12:39 ص
البيولوجيا
كتاب : علم الاحياء الدقيقة التطبيقي
عدد صفحات الكتاب : 110 صفحة
الهندسة الوراثية هي مثال على كيفية تداخل مجالات علم الأحياء الدقيقة الأساسي والتطبيقي. تعتبر الهندسة الوراثية في المقام الأول مجال علم الأحياء الدقيقة التطبيقي (أي استغلال الكائنات الحية الدقيقة لمنتج أو استخدام معين). تم تطوير الأساليب المستخدمة في الهندسة الوراثية في البحوث الأساسية لعلم الوراثة الميكروبية. على العكس من ذلك ، يمكن أن تصبح الأساليب المستخدمة والكمال في علم الأحياء الدقيقة التطبيقي أدوات لعلم الأحياء الدقيقة الأساسي. ومع ذلك ، يمكن تقسيم علم الأحياء الدقيقة التطبيقي تحت العناوين التالية.
ميكروبيولوجيا التربة
ومهما كانت التربة "الميتة" قد تظهر ، فهي في الواقع تعج بملايين أو بلايين من الخلايا الميكروبية لكل جرام ، اعتمادًا على خصوبة التربة والبيئة. ترسب النباتات الميتة والمخلفات البشرية والحيوانية والحيوانات الميتة في التربة أو عليها. بمرور الوقت تتحلل جميعها إلى مواد تساهم في التربة ، والميكروبات مسؤولة إلى حد كبير عن هذه التحولات.
اثنان من كبار علماء الأحياء الدقيقة في التربة هما مارتنوس دبليو بيجيرينك (1851-1931) ، وهو هولندي ، وسيرجي ن. وينوجرادسكي (1856-1953) ، وهو روسي. قام هؤلاء الباحثون بعزل وتحديد أنواع جديدة من البكتيريا من التربة ، وخاصة البكتيريا ذاتية التغذية ، التي تستخدم المواد الكيميائية غير العضوية كمغذيات وكمصدر للطاقة. تم اكتشاف العلاقة بين البقوليات والبكتيريا في عقيدات جذور البقول من قبل علماء آخرين في عام 1888. تحتوي العقيدات على أعداد كبيرة من البكتيريا (Rhizobium) القادرة على تثبيت النيتروجين في الغلاف الجوي في مركبات يمكن أن تستخدمها النباتات.
تتكون بيئة التربة الخصبة من جذور النباتات والحيوانات مثل القوارض والحشرات والديدان ومجموعة من الكائنات الحية الدقيقة - الفيروسات والبكتيريا والطحالب والفطريات والأوليات. يمكن التعبير عن دور هذه النباتات الميكروبية بشكل ملائم في الدورات الطبيعية للأرض. في دورة النيتروجين ، على سبيل المثال ، تلتقط الكائنات الحية الدقيقة غاز النيتروجين من الغلاف الجوي وتحوله إلى شكل مركب من النيتروجين يمكن للنباتات استخدامه كمغذٍ ؛ يقوم النبات بتجميع مركبات النيتروجين العضوية التي يستهلكها الإنسان والحيوان ؛ تصل مركبات النيتروجين المستهلكة في النهاية إلى التربة ؛ تكمل الكائنات الحية الدقيقة الدورة عن طريق تحلل هذه المركبات مرة أخرى إلى النيتروجين الجوي والجزيئات غير العضوية البسيطة التي يمكن أن تستخدمها النباتات. في دورات مماثلة لعناصر أخرى مثل الكربون والكبريت والفوسفور ، تلعب الميكروبات دورًا ؛ هذا يجعلها ضرورية للحفاظ على الحياة على الأرض.
علم الأحياء الدقيقة لإمدادات المياه ومياه الصرف الصحي والبيئات المائية الأخرى
قبل وقت طويل من تأسيس علم الأحياء الدقيقة كعلم ، كان يُشتبه في أن الماء هو ناقل للكائنات الحية المسببة للأمراض. ولكن لم يكن ذلك حتى عام 1854 ، عندما ثبت أن سبب وباء الكوليرا هو المياه الملوثة ، فقد اعتُبرت المياه الملوثة أكثر خطورة كمصدر للمرض. منذ ذلك الوقت ، كان هناك بحث مستمر حول علم الأحياء الدقيقة لإمدادات المياه العامة ، بما في ذلك تطوير الإجراءات المخبرية لتحديد ما إذا كانت المياه صالحة للشرب ، أو صالحة للاستهلاك البشري. في الوقت نفسه ، ظهرت إجراءات تنقية لهذه الإمدادات.
يعتمد إجراء مختبري روتيني وموحد للغاية لتحديد صلاحية المياه على اكتشاف وجود أو عدم وجود بكتيريا Escherichia coli. تعتبر الإشريكية القولونية من السكان الطبيعيين في القناة المعوية للإنسان ؛ يشير وجوده في الماء إلى أن المياه ملوثة بالنفايات المعوية وقد تحتوي على كائنات حية منتجة للأمراض.
العمليات الرئيسية المستخدمة في محطة تنقية المياه البلدية هي الترسيب ، والترشيح ، والكلور. كل من هذه العمليات تزيل أو تقتل الكائنات الحية الدقيقة ، ويتم مراقبة الجودة الميكروبيولوجية للمياه المعالجة على فترات متكررة.
تعتبر إمدادات المياه المستخدمة في المجتمع ، والتي يشار إليها عادةً باسم مياه الصرف الصحي ، مهمة من الناحية الميكروبيولوجية من ناحيتين. أولاً ، تعتبر مياه الصرف الصحي حاملة محتملة للكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض ، لذلك يجب تنفيذ تدابير مثل الكلورة لمنع هذه الميكروبات من تلويث إمدادات مياه الشرب. ثانيًا ، تعمل محطات معالجة مياه الصرف الصحي على تنقية المياه من خلال استغلال القدرات البيوكيميائية للميكروبات في استقلاب الملوثات. تتم معالجة مياه الصرف الصحي الخام من خلال خزانات كبيرة ، أولاً من أجل التحلل اللاهوائي للركائز المعقدة ولاحقًا للأكسدة الهوائية للمنتجات القابلة للذوبان. يعتمد علاج "الحمأة المنشطة" هذا على ظروف الحضانة التي تساعد على النمو والنشاط الأيضي للكائنات الحية الدقيقة المناسبة.
جانب آخر من علم الأحياء الدقيقة للمياه يتعلق بالمسطحات المائية الطبيعية مثل البرك والبحيرات والأنهار والمحيطات. تقوم الميكروبات المائية بمجموعة من التحولات البيوكيميائية وهي مكون أساسي في السلسلة الغذائية في هذه البيئات. على سبيل المثال ، تتكون النباتات الميكروبية للبحر من البكتيريا والطحالب والفطريات والبروتوزوا. يشار إلى الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في البيئات المائية مجتمعة باسم العوالق ؛ تشير العوالق النباتية إلى ميكروبات التمثيل الضوئي (الطحالب بشكل أساسي) ، في حين أن البروتوزوا والحيوانات الصغيرة الأخرى هي عوالق حيوانية. العوالق النباتية هي المسؤولة عن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية - مكونات خلايا العوالق التي تعمل كغذاء لحياة مائية أعلى. يمكن تقدير حجم هذه العملية من خلال الحسابات التي تشير إلى أن الأمر يتطلب 1000 طن من العوالق النباتية لدعم نمو طن واحد من الأسماك.
تعيش مجموعات كبيرة من الأركيا في مرتفعات بركانية على ارتفاع 2600 متر (8500 قدم) تحت سطح المحيط في المناطق المحيطة مباشرة بالفتحات الحرارية المائية (الينابيع الساخنة في أعماق البحار). تنفث الفتحات الماء الساخن (350 درجة مئوية [662 درجة فهرنهايت]) الذي يحتوي على كبريتيد الهيدروجين (H2S) ؛ تتراوح درجة حرارة المياه المحيطة بالفتحات بين 10-20 درجة مئوية (50-68 درجة فهرنهايت). تتركز العديد من البكتيريا في هذه المنطقة بسبب توفر غاز كبريتيد الهيدروجين الذي يمكنهم استخدامه للطاقة. تعتمد وفرة الحياة الحيوانية التي تسكن هذه المنطقة أيضًا اعتمادًا كليًا على الميكروبات في الغذاء.
هناك اهتمام متزايد بالجوانب البيئية الأخرى لعلم الأحياء الدقيقة المائية ، مثل دور الميكروبات في الاحتباس الحراري وإنتاج الأكسجين. يجري تطوير مناهج تجريبية لدراسة البيولوجيا المعقدة وبيئة الأغشية الحيوية والحصائر الميكروبية. هذه التجمعات من الميكروبات ومنتجاتها ، رغم أنها قد تكون مفيدة بعدة طرق ، إلا أنها معقدة. في كثير من الحالات ، يجب أحيانًا دراسة النباتات الميكروبية المعنية في بيئتها الطبيعية لأنه لا يمكن إعادة إنتاج البيئة في المختبر.
ميكروبيولوجيا الغذاء
تعتبر الكائنات الحية الدقيقة ذات أهمية كبيرة للأغذية للأسباب التالية: (1) الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تسبب تلف الأطعمة ، (2) تستخدم الكائنات الدقيقة لتصنيع مجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية ، و (3) يمكن أن تنتقل الأمراض الميكروبية عن طريق الأطعمة.
يمكن اعتبار الأطعمة وسيلة لنمو الميكروبات. بالنظر إلى المجموعة الواسعة من المصادر والمواد والطرق التي يتم بها إنتاج الغذاء ، فإن كل نوع من الميكروبات عمليًا هو ملوث محتمل. إذا أتيحت الفرصة للنمو ، فستحدث الميكروبات تغييرات في المظهر والنكهة والرائحة وغيرها من صفات الطعام. تختلف التغييرات وفقًا لنوع الطعام المتحلل ولكن يمكن تلخيصها من خلال فحص مصائر العناصر الغذائية الرئيسية الموجودة في الطعام: البروتينات والكربوهيدرات والدهون.
الأطعمة المحتوية على البروتين ، وخاصة اللحوم ، تتعفن بواسطة الكائنات الحية (على سبيل المثال ، بكتيريا Proteus و Pseudomonas و Clostridium) التي تكسر سلاسل الببتيد الطويلة من البروتينات إلى أحماض أمينية ومركبات كريهة الرائحة مثل الأمينات والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين ( H2S).
يتم تخمير الكربوهيدرات (السكريات والنشويات) إلى أحماض (مثل حمض الأسيتيك في الخل) والكحولات والغازات ، وخاصة ثاني أكسيد الكربون. هذه العملية مسؤولة عن انفجار حلوى الشوكولاتة الفاسدة بواسطة الخميرة.....
---------------
------------------------
ليست هناك تعليقات: