환경 미생물학 : 연구 및 응용 대상 - 생물학 - 2025

환경 미생물학는 과학입니다 오염 된 토양과 물을 생물학적 정화의 자연 환경과 대사 기능의 응용 미생물 연구 다양성과 기능. 일반적으로 미생물 생태학, 지구 미생물학 및 생물학적 정화 분야로 나뉩니다.

미생물학 (미크로 : 소형, 바이오스 : 생명, 로고 : 연구), 학제 간 연구, 광범위하고 다양한 미세 단세포 유기체 그룹 (1 ~ 30 µm), 광학 현미경을 통해서만 볼 수 있음 (인간 눈에는 보이지 않음) ).

그림 1. 왼쪽 : 현미경, 미생물을 확대하여 볼 수있는 기기 (출처 : https://pxhere.com/es/photo/1192464). 오른쪽 : 슈도모나스 (Pseudomonas) 속의 널리 분포 된 박테리아의 전자 현미경 사진 (By : CDC, Courtesy : Public Health Image Library).

미생물학 분야에서 함께 분류 된 유기체는 많은 중요한 측면에서 유사하지 않으며 매우 다른 분류학 범주에 속합니다. 이들은 분리되거나 연관된 세포로 존재하며 다음과 같을 수 있습니다.

• 진균 및 고세균과 같은 주요 원핵 생물 (정의 된 핵이없는 단세포 생물).
• 효모, 사상균, 미세 조류 및 원생 동물과 같은 단순 진핵 생물 (핵이 정의 된 단세포 유기체).
• 바이러스 (세포가 아니지만 현미경).

미생물은 동일하거나 다른 등급의 다른 세포와 독립적으로 모든 중요한 과정 (성장, 신진 대사, 에너지 생성 및 번식)을 수행 할 수 있습니다.

관련 미생물 특성

외부 환경과의 상호 작용

자유 생활 단세포 유기체는 특히 외부 환경에 노출됩니다. 또한 매우 작은 세포 크기 (형태 및 대사 유연성에 영향을 미침)와 환경과 광범위한 상호 작용을 생성하는 높은 표면 / 부피 비율을 모두 가지고 있습니다.

이로 인해 생존 및 미생물 생태 분포는 빈번한 환경 변화에 대한 생리적 적응 능력에 달려 있습니다.

대사

높은 표면 / 부피 비율은 높은 미생물 대사율을 생성합니다. 이것은 빠른 성장 속도와 세포 분열과 관련이 있습니다. 또한 자연에는 광범위한 미생물 대사 다양성이 있습니다.

미생물은 내부와 외부의 다양한 물질을 변형시키는 화학 기계로 간주 될 수 있습니다. 이것은 특정 화학 반응의 속도를 가속화하는 효소 활동 때문입니다.

매우 다양한 환경에 대한 적응

일반적으로 미생물 미생물은 존재하는 영양소의 종류와 양, 물리 화학적 조건에 따라 동적이고 이질적입니다.

미생물 생태계가 있습니다.

• 육상 (암석 및 토양).
• 수생 (바다, 연못, 호수, 강, 온천, 대수층).
• 고등 유기체 (식물 및 동물)와 관련됩니다.

극한 환경

미생물은 지구상의 거의 모든 환경에서 발견되며 더 높은 생명체에 익숙하거나 그렇지 않습니다.

온도, 염도, pH 및 물 가용성 (다른 자원 중에서)과 관련하여 극한 조건을 가진 환경은 "극한"미생물을 나타냅니다. 이들은 대부분 고세균 (또는 고세균)으로, 고세균 (Archaea)이라고하는 Bacteria 및 Eukarya와 구별되는 1 차 생물학적 도메인을 형성합니다.

그림 2. 극한 미생물의 서식지. 왼쪽 : 고온 성 미생물이 연구 된 옐로 스톤 국립 공원의 온천수 (출처 : Jim Peaco, National Park Service, via Wikimedia Commons) 오른쪽 : 친밀 성 미생물이 연구 된 남극 대륙 (출처 : image.com).

극한 미생물

다양한 극한 미생물은 다음과 같습니다.

• Thermophiles : 40 ° C 이상의 온도에서 최적의 성장을 나타냅니다 (온천 거주자).
• Psychrophiles : 20 ° C 이하의 온도에서 최적의 성장 (얼음이있는 곳의 거주자).
• 호 산성 : 2 (산성)에 가까운 낮은 pH 조건에서 최적의 성장. 산성 온천과 수중 화산 틈에 존재합니다.
• Halophiles : 성장을 위해 고농도의 소금 (NaCl)이 필요합니다 (염수에서와 같이).
• Xerophiles : 가뭄, 즉 낮은 수분 활성도를 견딜 수 있습니다 (칠레의 아타 카마와 같은 사막 거주자).

환경 미생물학에 적용되는 분자 생물학

미생물 분리 및 배양

미생물의 일반적인 특성과 대사 능력을 연구하려면 자연 환경에서 분리하고 실험실에서 순수한 배양 (다른 미생물이 없음)에 보관해야합니다.

그림 3. 실험실에서 미생물 격리. 왼쪽 : 고체 배양 배지에서 자라는 사상 균류 (출처 : https://www.maxpixel.net/Strains-Growing-Cultures-Mold-Petri-Dishes-2035457). 오른쪽 : 고갈 시딩 기법에 의한 박테리아 균주 분리 (출처 : Drhx, Wikimedia Commons).

자연에 존재하는 미생물의 1 %만이 실험실에서 분리 및 배양되었습니다. 이는 특정 영양 요구 사항에 대한 지식이 부족하고 다양한 기존 환경 조건을 시뮬레이션하기가 어렵 기 때문입니다.

분자 생물학 도구

미생물 생태학 분야에 분자 생물학 기술을 적용함으로써 실험실에서 분리 및 배양 할 필요없이 기존 미생물 생물 다양성을 탐색 할 수있게되었습니다. 자연 미생물, 즉 현장에서 미생물을 식별하는 것도 가능하게했습니다.

이것은 최적의 성장 조건이 실험실에서 시뮬레이션하기 복잡한 극한 미생물 연구에서 특히 중요합니다.

한편, 유전자 변형 미생물을 이용한 재조합 DNA 기술은 생물학적 정화 과정에서 환경에서 오염 물질을 제거 할 수있게했습니다.

환경 미생물학 연구 분야

처음에 지적했듯이 환경 미생물학의 다양한 연구 분야에는 미생물 생태학, 지구 미생물학 및 생물 정화 분야가 포함됩니다.

-미생물 생태학

미생물 생태학은 자연 환경에서 미생물 기능적 역할의 다양성을 연구함으로써 미생물학을 생태 이론과 융합합니다.

미생물은 지구상에서 가장 큰 바이오 매스를 대표하기 때문에 그들의 생태적 기능이나 역할이 생태계의 생태 학적 역사에 영향을 미친다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

이러한 영향의 예 는 시아 노 박테리아의 광합성 활동에 의해 생성 된 원시 대기 에 산소 (O ₂ )가 축적되어 호기성 생명체의 출현입니다 .

미생물 생태학 연구 분야

미생물 생태학은 다른 모든 미생물학 및 연구 분야에 적용됩니다.

• 미생물의 다양성과 진화의 역사.
• 한 집단의 미생물 간 상호 작용 및 지역 사회의 집단 간 상호 작용.
• 미생물과 식물 간의 상호 작용.
• 식물 병원체 (박테리아, 곰팡이 및 바이러스).
• 미생물과 동물 간의 상호 작용.
• 미생물 군집, 그 구성 및 계승 과정.
• 환경 조건에 대한 미생물 적응.
• 미생물 서식지의 유형 (대기-생태 권, 수력-생태 권, 암석-생태 권 및 극한 서식지).

-지질 생물학

지구 미생물학은 지상의 지질 및 지구 화학적 과정 (생지 화학적 순환)에 영향을 미치는 미생물 활동을 연구합니다.

이는 대기, 수권 및 지구권, 특히 최근 퇴적물, 퇴적암 및 화성암과 접촉하는 지하수 체, 풍화 된 지각과 같은 환경에서 발생합니다.

그것은 환경에서 미네랄과 상호 작용하여 용해, 변형, 침전시키는 등의 미생물을 전문으로합니다.

지구 미생물학 연구 분야

지구 미생물학 연구 :

• 지질 학적 과정 (토양 형성, 암석 분해, 광물 및 화석 연료의 합성 및 분해)과 미생물 상호 작용.
• 강수 또는 생태계의 용해 (예 : 대수층)에 의한 미생물 기원의 광물 형성.
• 지구권의 생지 화학적 순환에 대한 미생물 개입.
• 표면에 원하지 않는 미생물 덩어리를 형성하는 미생물 상호 작용 (생물 오염). 이러한 생물 오염은 그들이 서식하는 표면을 악화시킬 수 있습니다. 예를 들어, 금속 표면을 부식시킬 수 있습니다 (생체 부식).
• 원시 환경에서 미생물과 미네랄 간의 상호 작용에 대한 화석 증거.

예를 들어, 스트로마 톨라이트는 얕은 물의 층화 된 화석 광물 구조입니다. 그들은 원시 시아 노 박테리아의 벽에서 나온 탄산염으로 구성됩니다.

그림 4. 왼쪽 : 얕은 물 속의 스트로마 톨라이트 화석 (왼쪽 사진 출처 : https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:StromatolitheAustralie2.jpeg). 오른쪽 : 스트로마 톨라이트의 세부 사항 (오른쪽 사진 출처 : https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:StromatoliteUL02.JPG).

-생물 조정

생물학적 정화는 인간의 건강과 환경에 위험한 물질로 오염 된 토양과 물을 회수하는 과정에서 생물학적 제제 (미생물 및 / 또는 그 효소 및 식물)의 적용을 연구합니다.

그림 5. 에콰도르 아마존 열대 우림의 오일 오염. 출처 : Ecuador Foreign Ministry, via Wikimedia Commons

현재 존재하는 많은 환경 문제는 지구 생태계의 미생물 성분을 사용하여 해결할 수 있습니다.

생물 정화 연구 분야

생물학적 치료 연구 :

• 환경 위생 공정에 적용 할 수있는 미생물 대사 능력.
• 무기 및 이종 오염 물질 (자연 생합성 과정에 의해 생성되지 않는 독성 합성 제품)과의 미생물 상호 작용. 가장 많이 연구 된 이종 생물학적 화합물 중에는 할로 카본, 니트로 방향족, 폴리 염화 비 페닐, 다이옥신, 알킬 벤질 설포 네이트, 석유 탄화수소 및 살충제가 있습니다. 가장 많이 연구 된 무기 원소 중에는 중금속이 있습니다.
• 현장 및 실험실에서 환경 오염 물질의 생분해 성.

환경 미생물학의 응용

이 방대한 과학의 많은 응용 중 다음을 인용 할 수 있습니다.

• 상업적 가치의 과정에서 잠재적 인 응용을 가진 새로운 미생물 대사 경로의 발견.
• 미생물 계통 발생 관계의 재구성.
• 대수층 및 공공 식수 공급 분석.
• 회수를 위해 매질에서 금속의 용해 또는 침출 (생물 침출).
• 오염 된 지역의 생물 정화 과정에서 중금속의 생물 수소 야금 또는 생물 채굴.
• 지하 대수층에 용해 된 방사성 폐기물 용기의 생물학적 부식과 관련된 미생물의 생물학적 방제.
• 원시 지상 역사, 고풍 환경 및 원시 생명체의 재건.
• 화성과 같은 다른 행성에서 화석화 된 생명체를 찾는 데 유용한 모델 구축.
• 중금속과 같은 이종 생물 또는 무기 물질로 오염 된 지역의 위생.

참고 문헌

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