PRIONY - zabójcze, małe białka zawierające w swoim składnie 250 lub 253 aminokwasy o strukturze przestrzennej L.
Choroby pionowe mogą być wynikiem:
a. zakażenia (pokarm, droga dożylna, dootrzewnowa, itp.)
b. spontanicznej konformacji białka siostrzanego (prionopochodnego) w prionie
c. mutacji genu kodującego powstawanie białka siostrzanego w kierunku syntezy prionów.
SINICE
Funkcje pozytywne sinic
Funkcje przyrodnicze i środowiskowe
1. Uczestniczą w krążeniu materii i przepływie energii w przyrodzie
2. Uczestniczą w procesie glebotwórczym
3. Wzbogacają glebę w materię organiczną
4. Wpływają na strukturę gleby
5. Niektóre gatunki wiążą N2
Funkcje negatywne
1. Rozwój sinic w zbiornikach wodnych (zakwity) pogarsza właściwości organoleptyczne wód i przyczynia się do ich wtórnego zanieczyszczenia.
OGÓLNA METODYKA IDENTYFIKACJI BAKTERII.
1. Cechy morfologiczne - obserwacja makroskopowa i mikroskopowa.
2. Cechy hodowlane (np. wzrost na agarze skośnym, w słupku agarowym, w podłożach płynnych, itp.)
3. Cechy fizjologiczne (np. zdolność wykorzystania źródeł C, N, rozkład biopolimerów, itp.)
4. Cechy biochemiczne (np. właściwości kwasotwórcze, gazotwórcze, red. NO3, synteza enzymów, itp.)
5. Cechy biologiczne - w celu sprawdzenia czy drobnoustrój jest chorobotwórczy (np. badania na zwierzętach, próby serologiczne, alergiczne, itp.)
6. Cechy ekologiczne - miejsce występowania.
OCHRONA PRZED CHOROBAMI ZAKAŹNYMI.
1. Poznać sposoby i drogi przenoszenia zarazka.
2. Zapobiegać rozprzestrzenianiu się zarazka i wnikaniu do organizmu.
3. Pobudzać naturalną odporność fizjologiczną organizmu.
4. Stosować środki niszczące zarazek po jego wniknięciu ( antybiotyki i inne chemoterapeutyki).
BAKTERIE
Funkcje pozytywne bakterii saprotroficznych
Przykłady wykorzystania
1. Niektóre gatunki, czy szczepy stosowane są w bioremediacji środowiska i biologicznej ochronie roślin.
2. Bakterie fermentacji mlekowej wykorzystywane są do: produkcji serów i napojów mlecznych, kwasu mlekowego, kiszonek paszowych i spożywczych, antybiotyku lizyny, parafarmaceutyków ( Lakcid, Lactovaginal), w przetwórstwie mięsa, piekarnictwie, jako probiotyki.
3. Bakterie fermentacji propionowej uczestniczą w produkcji serów twardych.
4. Bakterie octowe służą do produkcji octu winnego.
5. Bakterie fermentacji masłowej wykorzystuje się w roszarnictwie, do produkcji acetonu i butanolu.
6. Zmodyfikowany genetycznie szczep E. coli służy do produkcji insuliny.
7. Niektóre gatunki bakterii wykorzystuje się do syntezy egzogennych aminokwasów, do pozyskiwania preparatów enzymatycznych (amylazy, proteazy, termilizyny), witaminy C, itp.
Funkcje przyrodnicze i środowiskowe.
1. Mineralizują materię organiczną, uczestniczą w krążeniu pierwiastków i przepływie energii w przyrodzie.
2. Procesom mineralizacji materii organicznej towarzyszy humifikacja (w glebie, wodzie, kompostach, itp.)
3. Wpływają na strukturę gleby.
4. Przekształcają związki mineralne z formy nierozpuszczalnej w rozpuszczalną.
5. Niektóre bakterie wiążą azot atmosferyczny
6. Oczyszczają środowisko z odpadów stałych ( odpady komunalne, przemysłowe, gospodarskie, itp.) i płynnych (ścieki).
7. Biorą udział w powstawaniu nawozów organicznych np. obornika, kompostu, itd.
8. Detoksykują środowisko (rozkładają pestycydy, węglowodory alifatyczne, węglowodory aromatyczne - w tym WWA, PCH, detergenty i inne, przekształcają metale ciężkie).
BAKTERIE FOTOSYNTETYZUJĄCE
Bakterie beztlenowe
1. Zielone bakterie siarkowe
2. Purpurowe bakterie siarkowe
3. Purpurowe bakterie bezsiarkowe
4. Grupa Chloroflexus
Bakterie tlenowe
1. Cyjanobakterie - SINICE
FUNKCJE POZYTYWNE FOTOSYNTETYZUJĄCYCH BAKTERII BEZTLENOWYCH
1. Uczestniczą w krążeniu pierwiastków i przepływie energii
2. Wzbogacają środowisko w materię organiczną
3. Wiążą N2
BAKTERIE CHEMOLITOTROFICZNE
ZNACZENIE
1. Wzbogacają środowisko w materię organiczną.
2. Często przekształcają związki toksyczne, niedostępne dla roślin w formę nietoksyczną, przyswajalną przez rośliny np. H2S, czy H2.
3. Powstające w przypadku niektórych bakterii (nitryfikacyjne, siarkowe) kwasy mineralne (np. kwas azotowy, czy siarkowy) przekształcają nierozpuszczalne sole (np. fosforan Mg, Ca) w formę rozpuszczalną dostępną dla roślin.
BAKTERIE CHEMOLITOTROFICZNE
Czerpią energię z utleniania zredukowanych związków mineralnych.
1. Bakterie nitryfikacyjne utleniają
NH4+ NO2- NO3-
2. Bakterie siarkowe utleniają
Związki siarki (S, H2S, SO3=, S2O3 =) do siarczanów
3. Bakterie wodorowe utleniają
2H2 + O2 2H2O
4. Bakterie żelaziste utleniają
Fe ++ Fe +++
BAKTERIE
Funkcje negatywne bakterii saprotroficznych i patogenicznych
1. Bakterie saprotroficzne przyczyniają się do psucia produktów spożywczych, pasz, itp.
2. Zarówno bakterie sparotroficzne jak i patogeniczne powodują alergie.
3. Bakterie patogeniczne wywołują choroby ludzi, zwiążą i roślin.
PROBIOTYKI - są to bakterie mlekowe (np. Lactobacillus acidofilus, Bifidobacterium, Lactobacillus plantarum i in.), które poprawiają stan zdrowia człowieka i zwierząt (pro - dla, biosis - życie). Dodawane są do zywności i pasz.
WYSTĘPUJĄ m. in. w:
- fermentowanych napojach mlecznych nowej generacji
- sokach owocowych
- nie fermentowanych napojach mlecznych, np. maślanka, mleko acydofilne, itd.
WYMAGANIA STAWIANE PROBIOTYKOM:
- zdolność zasiedlania określonego miejsca w organizmie (jama ustna, przewód pokarmowy, drogi oddechowe)
- nie mogą wywoływać alergii
- nie mogą wytwarzać substancji toksycznych
- muszą być genetycznie stabilne
- nie powinny zmieniać produktu pod względem smakowo-zapachowym
EFEKTY DZIAŁANIA PROBIOTYKÓW:
- obniżają poziom złego cholesterolu (LDL)
- stwarzają nieprzyjazne środowisko dla bakterii chorobotwórczych
- zmniejszają ryzyko nowotworów
- zwiększają wchłanianie składników pokarmowych
- stymulują system immunologiczny
- zmniejszają skutki efektu laktozowego.
PROMIENIOWCE
Funkcje pozytywne promieniowców saprotroficznych
Funkcje przyrodnicze i środowiskowe
1. Współuczestniczą z innymi mikroorganizmami w krążeniu pierwiastków i przepływie energii w przyrodzie
2. Mumifikują materię organiczną
3. Wpływają na strukturę gleby
4. Uczestniczą w powstawaniu nawozów organicznych
5. Detoksykują środowisko
Przykłady wykorzystania
1. Niektóre gatunki służą do produkcji antybiotyków np. Streptomyces griseus, Streptomyces venezuelae, Streptomyces aureofaciens
Funkcje negatywne promieniowców saprotroficznych i patogenicznych
1. Psucie produktów spożywczych
2. Alergie
3. Choroby ludzi, zwierząt i roślin.
GLONY
Funkcje pozytywne glonów
Funkcje przyrodnicze i środowiskowe
1. Uczestniczą w krążeniu pierwiastków i przepływie energii w przyrodzie
2. Łącznie z sinicami uczestniczą w procesie glebotwórczym
3. Wzbogacają glebę w materię organiczną
4. Wpływają na strukturę gleby i biodostępność pierwiastków
Przykłady wykorzystania
1. Próby wykorzystania do produkcji żywności i pasz oraz oczyszczania ścieków petrochemicznych, z zakładów azotowych, itd.
Funkcje negatywne glonów
1. Rozwój glonów w zbiornikach wodnych pogarsza właściwości organoleptyczne wód i przyczynia się do ich wtórnego zanieczyszczenia.
PIERWOTNIAKI
Funkcje pozytywne pierwotniaków
Funkcje przyrodnicze i środowiskowe
1. Uczestniczą w krążeniu pierwiastków i przepływie energii w przyrodzie
2. Regulują stosunki mikrobiologiczne w środowisku
3. Uczestniczą w oczyszczaniu ścieków.
Funkcje negatywne pierwotniaków
1. Pierwotniaki chorobotwórcze wywołują choroby ludzi ( Toxoplasma gonii, Giardia lamblia) i zwierząt.
GRZYBY ( Mycota, Fungi, Mycobionta)
Funkcje pozytywne drożdży saprotroficznych
Funkcje przyrodnicze i środowiskowe
1. Uczestniczą w krążeniu pierwiastków i przepływie energii w przyrodzie, jednak w mniejszym stopniu niż grzyby nitkowate.
Przykłady wykorzystania
1. Wykorzystywane są w przemyśle fermentacyjnym (gorzelnictwo, browarnictwo, winiarstwo) i piekarnictwie, do syntezy witamin z grupy B.
2. Drożdże z rodzaju Torula i Candida służą do produkcji pasz.
Funkcje negatywne drożdży saprotroficznych i patogenicznych
1. Drożdże saprotroficzne powodują psucie się produktów spożywczych i pasz.
2. Drożdże patogeniczne wywołują choroby ludzi i zwierząt.
GRZYBY ( Mycota, Fungi, Mycobionta)
Funkcje negatywne saprotroficznych i patogenicznych grzybów nitkowatych
1. Zarówno grzyby saprotroficzne jak i patogeniczne wytwarzają groźne toksyny zwane mikotoksynami, zwłaszcza grzyby należące do rodzaju Aspergillus, Penicillium, Fusarium
2. Grzyby saprotroficzne powodują psucie się produktów spożywczych i pasz
3. Grzyby saprotroficzne i patogeniczne wywołują alergie
4. Grzyby patogeniczne wywołują choroby ludzi, zwierząt i roślin.
GRZYBY ( Mycota, Fungi, Mycobionta)
Funkcje pozytywne saprotroficznych grzybów nitkowatych
Przykłady wykorzystania
1. Jako biopreparaty wykorzystywane są w biologicznej ochronie roślin
2. Służą do produkcji kwasów organicznych np. kwasu cytrynowego, glukonowego, itakonowego.
3. Wykorzystywane są do syntezy preparatów enzymatycznych (amylazy, Celulazy, pektynazy, lipazy, proteazy)
4. Produkcja antybiotyków np. Penicillum notatum - penicylina
5. Niektóre gatunki np. Penicillum camembert i roqueforti służą do produkcji serów twardych.
GRZYBY ( Mycota, Fungi, Mycobionta)
Funkcje pozytywne saprotroficznych grzybów nitkowatych
Funkcje przyrodnicze i środowiskowe
1. Mineralizują martwą materię organiczną, uczestniczą w krążeniu pierwiastków i przepływie energii w przyrodzie
2. Mumifikują materię organiczną
3. Przekształcają związki mineralne z formy nierozpuszczalnej w rozpuszczalną
4. Wpływają na strukturę gleby
5. Uczestniczą w powstawaniu nawozów organicznych
6. Detoksykują środowisko uczestnicząc np. w rozkładzie pestycydów, węglowodorów alifatycznych i aromatycznych
7. Grzyby antagonistyczne w stosunku do fitopatogenów chronią rośliny przed chorobami (działają na zasadzie konkurencji)
8. Gdzyby mikoryzowe wpływają korzystnie na rozwój roślin (dostarczają składników mineralnych, chronią przed suszą i zasoleniem, przed metalami ciężkimi, przed patogenami).
Przykłady chorób ludzi i zwierząt wywoływanych przez grzyby nitkowate.
FUSARIUM - zmiany ropne skóry, paznokci, rogówki, infekcje układu moczowego, płuc.
TRICHOPHYTON - atakuje włosy, paznokcie, skórę
ASPERGILLUS - aspergilozy układu oddechowego, rzadziej atakuje układ pokarmowy, rozrodczy, skórę, paznokcie, spojówki.
MUCOR i RHIZOPUS - atakują płuca, ośrodkowy układ nerwowy, rzadziej pokarmowy, skórę, oczy, towarzyszą innym chorobom np. gruźlicy, nowotworom.
GEOTRICHUM - w pewnych warunkach może powodować geotrychozę różnych narządów, płuc, skóry, jamy ustnej.
PRZYKŁADY MIKOTOKSYN
Aflatoksyna - i jej pochodne - A. flavus i A. parasiticus
Ochratoksyny - A. ochraceus i inne gatunki Aspergillus oraz niektóre gatunki Penicillium
Cytrynina - P. citrinum i inne gatunki Penicillium oraz niektóre gatunki Aspergillus
Paulina - P. patulum
Trichotecyny np. womitoksyna. zearalenon i wiele innych - głównie grzyby z rodzaju Fusarium
Działanie na mikroorganizmy - mutagenne i toksyczne
Działanie na makroorganizmy - Mutagenne, onkogenne (kancinogenne, kancerogenne, rakotwórcze), teratogenne, embriotoksyczne, toksyczne.
ROZKŁAD SKROBI
Skrobia --- L- amylaza- dekstryny ---B- amylaza- maltoza ---B-glukozydaza- glukoza
Mikroorganizmy rozkładające skrobię to tzw. mikroorganizmy amylolityczne i należą tu głównie bakterie z rodzajów Achromobacter, Bacillus, Chromobacterium, Clostridium, Flavobacterium, Micrococcus i Pseudomonas, promieniowce - Streptomyces, Nocardia oraz grzyby - Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Rhizopus i inne.
Cząsteczki celulozy są segregowane w mikrofibrile i tworzą krystaliczne fibryle.
Rozkład jej następuje przez interakcję kompleksu enzymów:
(endoglukanazy, egzoglukanazy) - celulazy
B- glukozydazy
Pierwszy etap obejmuje rozbicie struktur krystalicznych celulozy. Następnie endoglukanazy rozbijają wiązaniawewnętrzne B(14). Potem glukanazy uwalniają jednostki dwusacharydów z końca łańcucha. B-glukozydazy hudrolizuja dwucukry (celobiozę) do glukozy.
FUNKCJE AZOTU w procesach życiowych komórek.
- występuje jako składnik różnych organicznych połączeń
- wchodzi w skład cząsteczek chlorofilu
- jest niezbędny przy wykorzystaniu węglowodanów
- stymuluje wzrost i aktywność korzeni roślin
- warunkuje pobieranie innych składników pokarmowych
Ekosystem
Biocenoza
Populacja
Mikroorganizmy wchodzące w skład biocenozy:
1. autochtoniczne drobnoustroje
2. allochtoniczne drobnoustroje
Siedlisko i nisza
Podział drobnoustrojów ze względu na zapotrzebowanie na tlen.
- bezwzględne tlenowce
-względne beztlenowce
- bezwzględne beztlenowce
- mikroaerofile
Podział mikroorganizmów na grupy w zależności od wymagań temperaturowych.
Psychofile albo Briofile - min -10 do +5, opt +10 do +20, max +13 do +25
Mezofile - min +10 do +15, opt +30 do + 40, max +30 do +50
Termofile - min +25 do + 45, opt +50 do + 75, max + 75 do + 100
Podział mikroorganizmów ze względu na źródło energii.
FOTOTROFY
- wykorzystują energię słoneczną
CHEMITROFY
- wykorzystują energię chemiczną
CHEMOLITOTROFY
-zawartą w zredukowanych zw. mineralnych
CHEMOORGANOTROFY
- zawartą w zw. organicznych
Podział mikroorganizmów ze względu na źródła węgla:
*AUTOTROFY
- uzyskują węgiel z CO2 (lub węglanów)
* HETEROTROFY:
SAPROTROFY
PASOŻYTY
FAGOTROFY
- uzyskują węgiel z połączeń organicznych.
WIRUSY - niepełne organizmy
mikroorganizmy
BAKTERIE ( z promieniowcami i sinicami) - bezjądrowe
GRZYBY - mikroskopijnej wielkości - jądrowe
GLONY - mikroskopijnej wielkości - jądrowe
PIERWOTNIAKI - mikroskopijnej wielkości - jądrowe
WIRUSY
1. Z punktu widzenia człowieka znaczenie wirusów ma przede wszystkim charakter negatywny, ponieważ powodują choroby ludzi, zwierząt, roślin oraz mogą eliminować pożyteczne bakterie, np. dla przemysłu spożywczego, fermentacyjnego, bakterie brodawkowate.
2. Pozytywnie oceniamy:
- niszczenie przez bakteriofagi niektórych bakterii chorobotwórczych np. z rodzaju Schigella, Salmonella
- zastosowanie ich w diagnostyce niektórych zakażeń bakteryjnych
- wykorzystanie jako przenośniki materiału genetycznego np. (lambda)
- wykorzystanie w biologicznej ochronie roślin np. do niszczenia grzybów chorobotwórczych dla roślin.
Najważniejsze śmiertelne choroby pionowe człowieka i zwierząt.
Nazwa, etiologia, czas inkubacji, czas trwania
- Zespół Creutzfelda - Jakoba (CJD), przypadkowa, zakaźna, dziedziczna, 2-30lat, 1 miesiąc- 3 lata
- Zespół Gertsmann - Strasler - Scheinkera, przypadkowa, dziedziczna, --- , 1-11 lat
- Kuru, zakaźna, 1,5-40 lat, 1 - 2 lata
- Śmiertelna dziedziczna bezsenność (FFI), dziedziczna, --- ,6 miesięcy - 2 lata
- Scrapie (owce, kozy), zakaźna, przypadkowa, 1- 5 lat, 3 miesiące - 1 rok
- Gąbczasta encefalopatia bydła (BSE), zakaźna, 2-8 lat, ---
- Zakaźna encefalopatia norek (TME), zakaźna, 1 rok, 1-3 tygodnie
- Zakaźna encefalopatia antylop, zakaźna, 2-5 lat, 1 miesiąc - 2 lata
ROZPRZESTRZENIANIE
Ogniska i długotrwałość rozprzestrzeniania się
Skuteczność rozprzestrzeniania
Rozprzestrzenianie czynne:
- liniowy wzrost
- ruchy pływkowate i pełzakowate
Rozprzestrzenianie bierne:
- przez powietrze
- przez wodę
- przez glebę
- za pomocą martwych przedmiotów
- za pomocą organizmów nosicielskich
Przyczyny zmienności mikroorganizmów, głównie bezjądrowych:
- mutacje
- rekombinacje
- koniugacja
- transformacja
- transdukcja
- transfekcja
- transpozycja
FORMY PRZETRWALNE MIKROORGANIZMÓW
BAKTERIE - endospory (przetrwalniki), cysty
PROMIENIOWCE - zarodniki konidialne
SINICE - ankiety, heterocysty
GRZYBY - zarodniki konidialne, sporangialne askospory, atrospory, chlamidospory, sklerota
GLONY - cysty
PIERWOTNIAKI - cysty
Każdy mikroorganizm występuje w dwu formach: wegetatywnej i przetrwanej
Aktualnie dzięki rozwojowi biologii molekularnej bierze się pod uwagę wiele innych cech o stałym charakterze, takich jak: wielkość genomu, obecność i budowa ściany komórkowej, % zawartość GC, sekwencja nukleotydów w DNA, budowa RNA, budowa rybosomów, właściwości białek i inne.
Ochrona przed chorobami zakaźnymi:
- poznać sposoby i drogi przenoszenia zarazka
- zapobiegać rozprzestrzenieniu się zarazka i wnikaniu do organizmu
- pobudzać naturalną odporność fizjologiczną organizmu
- stosować środki niszczące zarodek po jego wniknięciu ( antybiotyki i inne chemoterapeutyki)
MECHANIZMY POBIERANIA POKARMÓW
Transport bierny
- dyfuzja - w obie strony zgodnie
- osmoza - z gradientem stężeń
Transport czynny
bez nakładu energii
- różnice w potencjale elektrycznym
- poprzez rozpuszczanie w lipidach błony cytoplazmatycznej
- pinocytoza
- fagocytoza
z nakładem energii
- przy udziale enzymów zwanych permeazami
ENZYMY
- endoenzymy
- egzoenzymy
- enzymy indukcyjne
- enzymy konstytucyjne
W zależności od typu przemian:
- oksydoreduktazy
- transferazy
- hydrolazy
- liazy
- izomerazy
- ligazy (syntetazy)
TYPY ODDYCHANIA DROBNOUSTROJÓW (podział w oparciu o chemiczny charakter akceptora e i H+)
TLENOWE (akceptorem e i H+ jest tlen)
CAŁKOWITE UTLENIANIE
Końcowe produkty CO2 i H2O. Najwydatniejsze energetycznie > 38 cz. ATP
CZĘŚCIOWE UTLENIANIE
Końcowe produkty: kwasy organiczne, CO2 i H2O. Mniej wydajne energetycznie niż tlenowe z całkowitą mineralizacją substratu.
BEZTLENOWE (akceptorem e - H+ są zw. organiczne lub tlenowe zw. mineralne)
FERMENTACJE
(akceptorem e i H+ są zw. organiczne)
Końcowe produkty: kwasy organiczne, alkohole, aldehydy, CO2, H2, metan itp., 2 cz. ATP
TZW. ODDYCHANIE MINERALNE
(akceptor e i H+ - NO3-1, SO4-2, PO4-3, CO3-2, Fe3+)
Końcowe produkty: CO2 i zredukowane zw. mineralne.
Zysk energetyczny nieco mniejszy niż w oddychaniu tlenowym z pełną mineralizacją substratu.
MIKROBIOLOGICZNE PRZEMIANY BEZAZOTOWEJ MATERII ORGANICZNEJ
Związki wchodzące w skład tej materii:
* węglowodany - cukry proste (heksozy, pentozy i inne), wielocukry ( skrobia, celuloza, hemicelulozy i pektyny oraz inne wielocukry z niewielkimi domieszkami N, S lub P np. chityna), kwasy uronowe i ich pochodne.
* kwasy organiczne
* substancje aromatyczne - fenole, ligniny, tanina i inne.
* związki hydrofobowe - tłuszcze, woski, kutyna, węglowodory i inne.
Najbardziej odporne na działanie metali ciężkich są grzyby, następnie promieniowce , a najbardziej wrażliwe - bakterie G+.
Metale ciężkie ulegają pod wpływem drobnoustrojów przemianom:
- utlenianie, redukcja
- metyzacja, np. rtęć, ołów, arsen, itd.
- etylacja
MIKROORGANIZMY WYSTĘPUJĄCE W WODACH POWIERZCHNIOWYCH DZIELIMY NA:
- autochtoniczne (rdzenne) - dostosowane do życia w wodzie
- allochtoniczne (napływowe) - z deszczu, ze ścieków 0 szybko giną
- planktonowe (występują w toni wodnej) - rozkładają materię organiczną
- bentosowe (występują w osadzie dennym) - które nie zostaną rozłożone w toni wodnej
FUNKCJE HETEROTROFÓW
Uczestniczą w procesach samooczyszczania zbiorników wodnych powodując:
- rozkład i mineralizację materii organicznej, czemu towarzyszy krążenie pierwiastków i przepływ energii
- detoksykację zbiorników wodnych
Miejsce patogennego oddziaływania drobnoustrojów na drogi oddechowe zależy od ich wielkości:
* komórki o śr. >10 um ( zarodniki grzybów Alternaria, Puccinia, ale także pyłki roślin)
- zatrzymywane są przez filtr nosowy i powodują katar sienny
* komórki o śr. 4-10 um (zarodniki grzybów Cladosporium, Ustilago i innych)
- zatrzymywane są w oskrzelach przyczyniając się do astmy oskrzelowej
* komórki o śr. < 4 um ( większość bakterii, zarodniki termofilnych promieniowców, zarodniki grzybów Aspergillus, Penicillum)
- przechodzą do oskrzelików, pęcherzyków płucnych i mogą powodować astmę oskrzelową i zapalenie pęcherzyków płucnych.
ZAGROŻENIA ZE STRONY
*aerozoli saprofitycznych
- alergie
- dychawica oskrzelowa i inne
- psucie się produktów spożywczych
- psucie się środków leczniczych
- psucie się surowców dla wielu gałęzi przemysłowych
- psucie się materiałów budowlanych
*aerozoli mieszanych
- alergie
- dychawica oskrzelowa
- aerogenne choroby zakaźne
- psucie się produktów spożywczych
- psucie się środków leczniczych
- psucie się surowców dla wielu gałęzi przemysłowych
- psucie się materiałów budowlanych
*aerozoli patogennych ( zakaźnych )
- alergie
- dychawica oskrzelowa
- aerogenne choroby zakaźne
u ludzi
grypa, katary, ospa wietrzna, odra, świnka, półpasiec, gruźlica płuc, błonica, płonica, wąglik płuc, niektóre choroby promieniowcowe i grzybicze
u zwierząt
gruźlica dróg oddechowych, pryszczyca, nosacizna, wąglik, różyczka, liczne choroby promieniowcowe i grzybicze
u roślin
liczne choroby wirusowe, bakteryjne i grzybicze.
Aerozol biologiczny może występować w powietrzu w 4 fazach:
* faza gruboziarnista (śr. kropel >100um)
* faza drobnoziarnista ( śr. cząsteczek <100 um - 50 um)
* faza kropelkowo - jądrowa (śr. cząsteczek < 50 um - 1 um)
* faza pyłu bakteryjnego (śr. cząsteczek < 50 um - 0,2 um)
Większość bakteri heterotroficznych zasiedlających błonę złoża biologicznego należy do rodzaju:
Względne tlenowce
Pseudomonas
Alcaligenes
Flavobacterium
Micrococcus
Tlenowce
Bacillus
W górnych warstwach złoża obecne są wiciowce oraz orzęski. Orzęski występują również w pozostałych warstwach złoża. W skład biocenozy złóż wchodzą również wrotki, skąposzczety i larwy muchówek.
OSAD CZYNNY SKŁADA SIĘ Z ZOOGLEALNEJ ZAWIESINY BAKTERII HETEROTROFICZNYCH NALEŻĄCYCH NAJCZĘŚCIEJ DO RODZAJÓW:
- Pseudomonas
- Achromobacter
- Flavobacterium
- Zooglea
- Bacillus
W skłąd mikroorganizmów osadu czynnego obok bakterii wchodzą również pierwotniaki (Protozoa) i wrotki ( Rotatora).
ROLA JAKĄ SEPŁNIA MIKROFAUNA W OSADZIE CZYNNYM, POLEGA NA:
- odmładzaniu i uaktywnianiu populacji bakteryjnych
- udziale w procesie bioflokulacji (poprzez wydzielanie śluzu i zasiedlanie wydalin przez bakterie),
- przyswajaniu substancji organicznych i mineralnych
- rozrywaniu zbyt dużych kłaczków (przez gatunki tzw. „kroczące”),
- klarowanie odpływu przez pożeranie bakterii wolnopływających.
Usuwanie fosforu metodą biologiczną można osiągnąć utrzymując w układzie oczyszczania przemienne warunki:
beztlenowe i tlenowe.
Usuwanie fosforu zachodzi w 2 strefach:
- beztlenowej - bakterie kumulujące fosfor uwalniają pewne ilości fosforanów
- tlenowej - bakterie kumulujące fosfor pobierają rozpuszczony fosfor w ilości dużo większej i magazynują go w komórkach w formie polifosforanów.
Do gromadzenia polifosforanów zdolne są głównie bakterie z rodz. Acinetobacter i Arthrobacter globiformis, ale również z rodz. Pseudomonas, Bacillus, Aeromonas. Tą metodą można usunąć od 70- 90% fosforu, a nawet >90%.
Usuwanie organizmów chorobotwórczych w procesach oczyszczania ścieków w %.
Proces technologiczny, Wirusy, Bakterie, Cysty ameby, Jaja nicieni
Sedymentacja, 3, 25-75, nieznane, 10-98
Osad czynny, 40-99, 90-98, nieznane, 10-99
Złoża zraszane, --, 70-95, --, --
Chlorowanie ścieków biol. oczyszczanych, --, 90-99, --, --
Wapnowanie ścieków biol. oczyszczanych do pH=12, 99,99, 99, --, 26,5
Filtry gruntowe, 40-82, 95-98, 11-99,9, 10-76
Końcowe produkty fermentacji to biogaz (60-80% CH4, 20-30% CO2, poniżej 1% N2, H2, i H2S) oraz szlam pofermentacyjny.
Dla prawidłowego przebiegu fermentacji należy stworzyć warunki beztlenowe i możliwość utrzymania 3 zakresów temperatur:
- 4-25 - fermentacja psychrofilna
- 25-40 - fermentacja mezofilna
- 40-60 - fermentacja termofilna
Porównanie WABIO z kompostownią.
Uzysk ok. 800 kWh energii na tonę masy suchej po odliczeniu zużycia na potrzeby własne - Zużycie energii do celów technologicznych przy braku jej wytwarzania
Wysokiej jakości humus spełniający 4 klasę niemieckiej klasyfikacji - Kompost zawierający dużo zanieczyszczeń
Możliwość wspólnej przeróbki odpadów z osadami w dowolnych proporcjach - Ograniczone możliwości wspólnej przeróbki osadów z odpadami (do 20%)
Odzysk biogazu i paliwa RDF - Pogłębiająca efekt cieplarniany emisja CO2 bez produkcji energii
PODZIAŁ WÓD
PODZIEMNE:
- gruntowe
- źródlane
POWIERZCHNIOWE:
- płynące (rzeki, potoki)
- stojące (stawy, jeziora, morza)
CZYNNIKI BIOTYCZNE
Oddziaływanie bezpośrednie
- Symbioza (dodatnie)
- Pasożytnictwo i drapieżnictwo (ujemne)
Oddziaływanie pośrednie
- Neutralizm
- Komensalizm
- Metabioza
- Protokooperacja (dodatnie)
- Synergizm
- Antagonizm z antybiozą (ujemne)
CZYNNIKI ABIOTYCZNE
ŚRODOWISKOWE
- Temperatura
- Wilgotność
- Ciśnienie osmotyczne
- Odczyn środowiska
- Zawartość tlenu
- Promieniowanie
ANTROPOGENICZNE
- Chemiczne środki ochrony roślin
- metale ciężkie
Tempo i kierunek mikrobiologicznych transformacji pestycydów zależy od:
- typu gleby
- temperatury
- odczynu
- natlenienia
- wilgotności
- kompleksu sorpcyjnego gleby i poziomu sorpcji pestycydu
- toksyczności pestycydu
- struktury chemicznej pestycydu
- ilości i jakości mikroorganizmów.
Uboczne oddziaływanie pestycydu na drobnoustroje zależy od:
- typu gleby
- poziomu sorpcji pestycydu
- toksyczności pestycydu
- szybkości rozkładu chemicznego, fotochemicznego i mikrobiologicznego pestycydu
- wielkości jego dawki i częstotliwości stosowania
- składy ilościowego i jakościowego mikroorganizmów
Grozi to zachwianiem równowagi mikrobiologicznej, co może spowodować bardzo złe warunki dla bytowania roślin - rozwój fitopatogenów.
Mechanizmy mikrobiologicznego rozkładu chemicznego środków ochrony roślin (pestycydów) wg Torstenssona.
A. ROZKŁAD DO MAŁYCH CZĄSTECZEK
REAKCJE ENZYMATYCZNE
- degradacja w centralnym metabolizmie - pestycydy wykorzystywane są jako źródło C i energii (szybki rozkład)
- przypadkowe transformacje w peryferycznych procesach metabolicznych, nie koordynowanych centralnie - zwanych kometabolizmem (powolny rozkład)
- przypadkowe transformacje przy udziale różnych pozakomórkowych enzymów (powolny rozkład)
REAKCJE NIE ENZYMATYCZNE
- w wyniku zmiany pH środowiska przez metabolity drobnoustrojów
- produkcja przez mikroorganizmy substancji, które wchodzą w interakcje z pestycydami i działają np. jako fotouczulacze.
B. TWORZENIE Z METABOLITAMI DROBNOUSTROJÓW NOWYCH SUBSTANCJI, W SKŁAD KTÓRYCH WCHODZĄ PESTYCYDY LUB ICH PRODUKTY ROZKŁADU.
W BIOLOGICZNYM ZWALCZANIU AGROFAGÓW WYKORZYSTUJE SIĘ MIKROORGANIZMY:
PATOGENNE DLA AGROFAGÓW:
-bakterie
- grzyby
- wirusy
SAPROTROFICZNE, ANTAGONISTYCZNE W STOSUNKU DO FITOPATOGENÓW:
- głównie bakterie, rzedziej grzyby i promieniowce
Mechanizmy biokontroli fitopatogenów przez antagonistyczne mikroorganizmy saprotroficzne:
- Produkcja sideroforów (konkurencja o żelazo)
- Produkcja antybiotyków
- Produkcja sideroforów i antybiotyków
- Produkcje sideroforów, antybiotyków i cyjanowodoru
- Synteza enzymów hydrolizujących ścianę komórkową patogena (chitynaza, celulaza, laminarynaza, proteza) - mikoliza
- Konkurencja o pokarm, tlen i niszę ekologiczną.
Aktualnie metodami biologicznymi skutecznie zwalczanych jest ok. 120 szkodników i patogenów. W Polsce ok. 20% upraw pod osłonami (1800 ha) objętych jest ochroną biologiczną.
Uwzględniając fakt, że 85-90% chorób roślin wywoływanych jest przez grzyby patogeniczne, ochrona roślin przed chorobami obejmuje przede wszystkim zwalczanie tych patogenów.
Jednak biopreparaty będące w handlu stanowią mniej niż 1% sprzedaży preparatów chemicznych.
ŹRÓDŁA METALI CIĘZKICH
- płyny przemysłowe
- osady ściekowe
- komposty
- motoryzacja
Metale do środowiska dostają się w związkach słabo rozpuszczalnych w wodzie, takich jak: tlenki, siarczki, siarczany, węglany.
W środowisku zachodzą różne transformacje tych związków:
- utlenianie, redukcja, hydroliza, fotochemiczna konwersja, biologiczne przekształcanie.
W wyniku tych przemian metale ciężkie mogą występować w formie:
- soli o różnej rozpuszczalności
- wolnych, uwodnionych jonów
- skompleksowanej i schematyzowanej z nieorganicznymi i organicznymi ligandami
- zaadsorbowanej w układach nieorganicznych i organicznych jonowymieniaczy.
- zredukowanej, względnie utlenionej
W środowisku kwaśnym i zredukowanym - metale ciężkie występują w postaci nierozpuszczalnych soli, głównie siarczków.
W środowisku umiarkowanie kwaśnym i lekko zredukowanym - występują w formie jonowej
W środowisku obojętnym i lekko utlenionym - w zw. kompleksowych
W środowisku wybitnie alkalicznym i silnie utlenionym - jako nieaktywne wodorotlenki.
Niektóre mechanizmy obronne mikroorganizmów przed metalami ciężkimi:
- produkcja metalotionein - siarkowe ligandy wiążące Zn, Cu, Cd, Hg, Ag
- synteza polipeptydów, czy peptydów, które pełnią podobną funkcję jak ww. związki
- zmiana potencjału oksydoredukcyjnego środowiska
- zmiany w szlakach metabolicznych związane z wyeliminowaniem enzymów wrażliwych na metale, czy wytworzeniem szlaków obocznych
- redukcja nieprzepuszczalności błony komórkowej
METALE CIĘZKIE MOGĄ ULEGAĆ POD WPŁYWEM MIKROORGANIZMÓW:
BIOSORPCJI - gromadzenie tlenków metali na powierzchni mikroorganizmów
BIOAKUMULACJI - gromadzenie w komórkach, np. w ścianie komórkowej i cytoplazmie
IMMOBILIZACJI - unieruchamianie, poprzez wbudowywanie w składniki komórkowe
RODZAJE ŚCIEKÓW:
- Ścieki bytowo-gospodarcze - są to wody pochodzące z gospodarstw domowych (mycia naczyń, prania, higieny osobistej i czystości pomieszczeń, z urządzeń sanitarnych)
- Ścieki komunalne (miejskie) - w ich skład wchodzą ścieki bytowo-gospodarcze, wody opadowe, ścieki przemysłowe (do 20%), oraz tzw. wody przypadkowe i infiltacyjne, które przedostają się wskutek nieszczelności kanalizacji
- Ścieki komunalno- przemysłowe - jeśli udział ściekówprzemysłowych w ściekach komunalnych wynosi od 20 - 50%
- Ścieki przemysłowe - powstają w różnych gałęziach przemysłu. Ściekami przemysłowymi nazywamy także ścieki komunalne zawierające ponad 50% ścieków przemysłowych.
- Wody opadowe (ścieki opadowe) - zawierają opady deszczu i śniegu oraz wody z mycia i polewania ulic. Często odprowadzane są do kanalizacji miejskiej.
- Wody:
infiltracyjne - pochodzenia gruntowego
przypadkowe - np. odpływy z dachów czy ulic.
Nie wnoszą do kanalizacji większych zanieczyszczeń, a wpływają na rozcieńczenie ścieków.
PRZYKŁADY ODPADÓW STAŁYCH
* odpady komunalne (bytowe)
* odpady przemysłowe (produkcyjne)
- odpady z przemysłu owocowo-warzywnego
- odpady z przemysłu tytoniowego
- odpady z przemysłu drzewnego
- odpady z przemysłu farmaceutycznego
- odpady z przemysłu zielarskiego
- odpady z przemysłu celulozowo-papierniczego
* odpady ściekowe
* odpady z gospodarstw rolnych (odpady bytowe, liście, słoma)
FAZY OCZYSZCANIA ŚCIEKÓW
Oczyszczanie I stopnia (wstępne, fizyczne)
Oczyszczanie II stopnia (biologiczne lub równorzędnie chemiczne)
Oczyszczanie III stopnia (doczyszczanie ścieków z usuwaniem substancji biogennych)
Oczyszczanie IV stopnia (odnowa wody)
Mikrobiologiczne sposoby utylizacji odpadów płynnych i stałych.
ODPADY PŁYNNE
*warunki naturalne
- pola filtracyjne
- filtry gruntowe
- stawy biologiczne
*warunki sztuczne
- fermentacja metanowa
- przy udziale złóż biologicznych
- przy udziale osadu czynnego
ODPADY STAŁE
- fermentacja metanowa
- kompostowanie
Wirusy występujące w ściekach oraz osadach oraz wywoływane przez nie choroby.
Grupa wirusów, Ilość typów, Nazwa jednostki chorobowej
Enterowirusy
-Poliwirus,3 , paraliż dziecięcy, zapalenie opon mózgowych
-Coxsackiewirus A, 24, wady serca, choroby dróg oddechowych
-Coxsackiewirus B, 6, zapalenie opon mózgowych, wrodzone wady serca
-Echowirus, 34, wysypka, biegunka
-Bliżej nie określone wirusy, 4, ostre krwotoki, zapalenie opon mózgowych, choroby dróg oddechowych
-Adenowirus, 30, infekcje oczu, choroby dróg oddechowych
-Reowirus, 3, dokładnie nie określone
-Hepatitis typ A, 1, zapalenie wątroby
-Rotawirus, ?, wymioty, biegunka
-Astrowirus,? , ?
-Calciwirus, ?, wymioty, biegunka
-Coronawirus, ?, dreszcze
-Parwowirus, 4, dokładnie nie określone, ale występuje przy chorobach dróg oddechowych u dzieci
Pasożyty stwierdzone w ściekach oraz osadach i wywoływane przez nie choroby.
Organizm, Nazwa jednostki chorobowej
*Pierwotniaki
-Balantidium coli, Balantidioza
-Entamoeba histolytica, Pełzakowica jelitowa
-Giardia lamblia, Lamblioza
*Robaki pasożytnicze
*Nicienie
-Ascaris lumbricoides, Askarydoza ludzka
-Ancylostoma doudenale, Ankylostomatoza
-Necator americanus, Ankylostomatoza
-Entorobius vermicularis, Owsica
-Strongyloides strcoralis, Węgorczyca
-Toxsocara, Glistnica psia lub kocia
-Trichuris trichiura, Nieżyt przewodu pokarmowego
*Tasiemce
-Taenia silium, Wągrzyca mięśni
-Taeniarhynchus sagninatus, Tasiemczyca
-Hymenolopsis nana, Hymenolopidoza
-Echionococcus granulosis, Bąblownica
-Diphylbobothrium latum, Difilobotrioza
*Przywry
-Schistosoma haematobium, Bilharcioza
-Opisthorchis, Opistorchidoza
-Dicrocoelium, Schorzenie dróg żółciowych
-Paragonimus westermani, Paragonimoza
-Fasciola hepatica, Motylica wątrobowa
-Clonorchis, Opistorchidoza
-Fasciolopsis, Fascjoloptidoza.
Bakterie patogenne występujące w osadach ściekowych i wywoływane przez nie choroby
Gatunek bakterii, nazwa jednostki chorobowej
-Escherichia coli, Zapalenie jelit
-Salmonella typki, Tyfus
-Salmonella paratyphi, Paratyfus
-Pozostałe Salmonelle, Zapalenie jelit
-Shigella dysenteriae, Biegunka
-Shigella flexner i inne, Biegunka
-Clostridium botulinum, Botulizm
-Clostridium perfringens, Zapalenie jelit
-Vibrio cholerae, Cholera
-Vibrio parahaemoytious, Zapalenie jelit
-Inne typy Vibrio, Zapalenie jelit
-Leptospira sp., Leptospiroza
-Mycobacteruim tuberculosis, Gróźlica
-Yersinia enterocolitica, Zapalenie jelit, artretyzm
Drożdże i grzyby strzępkowe występujące w ściekach i osadach ściekowych.
Mikroorganizmy
Drożdże
-Canadida albicans
-Candidia krusei
-Candidia tropicalis
-Candidia gnillermondii
-Cryptococcus neoformans
-Trichosporo
Grzyby nitkowate
-Aspergillus spp.
-Aspergillus fumigatus
-Phialophora richardsii
-Geotrichum candidum
-Trichophyton spp.
-Epidermophyton spp.
Etapy fermentacji metanowej, Rodzaje bakterii
-hydroliza, Clostridium, Bacteroides
-kwasogeneza, Bifidobacterium, Ruminococcus
-acetogeneza, Synthrophobacter, Synthrophomonas, Desulfoviobrio
-metanogeneza, Methanosarcina, Methanobacterium, Methanomicrobium, Methanococcus
Fazy fermentacji metanowej
I Hydroliza - Węglowodany, tłuszcze, białka, pozostałe zwiazki
II Kwasogeneza - Głównie niższe kwasy organiczne ale także alkohole, aldehydy, H2 i CO2
III Acetogeneza - Kwas octowy i CO2, tworzy się również H2S i NH3
IV Metanogeneza - Metan, CO2 i niepożądany H2S
AEROZOLE BIOLOGICZNE
NATURALNE - wytwarzane w sposób naturalny, w skład ich wchodzą różne grupy mikroorganizmów oraz cząstki roślinne i zwierzęce
SZTUCZNE - wytwarzane eksperymentalnie z określonych gatunków mikroorganizmów oraz cząstek roślinnych i zwierzęcych
AEROFITOPLANKTON - wirusy, bakterie, promieniowce, grzyby, przetrwalniki glonów, mchów, porostów, pyłki, igiełki i inne części roślinne
AEROZOOPLANKTON - jajeczka robaków (pasożytnicze i wolno żyjące ), jajeczka owadów, przetrwalniki i cysty pierwotniaków i inne.
Źródła i rodzaje zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
NATURALNE
- biozanieczyszczenia - gnicie substancji organicznych, w srodowisku naturalnym bioaerozole roznoszone prądami powietrza
- kosmiczne - opady meteorytów, pyłu kosmicznego (mikrometeoryty)
- ziemskie - burze pisakowe, pożary lasów i stepów, wybuchy wolkaniczne - erupcje
SZTUCZNE
- eksperymenty naukowe - eksplozje nuklearne, rozpylanie środków chemicznych (pestucydów), rozpylanie bioaerozoli
- przemysłowe - przemysł chemiczny, rolno-spożywczy, hutniczy, górniczy, energetyka, ogrzewnictwo, procesy jądrowe.
- bytowe (gospodarcze) - domy mieszkalne, placówki służby zdrowia, gospodarstwa rolne, fermy hodowlane, ruch pojazdów mechanicznych, wysypiska śmieci.
1