Naturalne mechanizmy przenoszenia mat genetycznego:Transformacja bakteryjna- proces wnikania do komórki biorcy cząsteczki DNA (bez kontaktu z komórką dawcy) i zastąpieniu przez ten DNA odpowiedniego fragmentu genomu biorcy. Koniugacja- połączenie się dwóch komórek bakteryjnych, po którym następuje jednostronne przekazanie z jednej komórki do drugiej dużych fragmentów DNA, obejmujących szereg miejsc tyoci). Transdukcia- przenoszenie materiału genetycznego przez cząsteczki wirusów z jednej komórki bakteryjnej do drugiej.
Mechanizmy laboratoryjnego przenoszenia materiału genetycznego-inżynieria genetyczna w biotechnologii.Bezpośrednie pobieranie DNA- proces pobierania materiału genetycznego z pożywki przez rosnące w nie') Komórki zwierzęce i roślinne.
Mtkroiniekcia DNA- wprowadzanie do komórki obcego DNA za pomocą bardzo cienkiej kapilary lub igły.
Fuzja komórek (protoplastów- komórek pozbawionych ściany komórkowej)- polega na łączeniu materiału genetycznego dwóch całych komórek, otrzymuje się wówczas komórkę potomną mająca cechy obydwu rodziców.
Wektory jako przenośniki genów- wektorem nazywamy molekułę DNA, do której przyłączany jest obcy gen umożliwiający przeniesienie tego genu do innej komórki. Często stosowanymi w genetyce molekularne) wektorami są wirusy, transpozony, plazmidy.
Hodowle Komorek roś i zwierz:
są specyficznymi działami biotechnologii. W odróżnieniu do biotechnologii wykorzystujących drobnoustroje, a więc organizmy dostosowane do samodzielnego bytowania, w przypadku hodowli komórek zwierzęcych i roślinnych, komórki rosnąw warunkach sztucznych: nie wewnątrz tkanki, ale oddzielone od niej. Podstawowymi składnik- osocze, zwykle jest to osocze cU bardzo drogi składnik pożywki. Oso chroni komórki przed uszkodzeniami mechanicznymi, stymuluje podział komórek, stymuluje zaczepianie komórek do podłoża w przypadku komórek powierzchniowo zależnych, dostarcza niektórych składników, np. globulin, hormonów;
— roztwór odżywczy zawierający glukozą, aminokwasy, witaminy i sole mineralne;— dodatki, głównie antybiotyki chroniące przed infekcją bakteryjną lub grzybową, np. penicylina przeciw bakteriom Gram—dodatnim, nystatyna przeciw grzybom, gentramycyna
lub tetracyklina przeciw mykoplazmom. wytwarzania wielu produktów: — szczepionek wirusowych (np. opryszczki, polio),interferonów,przeciwciał monoklinalnych, hormonów (np. hormonu wzrostu).Ponadto hodowle komórek i tkanek zwierzęcych są wykorzystywane w:
diagnostyce wirusów,badaniach nad rakiem,badaniach podstawowych w biologii.
Fototrofy, do których zaliczane są Cyanobacteńa, bakterie
purpurowe, Chlor obu Chloroflexi i halobakteric, wykorzystują światło jako źródło energii do syntezy ATP. Spośród nich, jedynie Cyanobacteńa posiadają dwa fotosystemy, w których syntetyzują ATP i NABH2, a donorem elektronów i protonów jest dla nich woda. Ubocznym produktem fazy świetlne) jest tlen, wydzielany do atmosfery. Ten typ fotosyntezy zwany jest fotosyntezą tlenowa.
Pozostałe grupy fototrofów - bakterie purpurowe, Chlorobi oraz Chlorofexi prowadzą fotosyntezę w warunkach beztlenowych. Większość z nich wiąże dwutlenek węgla w odwróconym cyklu kwasów trlkarboksylowych, zaś Chloroflexi wiążą C02 w cyklu 3-hydroksypropionowym, który wydaje się unikalny i ewolucyjnie najstarszy spośród wszystkich szlaków prowadzonych przez fototrofy.
Halobakterie wykorzystują fotofosiorylację niefotosyntetyczną, w której uczestniczy bakteriorodopsyna.
Litotrofy wykorzystują zredukowane związki nieorganiczne jako źródło energii Ł donor elektronów. Mają zdolność syntezy ATP w chemolftotroncznej oksy-datywne j fosforylacji Niektóre z nich, zwane fakultatywnymi chemotitot rofami, są zdolne do wykorzystywania związków organicznych jako źródła węgla i energii w warunkach heterotroficznych, zaś w warunkach titot roficznych wodór cząsteczkowy może być donorem elektronów i protonów, a dwutlenek węga źródłem węgla.
U tzw. bezwzględnych chemolitotrofów cykl Krebsa nie spełnia roli amfibolicznej -jest dostarczycielem jedynie szkieletów organicznych do syntez komórkowych. Ogólnie, iitotrofy wiążą dwutlenek węgla w cyklu CaWina, z wyjątkiem chemolitotrofów żyjących w warunkach beztlenowych (archeony metanogenne, bakterie redukujące siarczany, bakterie acetogcnne), które wiążą go poprzez redukty wny szlak acetylo-Co A z udziałem pirogronianu.
* Nieliczne beztlenowe chemolitotrofy (np. Hydrogenobacter Desulfobacter) wiążą dwutlenek węgla w reduktywnym cvklu kwasów trikarboksylow \ch.
Fotoorganotrofv jest to grupa mikroorganizmów, które energię słoneczną wykorzystują do syntezy ATP, zas donorem elektronów oraz źródłem węgla są dla nich związki organiczne.
Klasycznym przykładem tej grupy bakterii jest Rhodopseudomonas palustris (Rhodospirillaceae). Rośnie w warunkach tlenowych i beztlenowych. W warunkach beztlenowych energię słoneczną w procesie fotosyntezy wykorzystuje do syntezy ATP oraz wiąże dwutlenek węgła. W warunkach tlenowych R. palustris syntetyzuje energię ^ procesie rozkładu różnych związków organicznych, włączając cukry, kwasy organiczne, alkohole, monomery lignin, liczne związki aromatyczne.
Heterotroficzne mikroorganizmy (chemoorganotrofy) wykorzystują związki organiczne jako donor elektronów, źródło węgla i energii. Biorą udśrodowisku, ich potencjał heterotroficzny objawia się głównie dwoma procesami: fermentacją w warunkach beztlenowych oraz utlenianiem materii organicznej w warunkach tlenowych.
Usuwanie zanieczyszczeń na filtrach powolnych lub węglu aktywnym
Usuwanie azotanów metodą denitryfikacji
1)Bakterie heterotroficzne, które do wzrostu
wykorzystują związki organiczne (np.Paracoccus aenitrificans)
2)bakterie chemolitoautotroficzne siarkoweział w degradacji materii organicznej wykorzystujące w warunkach beztlenowych zredukowane związki siarki jako źródło energii, a dwutlenek węgla jako źródło węgla (np. Thiobacillus denitrificans)
Błona biologiczna to Śluzowata warstewka (o grubości 1-3 mm) przylegająca ściśle do porowatej powierzchni elementów wypełniających złoże. Przynajmniej część błony biologicznej stanowi masa zooglealna czyli śluzowata, galaretowata substancja, wewnątrz której znajdują się komórki żywych drobnoustrojów. Głównymi składnikami błony biologicznej są bakterie i grzyby a w dalszej kolejności pierwotniaki i glony.
Osad czynny to Kłaczkowata zawiesina zawierająca różne drobnoustroje gl. bakterie i pierwotniaki.
Dobrze wykształcone klaczki osadu czynnego mają wielkość od 50 do
ok. 200-300 iim. Znaczną część objętości kłaczka zajmuje śluzowata, silnie uwodniona masa zooglearna, zawierająca ok. 98,5% wody i 1,5 % suchej pozostałości. W skład masy zooglearnej kłaczków wchodzą zarówno substancje organiczne (do 70 %) jak i nieorganiczne
(ok. 30- 33 %).
Bakterie nitryfikacyjne
W ściekach Komunalnych, rolniczych oraz w licznych pochodzących z różnych gałęzi przemysłu występują dwie grupy ttzjologiczno-biochemiczne bakterii nitryfikacyjnych, które w pierwszym etapie prowadzą transformację jonów amonowych do azotynów (nitrozobakterie), w drugim jony azotynowe utleniając do azotanów (nitrobakterie). Jeśli w ściekach występuje mocznik, jest on hydroltzowany do jonów amonowych
Bakterie denitryfikacyjne
W procesie denitryfikacji, w warunkach b#jtl«nowych. azotany znajdujące się w ściekach lub pochodząc* z transformacji jonów amonowych są, przy udziale bakterii denitryfikacyjnych redukowane do azotu gazowego, głównie azotu cząsteczkowego i podtlenku azotu. W osadzie czynnym konwencjonalnych oczyszczalni ścieków powszechnie występują bakterie należące do następujących rodzajów. Alcaligen&s. Pseudomonas, Hyphornicrobium. Bacillus. Paracoccus. W ściekach przemysłowych, w zależności od rodzaju związku organicznego oraz akceptora elektronów odbywa się odmienna selekcja bakterii denitryfikacyjnych, np. metanol selekcjonuje bakterie denitryftkacy|nch z rodz»(ów Paracoccus i Hyphornicrobium, zaś w sciekach fenolowych Azoarcus.
W zależności od składu fizykochemicznego ścieki wywierają różnoraki wpływ na ekosystemy wodne:
Zawiesiny ściekowe powodują wypłycanie zbiorników wodnych wód płynących.nieorganiczne związki toksyczne (metale ciężkie) zawarte w ściekach powodują ich kumulację w kolejnych ogniwach łańcucha pokarmowego lub wypadanie poszczególnych ogniw łańcucha troficznego w biocenozie zbiornika wodnego.
Związki organiczne zawarte w ściekach są mineralizowane do prostych związków nieorganicznych przez tlenowe heterotrofy, powodujące wyczerpanie się tlenu w wodzie i prowadzą do powstawania stref beztlenowych, w których obficie namnazają się organizmy beztlenowe: bakterie fermentacyjne (produkujące proste związki organiczne), bakterie redukujące siarczany (produkujące siarkowodór), bakterie denitryfikacyjne oraz archeony metanogenne. Powrót ekosystemu do stanu wyjściowego jest procesem długotrwałym i rozpoczyna się dopiero po całkowitym wyczerpaniu związków organicznych, dyfuzją tlenu do wody.
Związki nieorganiczne, zwłaszcza pierwiastki biogenne tego typu jak azot i fosfor, stymulują rozwój glonów, które po obumarciu powodują eutrofizację zbiorników. Inne pierwiastki mineralne zwiększają zasolenie wód powierzchniowych (np. wody pokopalniane). Niektóre jony, np. siarczany lub azotany, sprzyjają preferencyjnemu rozwojowi niektórych grup bakterii.
Odczyn ścieków powoduje w zbiornikach wodnych zaburzenia w biocenozie.Temperatura ścieków powoduje zmiany właściwości fizycznych wody. Ścieki o temperaturze podwyższonej pochodzące z systemów chłodniczych podnoszą temperaturę
wody, zmniejszając rozpuszczalność tlenu. Wody podgrzane zwiększają tempo metabolizmu niektórych ogniw biocenozy, głównie glonów i bakterii, przyczyniając się do zwiększonej produkcji materii organicznej przez glony oraz szybszego zużycia tlenu przez bakterie.
Mikroorganizmy występujące w ściekach, zwłaszcza bakterie i wirusy patogenne, powoduje zaidcczyszczenia wód powierzchniowych, Główne zaideczyszczenia ścteków są powodowane przez bakterie jelitowe występujące w ściekach bytowo-gospodarczych ora/ mikrottovę surowców przemysłu spozyw czego.
Metody oczyszczania ścieków:
• Klasyczne metody biologicznego oczyszczania ścieków można podzielić na naturalne i sztuczne, w zależności od tego, czy oczyszczanie prowadzi się w warunkach naturalnych wytworzonych przez samą przyrodę, względnie tylko częściowo „poprawionych" celową działalnością człowieka, czy też w urządzeniach sztucznych, specjalnie do tego celu zaprojektowanych i wybudowanych
Zgodnie z powyższym podziałem ogólnie można wyróżnić:
naturalne metody biologiczne:nawadnianie pól, łąk i lasów,stawy ściekowe; metody pośrednie:filtry gruntowe (pola filtracyjne), drenaż zaskórny,stawy napowietrzane; metody sztuczne:złoża biologiczne,osad czynny.
Procesy oksydoredukcyjne żelaza i manganu dominują w obiegu różnych metali w środowiskach naturalnych. W warunkach tlenowych, w pH zbliżonym do obojętnego, żelazo i mangan są nierozpuszczalne, gdyż często występują w postaci tlenków, np. Fe(OH)3 i/lub Mn02 (rozpuszczalność Fe(OH)3 mniejsza niż 1 nWl pH 7,0).
W warunkach beztlenowych tlenki żelaza manganu podlegają mikrobiologicznej redukcj stają się rozpuszczalne i ruchliwe, a proc nazywany jest reduktywnym rozpuszczaniem
Wody naturalne (jeziora* rzeki? morza) mają stalą, biologiczną zdolność do mineralizacji zanieczyszczeń, związaną z ich natlenianiem. Zjawisko to nosi nazwę samooczyszczania wód, które polega na tlenowym, mikrobiologicznym rozkładzie zanieczyszczeń do prostych związków mineralnych, dwutlenku węgla i wody. Powstający w tym procesie dwutlenek węgla jest wiązany przez organizmy autotroficzne.
Biosorpcja jest procesem fizykochemicznym, polegającym na wiązaniu jonów metali, (występujących najczęściej w postaci kationów) przez osłony komórkowe, a ściślej przez wchodzące w ich skład związki o ładunku ujemnym. Proces ten może obejmować adsorpcję, reakcje wymiany jonowej lub reakcje kompleksowania.
Bioługowanie polega na wykorzystaniu zdolności drobnoustrojów do przekształcania metali zawartych w trudno rozpuszczanych rudach w sole rozpuszczalne, w wyniku ich reakcji z kwasami mineralnymi lub organicznymi.
Największe praktyczne znaczenie ma bioługowanie
przebiegające z udziałem acydofilnych bakterii z rodzaju Acidithiobacillus, które w wyniku utleniania związków siarki i żelaza wytwarzają kwas siarkowy, przekształcający trudno rozpuszczalne siarczki w rozpuszczalne siarczany.
Bakterie z rodzaju Acidithiobacillus należą do chemoautotrofów.
Acidithiobacillus thiooxidans pozyskuje energię z utleniania siarki elementarnej, siarczków lub tiosiarczanów, natomiast A. ferrooxidans może utleniać zarówno nieorganiczne związki siarki, jak i żelaza.
Te dwa gatunki współdziałają ze sobą, co przyspiesza proces bioługowania metali w rudach siarczkowych. Metale ciężkie występujące w postaci rud siarczkowych lub rzadziej tlenkowych (uran) są przekształcane do związków rozpuszczalnych w wyniku kilku współistniejących reakcji: utleniania zredukowanych związków siarki (pirytu) lub siarki elementarnej do kwasu siarkowego i siarczanu żelaza(ll) przez A. thiooxidans;utleniania Fe(ll) do Fe(lll) przez A. ferrooxidans; utleniania bez udziału mikroorganizmów trudno rozpuszczalnych siarczków metali do rozpuszczalnych siarczanów metali i siarki.
Bioremediacja gruntow jest procesem polegającymna usunięciu lub przekształceniu zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe z udziałem organizmów, w tym najczęściej drobnoustrojów oraz roślin.
Dynamiczny rozwój inżynierii genetycznej umożliwił otrzymanie organizmów o ściśle określonych właściwościach, które są wykorzystywane nie tylko w przemyśle, rolnictwie, ale także w ochronie środowiska. Szczepy te noszą nazwę GMM (ang. genetically modified microorganisms (genetycznie zmodyfikowane mikroorganizmy). Mogą być one wykorzystywane w procesach biodegradacji zanieczyszczeń, np. do usuwania kse-nobiotyków ze środowiska naturalnego (w bioremediacji gleby, wód gruntowych czy oczyszczaniu ścieków).
Interesującym przykładem zastosowania GMM w środowisku naturalnym są zmodyfikowane genetycznie bakterie endofityczne (czyli bakterie zasiedlające tkanki roślinne).
Wykazano, że drobnoustroje te mogą być wykorzystane do oczyszczania skażonych gleb, gdyż z dużą wydajnością metabolizują związki ksenobiotyczne, a także obniżają ich fitotoksyczność.
Sprzyja to procesowi fitoremediacii, czyli oczyszczania skażonych gleb z udziałem roślin. Możliwość rozwoju roślin w środo wyższy od poziomu frtotoksycznego, zwiększa wydajność procesu fitoremediacji.
Największa liczba szczepów GMM należy do gatunku Pseudomonas putida. W dalszej kolejności są to bakterie należące do innych gatunków z rodzaju Pseudomonas, a także z rodzajów Bacillus i Streptomyces. Wynika to przede wszystkim z roli, jaką odgrywają wymienione bakterie w przemianie materii i obiegu pierwiastków, oraz ich podatności na manipulacje genetyczne.
Kolejnym przykładem zastosowania GMM w środowisku naturalnym są biosensory, czyli bakterie posiadające geny markerowe (tzw. biomarkery). Biomarkery (markery molekularne, markery genetyczne) są to sekwencje DNA, które po wprowadzeniu do komórki powodują pojawienie się charakterystycznych cech fenotypowych (np. fluorescencję), dzięki którym możliwe jest monitorowanie obecności tych organizmów w środowiskach skażonych ksenobiotykami.
Szczepionki i surowice odgrywaja podstawowa role w profilaktyce i leczeniu chorób zakaźnych.
•Szczepionki stosowane są w celu wywołania reakcji [immunologiczne) organizmu i uzyskania w ten sposób czynnej odporności. Odporność taka charakteryzuje się długim okresem trwania i skutecznością w zapobieganiu określonej chorobie.
dporność bierną uzyskuje się w sposób sztuczny, przez astosowanie ludzkiej lub zwierzęcej surowicy dpornościowej zawierającej przeciwciała lub mmunoglobuliny. Odporność ta jest krótkotrwała i mniej skuteczna niż odporność czynna.
Antygen- obejmuje każdą substancją ożywionąlub nieożywioną, która pobudza organizm do odpowiedzi immunologicznej w postaci syntezy przeciwciał lub powstania komórek uczulonych i reaguje z nimi \n sposób swoisty. Antygen i przeciwciała określają siebie wzajemnie.
Podstawowymi własnościami pełnego anfreenu są*.
immimogenność, czyli zdolność do pobudzania syntezy przeciwciał (umnuno^obunn) lub uczulonycb komórek
ihnfatycznycb,
swoistość, co oznacza obecność w cząsteczce antygenu charakterystyczne) dla niego konfiguracji atomów, która
determinuje swoistą strukturą fragmentu powstającego przeciwciała; przez ten fragment przeciwciało łączy się z antygenem w swoistej reakcji.
Szczepionka Jest to odpowiednio przygotowany preparat zawierający antygen(y) w formie żywych lub zabitych drobnoustrojów albo produktów ich metabolizmu. Obecność antygenu wywołuje reakcje immunologiczna, co prowadzi do uzyskania odporności czynnej — organizm potrafi wytwarzać przeciwciała dla zwalczania infekcji.
Surowice są preparatami zawierającymi gotowe przeciwciała lub immunoglobuliny. Uzyskuje nie dzięki temu jedynie odporność bierną. Surowice wytwarzane z ludzkiej lub zwierzęcej surowicy krwi
Produkcja rolniczych szczepionek bakteryjnych i nawozów bakteryjnych:
Nawoz bakteryjny to preparat tskladajacy się z gleby, subst odżywczych i szczepu drobnoustroju,który może wzbogacic glebe w określony składnik pokarmowy lub mobilizowac procesy przekaształacania związków chemicznych niedostępnych dla roślin w związki wykorzystywane przez rośliny jako pokarm.
Wzbogacanie gleby dotyczy tylko zwaizkow azotowych. Tymi aktywnymi drobnoustrojami wyst w nawozach bakteryjnych wzbogacających mogą być szczepy rhizobium lub azotobakter.
W sklad szczepionek bakteryjnych mobilizujących wchodza drobnoustroje mineralizujące organiczne zw fosforu lub rozpuszczaja zawarte w skalach i minerałach skałotwórczych zw potasu lub fosforu. Np. Nitragina. Jest to wzbogacająca szczepionka bakteryjna, produkowana od 1954 roku. W jej skład wchodzi efektywny szczep Rhiiobnan oraz podłoze przygotowane z jałowej gleby nasyconej pożywką.
GMO:Lepsza odporność na "stres": jeśli uprawy l^ogą być odporniejsze na1 gradacje szkodników, to zredukowałoby to niebezpieczeństwo niskich pionów. Podobne korzyści mogłyby wyniknąć z lepszej odpomotei mróz, wyjątkowe gorąco albo suszą - pomimo że to wymagałoby b manipulacji złożonymi połączeniami genów.
Zdrowsze jedzenie: przez wstawianie genów do upraw takich jak ryz v |pszenica, możemy podnosić ich wartość odżywczą. Na przykład, geny | odpowiedzialne za przenoszenie prekursora witaminy k zostaj {wstawione do ryżu. Naukowcy otrzymali genetycznie zmodyfikowan odmianę tzw. złotego ryzu (Golden rice), która produkuje nawet 20 razy więcej p-karotenu, niż zwykły ryt. Ponieważ ryż. stanowi podstawa Ijadłospisu ponad połowy mieszkańców ziemi., nowa odmiana może stai Isię pomocna w uzupełnianiu beta karotenu i zapobiec np. dziecięcej ślepocie powszechnej w krajach rozwijających się. pA/ydajnietsze gospodarstwa rolne: Nowe geny u bydła mogą zwiększy produkcję mleka. Prowadzi się badania nad bydłem dającym mleko ludzkimi białkami (takie mleko nie powoduje uczuleń u dzieci). (Więcej jedzenia z mniejszej powierzchni: poprawiona wydajność GMO [może oznaczać że rolnicy w następnych latach nie będą musieli zajmować coraz większych obszarów pod uprawy.
Gmo może redukowac oddziaływanie na środowisko produkcji żywności i procesow przemysłowych: odpornosc na szkodniki i choroby otzrymana W wyniku manipulacji genetyczni znacznie reckie potrzebą stosowania substancji chemicznych do ochrony upraw, i to już się zdarza. Rolnicy uprawiała kukurydzę, bawełna i ziemniaki, które juz me muszą być opryskiwane bakteryjnym środkiem owadobójczym ustającym Baciiius thuringiensts) - ponieważ zmodyfikowane rosimy same produkują substancje owadobójcze, Haukowcy rozwijają drzewa, które mają niższą zawartość ligniny. To może zredukować potrzebę stosowali trujących substancji chemicznych w produkcji papieru, frekurtywacja zanieczyszczonej gleby lub ziemi: nowe grtmfri mogą by pomocne w rekultywacji zanieczyszczonej gleby. Dzięki inżynierii enetycznej możemy otrzymać gatunki roślin,, które będą w stanie ochłaniać znaczne ilości toksycznych substancji. Dłuższe okresy przechowywania: genetyczna modyfikacja owoców i warzyw może czynić je bardziej odporne na przechowywanie i transport, istnieją juz takie gatunki.
Biopaliwa: Zmodyfikowane genetycznie rośliny mogą służyć do produkcji biopaliw,
Szczepionki i leki: zmodyfikowane rośliny i zwierzęta mogą posłużyć d produkcji tanich szczepionek i lekarstw.
Oddychanie tlenowe (aerobowe) - polega na spalaniu związków organicznych przy udziale tlenu w mitochondrium na proste związki nieorganiczne - dwutlenek węgla i wodę, w wyniku czego uwalniana jest energia. Jest to proces kataboliczny.Składa się z czterech etapów:glikolizy,reakcja pomostowa,cyklu Krebsa,łańcucha oddechowego.Ogólny wzór tej reakcji to:C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia (w ATP) Glukoza + Tlen → Dwutlenek Węgla + Woda + Energia ATP
Oddychanie beztlenowe (anaerobowe) Niektóre organizmy żywe czerpią energię wyłącznie z beztlenowego rozkładu związków organicznych, czyli fermentacji lub rozkładu związków nieorganicznych, na przykład azotanów lub siarczanów (oddychanie azotowe, siarczanowe). Takie organizmy mogą żyć w środowisku całkowicie pozbawionym tlenu. Przykładem jest żyjąca w ludzkim przewodzie pokarmowym Escherichia coli oddychająca (uzyskująca energię) poprzez redukcję azotanów do azotynów; inna bakteria, z rodzaju Desulfovibrio, redukuje siarczany do siarkowodoru. Bakterie mlekowe, występują w rozkładających się szczątkach roślinnych, mleku, jogurcie, a u ludzi w jamie ustnej i pochwie, fermentują cukry do kwasu mlekowego.Oddychanie beztlenowe, jako mało wydajne, jest wystarczające tylko dla małych, wolno metabolizujących organizmów. Pozostałe muszą pozyskiwać energię w najbardziej wydajny sposób, czyli przez oddychanie tlenowe.
Fermentacja - beztlenowy (zazwyczaj) proces biochemiczny, polegający na enzymatycznym rozpadzie cukrów, który jest jednym z elementów fizjologii drobnoustrojów. Do przebiegu fermentacji konieczne są drobnoustroje lub wytworzone przez nie enzymy.
Biogaz- Powstaje w wyniku fermentacji zawiera 50-70% metanu, 30-50 dw wegla,domieszki amoniaku,siarkowodoru,merkaptanów i In gazów.jego skald zalezy od: rodzaju odpadow(zawartość subst org),czasu fermentacji,technologii
Utylizacja osadów
Osady ściekowe powstałe podczas oczyszczania wstępnego i biologicznego są poddawane utylizacji, w celu zmniejszenia ich objętości, a także ograniczenia szkodliwego wpływu na środowisko.
Surowe osady organiczne są niebezpieczne, gdyż zawierają bakterie chorobotwórcze, wirusy lub pasożyty jelitowe. Dlatego wymagają stabilizacji prowadzonej metodami biologicznymi (np. fermentacja, kompostowanie), chemicznymi (wapnowanie) lub termicznymi (spalanie, termokondycjonowanie).Osady ustabilizowane mogą być składowane na składowiskach lub wykorzystane rolniczo, bądź jako pasza dla bydła (jeżeli są odpowiedniej jakości higienicznej).
Stabilizacja osadów ściekowych polega na mineralizacji związków osadów organicznych z udziałem mikroorganizmów tychże osadów.
Jest prowadzona w warunkach tlenowych (utlenienie) lub beztlenowych (metanogeneza), do momentu, aż w składowanych osadach r. zachodzą procesy metaboliczne, powodujące uwalnianie do atmosfery gazów odór owych, oraz do momentu, aż temperatura w osadach jest tożsama z temperaturą otoczenia.
Kompostowanie jest procesem podobnym do wytwarzania próchnicy w warunkach naturalnych. W obu przypadkach mamy do czynienia z procesami humifikacji i mineralizacji materii organicznej w warunkach tlenowych. Zasadnicza różnica polega na tym, że w kompostowaniu proces ten jest intensyfikowany w warunkach kontrolowanych.Do prawidłowego przebiegu procesu kompostowania są niezbędne:odpowiednia jakość masy odpadowej, która jest poddawana humifikacji;właściwa zawartość wody w masie odpadowej (45-60%);stały dostęp powietrza do masy odpadowej poddanej kompostowaniu; odpowiednia temperatura
W fazie pierwszej (I) namnażają się bakterie (wśród nich również promieniowce) oraz grzyby mezofilne, których rozwój prowadzi do szybkiego wzrostu temperatur.Wśród bakterii dominujących w tym etapie kompostowania można wyróżnić gramdodatnie ziarniaki i pałeczki [Micrococcus sp. Streptococcus sp. Lactobacillus sp.], gram-ujemne pałeczki z rodziny Enterobacteriaceae i Pseudomonadaceae oraz laseczki z rodziny Bacillaceae.W procesie kompostowania często występują grzyby z klas: Ascomycetes, Zygomycetes oraz grzyby anamorficzne stanowiące zanieczyszczenia odpadów.W trakcie fazy I temperatura wzrasta do około 45°C, czemu towarzyszy stopniowe ograniczenie aktywności drobnoustrojów mezofilnych i wytwarzanie spor przez bakterie przetrwalnikujące, wzrasta natomiast liczba drobnoustrojów ciepłolubnych, typowych dla fazy termofilnej (11). Temperatura optymalna dla ciepłolubnej populacji drobnoustrojów wynosi 50-60°C. W tym etapie mikroflorą dominującą są promieniowce z rodzajów: Thermoactinomyces, Theunomonospora, Saccharomonospora, Streptomyces, grzyby (z rodzajów Chaetomium, Aspergillus) oraz bakterie Bacillus sp.
W trzeciej fazie (III), chłodzenia, następuje znaczny spadek temperatury masy kompostowej i zwiększenie liczby mezoffli. Dominują wśród nich grzyby i promieniowce mezofilne, których zarodniki przetrwały ekstremaln warunki fazy termofilnej.
Czwarty, ostatni okres procesu kompostowania (IV), nazwany jest fazą dojrzewania. Etap ten charakteryzuje się spowolnieniem rozkładu substancji, zmniejszeniem aktywności drobnoustrojów i stopniowym spadkiem temperatury do poziomu temperatury otoczenia. Po zakończeniu fazy dojrzewania kompost (dojrzały) jest produktem w pełni ustabilizowany bezpiecznym pod względem sanitarnym.
Podczas beztlenowego oczyszczania ścieków związki organiczne są rozkładane na drodze fermentacji i następującej po niej metanogenezy (fermentacji metanowej). Cechą charakterystyczną tego procesu jest udział metanogenow (archeonów, drobnoustrojów prokanotycznych należących domeny Archaea) oraz wytwarzanie biogazu mieszaniny metanu i dwutlenku węgla. Metoda ta znalazła zastosowanie do przetwarzania ścieków o bardzo wysokiej zawartości związków organicznych oraz substancji stałych, np. do utylizacji odpadowego osadu czynnego powstającego podczas tlenowego oczyszczania ścieków.
Metale mogą być usuwane ze ścieków wskutek wielu procesów zachodzących z udziałem mikroorganizmów,
w tym:adsorpcji w wyniku oddziaływań miedzy m&alem a grupami reaktywnymi polimerów i makrocząsteczek, z których zbudowane są osłony komórkowe drobnoustrojów; reakcji chemicznych z wydzielanymi metabolitami, prowadzących do wytracania nierozpuszczalnych osadów (najczęściej siarczków, węglanów, fosforanów oraz szczawianów)- i transportu przez błony komórko i wewnątrzkomórkowej kumulacji metali; wytwarzania nierozpuszczalnych bądź lotnych zwiąż w wyniku utlenienia, redukcji metali lub tworzenia połączeń metaloorganicznych.
Zagęszczanie metali na pow kom okresla się mianem biosorpcji.Proces ten nie jest
jednoznacznie zdefiniowany
Biosorpcja jest wynikiem następujących procesów
Jnostkowych:sorpcji jonowymienne),polegające) na wymianie
iów metali z jonami zajmującymi miejsca rtywne osłon komórkowych mikroorganizmów, awierzchniowego wytrącania metali w postaci sdorotlenków, soli czy nierozpuszczalnych
simpleksów;reakcji chemicznych z metabolitami wydzielanymi i zewnątrz komórki, a następnie gromadzenia' talizacji powstających produktów w obrębie osłon komorkowych
Własności drobnoustrojów:
Prokarioty to grupa mikroorganizmów pozbawionych Jądra komórkowego l oblonlonych organelli. Chromosom prokarlotów, zwany nuWeoidem, Je»t umieszczony w cytoplazmie. Do prokariotów należą mikroorganizmy dwóch domen*. Bacteria i Ar cham.
Tworzą one równoległy i niewidoczny gołym okiem świat (oko ludzkie widzi obiekty większe od 0,1 mm, tj. > 100 urn).
Te w większości jednokomórkowe mikroorganizmy żyją przysłowiową „minutę", tzn. mają stosunkowo krótki czas generacji (czas od podziału do podziału), wynoszący w zależności od warunków od kilkudziesięciu minut do kilkuset godzin.
Liczba mikroorganizmów prlokarlotycznych w biosferze szacowana jest na W* komórek, które gromadzą w tobie 350-550X1015 g węgla. Wartość ta odpowiada 60-100% węgla całkowitego, zgromadzonego we wszystkich roślinach.
Mikroorganizmy prokariotyczne zawierają 85-130X1015 g azotu oraz 9-14x10** g fosforu* co stanowi 10 razy więcej tych pierwiastków niż w roślinach.