Importanta practica a microorganismelor

Importanta practica a microorganismelor

De la descoperirea lor si pana astazi, interesul pentru studiul microorganismelor a inregistrat o crestere permanenta, deoarece un mare numar de specii desfasoara activitati benefice, realizand procese de o valoare imensa pentru societatea umana sau produc infectii la om si animale, cu efecte patologice mai mult sau mai putin grave.

In mediile naturale, microorganismele realizeaza treapta mineralizarii (descompunerii) materiei organice vegetale si animale, avand astfel un rol decisiv pentru incheierea ciclului unor elemente biogene in natura (C, N, P, S), facandu-le disponibile pentru reintegrarea lor in circuitul vietii.

Fertilitatea si productivitatea sistemelor agricole depind in mare masura de activitati fiziologice ale bacteriilor din sol. Fixarea N₂ este o activitate fiziologica exclusiva a unor procariote (eubacterii, cianobacterii). Cele din g. Rhizobium produc nodozitati pe radacinile plantelor leguminoase. Ele reduc N₂ la NH₄, pe care il pun la dispozitia plantei gazda, fiind utlizat pentru sinteza proteinelor proprii. Astfel, bacteriile simbiotice, dar intr-o masura mai mica si cele libere reduc necesarul de fertilizatori industriali pentru productia agricola.

Bacteriile produc amonificarea materiei organice din sol, iar cele nitrificatoare oxideaza NH₄⁺ la nitrati, iar cele denitrificatoare, reduc nitratii diminuand fertilitatea solului.

Microorganismele care populeaza tractul digestiv al animalelor si al omului formeaza microbiota normala, ce sintetizeaza vitamina K, esentiala pentru mamifere, acidul folic, nicotinic, pantotenic, tiamina, riboflavina, biotina. De o importanta deosebita este microbiota din compartimentul ruminal al mamiferelor rumegatoare. Rumenul are rolul unui fermentator natural, in care substratul vegetal este transformat in masa celulara, formata in special din bacterii si protozoare. Microorganismele constituie adevarata sursa de proteine a ierbivorelor. Fara microbiota ruminala, productia ierbivorelor ar fi imposibila.

In industria farmaceutica, productia de antibiotice (circa loo ooo t/an) este rezultatul activitatii microorganismelor.

Microorganismele au roluri multiple in industria alimentara. Majoritatea microorganismelor contaminante au actiune degradativa si de aceea alimentele trebuie protejate prin conservare chimica, prin inghetare sau uscare.

Unele microorganisme au efecte favorabile asupra unor produse alimentare: branzeturile, iaurtul si alte derivate din lapte sunt rezultatul activitatii fiziologice a unor microorganisme asupra substratului.

Dospirea aluatului de paine, producerea vinului si berii sunt rezultatul fermentatiei alcoolice a levurilor. Conservarea alimentelor vegetale si a furajelor se bazeaza pe fermentatia lactica produsa be bacterii.

Microorganismele sunt utilizate pentru producerea bauturilor acidulate. Acidul citric, adaugat multor bauturi pentru conferirea aciditatii este produs industrial de Aspergillus. De multe ori, astfel de bauturi contin fructoza, obtinuta din amidonul de porumb, prin actiunea bacteriilor amilolitice. Aspartamul, ca indulcitor este un amestec de doi aminoacizi (acid aspartic si fenilalanina), ambii obtinuti pe cale microbiologica.

Metanul este produs prin actiunea bacteriilor metanogene.

Un interes deosebit prezinta microorganismele in raport cu industria petrolului. Petrolul brut este supus atacului viguros al microorganismelor si de aceea forarea, exploatarea, dar in special depozitarea se fac in conditii care minimalizeaza actiunea microorganismelor.

Microorganismele fotosintetizante utilizeaza energia solara pentru producerea biomasei, care poate fi convertita, ca si deseurile vegetale, in biocombustibili (metan si etanol), de alte microorganisme.

Activitatea umana diminua rezervele diferitelor substante (metale) si microorganismele se folosesc pentru recuperarea metalelor din minereurile sarace.

Unul dintre cele mai importante domenii practice ale Microbiologiei este biotehnologia. In sens larg, biotehnologia utilizeaza microorganismele in procesele industriale, dar in ultimii l5 - 20 de ani, biotehnologia foloseste microorganisme reprogramate genetic, prin tehnicile de inginerie genica.

Importanta microorganismelor a fost subliniata de Pasteur in asertiunea " rolul unor fiinte infinit de mici este infinit de mare".

Microorganismele nu sunt numai benefice pentru activitatea umana. Un numar relativ mic de microorganisme patogene cauzeaza o larga diversitate de procese patologice, de la infectii locale, pana la septicemii.

Microorganismele traiesc in mediile naturale (apa, sol), pe suprafata tegumentului si in tractul digestiv al omului si animalelor. Majoritatea populeaza mediile cu conditii obisnuite, dar bacteriile cresc in mediile care ofera conditii fiziologice si biochimice extreme. Conditiile extreme sunt acelea care se abat mult de la cele normale(pH neutru, atmosfera aeroba, salinitate de 1,5%, substratul energetic - glucoza).

Bacteriile sunt importante atat din punct de vedere practic cat si teoretic, pentru studiul proceselor vietii in conditii extreme. Unele bacterii supravietuiesc in conditiile cele mai neadecvate: temperaturi extreme, desicare, inghetare, iar bacteriile extremofile, pentru cresterea optima, sunt dependente de conditii speciale de mediu: presiunea uriasa a abisurilor marine, temperaturi mai mari de l00 grade, concentratii saline apropiate de nivelul de saturare a solutiei de NaCl, pH mai mic de 2 sau mai mare de 10. Bacteriile cresc in conditiile stresului produs de substratul energetic (energie chimica limitata sau chiar in prezenta substantelor toxice). Dintre bacteriile extremofile, speciile hipertermofile anaerobe (Pyrococcus furiosus) cresc la temperaturi mai mari de 100^o. Exista habitate naturale cu temperaturi crescute: solurile expuse radiatiei solare, platformele de gunoi (cu temperaturi de 60-70^o), pana la lava vulcanica, de circa 1000^o.

Care este temperatura care permite desfasurarea proceselor vietii ? Dupa Brock, "bacteriile cresc la orice temperatura la care exista apa lichida, chiar deasupra punctului de fierbere". Pana de curand, mediile naturale cunoscute ca fiind populate de bacterii au avut circa 100^o. In ultimele decade s-au identificat medii cu temperaturi de peste 350^o, in emanatiile de pe fundul oceanelor, ridicand problema existentei vietii in aceste medii. Din astfel de medii s-au izolat specii hipertermofile anaerobe, ce cresc la peste 100^o. Deoarece legaturile covalente ale proteinelor, ale ARN, ADN, ATP si NADP hidrolizeaza la 250^o si pentru ca structura tertiara a celor mai multe macromolecule este alterata la temperaturi mult mai mici, temperatura limita pentru procesele vietii pare a fi de peste 100^o, dar mult sub 250^o. Cel mai interesant grup de bacterii termofile este cel hipertermofil. Izolarea lor a ridicat pragul termic la care se cunoaste ca exista viata. Pyrodictium occultum creste la 110^o.