Maklumat

Bagaimana mikroba merebak dari tempat kecil ke tempat yang sangat besar?

Bagaimana mikroba merebak dari tempat kecil ke tempat yang sangat besar?


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.

Bakteria sangat kecil, jadi mereka tidak dapat bergerak dengan sendiri. Virus tidak boleh bergerak sendiri sama sekali. Jadi bagaimana jenis bakteria atau virus tertentu menyebar dari tempat kecil ke kawasan yang sangat besar (seperti seluruh Bumi)?


Burung berhijrah sejauh beribu-ribu batu, membawa penyakit pada skala masa berbulan-bulan atau kurang. Dengan perubahan iklim, serangga dan haiwan mengalihkan julat mereka pada skala masa ratusan tahun atau lebih. Spora bakteria seperti antraks dapat dalam bentuk yang mudah ditiup di seluruh Bumi, siap berkembang maju di mana sahaja mereka menyentuh. Penyakit tumbuhan bergerak dengan tuan rumah tanamannya, dan dari masa ke masa beribu-ribu tahun tanaman - mis., Dandelion dan konifer - dapat menyebarkan ribuan batu lintang dan garis bujur.


Jawapan oleh @SMcGrew pada dasarnya betul, tetapi izinkan saya menambahkan istilah teknikal (sekurang-kurangnya dalam konteks penyakit berjangkit): bakteria dan virus yang dibawa oleh vektor. Sejak perkataan vektor adalah jenis yang berlebihan, walaupun kita mengehadkan diri kita untuk biologi, adalah biasa juga menjadi lebih spesifik dan memanggilnya vektor penyakit.

Vektor dikelaskan kepada vektor biologi dan vektor mekanikal, bergantung pada sama ada mereka berinteraksi secara biologi dengan mikrob (iaitu, mereka dijangkiti) atau sama ada ia hanya dibawa dari satu tempat ke tempat lain.


Keracunan makanan

& salin A. Dowsett, Badan Perlindungan Kesihatan / Perpustakaan Foto Sains Bakteria itu Campylobacter jejuni adalah punca biasa keracunan makanan. Unggas, daging dan susu yang tercemar adalah sumber jangkitan. Ia mengambil masa kira-kira 3 hari untuk gejala cirit-birit, kejang perut dan demam untuk berkembang.

Jumlah kes penyakit bawaan makanan tetap tinggi dengan anggaran 1 juta orang di UK dijangkiti setiap tahun. Gejala-gejala, termasuk muntah, cirit-birit, sakit perut dan demam, bukan sahaja tidak menyenangkan, tetapi juga dianggarkan bernilai £ 1,5 bilion setahun dalam kehilangan hari bekerja dan rawatan perubatan. Sebilangan besar penyakit bawaan makanan dapat dicegah.

Mencegah keracunan makanan adalah tanggungjawab semua orang dalam rantai dari bajak ke pinggan. Ini termasuk petani dan penanam, pengilang, kedai, katering dan pengguna. Aktiviti pembekal makanan dikawal oleh undang-undang keselamatan makanan UK dan EU. Di dalam rumah kebersihan yang betul, memasak dan menyimpan mesti diamalkan.

Sebilangan bakteria yang boleh menyebabkan keracunan makanan

Nama bakteria Sumber asal Makanan berisiko Masa untuk berkembang simptom
Bacillus cereus tanah nasi masak dan pasta produk daging sayur-sayuran 1&ndash5 jam loya, sakit dan cirit-birit
Campylobacter jejuni daging mentah dan ayam daging mentah dan daging mentah yang tidak dimasak dan makanan yang tercemar silang 3 & ndash5 hari makan makanan yang dijangkiti demam, sakit teruk dan cirit-birit
Clostridium botulinum (sangat jarang) tanah daging dalam tin yang diproses dan sayur-sayuran yang disembuhkan dan ikan mentah 1 & ndash7 hari menjejaskan penglihatan, menyebabkan lumpuh dan boleh membawa maut
Clostridium perfringens Alam sekitar sendi besar daging yang dipanaskan semula 8&ndash24 jam loya, sakit dan cirit-birit
Escherichia coli & ndash
E coli O157: H7 adalah ketegangan yang sangat jahat dan boleh membawa maut
usus semua manusia dan haiwan air tercemar, susu, daging yang tidak dimasak dengan sempurna, makanan tercemar silang 3 & ndash4 hari keradangan, sakit dan cirit-birit
Listeria monocytogenes dimana - mana keju lembut, tepung lembut & lazat, produk masak-salad salad berbeza-beza demam, sakit kepala, septikemia dan meningitis
Salmonella usus burung dan mamalia termasuk manusia - tersebar melalui najis ke dalam air dan makanan ayam, telur dan produk telur mentah, sayur-sayuran 6&ndash48 jam cirit-birit, sakit dan sakit kepala
Staphylococcus aureus kulit dan hidung haiwan dan manusia produk susu daging sembuh tanpa peti sejuk, makanan yang dikendalikan 2 & ndash6 jam sakit, sakit dan kadang-kadang cirit-birit

Pandangan mendalam tentang bakteria yang menyebabkan keracunan makanan

Campylobacter

Bakteria itu Campylobacter adalah sebahagian daripada flora normal yang tinggal di usus ayam sihat dan haiwan lain. Di kilang apabila seekor ayam dibunuh dan dicerna, kandungan usus, termasuk Campylobacter, boleh bersentuhan dengan kulit burung&rsquos. Ini bermakna daging ayam mentah boleh tercemar Campylobacter.

Bagaimana anda memastikan ayam selamat dimakan?

Campylobacter sensitif kepada haba jadi memasak ayam dengan betul akan membunuhnya dan menjadikan daging selamat untuk dimakan. Jika ayam dihidangkan kurang masak, maka Campylobacter boleh bertahan dan dimakan bersama ayam. Setelah bakteria ditelan mereka membiak di dalam usus seseorang dan menyebabkan penyakit yang dikenali sebagai keracunan makanan. Ia mengambil masa kira-kira 3 hari untuk gejala cirit-birit, kejang perut dan demam untuk berkembang. Penyakit ini berlangsung antara 2 hari dan seminggu.

Pencemaran silang adalah pemindahan mikroba dari makanan mentah ke makanan siap dan dimasak, ia boleh berlaku dengan:

  • makanan mentah menyentuh atau memercikkan makanan yang dimasak
  • peralatan menyentuh permukaan mentah atau permukaan yang kemudian digunakan untuk makanan yang dimasak
  • atau orang yang menyentuh makanan mentah dengan tangan mereka dan kemudian mengendalikan makanan yang dimasak.

Untuk mengelakkan pencemaran silang adalah penting untuk mengekalkan kebersihan dapur yang baik seperti menyimpan makanan yang telah dimasak dan mentah secara berasingan dan kebersihan diri yang baik dengan mencuci tangan dengan betul dan mengikat rambut ke belakang.

Spoiler

Apabila mikroba tumbuh pada makanan, ia akan berbau tidak sedap, kelihatan berlendir, berubah warna, terasa mengerikan atau bahkan mendapat lapisan berbulu dan tidak boleh dimakan. Ketahui apa yang menyebabkan ini.

Pengeluar

Mikroba memanaskan gula untuk menghasilkan tenaga untuk diri mereka sendiri - untungnya bagi kita makanan seperti roti dan yoghurt dapat dibuat oleh penapaian mikroba.

Mikrob dan badan manusia

Pernah terfikir mengapa ketika kita dikelilingi oleh mikroba kita tidak selalu sakit?

Mikrob dan di luar rumah

Fungsi mikrob sebagai pemproses kimia kecil adalah untuk memastikan kitaran hidup planet berubah.


Pengelasan Mikroorganisma

Mikroorganisma dikelaskan dalam kategori taksonomi untuk memudahkan penyelidikan dan komunikasi.

Objektif Pembelajaran

Nilai bagaimana kehidupan awal mengubah bumi

Pengambilan Utama

Perkara utama

  • Sistem klasifikasi sentiasa berubah dengan kemajuan teknologi.
  • Sistem klasifikasi terbaru merangkumi lima kerajaan yang selanjutnya dipecah menjadi filum, kelas, urutan, keluarga, genus, dan spesies.
  • Mikroorganisma diberi nama saintifik menggunakan tatanama binomial.

Syarat Utama

  • cap jari DNA: Kaedah mengasingkan dan memetakan urutan DNA sel & # 8217 untuk mengenal pasti.

Kehidupan di Bumi terkenal dengan kepelbagaian. Di seluruh dunia kita boleh menemui berjuta-juta bentuk kehidupan yang berbeza. Klasifikasi biologi membantu mengenal pasti setiap bentuk mengikut sifat umum (persamaan) menggunakan sekumpulan peraturan dan anggaran bagaimana kaitannya erat dengan leluhur bersama (hubungan evolusi) dengan cara membuat pesanan. Dengan belajar mengenali corak tertentu dan mengklasifikasikannya ke dalam kumpulan tertentu, ahli biologi dapat memahami hubungan yang wujud di antara pelbagai bentuk hidup yang menghuni planet ini.

Pengelasan E. coli: Domain: Bakteria, Kerajaan: Eubacteria, Filum: Proteobacteria, Kelas: Gammaproteobacteria, Ordo: Enterobacteriales, Keluarga: Enterobacteriaceae, Genus: Escherichia, Spesies: E. coli.

Kumpulan pertama, terbesar dan paling inklusif di mana organisma dikelaskan dipanggil domain dan mempunyai tiga subkumpulan: bakteria, archae, dan eukarya. Kumpulan pertama ini menentukan sama ada organisma adalah prokariota atau eukariota. Domain tersebut dicadangkan oleh ahli mikrobiologi dan ahli fizik Carl Woese pada tahun 1978 dan didasarkan pada mengenal pasti persamaan dalam urutan RNA ribosom mikroorganisma.

Kumpulan kedua terbesar disebut kerajaan. Lima kerajaan utama telah dijelaskan dan termasuk prokaryota (mis. Archae dan bakteria), protoctista (mis. Protozoa dan alga), kulat, plantae, dan animalia. Sebuah kerajaan selanjutnya dipecah menjadi filum atau pembagian, kelas, urutan, keluarga, genus, dan spesies, yang merupakan kelompok terkecil.

Ilmu pengkelasan organisma disebut taksonomi dan kumpulan yang membentuk hierarki klasifikasi disebut taksa. Taksonomi terdiri daripada mengklasifikasikan organisma baru atau mengelaskan semula organisma yang ada. Mikroorganisma dikenali secara saintifik menggunakan tatanama binomial menggunakan dua perkataan yang merujuk kepada genus dan spesies. Nama-nama yang diberikan kepada mikroorganisma adalah dalam bahasa Latin. Huruf pertama nama genus sentiasa menggunakan huruf besar. Klasifikasi mikroorganisma banyak dibantu oleh kajian fosil dan baru-baru ini dengan penjujukan DNA. Kaedah klasifikasi sentiasa berubah. Kaedah yang paling banyak digunakan untuk mengklasifikasikan mikroba adalah ciri morfologi, pewarnaan berbeza, ujian biokimia, cap jari DNA atau komposisi asas DNA, tindak balas rantai polimerase, dan kepingan DNA.


Belajar dari Ekosistem Terkecil di Bumi (Kavli Hangout)

Alan Brown, penulis dan penulis blog untuk Yayasan Kavli, menyumbangkan artikel ini kepada Live Science's Suara Pakar: Op-Ed & Wawasan.

Dari dalam badan kita hingga ke bawah dasar lautan, mikrobiom — komuniti bakteria dan organisma bersel satu yang lain — tumbuh subur di mana-mana di alam semula jadi. Muncul sekurang-kurangnya 3.8 bilion tahun yang lalu, mereka membentuk planet kita dan menciptakan atmosfernya yang kaya dengan oksigen. Tanpa mereka, kehidupan di Bumi tidak mungkin wujud.

Namun begitu, kita tahu sedikit tentang kerja dalaman ekosistem terkecil dan paling kompleks di alam semula jadi.

Mikrobiom banyak memberi pengajaran kepada kita. Dengan mengetahui bagaimana ahli mikrobiom berinteraksi antara satu sama lain, saintis mungkin menemui kimia hijau yang inovatif dan ubat-ubatan yang menyelamatkan nyawa, atau belajar bagaimana mengurangkan jangkitan hospital, melawan penyakit autoimun, dan menanam tanaman tanpa baja atau racun perosak.

Kerumitan mikrobiom menjadikannya sukar untuk dikaji dengan cara biokimia konvensional. Nanoscience menyediakan sekumpulan alat yang berbeza dan saling melengkapi yang menjanjikan untuk membuka jendela ke dunia tersembunyi ini. [Pandangan Nanoteknologi Mikrobiom]

Awal bulan ini, Yayasan Kavli menganjurkan Google Hangout dengan dua pemimpin dalam aplikasi baru sains nano untuk mengkaji mikrobiom. Mereka membincangkan potensi biom semula jadi, mengapa ia begitu sukar untuk difahami, dan bagaimana nanosains boleh membantu kami membuka kunci rahsia mikrobiom.

Menyertai perbualan adalah:

Eoin Brodie, seorang saintis kakitangan di Jabatan Ekologi di Makmal Kebangsaan Lawrence Berkeley. Beliau adalah sebahagian daripada pasukan yang mempelopori peranti yang mampu mengenal pasti beribu-ribu spesies bakteria yang terdapat dalam mikrobiom, dan kini sedang membangunkan cara untuk menggabungkan data daripada pelbagai jenis alat ukuran kepada gambaran yang lebih koheren tentang ekosistem tersebut.

Jack Gilbert adalah penyiasat utama di Bahagian Biosciences dari Makmal Nasional Argonne dan profesor ekologi dan evolusi bersekutu di University of Chicago. Dia telah mempelajari mikrobiom hospital dan sedang mengusahakan cara menggunakan struktur nano yang mengandungi bakteria untuk membantu bayi melawan penyakit imun.

Berikut adalah transkrip perbincangan mereka yang telah diubah suai. Pengeditan dan perubahan telah dibuat oleh para peserta untuk menjelaskan komen lisan yang dirakam semasa siaran web langsung. Untuk melihat dan mendengar perbincangan dengan kenyataan yang tidak diubah suai, anda boleh menonton video asal.

Yayasan Kavli: Jadi mari kita mulakan dengan soalan yang jelas, apakah sebenarnya mikrobiom?

Eoin Brodie: Mikrobioma adalah hubungan organisma dalam ekosistem. Anda boleh memikirkan ekosistem mikrob dengan cara yang sama seperti anda memikirkan ekosistem daratan, seperti hutan tropika, padang rumput atau sesuatu seperti itu. Ini adalah hubungan organisma yang bekerjasama untuk mengekalkan fungsi sistem.

Jack Gilbert: ya. Dalam mikrobioma, bakteria, archaea (organisma satu sel yang serupa dengan bakteria), virus, jamur, dan organisma bersel satu yang lain bergabung bersama sebagai sebuah komuniti, sama seperti populasi manusia di sebuah bandar. Organisma dan spesies yang berbeza ini semuanya memainkan peranan yang berbeza. Bersama-sama, mereka mencipta harta yang muncul, sesuatu yang dilakukan oleh seluruh masyarakat untuk memudahkan reaksi atau tindak balas dalam persekitaran.

TKF: Sejauh mana kompleks mikrobiom ini? Adakah mereka seperti hutan tropika? Adakah mereka lebih kompleks, kurang kompleks?

J.G.: Kepelbagaian kehidupan eukariotik - semua haiwan dan tumbuhan hidup yang dapat anda lihat - menjadi tidak penting di samping kepelbagaian kehidupan mikroba. Bakteria ini, archaea, virus ini - mereka telah berada di bumi selama 3.8 bilion tahun. Mereka begitu meresap, mereka telah menjajah setiap ceruk di planet ini.

Mereka membentuk planet ini. Sebab kita mempunyai oksigen di atmosfera adalah kerana mikroba. Sebelum mereka memulakan proses fotosintesis cahaya menjadi biomas, atmosfera kebanyakannya karbon dioksida. Sebab tumbuhan dan haiwan wujud di Bumi adalah kerana bakteria. Kepelbagaian semua tumbuh-tumbuhan dan haiwan - segala yang hidup hari ini yang dapat anda lihat dengan mata anda - itulah penurunan di lautan pepatah yang terdapat dalam dunia bakteria dan mikrob. [Bolehkah Mikroba dalam usus mempengaruhi otak?]

E.B.: Kita cenderung menganggap bumi sebagai planet manusia dan bahawa kita adalah organisma utama, atau spesies alpha. Tetapi kami benar-benar penumpang, kami hanya semburan di planet mikrob. Kami penambahan baru-baru ini.

TKF: Anda berdua sangat puitis mengenainya. Walaupun begitu kita tidak banyak mengetahui tentang mikrobiom. Mengapa begitu sukar untuk memahami apa yang berlaku dalam ekosistem ini?

E.B .: Jack mengelak daripadanya. Masalah pertama ialah mikrobiom sangat kecil. Kami tidak dapat melihatnya, dan sangat sukar untuk memahami bagaimana sesuatu berfungsi apabila anda tidak dapat melihatnya. Jadi alat diperlukan untuk dapat melihat organisma ini.

Kami juga tidak dapat menumbuhkannya. Sangat sukar untuk membawa mereka dari ekosistem semula jadi ke makmal untuk kajian. Mungkin kurang daripada satu peratus, bergantung kepada ekosistem, sebenarnya boleh ditanam pada media pertumbuhan dalam makmal supaya kita boleh melakukan eksperimen dan memahami fungsi yang mereka jalankan. Itu meninggalkan 99 peratus - sebahagian besar mikrob di Bumi dan kebanyakan ekosistem mereka - tidak diketahui oleh kami, selain daripada tandatangan DNA mereka dan perkara seperti itu.

Kini, Jack telah mempelopori analisis DNA. Apabila anda melihat tandatangan DNA dari persekitaran ini, terdapat semua organisma baharu ini, protein baharu dan fungsi baharu yang tidak pernah kita lihat sebelum ini. Ini telah disebut bahan gelap mikroba bumi. Sama seperti jirim gelap dan tenaga di alam semesta, ini tidak diketahui oleh kita, tetapi sangat penting jika planet - dan manusia - akan terus berfungsi.

TKF: Jadi, apa yang membuatnya sukar untuk menanam mikroba ini dalam piring Petri?

E.B .: Mereka sangat cerewet. Anda boleh memikirkannya dengan cara itu. Mereka tidak suka makan makanan yang kita berikan, dalam banyak kes. Mereka makan benda yang kita tak tahu boleh makan. Mereka menghirup sesuatu yang kita tidak tahu bahawa mereka boleh bernafas.

Kita bernafas oksigen, mereka bernafas oksigen, tetapi mereka juga bernafas nitrat, besi, sulfur, malah karbon dioksida. Mendapatkan kepekatan yang betul dan gabungan apa yang mereka makan dan bernafas adalah sangat sukar.

Dalam sesetengah kes, walaupun anda boleh menyelesaikannya, mungkin ada sesuatu yang mereka perlu dapatkan daripada ahli ekosistem yang lain. Anggota itu mungkin membekalkan nutrien penting atau kofaktor untuk mereka tumbuh.

Jadi mendapatkan semua pilih atur dan kombinasi yang mungkin dengan betul adalah sangat mencabar. Ramai orang sedang mengusahakannya, dan terdapat banyak kepakaran yang dimasukkan ke dalam ini, tetapi ia amat sukar dan rumit.

J.G.:& Itulah perkara yang menarik. Saya menyamakannya dengan pembuat roti. Anda tahu, jika anda mempunyai tukang roti dalam komuniti manusia, tukang roti memerlukan seseorang yang boleh membuat tepung, seseorang yang dapat menyediakan sedikit ragi, dan seseorang yang akan membeli roti. Mereka wujud sebagai rangkaian individu yang tinggal dalam komuniti.

Sekiranya anda mengeluarkan tukang roti dari komuniti, dia tidak boleh membuat roti dan oleh itu mereka tidak lagi menjadi tukang roti. Mengeluarkan mikroba dari komuniti akan mengurangkan kemungkinan ia dapat melaksanakan peranan dan tugas yang dilakukannya di persekitaran tersebut.

Jadi ia hampir seperti anda tidak mahu mencuba dan mengembangkan perkara ini secara berasingan. Kerana, sambil mengasingkan mereka menjadikan tugas kita sebagai ahli mikrobiologi lebih mudah, lebih sukar untuk memahami apa yang sebenarnya mereka lakukan di persekitaran tempat mereka tinggal. Kita tidak boleh memikirkannya secara berasingan kerana mereka adalah pemain komuniti.

TKF: Apakah beberapa alat yang boleh kita gunakan hari ini untuk melihat mikrobiom? Adakah terdapat keadaan terkini?

J.G .: Jadi saya akan mengambilnya. Maksud saya ini adalah bidang yang sangat dinamik berkembang. Ia bukan bidang di mana semua orang nampaknya berehat dengan kejayaan mereka.

Untuk memahami mikroba, kami mempunyai beberapa alat yang tersedia untuk kami. Salah satu alat tersebut adalah genomik, jadi kita dapat mengurutkan genom bakteria, archaea, virus dan kulat, seperti yang kita lakukan untuk genom manusia.

Yang kedua adalah transkripome, yang melihat RNA, molekul sementara yang membuat sel dengan menerjemahkan apa yang ada dalam genom menjadi protein. Itu berguna, kerana ia memberitahu kita gen mana yang dihidupkan dan dimatikan ketika kita meletakkan mikrob tersebut dalam keadaan yang berbeza.

Kemudian kita mempunyai proteome, protein yang sebenarnya membentuk sel. Mereka adalah enzim yang membolehkan organisma berinteraksi dengan persekitarannya, untuk mengambil makanannya, untuk bernafas karbon dioksida, oksigen atau besi, dan sebagainya.

Kemudian anda mempunyai metabolom, molekul metabolik yang dimakan oleh organisma hidup sebagai makanan dan dihasilkan sebagai bahan buangan.

Genom, transkriptom, proteom, dan metabolom ialah empat alat dalam kotak alat kami yang sebenarnya boleh kami gunakan untuk memeriksa dunia mikrob. Tetapi mereka sama sekali bukan had alat kami atau matlamat kami. Kami mempunyai cita-cita lebih jauh daripada hanya mengkaji komponen-komponen tersebut. Eoin sedang mengembangkan beberapa ini, dan mungkin Eoin, anda mahu melompat sekarang?

E.B.: Ya, saya akan menambahnya. Cabaran untuk memahami mikrobioma, dan juga mikrob individu, adalah bahawa mereka sangat kecil. Mereka rumit dan kecil, jadi memahami aktiviti mereka - transkriptom atau protein atau metabolit mereka - pada skala di mana ia wujud, adalah sangat mencabar.

Semua teknologi yang disebutkan oleh Jack sedang dikembangkan dengan mempertimbangkan organisma yang lebih besar. Menurunkannya untuk menangani ukuran mikroba, tetapi kemudian meningkatkan daya pengeluaran mereka untuk menangani kerumitan mikroba, adalah cabaran besar dan besar.

Saya akan memberikan contoh. Apabila anda melihat aktiviti ekosistem, katakanlah hutan tropika, anda melihat taburan pokok dan haiwan, dan mencari perkaitan antara tumbuh-tumbuhan dan haiwan.

Oleh itu, jika anda ingin memahami serangga, anda mempunyai ruang dalam fikiran. Anda berfikir, "Ini tinggal berhampiran ini. Ia berinteraksi di kawasan ini." Jadi ada interaksi, hubungan asas antara anggota ekosistem tersebut.

Cara kita biasanya melihat mikrobiom - walaupun ini berubah sekarang - adalah dengan menghancurkan seluruh hutan dalam pengisar. Kemudian kita akan menyusun semua DNA, dan melihat RNA dan protein, dan metabolitnya.

Kemudian kami cuba kembali dan berkata, "Pokok ini berinteraksi dengan serangga ini." Padahal, pada hakikatnya, pokok itu berjarak ratusan atau ribuan kilometer dari serangga itu, dan mereka tidak pernah saling bertemu.

Itulah masalah yang kita ada dalam mikrobioma. Apabila kita menyusun organisma tersebut untuk melihat DNA, RNA, protein dan metabolitnya, kita menyingkirkan struktur spasial dan kaitannya. Dan kita kehilangan kepentingan ruang dari segi memudahkan interaksi. [Pandangan Nanotech Microbiome (Meja Bulat Kavli)]

Jadi, saya rasa gelombang seterusnya dalam penyelidikan mikrobio harus mensasarkan aktiviti dan interaksi mikroba ini pada skala mikroba. Adakah mereka saling melihat? Adakah mereka berinteraksi, dan bagaimana mereka berinteraksi? Bahan kimia apa yang mereka tukar, dan dalam keadaan apa? Saya rasa itulah cabaran sebenarnya. Itulah sebabnya kami bercakap dengan Yayasan Kavli, kerana di situlah nanosains masuk.

TKF: Ini adalah peralihan yang sangat baik untuk soalan saya yang seterusnya: Bagaimana kita menggunakan nanosains untuk belajar mengenai mikrobiom? Sebagai contoh, bolehkah kita menggunakan beberapa probe skala nano yang sama yang kita kembangkan untuk mempelajari otak untuk, katakan, menyelidiki mikrobiom di lautan atau tanah?

E.B.: Saya rasa ada beberapa persamaan yang menarik. Maksud saya, anda boleh memikirkan otak sebagai rangkaian neuron yang sangat rumit ini. BRAIN Initiative berusaha memetakan neuron-neuron tersebut dan mengikuti aktiviti mereka.

Begitu juga, mikrobioma adalah rangkaian organisma berinteraksi yang menghidupkan dan mematikan. Sambungan dan struktur rangkaian itu sangat penting untuk fungsi sistem, sama seperti untuk fungsi otak.

Untuk Inisiatif OTAK, orang ramai berkumpul dan berkata, "Apa yang perlu kita lakukan untuk melihat cas elektrik dan aliran elektrik melalui neuron, tanpa invasif, dan dalam waktu nyata?" Dan mereka menghasilkan beberapa teknologi, yang berpotensi, melakukan penginderaan jauh pada skala yang sangat kecil, dan melihat bagaimana sistem berubah tanpa invasif.

Jadi, satu pendekatan untuk memahami otak adalah menggunakan pencitraan luaran, dan pendekatan lain adalah menanamkan sensor.

Dalam BRAIN Initiative beberapa sensor sedang dikembangkan di sini di makmal Berkeley dan di tempat lain yang menggunakan teknologi RFID - identiti frekuensi radio -. Mereka serupa dengan label yang digunakan untuk melacak kontena penghantaran, barang di gedung membeli-belah, dan barang-barang seperti itu. Mereka berdua menghantar maklumat dan mendapatkan tenaga dari frekuensi radio, jadi mereka adalah peranti autonomi. Saya berpendapat bahawa cabarannya sekarang adalah menggabungkan teknologi itu ke sensor yang dapat memantau sesuatu di persekitaran dan menghantar maklumat itu secara autonomi - tidak memerlukan bateri - ke penerima. Kemudian, jika sensor ini diedarkan dengan cara yang cerdas, sama seperti GPS, anda boleh melakukan segitiga dari mana maklumat itu berasal.

Bagaimana anda boleh menggunakan ini untuk memahami mikrobioma? Nah, sensor yang sedang dikembangkan masih berskala besar, berukuran kira-kira satu milimeter persegi. Itu cukup kecil untuk kita, tetapi sangat besar untuk mikroba.

Oleh itu, anda boleh memikirkan perkara ini di dalam tanah. Katakanlah kita ingin memahami apa yang berlaku apabila akar tumbuh melalui tanah. Akarnya merangsang mikroba, dan terdapat sepuluh kali lebih banyak mikroba di dekat akar daripada jauh dari akar di dalam tanah. Semuanya mempunyai kimia dan fungsi yang berbeza yang sangat penting untuk pemakanan dan kesihatan tanaman.

Sekiranya anda dapat menyebarkan sensor yang sangat kecil di dalam tanah dan memilikinya merasakan hal-hal seperti karbon dari akar atau oksigen yang dimakan oleh mikroba, maka anda dapat membina gambaran tiga dimensi bagaimana mikrobioma tanah diubah dan diubah ketika akar bergerak melalui tanah. Itulah salah satu contoh bagaimana kemajuan dalam bidang lain, didorong oleh nanoteknologi, dapat diterapkan pada mikrobioma.

TKF: Sensor RFID ini berdasarkan cip semikonduktor, bukan? Oleh itu, anda boleh mengambil wafer, membuatnya banyak dengan murah, menyebarkannya ke dalam tanah, dan mendapatkan gambar yang tidak dapat anda dapatkan dengan cara lain?

E.B.: ya. Terdapat bidang baru yang disebut pertanian ramalan. Ini seperti pertanian yang diperibadikan, di mana penambahan baja, misalnya, di ladang tidak seragam. Sebaliknya, anda akan menghantar baja di tempat yang diperlukan. Anda akan mengairi ladang tepat di tempat yang diperlukan. Oleh itu, anda mempunyai rangkaian sensor autonomi terdistribusi yang besar ini, dan ini membolehkan kami menggunakan baja dengan lebih cekap. Maka ia tidak akan dibuang atau hilang dari sistem, dan menyebabkan pencemaran air dan perkara seperti itu. Contoh-contoh ini tidak pada skala mikroba, tetapi proses mikroba mengawal ketersediaan dan pengambilan baja ini.

TKF: Terima kasih. Pegang pemikiran itu dan kita akan kembali memikirkannya dalam beberapa saat. Sementara itu, Jack telah mempelajari mikrobiom di sebuah hospital baru untuk melihat bagaimana mereka berkembang dan mempengaruhi penyebaran penyakit. Bolehkah anda memberitahu kami apa yang anda lakukan, dan bagaimana nanoteknologi dapat membantu?

J.G .: ya. Mikroba yang ada di hospital telah menjadi tumpuan doktor dan penyelidik perubatan selama beberapa ratus tahun. Sejak kami mengetahui bahawa bakteria sebenarnya boleh menyebabkan penyakit, kami telah berusaha membasmi kehidupan mikroba sebanyak mungkin.

Paradigma itu beralih ke satu di mana kita lebih berminat untuk berusaha memahami bagaimana komuniti bakteria di hospital dapat memudahkan penyebaran penyakit dan ketahanan terhadap antibiotik, dan mungkin juga meningkatkan kesihatan.

Kami telah pergi ke hospital dan, dengan resolusi temporal yang sangat tinggi, meneroka bagaimana komuniti bakteria mereka berubah dari masa ke masa. Oleh itu, melihat skala jam hingga hari, kami cuba memahami bagaimana - ketika pesakit bergerak ke bilik baru untuk menjalani operasi atau menjalani prosedur - mikroba yang sudah ada di dalam bilik itu mempengaruhi hasil pesakit tinggal di hospital. Kami ingin tahu sama ada ia menjadikan mereka sihat atau sakit.

Oleh itu, kami telah membuat katalog mikrob pada skala yang sangat baik ini. Dan apa yang kita lihat adalah pertukaran antara bakteria di dalam bilik dan di dalam badan pesakit.

Tetapi kami juga mendapati bahawa sebilangan besar bakteria yang biasanya kita kaitkan dengan apa yang disebut jangkitan berkaitan dengan penjagaan kesihatan - patogen yang kita fikir orang mendapat semasa tinggal di hospital - nampaknya bakteria yang dibawa pesakit ke hospital itu sendiri. Mereka adalah bakteria yang ada di dalam kita.

Ingat, kita mempunyai seratus trilion bakteria yang tinggal di dalam kita. Beratnya kira-kira dua paun, hampir sama dengan otak. Oleh itu, jika anda berfikir bahawa Inisiatif OTAK adalah penting, mungkin inisiatif mikrobioma juga penting, kerana beratnya sama dengan otak.

Mikrobioma manusia mempunyai banyak pemain. Sebilangan besar dari mereka ramah kepada kita, tetapi mereka juga boleh menghidupkan kita. Saya menyamakan ini dengan rusuhan yang merebak di bandar. Anda tahu, jika anda mengambil barang dari orang, mereka biasanya akan bangkit dan cuba menggulingkan perkara yang menyokong mereka sejak awal.

Mikroba adalah cara yang sama. Kami memberikan antibiotik dan terapi radiasi kepada pesakit hospital untuk membunuh bakteria. Kemudian kami memotong usus dan mengeluarkan bakteria kepada oksigen, yang tidak mereka sukai, dan menjahit usus ke belakang. Ketika kita melihat bakteria, kita melihat bahawa bakteria yang ramah sebelumnya telah mula merusuh. Mereka telah dihina berkali-kali oleh rawatan pesakit sehingga mereka memutuskan bahawa mereka sudah cukup. Kemudian mereka pergi dan menyerang tuan rumah untuk mendapatkan kembali sumber-sumber yang diambil dari mereka.

Ini sangat penting. Memahami tempat tinggal pesakit dari perspektif mikroba membantu kita merancang cara yang lebih baik untuk merawat pesakit dan mengurangkan kemungkinan mikroba di dalam kita memberontak, menyerang kita, dan membuat kita sakit.

Nanoteknologi membantu kita mencapai skala resolusi visual yang lebih baik, sehingga kita dapat melihat dengan tepat kapan, semasa prosedur pembedahan, bakteria menjadi jahat dan mula menyerang inang, dan mekanisme molekul yang menyokong tingkah laku itu.

Kami mempunyai contoh hebat yang kami dapati dengan meletakkan biosensor molekul skala nano di usus. Ia mengukur tahap fosfat. Fosfat adalah molekul yang sangat penting yang digunakan untuk membuat DNA dan protein di dalam badan kita, dan dalam sel-sel bakteria tersebut.

Apabila tahap fosfat turun di bawah ambang tertentu, mikroba menghidupkan mekanisme untuk memperoleh fosfat dari persekitarannya. Dan di mana sumber fosfat terbaik? Itu di lapisan usus tuan rumah mereka. Oleh itu, mereka berhijrah ke usus dan mula memecah sel-sel manusia. Kami mengalaminya sebagai beberapa jangkitan patogen, yang sering membunuh kita.

Kerana kita memahami proses itu, kita sedang mengembangkan mekanisme untuk melepaskan fosfat pada waktu yang tepat semasa operasi untuk mencegah bakteria tersebut mengalami pengurangan fosfat tersebut. Untuk melakukan pelepasan mikro fosfat tersebut, kami mengembangkan perancah nanotek untuk menahan fosfat, dan memasukkannya ke dalam usus semasa pembedahan. Ini akan mengurangkan kemungkinan mikrob menjadi patogen.

TKF: Bukan hanya itu menarik, tetapi mendorong salah satu penonton kami bertanya sama ada kami dapat menyesuaikan mikrobiom supaya mereka dapat menargetkan penyakit dan keadaan manusia yang lain. Bolehkah mereka melampaui hanya menyesuaikan tahap keasidan atau fosfat dan melakukan sesuatu yang lebih agresif?

J.G .: ya. Kes di mana kita mendapat kejayaan terbaik adalah merawat jangkitan kronik yang disebabkan oleh Clostridium difficile bakteria. Jangkitan C. diff adalah jangkitan gastrousus kronik. Rawatan kami menggunakan pendekatan senapang. Kami mengambil bakteria dari orang yang sihat dan memindahkannya ke seseorang dengan jangkitan C. diff kronik. Itu mengatasi jangkitan C. diff, dan mewujudkan mikrobioma yang sihat di usus pesakit sehingga dia tidak lagi sakit.

Orang Cina melakukan ini kira-kira 2.000 hingga 3.000 tahun yang lalu. Mereka menyebutnya sup kuning, dan mereka memberi makan najis dari orang yang sihat kepada orang yang sakit, dan itu membuat orang sakit menjadi sihat. Kami baru menemui semula proses ini, dan sekarang kami menerapkannya dalam keadaan yang lebih klinikal.

Setakat ini, ini adalah pendekatan yang sangat tidak disasarkan. Apa yang kami cuba lakukan dengan cabang penyelidikan kami, American Guts, dan program yang berkaitan dengan autisme, Alzheimer, dan Parkinson, adalah mengenal pasti ahli komuniti bakteria tertentu yang tidak hadir atau ditumbuhi oleh pesakit tersebut. Kemudian kita ingin meneroka cara menyesuaikannya - mungkin kita menanamkan yang hilang atau mengetuk punggung yang sudah dewasa, untuk menjadikan orang itu lebih sihat.

E.B.: Saya ingin menambahkan sesuatu untuk itu. Terdapat analogi yang menarik, saya fikir, dalam apa yang kita lakukan untuk C. diff - transplan fecal - dan ekologi pemulihan. Di situlah anda menyingkirkan spesies tumbuhan invasif dan menanam spesies lain untuk bersaing dengan spesies tumbuhan invasif. Ini adalah proses yang sama, jadi prinsip ekologi dan teori ekologi yang sama yang digunakan dalam ekologi pemulihan dapat digunakan dalam perubatan. Dalam beberapa kes, mungkin tidak semudah mengeluarkan satu organisma atau menambahkan satu atau dua organisma lain. Ini mungkin fungsi masyarakat, di mana kita benar-benar memerlukan kerumitan itu untuk dapat menandingi organisma yang menyebabkan penyakit ini.

J.G .: Perkara itu sangat menarik. Kedua-dua Eoin dan saya adalah ahli ekologi mikroba. Saya bermula dalam ekologi mikroba laut, dan sekarang saya bekerja di tanah, tumbuhan, manusia, dan penyakit. Eoin melakukan perkara yang sama. Dan kita berdua dapat menerapkan prinsip ekologi mikroba ke persekitaran mana pun kerana mikroba ada di mana-mana.

TKF: Baik. Oleh itu, Eoin, kami mempunyai dua soalan untuk anda dari khalayak kami. Yang pertama melibatkan pertanian. Seorang penonton ingin mengetahui adakah nanosains membantu kita mengubah mikrobiom dengan cara yang mengubah cara kita menanam, membaja dan melindungi tanaman daripada perosak?

E.B.: Itu adalah soalan yang bagus, dan saya rasa ia juga tepat pada masanya. Penduduk dunia adalah tujuh bilion, menuju sembilan, dan kemudian 11 bilion. Kita akan kehabisan baja, kita kehabisan ruang untuk menumbuhkan makanan, dan kita kehabisan air - kita mengalami kemarau teruk di California. Ini adalah cabaran kami, memberi makan penduduk global dan menyediakan bahan bakar untuk populasi global.

Perkara yang boleh dilakukan mikrob dan nanoteknologi terutama berkaitan dengan peningkatan daya tahan tanaman terhadap tekanan, seperti kekeringan. Mikroba dapat membantu tanaman memperoleh air. Sebagai contoh, kulat mycorrhiza dapat meningkatkan sistem akar, meningkatkan toleransi kemarau, dan meningkatkan pemakanan.

Kita juga dapat mengenal pasti bakteria yang dapat menghasilkan baja di dalam atau berhampiran kilang. Jadi bakteria yang dapat mengambil nitrogen dari atmosfera dan memperbaiki nitrogen berpotensi mengimbangi penggunaan baja nitrogen, yang memerlukan banyak tenaga dan menyebabkan banyak pencemaran untuk dihasilkan.

Bakteria juga dapat melombong mineral kritikal dari tanah. Kita dapat menghidupkan bakteria dengan tanaman yang memperoleh fosfor, seperti yang dikatakan Jack. Kita boleh memilih bakteria sehingga mereka mengeluarkan fosfor lebih banyak daripada yang mereka perlukan dan membekalkannya ke kilang.

Semua perkara ini akan mengurangkan pergantungan kita pada perlombongan fosfor dari lombong lombong atau menggunakan lima peratus tenaga dunia kita untuk menghasilkan baja nitrogen. Saya fikir ia adalah cabaran besar dan besar.

Nanoteknologi, seperti yang saya sebutkan sebelumnya, dapat digunakan untuk mencirikan organisma ini dan memahami bagaimana ia berfungsi. Kita juga dapat membina sistem sensor untuk mengenal pasti kapan nutrien membatasi pertumbuhan. Oleh itu, daripada menyebarkan nutrien dan baja dengan cara yang sangat tidak cekap, kita dapat menggunakannya dengan cara yang sangat disasarkan, spesifik, dan lebih mampan.

TKF: Bolehkah kita melangkah lebih jauh dari itu, dan mungkin menggunakan mikrobiom untuk mengawal perosak?

E.B.: Sebenarnya, itu sudah lama dilakukan. Seperti yang anda ketahui, ada tanaman GMO di luar sana yang telah mengambil gen dari mikroba yang digunakan untuk membunuh serangga. Ini dapat dilakukan dengan cara yang lebih alami, misalnya, dengan menanam bakteria ini dengan tanaman dan berpotensi menghambat serangga dari merumput dan memakan tanaman. Kita boleh belajar banyak dari alam semula jadi. Alam telah mengembangkan strategi ini untuk pengendalian hama, dan kita dapat belajar dari itu untuk merancang perlindungan kita dengan cara yang lebih terkawal, dan cerdas.

TKF: Soalan lain dari penonton: Adakah mungkin membuat komuniti mikrobioma buatan melakukan tugas tertentu?

J.G .: ya. Kami sebenarnya telah bekerja di kawasan itu, berusaha untuk mewujudkan apa yang kami sebut sebagai komuniti minimal sederhana. Ini adalah komuniti organisma yang melakukan tugas, seperti membuat asetat atau menghasilkan hidrogen atau butanol sebagai sumber biofuel yang berpotensi. Oleh itu, kita melihat mikroba yang tumbuh di permukaan katod, dan mengambil elektron mentah dari katod tersebut dan mengintegrasikannya dengan sumber karbon dioksida, seperti gas biru dari sebuah kilang. Kami ingin mewujudkan komuniti yang mendorong metabolisme ke arah matlamat yang ditetapkan.

Itu akan mengambil pendekatan pemodelan matematik. Jadi pemodelan metabolik, cuba mensintesis dalam komputer bagaimana mikroba ini berinteraksi untuk melepaskan produk tertentu. Oleh itu, anda memerlukan nanoteknologi untuk merasakan hubungan metabolik yang wujud di antara organisma tersebut, supaya anda dapat merancang komuniti tersebut untuk menghasilkan produk tertentu. Itu sangat penting untuk mencapai hasil bioteknologi.

E.B.: Sebenarnya, saya mesti memusingkan soalan itu. Saya ingin mengambil komuniti mikrob semula jadi dan menghentikannya melakukan sesuatu, dalam kes tertentu.

Misalnya, anda mempunyai ternakan lembu. Mereka adalah sumber metana global yang penting yang menyumbang kepada pemanasan global. Sebahagiannya adalah kerana diet mereka, yang memberikan tenaga yang berlebihan. Itu menghasilkan peningkatan hidrogen, yang menghasilkan banyak metana, dan lembu mengeluarkan banyak metana.

Oleh itu, bolehkah kita masuk dan menggunakan pendekatan biologi sintetik atau gangguan kimia yang disasarkan untuk menghentikan pengeluaran metana? Untuk mengubah keseimbangan rumen lembu, ekosistem mikroba usus lembu? Kami tidak hanya dapat menghambat produksi metana, tetapi juga meningkatkan nutrisi pada hewan, kerana mikroba yang mengawal aliran tenaga ke haiwan dari makanan yang dimakannya.

Ini adalah ekosistem yang rumit, tetapi secara khusus mengubahnya untuk kepentingan haiwan dan keuntungan planet ini, merupakan cabaran yang menarik dan ada orang yang mengusahakannya.

J.G .: Saya ingin menggunakan sistem yang tepat dan menerapkannya pada arang batu, untuk membuat lebih banyak metana yang kemudian kita dapat menangkap dan mengepam ke rumah orang sebagai biofuel.

TKF: Pemikiran yang menarik. Saya mempunyai soalan lain dari penonton, dan Jack, saya rasa anda yang menjawabnya. Dia menjalani rawatan eksperimental yang melibatkan menanam bakteria usus kesihatan kepada penghidap autisme. Mengapa ini berfungsi? Dan adakah ini akan menjadi sesuatu yang kita lihat tidak lama lagi?

J.G .: Bakteria dalam usus kita memberi kesan terhadap tingkah laku neurologi - cara kita berkelakuan - melalui sistem imun kita. Mereka menimbulkan tindak balas imun tertentu di usus kita, yang memberi makan sistem saraf kita untuk mewujudkan tingkah laku ciri tertentu di otak kita.

Kami telah mengetahui ini dalam model haiwan selama beberapa tahun sekarang. Kami baru mula memahami sejauh mana penyakit neurologi, seperti autisme, Parkinson, dan keadaan seperti Alzheimer, disebabkan oleh gangguan dalam komuniti bakteria dalam usus seseorang.

Terdapat beberapa eksperimen dengan bilangan kanak-kanak yang sangat rendah. Dalam beberapa kes di Amerika Selatan dan sejumlah di Australia, anak-anak telah menjalani transplantasi mikroba tinja, sebuah komuniti mikroba yang sihat ditanamkan ke dalam usus mereka sendiri.

Hasilnya berubah-ubah, dan bukan sesuatu yang anda ingin cuba sendiri di rumah. Tetapi mereka menunjukkan, dalam beberapa keadaan, hasil yang baik di mana gangguan neurologi kanak-kanak berkurang, atau berkurang dengan ketara.

Terdapat kumpulan di Cal Tech yang menghasilkan probiotik, spesies bakteria tertentu, yang diharapkan dapat ditambahkan pada diet anak atau dimasukkan ke dalam kapsul yang dapat ditelan.Mereka nampaknya mempunyai manfaat dalam mengurangkan kelainan neurologi yang berkaitan dengan autisme, walaupun mereka masih di masa awal mereka.

TKF: Itu membawa kepada soalan lain yang ingin saya ajukan kepada anda. Jack, anda juga sedang berusaha merangkumi mikrobiom dalam beberapa struktur nano dan menerapkannya ke rumah atau pejabat. Harapan anda adalah bahawa bioma ini akan mendedahkan orang kepada mikrobiom yang akan membantu sistem imun mereka mengembangkan daya tahan terhadap masalah neurologi ini. Bolehkah anda memberitahu kami mengenai perkara itu?

J.G .: Ya, kami sedang mengusahakan model haiwan pada masa ini. Bayangkan membina semula struktur yang boleh berinteraksi dengan haiwan ini. Bayangkan saya membina anda sebuah bangunan yang hidup secara biologi, di mana dinding-dindingnya sengaja dipenuhi dengan komuniti mikroba yang sihat.

Sekarang, kita hanya mempunyai idea yang sangat terhad apa maksud sihat, tetapi pada dasarnya apa yang kita lakukan ialah membuat struktur, struktur dicetak 3D, diresapi dengan nutrien tertentu. Kami bekerjasama dengan Ramille Shah di Northwestern University untuk membuat struktur 3D yang membolehkan komuniti bakteria berkembang maju.

Kita kemudian dapat memasukkan struktur ini ke dalam sangkar tikus. Bakteria yang berkaitan dengan permukaan 3D akan menjajah tetikus itu, dan mengurangkan kelainan tertentu yang kita lihat pada tetikus itu, seperti tindak balas alergi. Oleh itu, kami telah mengembangkan bakteria yang dapat menghasilkan bahan kimia yang, setelah dilepaskan ke usus tikus, akan membentuk koloni dan mengurangkan kemungkinan tikus tersebut mengalami alergi makanan.

Saya juga bekerja dengan Cathy Nagler di University of Chicago. Kami berharap dapat membuktikan bahawa kita tidak perlu mengepam anak-anak yang penuh dengan probiotik. Sebagai gantinya, kita hanya boleh merancang semula rumah, sekolah, dan mungkin pusat jagaan kanak-kanak, supaya anak-anak mendapat pendedahan mikroba yang sesuai yang akan mencerminkan bagaimana mereka akan tumbuh jika mereka berada di ekosistem semula jadi. Mudah-mudahan, itu akan menjadi masa depan seni bina.

E.B.: Dan, anda tahu, sebagai alternatif yang mungkin, kami boleh menghantar anak-anak kami ke luar untuk bermain lebih banyak.

J.G .: Anda faham.

E.B.: Boleh tahan.

Ikuti semua isu dan perbahasan Pakar Suara - dan ikuti perbincangan - di Facebook, Twitter dan Google+. Pandangan yang dikemukakan adalah pandangan penulis dan tidak semestinya mencerminkan pandangan penerbit. Versi artikel ini pada mulanya diterbitkan di Live Science.


Mikrobiologi Air

Mikrobiologi air adalah berkenaan dengan mikroorganisma yang tinggal di air, atau boleh diangkut dari satu habitat kepada yang lain melalui air.

Air dapat menyokong pertumbuhan banyak jenis mikroorganisma. Ini boleh menguntungkan. Sebagai contoh, aktiviti kimia strain yis tertentu memberikan kita bir dan roti. Juga, pertumbuhan beberapa bakteria dalam air yang tercemar dapat membantu mencerna racun dari air.

Namun, kehadiran orang lain penyakit menyebabkan mikrob dalam air tidak sihat malah mengancam nyawa. Contohnya, bakteria yang hidup dalam saluran usus manusia dan haiwan berdarah panas lain, seperti Escherichia coli, Salmonella, Shigella, dan Vibrio, boleh mencemarkan air jika najis masuk ke dalam air. Pencemaran air minuman dengan sejenis Escherichia coli dikenali sebagai O157:H7 boleh membawa maut. Pencemaran bekalan air perbandaran Walkerton, Ontario, Kanada pada musim panas tahun 2000 oleh strain O157: H7 melemahkan 2.000 orang dan membunuh tujuh orang.

Saluran usus haiwan berdarah panas juga mengandungi virus yang boleh mencemari air dan menyebabkan penyakit. Contohnya termasuk rotavirus, enterovirus dan coxsackievirus.

Satu lagi kumpulan mikrob yang menjadi perhatian dalam mikrobiologi air adalah protozoa. Dua protozoa yang paling menjadi perhatian Giardia dan Cryptosporidium. Mereka hidup secara normal dalam saluran usus haiwan seperti memerang dan rusa. Giardia dan Cryptosporidium bentuk tidak aktif dan tahan lasak yang disebut sista semasa kitaran hidupnya. Bentuk sista tahan terhadap klorin, yang merupakan bentuk pembasmian kuman air minuman yang paling popular, dan dapat melewati penapis yang banyak digunakan rawatan air tanaman. Sekiranya tertelan air minum, mereka boleh menyebabkan cirit-birit yang melemahkan dan berpanjangan pada manusia, dan boleh mengancam nyawa orang-orang dengan sistem kekebalan tubuh yang terganggu. Cryptosporidium pencemaran air minuman Milwaukee, Wisconsin dengan pada tahun 1993 menyebabkan lebih 400,000 orang sakit dan membunuh 47 orang.

Banyak mikroorganisma dijumpai secara semula jadi dalam dan air garam. Ini termasuk bakteria, cyanobacteria, protozoa, alga, dan haiwan kecil seperti rotifers. Ini boleh menjadi penting dalam rantai makanan yang menjadi asas kehidupan di dalam air. Sebagai contoh, mikroba yang disebut cyanobacteria dapat menukar tenaga daripada matahari ke dalam tenaga yang diperlukan untuk hidup. Sebilangan besar organisma ini pada gilirannya digunakan sebagai makanan untuk kehidupan lain. Alga yang hidup subur di dalam air juga merupakan sumber makanan penting untuk bentuk kehidupan yang lain.

Pelbagai mikroorganisma hidup di air tawar. Kawasan badan air berhampiran garis pantai (zon pesisir) terang, cetek, dan lebih panas daripada kawasan perairan lain. Alga fotosintetik dan bakteria yang menggunakan cahaya kerana tenaga berkembang di zon ini. Lebih jauh dari pantai adalah zon limnit. Mikrob fotosintetik juga hidup di sini. Apabila air semakin dalam, suhu menjadi lebih sejuk dan oksigen kepekatan dan cahaya dalam air berkurangan. Sekarang, mikrob yang memerlukan oksigen tidak berkembang. Sebaliknya, ungu dan hijau sulfur bakteria, yang boleh tumbuh tanpa oksigen, mendominasi. Akhirnya, di dasar perairan tawar (zon bentik), beberapa mikrob hidup. Bakteria yang boleh hidup tanpa oksigen dan cahaya matahari, seperti bakteria penghasil metana, berkembang maju.

Air masin menunjukkan persekitaran yang berbeza dengan mikroorganisma. Semakin tinggi garam tumpuan, lebih tinggi pH, dan lebih rendah nutrien, relatif kepada air tawar, mematikan banyak mikroorganisma. Tetapi, bakteria penyayang garam (halofilik) banyak terdapat berhampiran permukaan, dan beberapa bakteria yang juga hidup dalam air tawar adalah banyak (iaitu, Pseudomonas dan Vibrio). Juga, pada tahun 2001, para penyelidik menunjukkan bahawa bentuk kehidupan mikroba kuno yang dikenali sebagai archaebacteria adalah salah satu bentuk kehidupan yang dominan di laut. Peranan archaebacteria dalam rantaian makanan laut belum diketahui, tetapi mesti menjadi sangat penting.

Satu lagi mikroorganisma yang terdapat dalam air masin ialah sejenis alga yang dikenali sebagai dinoflagellelates. Pertumbuhan pesat dan pendaraban dinoflagellata boleh menjadikan air merah. "Air surut" ini menghabiskan air nutrien dan oksigen, yang boleh menyebabkan banyak ikan untuk mati. Juga, manusia boleh menjadi sakit dengan memakan ikan yang tercemar.

Air juga boleh menjadi kaedah yang ideal untuk mengangkut mikroorganisma dari satu tempat ke tempat lain. Sebagai contoh, air yang dibawa dalam badan kapal untuk menstabilkan kapal semasa pelayaran lautan mereka kini dikenali sebagai alat pengangkutan mikroorganisma ke seluruh dunia. Salah satu daripada organisma ini, bakteria yang dipanggil Vibrio cholerae, menyebabkan cirit-birit yang mengancam nyawa manusia.

Air minuman biasanya dirawat untuk mengurangkan risiko pencemaran mikroba. Kepentingan rawatan air minum telah diketahui selama berabad-abad. Sebagai contoh, pada zaman pra-Kristian penyimpanan air minuman dalam balang yang diperbuat daripada logam telah diamalkan. Kini, kesan anti-bakteria beberapa logam telah diketahui. Begitu juga, mendidih air minum, sebagai alat perlindungan air telah lama diketahui.

Bahan kimia seperti klorin atau turunan klorin telah menjadi kaedah yang popular untuk membunuh bakteria seperti Escherichia coli di air sejak dekad awal abad kedua puluh. Rawatan membunuh bakteria lain yang semakin popular termasuk penggunaan gas yang dipanggil ozon dan melumpuhkan bahan genetik mikrob dengan menggunakan cahaya ultraungu. Mikrob juga boleh dikecualikan secara fizikal daripada air dengan menyalurkan air melalui penapis. Penapis moden mempunyai lubang di dalamnya yang sangat kecil sehingga zarah-zarah yang sekecil virus dapat terperangkap.

Aspek penting mikrobiologi air, terutama untuk air minum, adalah pengujian air untuk memastikan ia selamat diminum. Ujian kualiti air dapat dilakukan dengan beberapa cara. Satu ujian popular mengukur kekeruhan air. Kekeruhan memberi petunjuk jumlah bahan yang digantung di dalam air. Lazimnya, jika bahan seperti tanah terdapat di dalam air maka mikroorganisma juga akan ada. Kehadiran zarah walaupun sekecil bakteria dan virus dapat mengurangkan kejernihan air. Kekeruhan adalah cara cepat untuk menunjukkan jika kualiti air merosot, dan jika perlu diambil tindakan untuk memperbaiki masalah air.


Perkataan yang perlu diketahui:

Keasidan - kepekatan asid dalam bahan
Alga - organisma yang tergolong dalam kumpulan yang hidup terutamanya di dalam air dan merangkumi rumput laut. Alga berbeza dengan tanaman kerana tidak mempunyai daun, akar, atau batang yang benar
Antibiotik - bahan yang dihasilkan secara semula jadi yang membunuh bakteria, tetapi tidak memberi kesan terhadap virus, digunakan sebagai ubat
Bakteria - mikroorganisma sel tunggal
Jajahan - kumpulan organisma sejenis yang hidup bersama dan saling bergantung antara satu sama lain
Penyakit - keadaan perubatan pada manusia, tumbuhan, atau haiwan yang bukan akibat langsung dari kecederaan fizikal
Persekitaran - semua faktor yang mempengaruhi kehidupan dan aktiviti manusia, tumbuhan, dan haiwan
kulat - jamak jamak Organisma bersel tunggal atau banyak yang membiak oleh spora dan hidup dengan menyerap nutrien dari bahan organik.
Menjana - untuk mewujudkan sesuatu atau wujud
Jangkitan - penghantaran mikroorganisma berjangkit daripada satu orang kepada orang lain atau mikroorganisma yang menjangkiti
berjangkit - penyakit yang boleh ditularkan dari satu orang ke orang lain
Tidak organik - terdiri daripada mineral dan bukannya bahan hidup
Mikroorganisma - organisma kecil seperti virus, protozoa, atau bakteria yang hanya dapat dilihat di bawah mikroskop
Mineral - bahan yang berlaku secara semula jadi di batu dan di tanah dan mempunyai ciri khas dan komposisi kimia
Parasit - tumbuhan atau haiwan yang hidup di dalam atau di tempat lain, yang biasanya lebih besar, organisma inang dengan cara yang membahayakan atau tidak memberi manfaat kepada inang
Zarah - sekeping sesuatu yang sangat kecil
Protozoa - organisma bersel tunggal yang boleh bergerak
berbentuk sfera - berbentuk seperti sfera
Spora - struktur kecil, biasanya satu sel yang dihasilkan oleh tumbuhan tanpa biji, alga, kulat, dan beberapa protozoa yang mampu berkembang menjadi individu baharu
Mengekalkan - untuk menjadikan sesuatu terus wujud
Virus - mikroba yang sangat sederhana yang memerlukan host untuk menghasilkan semula


Memperoleh Budaya Murni Mikroorganisma: 6 Kaedah

Perkara berikut menyerlahkan enam kaedah teratas yang digunakan untuk mendapatkan kultur tulen mikroorganisma. Kaedahnya adalah: 1. Kaedah Straak Plate 2. Kaedah Tuangkan Pinggan 3. Kaedah Penyebaran Plat 4. Kaedah Pencairan Serial 5. Kaedah Pengasingan Sel Tunggal 6. Kaedah Budaya Pengayaan.

1. Kaedah Pinggan Streak:

Kaedah ini paling kerap digunakan untuk mengasingkan kultur bakteria tulen. Sebilangan kecil kultur campuran diletakkan pada hujung gelung/jarum inokulasi dan digariskan merentasi permukaan medium agar (Rajah 16.13). Garisan berturut-turut “menipiskan” inokulum secukupnya dan mikro-organisma diasingkan antara satu sama lain.

Ia biasanya dinasihatkan untuk mencoretkan plat kedua dengan gelung/jarum yang sama tanpa inokulasi semula. Plat ini diinkubasi untuk membolehkan pertumbuhan koloni. Prinsip utama kaedah ini adalah bahawa, dengan melilit, kecerunan pencairan dibuat di seluruh permukaan plat Petri kerana sel bakteria disimpan di permukaan agar.

Oleh kerana kecerunan pencairan ini, pertumbuhan konfluen tidak berlaku pada bahagian medium di mana beberapa sel bakteria dimendapkan. Agaknya, setiap koloni adalah keturunan satu sel mikrob sehingga mewakili klon budaya murni. Koloni terpencil seperti ini diambil secara berasingan menggunakan gelung / jarum inokulasi steril dan dililit semula ke media segar untuk memastikan kesucian.

2. Kaedah Tuangkan Pinggan:

Kaedah ini melibatkan penyaduran sampel yang dicairkan bercampur dengan medium agar cair (Rajah 16.14). Prinsip utama adalah mencairkan inokulum dalam tiub berturut-turut yang mengandungi medium agar cair sehingga memungkinkan penyebaran sel bakteria secara menyeluruh dalam medium.

Di sini, kultur campuran bakteria dicairkan secara langsung dalam tiub yang mengandungi medium agar cair yang dikekalkan dalam keadaan cair pada suhu 42-45 ° C (agar padat di bawah 42 ° C). Bakteria dan medium cair dicampur dengan baik.

Isi setiap tiub dituangkan ke dalam piring Petri yang terpisah, dibiarkan padat, dan kemudian diinkubasi. Apabila koloni bakteria berkembang, seseorang mendapati bahawa koloni terpencil berkembang baik dalam medium agar (koloni bawah permukaan) dan di medium (koloni permukaan). Koloni-koloni terpencil ini kemudian diambil oleh gelung inokulasi dan dicantumkan ke plat Petri lain untuk memastikan kesucian.

Kaedah plat tuang mempunyai kelemahan tertentu seperti berikut:

(i) Pengambilan koloni bawah permukaan perlu menggali mereka keluar dari medium agar sehingga mengganggu koloni lain, dan

(ii) Mikroba yang diasingkan mestilah dapat menahan pendedahan sementara kepada suhu 42-45 ° medium agar cecair oleh itu teknik ini terbukti tidak sesuai untuk pengasingan mikroorganisma psikofilik.

Walau bagaimanapun, kaedah lempeng tuang, selain penggunaannya dalam mengasingkan kultur murni, juga digunakan untuk menentukan jumlah sel bakteria yang ada dalam kultur.

3. Kaedah Penyebaran Plat:

Dalam kaedah ini (Rajah 16.15), kultur campuran atau mikroorganisma tidak dicairkan dalam medium agar cair (tidak seperti kaedah plat tuang) ia agak dicairkan dalam satu siri tiub yang mengandungi cecair steril, biasanya, air atau garam fisiologi.

Setitik cecair yang telah dicairkan daripada setiap tiub diletakkan di tengah-tengah plat agar-agar dan disebarkan secara merata ke atas permukaan dengan menggunakan batang kaca bengkok yang disterilkan. Medium kini diinkubasi.

Apabila koloni berkembang di lempeng medium agar, didapati bahawa terdapat sebilangan pelat di mana tanah jajahan terpencil tumbuh. Ini berlaku akibat pemisahan mikroorganisma individu dengan menyebarkan titisan cecair yang dicairkan pada medium piring.

Koloni terpencil diambil dan dipindahkan ke medium segar untuk memastikan ketulenan. Berbeza dengan kaedah plat tuang, hanya koloni permukaan yang terbentuk dalam kaedah ini dan mikroorganisma tidak diperlukan untuk menahan suhu medium agar cair.

4. Kaedah Pencairan Serial:

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, kaedah ini biasanya digunakan untuk mendapatkan kultur murni mikroorganisma yang belum berhasil ditanam di media padat dan hanya tumbuh di media cair.

Mikroorganisma yang mendominasi dalam budaya campuran dapat diasingkan dalam bentuk murni dengan rangkaian pencairan. Inokulum mengalami pencairan bersiri dalam medium cecair steril, dan sebilangan besar tiub medium cecair steril diinokulasi dengan alikuot setiap pencairan berturut-turut.

Tujuan pencairan ini adalah untuk menyuntikkan rangkaian tiub dengan suspensi mikroba sehingga cair sehingga terdapat beberapa tabung yang menunjukkan pertumbuhan hanya satu mikroba individu. Untuk kemudahan, anggaplah kita memiliki kultur yang mengandung 10 ml medium cair, yang berisi 1.000 mikroorganisma (Gambar 16.16.), Iaitu, 100 mikroorganisma / ml medium cair.

Jika kita mengeluarkan 1 ml medium ini dan mencampurkannya dengan 9 ml medium cecair steril segar, kita akan mempunyai 100 mikroorganisma dalam 10 ml atau 10 mikroorganisma/ml. Sekiranya kita menambah 1 ml penggantungan ini ke 9 ml lagi. dari medium cecair steril segar, setiap ml kini mengandungi satu mikroorganisma tunggal.

Sekiranya tiub ini menunjukkan pertumbuhan mikroba, terdapat kemungkinan besar pertumbuhan ini disebabkan oleh pengenalan mikroorganisma tunggal dalam medium dan mewakili budaya murni mikroorganisma itu.

5. Kaedah Pengasingan Sel Tunggal:

Sel individu dari jenis yang diperlukan dipilih dengan kaedah ini dari budaya campuran dan dibiarkan tumbuh.

Dua kaedah berikut digunakan:

i. Kaedah pipet kapilari:

Beberapa titisan kecil media kultur yang dicairkan sesuai diletakkan pada penutup kaca steril oleh pipet steril yang ditarik ke kapilari. Kemudian seseorang memeriksa setiap penurunan di bawah mikroskop sehingga seseorang menjumpai penurunan tersebut, yang hanya mengandungi satu mikroorganisma. Titisan ini dikeluarkan dengan pipet kapilari steril ke medium segar. Mikroorganisma individu yang terdapat dalam titisan mula membiak untuk menghasilkan kultur tulen (Rajah 16.17).

ii. Kaedah mikromanipulator:

Micromanipulator telah dibina, yang membolehkan seseorang memilih satu sel dari kultur campuran. Alat ini digunakan bersama-sama dengan mikroskop untuk memilih sel tunggal (terutamanya sel bakteria) daripada penyediaan titisan gantung. Manipulator mikro mempunyai penyesuaian mikrometer dengan mana mikropipetanya dapat digerakkan ke kanan dan kiri, ke depan, dan ke belakang, dan ke atas dan ke bawah.

Satu siri titisan gantung kultur yang dicairkan diletakkan pada penutup penutup steril khas dengan mikropipet. Sekarang titisan tergantung dicari, yang mengandungi hanya satu sel mikroorganisma.

Sel ini ditarik ke dalam mikropipet dengan sedutan lembut dan kemudian dipindahkan ke titisan besar medium steril pada penutup penutup steril yang lain. Apabila bilangan sel bertambah dalam kejatuhan itu hasil daripada pendaraban, titisan dipindahkan ke tiub kultur yang mempunyai medium yang sesuai. Ini menghasilkan budaya tulen mikroorganisma yang diperlukan.

Kelebihan kaedah ini adalah seseorang dapat yakin bahawa kulturnya berasal dari satu sel dan seseorang dapat memperoleh ketegangan pada spesies tersebut. Kelemahannya adalah bahawa peralatannya mahal, manipulasinya sangat membosankan, dan memerlukan pengendali yang mahir. Inilah sebab mengapa kaedah ini dikhaskan untuk digunakan dalam kajian yang sangat khusus.

6. Kaedah Budaya Pengayaan:

Secara amnya, ia digunakan untuk mengasingkan mikroorganisma tersebut, yang terdapat dalam jumlah yang relatif kecil atau yang mempunyai kadar pertumbuhan yang perlahan dibandingkan dengan spesies lain yang terdapat dalam budaya campuran.

Strategi kultur pengayaan menyediakan persekitaran budaya yang direka khas dengan memasukkan nutrien tertentu dalam medium dan dengan mengubah suai keadaan fizikal pengeraman. Medium komposisi yang diketahui dan, keadaan inkubasi tertentu memihak kepada pertumbuhan mikroorganisma yang dikehendaki tetapi, tidak sesuai untuk pertumbuhan jenis mikroorganisma lain.


Mula-mula Terdapat Mikrob. Kemudian Kehidupan di Bumi menjadi Besar.

Bagaimana kehidupan bermula dari organisma kecil ke makhluk besar dan kompleks? Para saintis melihat petunjuk dalam fosil sejak 570 juta tahun dahulu.

Kiri: DARI 508 JUTA TAHUN LALU HINGGA HARI INI

Di tenggara pantai Newfoundland, berhampiran capaian paling jauh ke arah timur Amerika Utara, terletak tanjung tebing berbatu yang dipanggil Mistaken Point. Tempat itu mendapat namanya dari bangkai kapal yang menyebabkannya dalam cuaca kelam kabut, ketika para kapten laut salah mengira tempat lain. Hari ini ia mewakili sesuatu yang agak berbeza: satu set petunjuk luar biasa, baru-baru ini ditafsir semula, kepada salah satu misteri kehidupan yang paling dalam dan paling membingungkan di Bumi. Selepas berkeliaran selama lebih daripada tiga bilion tahun sebagai benda kecil, kebanyakannya bersel tunggal, mengapakah kehidupan tiba-tiba meletus menjadi banyak makhluk kompleks—berbilang sel, besar dan menakjubkan? Walaupun bentuk hidupan baharu ini tersebar di seluruh dunia, bermula sekurang-kurangnya 570 juta tahun yang lalu, bukti terawal mengenainya telah ditemui di satu tempat: Mistaken Point. Ahli paleontologi telah pergi ke sana selama beberapa dekad. Tetapi apa yang difikirkan oleh para pakar sekarang, dalam nuansa kecil dengan implikasi besar, adalah radikal dan baru.

Pada hari musim luruh yang sejuk, saya membuat perjalanan ke Mistaken Point sendiri, memandu ke selatan dari St. John, ibu kota Newfoundland, dengan Jeep yang disewa, di sepanjang reben hitam lebuh raya melalui hutan cemara dan cemara. Bersama saya ialah Marc Laflamme dari Universiti Toronto Mississauga dan rakan sekerjanya yang lama Simon Darroch, seorang lelaki Inggeris yang berpangkalan di Universiti Vanderbilt di Nashville.

Kami tiba di Mistaken Point di bawah langit biru dan matahari terik—cuaca jarang berlaku, Laflamme memberitahu saya, tetapi cahaya bersudut yang kuat, terutamanya pada lewat petang, membantu menyerlahkan fosil halus yang kami datang untuk melihat.

Di Rizab Ekologi Mistaken Point, yang ditubuhkan oleh kerajaan wilayah untuk melindungi dasar fosil, kami mengambil jalan batu kerikil ke tebing laut yang pecah dan mendaki ke bawah. Laflamme menunjuk pada satu kepingan batu abu-abu halus, keunguan, miring pada sekitar 30 darjah. Imej di dalam batu, seperti bayang-bayang yang rumit, mencadangkan rangka ular, corak tulang rusuk dan tulang belakang yang berulang, kira-kira tiga kaki panjang. Tetapi tidak ada rangka di sini, memang tiada tulang sama sekali—hanya kesan makhluk bertubuh lembut, mati dan tertimbus di dasar laut suatu masa yang sangat lama dahulu. Ia tidak berenang ia tidak merangkak. Ia tidak boleh hidup seperti mana-mana organisma yang hidup hari ini. Ini termasuk dalam masa yang lebih kabur, dihuni oleh makhluk duniawi yang samar dan tidak disedari oleh kebanyakan orang. "Ini adalah kali pertama kehidupan menjadi besar," kata Laflamme kepada saya ketika kami berlutut di atas batu.

Dari permulaan yang begitu mudah

Misteri bentuk kehidupan ini, dikenali sebagai Ediacarans (Ee-dee-AK-arans), bermula di Flinders Ranges yang terpencil di Australia Selatan, di mana seorang ahli geologi muda bernama Reginald Sprigg, dalam tugasan untuk menilai semula Ediacara Mines yang terbiar pada tahun 1946, melihat beberapa kesan aneh dalam batu pasir terdedah katil. Mereka seolah-olah dia "menunjukkan ubur-ubur." Mereka bukan obor-obor. Terdapat juga bentuk lain, sesetengah daripadanya tidak mempunyai persamaan yang jelas dengan mana-mana makhluk yang diketahui, hidup atau pupus. Satu figura kelihatan seperti cap jari yang ditekan ke dalam pasir.

Sprigg tidak menyedari (begitu juga mereka yang pernah menemui tokoh serupa di batu sebelumnya, tidak pasti apa yang akan dibuatnya) bahawa fosil itu berusia kira-kira 550 juta tahun — sejak sekurang-kurangnya 10 juta tahun sebelum drama evolusi yang lebih terkenal, letupan Cambrian yang terkenal. Para saintis sehingga itu percaya bahawa letupan Cambrian adalah yang ketika kehidupan di Bumi dibuka, kaboom, seperti letusan bintang yang luar biasa - makhluk yang rumit dan cukup besar (kita memanggilnya binatang), banyak keturunannya masih ada. Penemuan Sprigg terbukti penting sebagai isyarat pertama bahawa zaman yang kini dipanggil Ediacaran, bukan Kambrium hanya mengikutinya, adalah tempat bermulanya saga kebesaran dan kerumitan.

Kemudian pada tahun 1967 seorang pelajar siswazah bernama S. B. Misra melihat kepingan batu lumpur yang kaya dengan fosil di Newfoundland's Mistaken Point. Beberapa bentuk purbanya kelihatan sepadan dengan benda-benda "ubur-ubur" dari Australia Selatan, yang lain kelihatan seperti pelepah, tetapi beberapa tidak menyerupai apa-apa yang diketahui oleh sains. Katil-katil lain yang berdekatan, terletak di atas satu sama lain seperti lapisan kek Precambrian, juga terbukti mengandungi fosil yang banyak dan pelbagai, dipelihara bersama-sama sebagai seluruh komuniti. Banyak yang masih ditutup dengan kerak tipis abu vulkanik yang jatuh, seperti lapisan gula di antara setiap lapisan kek. Abu itu, dengan kesan uranium radioaktif dan plumbum yang mereput, membenarkan pentarikhan radiometrik yang tepat bagi katil. Fosil Mistaken Point, sejak 570 juta tahun lalu, adalah bukti terawal di Bumi tentang makhluk besar yang kompleks secara biologi.

Kini terdapat lebih daripada 50 bentuk Ediacaran berbeza yang diketahui, dari hampir 40 lokaliti, di setiap benua kecuali Antartika. Jadi apakah itu, selepas berbilion tahun hanya mikrob yang memenuhi dunia, yang membolehkan Ediacarans menjadi besar dan meliputi Bumi? Dan apa yang dicadangkan oleh bignness mereka mengenai anatomi dalaman mereka, cara memberi makan, cara hidup mereka?

Sebelum bentuk Ediacaran berkembang pesat di planet ini, evolusi bekerja pada skala yang kebanyakannya mikroskopik, dikawal oleh kekurangan oksigen, unsur yang menyemarakkan metabolisme haiwan. Terima kasih kepada bakteria marin yang menjana oksigen sebagai hasil fotosintesis, paras gas meningkat kira-kira dua bilion tahun lalu tetapi kekal rendah selama bilion tahun lagi. Kemudian, antara 717 juta dan 635 juta tahun yang lalu, satu siri glasiasi telah berlaku, begitu meluas dan teruk sehingga ia mungkin membeku di seluruh planet, satu keadaan yang dipanggil oleh beberapa saintis sebagai "Bumi bola salji." Pada masa itu paras oksigen naik semula, atas sebab-sebab yang masih kurang difahami.

Pembekuan hebat berakhir ketika letusan gunung berapi memancarkan karbon dioksida ke atmosfer, mewujudkan kesan rumah hijau awal yang menghangatkan planet ini dan mencairkan lautan. Satu lagi glasiasi ringkas sekitar 580 juta tahun yang lalu, dikenali sebagai Gaskiers, mungkin tidak berlaku secara global, tetapi ia meletakkan Newfoundland, antara tempat lain, dalam keadaan beku yang mendalam. Perubahan ini semuanya mendahului kemunculan terawal Ediacarans dalam rekod fosil. Adakah mereka sebab-sebab daripada apa yang berlaku seterusnya? Adakah akhir glasier, peningkatan oksigen yang ada, dan evolusi sel yang lebih kompleks membolehkan Ediacarans berkembang, seperti buaya pertama musim bunga? Mungkin.

Sama-sama membingungkan hubungan mereka dengan kehidupan hari ini. Seorang ahli paleontologi Jerman yang terkenal, Adolf Seilacher, menugaskan mereka ke kerajaan mereka sendiri, berbeza daripada kerajaan haiwan, kerana apa yang dipanggilnya "jenis binaan biologi yang unik dan berkuil," begitu berbeza daripada kebanyakan haiwan multiselular. Kesan "berkuil" seolah-olah menawarkan kestabilan struktur yang mungkin telah mengimbangi ketiadaan rangka. Mungkin quilting, dan bentuk frondy, juga membantu memaksimumkan luas permukaan, supaya mereka dapat menyerap nutrien dengan lebih baik melalui kulit mereka.

Pemakanan akan menjadi masalah bagi orang-orang Ediacarans kerana, sejauh yang ditunjukkan oleh bukti fosil, hampir tidak ada yang memiliki mulut. Mereka tidak mempunyai usus, tidak ada dubur. Tiada kepala, tiada mata, tiada ekor. Dalam sesetengah kes terdapat semacam tombol atau cakera penambat pada satu hujung, kini dikenali sebagai pegangan, yang mencengkam dasar laut dan membenarkan pelepah melayang ke atas di dalam air. Banyak kawasan dasar laut pada masa itu disalut dengan tikar mikrob tebal, yang membantu menstabilkan sedimen seperti lapisan tanah berkerak. Tetapi pelepah itu bukan tanaman — fotosintesis tidak dapat menyuburkannya — kerana banyak Ediacarans tinggal di kedalaman, ribuan kaki di bawah air, di mana cahaya tidak menembus.

Jika mereka tidak boleh makan dan mereka tidak boleh berfotosintesis, bagaimana mereka menyuburkan diri mereka? Satu bentuk, sesuatu yang sluglike dipanggil Kimberella, mungkin telah menggaru dan menelan (yang ini memang ada mulut, kelebihan utama!) rezeki dari tikar mikrob di bawahnya. Tetapi hipotesis utama bagi kebanyakan Ediacarans adalah osmotrofi, kata yang sangat baik untuk proses yang sangat asas: pengambilan nutrien terlarut oleh osmosis, atau penyerapan melalui membran luarnya. Ia cukup baik, mungkin, dalam dunia yang lebih sederhana pada masa yang lebih sederhana, tetapi ia akan menjadi rezeki yang tidak seberapa. Sesetengah saintis telah menumpukan pada satu lagi aspek menarik bagi kebanyakan Ediacarans: seni bina mereka yang lebih halus. Sekali imbas mereka kelihatan berkuil, tetapi pemeriksaan rapi mendedahkan bahawa struktur mereka adalah fraktal. Iaitu, corak yang serupa berulang pada skala yang semakin kecil. Pelepah besar terdiri dari pelepah yang lebih kecil, dan pelepah yang lebih kecil terdiri dari pelepah yang lebih kecil, semuanya serupa kecuali ukuran. Bentuk asas bergema sendiri pada tiga atau empat skala. Mungkin penstrukturan fraktal itu membantu menjelaskan cara mereka dapat membesar. Ia memberikan sedikit ketegaran, ia memaksimumkan luas permukaan, dan mungkin ia mencerminkan pintasan genetik. Formula mudah dalam genom mungkin telah ditentukan: Bina unit pelepah kecil, kemudian ulangi operasi itu berulang kali, menambah satu sama lain, untuk menjadikan saya besar.

Struktur fraktal semacam ini ditunjukkan pada makhluk seperti ular Marc Laflamme dan saya melihat di batu kelabu keunguan di Mistaken Point. Ia juga ditunjukkan dalam beberapa Ediacarans lain, secara kolektif dipanggil rangeomorphs, dinamakan untuk contoh bentuk Namibia, yang dikenali sebagai Rangea. Sepanjang hari kami di batu Newfoundland, Laflamme mengarahkan pandangan saya ke lebih banyak lagi rangeomorph, tidak mencolok dari jarak 10 kaki tetapi menyeramkan apabila dilihat dengan teliti. Di sini adalah Beothukis mistakensis, pelepah berbentuk dayung, dinamakan berdasarkan lokasi penemuannya. Di sana ada Fractofusus, bentuk berbentuk gelendong, tirus pada kedua-dua hujungnya. Ia tinggal rata di dasar laut. Apabila kematian datang kepada komuniti Ediacarans, seperti ketika ribut salji abu gunung berapi mendap melalui air laut untuk menenggelamkan mereka atau longsoran sedimen keluar dari cerun yang curam untuk menimbus mereka, benda-benda pelepah menegak kadang-kadang dihancurkan (sebagai bukti fosil menunjukkan), tetapi Fractofusus gelendong seolah-olah telah mati dengan lembut di tempat mereka berbaring.

Walaupun jarakomorf ini mendominasi ekosistem laut dalam di Mistaken Point selama berjuta-juta tahun dan berkembang di tempat lain di perairan yang agak cetek, semuanya hilang, tanpa meninggalkan keturunan yang diketahui. Menjelang permulaan tempoh Kambrium 541 juta tahun yang lalu, atau tidak lama kemudian, mereka hampir sepenuhnya lenyap daripada rekod fosil seperti yang kita ketahui. Itulah sebabnya beberapa saintis telah mencadangkan bahawa Ediacarans mewakili "eksperimen yang gagal" dalam evolusi awal kehidupan multiselular.

Mengapa Ediacarans tiba-tiba hilang? Adakah kepupusan itu mutlak, atau ada keturunan dalam bentuk yang berbeza? Dan jika penghujungnya tidak begitu mendadak dan lengkap, apakah yang menamatkan Ediacarans sebagai Ediacarans, memusnahkan spesies mengikut spesies dalam ketidakjelasan?

Rakan sekerja Laflamme, Simon Darroch telah menawarkan satu kemungkinan jawapan. Pada sebelah petang lawatan kami ke Mistaken Point, Darroch mencapai pek hariannya dan menghasilkan kejutan: kepingan kecil batu coklat rata dari katil Ediacaran lewat yang dia belajar di Namibia. Dia telah membawanya dari makmalnya di Vanderbilt untuk menunjukkan kepada saya beberapa surih fosil. Fosil jejak, yang berbeza dengan fosil badan, mencatat jejak aktiviti haiwan - bergerak, mengunyah, membuang air besar - seperti yang diawetkan di batu. Ia adalah rekod tingkah laku, bukan bentuk badan. Sebarang kesan sedemikian ketara dalam tempoh Ediacaran, kerana kebanyakan Ediacaran tidak dapat melakukan perkara tersebut: bergerak, mengunyah atau membuang air besar.

"Ini adalah ekosistem sessile yang sangat statik, " kata Darroch, merujuk kepada katil fosil Ediacaran awal yang terkenal dengan kekayaan di mana kami berdiri.

Ediacaran kemudiannya, seperti yang didedahkan dalam batuan Namibia, jauh berbeza. Satu perbezaan besar, katanya, adalah "untuk pertama kalinya kita mengalami penggalian yang kompleks." Pakar tidak bersetuju tentang hanya apabila corak rumit makhluk yang menggali mula-mula muncul, tetapi dengan apa-apa penilaian kesan itu menandakan perubahan besar dari Ediacaran kepada Cambrian. Makhluk-makhluk berulat telah lama menggeliat di dasar laut sekarang mereka juga terowong ke dalamnya. Darroch menunjukkan kepada saya papak kecil yang ditanda dengan kesan garis putus-putus. "Mereka berada di permukaan, dan mereka hilang, kemudian mereka muncul ke permukaan semula." Itu adalah bukti organisma dengan otot yang rumit, memungkinkannya bergerak dalam tiga dimensi. Jika ia bergerak ke arah itu, ia mempunyai bahagian hadapan dan hujung belakang. Di hujung hadapannya, mungkin mulut. Dalam mulut, mungkin gigi. Ini adalah alat dan kapasiti baharu yang luar biasa pada masa itu. Cacing merangkak masuk, cacing merangkak keluar, mengganggu tikar mikroba, mungkin mengunyah langsung pada Ediacarans. Dalam makalah baru-baru ini, Darroch dan pengarang bersamanya (diketuai oleh James Schiffbauer, dan termasuk Laflamme) telah memanggil masa awal Kambrium ini sebagai "Wormworld." Ia bukan tempat untuk Ediacarans.

Kecacingan bukanlah satu-satunya faktor yang menyebabkan orang Ediacaran dilupakan dan mencetuskan letupan Kambrium—juga terdapat perubahan dalam kimia lautan yang membolehkan haiwan memperoleh bahagian keras (rangka, gigi dan cengkerang yang kaya kalsium), peningkatan umum dalam mod mobiliti (bukan hanya menggali tanah), dan peningkatan tabiat pemangsa, antara lain. Tetapi kebimbangan masa peralihan itu, pada akhir zaman Ediacaran, mungkin memainkan peranan penting. Beberapa minggu selepas lawatan Mistaken Point kami, saya bercakap dengan James Gehling, seorang penyelidik terkemuka Ediacaran. Pergi ke Flinders Ranges di Australia Selatan, berhampiran Bukit Ediacara, dia memberitahu saya melalui telefon dari pejabatnya di Adelaide, dan lihat pembentukan pertama lapisan sedimen Kambrium. "Ia hanya keju Swiss." Dikubur seluruhnya oleh makhluk berulat yang telah mengoyak pasir dan "mengitar semula" Ediacarans yang bertubuh lembut. "Di situlah orang Cambrian bermula," kata Gehling. "Kedatangan otot untuk menggali."

Guy Narbonne, di Queen's University di Ontario, sebahagian besarnya bersetuju dengan kepentingan menggali. Tetapi bersama pelajar siswazahnya Calla Carbone, dia telah membawa Wormworld selangkah lebih jauh. Berdasarkan analisis teliti fosil surih dari zaman Ediacaran dan Kambrium awal, Narbonne dan Carbone melihat perbezaan yang ketara dalam cara makhluk berulat itu berubah. Pada awal Cambrian, haiwan yang menggali menjadi lebih sistematik dalam pencarian makanan, dan juga lebih berotot. Mereka berjulat lebih cekap, menjejaki sumber dengan lebih baik dan kurang melintasi landasan mereka sendiri. "Ia mencerminkan evolusi kecerdasan," kata Narbonne kepada saya. "Tafsiran kami," tambahnya, "adalah bahawa letupan Cambrian adalah apabila tingkah laku menjadi dikodkan pada genom." Mereka menamakan kertas itu, "Apabila Kehidupan Menjadi Pintar."

Sebilangan besar pakar akan bersetuju bahawa kecerdasan, walaupun pada tahap yang dinyatakan oleh cacing primitif, bukan kunci dalam kit alat Ediacaran. Genom makhluk tersebut mungkin telah dikodkan untuk pengulangan fraktal-sekurang-kurangnya dalam rangeomorph, di mana ia menghasilkan jenis kerumitan yang mudah-tetapi bukan untuk responsif terhadap keadaan, atau kecekapan. Namun, ia adalah satu perkara yang silap untuk mengetepikan Ediacarans sebagai ditakdirkan. Orang ramai membuat kesilapan itu dengan dodo, apabila mereka melabelkannya sebagai lambang kebodohan yang malang. Tetapi dodo yang sebenar, Raphus cucullatus, burung besar, tidak terbang, pemakan buah endemik ke pulau Mauritius, telah hidup subur di rumahnya yang aman selama beribu-ribu tahun—sehingga Homo sapiens dan pemangsa lain tiba. Begitu juga Ediacarans, dengan ancaman baru mereka sendiri. Anda boleh memanggilnya "eksperimen yang gagal" dalam evolusi jika anda mahu, tetapi mereka berjaya dan berkembang maju, dalam persekitaran pilihan mereka tetapi mencabar, selama lebih daripada 30 juta tahun. Kita manusia haruslah tabah dan bertuah.


Penguraian Aerobik

Apabila bahan organik terurai dengan kehadiran oksigen, proses itu dipanggil “aerobik.” Proses aerobik adalah paling biasa di alam semula jadi. Sebagai contoh, ia berlaku di permukaan tanah seperti lantai hutan, di mana najis daripada pokok dan haiwan ditukar menjadi humus yang agak stabil. Tiada bau busuk yang menyertainya apabila terdapat oksigen yang mencukupi.

Dalam penguraian aerobik, organisma hidup, yang menggunakan oksigen, memakan bahan organik. Mereka menggunakan nitrogen, fosforus, sebahagian daripada karbon, dan nutrien lain yang diperlukan. Kebanyakan karbon berfungsi sebagai sumber tenaga untuk organisma dan dibakar dan disedut sebagai karbon dioksida (C02). Oleh kerana karbon berfungsi sebagai sumber tenaga dan sebagai unsur dalam protoplasma sel, lebih banyak karbon daripada nitrogen diperlukan. Secara amnya kira-kira dua pertiga karbon disedut sebagai C02, sementara yang ketiga digabungkan dengan nitrogen dalam sel hidup. Walau bagaimanapun, jika lebihan karbon ke atas nitrogen (nisbah C:N) dalam bahan organik yang terurai terlalu besar, aktiviti biologi berkurangan. Beberapa kitaran organisma kemudiannya diperlukan untuk membakar kebanyakan karbon.

Apabila sesetengah organisma mati, nitrogen dan karbon tersimpannya akan tersedia kepada organisma lain. Oleh kerana organisma lain menggunakan nitrogen daripada sel mati untuk membentuk bahan sel baru, sekali lagi karbon berlebihan ditukar kepada C02. Oleh itu, jumlah karbon dikurangkan dan jumlah nitrogen terhad dikitar semula. Akhirnya, apabila nisbah karbon yang ada kepada nitrogen yang tersedia berada dalam keseimbangan yang mencukupi, nitrogen dibebaskan sebagai ammonia. Di bawah keadaan yang menggalakkan, sesetengah ammonia boleh teroksida kepada nitrat. Fosforus, potash, dan pelbagai mikro-nutrien juga penting untuk pertumbuhan biologi. Ini biasanya terdapat dalam jumlah yang lebih daripada mencukupi dalam bahan kompos dan tiada masalah.

Semasa pengkomposan banyak tenaga dibebaskan dalam bentuk haba dalam pengoksidaan karbon ke C02. Sebagai contoh, jika molekul gram glukosa diasingkan dalam keadaan aerobik, 484 hingga 674 kilogram kalori (kcal) haba boleh dibebaskan. Jika bahan organik berada di dalam longgokan atau sebaliknya disusun untuk menyediakan beberapa penebat, suhu bahan semasa penguraian akan meningkat kepada lebih 170°F. Jika suhu melebihi 162°F hingga 172°F, bagaimanapun, aktiviti bakteria berkurangan dan penstabilan menjadi perlahan.

Pada mulanya, organisma mesofilik, yang hidup dalam suhu 50°F hingga 115°F, menjajah dalam bahan tersebut. Apabila suhu melebihi kira-kira 120 ° F, organisma termofilik, yang tumbuh dan berkembang dalam suhu 115 ° F hingga 160 ° F, berkembang dan menggantikan bakteria mesofilik dalam bahan penguraian. Hanya beberapa kumpulan termofil menjalankan sebarang aktiviti di atas 160°F.

Pengoksidaan pada suhu termofilik berlaku lebih cepat daripada pada suhu mesofilik dan, oleh itu, masa yang lebih singkat diperlukan untuk penguraian (penstabilan).Suhu yang tinggi akan memusnahkan bakteria patogen, protozoa (haiwan satu sel mikroskopik), dan biji rumpai, yang memudaratkan kesihatan atau pertanian ketika kompos terakhir digunakan.

Pengoksidaan aerobik bahan organik tidak menghasilkan bau yang tidak menyenangkan. Jika bau kelihatan, sama ada prosesnya tidak sepenuhnya aerobik atau terdapat beberapa keadaan atau bahan khas yang menghasilkan bau. Penguraian atau pengkomposan aerobik dapat dilakukan dalam lubang, tong sampah, timbunan, atau timbunan, jika oksigen mencukupi. Memusing bahan pada selang waktu atau teknik lain untuk menambah oksigen berguna dalam mengekalkan keadaan aerobik.

Cerucuk kompos dalam keadaan aerobik mencapai suhu 140 ° F hingga 160 ° F dalam satu hingga lima hari bergantung pada bahan dan keadaan operasi kompos. Suhu ini juga dapat dipertahankan selama beberapa hari sebelum pengudaraan lebih lanjut. Haba yang diperlukan untuk menghasilkan dan mengekalkan suhu ini mesti datang dari penguraian aerobik yang memerlukan oksigen. Selepas satu tempoh masa, bahan akan menjadi anaerobik melainkan ia diudara.

Dalam manual ini istilah & # 8220a komposerobik & # 8221 akan digunakan dalam makna proses yang diterima umum. Ia memerlukan sejumlah besar oksigen dan tidak menghasilkan satu pun ciri ciri pembusukan anaerobik. Dalam pengertian modennya, kompos aerobik dapat didefinisikan sebagai proses di mana, dalam keadaan persekitaran yang sesuai, organisma aerobik, terutama termofilik, menggunakan sejumlah besar oksigen dalam menguraikan bahan organik ke humus yang cukup stabil.


Bagaimanakah mikrob merebak dari tempat yang kecil ke tempat yang sangat besar? - Biologi

Percubaan untuk memasukkan Lux Operon yang mengandungi plasmid ke dalam bakteria E. coli melalui transformasi yang digalakkan.

Transformasi genetik adalah "proses di mana bahan genetik yang dibawa oleh sel individu diubah dengan penggabungan DNA asing (eksogen) ke dalam genomnya" (MedicineNet, 1999). Terdapat banyak cara DNA bakteria dapat diubah termasuk transduksi dan konjugasi tetapi kita akan menggunakan proses transformasi untuk mengubah genom E. coli. Plasmid adalah "sekeping kecil DNA bulat dalam bakteria yang menyerupai kromosom bulat bakteria, tetapi dapat dibuang. Beberapa strain bakteria mengandungi banyak plasmid dan ada yang tidak mengandungi. Plasmid sering digunakan dalam kejuruteraan genetik sebagai vektor pengklonan ”(Bowden, 2008). Operon ialah gabungan promoter, operator, dan gen. Pengendali duduk di antara penganjur dan gen sebagai bentuk peraturan negatif. Inhibitor alosterik boleh mengikat operator sehingga menyekat transkripsi gen tersebut. Operon jenis ini hanya terdapat dalam bakteria. Operon Lux, yang akan kita gunakan dan yang ada dari plasmid yang diperkenalkan disebut pVIB, memiliki gen yang memberi kod untuk Luciferase yang memiliki sifat mengaktifkan bioluminescence. "Operon lux menyandikan gen untuk pengaturan diri dan untuk pengeluaran protein bercahaya" (Lux, 2008).

Konsep di sebalik eksperimen ialah kita boleh membuat plasmid bebas melalui membran bakteria E. coli untuk digabungkan sebagai sebahagian daripada genomnya, tetapi masih sebagai plasmid. Plasmid diberikan kepada kita sebagai entiti bebas di luar mana-mana sel. Melalui pelbagai proses, kami akan cuba memasukkan plasmid ke dalam bakteria E. coli. Plasmid yang akan kita gunakan mengandungi operon Lux dan ketahanan terhadap antibiotik Ampisilin. Gen yang mengekodkan rintangan Ampicillin dipanggil " amp r ". Semasa percubaan, kami akan meletakkan dua jenis bakteria, dengan dan tanpa plasmid, dalam larutan hanya LB Agar dan LB Agar dan Ampisilin. Kami membuat hipotesis bahawa bakteria dengan plasmid (+ plasmid) akan bertahan dalam larutan LB Agar dan LB Agar / Ampisilin, juga bahawa bakteria tanpa plasmid (-plasmid) hanya akan bertahan dalam piring LB Agar.

1. Terangkan, di peringkat sel / molekul, langkah-langkah tepat yang terlibat dalam kejutan haba. Artinya, bagaimana kita dapat memaksa sel bakteria mengambil plasmid?

Membran sel ialah dwilapisan fosfolipid yang mempunyai kumpulan fosfat bercas negatif di bahagian kepala. Walaupun zon masuk DNA asing cukup besar, kumpulan fosfat bermuatan negatif secara semula jadi menolak tulang belakang fosfat bermuatan negatif dari plasmid DNA, menghentikan induksi. Kami menambahkan molekul kalsium klorida ke dalam campuran sehingga ion kalsium positif dapat meneutralkan muatan negatif sehingga memungkinkan induksi plasmid ke dalam sel. Untuk meneutralkan muatan dengan lebih baik, kami menyejukkan sel sehingga menstabilkan membran lebih jauh. Suhu di dalam sel menjadi sejuk. Kemudian kita memanaskan larutan, mewujudkan ketidakseimbangan suhu di seluruh membran dan akibatnya arus ke dalam sel, membawa plasmid ke dalam sel.

2. Jika mana-mana ramalan mengenai pertumbuhan bakteria yang dibuat dalam pertimbangan pra-makmal berbeza daripada keputusan yang anda perhatikan, sila huraikannya dan terangkan sebab anda percaya anda memperoleh keputusan ini

Ramalan yang saya buat dalam pertimbangan pra-makmal adalah, di atas kertas, betul tetapi ada yang tidak sesuai dengan apa yang saya perhatikan. Ini bermakna ada sesuatu yang tidak kena semasa percubaan. Saya meramalkan bahawa bakteria-plasmid yang dimasukkan ke dalam piring yang mengandungi hanya LB Agar akan bertahan tetapi jelas tidak bercahaya kerana tidak adanya pVIB dan akibatnya operon Lux. Saya memerhatikan bahawa tiada sebarang jenis bakteria tumbuh di dalam pinggan itu. Bakteria mungkin telah mati sebelum dapat membiak dengan betul. Saya juga mempunyai masalah dengan bakteria + plasmid yang tumbuh di plat LB Agar / Ampisilin. Kami mempunyai satu koloni yang tumbuh jadi ia berjaya, tetapi mereka pada umumnya gagal berkembang. Satu koloni yang melakukannya sebenarnya bercahaya. Tiada masalah dengan prosedur kerana ia berfungsi. Mungkin ada faktor persekitaran seperti pencemaran yang mempengaruhi penanaman bakteria di kedua-dua plat yang terganggu.

3. Apakah yang anda pilih dalam eksperimen ini? (iaitu, apa yang membolehkan anda mengenal pasti bakteria mana yang mengambil plasmid?)

Kami dapat mengenal pasti bakteria mana yang telah mengambil plasmid kerana bakteria yang tidak mempunyai rintangan ampisilin mahupun biluminescent kerana operon Lux adalah sebahagian daripada plasmid pVIB. Plasmid akan bertahan hanya jika tiada ampisilin. Plasmid + akan bertahan di sekitar ampisilin dan sekiranya tidak ada. Jadi bakteria yang bioluminescent dan tidak dibunuh oleh Ampicillin adalah bakteria yang telah memasukkan plasmid yang kami perkenalkan.

4. Kecekapan transformasi dinyatakan sebagai jumlah koloni tahan antibiotik per μg DNA plasmid. Objektifnya adalah untuk menentukan jisim plasmid yang tersebar pada plat eksperimen dan oleh itu, bertanggungjawab untuk transforman) bilangan koloni) yang diperhatikan. Kerana transformasi hanya terbatas pada sel-sel yang kompeten, peningkatan jumlah plasmid tidak semestinya meningkatkan kebarangkalian sel akan berubah. Sampel sel yang kompeten biasanya tepu dengan penambahan sejumlah kecil plasmid, dan kelebihan DNA sebenarnya boleh mengganggu proses transformasi.

a. Tentukan jumlah jisim (dalam μg) plasmid yang digunakan. Ingat bahawa anda menggunakan 10 μL plasmid pada kepekatan 0.005 μg/ μL.

10 μL plasmid X 0.005 μg / μL = 0.05 μg plasmid

b. Kira jumlah isipadu ampaian sel yang disediakan.

250 μL CaCl2 + 250 μL LB + 10 μL plasmid DNA + kira-kira 5 μL E. coli = kira-kira 515 μL penggantungan sel

c. Sekarang hitungkan pecahan jumlah penggantungan sel yang dihamparkan pada plat.

100 μL spread / 515 μL jumlah = .1942

d. Tentukan jisim plasmid dalam penyebaran ampaian sel.

0.05 μg plasmid X .1942 = .00971 μg plasmid

e. Tentukan # koloni setiap μg DNA plasmid. Nyatakan jawapan anda dalam notasi saintifik. Ini adalah kecekapan transformasi anda.

1 koloni / .00971 μg plasmid = kira-kira 103 koloni / μg plasmid

Kecekapan Transformasi: 1.0 X 10 2 koloni setiap μg plasmid

5. Faktor apa yang mungkin mempengaruhi kecekapan transformasi? Terangkan kesan setiap faktor yang anda nyatakan.

Sekiranya sejumlah unsur yang diberi dari eksperimen diubah misalnya jika kepekatan plasmid lebih kurang, hasil dan kecekapan penghantaran. Jumlah hubungan antara plasmid dan bakteria mempengaruhi kecekapan penghantaran. Sekiranya tidak ada banyak bakteria tetapi terdapat banyak plasmid dan lebih banyak plasmid ditambahkan, kecekapan transmisi akan turun kerana jumlah plasmid yang berlebihan dengan sejumlah kecil bakteria yang terhad tidak meningkatkan transformasi dengan jumlah kemungkinan transformasi. Terdapat juga keseimbangan yang halus dalam hal kejutan haba. Bakteria akan mati jika suhu terlalu tinggi tetapi idea terapi kejutan haba, di mana kecerunan panas menyebabkan arus, tidak akan berfungsi jika suhu terlalu rendah. Juga, masa pendedahan kepada kejutan panas juga menjadi faktor kerana pendedahan berlebihan boleh memberi kesan buruk kepada bakteria dan plasmid.

Hipotesis asal yang saya ada ialah bakteria -plasmid hanya akan hidup jika tiada ampisilin kerana kekurangan rintangan yang terdapat pada plasmid pVIB. Saya juga berhipotesis bahawa bakteria + plasmid akan bertahan dalam semua keadaan dan menjadi bioluminescent, walaupun terdapat antibiotik ampisilin. Keputusan saya menunjukkan bahawa -plasmid E. coli tidak tumbuh dengan kehadiran atau ketiadaan ampicillin. Ia sepatutnya berkembang tanpa kehadiran ampicillin. Hasil kajian saya juga menunjukkan bahawa + plasmid E. coli tumbuh pada kehadiran dan ketiadaan ampisilin. Plasmid E. coli + tidak banyak tumbuh di hadapannya. Hanya satu koloni bercahaya terselamat. Saya tidak akan menyemak semula hipotesis asal saya kerana hipotesis mengikut apa yang sepatutnya berlaku sekiranya eksperimen telah dilakukan dengan betul. Saya mengesyaki bahawa plat mungkin terlalu lama terdedah kepada persekitaran semasa percubaan dan terkena pencemaran.


Tonton video: Pertumbuhan mikroba (November 2022).