Wykład 7 BIOLOGIA I EKOLOGIA 16.04.12

Temat I : Powietrze jako miejsce bytowania mikroorganizmów.

Powietrze nie jest miejscem odpowiednim dla bytowanie mikroorganizmów jest natomiast ośrodkiem za pośrednictwem którego mikroorganizmy rozprzestrzeniają się. Mikroorganizmy czasowo przebywają w powietrzu, powodem tego jest właściwość samego powietrza ( prawie całkowity brak związków organicznych, niewielka ilość wody oraz temperatura). Te wszystkie cechy sprawiają że powietrze nie jest miejscem bytowania mikroorganizmów lecz jedynie miejscem czasowego ich przebywania. Do powietrza mikroorganizmy przedostaje się z:

- wody

- gleby

- otwartych jam ciała organizmów żywych, ich wydalin,

- otwartych przestani produkcyjnych (z pow produkcyjnych

Bardzo rzadko mikroorganizmy występują w powietrzu w stanie wolnym zaś najczęściej w postaci bioaerozolu.

Bioaerozole są to układu dwu lub trój fazowe składającej się z:

- fazy rozpraszającej( czyli powietrza oraz rozproszonej fazy stałej lub ciekłej zawierającej mikroorganizmy),

- fazy rozproszonej czyli dyspersyjną stanowią cząstki stałe lub płynu zawierające: pyłki roślin, zarodniki grzybów głównie drożdży, wirusy oraz mikroorganizmy znajdujące się w stanie dyspersyjnym. Drobnoustroje przyczepione do cząsteczek kurzu a także zawarte w ….. mogą przebywać w powietrzu przez długi czas a także rozprzestrzeniać się. Rozprzestrzenianie bioaerozoli odbywa się trojako:

1. W skutek tzw. dynamicznej projekcji kropel, którą krople uzyskują w momencie wyrzutu czyli przy skurczu mięśni oddechowych czyli przy kaszlu czy kichaniu, wówczas mikroorganizmy dostaje się do powietrza;

2. Związany jest z systemem wentylacyjna- klimatyzacyjno czyli z istnieniem kanałów nawiewnych, wywiewnych, szyb, wind i innych przewodów;

3. Związany z prądami konwekcyjnymi powietrza, które mogą przenosić mikroorganizmy na znaczne odległości.

Organizmy wchodzące w skład bioaerozoli:

- aerofitoplantkton (roślinne) : wirusy, bakterie, promieniowce, grzyby, przetrwalniki glonów, mchów, porostów, pyłki igiełki, inne cząstki roślinne;

- aerozooplankton (zwierzęce) : jaja robaków ( pasożytnicze i wolnożyjące), jaja owadów (niewielkie), przetrwalniki i cysty pierwotniaków , inne.

Bioaerozole możemy podzielić dwojako ze względu na ich pochodzenie lub na ich skład (drugi podział )

Ze względu na pochodzenia dzielimy na:

1. Naturalne- wytwarzane w sposób naturalny, w ich skład wchodzą różne grupy mikroorganizmów a także cząsteczki roślinne i zwierzęce

2. Sztuczne wytwarzane eksperymentalnie dla celów naukowych i zwykle zawierając określone gatunki mikroorganizmów czyli grupy organizmów a także cząstki roślinne i zwierzęce

Ze względu na pochodzenia dzielimy na:

1. Saprofityczne – pochodzenia mikroorganizmów, pochodzą z gleby lub wody, saprofity zazwyczaj

2. Patogenne- mikroorganizmy chorobotwórcze, szkodliwe, wywołuje szkodliwe skutki u ludzi

3. Mieszane – zarówno saprofityczne, patogenne

Wszystkie grupy szkodliwe z uwagi na:

- pogorszenie stanu higienicznego powietrza

- zakażenia zwierząt, ludzi i roślin

- zanieczyszczenia produktów spożywczych, farmaceutycznych, materiałów budowlanych, środowiska, gleby i wody

Powodują: (ze względu na skład jakościowy)

A - BIOAEROZOLE SAPROFITYCZNE:

- alergie,

-dychawica oskrzelowa i inne

- psucie się produktów spożywczych , farmaceutycznych (antybiotyki), surowców dla wielu gałęzi przemysłu, materiałów budowlanych itp.

B - BIOAEROZOLE PATOGENNE:

- alergie,

- dychawica oskrzelowe, choroby zakaźne alergenne ( patogenne)

- ludzie: błonica, gruźlica płuc, odra, ospa, świnka, różyczka

- zwierzęta: brocho – pneumonie, gruźlica, pryszczyca, nosacizna, wąglik, różyca, , choroby promieniowcowe i grzybicze

- roślin: choroby wirusowe, bakteryjne, grzybicze

C - BIOAEROZOLE MIESZANE:

- alergie,

- dychawica oskrzelowa,

- choroby zakaźne alergenne,

- epidemie, epizootie, epifitie,

- psucie się produktów spożywczych, farmaceutycznych, surowców dla wielu gałęzi przemysłowych, materiałów budowlanych itp.

Właściwości bioaerozoli:

1. Są bardzo nietrwałe układ, niemogące pozostawać niezmienione w ciągu dłuższego okresu czasu, ich trwałość zależy od szeregu czynników: wielkość cząstek, ich koncentracji i forma, ładunku powierzchniowego, właściwości biologiczne, rodzaju samych organizmów;

2. Ciężar cząsteczek o średnicy cząstek:

- powyżej 100 mikronów przewyższa znacznie opór powietrza w związku z tym osiadają one bardzo szybko, - cząstki mniejsze o średnicy 3-10mikronów osiadają tak powoli że nawet słabe prądy powietrza powodują że utrzymują się one w stanie zawierzonym w powietrzu w długim czasie;

1. Koagulacja aerozoli (decyduje o jej trwałości) prowadzi do łączenia się cząstek, zachodzi ona przede wszystkim dzięki różnicy ładunków elektrycznych a także określonej jakości cząstek;

Aerozol biologiczny – występuje w postaci wyraźnie rozgraniczonych faz.

1. Występuje w postaci czterech rozgraniczonych faz

1. Faza gruboziarnista o średnicy kropel powyżej 100 mikrometrów

2. Faza drobnoziarnista o średnicy cząstek w granicach (mniejszych) od 100 – 50 mikrometrów

3. Faza kropelkowo - jądrowa cząstki od mniejsze od 50-1 mikrometra

4. Faza pyłu bateryjnego od 5-0,1 mikrometra

Występowanie mikroorganizmów w powietrzu:

Ilość i skład mikroflory powietrza jest zmienny i zależy od wielu czynników, drobnoustroje (mikroflora) występują:

- w pomieszczeniach zamknietych (bardziej liczna) ,

- w przestrzeniach otwartych (liczba mikroorganizmów mniejsza).

W pomieszczeniach zamkniętych zasiedlenie mikroorganizmami jest zalezne od:

1. Gęstości ich zasiedlenia przez ludzi i zwierzęta

2. Nasłonecznienia

3. Wilgotności

4. Utrzymania czystości i wietrzenie pomieszczeń

W pomieszczeniach użytkowych mogą występować również mikroorganizmy chorobotwórcze. Atmosfera miast i terenów przemysłowych zawiera więcej drobnoustrojów niż atmosfera pól czy lasów jest to prawidłowość powszechna. W aglomeracjach miejskich zanieczyszczenie jest ok. kilka tysięcy w jednym metrze sześciennym – są to głównie:

- mikroorganizmy saprofityczne wśród których dominują zarodniki grzybów np. pleśń, wynosząc około 70% wszystkich organizmów,

- bakterie posiadają udział 19-26%.

Ogólnie ilość mikroorganizmów w powietrzu zależy:

- od strefy klimatycznej,

- pory roku, pokrywy roślinnej,

- rodzaju gleby,

- opadów

- nasłonecznienie.

Przeżywalność mikroorganizmów w powietrzu zależy od charakterystycznej dla danego gatunku odporności na wysuszenia i działanie promieni UV ( temperatura nie jest tym czynnikiem bo musiały by być drastyczne różnice) .

W okresie przebywanie mikroorganizmów w powietrzu dokuje się swoista selekcja, na początku ginie:

- forma wegetatywne,

- znacznie dłużej pozostają w powietrzu formy przetrwalne np. zarodniki grzybów ,

- dłużej przebywają w powietrzu bakterie które posiadają otoczki

- a także te które wytwarzają barwniki czyli pigmenty różowe lub żółte, chronią one bakterie przez szkodliwym oddziaływaniem promieniowania UV.

Saprofityczną mikroflorę powietrza tworzą przede wszystkim:

1. wytwarzające pigmenty ziarniaki takie jak: MIKROCOCCUS, oraz

2. pakietowce SARCINA, gronkowce,

3. pałeczki z rodzaju ALCALIGENES,

4. spory przetrwalniki bakterii z rodzaju BACILLUS

5. bakterie saprofityczne

6. szereg rodzaju grzybów strzępkowychz rodzaju ASPERGILLUS, ALTENNARNIA, CLADOSPORIUM, MUCOR, czyli organizmy saprofityczne,

Bakterie chorobotwórcze występujące w powietrzu:

1. PRĄDKI GRUŹLICY (gruźlica),

2. MACZUGOWCEBŁONNICY (błonnica) ,

3. PACIORKOWCE BŁONNICY (błonnica),

4. GRONKOWCE (spektrum chorób: zapalenie opon mózgowych, schorzenia ropne skóry),

5. grzyby ASPERGILLUS?(ASPERGILLOZA – choroba płuc) ,

6. CYSTY PIERWOTNIAKÓW,

7. JAJA ROBAKÓW,

Wszystkie powodują choroby wirusowe wczesno dziecięce: odra, ospa, różyczka, świnka, grypa (przez powietrze).

Wskaźniki zanieczyszczenia powietrza:

- przedstawiciele mikroflory (drobnoustrojów) z różnych źródeł np. z gleby lub z wody czy od ludzi i zwierząt ( to będzie na ćwiczeniach )

TEMAT II: Badania toksykologiczne w ochronie wód.

Toksykologia – (związaną z chemią, biologią, ekologią, z naukami o środowisku) nauka o właściwościach, działaniu i wykrywaniu związków szkodliwych (chemicznych) dla organizmów żywych bytujących w środowisku.

Skala toksyczności:

- w okresie handlowym ok. tysięcy związków +0,5 tysiąca nowych nie posiada danych na temat szkodliwości dla środowiska;

Toksykologia

- rozwinęła się na przestani kilkudziesięciu lat ponieważ ludzie zaczęli dostrzegać szkodliwe zmiany w środowisku wodnym i glebowym wywoływanym w środowisku na którym one oddziałują;

-posługuje się testami polegających na obserwacji i rejestrowaniu reakcji organizmów testowych na działanie związków toksycznych.

- Przez reakcje organizmów rozumie się szereg objawów z których najbardziej drastycznym jest śmierć organizmu a także inne zmiany fizjologiczne (działanie związków szkodliwych na organizmy wodne jest bardzo szerokie począwszy od zaburzeń funkcji ustroju aż do śmierci organizmu włącznie)

Związki toksyczne wprowadzane do wód w dużych ilościach mogą wywołać objawy przebiegające w sposób ostry prowadzące do śmierci organizmu a nawet całych grup organizmów. Dzieje się to w przeważnie awaryjnych zrzutów do wód z zakładów przemysłowych, kiedy duże ilości związków dostają się do wód w krótkim czasie. Związki toksyczne mogą by wprowadzane w niewielkich ilościach jednak także wtedy wywołują szkodliwe działanie na dłuższym okresie czasu – nazywa się to oddziaływaniem chronicznym ( długotrwałym).

Określanie szkodliwości związków odbywa się zwykle w labolatorium w testach z jednym gatunkiem organizmów, najczęściej w testach jako organizmy testowa stosuje się:

bezkręgowce głównie skorupiaki:

- rozwielitka DAPHNIA MAGIA (rozwielitka wielka – przedstawiciel skorupiaków)

- Mchówki i mięczaki ( ślimaki i małże),

kręgowce:

- ryby ( głównie pochodzenia amerykańskiego np. gupik LEBISTES RETICULATUS, Danio pręgowany BRACHYDANIO RERIO)

Cechy organizmów testowy :

1. Łatwy w hodowli laboratoryjnej;

2. Wrażliwy i wykazywać stałą reakcje na związków toksycznych;

3. Stały pod względem genetycznym;

4. Powinien reprezentować ważna pod względem ekologicznym grupę organizmów w środowisku i zajmować w łańcuchu troficznym pozycje prowadzącą poprzez ryby do człowieka;

5. Jego taksonomia i cechy fizjologiczne powinny być znane;

Aby przeprowadzić test potrzeba:

1. Hodowle organizmów – wystarczająca ilość

2. Woda do rozcieńczeń (może być wodą przygotowaną w sposób sztuczny poprzez rozpuszczenie odpowiednich soli w wodzie destylowanej lub redestylowanej taka woda ma stały skład a drugi rodzaj wody to woda wodociągowa po uprzednim uzdatnieniu w biofiltrze <slajd> właściwości tych wód są zmienne, pod względem odczynu, ilości tlenu)

3. Naczynia testowe – szkło laboratoryjne

4. Związek toksyczny

Grupy testów:

1. Konwencjonalne testy przeżywalności zwane testami toksyczności ostrej lub tzw. testami ostrymi <na ćwiczeniach>

2. Tzw. Mikrobiotesty testy typu Toxkits z młodocianymi formami bezkręgowców <na ćwiczeniach>

3. Testy wzrostowe ( glony i bakterie)

4. Testy enzymatyczne

Testy: (sposób działania)

1. Konwencjonalne

- polegają na obserwacji śmiertelności organizmów umieszczonych w serii roztworów sporządzonych w postępie geometrycznym malejącym,

-po określonym czasie kontaktu – ekspozycji, czas kontaktu w przypadku stosowania bezkręgowców wodnych (np. rozwielitka, mchówki, mięczaki) wynosi 24-48h zaś w przypadków ryb (Danio) 96h,

- stosuje się 5 stężeń czyli rozcieńczeń dla danej substancji i próbę kontrolna którą stanowi woda do rozcieńczeń,

- testy te wykonuje się w kilku powtórzeniach, do 10 osobników na każde stężenie,

-uzyskane dane śmiertelności stanowią podstawę do określenia stężenia śmiertelnego (letalnego)

Stężenie letalne (lethal concentration z ang) powoduje 50% śmiertelność organizmów stosowanych w teście, po określonym czasie kontaktu i w porównaniu z próbą kontrolną (LOC50-t); (lethal concentration z ang)

W przypadku bezkręgowców LC50-24h

W przypadku rub LC50-96h

-Te testy stanowią pierwszy etap w oszacowaniu śmiertelności a uzyskane wyniki stężeń letalnych stanowią podstawę po porównania toksyczności związków i wrażliwości organizmów (zastosowanie Tyc testów)

Np. fenol, para chlorofenol

Daphia rozwielitka Daphia rozwielitka

LC50-24h = 20mg/l LC50-24h = 8mg/l

Lebistes Lebistes

LC50-24h = 38mg/l LC50-24h = 17mg/l

WNIOSKI: Para chloro fenol bardziej toksyczny od fenolu.

1. Tzw. Mikrobiotesty testy typu Toxkits -

(Toxkit – toxicity test In kit test toksyczny w pudełku zawierającymi wszystkie niezbędne materiały do przeprowadzenia prostych, czułych testów dla związkówTOKSYCZNYCH;

- mikrobiotesty stanowią grupę nowoczesnych testów typy toxkit opracowanych przez profesora PERSOONE’a, ,

- każde pudełko zawiera (zestaw testowy)

1. Organizmy testowe w postaci jaj spoczynkowych (cyst), z których można otrzymać formę młodociane stosując odpowiednią procedurę ich wylęgu

2. Sole do sporządzenia roztworów wody słodkiej lub morskiej służące do wylęgu larw i wykonanie rozcieńczeń

3. Płytki testowe ze studzienkami , w których wykonuje się testy

W testach tych stosuje się skorupiaki i wrotki; wynik testu wyraża się jako stężenie śmiertelne czyli stężenie powodujące śmiertelność 50 osobników w teście albo jako stężenie efektywne EC50-t posługując się innym kryterium np. inhibicji wzrostu

1. Testy wzrostowe ( glony i bakterie)

- polegają na ocenie hamowania wzrostu organizmów testowych najczęściej bakterii i glonów, w zależności od stężenie związku toksycznego po określonym czasie kontaktu,

- najczęściej wykorzystywanymi bakteriami w testach są bakterie z rodzaju PSEUDOMONAS zaś glonami zielenice z rodzaju SCENEDESMUS;

-testy polegają na sprowadzeniu odpowiedniego zaszczepiania glonów lub bakterii do roztworu związku toksycznego,

-próbkę kontrolna stanowi pożywka (nie woda),

-toksyczny wpływ ocenia się na podstawie zmian ilości komórek, po czasie inkubacji obejmującym w przypadku glonów 72h,

-wynik testy z glonami podaje się jako stężenie efektywne czyli EC50-t to jest powodujące 50% zahamowanie wzrostu po danym czasie ekspozycji z porównaniu z próbą kontrolną (effective concentration) lub jako wartość NOEC czyli najwyższe niepowodujące zmian u organizmów testowych ----po określonym czasie kontaktu, test z glonami określany jest jako test chroniczny czyli obejmujący ekspozycje organizmu aż do uzyskania kolejnego pokolenia

1. Testy enzymatyczne

- trwające zaledwie kilkanaście minut zwanym Mikrotox lub Lumistox

– pochodzenie nazwy zależne od aparatury nim czy ang, przeprowadza się to badanie z bakteriami LUMINESENCYJNYMI VIBRIO FISHERI;

- zasada testu polega na emisji światła przez bakterie w ciągu 15 lub 30 min ich kontaktu ze związkiem toksycznym

- wynik testu podawany jest jako stężenie efektywne czyli stężenie związku powodujące 50% inhibicję emisji światła u bakterii po określonym czasie kontaktu w porównaniu z próba kontrolną,

- aparat lumistos składa się z fotometru który mierzy luminescencje bakterii i termostatu oraz jest połączony z komputerem co pozwala obliczyć wartość EC50 w sposób automatyczny,

- wyniki testów w postaci LC50, NOEC-t a także stężenia LOES-t (najniższe stężenie powodując e pierwsze spostrzegalne zmiany u organizmów) stanowią podstawę do wyznaczania tzw. bezpiecznych stężeń związków chemicznych dla ekosystemu (stężenie bezpieczne - to takie które w przedłużonym okresie czasu nie wpływa na wzrost i rozmnażanie organizmu, jest ekstrapolowane przy przyjęciu odpowiednich założeń)

W obrębie tych testów istnieje wiele metodyk