Estudia

• Estudiar el paper dels microorganismes en la Biosfera, tractant tant la degradació ambiental causada per l’activitat bacteriana com les possibles aplicacions ambientals dels microorganismes. Estudiar la importància de l’activitat microbiana en el tractament de residus, aigües residuals, recuperació de metalls, degradació de compostos tòxics i biodeterioració. Revisar la metodologia aplicada en aquesta disciplina, les tècniques de mostreig, d’observació, aïllament i identificació dels diferents microorganismes que podem trobar en la natura. Introduir l'alumne en els principals aspectes de la salut pública i de la problemàtica ambiental des del punt de vista microbiològic.

1. I. Introducció a la Microbiologia Ambiental

2. 1. La Microbiologia Ambiental. Objectius i desenvolupament d’aquesta disciplina científica. Funció dels microorganismes a la natura. Impacte dels microorganismes en el medi ambient i en l’activitat humana.

3. 2. Els microorganismes: estructura i funció. El món dels microorganismes. Procariotes, eucariotes i virus. Estructura de la cèl.lula procariota. Creixement bacterià. El material genètic. Mecanismes d’intercanvi genètic.

4. 3. Diversitat metabòlica i taxonòmica dels procariotes. Metabolisme: anabolisme i catabolisme. Mecanismes per a l’obtenció d’energia. Grups metabòlics de microorganismes. Taxonomia i filogènia dels procariotes. Diversitat microbiana i evolució.

5. 4. Factors ambientals que afecten les poblacions microbianes. Limitacions abiòtiques del creixement bacterià. Efectes de la temperatura, pressió, pH, redox, salinitat i radiació. Efectes de la concentració de nutrients, O2 i CO2. Activitat microbiana i modificació de les condicions ambientals.

6. 5. Estructura i dinàmica de les comunitats microbianes. Conceptes ecològics. Estratègies poblacionals. Microhàbitats. Superfícies, interfases i gradients. Estructura de les comunitats microbianes. Diversitat i estabilitat. Colonització i successió. Interaccions entre microorganismes. Interaccions dels microorganismes amb les plantes i els animals.

7. 6. Mètodes en Microbiologia Ambiental (I). Mètodes d’obtenció de mostres en diferents ambients. Tècniques microscòpiques per a l’observació i recompte de microorganismes. Recompte de bacteris viables. Mesura de la biomassa.

8. 7. Mètodes en Microbiologia Ambiental (II). Enriquiment, aïllament i cultiu de microorganismes. Identificació i proves bioquímiques. Estudi de l’activitat microbiana. Tècniques isotòpiques. Isòtopos radioactius i isòtops estables.

9. 8. Mètodes en Microbiologia Ambiental (III). Mètodes immunològics. ELISA. Tècniques basades en els àcids nucleics. La PCR. Clonatge i seqüenciació. Disseny i utilització de sondes moleculars. Aplicacions per a la detecció, identificació i quantificació de microorganismes.

10. II. Els microorganismes en el medi ambient i les seves conseqüències

11. 9. Els microorganismes en els ecosistemes aquàtics. Ambients aquàtics: rius, llacs i oceans. Característiques i tipus de microorganismes. Principals grups tròfics. Ambients planctònics i bentònics. Distribució dels microorganismes. Sediments. Interaccions sediment-aigua.

12. 10. Contaminació microbiològica. El medi ambient com a vehicle de transmissió de malalties. Vectors, factors de supervivència, mecanismes de dispersió. Microbiologia de les aigües públiques. Microorganismes patògens i malalties associades. Microorganismes indicadors. Tècniques d’anàlisi i normativa vigent. Contaminació vírica. Mètodes de desinfecció. Salut pública.

13. 11. Els microorganismes en el sòl. Estructura del sòl. Microhàbitats per als microorganismes. La rizosfera. Grups microbians predominants. Distribució i heterogeneitat. Funcions dels microorganismes en el sòl. Exoenzims. Fixació simbiòtica de N2.

14. 12. Els microorganismes en altres ambients. Microbiologia del subsòl. Activitat microbiana en sub-superfície. Els microorganismes a l’aire. Bioaerosols. Transmissió aèria de microorganismes. Microorganismes d’ambients extrems. Fonts termals. Ambients hipersalins. Surgències termals submarines.

15. 13. Els microorganismes i els cicles biogeoquímics. Importància de l’activitat microbiana en el desenvolupament dels cicles biogeoquímics. Els cicles del C, H i O: mineralització i descomposició de la matèria orgànica, el cicle del metà. El cicle del N: nitrificació, desnitrificació i fixació de N2. El cicle del S: reducció de sulfats, oxidació aeròbia i anaeròbia de sulfurs. Altres transformacions biogeoquímiques.

16. 14. Biodegradació, degradació ambiental i biodeterioració. Processos microbians de descomposició de matèria orgànica. Limitacions als processos de biodegradació. Eutrofització i anòxia. Mobilització de compostos insolubles. Els microorganismes i el canvi global. Efecte hivernacle. Pluges àcides. Contaminació de les aigües subterrànies. Biopel.lícules i biodeterioració. Bacteris implicats en els processos de corrosió dels metalls. Mecanismes, efectes i factors implicats. Efectes dels microorganismes en la meteorització. Biodeterioració de pedres.

17. III. Aplicacions ambientals dels microorganismes

18. 15. Microbiologia del tractament de residus. Depuració biològica d’aigües residuals. Metabolismes bacterians implicats en els processos aeròbics i anaeròbics de tractament d’aigües. Eliminació de Nitrogen. Tractaments terciaris. Reutilització d’aigües residuals. Tractament microbiològic de residus sòlids. Efecte de les condicions ambientals en el compostatge.

19. 16. Bioremediació de contaminants orgànics i xenobiòtics. Degradació microbiana de midó, cel.lulosa, lignina i pectines. Enzims implicats. Degradació d’hidrocarburs alifàtics i aromàtics. Bioeliminació del petroli. Xenobiòtics: característiques, persistència i biomagnificació. Degradació de polímers sintètics i de compostos organoclorats. Proves de biodegradabilitat. Importància de la transferència gènica. Alternatives a la utilització de plàstics sintètics.

20. 17. Interacció dels microorganismes amb els metalls. Disponibilitat dels metalls en el medi ambient. Toxicitat i resistència als metalls en els bacteris. Transformacions microbianes dels metalls tòxics: el cas del mercuri. Bioremediació dels metalls. Utilització de microorganismes en la recuperació de metalls. Activitat metabòlica de Thiobacillus ferrooxidans. Utilització en mineria: lixiviació microbiana. Conseqüències ambientals.

21. 18. Utilització de microorganismes en l’agricultura. Mobilització de nutrients en sòls agrícoles. Interaccions positives a la rizosfera. Bacteris promotors del creixement vegetal. Producció de fitohormones. Agents de nodulació i fixació simbiòtica de N2. Millora genètica. Control biològic: alternatives a l’ús de pesticides convencionals. Agents microbians de biocontrol i mecanismes ecològics implicats. Insecticides bacterians: toxines de Bacillus thuringensis i Photorhabdus sp.

22. 19. Manipulació genètica de microorganismes. Mutacions. Principals agents mutagènics i carcinogènics: control i detecció. Camps d’aplicació de les tècniques de DNA recombinant. Manipulació genètica de microorganismes: GMO. Impacte ambiental i riscos.

Activitats d'avaluació:

Mètodes docents:
Classes teòriques i pràctiques de laboratori.
Tipus d'exàmens:
La qualificació final de l'assignatura (4,5 crèdits teòrics + 1,5 crèdits pràctics) es realitzarà en base a un examen i un treball científic realitzat durant les pràctiques. L’examen teòric constarà de preguntes que permetin demostrar a l’alumne no tant la seva memorística sinó la seva capacitat de comprensió, síntesi i relació dels diferents conceptes de l’assignatura. Les pràctiques s'avaluen amb unes preguntes a l'examen final i amb la realització d'una memòria o un informe detallat dels resultats i de la seva interpretació. Els continguts teòrics estan valorats amb un 70% de la qualificació final i les pràctiques amb un 30% (20% amb les preguntes de l'examen i 10% amb l'informe de pràctiques).

Prerequisits:
Per cursar aquesta assignatura és convenient tenir uns coneixements bàsics de microbiologia general, especialment d'estructura i metabolisme bacterians.