Information

Hur sprider sig mikrober från en liten plats till en mycket stor plats?

Hur sprider sig mikrober från en liten plats till en mycket stor plats?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Bakterier är mycket små, så de kan inte röra sig särskilt långt på egen hand. Virus kan inte flytta sig själva alls. Så hur sprider sig en specifik typ av bakterier eller virus från en liten plats till ett mycket stort område (som hela jorden)?


Fåglar migrerar i tusentals miles och bär sjukdomar i en tidsskala på månader eller mindre. Med klimatförändringar skiftar insekter och djur sitt intervall på en tidsskala på hundratals år eller mer. Bakteriesporer som mjältbrand kan vara i en form som lätt blåser runt hela jorden, redo att frodas var de än landar. Växtsjukdomar reser med sina växtvärdar, och över tidskalor på tusentals år kan växterna - t.ex. maskrosor och barrträd - sprida tusentals miles av latitud och longitud.


Svaret från @SMcGrew är i huvudsak korrekt, men låt mig lägga till en teknisk term (åtminstone i samband med infektionssjukdomar): bakterierna och virusen bärs av vektorer. Sedan ordet vektor är ett slags överanvändning, även om vi begränsar oss till biologi är det också vanligt att vara mer specifik och kalla sjukdomsvektorer.

Vektorer klassificeras i biologiska vektorer och mekaniska vektorerberoende på om de biologiskt interagerar med mikroben (det vill säga att de blir infekterade) eller om de helt enkelt bärs från en plats till en annan.


Matförgiftning

& kopiera A. Dowsett, Health Protection Agency / Science Photo Library Bakterien Campylobacter jejuni är en vanlig orsak till matförgiftning. Förorenat fjäderfä, kött och mjölk är smittkällor. Det tar cirka 3 dagar innan symtomen på diarré, magkramper och feber utvecklas.

Antalet fall av livsmedelsburna sjukdomar är fortfarande högt och uppskattningsvis 1 miljon människor i Storbritannien blir smittade varje år. Symtomen, inklusive kräkningar, diarré, buksmärtor och feber, är inte bara obehagliga, de kostar också uppskattningsvis 1,5 miljarder kronor per år i förlorade arbetsdagar och sjukvård. De flesta livsmedelsburna sjukdomar kan förebyggas.

Att förhindra matförgiftning är alla i kedjans ansvar från plogen till tallriken. Detta inkluderar bönder och odlare, tillverkare, butiker, cateringfirma och konsumenter. Livsmedelsleverantörernas verksamhet styrs av Storbritanniens och EU:s livsmedelssäkerhetslagstiftning. I hemmet måste rätt hygien, matlagning och förvaring övas.

Några av de bakterier som kan orsaka matförgiftning

Bakteriens namn Ursprunglig källa Riskfylld mat Dags att utvecklas Symtom
Bacillus cereus jord kokt ris och pastaköttprodukter grönsaker 1 & ndash 5 timmar illamående, sjukdom och diarré
Campylobacter jejuni rått kött och fjäderfä underkokt kött och fjäderfä rå mjölk och korskontaminerad mat 3 & ndash 5 dagar av att äta infekterad mat feber, svår smärta och diarré
Clostridium botulinum (mycket sällsynt) jord felaktigt bearbetat konserverat kött och grönsaker härdat kött och rå fisk 1&ndash7 dagar påverkar synen, orsakar förlamning och kan vara dödlig
Clostridium perfringens miljön stora köttfogar som värms upp igen 8&ndash 24 timmar illamående, smärta och diarré
Escherichia coli &ndash
E coli O157:H7 är en mycket otäck stam och den kan vara dödlig
tarmen hos alla människor och djur förorenat vatten, mjölk, otillräckligt tillagat kött, korskontaminerade livsmedel 3&ndash4 dagar inflammation, sjukdom och diarré
Listeria monocytogenes överallt mjukostar, paté, färdigförpackade salladsprodukter varierar feber, huvudvärk, septikemi och hjärnhinneinflammation
Salmonella tarmen hos fåglar och däggdjur inklusive människor - sprids med avföring till vatten och mat fjäderfä, ägg och råa äggprodukter, grönsaker 6 & ndash48 timmar diarré, illamående och huvudvärk
Staphylococcus aureus hud och näsa på djur och människor köttmjölkprodukter utan kylning, hanterade livsmedel 2 och 6 timmar sjukdom, smärta och ibland diarré

En djupgående titt på en bakterie som orsakar matförgiftning

Campylobacter

Bakterien Campylobacter är en del av den normala floran som lever i tarmarna hos friska höns och andra djur. På fabriken när en kyckling dödas och rensas, innehållet i dess tarmar, inklusive Campylobacter, kan komma i kontakt med fågel & rsquos hud. Detta innebär att det råa kycklingköttet kan bli förorenat med Campylobacter.

Hur ser du till att kyckling är säker att äta?

Campylobacter är känslig för värme så att tillaga kycklingen ordentligt kommer att döda den och göra köttet säkert att äta. Om kycklingen serveras underkokt, då Campylobacter kunde överleva och ätas tillsammans med kycklingen. Efter att bakterierna har svalts förökar de sig inuti personens tarm och orsakar sjukdomen som kallas matförgiftning. Det tar cirka 3 dagar innan symtomen på diarré, magkramper och feber utvecklas. Sjukdomen varar mellan 2 dagar och en vecka.

Korskontaminering är överföring av mikrober från råa livsmedel till beredda och tillagade livsmedel, det kan ske genom:

  • raw food vidrör eller stänk på tillagad mat
  • raw food beröring av utrustning eller ytor som sedan används för lagad mat
  • eller människor som rör vid rå mat med händerna och sedan hanterar lagad mat.

För att förhindra korskontaminering är det viktigt att upprätthålla god kökshygien som att lagra lagad och rå mat separat och god personlig hygien genom att tvätta händerna korrekt och binda håret tillbaka.

Spoilers

När mikrober växer på mat kommer det snart att lukta otäckt, se slemmigt ut, ändra färg, smaka hemskt eller till och med få en pälslig beläggning och är oätlig. Ta reda på vad som orsakar detta.

Producenter

Mikrober jäser socker för att skapa energi för sig själva - lyckligtvis för oss kan mat som bröd och yoghurt göras genom mikrobiella jäsningar.

Mikrober och människokroppen

Har du någonsin undrat varför när vi är omgivna av mikrober är vi inte sjuka hela tiden?

Mikrober och utomhus

Mikrobernas funktion som små kemiska processorer är att hålla planetens livscykler vända.


Klassificering av mikroorganismer

Mikroorganismer klassificeras i taxonomiska kategorier för att underlätta forskning och kommunikation.

Inlärningsmål

Bedöm hur tidigt livet förändrade jorden

Viktiga takeaways

Nyckelord

  • Klassificeringssystemet förändras ständigt med teknikens framsteg.
  • Det senaste klassificeringssystemet inkluderar fem kungadömen som är ytterligare uppdelade i filum, klass, ordning, familj, släkte och art.
  • Mikroorganismer tilldelas ett vetenskapligt namn med hjälp av binomial nomenklatur.

Nyckelbegrepp

  • DNA-fingeravtryck: En metod för att isolera och kartlägga sekvenser av cellens DNA för att identifiera det.

Livet på jorden är känt för sin mångfald. I hela världen kan vi hitta många miljoner olika livsformer. Biologisk klassificering hjälper till att identifiera varje form enligt gemensamma egenskaper (likheter) med hjälp av en uppsättning regler och en uppskattning av hur nära besläktad det är med en gemensam förfader (evolutionärt förhållande) på ett sätt att skapa en ordning. Genom att lära sig känna igen vissa mönster och klassificera dem i specifika grupper, kan biologer bättre förstå de relationer som finns mellan en mängd olika levande former som bor på planeten.

Klassificering av E. coli: Domän: Bakterier, Kungarike: Eubacteria, Fylum: Proteobacteria, Klass: Gammaproteobacteria, Ordning: Enterobacteriales, Familj: Enterobacteriaceae, Genus: Escherichia, Art: E. coli.

Den första, största och mest inkluderande gruppen som organismer klassificeras under kallas en domän och har tre undergrupper: bakterier, archae och eukarya. Denna första grupp definierar om en organism är en prokaryot eller en eukaryot. Domänen föreslogs av mikrobiologen och fysikern Carl Woese 1978 och bygger på att identifiera likheter i ribosomala RNA-sekvenser hos mikroorganismer.

Den näst största gruppen kallas ett rike. Fem stora riken har beskrivits och inkluderar prokaryota (t.ex. archae och bakterier), protoctista (t.ex. protozoer och alger), svampar, plantae och animalia. Ett kungarike delas vidare upp i filum eller division, klass, ordning, familj, släkt och art, vilket är den minsta gruppen.

Vetenskapen om att klassificera organismer kallas taxonomi och grupperna som utgör klassificeringshierarkin kallas taxa. Taxonomi består i att klassificera nya organismer eller omklassificera befintliga organismer. Mikroorganismer är vetenskapligt erkända med hjälp av en binomial nomenklatur med två ord som refererar till släktet och arten. Namnen som tilldelas mikroorganismer är på latin. Den första bokstaven i släktnamnet är alltid stor. Klassificering av mikroorganismer har i stor utsträckning hjälpts av studier av fossil och nyligen av DNA -sekvensering. Klassificeringsmetoder förändras ständigt. De mest använda metoderna för klassificering av mikrober är morfologiska egenskaper, differentiell färgning, biokemisk testning, DNA -fingeravtryck eller DNA -baskomposition, polymeraskedjereaktion och DNA -chips.


Lär dig av jordens minsta ekosystem (Kavli Hangout)

Alan Brown, författare och bloggare för Kavli Foundation, bidrog med denna artikel till WordsSideKick.com Expertröster: Op-Ed & amp Insights.

Från insidan av våra kroppar till under havsbotten frodas mikrobiomer - samhällen av bakterier och andra encelliga organismer - överallt i naturen. De växte fram för minst 3,8 miljarder år sedan och formade vår planet och skapade dess syrerika atmosfär. Utan dem kunde livet på jorden inte existera.

Ändå vet vi förvånansvärt lite om hur naturens minsta och mest komplexa ekosystem fungerar.

Mikrobiomer har mycket att lära oss. Genom att lära sig hur medlemmar av mikrobiomer interagerar med varandra kan forskare upptäcka innovativ grön kemi och livräddande läkemedel, eller lära sig att minska sjukhusinfektioner, bekämpa autoimmuna sjukdomar och odla grödor utan gödningsmedel eller bekämpningsmedel.

Den stora komplexiteten hos mikrobiomer gör dem svåra att studera med konventionella biokemiska metoder. Nanovetenskap ger en annan och kompletterande uppsättning verktyg som lovar att öppna ett fönster in i denna dolda värld. [The Nanotech View of the Microbiome]

Tidigare denna månad var Kavli Foundation värd för en Google-Hangout med två ledare inom de framväxande tillämpningarna av nanovetenskap för att studera mikrobiomer. De diskuterade potentialen hos naturliga biomer, varför de är så svåra att förstå och hur nanovetenskap kan hjälpa oss att låsa upp mikrobiomhemligheter.

Med i samtalet var:

Eoin Brodie, en stabsforskare vid ekologiavdelningen vid Lawrence Berkeley National Laboratory. Han var en del av teamet som var banbrytande för en enhet som kunde identifiera tusentals bakteriearter som finns i mikrobiomer och utvecklar för närvarande sätt att kombinera data från många olika typer av mätverktyg till en mer sammanhängande bild av dessa ekosystem.

Jack Gilbert är en huvudutredare vid Biosciences Division i Argonne National Laboratory och docent i ekologi och evolution vid University of Chicago. Han har studerat mikrobiomer på sjukhus och arbetar på sätt att använda nanostrukturer som innehåller bakterier för att hjälpa spädbarn att bekämpa immunsjukdomar.

Nedan finns ett modifierat avskrift av deras diskussion. Redigeringar och ändringar har gjorts av deltagarna för att klargöra talade kommentarer som spelats in under direktsändningen. För att se och lyssna på diskussionen med oförändrade kommentarer kan du titta på originalvideon.

Kavli -stiftelsen: Så låt oss börja med en uppenbar fråga, vad är egentligen ett mikrobiom?

Eoin Brodie: Ett mikrobiom är en anslutning av organismer inom ett ekosystem. Du kan tänka på mikrobernas ekosystem på samma sätt som du tänker på ett terrestra ekosystem, som en tropisk skog, en gräsmark eller något liknande. Det är en förbindelse mellan organismer som arbetar tillsammans för att upprätthålla ett systems funktion.

Jack Gilbert: Ja. I ett mikrobiom samlas bakterierna, archaea (encelliga organismer som liknar bakterier), virusen, svamparna och andra encelliga organismer som ett samhälle, precis som en befolkning av människor i en stad. Dessa olika organismer och arter spelar alla olika roller. Tillsammans skapar de en framväxande egendom, något som hela samhället gör tillsammans för att underlätta en reaktion eller ett svar i en miljö.

TKF: Hur komplexa kan dessa mikrobiomer? Är de som tropiska skogar? Är de mer komplexa, mindre komplexa?

J.G .: Mångfalden av eukaryot liv - alla levande djur och växter som du kan se - bleknar till obetydlighet förutom mångfalden av mikrobiellt liv. Dessa bakterier, dessa archaea, dessa virus - de har funnits på jorden i 3,8 miljarder år. De är så genomgripande, de har koloniserat varenda nisch på planeten.

De formade denna planet. Anledningen till att vi har syre i atmosfären är på grund av mikrober. Innan de började fotosyntetisera ljus till biomassa var atmosfären till största delen koldioxid. Anledningen till att växter och djur finns på jorden är på grund av bakterier. Mångfalden av alla växter och djur - allt som är levande idag som du kan se med dina ögon - det är en droppe i det ökända havet av mångfald som finns i den bakteriella och mikrobiella världen. [Kan mikrober i tarmen påverka hjärnan?]

E.B .: Vi tenderar att tänka på jorden som en mänsklig planet och att vi är den primära organismen, eller alfa -arten. Men vi är verkligen passagerare, vi blåser bara in på en mikrobiell planet. Vi är nya, senaste tillägg.

TKF: Ni båda är så poetiska om det. Ändå vet vi så lite om mikrobiomer. Varför är det så svårt att förstå vad som händer i dessa ekosystem?

E.B .: Jack undvek det. Det första problemet är att mikrobiomer är mycket små. Vi kan inte se dem, och det är väldigt svårt att förstå hur saker fungerar när man inte kan se dem. Så verktyg behövs för att kunna se dessa organismer.

Vi kan inte heller odla dem. Det är väldigt svårt att ta med dem från det naturliga ekosystemet till laboratoriet för studier. Förmodligen kan mindre än en procent, beroende på ekosystemet, faktiskt odlas på tillväxtmedier i labbet så att vi kan göra experiment och förstå vilka funktioner de utför. Det lämnar 99 procent - de allra flesta mikroberna på jorden och de flesta av deras ekosystem - okända för oss, förutom deras DNA -signaturer och liknande.

Nu har Jack varit banbrytande för DNA -analyser. När man tittar på DNA-signaturerna från dessa miljöer finns det alla dessa nya organismer, nya proteiner och nya funktioner som vi aldrig riktigt sett förut. Detta har kallats jordens mikrobiella mörka materia. Precis som mörk materia och energi i universum har detta varit okänt för oss, men det är oerhört viktigt om planeten - och människor - ska fortsätta att fungera.

TKF: Så, vad gör det så svårt att odla dessa mikrober i en petriskål?

E.B .: De är väldigt noga. Du kan tänka på det så. De gillar inte att äta maten vi ger dem, i många fall. De äter saker som vi inte vet att de kan äta. De andas saker som vi inte vet att de kan andas.

Vi andas syre, de andas syre, men de andas också nitrater, järn, svavel, till och med koldioxid. Att få rätt koncentration och kombinationer av vad de äter och andas är mycket svårt.

I vissa fall, även om du kan lösa det, kan det vara något som de behöver få från en annan medlem i ekosystemet. Den medlemmen kan tillhandahålla ett viktigt näringsämne eller en kofaktor för att de ska växa.

Så att få alla möjliga permutationer och kombinationer rätt är extremt utmanande. Många människor arbetar med det, och det finns mycket expertis som läggs i detta, men det är extremt svårt och komplicerat.

J.G .:& amp Det är en intressant punkt. Jag liknar det vid att ha en bagare. Du vet, om du har en bagare i ett mänskligt samhälle, behöver bagaren någon som kan göra mjölet, någon som kan ge lite jäst och någon som kommer att köpa brödet. De existerar som ett nätverk av individer som lever i ett samhälle.

Om du tar ut bagaren ur samhället kan han eller hon inte göra brödet och därför är de inte längre bagare. Att ta bort en mikrob från dess community minskar sannolikheten att den kommer att kunna utföra de roller och uppgifter som den gör i den miljön.

Så det är nästan så att du inte vill försöka odla dessa saker isolerat. För samtidigt som att isolera dem gör vårt jobb som mikrobiolog enklare, är det också mycket svårare att förstå vad de faktiskt gör i de miljöer där de lever. Vi kan inte räkna ut det isolerat eftersom de är samhällsspelare.

TKF: Vilka är några av verktygen som vi kan använda idag för att titta på mikrobiomer? Finns det en toppmodern teknik?

J.G .: Så jag tar på mig det. Jag menar att detta är ett mycket dynamiskt utvecklande område. Det är inte ett fält där alla verkar vila på lagrarna.

För att förstå mikrober har vi ett par verktyg som är tillgängliga för oss. Ett av dessa verktyg är genomik, så vi kan sekvensera genomet av bakterier, arke, virus och svampar, precis som vi har gjort för det mänskliga genomet.

Den andra är transkriptomet, som tittar på RNA, en övergående molekyl som skapar cellen genom att översätta det som finns i genomet till proteiner. Det är användbart, eftersom det berättar vilka gener som slås på och av när vi sätter dessa mikrober under olika förhållanden.

Sedan har vi proteomen, proteinerna som faktiskt utgör cellen. De är de enzymer som gör det möjligt för organismen att interagera med sin omgivning, att konsumera sin mat, att andas koldioxid, syre eller järn, och så vidare.

Sedan har du metabolomen, de metaboliska molekylerna som levande organismer konsumerar som mat och producerar som avfallsprodukter.

Genom, transkriptom, proteom och metabolom är fyra av verktygen i vår verktygslåda som vi faktiskt kan använda för att undersöka den mikrobiella världen. Men de är ingalunda gränsen för våra verktyg eller våra mål. Vi har ambitioner långt bortom att bara undersöka dessa komponenter. Eoin utvecklar några av dessa, och kanske Eoin, du vill hoppa in nu?

E.B .: Ja, jag skulle lägga till det. Utmaningen att förstå mikrobiomet, och till och med enskilda mikrober, är att de är så små. De är komplicerade och små, så att förstå deras aktivitet - deras transkriptomer eller proteiner eller metaboliter - i den skala de existerar på, är extremt utmanande.

All teknik som Jack nämnde utvecklas med större organismer i åtanke. Att skala ner dem för att hantera storleken på mikrober, men sedan öka deras genomströmning för att hantera mikrobernas komplexitet, är en enorm, enorm utmaning.

Jag ger dig ett exempel. När du tittar på ett ekosystems aktivitet, säg en tropisk skog, tittar du på fördelningen av träd och djur och letar efter sambandet mellan vegetation och djur.

Så om du vill förstå insekter har du ett utrymme i åtanke. Du tänker: "Det här bor nära det här. Det interagerar i detta område." Så det finns en interaktion, en grundläggande koppling mellan dessa medlemmar i ekosystemet.

Sättet vi vanligtvis tittade på mikrobiomer - även om detta förändras nu - var att blanda ihop hela skogen i en mixer. Sedan skulle vi sekvensera allt DNA och titta på RNA och proteiner och metaboliterna.

Sedan försöker vi gå tillbaka och säga: "Det här trädet interagerar med den här insekten." Medan i själva verket är det trädet hundratals eller tusentals kilometer från insekten, och de ser aldrig varandra.

Det är problemet vi har i mikrobiomet. När vi blandar ihop dessa organismer för att titta på deras DNA, RNA, proteiner och metaboliter, blir vi av med den rumsliga strukturen och dess associationer. Och vi tappar utrymmets betydelse när det gäller att underlätta interaktioner. [Nanotech -syn på mikrobiomet (Kavli Roundtable)]

Så egentligen tror jag att nästa våg inom mikrobiomforskning måste rikta in sig på denna mikrobiella aktivitet och interaktioner i mikrobens skala. Ser de varandra? Interagerar de, och hur interagerar de? Vilka kemikalier utbyter de och under vilka förhållanden? Jag tror att det är den verkliga utmaningen. Det är därför vi pratar med Kavli Foundation, för det är där nanovetenskap kommer in.

TKF: Detta är en utmärkt övergång till min nästa fråga: Hur använder vi nanovetenskap för att lära oss om mikrobiomer? Kan vi till exempel använda några av samma nanoskalprober som vi utvecklar för att studera hjärnan för att säga, undersöka mikrobiomer i havet eller jorden?

E.B .: Jag tycker att det finns några intressanta paralleller. Jag menar, du kan tänka på hjärnan som detta extremt komplicerade nätverk av neuroner. BRAIN Initiative försöker kartlägga dessa neuroner och följa deras aktivitet.

På samma sätt är mikrobiomet ett nätverk av interagerande organismer som slås på och stängs av. Anslutningarna och strukturen i det nätverket är oerhört viktiga för systemets funktion, precis som det är för hjärnans funktion.

För BRAIN Initiative samlades människor och sa: "Vad behöver vi göra för att titta på elektrisk laddning och elektriskt flöde genom neuroner, icke-invasivt och i realtid?" Och de kom med några tekniker som potentiellt kan göra fjärranalys i mycket liten skala och se hur systemet förändras icke -invasivt.

Så ett sätt att förstå hjärnan är att använda extern bildbehandling och ett annat tillvägagångssätt är att bädda in sensorer.

I BRAIN Initiative utvecklas vissa sensorer här på Berkeley lab och på andra ställen som använder RFID – radiofrekvensidentitet – teknologi. De liknar taggar som används för att spåra fraktcontainrar, varor i varuhus och sådana saker. De sänder både information och skördar energi från radiofrekvenser, så de är autonoma enheter. Jag tror att utmaningen nu är att koppla den tekniken till sensorer som kan övervaka något i miljön och skicka den informationen autonomt - inga batterier krävs - till mottagare. Sedan, om dessa sensorer distribueras på ett intelligent sätt, precis som med GPS, kan du triangulera var den informationen kommer ifrån.

Hur kan du använda detta för att förstå en mikrobiom? Jo, sensorerna som utvecklas är fortfarande relativt storskaliga, cirka en kvadratmillimeter stora. Det är ganska litet för oss, men väldigt stort för en mikrobe.

Så du kan tänka på detta i jord. Låt oss säga att vi vill förstå vad som händer när en rot växer genom marken. Roten stimulerar mikrober, och det finns tio gånger fler mikrober nära roten än det finns borta från roten i jorden. De har alla olika kemi och olika funktioner som är mycket viktiga för växtens näring och hälsa.

Om du kunde distribuera mycket små sensorer i jorden och låta dem känna av saker som kol från rötter eller syre som förbrukas av mikrober, då kan du bygga en tredimensionell bild av hur markmikrobiomet förändras och förändras när en rot rör sig genom jorden. Det är ett exempel på hur framsteg inom andra områden, drivna av nanoteknik, kan tillämpas på mikrobiom.

TKF: Dessa RFID-sensorer skulle vara baserade på halvledarchips, eller hur? Så du kan ta en skiva, göra många av dem billigt, fördela dem i jorden och få en bild som du inte kunde få på något annat sätt?

E.B .: Ja. Det finns ett framväxande fält som kallas prediktivt jordbruk. Det är som ett personligt jordbruk, där tillsats av gödselmedel, till exempel, på ett fält inte skulle vara enhetligt. Istället skulle du leverera gödseln där det behövs. Du skulle bevattna fältet exakt där det behövs. Så du har detta massiva nätverk av distribuerade autonoma sensorer, och det skulle göra det möjligt för oss att mer effektivt använda gödselmedel. Då skulle det inte läckas ut eller tappas bort från systemet och orsaka vattenföroreningar och liknande. Dessa exempel är inte i mikrobiell skala, men mikrobiella processer styr tillgängligheten och upptaget av dessa gödselmedel.

TKF: Tack. Håll den tanken så återkommer vi till den om en liten stund. Under tiden har Jack studerat mikrobiomer på ett nytt sjukhus för att se hur de utvecklas och påverkar spridningen av sjukdomar. Kan du berätta för oss vad du gör och hur nanoteknik kan hjälpa?

J.G .: Ja. Mikroberna som finns på ett sjukhus har varit fokus för kliniker och medicinska forskare i ett par hundra år. Ända sedan vi upptäckte att bakterier faktiskt kan orsaka sjukdomar, har vi försökt utrota så mycket mikrobiellt liv som möjligt.

Det paradigmet skiftar till ett där vi är mer intresserade av att försöka förstå hur bakteriesamhällen på ett sjukhus kan underlätta spridningen av sjukdomar och antibiotikaresistens, och kanske också främja hälsan.

Vi har gått in på sjukhus och, med en mycket, mycket hög tidsupplösning, utforskat hur deras bakteriesamhällen förändras över tiden. Så, när vi tittar på en skala från timmar till dagar, försöker vi förstå hur - när en patient flyttar in i ett nytt rum för att opereras eller genomgå ett ingrepp - de mikrober som redan finns i rummet påverkar resultatet av patientens vistelse på sjukhuset. Vi vill veta om det gör dem antingen friskare eller sjukare.

Så vi har katalogiserat mikroberna i dessa mycket fina skalor. Och det vi ser är ett utbyte mellan bakterierna i rummet och inuti patientens kropp.

Men vi har också upptäckt att de allra flesta bakterier som vi normalt skulle associera med så kallade sjukvårdsrelaterade infektioner-patogener som vi trodde att människor skaffar sig under sjukhusvistelser-verkar vara bakterier som patienter själva tog in till sjukhuset. De är bakterier som vi har inom oss.

Kom ihåg att vi har hundra biljoner bakterier som lever inuti oss. De väger cirka två kilo, ungefär samma som hjärnan. Så om du tycker att BRAIN -initiativet är viktigt, kanske ett mikrobiominitiativ också skulle vara viktigt, eftersom det väger ungefär samma som hjärnan.

Det mänskliga mikrobiomet har många spelare. De flesta är vänliga mot oss, men de kan också slå på oss. Jag liknar detta vid ett upplopp som sprider sig i staden. Du vet, om du tar saker ifrån människor kommer de i allmänhet att resa sig och försöka störta det som först stödde dem.

Mikrober är på samma sätt. Vi ger ett sjukhuspatient antibiotika och strålbehandling för att döda bakterier. Sedan skär vi upp hans eller hennes tarm och utsätter bakterierna för syre, som de inte gillar, och syr ihop tarmen igen. När vi tittar på bakterierna ser vi att tidigare vänliga bakterier har börjat göra upplopp. De har blivit förolämpade så många gånger av patientens behandling att de har bestämt att de har fått nog. Sedan går de och attackerar värden för att återfå resurserna som tas ifrån dem.

Det här är väldigt viktigt. Att förstå en patients sjukhusvistelse ur mikrobernas perspektiv hjälper oss att utforma bättre sätt att behandla patienter och minska sannolikheten för att dessa mikrober inom oss kommer att göra uppror, attackera oss och göra oss sjuka.

Nanoteknik hjälper oss att uppnå en finare skala av visuell upplösning, så att vi kan se exakt när bakterier under ett kirurgiskt ingrepp blir oseriösa och börjar attackera värden och de molekylära mekanismerna som ligger till grund för det beteendet.

Vi har ett bra exempel som vi hittade genom att placera nanoskala molekylära biosensorer i tarmen. Det mäter fosfatnivåer. Fosfat är en mycket viktig molekyl som används för att skapa DNA och proteiner i vår kropp och i cellerna hos dessa bakterier.

När fosfatnivån sjunker under en viss tröskel, slår mikroberna på en mekanism för att få fosfat från sin omgivning. Och var är den bästa källan till fosfat? Det är i magen på deras värd. Så de migrerar till tarmen och börjar bryta ner de mänskliga cellerna. Vi upplever det som en flera patogen infektion, som ofta dödar oss.

Eftersom vi förstår den processen utvecklar vi mekanismer för att frigöra fosfat vid exakt rätt tidpunkt under operationen för att förhindra att dessa bakterier någonsin upplever den fosfatreduktionen. För att göra dessa mikrofosfatfrisättningar utvecklar vi nanotekniska ställningar för att hålla fosfat och placerar dem i tarmen under operationen. Detta kommer att minska sannolikheten för att mikrober ska bli patogena.

TKF: Det är inte bara intressant, det får en av våra tittare att fråga om vi kan justera mikrobiomer så att de kan rikta in sig på sjukdomar och andra mänskliga tillstånd. Kan de gå utöver att bara justera surhet eller fosfatnivåer och göra något mer aggressivt?

J.G .: Ja. Det fall där vi har haft störst framgång är att behandla kroniska infektioner orsakade av Clostridium difficile bakterie. C. diff -infektioner är kroniska gastrointestinala infektioner. Våra behandlingar använder ett hagelgevär. Vi tar bakterierna från en frisk person och transplanterar dem till någon med en kronisk C. diff -infektion. Det har åsidosatt C. diff -infektionen och etablerat ett hälsosamt mikrobiom i patientens tarm så att han eller hon inte längre är sjuk.

Kineserna gjorde detta för cirka 2 000 till 3 000 år sedan. De kallade det gul soppa, och de matade avföringen från en frisk person till en sjuk, och det gjorde den sjuke frisk. Vi har precis återupptäckt den här processen, och vi tillämpar den nu i en mer klinisk miljö.

Hittills är det ett väldigt oriktat tillvägagångssätt. Vad vi försöker göra med vår forskningsarm, American Guts och program som är associerade med autism, Alzheimers och Parkinsons, är att identifiera specifika bakteriemedlemmar som antingen är frånvarande eller överväxta hos dessa patienter. Sedan vill vi utforska hur man justerar dem - kanske implanterar vi en som saknas eller slår tillbaka en som är övervuxen, för att göra den personen friskare.

E.B .: Jag skulle vilja tillägga något till det. Det finns en intressant analogi, tror jag, i vad vi gör för C. diff - avföringstransplantationer - och restaureringsekologi. Det är där du rensar bort en invasiv växtart och planterar en annan art för att utkonkurrera de invasiva växtarterna. Det är exakt samma process, så samma ekologiska principer och ekologiska teorier som används i restaureringsekologi kan användas inom medicin. I vissa fall är det kanske inte så enkelt som att ta bort en organism eller lägga till en eller två andra organismer. Det kan vara en samhällsfunktion, där vi faktiskt kan behöva den komplexiteten för att kunna konkurrera ut organismen som orsakar sjukdomen.

J.G .: Det är en riktigt intressant punkt. Både Eoin och jag är mikrobiella ekologer i vår kärna. Jag började med marin mikrobiell ekologi, och nu arbetar jag i jordar, växter, människor och sjukdomar. Eoin gör samma sak. Och vi båda kan tillämpa mikrobernas ekologiska principer på vilken miljö som helst eftersom mikrober finns överallt.

TKF: Bra. Så, Eoin, vi har två frågor till dig från vår publik. Den första handlar om jordbruk. En tittare vill veta om nanovetenskap hjälper oss att förändra mikrobiomer på ett sätt som förändrar hur vi odlar, gödslar och skyddar växter från skadedjur?

E.B .: Det är en jättebra fråga, och jag tror också att det är riktigt aktuellt. Världens befolkning är sju miljarder, på väg till nio, och sedan 11 miljarder. Vi kommer att ta slut på gödselmedel, vi kommer att få slut på utrymme för att odla mat och vi tar slut på vatten - vi är i en svår torka i Kalifornien. Det här är våra utmaningar, att mata en global befolkning och tillhandahålla bränsle till en global befolkning.

De saker som mikrober och nanoteknik kan göra handlar främst om att förbättra växternas motståndskraft mot påfrestningar, till exempel torka. Mikrober kan hjälpa växter att skaffa vatten. Till exempel kan mycorrhiza -svampar öka rotsystemet, förbättra dess torktolerans och förbättra näring.

Vi kan också identifiera bakterier som kan producera gödsel i eller nära växten. Så bakterier som kan ta kväve från atmosfären och fixera kväve kan potentiellt kompensera användningen av kvävegödsel, vilket tar mycket energi och orsakar mycket föroreningar att tillverka.

Bakterier kan också bryta viktiga mineraler från marken. Vi kan få bakterier att växa med växterna som får fosfor, som Jack sa. Vi kan välja bakterier så att de bryter mer fosfor än de behöver och levererar det till växten.

Allt detta skulle minska vårt beroende av att bryta fosfor från bandminor eller använda fem procent av vår världs energi för att producera kvävegödsel. Jag tycker att det är en stor, stor utmaning.

Nanoteknik, som jag nämnde tidigare, kan användas för att karakterisera dessa organismer och förstå hur de fungerar. Vi kan också bygga sensorsystem för att identifiera när näringsämnen begränsar tillväxten. Så istället för att sprida näringsämnen och gödsel på ett mycket ineffektivt sätt kan vi använda det på ett mycket riktat, specifikt och mycket mer hållbart sätt.

TKF: Kan vi ta ett steg bortom det och kanske använda mikrobiomer för att bekämpa skadedjur?

E.B .: Egentligen har det gjorts länge. Som ni vet finns det GMO-grödor där ute som har tagit gener från mikrober som används för att döda insekter. Detta skulle kunna göras på ett mer naturligt sätt också, till exempel genom att odla dessa bakterier tillsammans med växterna och eventuellt hämma insekter från att beta och livnära sig på växterna. Vi kan lära oss mycket av naturen. Naturen har redan utvecklat dessa strategier för bekämpning av skadedjur, och vi kan lära av det för att utforma våra skydd på ett mer, kontrollerbart och intelligent sätt.

TKF: En annan fråga från en tittare: Är det möjligt att få en artificiell mikrobiomgemenskap att göra en viss uppgift?

J.G .: Ja. Vi har faktiskt arbetat inom det området och försökt skapa vad vi kallar en enkel minimal community. Detta är en gemenskap av organismer som utför en uppgift, som att skapa acetat eller generera väte eller butanol som potentiell biobränslekälla. Så vi tittar på mikrober som växer på katodens yta och tar råa elektroner från dessa katoder och integrerar dem med en koldioxidkälla, till exempel blå gas från en fabrik. Vi vill skapa en gemenskap som driver dess ämnesomsättning mot ett uppsatt mål.

Det kommer att ta ett matematiskt modelleringssätt. Så metabolisk modellering, försöker syntetisera i en dator hur dessa mikrober interagerar för att släppa en viss produkt. Så i den meningen behöver du nanoteknik för att känna av de metaboliska relationer som finns mellan dessa organismer, så att du kan konstruera den gemenskapen för att producera en viss produkt. Det kommer att vara mycket viktigt för att uppnå biotekniska resultat.

E.B .: Egentligen måste jag vända den frågan på huvudet. Jag skulle vilja ta en naturlig mikrobiell gemenskap och sluta göra något, i vissa fall.

Låt oss säga att du till exempel har boskap. De är en betydande källa till global metan som bidrar till den globala uppvärmningen. En del av det är på grund av deras dieter, som ger överskott av energi. Det resulterar i ökat väte, vilket ger mycket metan, och kor släpper ut mycket metan.

Så kan vi gå in och använda riktade syntetiska biologi eller kemiska interferensmetoder för att stoppa produktionen av metan? För att ändra balansen i koens vommen, koens tarmmikrobiella ekosystem? Vi skulle inte bara kunna hämma metanproduktionen, utan också förbättra näringen till djuret, eftersom det är mikrober som styr energiflödet till djuret från maten det äter.

Det är ett komplicerat ekosystem, men specifikt att finjustera det till djurets fördel och planetens fördel är en intressant utmaning och det finns människor som arbetar med det.

J.G .: Jag skulle vilja ta det exakta systemet och applicera det på kol, för att göra mer metan som vi sedan kan fånga upp och pumpa in i människors hem som biobränsle.

TKF: Intressant tanke. Jag har en annan fråga från en tittare, och Jack, jag tror att du är den som ska svara på detta. Hon har experimentella behandlingar som involverar implantering av hälsotarmbakterier i personer med autism. Varför kan detta fungera? Och kommer detta att vara något som vi får se snart?

J.G .: Bakterierna i tarmen påverkar neurologiskt beteende - hur vi beter oss - genom vårt immunsystem. De framkallar ett visst immunsvar i vår tarm, som matar tillbaka på vårt nervsystem för att skapa ett visst karakteristiskt beteende i vår hjärna.

Vi har känt detta i djurmodeller i ett antal år nu. Vi har precis börjat förstå i vilken utsträckning neurologiska sjukdomar, såsom autism, Parkinsons sjukdomar och sjukdomar som Alzheimers, kan hänföras till en störning i bakteriesamhället i någons tarm.

Det har gjorts flera experiment med mycket låga antal barn. I flera fall i Sydamerika och ett antal i Australien har barnen fått en fekal mikrobiomtransplantation, en frisk mikrobiell gemenskap implanterad i deras egen tarm.

Resultaten är varierande och inte precis något som du skulle vilja prova hemma. Men de antyder, i vissa fall, ett gynnsamt resultat där barnets neurologiska störning minskar eller avsevärt reduceras.

Det finns grupper på Cal Tech som genererar probiotika, särskilt bakteriearter, som de hoppas kunna lägga till ett barns kost eller lägga i en kapsel som kan sväljas.De verkar ha en fördel i att minska de neurologiska avvikelser som är förknippade med autism, även om de fortfarande är i sina tidiga dagar.

TKF: Det leder till en annan fråga som jag ville ställa till dig. Jack, du arbetar också med att inkapsla mikrobiomer i någon form av nanostruktur och applicera dem på hem eller kontor. Din förhoppning är att dessa biomer kommer att utsätta människor för mikrobiomer som kommer att hjälpa deras immunsystem att utveckla resistens mot dessa neurologiska problem. Kan du berätta om det?

J.G .: Ja, vi arbetar med djurmodeller just nu. Tänk dig att återskapa strukturer som dessa djur kan interagera med. Föreställ dig att jag bygger dig en byggnad som var biologiskt levande, där väggarna medvetet vimlade av en frisk mikrobiell gemenskap.

Nu har vi bara en mycket begränsad uppfattning om vad hälsosamt betyder, men vad vi gör är att skapa strukturer, 3D-utskrivbara strukturer, impregnerade med vissa näringsämnen. Vi arbetar med Ramille Shah vid Northwestern University för att skapa en 3D-struktur som gör att bakteriegemenskapen kan frodas.

Vi kan sedan introducera dessa strukturer i en musbur. Bakterierna associerade med 3D -ytan kommer att kolonisera musen och minska vissa avvikelser som vi ser hos musen, till exempel ett allergisvar. Så vi har odlat bakterier som kan producera en kemikalie som, när den släpps ut i musens tarm, kommer att bilda en koloni och minska sannolikheten för att musen får en matallergi.

Jag arbetar också med Cathy Nagler vid University of Chicago. Vi hoppas kunna bevisa att vi inte behöver pumpa barn fulla av probiotika. Istället kan vi bara göra om hem, skolor och kanske daghem, så att barn får en lämplig mikrobiell exponering som skulle spegla hur de skulle ha vuxit upp om de befann sig i ett naturligt ekosystem. Förhoppningsvis blir det arkitekturens framtid.

E.B .: Och du vet, som ett möjligt alternativ kan vi skicka våra barn ut för att leka mer.

J.G .: Du har det.

E.B .: Inte dåligt.

Följ alla Expert Voices -frågor och debatter - och bli en del av diskussionen - på Facebook, Twitter och Google+. De åsikter som uttrycks är författarens och återspeglar inte nödvändigtvis utgivarens åsikter. Denna version av artikeln publicerades ursprungligen på WordsSideKick.com.


Vattenmikrobiologi

Vattenmikrobiologi handlar om mikroorganismer som bor i vatten, eller kan transporteras från en livsmiljö till en annan med vatten.

Vatten kan stödja tillväxten av många typer av mikroorganismer. Detta kan vara fördelaktigt. Till exempel ger de kemiska aktiviteterna hos vissa stammar av jäst oss öl och bröd. Samt, tillväxten av vissa bakterie i förorenat vatten kan hjälpa smälta gifterna från vattnet.

Men närvaron av andra sjukdom orsakar mikrober i vatten är ohälsosamt och till och med livshotande. Till exempel bakterier som lever i tarmkanalen hos människor och andra varmblodiga djur, som t.ex. Escherichia coli, Salmonella, Shigella, och Vibrio, kan förorena vatten om avföring kommer in i vattnet. Förorening av dricksvatten med en typ av Escherichia coli känd som O157: H7 kan vara dödlig. Kontamineringen av den kommunala vattenförsörjningen i Walkerton, Ontario, Kanada sommaren 2000 av stammen O157:H7 gjorde 2 000 människor sjuka och dödade sju människor.

Tarmkanalen hos varmblodiga djur innehåller också virus som kan förorena vatten och orsaka sjukdomar. Exempel inkluderar rotavirus, enterovirus och coxsackievirus.

En annan grupp av mikrober som oroar sig för vattenmikrobiologi är protozoer. De två protozoerna som är mest oroande är Giardia och Cryptosporidium. De lever normalt i tarmkanalen hos djur som bäver och rådjur. Giardia och Cryptosporidium bildar vilande och hårda former som kallas cystor under deras livscykler. Cystformerna är resistenta mot klor, som är den mest populära formen av desinfektion av dricksvatten, och kan passera genom filtren som används i många vattenbehandling växter. Om de intas i dricksvatten kan de orsaka försvagande och långvarig diarré hos människor och kan vara livshotande för personer med nedsatt immunförsvar. Cryptosporidium förorening av dricksvattnet i Milwaukee, Wisconsin med 1993 sjuka mer än 400 000 människor och dödade 47 människor.

Många mikroorganismer finns naturligt i färska och saltvatten. Dessa inkluderar bakterier, cyanobakterier, protozoer, algeroch små djur som rotifrar. Dessa kan vara viktiga i näringskedjan som utgör grunden för livet i vattnet. Till exempel kan mikroberna som kallas cyanobakterier omvandla energi av Sol i den energi den behöver för att leva. Det rikliga antalet av dessa organismer används i sin tur som föda för annat liv. Algerna som trivs i vatten är också en viktig födokälla för andra livsformer.

En mängd olika mikroorganismer lever i sötvatten. Området i en vattendrag nära strandlinjen (strandområdet) är väl upplyst, grunt och varmare än andra områden i vattnet. Fotosyntetiska alger och bakterier som använder ljus som energi trivs i denna zon. Längre bort från stranden ligger den limnitiska zonen. Fotosyntetiska mikrober lever också här. När vattnet fördjupas blir temperaturen kallare och syre koncentrationen och ljuset i vattnet minskar. Nu trivs inte mikrober som kräver syre. Istället lila och grönt svavel bakterier, som kan växa utan syre, dominerar. Slutligen, på botten av sötvatten (bottenzonen), överlever få mikrober. Bakterier som kan överleva i frånvaro av syre och solljus, som metanproducerande bakterier, trivs.

Saltvatten presenterar en annan miljö än mikroorganismer. Desto högre salt- koncentration, högre pH, och lägre näringsämnen, släkt med sötvatten, är dödliga för många mikroorganismer. Men saltälskande (halofila) bakterier finns i överflöd nära ytan, och vissa bakterier som också lever i sötvatten finns i överflöd (d.v.s. Pseudomonas och Vibrio). År 2001 visade forskare också att den antika formen av mikrobiellt liv kallas arkebakterier är en av de dominerande livsformerna i hav. Arkebakteriernas roll i havets näringskedja är ännu inte känd, men måste vara av avgörande betydelse.

En annan mikroorganism som finns i saltvatten är en typ av alger som kallas dinoflagellelater. Den snabba tillväxten och förökningen av dinoflagellater kan göra vattnet rött. Denna "röda tidvatten" tömmer vattnet av näringsämnen och syre, vilket kan orsaka många fisk att dö. Dessutom kan människor bli sjuka av att äta förorenad fisk.

Vatten kan också vara ett idealiskt sätt att transportera mikroorganismer från en plats till en annan. Till exempel är vattnet som transporteras i fartygens skrov för att stabilisera fartygen under deras havsresor nu känt för att transportera mikroorganismer runt om i världen. En av dessa organismer, en bakterie som heter Vibrio cholerae, orsakar livshotande diarré hos människor.

Dricksvatten behandlas vanligtvis för att minimera risken för mikrobiell kontaminering. Betydelsen av dricksvattenbehandling har varit känd i århundraden. Till exempel i förkristen tid lagring av dricksvatten i kannor gjorda av metall praktiserades. Nu är den antibakteriella effekten av vissa metaller känd. På samma sätt har kokning av dricksvatten, som ett sätt att skydda vatten, länge varit känt.

Kemikalier som klor eller klorderivat har varit ett populärt sätt att döda bakterier som t.ex. Escherichia coli i vatten sedan början av 1900 -talet. Andra bakteriedödande behandlingar som blir alltmer populära inkluderar användningen av en gas som kallas ozon och inaktivering av mikrobens genetiska material genom användning av ultraviolett ljus. Mikrober kan också fysiskt uteslutas från vattnet genom att vattnet passerar genom ett filter. Moderna filter har hål i dem som är så små att även partiklar lika små som virus kan fastna.

En viktig aspekt av vattenmikrobiologi, särskilt för dricksvatten, är testning av vattnet för att säkerställa att det är säkert att dricka. Vattenkvalitetstester kan utföras på flera sätt. Ett populärt test mäter vattnets grumlighet. Grumlighet ger en indikation på mängden suspenderat material i vattnet. Typiskt, om material som t.ex. jord finns i vattnet så kommer mikroorganismer också att finnas. Närvaron av partiklar även så små som bakterier och virus kan minska vattnets klarhet. Grumlighet är ett snabbt sätt att indikera om vattenkvaliteten försämras, och så om åtgärder bör vidtas för att åtgärda vattenproblemet.


Ord att känna till:

Aciditet - syrakoncentrationen i ett ämne
Alger - en organism som tillhör en grupp som huvudsakligen lever i vatten och inkluderar tången. Alger skiljer sig från växter genom att de inte har riktiga blad, rötter eller stjälkar
Antibiotika - ett naturligt framställt ämne som dödar bakterier, men som inte har någon effekt mot virus, används som läkemedel
Bakterie – encellig mikroorganism
Kolonier - grupper av organismer av samma slag som lever tillsammans och är beroende av varandra
Sjukdomar - medicinska tillstånd hos människor, växter eller djur som inte är ett direkt resultat av fysisk skada
Miljö - alla faktorer som påverkar människors, växters och djurs liv och aktiviteter
Svampar - plural av svamp. En encellig eller mångcellig organism som reproducerar sig genom sporer och lever genom att absorbera näringsämnen från organiskt material.
Generera - att få något till existens eller effekt
Infektioner - överföring av infektiösa mikroorganismer från en person till en annan eller en infekterande mikroorganism
Infektiös - en sjukdom som kan överföras från en person till en annan
Oorganisk - består av mineraler snarare än levande material
Mikroorganismer - en liten organism som ett virus, protozo eller bakterie som bara kan ses under ett mikroskop
Mineraler - ett ämne som förekommer naturligt i stenar och i marken och har sitt eget karakteristiska utseende och kemiska sammansättning
Parasiter - en växt eller ett djur som lever på eller i en annan, vanligtvis större, värdorganism på ett sätt som skadar eller inte har någon fördel för värden
Partikel - en mycket liten bit av något
Protozoer - en encellad organism som kan röra sig
Sfärisk - formad som en sfär
Sporer - en liten, vanligtvis encellig struktur producerad av fröfria växter, alger, svampar och vissa protozoer som kan utvecklas till en ny individ
Upprätthållande - att få något att fortsätta existera
Virus - en mycket enkel mikrob som kräver en värd för att föröka sig


Erhålla ren kultur av mikroorganismer: 6 metoder

Följande punkter belyser de sex bästa metoderna som används för att erhålla ren kultur av mikroorganismer. Metoderna är: 1. Streckplattemetod 2. Häll tallrik metod 3. Metod med spridningsplatta 4. Seriell utspädningsmetod 5. Metoder för isolering av en cell 6. Berikningskulturmetod.

1. Streckplattemetod:

Denna metod används oftast för att isolera rena kulturer av bakterier. En liten mängd blandad kultur placeras på spetsen av en inokuleringsslinga/nål och strimmas över ytan av agarmediet (fig. 16.13). De på varandra följande ränderna “ tunnar ut ” inokulatet tillräckligt och mikroorganismerna separeras från varandra.

Det är vanligtvis tillrådligt att stryka ut en andra platta med samma ögla/nål utan nyympning. Dessa plattor inkuberas för att möjliggöra tillväxt av kolonier. Huvudprincipen för denna metod är att genom strimling upprättas en utspädningsgradient över Petriplattans yta när bakterieceller deponeras på agarytan.

På grund av denna utspädningsgradient sker inte konfluent tillväxt på den del av mediet där få bakterieceller avsätts. Förmodligen är varje koloni avkomma till en enda mikrobiell cell och representerar således en klon av ren kultur. Sådana isolerade kolonier plockas upp separat med hjälp av steril inokuleringsögla/nål och ströks om på nytt medium för att säkerställa renhet.

2. Häll tallriksmetod:

Denna metod innefattar plätering av utspädda prover blandade med smält agarmedium (Fig. 16.14). Huvudprincipen är att späda inokulatet i på varandra följande rör som innehåller flytande agarmedium för att möjliggöra en grundlig fördelning av bakterieceller inom mediet.

Här späds den blandade kulturen av bakterier direkt i rör innehållande smält agarmedium som hålls i flytande tillstånd vid en temperatur av 42-45 ° C (agar stelnar under 42 ° C). Bakterierna och det smälta mediet blandas väl.

Innehållet i varje rör hälls i separata petriplattor, får stelna och inkuberas sedan. När bakteriekolonier utvecklas, finner man att isolerade kolonier utvecklas både inom agarmediet (underjordiska kolonier) och på mediet (ytkolonier). Dessa isolerade kolonier plockas sedan upp med inokuleringsögla och stryks ut på en annan petriplatta för att säkerställa renhet.

Hällplattemetoden har vissa nackdelar enligt följande:

(i) Uppsamlingen av underjordiska kolonier behöver gräva dem ur agarmediet och på så sätt störa andra kolonier, och

(ii) Mikroberna som isoleras måste kunna motstå tillfällig exponering för vätskeagarmediumets temperatur på 42-45 °. Därför visar denna teknik sig olämplig för isolering av psykrofila mikroorganismer.

Hällplattemetoden, förutom dess användning vid isolering av rena kulturer, används emellertid också för att bestämma antalet livskraftiga bakterieceller som finns i en kultur.

3. Bred tallriksmetod:

I denna metod (Fig. 16.15) späds den blandade kulturen eller mikroorganismerna inte ut i det smälta agarmediet (till skillnad från hällplattemetoden) späds den snarare ut i en serie rör innehållande steril vätska, vanligtvis vatten eller fysiologisk saltlösning.

En droppe så utspädd vätska från varje rör placeras på mitten av en agarplatta och sprids jämnt över ytan med hjälp av en steriliserad böjd glasstång. Mediet inkuberas nu.

När kolonierna utvecklas på agarmediumplattorna, konstateras det att det finns några plattor i vilka välisolerade kolonier växer. Detta sker som ett resultat av separering av enskilda mikroorganismer genom att sprida ut droppen utspädd vätska på plattans medium.

De isolerade kolonierna plockas upp och överförs till färskt medium för att säkerställa renhet. I motsats till hällplattemetoden utvecklas endast ytkolonier i denna metod och mikroorganismerna krävs inte för att klara temperaturen hos det smälta agarmediet.

4. Seriell utspädningsmetod:

Som tidigare nämnts används denna metod vanligen för att erhålla rena kulturer av de mikroorganismer som ännu inte framgångsrikt har odlats på fasta medier och bara växer i flytande media.

En mikroorganism som dominerar i en blandad kultur kan isoleras i ren form genom en serie utspädningar. Inokulatet utsätts för serieutspädning i ett sterilt vätskemedium, och ett stort antal rör av sterilt flytande medium ympas med alikvoter av varje på varandra följande utspädning.

Syftet med denna utspädning är att inokulera en serie rör med en mikrobiell suspension så utspädd att det finns några rör som visar tillväxt av endast en enskild mikrob. För enkelhets skull, anta att vi har en kultur som innehåller 10 ml flytande medium, innehållande 1000 mikroorganismer (Fig. 16.16.), Dvs 100 mikroorganismer/ml av det flytande mediet.

Om vi ​​tar ut 1 ml av detta medium och blandar det med 9 ml färskt sterilt flytande medium, skulle vi då ha 100 mikroorganismer i 10 ml eller 10 mikroorganismer/ml. Om vi ​​lägger till 1 ml av denna suspension till ytterligare 9 ml. av färskt sterilt flytande medium skulle varje ml nu innehålla en enda mikroorganism.

Om detta rör visar någon mikrobiell tillväxt, är det mycket hög sannolikhet att denna tillväxt har resulterat från införandet av en enda mikroorganism i mediet och representerar den rena kulturen av den mikroorganismen.

5. Metoder för isolering av en cell:

En individuell cell av önskat slag plockas ut med denna metod från den blandade kulturen och får växa.

Följande två metoder används:

i. Kapillärpipettmetod:

Flera små droppar av ett lämpligt utspätt odlingsmedium sätts på ett sterilt täckglas av en steril pipett som dras till en kapillär. Man undersöker sedan varje droppe under mikroskopet tills man hittar en sådan droppe, som bara innehåller en mikroorganism. Denna droppe avlägsnas med en steril kapillärpipett till färskt medium. Den enskilda mikroorganismen som finns i droppen börjar multiplicera för att ge en ren kultur (bild 16.17).

ii. Mikromanipulatormetod:

Mikromanipulatorer har byggts, som gör att man kan välja en enda cell från en blandad kultur. Detta instrument används tillsammans med ett mikroskop för att plocka en enda cell (särskilt bakteriecell) från ett hängande droppreparat. Mikromanipulatorn har mikrometerjusteringar med hjälp av vilka dess mikropipett kan flyttas åt höger och vänster, framåt och bakåt och upp och ner.

En serie hängande droppar av en utspädd kultur placeras på ett speciellt sterilt täckglas med en mikropipett. Nu söks en hängande droppe, som bara innehåller en enda mikroorganismcell.

Denna cell dras in i mikropipetten genom försiktig sugning och överförs sedan till en stor droppe sterilt medium på ett annat sterilt täckglas. När antalet celler ökar i den droppen till följd av multiplikation överförs droppen till ett odlingsrör med lämpligt medium. Detta ger en ren kultur av den erforderliga mikroorganismen.

Fördelarna med denna metod är att man kan vara ganska säker på att kulturerna kommer från en enda cell och man kan få stammar med i arten. Nackdelarna är att utrustningen är dyr, dess manipulation är mycket tråkig och det kräver en skicklig operatör. Detta är anledningen till att denna metod är reserverad för användning i högt specialiserade studier.

6. Berikningskulturmetod:

I allmänhet används den för att isolera de mikroorganismer som finns i relativt små antal eller som har långsam tillväxthastighet jämfört med de andra arterna som finns i den blandade kulturen.

Anrikningskulturstrategin ger en specialdesignad kulturmiljö genom att införliva ett specifikt näringsämne i mediet och genom att modifiera inkubationens fysiska förhållanden. Mediet med känd komposition och specifikt tillstånd för inkubation gynnar tillväxten av önskade mikroorganismer men är olämplig för tillväxt av andra typer av mikroorganismer.


Först fanns det mikrober. Sedan blev livet på jorden stort.

Hur gick livet från små organismer till stora, komplexa varelser? Forskare ser ledtrådar i fossiler från så långt tillbaka som 570 miljoner år sedan.

Till vänster: FRÅN 508 MILJONER ÅR SEDAN TILL IDAG

På sydost Newfoundlands kust, nära Nordamerikas längsta österut, ligger en udde av klippiga klippor som kallas Mistaken Point. Platsen fick sitt namn från de skeppsvrak den hjälpte till att orsaka i dimmigt väder, när sjökaptenerna misstog det för någon annanstans. Idag representerar det något helt annat: en uppsättning extraordinära ledtrådar, nyligen omtolkade, till ett av de djupaste och mest förbryllande mysterierna om livet på jorden. Efter att ha burit med i mer än tre miljarder år som små, mestadels encelliga saker, varför utbröt livet plötsligt till en mängd komplexa varelser-flercelliga, stora och häpnadsväckande? Även om dessa nya livsformer spred sig över hela världen, med början för minst 570 miljoner år sedan, har de tidigaste bevisen på dem hittats på ett ställe: Mistaken Point. Paleontologer har åkt dit i decennier. Men det experterna tror sig se nu, i små nyanser med stora implikationer, är radikalt och nytt.

En sval höstdag gjorde jag resan till Mistaken Point själv och körde söderut från St. John's, Newfoundlands huvudstad, i en hyrd jeep, längs ett svart band av motorväg genom skogar av gran och gran. Med mig var Marc Laflamme från University of Toronto Mississauga och hans långvariga kollega Simon Darroch, en engelsman baserad vid Vanderbilt University i Nashville.

Vi nådde Mistaken Point under en blå himmel och en gassande sol - sällsynt väder, berättade Laflamme för mig, men det starka vinklade ljuset, särskilt sent på eftermiddagen, hjälpte till att framhäva de subtila fossilerna vi hade kommit för att se.

Vid det ekologiska reservatet Mistaken Point, som inrättats av provinsregeringen för att skydda fossilbäddarna, tog vi en grusväg till en bruten havsbank och klättrade ner. Laflamme pekade på en enda platta av slät, lila grå sten, lutad i cirka 30 grader. En bild i stenen, som en invecklad skugga, föreslog en orms skelett, ett upprepande mönster av revben och ryggrad, cirka tre meter långt. Men det fanns inget skelett här, verkligen inget ben-bara avtrycket av en mjuk kropp, död och begravd på havsbotten för väldigt, väldigt länge sedan. Den simmade inte den kröp inte. Det kunde inte ha levt som vilken organism som helst som lever idag. Den tillhörde en mer oklar period, bebodd av kryptiska, utomjordiska varelser som de flesta inte inser att de någonsin existerat. ”Det här är första gången som livet blev stort”, sa Laflamme till mig när vi knäböjde på berget.

Från en så enkel början

Mysteriet med dessa livsformer, känd som Ediacarans (Ee-dee-AK-arans), börjar i de avlägsna Flinders Ranges i södra Australien, där en ung geolog vid namn Reginald Sprigg, på ett uppdrag att omvärdera de övergivna Ediacara-gruvorna 1946, lade märke till några märkliga intryck i exponerad sandsten sängar. De verkade för honom "antyda maneter". De var inte maneter. Det fanns andra former också, några av dem hade ingen tydlig likhet med någon känd varelse, levande eller utdöd. En figur såg ut som ett fingeravtryck tryckt i sanden.

Sprigg insåg inte (inte heller de som hade hittat liknande figurer i sten tidigare, osäker på vad de skulle göra av dem) att fossilerna var cirka 550 miljoner år gamla – daterade till minst 10 miljoner år innan ett mer känt evolutionärt drama, berömda kambriska explosion. Forskare fram till dess hade trott att den kambriumska explosionen var de punkt när livet på jorden öppnade sig, kaboom, som ett starburst av underbara djur - genomarbetade och betydande varelser (vi kallar dem djur), vars många ättlingar fortfarande finns kvar. Spriggs upptäckt visade sig vara viktigt som en första signal om att den period som nu kallades Ediacaran, inte den kambriska bara följde den, var där sagan om storhet och komplexitet började.

Sedan 1967 lade en doktorand vid namn S. B. Misra märke till en fossilrik platta av lersten vid Newfoundlands Mistaken Point. Några av dess forntida former tycktes stämma överens med ”maneterna” från södra Australien, andra såg ut som fransar, men flera liknade ingenting som vetenskapen kände till. Andra sängar i närheten, som låg på varandra som lager av prekambrisk kaka, visade sig också innehålla rikliga och olika fossiler, bevarade tillsammans som hela samhällen. Många var fortfarande täckta med tunna skorper av fallen vulkanisk aska, som isbildning mellan varje kakskikt. Askan, med spår av radioaktivt uran och blyet som det sönderfaller i, möjliggjorde exakt radiometrisk datering av bäddarna. Mistaken Point -fossilerna, som går 570 miljoner år tillbaka i tiden, är de tidigaste bevisen på jorden om stora, biologiskt komplexa varelser.

Det finns nu mer än 50 olika Ediacaran -former kända, från nästan 40 orter, på alla kontinenter utom Antarktis. Så vad var det, efter miljarder år av endast mikrober som befolkade världen, som gjorde det möjligt för Ediacarans att bli stora och täcka jorden? Och vad föreslår deras storhet om deras inre anatomier, deras matningsmedel, deras sätt att leva?

Innan Ediacaran-former blomstrade på planeten, arbetade evolutionen i en mestadels mikroskopisk skala, hålls i schack av brist på syre, det element som driver djurens ämnesomsättning. Tack vare marina bakterier som genererade syre som en produkt av fotosyntes steg gasnivåerna för cirka två miljarder år sedan men förblev relativt låga i ytterligare en miljard år. Sedan, för mellan 717 miljoner och 635 miljoner år sedan, inträffade en serie istider, så utbredda och svåra att de kan ha frusit över hela planeten, en situation som vissa forskare kallar en "snöbollsjord". Under den tiden ökade syrehalten igen, av skäl som fortfarande är dåligt förstådda.

Den stora frysningen slutade när vulkanutbrott spydde ut koldioxid i atmosfären, vilket skapade en tidig växthuseffekt som värmde planeten och tinade haven. En annan kort glaciation för omkring 580 miljoner år sedan, känd som Gaskiers, var kanske inte global, men den satte bland annat Newfoundland i en djupfrysning. Alla dessa förändringar föregick det tidigaste uppträdandet av Ediacarans i fossilregistret. Var de orsaker av vad som hände sedan? Tillät slutet på glaciärerna, en ökning av tillgängligt syre och utvecklingen av mer komplexa celler Ediacarans att blomma ut, som vårens första krokusar? Kanske.

Lika gåtfullt är deras förhållande till livet idag. En framstående tysk paleontolog, Adolf Seilacher, tilldelade dem ett helt eget rike, som skiljer sig från djurriket, på grund av vad han kallade deras "unika, quiltade typ av biologisk konstruktion", så annorlunda än de flesta flercelliga djur. Den "quiltade" effekten verkade erbjuda strukturell stabilitet som kan ha kompenserat för frånvaron av ett skelett. Kanske hjälpte quiltningen och de frodiga formerna också till att maximera ytan, så att de bättre kunde absorbera näringsämnen genom huden.

Näring skulle ha varit problematisk för Ediacaranerna, eftersom så långt fossila bevis visar att nästan ingen av dem hade en mun. De hade ingen tarm, inget anus. Inget huvud, inga ögon, ingen svans. I vissa fall fanns det en sorts förankringsknopp eller skiva i ena änden, nu känd som en hållare, som grep tag i havsbottnen och lät bladen svänga uppåt i vattnet. Många havsbottenområden vid den tiden var belagda med tjocka mikrobiella mattor, vilket hjälpte till att stabilisera sedimenten som ett lager knaprig jord. Men bladet var inte en växt - fotosyntesen kunde inte ha gett den näring - eftersom många Ediacaraner bodde på djupet, tusentals meter under vattnet, där ljus inte trängde in.

Om de inte kunde äta och de inte kunde fotosyntetisera, hur fick de näring? En form, en snigelliknande sak som kallas Kimberella, kan ha repat upp och svalt (den här hade en mun, stor fördel!) näring från de mikrobiella mattorna under den. Men den ledande hypotesen för de flesta Ediacarans är osmotrofi, ett fint ord för en mycket grundläggande process: upptaget av lösta näringsämnen genom osmos, eller absorption genom deras yttre membran. Det var kanske tillräckligt bra i en enklare värld vid en enklare tid, men det hade varit en fattig näring. Vissa forskare har fokuserat på en annan fascinerande aspekt av många Ediacarans: deras finare arkitektur. Vid ett ögonkast ser de quiltade ut, men en noggrann inspektion avslöjar att deras struktur är fraktal. Det vill säga liknande mönster upprepar sig i allt mindre skalor. En stor frans bestod av mindre blad, och de mindre bladen bestod av ännu mindre blad, alla liknande förutom storlek. Grundformen ekar sig själv i tre eller fyra skalor. Möjligen hjälper den fraktala strukturen att förklara hur de kunde växa sig stora. Det gav viss styvhet, det maximerade ytan och kanske återspeglade det en genetisk genväg. En enkel formel i genomet kan ha specificerat: Bygg en liten frondy enhet, upprepa sedan den operationen om och om igen, lägg till en på en annan för att göra mig stor.

Den här typen av fraktalstruktur visade sig i den ormlika varelsen Marc Laflamme och jag såg i den lila gråstenen vid Mistaken Point. Det visas också i ett antal andra Ediacarans, kollektivt kallade rangeomorphs, uppkallade efter ett namibiskt exemplar av formen, känd som Rangea. Under vår dag på Newfoundland -klipporna styrde Laflamme mina ögon på många fler rangeomorfer, oansenliga från 10 fot bort men läskiga när de ses noga. Här var Beothukis mistakensis, en paddelformad frond, uppkallad efter sin upptäcktsort. Där borta fanns Fractofusus, en spindelformad form, avsmalnande i båda ändar. Den bodde platt på havsbotten. När döden kom till ett samhälle av Ediakaraner, som när en snöstorm av vulkanisk aska slog sig ner genom havsvattnet för att kväva dem eller en lavin av sediment kom från en brant sluttning för att begrava dem, krossades ibland de vertikala, frodiga sakerna (som fossila bevis visar), men Fractofusus spindlar verkar ha dött försiktigt där de låg.

Även om dessa rangeomorphs dominerade djuphavsekosystemet vid Mistaken Point i miljontals år och blomstrade på andra håll i något grundare vatten, försvann de alla och lämnade inga kända ättlingar. I början av Kambriumperioden för 541 miljoner år sedan, eller strax efter, hade de nästan helt försvunnit från fossilregistret som vi känner det. Därför har vissa forskare föreslagit att Ediacarans representerar "misslyckade experiment" i den tidiga utvecklingen av flercelligt liv.

Varför gjorde Ediacarans plötsligt försvinner? Var utrotningen absolut, eller fanns det ättlingar i olika former? Och om slutet inte var så abrupt och komplett, vad slutade Ediacarans som Ediacarans, som dog av art efter art i dunkelhet?

Laflammes kollega Simon Darroch har erbjudit ett möjligt svar. På eftermiddagen av vårt besök i Mistaken Point, sträckte Darroch in sig i sitt dagspaket och tog fram en överraskning: små bitar av platt brun sten från de sena Ediacaran-bäddarna som han studerar i Namibia. Han hade tagit med dem från sitt labb i Vanderbilt för att visa mig några spår av fossiler. Ett spårfossil, till skillnad från ett kroppsfossil, registrerar spår av djuraktivitet – att röra sig, tugga, göra avföring – som bevarat i sten. Det är ett register över beteende, inte om kroppslig form. Alla sådana spår är anmärkningsvärda under Ediacaran -perioden, eftersom de flesta Ediacarans inte kunde göra dessa saker: flytta, tugga eller göra avföring.

"Detta är ett mycket statiskt, fastsittande ekosystem," sa Darroch, med hänvisning till en berömd rik tidig Ediacaran fossilbädd som vi stod på.

Den senare Ediacaran, som avslöjades i namibiska klippor, var mycket annorlunda. En stor skillnad, sade han, var att ”för första gången har vi komplexa grävningar”. Experter är oense om precis när de invecklade mönstren för grävande varelser först uppträdde, men av alla bedömningar signalerade dessa spår en stor förändring från Ediacaran till Cambrian. Ormiga varelser hade länge slingrat sig längs med havsbotten nu tunnlade de ner i den också. Darroch visade mig en liten platta markerad med streckade linjer. "De är på ytan, och de försvinner, sedan kommer de upp till ytan igen." Det var ett bevis på en organism med komplicerad muskulatur, så att den kunde röra sig i tre dimensioner. Om den rörde sig på det sättet hade den en främre och en bakre ände. På framsidan, förmodligen en mun. I munnen, kanske tänder. Dessa var exceptionella nya verktyg och kapacitet vid den tiden. Maskarna kröp in, maskarna kröp ut, störde de mikrobiella mattorna, mumsade möjligen direkt på Ediacarans. I en färsk tidning har Darroch och hans medförfattare (ledda av James Schiffbauer, och inklusive Laflamme) kallat denna tidiga kambriska tid för "Wormworld". Det var ingen plats för Ediacarans.

Maskighet var inte den enda faktorn som förde Ediacarans glömska och utlöste den kambriska explosionen – det fanns också förändringar i havets kemi som gjorde att djur kunde förvärva hårda delar (kalciumrika skelett, tänder och skal), en allmän ökning av tillstånden. rörlighet (inte bara grävande), och ökningen av rovvana, bland annat. Men den övergångstidens slarvighet, i slutet av Ediacaran -perioden, kan ha spelat en avgörande roll. Några veckor efter vår Mistaken Point -utflykt pratade jag med James Gehling, en ledande forskare i Ediacaran. Gå upp till Flinders Ranges i södra Australien, nära Ediacara Hills, berättade han per telefon från sitt kontor i Adelaide, och titta på den första bildandet av kambriska sedimentära lager. "Det är bara schweizisk ost." Grävde igenom genom maskiga varelser som hade kavlat sanden och ”återvunnit” de mjuka Ediacarans. "Det är där kambrium börjar", sa Gehling. "Muskulaturens tillkomst för att gräva."

Guy Narbonne, vid Queen's University i Ontario, håller till stor del med vikten av att gräva. Men tillsammans med sin doktorand Calla Carbone har han tagit Wormworld ett steg längre. Baserat på noggrann analys av spårfossiler från sena Ediacaran och tidigt kambrium, märkte Narbonne och Carbone en signifikant skillnad i hur dessa maskiga varelser vände sig. Vid den tidiga kambrium blev grävande djur mer systematiska i sina sökningar efter mat, liksom mer muskulösa. De varierade mer effektivt, spårade resurserna bättre och korsade sina egna spår mindre. "Det återspeglar utvecklingen av brainness," berättade Narbonne för mig. "Vår tolkning," tillade han, "är att den kambriumska explosionen är när beteendet blev kodat på genomet." De kallade det pappret "När livet blev smart."

De flesta experter håller med om att smartness, även på en nivå som uttrycks av en primitiv mask, inte var en skiftnyckel i Ediacaran verktygssats. Dessa varelsers genom kan ha kodats för fraktal upprepning - åtminstone i rangeomorphs, där det gav en enkel sorts komplexitet - men inte för lyhördhet för omständigheter eller effektivitet. Ändå är det en felaktig poäng att avfärda Ediacarans som dömda. Människor gjorde det misstaget med dodon, när de stämplade det som ett emblem av olycklig dumhet. Men den riktiga dodo, Raphus cucullatus, en stor, flyglös, fruktätande fågel som var endemisk till ön Mauritius, hade trivts i sitt fridfulla hem i många tusen år – tills Homo sapiens och andra rovdjur anlände. På samma sätt Ediacarans, med sina egna nya hot. Du kan kalla dem "misslyckade experiment" i evolutionen om du vill, men de lyckades och blomstrade, inom sina föredragna men utmanande miljöer, i mer än 30 miljoner år. Vi människor borde vara så ståndaktiga och lyckliga.


Aerob nedbrytning

När organiska material sönderfaller i närvaro av syre kallas processen “aerobic.” Den aeroba processen är vanligast i naturen. Det sker till exempel på markytor som skogsbotten, där spillning från träd och djur omvandlas till en relativt stabil humus. Det finns ingen åtföljande dålig lukt när det finns tillräckligt med syre.

Vid aerob nedbrytning lever levande organismer, som använder syre, på det organiska materialet. De använder kväve, fosfor, en del av kolet och andra nödvändiga näringsämnen. Mycket av kolet fungerar som en energikälla för organismerna och bränns upp och andas ut som koldioxid (CO0)2). Eftersom kol fungerar både som en energikälla och som ett element i cellens protoplasma behövs mycket mer kol än kväve. I allmänhet andas cirka två tredjedelar av kolet som CO2, medan den andra tredjedelen kombineras med kväve i de levande cellerna. Men om överskottet av kol över kväve (C:N-förhållande) i organiskt material som bryts ned är för stort, minskar den biologiska aktiviteten. Flera cykler av organismer krävs sedan för att bränna det mesta av kolet.

När några av organismerna dör blir deras lagrade kväve och kol tillgängligt för andra organismer. Eftersom andra organismer använder kvävet från de döda cellerna för att bilda nytt cellmaterial, omvandlas återigen överskott av kol till C02. Därmed minskar mängden kol och den begränsade mängden kväve återvinns. Slutligen, när förhållandet mellan tillgängligt kol och tillgängligt kväve är i tillräcklig balans, frigörs kväve som ammoniak. Under gynnsamma förhållanden kan en del ammoniak oxideras till nitrat. Fosfor, kaliumklorid och olika mikronäringsämnen är också viktiga för biologisk tillväxt. Dessa finns normalt i mer än tillräckliga mängder i komposterbara material och utgör inga problem.

Vid kompostering frigörs mycket energi i form av värme vid oxidation av kolet till C02. Till exempel, om en gram-molekyl glukos dissimileras under aeroba förhållanden, kan 484 till 674 kilo kalorier (kcal) värme frigöras. Om det organiska materialet ligger i en hög eller på annat sätt är anordnat att ge viss isolering, kommer materialets temperatur att stiga till över 170 ° F. Om temperaturen överstiger 162 ° F till 172 ° F, minskar dock bakterieaktiviteten och stabiliseringen saktas ner.

Ursprungligen koloniserar mesofila organismer, som lever i temperaturer från 50 ° F till 115 ° F, i materialen. När temperaturen överstiger cirka 120 ° F, utvecklar och ersätter termofila organismer, som växer och trivs i temperaturintervallet 115 ° F till 160 ° F, de mesofila bakterierna i sönderdelningsmaterialet. Endast ett fåtal grupper av termofiler utövar någon aktivitet över 160 ° F.

Oxidation vid termofila temperaturer sker snabbare än vid mesofila temperaturer, och därför krävs en kortare tid för sönderdelning (stabilisering).De höga temperaturerna kommer att förstöra patogena bakterier, protozoer (mikroskopiska encelliga djur) och ogräsfrön, som är skadliga för hälsan eller jordbruket när den slutliga komposten används.

Aerob oxidation av organiskt material ger ingen stötande lukt. Om lukter märks är processen antingen inte helt aerob eller så finns det speciella förhållanden eller material som skapar en lukt. Aerob nedbrytning eller kompostering kan åstadkommas i gropar, korgar, staplar eller högar, om tillräckligt syre tillhandahålls. Att vända materialet med intervall eller andra tekniker för att tillsätta syre är användbart för att upprätthålla aeroba förhållanden.

Komposthögar under aeroba förhållanden uppnår en temperatur på 140 ° F till 160 ° F på en till fem dagar beroende på materialet och tillståndet för komposteringsoperationen. Denna temperatur kan också bibehållas i flera dagar innan ytterligare luftning. Värmen som är nödvändig för att producera och bibehålla denna temperatur måste komma från aerob nedbrytning som kräver syre. Efter en tid blir materialet anaerobt om det inte luftas.

I den här handboken kommer termen “aerob kompostering” att användas i dess allmänt accepterade betydelse av den processen. Det kräver en avsevärd mängd syre och producerar inga av de karakteristiska egenskaperna för anaerob förruttnelse. I sin moderna mening kan aerob kompostering definieras som en process där, under lämpliga miljöförhållanden, aeroba organismer, huvudsakligen termofila, använder avsevärda mängder syre för att bryta ner organiskt material till en ganska stabil humus.


Hur sprids mikrober från en liten plats till en mycket stor plats? - Biologi

Ett experiment för att införliva Lux Operon-innehållande plasmider i E. coli-bakterien genom uppmuntrad transformation.

Genetisk transformation är "en process genom vilken det genetiska materialet som bärs av en enskild cell förändras genom inkorporering av främmande (exogent) DNA i dess genom" (MedicineNet1999). Det finns många sätt att bakteriellt DNA kan förändras, inklusive transduktion och konjugering, men vi kommer att använda transformationsprocessen för att ändra E. coli -genomet. En plasmid är en "liten cirkulär bit av DNA i bakterier som liknar den bakteriella cirkulära kromosomen, men är dispenserbar. Vissa bakteriestammar innehåller många plasmider och andra innehåller inga. Plasmider används ofta inom genteknik som kloningsvektorer” (Bowden, 2008). En operon är kombinationen av en promotor, operatör och gener. Operatören sitter mellan promotorn och generna som en form av negativ reglering. Allosteriska inhibitorer kan binda till operatören och därigenom blockera transkriptionen av den genen. Operoner av detta slag finns bara i bakterier. Lux-operonen, som vi kommer att använda och som finns av plasmiden som introduceras som kallas pVIB, har på sig en gen som kodar för Luciferas som har egenskapen att möjliggöra bioluminescens. "Lux-operon kodar gener för självreglering och för produktion av självlysande proteiner" (Lux, 2008).

Konceptet bakom experimentet är att vi kan få oberoende plasmider att passera genom E. coli-bakteriernas membran för att inkorporeras som en del av dess genom, men fortfarande som en plasmid. Plasmiderna ges till oss som oberoende enheter utanför vilken cell som helst. Genom en rad processer kommer vi att försöka införliva plasmiderna i E. coli-bakterierna. Plasmiderna vi kommer att använda innehåller Lux-operonet och en resistens mot antibiotikumet Ampicillin. Genen som kodar för Ampicillinresistensen kallas "amp r". Under experimentet kommer vi att placera de två typerna av bakterier, med och utan plasmiden, i lösningar av bara LB Agar och LB Agar och Ampicillin. Vi antog att bakterierna med plasmiden (+plasmid) skulle överleva i både LB-agar- och LB-agar/Ampicillin-lösningarna, också att bakterierna utan plasmiden (-plasmiden) bara skulle överleva i den bara LB-agarskålen.

1. Beskriv, på cellulär/molekylär nivå, de exakta stegen som är involverade i värmechock. Det vill säga, hur kan vi tvinga en bakteriecell att ta upp en plasmid?

Cellmembranet är ett fosfolipiddubbelskikt som har negativt laddade fosfatgrupper vid huvudena. Även om zonerna för tillträde till främmande DNA är tillräckligt stora, stöter de negativt laddade fosfatgrupperna naturligt ner de negativt laddade fosfatstommarna i DNA -plasmiden och stoppar dess induktion. Vi tillsätter kalciumkloridmolekyler till blandningen så att positiva kalciumjoner kan neutralisera de negativa laddningarna och därigenom tillåta induktion av plasmiderna i cellen. För att bättre neutralisera laddningarna kylde vi cellerna och stabiliserade membranet ytterligare. Temperaturen i cellen blir sval. Sedan värmechockar vi lösningen, vilket skapar en obalans i temperatur över membranet och följaktligen en ström in i cellen, vilket för in plasmiden i cellen.

2. Om någon av förutsägelserna angående bakterietillväxt som gjorts i övervägandena före labbet skilde sig från dina observerade resultat, beskriv dem och förklara varför du tror att du fått dessa resultat

De förutsägelser jag gjorde i övervägandena före labbet är på pappret korrekta, men vissa stämmer inte överens med det jag observerade. Det betyder att något kan ha gått fel under experimentet. Jag förutspådde att en -plasmidbakterie som sattes i en tallrik som bara innehöll LB Agar skulle överleva men helt klart inte vara självlysande på grund av frånvaron av pVIB och följaktligen Lux -operon. Jag observerade att inga bakterier av något slag växte i den tallriken. Bakterierna hade troligen dött innan de kunde odla ordentligt. Jag hade också problem med +plasmidbakterierna som växte i LB Agar/Ampicillin-plattan. Vi fick en enda koloni att växa så det fungerade, men de växte i allmänhet inte. Den ena kolonin som gjorde det var faktiskt självlysande. Inget gick fel med proceduren eftersom den fungerade. Det kan ha funnits miljöfaktorer som kontaminering som påverkar odlingen av bakterierna i de två plågade plattorna.

3. Vad väljer du för i det här experimentet? (dvs vad gör att du kan identifiera vilka bakterier som har tagit upp plasmiden?)

Vi kunde identifiera vilka bakterier som har tagit upp plasmiden eftersom de som inte har det varken kommer att ha ampicillinresistens eller vara bioluminescerande eftersom Lux -operon är en del av pVIB -plasmiden. Plasmiden överlever endast i frånvaro av ampicillin. Plasmiden +kommer att överleva runt ampicillin och i avsaknad av det. Så de bakterier som är självlysande och inte dödas av Ampicillin är de som har inkorporerat plasmiden vi introducerade.

4. Transformationseffektivitet uttrycks som antalet antibiotikaresistenta kolonier per μg plasmid-DNA. Syftet är att bestämma massan av plasmid som spreds på experimentplattan och som därför var ansvarig för transformanterna) antalet observerade kolonier. Eftersom transformation är begränsad till endast de celler som är kompetenta, ökar inte mängden plasmid nödvändigtvis sannolikheten för att en cell kommer att transformeras. Ett prov av kompetenta celler är vanligtvis mättat med tillsats av en liten mängd plasmid, och överskott av DNA kan faktiskt störa transformationsprocessen.

a. Bestäm den totala massan (i μg) av den använda plasmiden. Kom ihåg att du använde 10 μL plasmid i en koncentration av 0,005 μg/μL.

10 μL plasmid X 0,005 μg/ μL = 0,05 μg plasmid

b. Beräkna den totala volymen av beredd cellsuspension.

250 μL CaCl2 + 250 μL LB + 10 μL plasmid -DNA + ca 5 μL E. coli = cirka 515 μL cellsuspension

c. Beräkna nu fraktionen av den totala cellsuspensionen som spreds på plattan.

100 μL spridning/515 μL totalt = .1942

d. Bestäm massan av plasmid i cellsuspensionen.

0,05 μg plasmid X .1942 = ,00971 μg plasmid

e. Bestäm antalet kolonier per μg plasmid-DNA. Uttryck ditt svar i vetenskaplig notation. Detta är din transformationseffektivitet.

1 koloni / .00971 μg plasmid = cirka 103 kolonier / μg plasmid

Transformationseffektivitet: 1,0 X 10 2 kolonier per μg plasmid

5. Vilka faktorer kan påverka transformationseffektiviteten? Förklara effekten av varje faktor du nämner.

Om någon mängd av något givet element från experimentet ändras, till exempel om koncentrationen av plasmiden är mer eller mindre, resultaten och transmissionseffektiviteten. Mängden kontakt mellan plasmid och bakterier påverkar överföringseffektiviteten. Om det inte finns många bakterier men det finns mycket plasmid och mer plasmid tillsätts, kommer överföringseffektiviteten att sjunka eftersom för stora mängder plasmid med begränsade små mängder bakterier inte ökar transformationerna med antalet möjliga transformationer. Det finns också en känslig balans när det gäller värmechocker. Bakterierna dör om temperaturen är för hög men tanken på värmechockterapi, där gradienten i värme orsakar strömmen, fungerar inte om temperaturen är för låg. Exponeringstiden för värmechocken är också en faktor eftersom överdriven exponering kan negativt påverka bakterierna och plasmiden.

Den ursprungliga hypotesen jag hade var att -plasmidbakterierna endast skulle överleva i frånvaro av ampicillin på grund av bristen på resistens som ligger på pVIB-plasmiden. Jag antog också att +plasmidbakterierna skulle överleva i alla situationer och vara självlysande, även i närvaro av antibiotikumet ampicillin. Mina resultat visade att -plasmiden E. coli inte växte i närvaro eller frånvaro av ampicillin. Den borde ha växt i frånvaro av ampicillin. Mina resultat visade också att +plasmiden E. coli växte i både närvaro och frånvaro av ampicillin. +Plasmiden E. coli växte inte särskilt mycket i närvaro. Endast en självlysande koloni överlevde. Jag tänker inte revidera min ursprungliga hypotes eftersom hypotesen följer vad som av naturen borde ha hänt om experimentet hade gjorts korrekt. Jag misstänker att plattorna kan ha utsatts för miljön för länge under experimentet och utsatts för kontaminering.


Titta på videon: Repair Excavator Quick Hitch. Line boring u0026 Welding (Februari 2023).