Tantárgy neve Környezeti mikrobiológia Tantárgy kódja KVB 1215 Meghirdetés féléve III. Kreditpont 1 Összóraszám (elm+gyak) 2+0 Számonkérés módja Koll. Előfeltétel (tantárgyi kód) KVB 1306., KVB 1303 Tantárgyfelelős neve Dr. Vincze György Tantárgyfelelős beosztása Főiskolai docens 1. A tantárgy általános célja és specifikus célkitűzései A kurzus célja a mikroorganizmusok környezetünkben betöltött szerepének bemutatása, illetve elemzése. A tárgyalt témák ismeretanyagát elsajátítva a hallgatók képesek lesznek áttekinteni egy adott környezeti változás hatását a környezet mikroflórájának vonatkozásában. Megismerkednek a mikroszervezetek olyan anyagcsere-folyamataival, amelyek a környezet állapotának romlásához vezetnek. Mindezt tetézhetjük olyan antropogén tevékenységgel, amely megteremti ezeknek a mikrobiológiai folyamatoknak az alapját. Ugyanakkor betekintést kapnak a mikroszervezetek alkalmazhatóságának széles skálájába, amelyek lehetőséget kínálnak a környezet állapotának javítására. 2. A tantárgy tartalma A mikrobiológia tárgya, felosztása. A mikroorganizmusok felosztása szerveződési szintek szerint: a prokariota és eukariota szerveződés összehasonlítása. A mikroorganizmusok legfontosabb csoportjai: vírusok, baktériumok, cianobaktériumok, algák, élesztő- és penészgombák, protozoák. A baktériumok morfológiája: a kokkuszok, bacillusok és a spirillumok. A baktériumsejt szerkezeti elemei és funkciói. A Gram szerinti felosztás: a baktériumok sejtfalának felépítése. A baktériumok táplálkozása, esszenciális metabolitok. A baktériumok növekedésének körülményei: a ph, a hőmérséklet és az oxigén-koncentráció szerepe. A baktériumkultúrák növekedésének követése, a szaporodási görbe és értelmezése. A mikroorganizmusok felosztása anyagcsere-folyamataik alapján: az anabolikus és katabolikus folyamatok áttekintése. A fotoszintézis típusai: a cianobaktérium és nem cianobaktérium típusú fotoszintézis mechanizmusa. Az energiatermelés fermentatív lehetőségei. A biológiai
oxidáció: az aerob és anaerob légzés, a potenciális elektronakceptorok felhasználhatósága. Energianyerés a terminális oxidációban, a Mitchell-féle kemiozmotikus elmélet. A mikroorganizmusok természetes élőhelyei, a talaj, a víz és az atmoszféra. A mikroorganizmusok túlélési lehetőségei az atmo-ökoszférában. A mikroorganizmusok élőhelyei az édesvizekben: életformák a litorális, a pelágikus és a bentikus régiókban. A tengerek és óceánok anyagforgalma, és a mikrobiális életformák kapcsolata. A talaj mikrobiális aktivitása: a talaj főbb típusai, szerkezete, szervetlen és szerves alkotói. A humusz keletkezése és mikrobiális mobilizálhatósága. A talajok mikrobiális közösségei. Kölcsönhatások a mikrobiális populációkon belül és a populációk között: kooperatív és kompetitív viszony egy populáció egyedei között; neutralizmus, kommenzalizmus, kometabolizmus, szinergizmus, szimbiózis, kompetíció, antagonizmus, parazitizmus és predáció jelensége a mikroorganizmusok világában. Mikroorganizmusok szerepe az elemek biogeokémiai ciklusaiban. A szén, hidrogén és az oxigén ciklusainak szoros kapcsolata: az élőlények, köztük a mikroorganizmusok szerepe ezen elemek aktív ciklusaiban. A nano- és pikoplanktonok, továbbá a mikroflagelláták szerepe az óceáni biológiai produkcióban. A mikroorganizmusok szerepe a növényi biopolimerek degradációjában: a cellulóz, a hemicellulóz és a lignin mikrobiális lebontásának lehetőségei. A nitrogén globális ciklusa: a mikroorganizmusok szerepe a nitrogén fixálásában, az ammonifikáció, a nitrifikáció és a denitrifikációs folyamatok. Az asszimilatív és a disszimilatív nitrát-redukció folyamatainak, körülményeinek összehasonlítása. A kén körforgása a természetben: a kén különböző oxidációs állapotú formáinak részvétele a mikrobiális anyagcserében: kénvegyületek, mint az asszimilatív folyamatok végső elektrondonorjai, illetve a lebontó folyamatok végső elektronakceptorai. Az asszimilatív és disszimilatív szulfát-redukció összehasonlítása és körülményei. A környezet elsavanyodásának hatásai a vízi és a szárazföldi élőhelyek egyensúlyára, mikrobiális folyamataira. A vizek sav-bázis egyensúlyát befolyásoló hatások, mikrobiális folyamatok, a víztérben és az üledékben. A nitrogén, kén és vasciklus folyamatainak szerepe a természetes vízterek elsavanyodásában. A víz puffer-rendszereinek szerepe a savasodás kompenzálásában. Az elsavanyodás hatása a vizek mikrobiális folyamataira. A talajok savanyodásának okai, a talaj puffer-rendszerei. Az elsavanyodó bányavizek keletkezése, mikrobiális folyamatai. Mikroorganizmusok szerepe a hulladékok kezelésében: a szilárd és a folyékony hulladékok feldolgozása, a komposztálás és a szennyvíztisztítás. A komposztálás, mint a szilárd hulladékok kezelésének környezet-kímélő lehetősége. A komposztálás optimális körülményeinek meghatározása, a mezofil és termofil viszonyok között megvalósuló mikrobiális folyamatok. Az aerob és anaerob kondíciók szerepe a
komposztálásban. A szennyvíztisztítás primer, szekunder és tercier folyamatai. A biokémiai oxigénigény és a kémiai oxigénigény. A szennyvíztisztítás aerob és anaerob folyamatai. A csepegtetőtestes és az eleveniszapos eljárások mikrobiológiája. Mikroorganizmusok speciális anyagcsereútjai, egyes környezetszennyező anyagok mikrobiális degradálása: kőolajszármazékok alifás és aromás alkotóinak degradációs lehetőségei. A kometabolizmus szerepe a xenobiotikumok lebontásában. Perzisztens szerves anyagok és más xenobiotikumok mikrobiális lebontása: peszticidek, bifenilek, fenoxi-ecetsavak lebontása. A plazmidok ökológiai jelentősége: tolerancia-mechanizmusok kialakulása és szerepe. Az antibiotikumrezisztencia kialakulása és ismert mechanizmusai. Hogyan küzdhetünk az antibiotikumrezisztencia ellen. A mikroorganizmusok és az élőhelyek nehézfém-tartalmának kölcsönhatása: a nehézfémek élettani, biokémiai szinten megvalósuló toxikus hatásai; a mikroorganizmusok nehézfém-elimináló mechanizmusai. Biogazdálkodás, biogáz és biotrágya előállításának mikrobiológiája: a nyersanyagok előkészítése a bioetanol és a biogáz előállításához. A fermentatív folyamatok mikrobiológiája. A biofilm és a biokorrozió: a a folyamat általános áttekintése, a mikroorganizmusok szerepe a korroziós folyamatok felgyorsításában. Korrozió aerob és anaerob viszonyok között, a savas anyagcseretermékek korroziós hatásai. Mikroorganizmusok alkalmazása biotechnológiai eljárásokban. Biotechnológiák elterjedése és problémái. 3. Évközi ellenőrzés módja Évközi ellenőrzés a félév során nincs. A kurzust a félév végén esedékes kollokvium sikeres teljesítésével lehet lezárni. Tájékoztatásul a kollokvium tételsora. Tételsor a mikrobiális ökológia kollokviumhoz 1. A mikrobiológia tárgya, felosztása. A mikroszervezetek csoportosítási lehetőségei; legfontosabb mikrobiológiai alapfogalmak. A baktériumsejt szerveződése. 2. A baktériumsejt alkotóinak funkciói: a tok és a kapszula, a mezoszómák szerepe. A bakteriális kromoszóma, a plazmidok és szerepük. 3. A Gram szerinti festés: a Gram pozitív és negatív baktériumok sejtfalának felépítése. A citoplazma funkciói. Az endospóra és szerepe a baktériumok túlélésében. 4. A baktériumok táplálkozása, szaporodásuk és növekedésük optimális körülményei. A baktériumok csoportjai igényeik alapján. 5. A baktériumok növekedése. A kultúrák sejtszáma meghatározásának módszerei. A szaporodási görbe.
6. A baktériumok anyagcseréjének típusai. A bakteriális autotróf és heterotróf anyagcsere jellemzői. A bakteriális anyagcsere fő útvonalai. 7. A mikroorganizmusok természetes élőhelyei: a víz mint élettér. 8. A levegő és a talaj, mint a mikroorganizmusok természetes élőhelyei. 9. Pozitív és negatív kölcsönhatások a mikrobiális populációkban. 10. Pozitív kölcsönhatások a mikrobiális populációk között. 11. Negatív kölcsönhatások a mikrobiális populációk között. 12. Mikroorganizmusok szerepe a szén természetes ciklusában. 13. Mikroorganizmusok szerepe a hidrogén, az oxigén és a nitrogén természetes ciklusában. 14. Mikroorganizmusok szerepe a kén és a vas természetes ciklusában. 15. Az elsavanyodás hatása a természetes vizek mikrobiológiai folyamataira és ezen rendszerek egyensúlyára. A vizek puffer-rendszereinek működése. 16. Az elsavanyodás hatása a talajok mikrobiológiai folyamataira és a talajok egyensúlyára. A talaj puffer-rendszereinek működése. 17. Szilárd hulladékok kezelése - a komposztálás és mikrobiális folyamatai 18. A szennyvíz-tisztítás és mikrobiológiai folyamatai 19. Mikroorganizmusok a környezetvédelem szolgálatában - olajszármazékok és más szerves szennyezők mikrobiológiai lebontása 20. A mikroorganizmusok antibiotikum-rezisztenciája 21. A mikroorganizmusok, mint a nehézfémek indikátorai; nehézfém-rezisztencia mechanizmusai. 22. Biofilm és biokorrózió. 23. Biogáz, bioüzemanyagok: etanol, biodízel, hidrogén. 24. Mikroorganizmusok a biotechnológiában. 4. A tárgy előírt külső szakmai gyakorlatai Nincs. 5. A kötelező ill. ajánlott irodalom R. Atlas, R. Bartha: Microbial ecology 1987. Ralph Mitchell: Environmental microbiology 1992. Szabó I.M.: A bioszféra mikrobiológiája I-III 1989. Fekete E., Szabó S. A., Tóth Á.: A vízszennyezés ökológiája 1991.
Benedek P.: Biotechnológia a környezetvédelemben 1990. Vandegrift G. F., Reed D. T., Tasker I. R.: Environmental remediation 1992. Becker K.: A nehézfém-szennyezések ártalmatlanítása 1992. Khan M., R.: Clean energy from waste and coal 1992. Grant W. D., Long P. E.: Environmental microbiology 1985. Schlegel H. G.: General microbiology 1992. 6. A tantárgy tárgyi szükségletei és ellátása A tantárgy oktatása nem igényel különleges felszerelést. Hagyományosan a szemléltetéshez megfelelő férőhelyet biztosító terem, írásvetítő és fólia, esetenként számítógép és projektor a tanszéken rendelkezésre áll.