WSTĘP DO BIOKOROZJI

Niniejszy skrypt został opracowany z myślą o studentach kierunków technicznych na uczelniach kształcących specjalistów dla rożnych gałęzi przemysłu, w których działalność korozyjna mikroorganizmów stanowi zagrożenie dla środowiska i może prowadzić do poważnych strat ekonomicznych, m.in. dla przemysłu chemicznego, naftowego, gazowego, żeglugowego, a także żywnościowego.

Korozja mikrobiologiczna jest zagadnieniem interdyscyplinarnym, dlatego studentom, naukowcom i specjalistom zamierzającym podjąć badania w tej dziedzinie potrzebna jest pewna wiedza na temat życia drobnoustrojów i ich interakcji z otaczającym środowiskiem. W tym celu w skrypcie zawarto krótkie wprowadzenie do głównego obszaru mikrobiologii. Następnie scharakteryzowano mikroorganizmy będące główną przyczyną biokorozji i mechanizmy ich działania. Opisano również sposoby przeciwdziałania degradacji mikrobiologicznej i wykrywania przyczyn biokorozji, w tym metody molekularne. Celem ćwiczeń jest nabycie podstawowych umiejętności niezbędnych do pracy w laboratorium mikrobiologicznym, w tym zwłaszcza z drobnoustrojami beztlenowymi, i biegłości w swobodnym posługiwaniu się sprzętem laboratoryjnym.

Spis treści
Przedmowa 7
Część I  9
1. Podstawowe zagadnienia z mikrobiologii ogólnej  9
1.1. Klasyfikacja mikroorganizmów (systematyka) 9
1.2. Różnice pomiędzy komórkami prokariotycznymi a eukariotycznymi  10
1.3. Podział mikroorganizmów ze względu na wymagania pokarmowe i źródła
energii 16
1.4. Podział drobnoustrojów ze względu na sposób oddychania  17
1.5. Podział drobnoustrojów ze względu na optymalną temperaturę wzrostu  20
1.6. Podział drobnoustrojów ze względu na optymalne pH 21
1.7. Podział drobnoustrojów ze względu na zdolność do wzrostu przy różnych
stężeniach soli  22
1.8. Typy wzrostu drobnoustrojów w hodowlach mikrobiologicznych  24
1.9. Metody oznaczania liczby drobnoustrojów 26
1.9.1. Metody bezpośrednie  26
1.9.2. Metody pośrednie  27
2. Wstęp do biokorozji  30
2.1. Mikroorganizmy zaangażowane w MIC  31
2.2. Biofilm  32
2.3. Charakterystyka grup mikroorganizmów występujących w biofilmie  35
2.3.1. Bakterie redukujące siarczany (SRB) 35
2.3.2. Bakterie redukujące żelazo (IRB)  37
2.3.3. Bakterie utleniające żelazo (IOB)  39
2.3.4. Bakterie magnetotaktyczne (MTB) 42
2.3.5. Bakterie utleniające mangan (MOB)  43
2.3.6. Bakterie produkujące śluz  45
2.3.7. Bakterie wytwarzające kwasy (APB) 46
2.3.8. Grzyby 48
Wykaz ważniejszych oznaczeń4
3. Strategie kontroli biokorozji  49
3.1. Kontrola fizyczna 49
3.2. Kontrola chemiczna  50
3.2.1. Biocydy  50
3.2.2. Biosurfaktanty  51
3.2.3. Nanocząstki 52
3.2.4. Ozon 53
3.2.5. Efekt bioelektryczny ze środkami przeciwdrobnoustrojowymi  53
3.3. Kontrola biologiczna 54
3.3.1. Inhibicja korozji przez biofilm regeneracyjny 54
3.3.2. Inhibicja korozji przez mikrobiologiczne białka zapobiegające
zamrażaniu 55
3.3.3. Inhibicja korozji przez usuwanie cząstek sygnalizacyjnych 55
3.3.4. Strategia biokonkurencyjnego wykluczania  56
3.3.5. Hamowanie korozji przez bakterie drapieżne 58
3.3.6. Hamowanie korozji przez fagi 61
4. Metody bezpośrednie wykrywania przyczyn biokorozji 63
4.1. Pobieranie próbek 64
4.2. Obróbka wstępna prób 65
4.3. Wykrywanie i identyfikacja mikroorganizmów  66
4.4. Praca w beztlenowcami w laboratorium mikrobiologicznym 68
5. Molekularne metody badania biokorozji 74
5.1. Wstęp  74
5.2. Wymagania dotyczące wykorzystania technik molekularnych 76
5.2.1. Jakość i czystość kwasów nukleinowych  76
5.2.2. DNA a RNA  76
5.2.3. Problemy z informacją zawartą w DNA genomowym 76
5.2.4. Problemy z wykorzystaniem technik opartych na reakcji łańcuchowej
polimerazy (PCR)  77
5.2.5. Możliwości wykorzystania baz danych 78
5.3. Metody molekularne oparte na analizie sekwencji genów kodujących
podjednostki 16S rDNA i 18S rDNA  79
5.3.1. Pirosekwencjonowanie i NGS  80
5.4. Geny funkcjonalne jako narzędzie badań molekularnych 83
5.5. Inne przydatne narzędzia 84
5.5.1. Losowa amplifikacja polimorficznych fragmentów DNA (RAPD)  84
5.5.2. Mikromacierze DNA/RNA  84

5.5.3. Analizy MALDI-TOF 85

Wykaz ważniejszych oznaczeń5
Część II 87
Ćwiczenie 1. Obserwacje wzrostu drobnoustrojów i preparaty mikroskopowe  87
Ćwiczenie 2. Oznaczenie ogólnej liczby drobnoustrojów w cieczach obróbkowych 88
Ćwiczenie 3. Oznaczenie stopnia korozji kuponów ze stali węglowej pod wpływem SRB  89
Ćwiczenie 4. Oznaczenie najbardziej prawdopodobnej liczby (NPL) SRB w wodzie
produkcyjnej 90
Ćwiczenie 5. Oznaczenie NPL bakterii redukujących tiosiarczany w wodzie
produkcyjnej 91
Ćwiczenie 6. Wykrywanie określonych mikroorganizmów przy wykorzystaniu
techniki PCR 93
Część III 96
Pożywki stosowane do oznaczania bakterii powodujących biokorozję metali 96
Bibliografia