1. INTRODUCCIÓ A LA MICROBIOLOGIA AMBIENTAL:
1.1. GENERALITATS.
1.1.1. La Microbiologia Ambiental. Objectius i desenvolupament d’aquesta disciplina científica. Funció dels microorganismes a la natura. Impacte dels microorganismes en el medi ambient i en l’activitat humana.
1.2. DIVERSITAT MICROBIANA.
1.2.1. El món dels microorganismes: procariotes, eucariotes i virus. Taxonomia i filogènia dels procariotes. Bacteris i Arqueas. Grups fisiològics: respiradors aerobis i anaerobis, fermentadors, quimiolitotròfics, fotosintètics oxigènics i anoxigènics. Diversitat microbiana i evolució.
1.3. FONAMENTS D'ECOLOGIA MICROBIANA.
1.3.1. Factors ambientals que afecten les poblacions microbianes. Limitacions abiòtiques del creixement bacterià. Efectes de la temperatura, pressió, pH, redox, salinitat i radiació. Efectes de la concentració de matèria orgànica, nutrients, O2 i CO2. Activitat microbiana i modificació de les condicions ambientals.
1.3.2. Estructura i dinàmica de les comunitats microbianes. Conceptes ecològics. Estratègies poblacionals. Microhàbitats. Superfícies, interfases i gradients. Estructura de les comunitats microbianes. Diversitat i estabilitat. Colonització i successió.
1.3.3. Interaccions microbianes. Interaccions entre microorganismes: intrapoblacionals i interpoblacionals. Interaccions dels microorganismes amb les plantes. Micorrizes. Fixació simbiòntica de N2. Interaccions dels microorganismes amb els animals. Microbiota corporal.
1.4. MÈTODES EN MICROBIOLOGIA AMBIENTAL.
1.4.1. Tècniques de mostratge, observació i recompte. Mètodes d’obtenció de mostres en diferents ambients. Tècniques microscòpiques per a l’observació i recompte de microorganismes. Recompte de bacteris viables. Mesura de la biomassa.
1.4.2. Tècniques de cultiu bacterià i experimentació fisiològica. Enriquiment, aïllament i cultiu de microorganismes. Identificació i proves bioquímiques. Estudi de l’activitat microbiana. Tècniques isotòpiques. Isòtops radioactius i isòtops estables.
1.4.3. Tècniques moleculars i immunològiques. Mètodes immunològics. ELISA. Tècniques basades en els àcids nucleics. La PCR. Clonatge i seqüenciació. Disseny i utilització de sondes moleculars. Aplicacions per a la detecció, identificació i quantificació de microorganismes.
2. ELS MICROORGANISMES EN EL MEDI AMBIENT I LES SEVES CONSEQÜÈNCIES:
2.1. COMUNITATS MICROBIANES NATURALS.
2.1.1. Els microorganismes en els ecosistemes aquàtics. Ambients aquàtics: rius, llacs i oceans. Característiques i tipus de microorganismes. Principals grups tròfics. Ambients planctònics i bentònics. Distribució dels microorganismes. Sediments. Interaccions sediment-aigua.
2.1.2. Els microorganismes en el sòl. Estructura del sòl. Microhàbitats per als microorganismes. La rizosfera. Grups microbians predominants. Distribució i heterogeneitat. Funcions dels microorganismes en el sòl. Exoenzims. Fixació simbiòtica de N2.
2.1.3. Els microorganismes en altres ambients. Microbiologia del subsòl. Activitat microbiana en sub-superfície. Els microorganismes a l’aire. Bioaerosols. Adaptacions dels microorganismes als ambients extrems. Fonts termals. Ambients àcids. Ambients hipersalins. Surgències termals submarines.
2.2. CONSEQÜÈNCIES BIOGEOQUÍMIQUES I AMBIENTALS DE L'ACTIVITAT MICROBIANA.
2.2.1. Microorganismes i cicles biogeoquímics. Importància de l'activitat microbiana. Els cicles del C, H i O: mineralització de la matèria orgànica, el cicle del metà. El cicle del N: nitrificació, desnitrificació i fixació de N2. El cicle del S: reducció de sulfats, oxidació aeròbia i anaeròbia de sulfurs. Altres transformacions biogeoquímiques.
2.2.2. Contaminació microbiològica. El medi ambient com a vehicle de transmissió de malalties. Microbiologia de les aigües públiques. Microorganismes patògens i bacteris indicadors. Tècniques d’anàlisi i normatives. Contaminació vírica. Mètodes de desinfecció. Salut pública.
2.2.3. Biodegradació i degradació ambiental. Processos microbians de descomposició de matèria orgànica. Limitacions als processos de biodegradació. Eutrofització i anòxia. Mobilització de compostos insolubles. Els microorganismes i el canvi global: efecte hivernacle, pluges àcides. Contaminació de les aigües subterrànies.
2.2.4. Biopel.lícules i deterioració. Biopel.lícules bacterianes: estructura, aspectes físico-químics i microbiològics. Bacteris implicats en els processos de corrosió dels metalls. Mecanismes, efectes i factors implicats. Efectes dels microorganismes en la meteorització. Biodeterioració de la pedra.
3. APLICACIONS AMBIENTALS DELS MICROORGANISMES I DE LA SEVA ACTIVITAT:
3.1. BIOREMEDIACIÓ I TRACTAMENT DE RESIDUS.
3.1.1. Introducció a la bioremediació: concepte, tipologies i mecanismes. Bioremediació induïda i bioaugment. Limitacions i estratègies. Proves de biodegradabilitat. Importància de la transferència gènica.
3.1.2. Bioremediació de contaminants orgànics. Degradació microbiana de midó, cel.lulosa, lignina i pectina. Enzims implicats. Degradació d’hidrocarburs alifàtics i aromàtics. Bioeliminació del petroli.
3.1.3. Bioremediació de xenobiòtics. Característiques, persistència i biomagnificació dels xenobiòtics. Degradació de polímers sintètics i de compostos organoclorats. Alternatives als plàstics sintètics.
3.1.4. Microbiologia del tractament de residus. Processos aeròbics i anaeròbics en la depuració biològica d'aigües residuals: microorganismes i metabolismes implicats. Eliminació de Nitrogen. Tractament microbiològic de residus sòlids: compostatge. Efecte de les condicions ambientals.
3.2. ALTRES APLICACIONS AMBIENTALS DELS MICROORGANISMES.
3.2.1. Interaccions dels microorganismes amb els metalls. Toxicitat, resistència i transformacions de metalls tòxics: el cas del mercuri. Bioremediació. Utilització de microorganismes per a la recuperació de metalls en mineria : Thiobacillus ferrooxidans i els processos de lixiviació microbiana.
3.2.2. Utilització de microorganismes en l’agricultura (I). Mobilització de nutrients. Interaccions positives amb les plantes. Bacteris promotors del creixement vegetal. Producció de fitohormones. Agents de nodulació i fixació simbiòntica de N2. Millora genètica.
3.2.3. Utilització de microorganismes en l'agricultura (II). Control biològic: alternatives a l'ús de pesticides convencionals. Agents microbians de biocontrol i mecanismes ecològics implicats. Insecticides bacterians: toxines de Bacillus thuringensis i Photorhabdus sp.
3.2.4. Manipulació genètica de microorganismes. Mutacions. Principals agents mutagènics i carcinogènics: control i detecció. Camps d’aplicació de les tècniques de DNA recombinant. Manipulació genètica de microorganismes: GMOs. Impacte ambiental i riscos.
4. PRÀCTIQUES: Les classes pràctiques es dediquen a l'anàlisi microbiològica de mostres provinents dels dos ambients principals a la natura: l'aigua i el sòl. El desenvolupament d'aquestes analítiques permet practicar els diferents tipus de metodologies que s'utilitzen habitualment en estudis microbiològics de caire ambiental. L'estudiant es familiaritza també amb la comprensió dels mètodes i protocols de laboratori i la interpretació de resultats. Al final de les pràctiques, s'ha de confeccionar un informe científic amb els resultats obtinguts.