1. Katedra za mikrobiologiju – dr Dragana Mitić Ćulafić

2.  Ekologija je nauka koja proučava međusobne odnose
između organizama i njihove životne sredine.
 Termin je nastao od grčkih reči oikos (stanište) i
logos (nauka), prvi je definisao i u ovom smislu
koristio nemački biolog Ernst Haeckel 1869. god.
 Imajući u vidu svu širinu pojma ekologije, dužnost
savremenih ekologa je da istraže svojstva životne
sredine, utvrde biodiverzitet, kao i brojnost
populacija unutar zajednica, determinišu njihovu
aktivnost i interakcije kako međusobne tako i u
okviru ekosistema u celini.

3.  Oblast istraživanja ekologije mikroorganizama
obuhvata proučavanje i analizu odnosa između MO i
biotičkih i abiotičkih faktora sredine.
 Proučavanje zajednice MO, njihove strukture i
aktivnosti, te interakcija sa ostalim ekološkim
faktorima, posebno je otežano promenljivošću i
kompleksnošću samih MO kao i prostornom i
vremenskom varijabilnošću biotičkih i abiotičkih
parametara.

4.  Metodologija mikrobioloških analiza predstavlja
poseban problem u ekološkim proučavanjima MO.
 Tek razvoj adekvatnih metoda, njihova kombinacija i
unifikacija te kompatibilnost rezultata omogućavaju
kompleksna saznanja o ulozi koju MO imaju u
prirodi i razumevanju funkcionisanja ekosistema u
celini.

5.  Ekologija MO razvijala se najpre u okviru opšte
mikrobiologije, manje u okviru ekologije, da bi,
kao posebna oblast, počela intezivnije da se
razvija tek početkom 60-ih godina prošlog veka.
 Aktuelnost ekologije MO i brz razvoj u ovoj
oblasti, poslednjih godina, posledica su podizanja
opšte svesti o ekologiji i ulozi koju MO imaju u
održavanju visokog nivoa kvaliteta životne
sredine.

6.  Izdvajanje ekologije MO kao posebne naučne
discipline najpre se baziralo na saznanjima o ključnoj
ulozi MO u tokovima materije i energije, a koja se
zasniva na njihovim metaboličkim sposobnostima da
transformišu različite organske i neorganske
supstance.
 Danas MO imaju ključnu ulogu u rešavanju nekih
akutnih ekoloških i ekonomskih problema sa kojima
smo suočeni a to su:

7.  Izbor načina za pravilno odlaganje čvrstog i tečnog
otpada,
 Nestašica azotnih đubriva,
 Izdvajanje metala iz ruda nižeg kvaliteta,
 Biološka kontrola “štetočina”,
 Proizvodnja hrane,
 Proizvodnja energije i goriva iz nusproizvoda i
otpadnih materija itd.

8.  Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) – najranija
saznanja iz oblasti ekologije MO
 Lazzaro Spallanzani 1765 – truljenje je posledica
delovanja malih organizama, koji ne nastaju
spontano već deobom
 Latour, Schwann i Kuntzing oko 1830 svaki
ponaosob dolazi do zaključka da živi MO izazivaju
alkoholno vrenje, ali nisu mogli da objasne naknadno
kvarenje supstrata nakon sterilizacije toplotom

9.  Louis Pasteur (1822-1895) – rešio problem spontane
generacije – pokazao prisustvo MO u vazduhu i
opisao njihovu ulogu u kvarenju predhodno
sterilisanog supstrata
 Pasterovi radovi su bili osnova za stvaranje
mikrobiologije kao nove naučne discipline
 U periodu od 1857 do 1876 Paster je zaključio da je
fermentacija rezultat aktivnosti MO

10.  John Tyndall (1820-1893) engleski fizičar koji je
uveo metodu frakcione sterilizacije (tindalizacija) i
tako rešio problem rezistentnih endospora
 Ferdinand Julius Kohn je neposredno pre
Tindalovogh otkrića opisao endospore B. subtilis
 Robert Koch (1843-1910) razvio jednostavne metode
za izolovanje i održavanje čistih kultura MO na
čvrstim podlogama
 Ser Alexander Fleming je 1929. zapazio pojavu
inhibitornog rasta na kulturi Staphylococcus oko
slučajnog kontaminanta Penicillium-a

11.  Sergei Winogradsky 1890. uspešno izolovao
nitrifikatore i razvio koncept hemoautotrofije, a
takođe prvi izvršio nutricionu klasifikaciju
zemljišnih MO na autohtone (koji koriste humus)
i zimogene (oportune)
 Martinus Beijerunck je 1905 rekao da: “način na
koji ja pristupam mikrobiologiji se može
koncizno izraziti kao istraživanja mikrobijalne
ekologije tj. odnosa između ekoloških uslova i
posebnih oblika života koji im odgovaraju”.

12.  Kulminacija saznanja iz ekologije MO dovela je
do toga da se 1970. unutar Međunarodnog
udruženja mikrobioloških društava oformi
Međunarodna komisija za ekologiju MO što se
smatra formalnim priznavanjem ekologije MO
kao koherentne naučne oblasti

19. Istraživanja u ekološkoj mikrobiologiji
Usmerena u 2 pravca:
- Biodiverzitet mikroorganizama - izolacija,
identifikacija i kvanifikaciju mikroorganizama u
različitim staništima
- Aktivnost mikroorganizama - aktivnost u
različitim staništima.

20. Oba tipa istraživanja su veoma važna
 Određivanje aktivnosti in situ
- praćenje efekta fizičkih ili hemijskih agenasa na
mikroorganizme.
 Studije biodiverziteta, zajedno sa merenjem
aktivnosti,
- dobijanje kompletne slike mikroorganizama
određenog staništa.

21.  Veoma se retko u prirodi nalazi samo jedna vrsta
mikroorganizama.
 U većini slučajeva postoji zajednica
mikroorganizama.
 Potreban je odabir metode i procedure za njihovo
izolovanje i gajenje.

22. Kolona Vinogradskog
(ekosistem u malom)
 Ruski mikrobiolog Sergej
Vinogradskij konstruisao je
kolonu (1880) za studiranje
mikoorganizama zemljišta
 Minijaturni anaerobni ekosistem
za izolovanje purpurnih i zelenih
fototrofnih bakterija i drugih
anaeroba
 Kolona, stakleni cilindar sa 1/3
organski bogatog mulja sa CaCO3
(pufer) i CaSO4 ( izvor sulfata) i
bez vazduha
 Nalije se vodom iz jezera, bare ili
nekog drugog vodenog staništa i
pokrije se folijom
 Smešta u blizinu izvora svetlosti
(nije direktna) i ostavlja nedelju
dana
 Veoma dugo izvor svih tipova
prokariota koji su uključeni u
kruženje elemenata

23. Kolona Vinogradskog
 Alge i cijanobakterije – gornji deo
kolone (usled produkcije O2 ovaj
deo je aeroban)
 Sulfat-redukujuće bakterije -
supstrat se dobija fermentacijom
materija iz mulja (organske kiseline,
alkoholi i H2)
 Purpurne i zelene bakterije -
prisustvo sulfida omogucava im rast
u delu mulja koji je izložen svetlu
 Usled različite tolerancije na sulfid:
- Purpurne sumporne bakterije se
mogu javiti u gornjim slojevima
- Zelene sumporne bakterije u
donjim slojevima
 Uzorkovanje fototrofnih bakterija -
uranjanjem tanke pipete u kolonu i
uzimanjen obojenog dela mulja ili
vode.

24. Izolovanje čiste kulture iz obogaćene
kulture
 Išarana ploča
 Agar šejk tehnika - razređenja
mešovite kulture u epruvetama sa
rastopljenim agarom za
izolovanje anaeroba (fototrofne
sumporne bakterije i sulfat-
redukujuće bakterije iz kolone
Vinogradskog)
 Nekoliko puta ponovljena
procedura MPN
MPN tehnika se koristi za grubo
određivanje broja
mikroorganizama

25. Optička pinceta
 Izolovanje jedne ćelije
pomoću laserskih
snopova

26. Provera čiste kulture
Kombinacijom:
- mikroskopiranja
- karakterisktika kolonija
- provere rasta na različitim
medijumima, pre svega onim
na kojim ne treba da raste
Identifikacija i kvantifikacija
Metoda razređenja i zasejavanja na
podlogu po uzorkovanju bakterija iz
vode i zemljišta
Samo deo ukupne zajednice može biti
određen na ovaj način.
Visoko selektivni medijumi se koriste za određivanje broja
specifičnih bakterija
Ako se mikroorganizmi ne mogu gajiti u laboratoriji postoje
specifične metode (antitela i sekvence nukleinskih kiselina).

27. Tehnike bojenja
 Fluorescentna boja
diamidofenilindol – DAPI, boji
DNK, koristi se za određivanje
ukupnog broja
 Akridin oranž boji DNK i
RNK, takođe se koristi za
određivanje ukupnog broja MO
u prirodi, hrani i klinickim
izolatima
 Kombinacija fluorescentnih
boja (viability staining) koje
boje žive ćelije (zeleno) i mrtve
ćelije (crveno), zasniva se na
postojanju intaktne celijske
membrane

28. Fluorescentna antitela
 Visoka specifičnost antitela
pripremljenih za različite ćelijske
strukture određenog
mikroorganuzma
 Identifikacija i u veoma
komplesnom staništu kao što je
zemljište npr. Sulfolobus
acidocaldarius, ili klinicki izolat
 (time cosuming)
 Genetičkim inženjerstvom
konstruisani mikroorganizmi koji
eksprimiraju fluorescentni
protein (FGP), za praćenje
sudbine introdukovanog
mikroorganizma

29. Fluorescentna in situ hibridizacija - FISH
 “Filogenetske boje” su
fluorescentni oligonuklotidi
komplementarni baznim
sekvencama 16S ili 18S
rRNK
 Ove probe dospevaju u
ćeliju i hibridizuju se sa
ribozomalnom RNK
 Stepen specificnosti
ovakvog bojenja je veoma
visok
 Mogu se identifikovati i
kvantifikovati različiti
mikroorganizmi u jednom
uzorku

30. Prednosti filogenetskog bojenja

31. Druge metode hibridizacije
 Bojenje hromozoma - florescentno obelezavanje gena, seta gena ili celog
hromozoma; prati se organizam u prirodi koji nosi odredene gene.
 In situ reverzna transkripcija ISRT – probe se hibridizuju sa iRNK (iz
prirodnog uzorka) pa se reverznom transkripcijom sintetise
komplementarna DNK. cDNA se umnoži PCR-om i hibridizuje sa
fluorescentnim probama - prati se ekspersija gena u uzorku
Bojenje hromozoma: E. coli
(crvene) i Oceanospirillum linum
(plave)
DAPI nespecifično bojenje (plave)
ISRT specifično obojene ćelije (crvene)

32. Studije biodiverziteta zajednice
mikroorganizama
 Ribozomalne RNA probe - informacija o
filogenetskom poreklu vrsta.
 Klonovi se mogu dobiti: “polymerase chain
reaction” (PCR), umnožavaju se rRNA geni, ili
indirektno, dobijanjem cDNA reverznom
transkripcijom.
 Većina filogenetskih analiza mikrobioloških
zajednica je pokazala da se sastoje od filogenetski
udaljenih mikroorganizama.

33. Rezultati PCR filogenetske analize
 Potkrepljuje se hipoteza da je biodiverzitet
zajednice mnogo veći od prvih predpostavki
dobijenih na osnovu određivanja broja i vrsta MO
kultivacijom u laboratorijskim uslovima.
 PCR filogenetske analize sa 16S rRNA su
pokazale da postoje velike razlike laboratorijskih
kultura i mikroorganizama iz prirode.

34. Metagenomika - Environmental genomics
 Uključuje sekvenciranje
i analizu gena svih
organizama koji se
nalaze u mikrobijalnoj
zajednici

35. Merenje metaboličkih aktivnosti mikroorganizama
 Veći broj metoda se
koristi za merenje
aktivnosti
mikroorganizama
 Određivanje
kolektivne
aktivnosti
mikrobijalnih
zajednica
 Važne su negativne
kontrole
Radioizotopi

36. Kombinacija FISH i mikroautoradiografije
 Filogenetska proba + korišćenje
obeleženog 14
CO2ili glukoze
 Identifikacija mo koji vrši
određenu metaboličku aktivnost
Autotrof iz grupe gama Proteobakterija
Mešovita kultura E.coli i Herpetosiphon sp.

37. Mikroelektrode (pH, O2, N2O, CO2, H2, H2S)

38.  Mikroorganizmi su delovi ekosistema, jedinstvenih
funkcionalnih celina svih živih organizama i nežive
prirode, na jednom ograničenom prostoru. Kao deo
biotičke komponente ekosistema, mikroorganizmi su
predmet izučavanja ekologije, nauke koja proučava
uslovljene odnose organizama i spoljašnje sredine.
 Veoma raznovrsni ekosistemi postoje u biosferi,
svaki sa određenim spektrom biotičkih i abiotičkih
činilaca. Postoje prostorno veliki ekosistemi kao što
su mora, jezera, šume, pustinje itd. ali i mali,
specifični za mikroorganizme ekosistemi: usna
duplja, grumen zemlje, površina lista itd.

39.  Mikroorganizmi, razgrađivači (reducenti), razlažu
organske materije izumrlih životinja i biljaka do
neorganskih jedinjenja, koje proizvođači ponovo uvode
u kruženje materije.
 Proizvođači, potrošači i razgrađivači čine lanac ishrane
kojim je omogućeno kruženje materije i protok
energije, te je jasno da je za održavanje života na zemlji
neophodno da se u svakom ekosistemu prisutni članovi
svake od pomenutih funkcionalnih grupa.

40.  Količina hemijskih elemenata u biosferi je stalna i
limitirana, te je, stoga, neophodno da se biogeni
elementi (elementi koji ulaze u sastav živih ćelija)
stalno recikliraju, prelaženjem iz jednog oblika u drugi
i uspostavljanjem ravnoteže između žive i nežive
prirode.
 Mikroorganizmi zbog svoje biohemijske aktivnosti, pre
svega zbog razlaganja organskih molekula, imaju
važnu ulogu u ekosistemima i doprinose održavanju
života u biosferi.

41.  Kako su nastajala nova staništa na Zemlji, ona su
bila kolonizovana mikroorganizmima koji su bili
genetički sposobni da opstanu u tim novim uslovima.
 Kroz ovu interakciju genetike i prirodnog okruženja,
veliki diverzitet staništa koji postoji na Zemlji je bio
selekcioni faktor za veliki diverzitet MO.

42. MIKROORGANIZMI U PRIRODI
 Iako su podaci o rasprostranjenosti, broju i
aktivnostima mikroorganizama u prirodi nepotpuni,
može se slobodno reći da su mikroorganizmi značajni
biotički faktori u svim ekosistemima. Metodologija
predstavlja poseban problem u ekološkim
proučavanjima mikroorganizama.
 Pošto većina mikroorganizama nije vidljiva slobodnim
okom, te nije moguće izaći u prirodu i pratitit određeni
organizam i njegov odnos sa sredinom, nedostaje niz
osnovnih informacija o mikroorganizmima u velikom
broju ekosistema.

43. POPULACIJE MIKROORGANIZAMA U
EKOSISTEMIMA I KOMPETICIJA ZA
PREŽIVLJAVANJE
 Mikroskopske dimenzije mikroorganizama
dozvoljavaju veoma intiman kontakt sa spoljašnjom
sredinom (velika površina ćelija prema zapremini), te
su mikroorganizmi posebno osetljivi na promene
činilaca spoljašnje sredine (t°, pH, svetlost,
koncentracije organskih i neorganskih jedinjenja, voda,
itd.).
 Uslovi mikrosredine (sredine koja okružuje ćelije
mikroorganizama) su vrlo značajni, npr. za bakteriju
koja raste i razmnožava se u grumenu zemlje ova
mikrosredina je mnogo važnija od makrosredine
(odnosno šume ili polja) u kojoj se grumen nalazi.

44.  Kvalitativni i kvantitativni sastav mikroorganizama u
različitim ekosistemima zavisi od niza biotičkih i
abiotičkih činilaca. Populacije mikroorganizama
variraju od nekoliko stotina ćelija/ml do 109
ili 1010
ćelija/ml. U stabilnim ekosistemima, u nepromenjenim
uslovima mikrosredine, broj i vrste mikroorganizama
ostaju relativno konstantni.
 Veličina populacije je određena nekim od
ograničavajućih faktora, najčešće hranljivim
sastojcima. Poređenja brzine rasta određenog
mikroorganizma u prirodi sa brznom rasta u
optimalnim, laboratorijskim uslovima ukazuje na
znatne razlike.

45.  Na primer, bakterija E.coli koja raste u crevima sisara
podeli se svakih 12 časova (2 ćelijske deobe/24h), a u
laboratorijskoj kulturi vreme generacije je 20-30 min.
(48 deoba/24h). Ovi podaci pokazuju na to da jedan ili
više ograničavajućih faktora produžava vreme
generacije mikroorganizama koji rastu u prirodnim
uslovima.
 Međutim, činjenica da može da raste i da se
razmnožava u datoj mikrosredini ukazuje da je ispunjen
prvi i osnovni uslov da se specifični mikroorganizam
nađe u određenom ekosistemu.

46.  Različite vrste mikroorganizama su sposobne da rastu u
istoj sredini (izuzetak su ekstremni uslovi sredine koji
omogućavaju preživljavanje samo specijalizovanim
vrstma), međutim, usled kompeticije za izvore hrane i
energije, dešava se da samo nekoliko, pa čak i samo
jedna vrsta mikroorganizma zauzima određenu
mikrosredinu.

47.  Niz različitih osobina, pored brzine razmnožavanja,
može povećati kompetitivnost jedne vrste u invaziji
mikrosredine.
 Najvažnije osobine su: visoka tolerancija uslova
spoljašnje sredine (vrsta koristi različite supstrate za
ishranu, neosetljiva na značajna variranja pH i t° i dr.);
sposobnost sinteze toksina ili antibiotika; sposobnost
prelaženja u metabolički neaktivna stanja (spore,
mikrociste) itd. Bilo koja od navedenih osobina
omogućava vrsti uspešnu invaziju datog prostora.

48.  Pored kompeticije, u ekosistemima se javljaju i drugi
oblici interakcije između dva ili više organizama.
 Primeri različitih interakcija su simbioza ili
mutualizam, međusobni odnos dve ili više populacija
različitih vrsta, koristi svim učesnicima zajednice;
parazitizam, odnos u kome jedna vrsta ima koristi, dok
je drugi neoštećen i najzad neutralizam, odnos u kome
učesnici zajednice nemaju međusobne ni štete ni
koristi.

49. PROMENE U POPULACIJAMA
 Sa promenama uslova u mikrosredini dolazi i do
promena u broju i vrstama mikroorganizama koji je
naseljavaju. Neke od postojećih populacija se, takođe,
mogu adaptirati na nove uslove sredine (sintezom
novih, ili prestankom sinteze nekih od svojih enzima).
 Osim toga, malobrojni mutanti koji se nalaze u
postojećoj populaciji, mogu imati osobine koje im
omogućavaju da postanu dominantni u novim uslovima
izmenjene sredine.

50.  Pojava mutanata otpornih na antibiotike iliustruje
ovakav tip adaptacije: u odsustvu antibiotika mutanti
rezistantni na antibiotike su zastupljeni malim brojem
jedinki u populaciji, uglavnom zbog svog sporijeg
razmnožavanja. Međutim, u prisustvu antibiotika, samo
mutanti rezistentni na određeni antibiotik preživljavaju.
 Često do drastičnih promena spoljašnje sredine može
doći usled rasta i metabolizma mikroorganizma koji je
naseljavaju. Ovakve promene mogu dovesti do
smenjivanja jedne za drugom različitih populacija čiji
se redosled može predvideti sa velikom tačnošću.

51.  Populacije MO koje naseljavaju zajedničko
stanište stupaju u složene međusobne odnose i
čine vrlo integrisanu i složenu zajednicu MO ili
mikrobiocenozu.
 Zajednice se formiraju kao rezultat brojnih
ekoloških i evolucionih procesa i predstavljaju
dinamičan sistem koji se odlikuje specifičnim
sastavom i prostornom i vremenskom dinamikom.

52.  Sastav zajednice određuju diverzitet vrsta i
brojnost populacija u njoj.
 Opstanak i položaj unutar zajednice populacije,
najčešće ostavruju:
 Visokom reproduktivnom sposobnošću ili
 Fiziološkom adaptacijom na raspoložive resurse i
ekološke faktore u staništu

53.  MO koji imaju visoku reproduktivnu sposobnost
preovlađuju u sredinama u kojima izvori
nutrijenata nisu ograničeni.
 Tako su Microcystis flos-aquae, Anabena flos-
aquae i druge Cyanobacteria, u uslovima visokih
temperatura i dovoljne količine fosfata i drugih
nutrijenata, tokom leta, razmnožavaju veoma brzo
izazivajući tzv. “cvetanje vode”.

54.  Metabolizam i reprodukcija brojne populacije je
praćena značajnim utroškom nutrijenata;
smanjena količina nutrijenata uzrokuje smanjenje
rasta ovih populacija do njegovog potpunog
zaustavljanja.
 Ponovnom akumulacijom odgovarajućeg
supstrata u staništu se stvaraju uslovi za
obnavljanje populacije.
 Kompetitivnu prednost, tokom perioda smanjenog
ili zaustavljenog razvića, imaju vrste koje stvaraju
brojne rezistentne oblike.

55.  Populacije koje se odlikuju fiziološkom adaptacijom,
odlikuju se i većom stabilnošću i uspešno naseljavaju
sredine siromašne nutrijentima.
 Tako su marinske vrste iz rodova Spirillum i Vibrio i
slatkovodne prostekate adaptirane na ekstremno
niske koncentracije organske materije što je osnova
njihove široke rasprostranjenosti u ovim sredinama.
 Zemljišne vreste iz rodova Agrobacterium i
Corynebacterium za svoj umereni rast degradiraju
humus i kao takvi su česti stanovnici terestičnih
ekosistema.

56. STRUKTURA ZAJEDNICE
MIKROORGANIZAMA
 Osnovne elemente strukture zajednica MO čine
kvalitativni sastav, prostorna i vremenska dinamika,
brojni odnos zastupljenih populacija i drugi.
 Unutar zejednica MO vremenom pojedine populacije
bivaju zamenjene drugim, bolje adaptiranim što
doprinosi ekološkoj stabilnosti zajednice u procesima
poznatim kao sukcesije.
 U osnovi ovih promena nalazi se nepotpunost
biogeohemijskih ciklusa kruženja u datoj biocenozi,
odnosno zastoj na nekom trofičkom nivou, ali i čitav
niz drugih faktora.

57.  Sukcesija zajednice počinje kolonizacijom ili
invazijom staništa populacijama MO.
 Pionirski MO naseljavaju stanište koje predhodno
nije bilo naseljeno u procesu poznatom kao
primarna sukcesija.

58.  Lep primer primarnih sukcesija pruža vulkansko
ostrvo Krakatoa na kome je proces naseljavanja
različitih vrsta MO otpočeo neposredno nakon
katastrofalne vulkanske erupcije.
 Bakterije mlečnokiselinskog vrenja koje
naseljavaju intestinalni trakt novorođenih
životinja, su takođe primer primarne sukcesije.

59.  Kada se iz nekog razloga naruše odnosi unutar
primarne zejednice dolazi do smene pojedinih
populacija i obnavljanja sastava zajednice u
procesu poznatom kao sekundarna sukcesija.
 U nekim slučajevima pionirski MO menjaju
stanište i omogućavaju naseljavanje novih
populacija.

60.  Svojom delatnošću aerobni MO stvaraju uslove za
razvoj fakultativnih anaeroba u procesu koji je
poznat kao autogena sukcesija.
 Alogena sukcesija nastaje kao rezultat promene
ekoloških faktora koja se dešava nezavisno od
aktivnosti MO. Uzroci promena ekoloških faktora
mogu biti različiti.
 Vulkanske erupcije, požari, antropogeno
delovanje itd.

61.  Kao primarna, završna faza u nizu sukcesija
formira se klimaks zajednica koja je najbolje
prilagodena uslovima i mogućnostima datog
staništa.
 U odnosu prema spoljašnjoj sredini klimaks
zajednica pokazuje visok stepen stabilnosti,
odnosno nalazi se u stanju relativne ravnoteže
poznate kao homeostaza.

62.  Sa aspekta ekologije MO u prirodi se neprekidno
odvijaju različite sukcesivne promene:
- Sukcesija autotrofa i heterotrofa, uslovljena
odnosom fotosinteze i respiracije u zajednici,
relativno se često dešava u prirodi.
- Autotrofi su često pionirski u staništima sa malo
organske materije i dovoljno solarne energije
kakve su na primer vulkanske stene.

63.  U ovakvoj autotrofnoj sukcesiji intezitet
fotosinteze je veći od inteziteta respiracije što
dovodi do akumulacije organske materije u
staništu.
 Akumulacija dovoljnih količina organske materije
omogućava sekundarnu sukcesiju heterotrofa.

64.  Ilustrativan primer su sukcesije MO koje se
neprestano dešavaju na glavi čoveka nakon
šamponiranja kose.
 U ovom slučaju sukcesije izazvane promenom
ekoloških faktora (šamponiranjem) ne rezultiraju
novom klimaks zajednicom već obnavljanjem
originalne

65.  Često do drastičnih promena spoljašnje sredine
može doći usled rasta i metabolizma MO koji je
naseljavaju na primer nepasterizovano mleko.
 Prva dominantna populacija u pomuženom mleku
je Streptococcus lactis koji u toku rasta i
razmnožavanja fermentiše šećer laktozu iz mleka
do mlečne kiseline, što dovodi do snižavanja pH
mleka.
 Kiselost inhibira rast mnogih MO u mleku ali i
rast Streptococcus-a.

66.  Bakterije koje se uspešno razmnožavaju u
sredinama visoke kiselosti su Lactobacillus casei
i L. bulgaricus koje kao izvor energije koriste
preostalu laktozu iz mleka i postaju II dominantna
populacija u mleku.
 Sa daljim snižavanjem pH sredine, kvasci i plesni
postaju III dominantna populacija, koja u toku
svog metabolizma koristi mlečnu kiselinu i
pretvara je u nekiseli derivat.

67.  Sa povišavanjem pH sredine ipak nije omogućen
ponovni rast I i II dominantne populacije, jer je
laktoza potpuno utrošena.
 Kao izvor energije u mleku ostali su proteini koje
efikasno svojom proteolitičkom aktivnošću koriste
bakterije roda Bacillus koje postaju IV dominantna
populacija.
 Krajnji rezultat metaboličke aktivnosti je bistar
produkt, neprijatnog mirisa u kome se mogu naći
samo neki sporogeni oblici.

68. • Eutrofizacija – rezultat intezivne urbanizacije,
industralizacije i razvoja poljoprivrede
• Samoprečišćavanje ili autopurifikacija je proces
tokom koga se pod uticajem fizičkih (razblaživanje,
taloženje), hemijskih (oksidacija, redukcija, hidroliza) i
bioloških procesa kvalitet vode nakon nekog vremena
od uliva efluenata poboljšava.
• Autopurifikacija voda zagađenih biološki
degradibilnim materijama odvija se aktivnošću
mikroorganizama a sam proces se odlikuje nizom
sukcesija različitih grupa mikroorganizama

70. Autopurifikacija
 Svaka sukcesija se odlikuje prisustvom odredenog
oblika azota, kolicine rastvorenog kiseonika,
slobodnog CO2, brojem bakterija u 1ml vode,
odnosno brojem individua prema broju prisutnih
vrsta
 Za potpuno procenjivanje procesa, pored
zajednica MO, potrebno je sagledati i sastav i
dinamiku biocenoze u celini, posebno onih vrsta
ili grupa organizama koji imaju karakter
bioindikatora

71.  Proces otpočinje povećanjem sadržaja organske
materije i povećanjem brojnosti heterotrofnih
bakterija.
 Broj vrsta se smanjuje tako da su zastupljene vrste sa
odgovarajućom fiziološkom aktivnošću u odnosu na
prirodu efluenata
 Dolazi do naglog pada O2, koji je uzrok nestanka
čitave grupe organizama (alge, protozoe)
 Količina kiseonika i koncentracija produkata
mineralizacije određuje tok sukcesija

72.  Na mestima gde se akumuliraju aminokiseline (produkti
razgradnje proteina) često se nalaze Spherotilus natans i
neke vrste gljiva. Oni hidrolizuju amninokiseline do
NH4 i H2S. Dalja transformacija, ovako nastalih
prelaznih produkata mineralizacije, obavlja se
aktivnošću nitrifikatora, fosfo-mineralizatora i praćena
je akumulacijom mineralnih asimilativa (fosfata i
nitrata)
 Postepeno se smanjuje brojnost heterotrofnih bakterija a
pojavom CO2, kao jednog od krajnjih produkata
mineralizacije, povećava populacija fotosintetičkih
organizama (Cyanobacteria, algi, biljaka)

73.  Sa uspostavljanjem aerobnih uslova u ekosistemu se
obnavlja populacija Cladophora
 Uz prisustvo bakterija kao izvora hrane i dalje
povećanje količine kiseonika povećava se i brojnost i
raznovrsnost Protozoa
 Zagađenje vodenog basena toksičnim ili materijama
sa inhibitornim delovanjem ili bilo kakvo
narušavanje celovitosti procesa doprinosi
usporavanju ili potpunom zaustavljanju
autopurifikacije

74. Klasifikacija voda
 Imajući u vidu osetljivost mikroorganizama prema
promenama stepena trofičnosti utvrđeno je da
mikroorganizmi na promene brže reaguju promenom
nivoa enzimatske aktivnosti nego brojnosti
 Jedan od savremenih sistema za kategorizaciju
površinskih voda bazira se na određivanju indeksa
fosfatazne aktivnosti vode, koji istovremeno odražava
nivo organskog opterećenja i u korelaciji je sa
klasičnim indikatorima stanja vode

76. Mikrobiološki aspekti vode za pice
 Higijenski ispravna voda za piće je ona koja
odgovara u pogledu mikrobioloških, fizičko-
hemijskih i hemijskih osobina a kvalitet pojedinih
parametara je propisan Pravilnikom
 Najznačjniji zagđivači vode za piće su
mikroorganizmi humanog porekla: indikatori
fekalnog zagađenja (E.coli i druge fekalne koliforme,
S.faecalis, S.faecium, Proteus sp.), sulfitoredukujuće
klostridije (C.perfigens)
 Voda za piće ne sme da sadrži bakterije iz rodova:
Salmonella, Shigella, Vibrio cholere, Yersinia
eneterocolitica, Campilobacter jejuni; viruse –
adenovirus, enterovirusi, virusi hepatitisa, Rotavirus i
dr; niti crevne Protozoa, crevne Helminthes.

79. Zemljište kao stanište mikroorganizama

80.  Zemljište koje se nalazi kao rastresit površinski
sloj zemljine kore, je veoma kompleksna
životna sredina koja pruža optimalne uslove za
razvoj brojnih MO.
 Iz tog razloga su zajednice MO u zemljištu
najbrojnije i po broju vrsta i po broju individua
te zemljište predstavlja rezervoar MO iz koga
oni dospevaju i u druge prirodne sredine u
biogeosferi.

81. Mikroorganizmi u zemljištu
 Za direktno posmatranje mikroorganizama iz
zemljišta - flurescentni mikroskop i bojenje
fluorescentnim bojama
 Za posmatranje specifičnih mikroorganizama
-fluorescentna antitela ili filogenetske probe
 Scaning elektronska mikroskopija -informaciju o
morfologiji i broju zemljišnih bakterija.

82. Zemljište kao stanište mikroorganizama
 Zemljište - generalno povoljno
stanište za razmnožavanje
mikroorganizama
 Najveća aktivnost
mikroorganizama u površinskim
slojevima bogatim organskim
supstancama
 Dostupnost vode i količina
hranljivih materija važni faktori
koji određuju aktivnost
mikroorganizama
 U nekim zemljištima C nije
limitirajući faktor već neorganske
komponente, fosfor ili azot

83. Zemljište kao stanište mikroorganizama
 Najintenzivniji rast
mikroorganizama se odvija
na površini partikula
zemljišta, obično u rizosferi
 Mali agregati zemljišta
mogu imati različite
mikrouslove tako da više
različitih vrsta
mikroorganizama može biti
prisutno

84. Zemljišne zajednice
 Na partikulama zemljišta se
razvijaju mikrokolonije
 Broj mikroorganizama u
zemljištu je veći od broja u
svežim vodama ili morima
(106
-109
/ g).
 U zemljištu su virusi,
bakterije, gljive, alge i
protozoe
 Organskih materija ima
dosta pa je omogućen rast
heterotrofnih MO

85. Autohtone zajednice mikroorganizama u
zemljištu
 Sposobne da koriste supstance humusa
 Spora ali konstantna aktivnost je karakteristika ovih
organizama
 Većina su gram negativne štapićaste bakterije i aktinomicete
Arthrobacter, Azotobacter, Rhizobium, Myxobacteria:
Myxococcus, Chondrococcus, Archangium, Polyangium,
Caulobacter, Cellulomonas, Corynebacterium, Streptomyces i
Nocardia, Micromonospora, Actinomyces

86. Zimogene ili oportunističke zajednice u
zemljištu
 Ne koriste humusne supstance
 Pokazuju visoki nivo aktivnosti i brzog rasta na
supstratima biljnog i životinjskog porekla
 Period intenzivne aktivnosti smenjuje period
neaktivnosti
 Tipične zimogene vrste: Pseudomonas, Bacillus,
Penicillium, Aspergillus i Mucor

87. Alohtoni mikroorganizmi zemljišta
 Humani i animalni patogeni, dospevaju iz vazduha, vode ili u
asocijaciji sa biljnim ili životinjskim materijalom, ali se
eliminišu brzo
 Sa inficiranim biljnim materijalom: Agrobacterium,
Corynebacterium, Erwinia, Pseudomonas i Xanthomonas
 Patogeni životinja - fekalne streptokoke i Salmonella
 Endospore i druge rezistentne forme mogu u dormantnom
obliku ostati duže

88. Mikroorganizmi zemljišta
 Važni u biodegradaciji i recikliranju materija
 Biljni polimeri, celuloza i lignin, recikliraju se uz pomoć
mikroorganizama
 Azotofiksatori, bilo slobodni ili u asocijaciji sa višim biljkama
su veoma značajni
 Mikroorganizmi zemljišta imaju ograničenu ulogu u
primarnoj produkciji

90. Mikroorganizmi u obradivom
zemljištu (do 15 cm dubine)
br/g biom g/m3
Prokarioti
 Bakterije 108
160g/m3
 Aktinomicete 105
-106
160
Eukarioti
 Gljive 105
200
 Alge 104
-105
32
 Protozoe 104
38

91. Bakterije u zemljištu
 Obligatni aerobi
 Fakultativni anaerobi
 Mikroaerofili
 Obligatni anaerobi
 Psihrofili (ledene pustinje)
 Organizmi koji formiraju endospore
 Fiksiraju azot
 Hemolitotrofi

92. Interakcija biljke-
mikroorganizmi
 Rizosfera – region u neposrednoj blizini
korenova
 Ekskrecijom korenova – šećeri, amino
kiseline, hormoni, vitamini
 Visok broj mikroorganizma –formiranje
mikrokolonija na površini korenova
 Filosfera – površina listova bogato
naseljena u tropskim kišnim šumama

93. Fiksacija azota u simbiozi sa
leguminozama
 Interakcija leguminoza i Gram-
azotofiksirajućih bakterija
 Leguminoze: soja, detelina, pasulj, grašak, itd.
 Gram- pokretni štapići: Rhizobium,
Azorhizoboum, Bradyrhizobium, Sinorhizobium,
Mesorhizobium,

94.  Nakon infekcije formiraju se nodule na
korenovima u kojima se može vršiti fiksacija
atmosferskog azota
 Bakterije se deformišu – bakteroidi
 Bakteroidi se u biljnim ćelijama zaokružuju
membranom- simbiozom
 Enzim nitrogenaza (protein sa gvožđem i
molibdenom) osetljiv na O2

95.  Leghemoglobin – crvene je boje, nalazi se u
aktivnim nodulama i održava O2 na niskom
nivou
 Bakteroidima biljke obezbeđuju energiju za
azotofiksaciju (intermedijeri limunskog
ciklusa, sukcinati, malati i fumarati)
 Koriste se kao donori elektrona za
produkciju ATP-a

96.  Amonijak – prvi stabilni produkt
azotofiksacije
 Asimiluje se od strane biljke i preveden u
amino kiseline (glutamin, asparagin, 4-
metil alutamin, alantoin)
 Kod tropskih biljaka nodule se mogu
formirati na stablu-zemljište je siromašno
azotom

98.  Rumen - organ sisara biljojeda (goveda, ovce,
koze)
 Sisari, kao i većina životinja ne poseduje
enzime koji mogu da razlože celulozu, ali je
mogu iskoristiti zahvaljujući prisustvu
mikroorganizama u svom digestivnom traktu.
 Specijalizovane populacije mikroorganizama
vrše digestiju celuloze i ostalih biljnih
polisaharida.

99.  Rumen je relativno veliki organ (100-150L
kod krava; 6L kod ovaca) u koji prvo dospeva
hrana.
 Visoka konstantna temperatura (39°C),
konstantan pH (6,5), i anaerobni uslovi su
veoma važni faktori u funkcionisanju rumena
koji se može uporediti sa mikrobiološkim
hemostatom.

100.  Hrana koja dospeva u rumen meša se sa
pljuvačkom koja sadrži bikarbonate.
 Peristatilka dovodi do usitnjavanja celuloze u
finu suspenziju tako da mikroorganizmi mogu
da je metabolišu.

101. Mikrobiološka fermentacija u rumenu
 Hrana ostaje u rumenu 9-12h.
 Za vreme ovog perioda celulolitičke bakterije i
celulolitičke protozoe hidrolizuju celulozu.
 Glukoza se fermentiše do masnih kiselina
(sirćetna, propionska, buterna), ugljen dioksida
i metana.
 Masne kiseline dospevaju u krvotok i
predstavljaju glavni izvor energije.

103. Mikroorganizmi rumena
 Pored uloge u razgradnji biljne hrane,
mikroorganizmi rumena imaju ulogu u
sintezi amino kiselina i vitamina.
 Rumen konstantno sadrži veoma veliki broj
mikroorganizama (1010
-1011
bakterija/ml
tečnosti rumena).
 Mnoge ćelije mikroorganizama bivaju
svarene u gastrointestinalnom traktu i izvor
su proteina i vitamina za životinju.

104.  Biohemijski odnosi u rumenu su veoma
kompleksni i uključuju kombinovane
aktivnosti različitih mikroorganizama.
 Dominantna populacija su anaerobne bakterije
 Više različitih bakterija u rumenu hidrolizuje
polimere kao što je celuloza do šećera i
fermentiše šećere do masnih kiselina.

105. Bakterije rumena
 Fibrobacter succinogenes i Ruminococcus
albus su dva najbrojnija celulolitička
anaeroba koja se nalaze u rumenu.
- Fibrobacter, gram- bakterija koja peri-
plazmatičkom celulazom razgrađuje celulozu,
tako da mora biti pričvršćena za celulozna
vlakna u toku njihove digestije.
- Ruminococcus produkuje veoma velike
količine celulaze koja se oslobađa u sadržaj
rumena i razgrađuje celulozu van ćelije
bakterije.

106.  Ruminobacter amylophilus i Succinomonas
amylolitica - ukoliko se životinja prebaci na
hranu bogatu skrobom (zrna žitarica) dolazi do
povećanog razvoja bakterija sposobnih da
razgrađuju skrob,
 Lachnospira multiparus - ukoliko se hrane
leguminozama koje su bogate pektinom, dolazi
do razvoja bakterija koje razlažu pektin.
 Neki od produkata fementacije se veoma brzo
koriste od strane drugih bakterija:
- Sukcinati se konvertuju u propionat i CO2;
- Laktat se fermentiše u sirćetnu ili druge
kiseline od strane Selenomonas i Megaspaera.

107.  Brojne bakterije rumena kao produkt
fermentacije osloba|aju etanol koji može biti
fermentiran do acetata i H2.
 Metanogene bakterije - H2 koji se produkuje u
rumenu veoma se brzo koristi za redukciju CO2 i
nastanak CH4..
 Drugi izvor H2 i CO2 za metanogene je formijat.
 Velika količina CH4 i CO2 se akumulira u
rumenu (65% CO2 i 35% CH4).

108. Dinamika ekosistema rumena
 Glavna karakteristika ovog ekosistema je
njegova konstantnost.
 Različite vrste preživara u različitim delovima
sveta poseduju iste glavne grupe bakterijskih
vrsta, čije proporcije variraju od ishrane.
 Dešava se da promena sastava mikrobiološke
zajednice rumena dovede do bolesti ili čak i do
smrti životinje.

109. Dinamika ekosistema rumena
 Promena u ishrani, od travnate ka zrnastoj
hrani, dovodi do promene broja Streptococcus
bovis (od 107
raste na 1010
ćel./ml).
 Streptococcus bovis je bakterija mlečno-
kiselinskog vrenja, produkuje se velika
količina laktata što vodi acidozi rumena i
smrti ostale flore.

110.  Da bi se izbegla acidoza, koja može dovesti i
do smrti, životinje se polako u toku nekoliko
dana prebacuju sa jedne vrste hrane na drugu.
 Razvijaju se populacije bakterija koje
razgrađuju skrob do masnih kiselina.