Materiały wykładowe – do egzaminu

Drobnoustroje w ochronie

środowiska

Wykład 2

• Charakterystyka organizmów uczestniczących

w degradacji ścieków w kontekście metod
oczyszczania ścieków

Bakterie nitkowate występujące w osadzie czynnym - przykłady

Typ domeny Bacteria

Nazwa bakterii

γ- Proteobacteria

Thiothrix sp.
Leucothrix mucor
Eikelboom sp.

β-Proteobacteria

Sphaerotilus natans
Leptothrix discophora
Leptothrix mobilis

α-Proteobacteria

Nostocoida limicola –like bacterium

Actionbacteria

Nocardia asteroides
Nocardia brasilliensis
Gardona amarae
Skermania pinensis
Rhodococcus thiodnii
Rhodococcus rhodochrous
Nostocoida limicola II
Microthrix parvicella

Bacteroidetes

Haliscomenobacter hydrossis

Firmicutes

Nostocoida limicola I

Planctomyces

Nostocoida limicola III

Chloroflexi

Herpetosiphon surentiacus

Thermomicrobia

Nostocoida limicola – like bacterium

3

Bakterie usuwające fosfor – przykłady (izolowane klony)

Typ domeny Bacteria

Klon podobny do

α-Proteobacteria

Defluvicoccus vanus
Paracoccus yeeii
Mesorhizobium sp.

β-Proteobacteria

Acidovoranx avenae
Xylophilus ampenilus
Dechloromonas sp.

γ- Proteobacteria

Anaeromyxibacter dehalogenas

Bacteroidetes/Chlorobi

Nostocoida limnicola III

Actinobacteria

Microbacterium nematophilum
Pseudonocardia zijngensis

4

Bakterie usuwające fosfor – przykłady

Oprócz wymienionych w tabeli bakterii do kumulacji polifosforanów

zdolne są bakterie:

• z rodzaju

Acinetobacter

• Gatunki

Microlunatus

• Grupa

Rhodocyclus

A w warunkach tlenowych:

 Lampropedia sp.
 Micropruina glzcogenica
 Accumulibacter phosphatis
 Gemmatiomonas aurantiaca

5

6

Wykład 3

Drobnoustroje degradujące węglowodory ropy

naftowej

Bakterie:

Achromobacter sp.,
 Acinetobacter sp.,
Actinomyces sp.,
Alcaligenes sp.,
Arthrobacter sp.,
Aeromonas sp.,
Bacillus sp.,

Brevibacterium sp.,
Corynacterium sp.,
Flavobacterium sp.,
Micrococcus sp.,
Mycobacterium sp.,
Nocardia sp.,
Pseudomonas sp.

Drobnoustroje degradujące węglowodory ropy

naftowej

Grzyby:

• Candida sp.,
• Debaromyces sp.,
• Hansenula sp.,
• Pichia sp.,
• Rhodosporidium sp.,
• Rhodotorula sp.,
• Saccharomyces sp.,
• Sporobolomyces sp.,
• Torulopsis sp.,

• Trichosporon sp.,
• Aspergillus sp.,
• Aureobasidium sp.,
• Cladosporium sp.,
• Fusarium sp.,
• Mortierella sp.,
• Mucor sp.,
• Penicillium sp.,
• Sporotrichium sp.,
• Varicospora sp.

Węglowodory ropy naftowej

Żaden z drobnoustrojów nie ma możliwości biodegradacji wszystkich

węglowodorów, a jedynie wybrane związki.

Szerokim spektrum substratowym może pochwalić się

Pseudomonas sp

., także promieniowce jak

Rhodococcus sp.,

Nocardia sp., Gordonia sp., Mycobacterium sp.

i

Dietzia sp

.

Posiadają one uzdolnienia enzymatyczne do transformacji i

degradacji różnych grup węglowodorów.

Wykazują one zdolność

do asymilacji

dodecylocykloheksanu, 2,6,10,14-

tetrametylopentadekanu, fenylodekanu

.

Na uwagę zasługują też grzyby, głównie

Phanaerochaete

chrysosporium

– wytwarzający peroksydazy lignolityczne

atakujące pierścienie węglowodorów aromatycznych.

Węglowodory ropy naftowej

Biodegradacja tych węglowodorów zachodzi zarówno w

warunkach tlenowych jak i beztlenowych. Uzależnione to
jest od typu środowiska (gleba, woda) i typu
zanieczyszczenia. W warunkach beztlenowych rozkładane
są alkany C12 – C20, węglowodory mono –i
poliaromatyczne.

W pierwszej kolejności wykorzystywane są n-alkany

powodujące obfity wzrost drobnoustrojów.

Oporne na biodegradacje są asfalteny – mieszanina

związków aromatycznych i alicyklicznych z krótkimi,
alkilowymi odgałęzieniami. Możliwa jest ich
biodegradacja we frakcji olejowej.

Alkany

• Degradacje

pristanu

prowadzą szczepy

Corynebacterium sp.,

Brevibacterium sp., Alcanvorax sp., Rhodococcus sp,
Nocardia sp.

na drodze β- lub ω-oksydacji.

• Rhodococcus sp

.,

Mycobacterium sp

. jest zdolny także do

degradacji

fytanu

(2,6,10,14-tetrametylokeksadekan),

norpristanu

(2,6,10-trimetylopentadekan),

famesanu

(2,6,10-

trimetylodekan)

• Acinetobacter sp., Brevibacterium sp., Arthrobacter sp

.

degradują

cykloheksan

• Rhodococcus ruber CD1-411

– zdolny jest do degradacji

cyklodekanu

Wykład 4

• Mikroorganizmy w usuwaniu metali ciężkich
• Biodegradacja odpadów organicznych

Składniki osłon drobnoustrojów wiążące metale cięzkie

Drobnoustroje

Składniki osłon komórkowych

Grupy funkcyjne

Bakterie gramdodatnie

peptydoglikan
kwasy tejchojowe

karboksylowe
fosforanowe

Bakterie gramujemne

fosfolipidy i białka osłon
lipopolisacharyd

fosforanowe
grupy anionowe
(karboksylowe,
hydroksylowe, amidowe),
fosforanowe

Grzyby strzępkowe

chityna
chitozan

hydroksylowe

Drożdże

mannan

hydroksylowe

Glony

kwas mannuronowy

karboksylowe

Drobnoustroje
wytwarzającer otoczki lub
warstwy śluzowe

polipeptydy
wielocukry
kwasy: uronowy, pirogronowy

różne grupy anionowe
hydroksylowe
karboksylowe

Wiązanie metali ciężkich przez drobnoustroje w warunkach

laboratoryjnych

Drobnoustrój

Metal

Ilość związanego
metalu [mg/g s.m.]

B

ak

te

ri

e

Bacillus subtilis

Cynk

137

Bacillus subtilis

Ołów

189

Brevibacterium sp.

Ołów

52,9-65,9

G

rz

yby

Paecilomyces marquandii

Cynk

84/206 (warunki
głodowe)

Absidia coerulea

Ołów

351

Rhizomucor miehei, Apergillus niger

Cynk

54-55

Amylomyces rouxii

Miedź

62

Rhizopus sp.

Kobalt

190

G

lo

n

y

Fucus vesiculosus, Ascophyllum nodosum

Ołów

210-360

Przykłady mikroorganizmów biorących udział w kompostowaniu –

domena Bacteria

Typ/domena

Nazwa rodzajowa/gatunkowa

α-Proteobacteria

Agrobacterium sp., Agrobacterium tumefaciens,
Bradyrhizobium elkanii, Mesorhizobium lotti, Methylobacterium sp.,
Rhizobium sp., Sphingomonas sp.

β-Proteobacteria

Acidovorax delafieldii, Alcaligenes sp., Burkholderia cepacia,
Comomonas sp., Variovorax paradoxus

γ-Proteobacteria

Acinetobacter sp., Enterobacter sp., Klebsiella pneumoniae,
Pseudomonas sp., Salmonella sp.

Firmicutes

Bacillus sp., Clostridium sp., Enterococcus sp., Lactobacillus sp.,
Staphylococcus sp., Wesella sp.

Bacteroidetes

Chryseobacterium sp., Flacobacterum sp., Flexibacter sp.

Deinococcus-Thermus

Thermus sp.

Aquificae

Hydrogenobacter sp.

Przykłady mikroorganizmów biorących udział w kompostowaniu –

typ Actinobacteria

Actinobifida chromogena
Arthrobacter sp.
Brevibacterium lutescens
Corynebacterium sp. (np. C. aquaticum, C. amycolatum)
Cytophaga fucicola
Isoptericola sp.
Micrococcus sp.
Microbispora bispora
Nocardia sp.
Oerskovia sp.
Propionibacterium acnes
Rhodococcus sp.
Streptomyces sp.
Thermoactinomycetes sp.
Thermomonospora sp.

Przykłady mikroorganizmów biorących udział w kompostowaniu –

domena Archea

Głównie oznaczono w fazie temofilnej Methanobacterium thermoautotroficum oraz
Methylocaldum szegediense.

Przykłady mikroorganizmów biorących udział w kompostowaniu –

grzyby

•Absidia sp.
•Acremonium sp.
•Aspergillus sp.
•Candida sp.
•Cladosporium sp.
•Coprinus sp.
•Cryptococcus sp.
•Dactylomyces sp.
•Ganoderma colossum
•Geotrichum sp.
•Hamigera sp.
•Melanocarpus sp.
•Mycena sp.

•Neurospora sp.
•Pichia sp.
•Rhizomucor sp.
•Rhodospiridium sp.
•Scopulariopsis sp.
•Talaromyces sp.
•Thermoascus sp.
•Torula sp.

Mikroorganizmy biorące udział w kompostowaniu – zmiany

ilościowe

Zmiany te zależą głównie od temperatury i od dostępności materii organicznej.

Grupa mikroorganizmów

Faza mezofilna (<40

o

C)

Faza termofilna (40-

70

o

C)

Faza schładzania (70

o

C

– zimno)

Bakterie mezofilne

10

8

10

8

10

11

Bakterie termofilne

10

4

10

9

10

7

Promieniowce
termofilne

10

4

10

8

10

6

Grzyby mezofilne

10

5

10

3

10

5

Grzyby termofilne

10

3

10

7

10

6

Sukcesja mikroorganizmów

• Sukcesja to następujące po sobie zmiany ilościowe i jakościowe w składzie

mikroflory, zależy od temperatury.

• W

fazie mezofilnej

dominują rezydenci roślin i odpadów roślinnych, m.in.

Lactobacillus sp., Pediococcus sp., Leuconostoc

sp. (bakterie mlekowe),

Streptomyces sp.

(promieniowce),

drożdże

, degradując głównie cukry i białka

do kwasów organicznych. Czasami rozwijają się

Propionibacterium sp.

oraz

Methylobacterium sp.

degradując kwasy organiczne do CO2 i H2O.

• W

fazie termofilnej

dominują bakterie gram dodatnie oraz promieniowce. W

temp 49-69

o

C dominują

Bacillus sp.,

Thermus sp., Streptomyces sp.,

Thermoactinomyces sp

., a z grzybów

Aspergillus sp.

• W

fazie schładzania

dominują różne gatunki promieniowców i grzybów

pleśniowych. Materiał kompostowy pokrywa grzybnia, np. grzybów

Candida

sp

. oraz promieniowców:

Microbispora sp. Streptomyces sp

. czy

Streptosporangium sp

. Są też bakterie zarodnikujące –

Bacillus sp., Clostridium

sp

.

Bakterie w kompoście

W fazie mezofilnej dominują:

•

Pseudomonas sp. (P. aureofaciens, P. fluorescens, P. putida, P. stutzeri, P. paucimobilis,
P. trivialis)

•

Achromobacter sp.

•

Acinetobacter sp. (A. junii, A. lwofii)

•

Bacillus sp. (B.badius, B. coagulans, B. subtilis, B. pumilis)

•

Cellulomonas sp.

•

Commomonas acidovorans

•

Clostridium sp.

•

Flavobacterium mutlivorum

•

Luteimonas mephitis

•

Staphylococcus sp. (S. sciuri)

•

Cytophaga fucicola

•

Bakterie nitryfikacyjne

Wykazują one aktywność proteolityczną, wydzielając do środowiska m.in.. alkaliczną proteazę

serynową – trawienie białek

Bakterie w kompoście

W fazie termofilnej (49-65

o

C)

dominują:

• Bacillus

(B.)

sp

. (ok. 85% populacji bakterii)

W temp. 45-50

o

C za degradację, głównie cukrów, odpowiadają:

• B. licheniformis, B. thermoamylovorans, B. thermospaericus
• B. circulans

– rozkłada celulozę i pektyny

W temp. 58

o

C stwierdzono:

B. coagulans, B. badius, Virdibacillus proomii,

Gracibacillus halotolerans

W temp. 65

o

C:

B. badius, B. brevis, B. caldoxylolyticus, N. coagulans, B.

spgericus, B. thermoamylovorans, B. thermoacetlutanus, B. thermocloacae,
B. thermooleovorans, Geobacillus stearthermophilus

W temp. 70

o

C dominuje

Caldibacillus cellulovorans

Wyizolowano także

Hydrogenobacter sp

. i

Bacillus schlegelli.

Bakterie w kompoście

W fazie schładzania (52-30

o

C)

występują:

• Sphingobacterium multivorum
• Alloicoccus oitis
• Clostridium fervidus
• Clostridium filamentosum
• Alcaligenes sp.
• Arthrobacter sp.

(promieniowiec) - resynteza humusu

Bakterie w kompoście

• Alcaligenes sp.
• Pseudomonas sp.
• Nitrosospira sp.
• Vibrio sp.
• Rhodothermus sp.
• Flavobacterium sp.
• Cytophaga sp.
• Streptomyces sp.
• Actinomyces sp.
• Agromyces sp.
• Corynebacterium sp.
• Propionibacterium sp.

• Arthrobacter sp.
• Ruinococcus sp.
• Clostridium sp.
• Thermoanaerobacterium sp.
• Bacillus so.
• Sachcarococcus sp.
• Virgibacillus sp.
• Gracibacillus sp.
• Lactobacillus sp.
• Strpetococcus sp.
• Staphylococcus sp.
• Alloiococcus sp.

Niezależnie od fazy termicznej zawsze występują w kompoście

Grzyby w kompoście

• W kompoście zidentyfikowano ponad 300

gatunków grzybów, głównie pleśniowych i
drożdży.

• Wiele termofilnych grzybów wytwarza

ektoenzymy

(amylazy, lipazy, celulazy,

ksylanazy, pektynazy, proteazy, fosfatazy).

• Wiele gatunków grzybów pleśniowych

produkuje

lakkazy

– utlenianie fenolu w

procesie humifikacji.

Gatunek grzyba

Temperatura minimalna

[

o

C]

Temperatura optymalna [

o

C]

Temperatura maksymalna

[

o

C]

Absidia corymbifera

14

40

50

Absidia ramosa

10-13

40

52

Aspergillus fumigatus

12-20

37-45

55-57

Chaetomium thermophilum

27

50

58-61

Coonemeria crustacea

20-25

40

<60

Corynascus thermophilus

20

28-40

60

Dactylomyces thermophilus

25

40-45

?

Malbranchella pulchella

26-30

45-46

57

Myriococcum thermophilum

28

45

53

Rhizomucor pusillis

20-27

35-55

55

Scytalidium thermophilum

23

40

58

Stibella thermophila

25

35-50

55

Talaromyces dupontii

25-30

45-53

57-60

Talaromyces emersonii

30

40-45

55

Talaromyces thermopilus

25-30

45-50

60

Thermoascus thermophilus

20-35

45-50

55-60

Thermoascus aurantiacus

31

44-46

55-62

Thermomyces lanuginosus

30

45-50

60

Thielavia terrestris

22

42-45

52

Torula thermophila

23

40

58

Dominujące grzyby w kompoście

Wykład 5

• Udział bakterii w bioremediacji gleb i wód

gruntowych oraz w usuwaniu zanieczyszczeń
powietrza

Drobnoustroje degradujące węglowodory ropy

naftowej - bakterie

 Achromobacter sp.,
 Acinetobacter sp.,
 Actinomyces sp.,
 Alcaligenes sp.,
 Arthrobacter sp.,
 Aeromonas sp.,
 Bacillus sp.,
 Brevibacterium sp.,
 Corynebacterium sp.,
 Flavobacterium sp.,

 Micrococcus sp.,
 Mycobacterium sp.,
 Nocardia sp.,
 Pseudomonas sp.

Drobnoustroje degradujące węglowodory ropy

naftowej - grzyby

• Candida sp.,
• Debaromyces sp.,
• Hansenula sp.,
• Pichia sp.,
• Rhodosporidium sp.,
• Rhodotorula sp.,
• Saccharomyces sp.,
• Sporobolomyces sp.,
• Torulopsis sp.,
• Trichosporon sp.,

• Aspergillus sp.,
• Aureobasidium sp.,
• Cladosporium sp.,
• Fusarium sp.,
• Mortierella sp.,
• Mucor sp.,
• Penicillium sp.,
• Sporotrichium sp.,
• Varicospora sp.

Mikroflora degradująca odory w warunkach tlenowych

Grupa odorów

Klasa

Rodzaj/gatunek mikroorganizmu

Węglowodory
alifatyczne i
aromatyczne

Bacteroides

Planococcus sp., Cytophaga sp., Flavobacterium sp.

γ-Proteobacteria

Psychrobacter sp., Moraxella sp.

Actinobacteria

Gordona alkanivorans, Gordona paraffinivorans

Węglowodory
alifatyczne

γ-Proteobacteria

Acinetobacter sp. (szczep ADP1 i M1),
Alcanivorax sp. (szczep MBIC4326),
Pseudomonas putida GPO1, Pseudomonas sp. (szczep C12B),
Stenotrophomonas maltophilia

β-Proteobacteria

Burkholderia cepacia

Actinobacteria

Rhodococcus sp.

Węglowodory
aromatyczne

β-Proteobacteria

Burkholderia sp. (szczep Rp007)

Actinobacteria

Mycobacterium sp. , Mycobacterium szczep PYR1, Nocardia
sp.,
Rhodococcus sp.

γ-Proteobacteria

Pseudomonas sp. (szczep U2)

Mikroflora biofiltrów i biopłuczek

Do usuwania odorów z bioprzemysłu, emitującego

związki organiczne siarkowe wykorzystywane są:

1. Autotrofy:

Thiobacillus sp

.

2. Metylotrofy:

Hyphomicrobium sp.,

Methylophaga sulfidovorans, Pseudomonas
acidovorans, Xanthomonas sp.

3. Grzyby:

Cephalosporium s

p. i liczne

niezidentyfikowane szczepy z klasy

Basidiomycetes

Mikroflora biofiltrów i biopłuczek

Badania molekularne wykazały, że wśród bakterii dominują gatunki

należące do typu

Proteobacteria (α-, β- i γ-Proteobacteria),

Actinobacteria, Cytophaga-Flavobacterium i Firmicutes.

Z niższej rangi taksonomicznej dominują bakterie należące do

Alcaligenes/Bordetella, rodzaje Methylobacillus i Methylophilus oraz
Sphingomonas spp., Acinetobacter sp., Xanthomonas sp.

Także stwierdza się w przypadku oczyszczania gazów z zakładów

przerabiających tłuszcze zwierzęce promieniowców:

Corynebacterium

sp., Gordona (G. hirsuta, G. hydrophobica), Mycobacterium sp.,
Arthrobacter sp.

Mikroflora biofiltrów

• Za degradacje odorów ze styrenem odpowiadają:

Psedudomonas sp., Sphingomonas sp., Tsukamurella sp.,
Xanthomonas sp.

Z grzybów spotyka się:
• Degradujące węglowodory alifatyczne:

Acremonium sp.,

Graphium sp., Cladosporium resinae, Scedosporium sp.,
Trichosporon veenhuisii

• Związki fenolowe:

Aspergillus japonicus, Penicillium sp.,

Trichosporon (T.) cutaneum, T. guehoae, T. veenhuisii,
Aspergillus fumigatus, Penicillium frequentas

• Inne związki jednowęglowe (np. metanol czy formaldehyd):

Gliocladium deliquescens, paecilomyces variotti, Graphium
spp.

Wykład 6

• Metody i techniki stosowane w badaniach

wykorzystujących drobnoustroje w ochronie
środowiska

Przykłady mikroorganizmów stosowanych w bioaugmentacji gleb

skażonych związkami aromatycznymi

Mikroorganizm

Substancja zanieczyszczająca

Pseudomonas sp. ADP

Atrazyna

Agrobacterium radiobacter J14a

Atrazyna

Escherichia coli eAtzA

Atrazyna

Alcaligenes eutrophus TCP

2,4,6-trichlorofenol

Desulfitobacterium frappieri PCP-1

Pentachlorofenol

Ralstonia eutropha JMP134

Kwas 2,4-dichlorofenoksyoctowy

Pseudomonas sp. P51

1,2,4-trichlorobenzen

Pseudomonas pseudoalcaligenes POB310

Kwas 3-fenoksybenzoesowy

Desulfomonile tiedjei

3-chlorobenzoesan

Arthrobacter sp. B1B

Polichlorowane bifenyle

Ralstonia basilensis RK1

2,6-dichlorofenol