Universitat de Girona

Programa de l'assignatura

Curs 2003-04

3103200301 MICROBIOLOGIA AMBIENTAL


Objectius  
Estudiar el paper dels microorganismes en la Biosfera, tractant tant la degradació ambiental causada per l’activitat bacteriana com les possibles aplicacions ambientals dels microorganismes. Estudiar la importància de l’activitat microbiana en el tractament de residus, aigües residuals, recuperació de metalls, degradació de compostos tòxics i biodeterioració. Revisar la metodologia aplicada en aquesta disciplina, les tècniques de mostreig, d’observació, aïllament i identificació dels diferents microorganismes que podem trobar en la natura. Introduir l'alumne en els principals aspectes de la salut pública i de la problemàtica ambiental des del punt de vista microbiològic.
 
Prerrequisits  
Per cursar aquesta assignatura és convenient tenir uns coneixements bàsics de microbiologia general, especialment d'estructura i metabolisme bacterians.
 
Contingut (Programa)  
I. Introducció 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. 2. Diversitat microbiana. El món dels microorganismes. Procariotes, eucariotes i virus. Bacteris i Arqueas. Grups fisiològics de microorganismes. Taxonomia i filogènia dels procariotes. Diversitat microbiana i evolució. II. Metodologia 3. 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. 4. Tècniques de cultiu bacterià i experimentació fisiològica. Enriquiment, aïllament i cultiu de microorganismes. Identificació i proves bioquímiques. Estudi de l’activitat microbiana. Tècniques isotòpiques. Isòtopos radioactius i isòtops estables. 5. 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. III. Els microorganismes en el medi ambient 6. 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. 7. 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. 8. 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. 9. 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 de N2. 10. Els microorganismes en altres ambients. Microbiologia del subsòl. Activitat microbiana en sub-superfície. Microbiologia del petroli. Els microorganismes a l’aire. Bioaerosols. Transmissió aèria de microorganismes. Adaptacions dels microorganismes als ambients extrems. Fonts termals. Ambients àcids. Ambients hipersalins. Surgències termals submarines. 11. 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. 12. Microorganismes i cicles biogeoquímics. Importància dels bacteris en els cicles biogeoquímics. Els cicles del C, H i O: mineralització i descomposició de 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. IV. Conseqüències ambientals de l’activitat microbiana i aplicacions 13. Contaminació microbiològica i salut pública. El medi ambient com a vehicle de transmissió de malalties. Vectors, factors de supervivència, mecanismes de dispersió. Microbiologia de les aigües públiques. Microorganismes patògens i malalties associades. Microorganismes indicadors. Tècniques d’anàlisi i normativa vigent. Contaminació vírica. Mètodes de desinfecció. 14. 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. 15. Microbiologia del tractament de residus. Depuració biològica d’aigües residuals. Metabolismes bacterians implicats en els processos aeròbics i anaeròbics de tractament d’aigües. Eliminació de Nitrogen. Tractaments terciaris. Reutilització d’aigües residuals. Tractament microbiològic de residus sòlids. Efecte de les condicions ambientals en el compostatge. 16. Degradació de compostos recalcitrants. Degradació microbiana de compostos orgànics recalcitrants: midó, cel.lulosa, lignina i pectina. Degradació d’hidrocarburs alifàtics i aromàtics. Bioeliminació del petroli. Xenobiòtics: característiques, persistència i biomagnificació. Degradació de polímers sintètics i de compostos organoclorats. Proves de biodegradabilitat. Alternatives a la utilització de plàstics sintètics. 17. Degradació de metalls. Disponibilitat dels metalls en el medi ambient. Toxicitat i resistència als metalls en els bacteris. Transformacions microbianes dels metalls tòxics: beneficis i perjudicis. Biometilació. El cas del mercuri. Mètodes per a la destoxificació d’ambients naturals. 18. Biodeterioració. 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 pedres. 19. Utilització de microorganismes en la recuperació de metalls. Activitat metabòlica de Thiobacillus ferrooxidans. Oxidació de pirita. Utilització en mineria. Reaccions d’extracció i precipitació. Conseqüències ambientals: drenatges àcids. Assimilació microbiana i acumulació externa de metalls. 20. Utilització de microorganismes en l’agricultura. Mobilització de nutrients en sòls agrícoles. Interaccions positives amb les plantes en la rizosfera. Bacteris promotors del creixement vegetal. Producció de fitohormones. Agents de nodulació i fixació simbiòtica de N2. Millora genètica. 21. Control biològic. Aspectes generals. Alternatives a l’ús de pesticides convencionals. Agents microbians de biocontrol: bacteris i fongs. Mecanismes implicats: microparasitisme, competència i antibiosi. Limitacions. Insecticides bacterians: toxines de Bacillus thuringensis i Photorhabdus sp. Limitacions, resistències i alternatives. 22. Impacte ambiental de la manipulació genètica. Mutacions. Principals agents mutagènics i carcinogènics: control i detecció. Camps d’aplicació de les tècniques de DNA recombinant. Manipulació genètica de microorganismes. Impacte ambiental i riscos.
 
Bibliografia  

Atlas. R.M. and R. Bartha. 1981. Microbial Ecology: Fundamentals and applications. Addison Wesley.

Austin, B. 1988. Methods in aquatic bacteriology. Modern Microbiological Methods. John Wiley & Sons.

Brock, T.D. 1966. Principles of microbial ecology. Prentice Hall.

Brock, T.D. and M.T. Madigan. 1992. Biology of the microorganisms. 7a edició. Prentice Hall, Inc.

Burns, R.G. and H. Slater. 1982. Experimental microbial ecology. Blackwell Scientific Publications.

Ellwood, J.N. et al. 1980. Contemporary microbial ecology. Academic Press.

Ehrlich, H.L. 1981. Biogeochemistry. Marcel Dekker, Inc

Ford, T.E. 1993. Aquatic microbiology. An ecological approach. Blackwell Scientific Publications.

Geesey, G.G., Z. Lewandowski and H.C. Flemming. 1993. Biofoulding and biocorrosion in industrial water systems. Lewis Publishers.

Germain, L., L. Colas and J. Rouquet. 1982. Tratamiento de las aguas. Ediciones Omega SA.

Glick, B.R. and Pasternak, J.J. 1994. Molecular Biotechnology. Principles and applications of recombinant DNA. American Society for Microbiology.

Grant, W. D. and P. E. Long. 1981. Environmental Microbiology. Blackie & Son Ltd. Glasgow.

Grigorova, R. and J.R. Norris. 1990. Methods in microbiology. Techniques in microbial ecology. vol 22. Academic Press.

Jeffries, M. and D. Mills. 1990. Freshwater ecology: Principles and applications. Belhaven Press. Maier, R.M., Pepper, I.L. & C.P. Gerba (eds). 2000. Environmental Microbiology. Academic Press.

Malins, D.C. and G.K. Ostrander. 1994. Aquatic toxicology. Molecular, biochemical and cellular perspectives. Lewis Publishers.

Marshall, K.C. 1988. Advances in Microbial ecology. Plenum Press.

McFeters, G.A. 1990. Drinking water microbiology. Brock/Springer Series in Contemporary Bioscience. Springer-Verlag.

Metcalf & Eddy. 1979. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, Reuse. McGraw-Hill Inc.

Mitchell, R. (ed.) 1992. Environmental Microbiology. John Wiley & Sons, Inc.

Paul, E.A. and F.E. Clark, 1989. Soil microbiology and biochemistry. Academic Press.

Ramalho, R.S. 1977. Introduction to Wastewater Treatment Processes. Academic Press.

Rheinheimer, G., 1985. Aquatic microbiology. John Wiley and Sons.

Richards, B.N. 1987. The microbiology of terrestrial ecosystems. Longman Scientific & Technical.

 
Mètodes docents  
Classes teòriques i pràctiques de laboratori.
 
Tipus d'exàmens i avaluacions  
La qualificació final de l'assignatura (6 crèdits teòrics + 3 crèdits pràctics) es realitzarà en base a un examen i un treball científic realitzat durant les pràctiques. L’examen teòric constarà de preguntes que permetin demostrar a l’alumne no tant la seva memorística sino la seva capacitat de comprensió, síntesi i relació dels diferents conceptes de l’assignatura. Les pràctiques s'avaluen amb unes preguntes a l'examen i amb la realització d'una memòria o un informe detallat dels resultats i una discussió. Els continguts teòrics estan valorats amb un 70% de la qualificació final i les pràctiques amb un 30%.
 
Informació addicional  
 
Llengua de les classes  
Català