L'ecologia microbica è la disciplina che studia i microrganismi e le interazioni che intercorrono tra questi e i loro ambienti specifici.

La microbiologia ambientale è il settore della microbiologia generale che studia i microrganismi presenti nei vari ambienti naturali(suolo,acque e atmosfera), le funzioni svolte, le tecniche per il loro isolamento ed identificazione e le possibili applicazioni biotecnologiche.

ECOLOGIA: termine coniato da Eaeckel e definisce i rapporti che intercorrono tra le forme di vita e le loro interazioni con l'ambiente.

AMBIENTE: si intende il complesso delle condizioni esterne (fisico - chimiche e biologiche), che circondano ed influenzano un organismo o una popolazione di organismi, è cioè il luogo naturale dove un organismo vive e svolge le sue funzioni. Negli ambienti gli esseri viventi svolgono 2 attività principali:

La sintesi di nuove sostanze organiche a partire dalla CO2 e da altri composti inorganici;

La decomposizione delle sostanze organiche accumulate.

La Terra può essere divisa in tre ambienti:

1.                  ATMOSFERA: comprendente la regione gassosa che circonda il pianeta;

2.                  IDROSFERA: l'insieme di tutte le acque della terra (oceani,laghi,mari,fiumi)

3.                  LITOSFERA: costituita dalle rocce e dal terreno.

L'habitat microbico ideale è il terreno costituito da particelle derivate dalla disgregazione di materiali rocciosi, come ghiaia e sabbia. Queste particelle favoriscono la formazione di uno strato di umidità, di materiali organici e di microbi. Un altro habitat ideale è l'acqua, soprattutto quella marina e quella dolce, per due motivi: La temperatura è più costante rispetto all'ambiente terreno; I raggi solari possono attraversarla, consentendo la fotosintesi al di sotto della superficie. Queste acque sono inoltre ricche di principi nutritivi che sono i prodotti di decomposizione organica. La BIOSFERA è l'insieme di tutte le regioni terrestri abitate da organismi viventi; ne fanno parte gli oceani (fino a 8000m), le terre emerse (fino a 250m sotto il suolo), i fiumi e la parte inferiore dell'atmosfera (fino a 10000m). Nella biosfera esistono fattori viventi e non viventi, in grado di delimitare l'habitat di un organismo. Sono fattori BIOTICI gli animali, le piante e i microbi in grado di competere o interferire con un certo organismo, mentre sono fattori ABIOTICI i fattori fisici e chimici come la temperatura, il pH, la pressione osmotica e la pressione idrostatica. La BIOSFERA è costituita da complessi ecologici, chiamati ECOSISTEMI, le cui POPOLAZIONI sono formate da organismi simili tra loro e viventi nello stesso ambiente. Sono definite COMUNITÀ i diversi tipi di popolazioni che interagiscono tra loro, mentre il rapporto tra comunità ed il suo ambiente è detto ECOSISTEMA. L'ecosistema è quindi composto da una comunità di organismi e dal loro ambiente fisico - chimico che ne favorisce la vita, funzionanti come comunità ecologica.

Sono presenti tre categorie di organismi viventi:

1.                  PRODUTTORI: AUTOTROFI

2.                  CONSUMATORI: ETEROTROFI

3.                  DECOMPOSITORI: ETEROTROFI

Questi si distinguono in:

§                    AUTOTROFI: sono organismi fotosintetici, come alghe, cianobatteri, in gran parte vegetale, che sono in grado di sintetizzare sostanze organiche a partire da sostanze inorganiche. Essi sono i produttori.

§                    ETEROTROFI: sono gli organismi consumatori, come animali, microbi, protozoi, incapaci di produrre sostanze organiche. Anche i decompositori, come i batteri e i funghi, sono eterotrofi e decompongono le macromolecole organiche e i residui  di animali o piante in composti più semplici o in sostanze inorganiche, che possono essere impiegate dalle piante per la loro crescita.

Questi organismi formano la catena alimentare. Se l'habitat è l'ambiente specifico dell'organismo, la NICCHIA è il suo ruolo peculiare nella comunità. La CONCORRENZA VITALE è la lotta che si instaura fra organismi per l'occupazione di una nicchia ecologica, che comporterà la sopravvivenza di una sola specie.

ORGANISMI FOTOSINTETICI PRODUTTORI: sono procarioti (cianobatteri e solfobatteri) ed eucarioti (piante superiori, alghe verdi, dinoflagellati e diatomee). Attraverso la trasformazione dell'energia solare vengono prelevati dall'ambiente molti composti inorganici contenenti N, O, C, S e P. Questi sono i CONSUMATORI PRIMARI. Questi elementi verranno poi accumulati nei costituenti organici della cellule e dei tessuti; resteranno incorporati per una parte allo stato organico.

I consumatori primari costituiscono una fonte alimentare per i consumatori secondari e così via, fino a formare la catena alimentare. La trasformazione di sostanze organiche in inorganiche è detta  MINERALIZZAZIONE in gran parte attuata in natura attraverso la decomposizione di animali e vegetali morti e dei prodotti di rifiuto degli animali. Il più importante agente della mineralizzazione è la MICROFLORA TELLURICA costituita da MICRORGANISMI DECOMPOSITORI come batteri e funghi non fotosintetici.

Viene detto MICROAMBIENTE il luogo piccolo dove in microrganismo vive. In natura i fattori ambientali influenzano la crescita microbica molto più che in cultura. I parametri che influenzano sono:
Umidità: i batteri e gli altri microbi hanno bisogno di un alto tasso di umidità, anche se possono resistere all'essiccamento.Temperatura: Mesofili à 20/45°C; Termofili à 45/75°C; Psicrofili à max m30°C.
Pressione: la Pressione ambientale può modificare il volume molecolare
Pressione Osmotica: le conc. di NaCl molto elevate sono incompatibili con la vita dei m.o.
Concentrazione salina: i batteri stanno bene a 0,9%di NaCl. Alcuni batteri, gli ALOFILI, stanno bene a concentrazioni elevate di Sali fino ad un max di 15/25%NaCl.
pH: à deve essere tra 4 e 9
Nutrienti: fattore fondamentale che condiziona la crescita microbica.

METODI DI STUDIO IN AMBIENTE MICROBICO

Sono 2 i temi principali della ecologia microbica:

1.                  l'isolamento, l'identificazione e l'analisi quantitativa dei m.o. nei vari habitat;

2.                  lo studio e la misurazione delle attività microbiche negli ambienti naturali

Il sistema più semplice adottato il laboratorio pericolare e coltivare m.o. da un ambiente naturale è la tecnica delle culture di arricchimento;

CULTURA SU AGAR - PIASTRA: Si aggiunge ad una serie di provettoni contenente terreno agarizzato fuso e raffreddato le diluizioni del campione; poi il ,contenuto dei provettoni si mette in piastra Petri. Il terreno (nutrienti) e l'insieme delle condizioni di incubazione sono scelte in modo da essere selettive per l'organismo desiderato e controselettive per gli organismi non desiderati

COLTURE DI ARRICCHIMENTO: è finalizzata a potenziare la crescita di una particolare tipologia di m.o., che si svilupperà più degli altri presenti nell'inoculo.

COLONNA DI WINOGRADSKY: viene utilizzato per ottenere ed isolare batteri fototrofi rossi e verdi oltre ad i batteri anaerobi. Si riproduce in laboratorio un ecosistema anaerobio in miniatura. Si prende un cilindro, lo si riempie con 1/3di fango ricco di sost. Organiche e substrati carboniosi (ottenibili aggiungendo segatura, uova bollite, paglia.), si aggiunge una fonte di S (CaSO4) e un tampone (CaCO3). Al di sopra viene introdotto fango privo di altre sostanze e alla fine, la colonna è viene riempita con acqua di lago, fiume, coperta da stagnola ed esposta a luce moderata per 3-5settimane.

COLTURA PURA: si effettua uno striscio in piastra partendo da una colonia ben isolata.

IDENTIFICAZIONE QUANTITATIVA

ESAME MICROSCOPICO DIRETTO.

I metodi molecolari consistono nell'identificazione e la tipizzazione del DNA dei microrganismi.