύκλωσης της μικροβιακής μάζας (πρωτόζωα) Στον εμπλουτισμό του συστήματος από Ν ή και P από τη βροχή Στον εμπλουτισμό των υδάτινων οικοσυστημάτων σε Ν ή και P από την αποστράγγιση των γύρω εδαφών

Επιβίωση των αυξότροφων στελεχών στη φύση Η επίδραση της αυξοτροφίας στην μικροβιακή αύξηση στα φυσικά οικοσυστήματα δεν έχει μελετηθεί αρκετά Φαίνεται ότι συνυπάρχουν τα αυξότροφα με τα υπόλοιπα στελέχη. Τις ενώσεις στις οποίες παρουσιάζουν αυξοτροφία τις προμηθεύονται από τους υπόλοιπους μο του οικοσυστήματος Πιθανόν σε οικοσυστήματα που υπάρχουν 1 ή 2 είδη που αποικοδομούν κάποιο οργανικό ρυπαντή, η ύπαρξη αυξοτροφίας να μειώνει τη βιοαποικοδομητική δραστηριότητα

Αυξότροφα στελέχη υπάρχουν σε όλα τα οικοσυστήματα 90% των βακτηρίων στα θαλάσσια οικοσυστήματα είναι αυξότροφα 75-80% των βακτ. στελεχών του βυθού και >90% των βακτ. στελεχών του εδάφους απαιτούν κάποια από τις βιταμίνες Β

Ποιος προμηθεύει με αυξητικούς παράγοντες; Στα φυσικά οικοσυστήματα οι αυξητικοί παράγοντες: Εκκρίνονται από βακτήρια, μύκητες, φύκη ή ελευθερώνονται από πρωτόζωα που είναι θηρευτές βακτηρίων ή Οι αυξότροφοι μο τους προμηθεύονται από κάποια παρασιτική σχέση που αναπτύσσουν με κάποιο ανώτερο ευκαρυωτικό οργανισμό Όταν προστίθενται οι αυξητικοί παράγοντες σε μία καλλιέργεια  μειώνεται το ελάχιστο όριο συγκέντρωσης της πηγής C για τη μικροβιακή αύξηση

Μηχανισμός του παράλληλου μεταβολισμού Η προσθήκη άλλης οργανικής ένωσης ή ακόμα και ανόργανης βοηθά την βιοαποικοδόμηση μίας δύσκολα αποικοδομήσιμης οργανικής ένωσης σε ένα οικοσύστημα Μηχανισμός που δεν είναι απόλυτα γνωστός. Οι ενώσεις που προστίθενται δεν είναι πάντα ανάλογες χημικά με την οργ. ένωση που αποικοδομείται

Παραδείγματα παράλληλου μεταβολισμού Προσθήκη διφαινυλίου στο έδαφος αυξάνει την αποικοδόμηση των PCBs, αφού αυξάνεται ο μικροβιακός πληθυσμός των αποικοδομητών του διφαινυλίου (ανάλογες χημικές ενώσεις) H αποικοδόμηση αυξάνει μερικές φορές και μετά από την προσθήκη μη-ανάλογων χημικών ενώσεων π.χ. κατά τη βιοαποικοδόμηση του DDT, heptachlor, endrin. Πιθανά αυξάνεται η βιομάζα των μο που τυχαία μεταβολίζουν και την νέα ένωση που έχει προστεθεί

Προσθήκη …και τελικού αποδέκτη ηλεκτρονίων Συχνά απαιτείται η προσθήκη ενός αποδέκτη ηλεκτρονίων, λόγω της αύξησης του οργανικού υποστρώματος, η οποία προκαλεί αύξηση του μικροβιακού πληθυσμού Παράδειγμα: αποικοδόμηση υδρογονανθράκων και αργού πετρελαίου. Παροχή οξυγόνου είτε με την μορφή αέρα, καθαρού οξυγόνου ή Η2Ο2 Εάν πρόκειται για ενώσεις που αποικοδομούνται αναερόβια τότε ο αποδέκτης ηλεκτρονίων είναι κάποια οργανική ένωση ή NO3-, SO4-2, CO2/CO3-2, Fe+3

Ευχαριστώ!!