User:Nayyerehjamali76

بوم شناسی میکروبی (یا میکروبیولوژی محیطی) بوم شناسی میکروارگانیسم هاست: رابطه آنها با یکدیگر و با محیطشان. این سه حوزه اصلی زندگی – یوکاریوت‌ها ، آرکئا و باکتریها - و همچنین ویروس هاست.

میکروارگانیسم ها ، با فراگیر بودن ، بر کل زیست کره تأثیر می گذارند. زندگی میکروبی در تنظیم سیستم های بیوژئوشیمیایی تقریباً در تمام محیط های سیاره ما ، از جمله در شدیدترین موارد ازجمله محیط های یخ زده و دریاچه های اسیدی ، به منافذ گرمابی گرمایی در انتهای اعماق اقیانوس ها و برخی از معروف ترین ها مانند  روده کوچک انسان میتوان اشاره کرد. در نتیجه مقدار کمی حیات میکروبی (محاسبه شده به اندازه 1030 5.0 5.0 سلول) ؛ هشت مرتبه بزرگتر از تعداد ستاره های موجود در جهان مشاهده می شود که تابحال کشف شده. میکروب ها به دلیل زیست توده آنها ، یک  غرق شدن قابل توجهی در کربن دارند. گذشته از تثبیت کربن ، فرایندهای کلیدی متابولیکی میکروارگانیسم ها (از جمله تثبیت نیتروژن ، متابولیسم متان و متابولیسم گوگرد) این چرخه بیوژئوشیمیایی جهانی را کنترل می کنند. تولید بی حد و اندازه میکروارگانیسم ها به حدی است که حتی در صورت عدم وجود حیات یوکاریوتی ، این فرایندها بدون تغییر ادامه خواهند یافت.

در حالی که از قرن هفدهم میکروب ها مورد مطالعه قرار گرفته اند ، این تحقیق بیشتر از منظر اکولوژیکی از دیدگاه فیزیولوژیک بوده است. به عنوان مثال ، لویی پاستور و شاگردانش به مشکل توزیع میکروبی در خشکی و اقیانوس علاقه مند بودند. مارتینوس بیکرینک فرهنگ غنی سازی را ابداع کرد ، یک روش اساسی برای مطالعه میکروب ها از محیط. او اغلب با نادرست ساختن ایده زیست جغرافیایی میکروبی مبنی بر اینکه "همه چیز همه جا است ، اما محیط انتخاب می کند" ، که توسط لورنس بااس بکینگ بیان شده است ، اعتبار یافته است. سرگئی وینوگرادسکی یکی از اولین محققانی بود که سعی کرد میکروارگانیسم ها را خارج از زمینه پزشکی درک کند – و او را در میان اولین دانشجویان اکولوژی میکروبی و میکروبیولوژی محیطی قرار داد – شیمی را کشف کرد و ستون وینوگرادسکی را در این روند توسعه داد.

Beijerinck و Windogradsky بر فیزیولوژی میکروارگانیسم ها متمرکز بودند ، نه زیستگاه میکروبی یا فعل و انفعالات اکولوژیکی آنها. بوم شناسی مدرن میکروبی توسط رابرت هونگت و همکاران ، که اکوسیستم شکمبه را بررسی کردند ، راه اندازی شد. مطالعه شکمبه برای ایجاد تکنیکهایی برای کشت هانگیت میکروبهای بی هوازی به  احتیاج داشت و وی همچنین ابتکار روش کمی را برای مطالعه میکروبها و فعالیتهای اکولوژیکی آنها داشت که سهم نسبی گونه ها و مسیرهای کاتابولیکی را از هم متمایز می کرد.

پیشرفت در بوم شناسی میکروبی با توسعه فناوری های جدید گره خورده است. اندازه گیری نرخ فرایندهای بیوشیمیایی در طبیعت با در دسترس بودن رادیوایزوتوپ ها از دهه 1950 آغاز قیانوس را مجاز می داند (ref).

پیشرفت مهم دیگر در دهه 1980 اتفاق افتاد ، زمانی که میکروالکترودهای حساس به گونه های شیمیایی مانند O2 ایجاد شدند. این الکترودها دارای تفکیک مکانی 50–100 میکرومتر هستند و امکان تجزیه و تحلیل پویایی بیوژئوشیمیایی مکانی و زمانی را در تشک و رسوبات میکروبی فراهم کرده اند.

اگرچه اندازه گیری میزان فرایندهای بیوژئوشیمیایی می تواند تجزیه و تحلیل کند که چه فرایندهایی اتفاق می افتد ، اما ناقص بودند ، زیرا هیچ اطلاعاتی در مورد میکروب های خاص مسئول نیستند. مدت ها بود که شناخته شده بود که تکنیک های کشت "کلاسیک" کمتر از 1٪ از میکروب ها را از یک زیستگاه طبیعی بازیابی می کنند. با این حال ، از دهه 1990 ، مجموعه ای از تکنیک های مستقل از کشت برای تعیین فراوانی نسبی میکروب ها در یک زیستگاه تکامل یافته است. کارل ووز ابتدا نشان داد که می توان از توالی مولکول RNA ریبوزومی 16S برای تجزیه و تحلیل روابط فیلوژنتیک استفاده کرد.

Norm Pace این ایده اساسی را گرفت و آن را برای تجزیه و تحلیل اینکه "چه کسی آنجاست" در محیط های طبیعی به کار گرفت. این روش شامل (الف) جداسازی اسیدهای نوکلئیک به طور مستقیم از یک محیط طبیعی ، (ب) تقویت PCR توالی ژن rRNA زیر واحد کوچک ، (ج) تعیین توالی آمپلیکون ها ، و (د) مقایسه آن توالی ها با یک پایگاه داده از توالی ها از  فرهنگهای خالص و DNA محیطی. این بینش فوق العاده ای در مورد تنوع موجود در زیستگاه های میکروبی فراهم کرده است. با این حال ، چگونگی پیوند میکروب های خاص با نقش بیوشیمیایی آنها حل نمی شود. متاژنومیکس ، تعیین توالی DNA کل بازیابی شده از یک محیط ، می تواند بینشی در مورد پتانسیل بیوژئوشیمیایی فراهم کند ، در حالی که متاترانس اسکریپتومیک و متاپروتئومیک می توانند بیان واقعی پتانسیل ژنتیکی را اندازه گیری کنند اما از نظر فنی دشوارتر است.

میکروارگانیسم ها ستون فقرات تمام اکوسیستم ها هستند ، اما حتی بیشتر در مناطقی که فتوسنتز به دلیل نبود نور امکان انجام آن وجود ندارد. در چنین مناطقی ، میکروب های شیمی سنتزی انرژی و کربن را برای موجودات دیگر تأمین می کنند. این ارگانیسم های کموتروفیک می توانند با استفاده از سایر گیرنده های الکترون برای تنفس در محیط هایی که اکسیژن ندارند نیز فعالیت کنند.

سایر میکروب ها با قابلیت بازیافت مواد مغذی از مواد زائد موجودات دیگر ، تجزیه کننده هستند. این میکروب ها در چرخه های بیوشیمیایی نقش حیاتی دارند. چرخه نیتروژن ، چرخه فسفر ، چرخه گوگرد و چرخه کربن همه از یک طریق به میکروارگانیسم ها بستگی دارند. به عنوان مثال ، گاز نیتروژن که 78٪ جو زمین را تشکیل می دهد ، برای اکثر موجودات در دسترس نیست ، تا زمانی که با فرآیند میکروبی تثبیت نیتروژن به یک فرم موجود بیولوژیکی تبدیل شود.

با توجه به سطح بالای انتقال ژن افقی در بین جوامع میکروبی ، بوم شناسی میکروبی نیز در مطالعات تکامل از اهمیت برخوردار است.

میکروب ها ، به ویژه باکتری ها ، اغلب با سایر میکروارگانیسم ها یا ارگانیسم های بزرگتر رابطه همزیستی (مثبت یا منفی) دارند. اگرچه از نظر جسمی کوچک ، روابط همزیستی در بین میکروب ها در فرآیندهای یوکاریوتی و تکامل آنها قابل توجه است. انواع روابط همزیستی که میکروب ها در آن شرکت می کنند عبارتند از: متقابل گرایی ، کامنسالیسم ، انگلی ، و تسهیل گرایی و این روابط از بسیاری جهات بر اکوسیستم تأثیر می گذارد.

همیاری

متقابل گرایی در بوم شناسی میکروبی رابطه ای بین گونه های میکروبی و انسان است که به هر دو طرف امکان بهره مندی می دهد. یکی از این نمونه ها می تواند سنتروفی باشد ، همچنین به عنوان تغذیه متقابل شناخته می شود ، که "Methanobacterium omelianskii” نمونه کلاسیک آن است.  این کنسرسیوم توسط ارگانیسم تخمیر کننده اتانول و یک متانوژن تشکیل می شود.  ارگانیسم تخمیر کننده اتانول H2 را برای شریک باستان فراهم می کند ، که این متانوژن برای رشد و تولید متان به آن نیاز دارد.   فرضیه این است که سنتروفی نقش مهمی در محیط های دارای انرژی و مواد مغذی مانند سطح زیر عمیق دارد ، جایی که می تواند به جامعه میکروبی با خواص عملکردی متنوع کمک کند تا زنده بمانند ، رشد کنند و حداکثر مقدار انرژی تولید کنند.

(اکسیداسیون بی هوازی متان AOM)

توسط کنسرسیوم متقابل یک باکتری کاهنده سولفات و یک باستان اکسید کننده متان بی هوازی انجام می شود. واکنشی که شریک باکتری تولید H2 استفاده می کند ، درون زا است

(و از نظر ترمودینامیکی مطلوب نیست) ، با این حال ، هنگامی که با واکنشی که شریک باستان استفاده می کند ، همراه می شود ، واکنش کلی بیجا می شود. بنابراین این دو ارگانیسم در یک رابطه متقابل هستند که به آنها اجازه می دهد در یک محیط رشد کنند و رشد کنند ، فقط برای هر دو گونه کشنده است. لیکن نمونه ای از ارگانیسم همزیست است.

عوام گرایی

Commensalism در جهان میکروبی بسیار رایج است ، به معنای واقعی کلمه به معنای "غذا خوردن از یک میز" است. محصولات متابولیکی یک جمعیت میکروبی توسط جمعیت میکروبی دیگری استفاده می شود بدون اینکه برای جمعیت اول سود و زیانی داشته باشد. بسیاری از "جفتها" از گونه های میکروبی وجود دارد که یا واکنش اکسیداسیون یا کاهش به همان معادله شیمیایی را انجام می دهند. به عنوان مثال ، متانوژن ها با كاهش CO2 به CH4

Amensalism

Amensalism (که به طور معمول آنتاگونیسم نیز شناخته می شود) نوعی رابطه همزیستی است که در آن یکی از گونه ها / ارگانیسم ها آسیب می بینند در حالی که گونه دیگر بی تأثیر است. یک مثال از چنین رابطه ای که در اکولوژی میکروبی اتفاق می افتد ، بین گونه های میکروبی Lactobacillus casei و Pseudomonas taetrolens است.

سودوموناس taetrolens هنگامی که در یک محیط وجود دارد ، رشد مهار شده و تولید اسید لاکتوبیونیک (محصول اصلی آن) را کاهش می دهد به دلیل محصولات جانبی ایجاد شده توسط لاکتوباسیلوس کازئی در طی تولید اسید لاکتیک. [35]  با این حال ، Lactobacillus casei هیچ تفاوتی در رفتار خود نشان نمی دهد ، و بنابراین این رابطه را می توان به عنوان  معرفی کردamensalism

مدیریت منابع میکروبی ویرایش

بیوتکنولوژی ممکن است در کنار اکولوژی میکروبی برای رفع تعدادی از چالش های زیست محیطی و اقتصادی استفاده شود. به عنوان مثال ، می توان از تکنیک های مولکولی مانند اثر انگشت یا متاژنومیک برای ردیابی تغییرات جوامع میکروبی در طول زمان یا ارزیابی تنوع زیستی آنها استفاده کرد. مدیریت چرخه کربن برای جداسازی دی اکسید کربن و جلوگیری از متانوژنز بیش از حد در کاهش گرم شدن کره زمین مهم است و با تولید سلول های سوختی میکروبی ، چشم انداز انرژی زیستی در حال گسترش است. مدیریت منابع میکروبی از نگرش مترقی تر به بیماری حمایت می کند ، به موجب آن عوامل کنترل بیولوژیکی نسبت به تلاش برای ریشه کن کردن ترجیح داده می شوند. برای تحقق بخشیدن به پتانسیل این زمینه ، باید جریانات در جوامع میکروبی بهتر مشخص شود. علاوه بر این ، پیامدهای بالینی نیز وجود دارد ، زیرا همزیست های میکروبی دریایی منبع ارزشمندی از عوامل ضد میکروبی موجود و جدید هستند ، و بنابراین یک سال تحقیق دیگر در مورد مقاومت تسلیحاتی مقاومت آنتی بیوتیکی ارائه می دهد ، نگرانی جدی برای محققان است.

در محیط ساخته شده و تعامل انسانی ویرایش کنید   مقاله اصلی: میکروبیوتای انسانی   میکروب ها در همه مناطق از جمله خانه ها ، دفاتر ، مراکز تجاری و بیمارستان ها وجود دارند. در سال 2016 ، مجله میکروبیوم مجموعه ای از آثار مختلف را منتشر کرد که زیست محیطی میکروبی محیط ساخته شده را مطالعه می کند. یک مطالعه در سال 2006 در مورد باکتری های بیماری زا در بیمارستان ها نشان داد که توانایی زنده ماندن آنها از نظر نوع متفاوت است ، بعضی از آنها فقط چند روز زنده می مانند در حالی که برخی دیگر ماه ها زنده می مانند. طول عمر میکروب ها در خانه به طور مشابه متفاوت است. به طور کلی باکتری ها و ویروس ها به محیط مرطوب با رطوبت بیش از 10 درصد نیاز دارند.

باکتری E. coli

می تواند چند ساعت تا یک روز زنده بماند. باکتریهایی که اسپور تشکیل می دهند می توانند بیشتر زنده بمانند ، با استافیلوکوکوس اورئوس به طور بالقوه هفته ها یا در مورد باسیلوس آنتراکیس سالها زنده می مانند.

در خانه ، حیوانات خانگی می توانند ناقل باکتری ها باشند. به عنوان مثال ، خزندگان معمولاً ناقل سالمونلا هستند.

S.aruse

شایع است و بدون علامت حدود 30٪ از جمعیت انسانی را تحت استعمار قرار می دهد. تلاش برای دکلون کردن حاملان با موفقیت محدودی روبرو شده است.

و به طور کلی شامل شستشوی بینی و کلرهگزیدین از طریق موپیروسین ، به طور بالقوه همراه با ونکومایسین و کوتریموکسازول

ضد میکروبی

برخی از فلزات ، است.به ویژه مس و نقره ، دارای خواص ضد میکروبی هستند. استفاده از سطوح لمسی ضد آلیاژ مس ضد میکروبی روشی است که استفاده از آن در قرن 21 آغاز می شود تا از انتقال باکتری جلوگیری کند. نانوذرات نقره نیز شروع به ترکیب شدن در سطوح و پارچه های ساختمانی کرده اند ، اگرچه نگرانی هایی در مورد اثرات جانبی احتمالی ذرات ریز بر سلامت انسان ایجاد شده است.