projecte melissa, Guías, Proyectos, Investigaciones de Microbiología

¡Descarga projecte melissa y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Microbiología solo en Docsity!

Aleix Castellà Barrufet

Marta Puig Pujols Pol Sant Hill

Índex

• Descripció del planeta pag.
• Descripció de la nau pag.
• Atmosfera pag.
• Aigua pag.
• Alimentació pag.
• Sanitat pag.
• Residus pag.
• Energia............................................................................................. pag.

El planeta consta d'una atmosfera composta per nitrogen, oxigen i diòxid de carboni. Les capes de nitrogen i de diòxid de carboni es van formar quan el planeta era una massa de roques salades. Les activitats volcàniques del nucli del planeta juntament amb els xocs d'altres masses de meteorits van produir una desgasificació, alliberant nitrogen i diòxid de carboni a l'atmosfera que es mantenen al planeta per la força gravitacional que exerceix el mateix planeta. Quan es va congelar el planeta, la producció de nitrogen i diòxid de carboni va disminuir dràsticament, ja que van cessar les activitats volcàniques i es va formar una capa de gel que impedia l'alliberament dels elements a la superfície.

L'oxigen és present a l'atmosfera en concentracions molt menors a les de nitrogen. Està present gràcies a l'acció d'algues i bacteris fotosintètics que utilitzen el diòxid de carboni i alliberen oxigen. Tot i que l'atmosfera està composta per oxigen, aquest està en unes concentracions massa baixes com per permetre la vida dels humans.

La presencia d'atmosfera al planeta dona lloc a un conjunt de corrents de vent a la superfície del planeta que poden fer que la temperatura disminueixi encara més. Per altra banda, aquests corrents poden utilitzar-se per obtenir energia eòlica, una energia molt sostenible i que no produeix cap mena de residu. Els corrents de vent es formen per el canvi de temperatura de l'aire: els corrents d'aire més fred es desplacen cap a la zona més superficial del planeta, on s'escalfa per el contacte amb el terra més calent i torna a ascendir.

L'expedició al planeta Mc19 és el major esdeveniments que ha realitzat Catalunya desprès d'aconseguir la seva independència, acabar amb la crisi econòmica i donar la nacionalitat catalana a Leo Messi.

La idea d'aquesta expedició va néixer de les mans del president de la Generalitat, Artur Mas, que un cop va aconseguir la independència de Catalunya va adonar-se'n que necessitava expandir el seu territori per poder competir amb les grans potències mundials ( d'aquí el nom Mc19 - Mas Catalunya 2019). En veure que el planeta Terra estava del tot explorat, va reunir els millors científics catalans per idear una expedició per colonitzar un planeta nou i desconegut on construirien un nou imperi català, en el que

es pogués parlar la llengua que es volgués i en el que el R.C.D. Espanyol jugués a segona divisió.

Van caldre cinc anys per posar en marxa el pla del Sr. Mas, hi havien molts països en contra d'aquesta expedició, que acusaven al president de terrorista i de realitzar accions en contra de la llei, però finalment el 2019, es va enlairar una nau espacial en busca d'aquest nou planeta que es podria convertir en casa nostra al cap de deu anys.

Hi trobarem un aquari d’aigua dolça per poder menjar peix, aquest igual que en les plantes i els animals estarà recobert de vidre aïllant i de doble capa amb el buit al mig perquè no es congeli l’aigua.

. És la zona de esterilització, és l’única sala que presenta doble capa amb buit però que no protegeix de les zones ultraviolades ja que seran necessàries per esterilitzar el material de laboratori i l’aigua.

Al final del treball es trobarà amb un mapa de la nau.

A més de residus sòlids i líquids, els organismes presents a la nau desprenen gasos que han de ser reutilitzats i renovats contínuament per evitar la seva extinció. Per tal d’explicar-ho, usarem un esquema semblant al de l’apartat anterior:

Tant els humans com els animals respirem oxigen i alliberem diòxid de carboni, aquest diòxid de carboni serà enviat a la sala 6, on serà utilitzat per les plantes, que l’utilitzaran per realitzar la fotosíntesi i alliberaran oxigen per el consum humà i animal. Tant els bacteris fermentadors com els fotòtrofs són bacteris anaeròbics, poden realitzar les seves funcions sense necessitat de consumir oxigen, en canvi els bacteris nitrificadors sí que necessiten oxigen, aquest oxigen provindrà de la sala de les plantes, i tot el diòxid format per els bacteris serà enviat a la mateixa sala 6. La sala 6 (organismes fotosintètics) és responsable d’eliminar el diòxid de carboni, de generar biomassa comestible com a font d'aliments, de la recuperació d'aigua i de la regeneració d'oxigen per a la tripulació. Aquesta sala està dividida en un compartiment de bacteris fotoautòtrofs, Arthrospira platensis , i un compartiment de plantes, que permet una millor taxa d'assimilació del CO2 i proporciona una dieta més equilibrada per a la tripulació.

carboni en forma de diòxid de carboni mitjançant la respiració. Els bacteris alliberen diòxid que serà utilitzat per les plantes i seguirà el cicle fins que el carboni retorni a l’atmòsfera.

El sofre és un element imprescindible perquè forma part de les proteïnes dels éssers vius. Es troba com a sulfat al sòl, com a àcid sulfhídric a les aigües amb alt contingut orgànic, i com a diòxid de sofre a l’atmosfera. Les plantes, bacteris i fongs són capaços d’incorporar els sulfats i els redueixen per formar sofre orgànic, que passarà als animals i humans. En morir els animals, alliberen H 2 S a l’atmosfera. En condicions aeròbiques el H 2 S és oxidat novament a sulfat ( Beggiatoa o Thianobacillu ). En certes condicions anaeròbiques, el sulfat és reduït a So i H 2 S mitjançant l’acció de determinats bacteris sulfatoreductors, que alliberen oxigen disponible per la respiració.

L’aigua és un component limitant en el nostre experiment, no hi cap forma possible per aconseguir aigua sense haver de consumir-ne prèviament, ja que no tenim una atmosfera que produeixi precipitacions ni reservoris prou grans com els oceans de la Terra. Podem obtenir aigua salada dels glacials del planeta i tractar-la perquè sigui potable, però tot i això, seguirà sent un recurs limitat que s'acabarà en algun moment.

Nosaltres tenim un reservori inicial d’aigua en una cisterna, amb aquesta aigua regarem les plantes que posteriorment consumirem nosaltres. Tant les plantes com els animals alliberen vapor d’aigua a l’atmosfera mitjançant la respiració i la evapotranspiració, però és una quantitat molt més baixa de la que consumim inicialment.

Durant l’estància es produirà una gran quantitat d’aigües residuals. Aquestes aigües s’han de tractar tant per motius higiènics com per poder reutilitzar l’aigua pel consum ja que es troba de forma limitada.

Per tal de netejar aquestes aigües utilitzarem com a model una planta depuradora a petita escala amb algunes modificacions.

que els microorganismes utilitzats no quedin eliminats del sistema de depuració.

En les depuradores generalment ara tocaria eliminar els microorganismes utilitzant clor. La eliminació de microorganismes amb ultraviolats és una tècnica que es pot utilitzar actualment a la Terra, però és un procés car que no surt a compte.

Nosaltres aprofitant que no hi ha ozó troposfèric que protegeixi dels rajos ultraviolats, els farem servir per tal d’eliminar els microorganismes que hi hagi a l’aigua.

Per tant aquest tanc s’ha de trobar desprotegit dels UV.

Un cop ja em eliminat els microorganismes utilitzant les radiacions ultraviolades, el tractament de l’aigua ja està finalitzat i ja està preparada per ser utilitzada pel consum humà, animal i pel reg de les plantes.

En l’assentament espacial farà falta alimentació, per aquest motiu serà necessari el transport de diversos tipus d’animals i plantes superiors.

Com que el pes i l’espai és limitat, cal que escollim bé les especies que haurem d’incorporar.

Nosaltres hem fet una selecció dels que creiem que resultarien més útils basant-nos en les necessitats que hi haurà, procurant de cobrir els elements essencials per a la vida (Ca,K, Na...) utilitzant el menor nombre d’espècies possibles i utilitzant aquelles que puguin tenir més.

Les plantes seran cultivades a la sala 6 mentre que els animals estaran situats a la sala 2.

Animals

-Vaques: Les vaques són una font important de proteïnes. La carn de vaca també aporta elements essencials com el ferro, el sofre o el fòsfor. De les vaques també obtenim llet, del que podem formar productes làctics, i cuir que pot tenir usos diversos sobretot en roba.

-Ovelles: De les ovelles n’ obtenim carn i llet, com les vaques, però a més n’ obtenim la llana que tindrà molta utilitat a la hora de fer peces de vestir.

-Productes lactics: a partir de la llet dels animals, podem formar productes utilitzant una serie de bacteris. Els bacteris que formen el formatge són Lactoccocus lactis , Lactobacilus sp. i Streptococcus sp. que produeixen la fermentació lactica

Les plantes superiors que nosaltres portarem seran les següents

-Patata ( Solanum tuberosum ): les patates seran necessàries ja que són una font de potassi, un dels elements essencials. Les patates no poden ser utilitzades com a menjar per als animals, ja que són toxiques per a les ovelles.

Tot i ser una nau aïllada de l’exterior es poden produir infeccions o malalties que afectin als animals o les plantes, per això és recomanable tenir antibiòtics. Com que no poden rebre ajudes de l’exterior la nau necessita un laboratori de microbiologia per poder tractar i cultivar els bacteris que ens crearan els antibiòtics.

Els antibiòtics són substàncies d’origen biològic que inhibeixen el creixement dels microorganismes a concentracions baixes. Provenen dels metabòlits secundaris que segreguen els propis bacteris i fongs per defensar-se. Es poden diferenciar entre substàncies d’acció inhibidora i d’acció letal. L’origen del seu descobriment es troba al segle XIX quan Alexander Fleming, doctor que estudiava com combatre les malalties infeccioses i eliminar bacteris patògens a l’hospital Saint Mary.

Alguns dels antibiòtics més utilitzats són en quimioteràpia són: la penicil·lina, la cefalosporines, la estreptomicina, la cloromicetina, la tetraciclina, els macròlids, la actinomicina i els antibiòtics polipèptids. Per això els bacteris i fongs que els formessin serien els seleccionats per emportar-se a la nau de forma liofilitzada per poder utilitzar-los en cas de necessitat.

Els més importants que es portarien a la nau són:

La penicil·lina és un dels antibiòtics que més s’utilitza i per tant no pot faltar a les nostres llistes. Es secretada majoritàriament per el Penicillium notatum i P. Chrysogenum , entre altres. Es tant utilitzada perquè molt poques persones tenen al·lèrgia a la substància i és innòcua per les persones amb les que es tracta. Actualment s’utilitza moltes penicil·lines semi sintètiques que permeten ser preses de manera oral.

La estreptomicina es va aïllar a partir de un medi de cultiu de Streptomyces griseus , però també la poden crear altres espècies de Streptomyces. El seu èxit es deu a que ataca a moltes bactèries resistents a la penicil·lina, tot i que crea moltes reaccions al·lèrgiques, és per això que és més utilitzada en veterinària i en la lluita contra malalties vegetals. Aquesta seria útil en el cas que alguna planta o animal es possés malalt.

La cloromicetina es pot produir de manera sintètica però a la nau s’utilitzaria la Streptomyces venezuelae que va ser el primer cultiu on es va descobrir. Seria útil ja que és molt estable i actua contra moltes bactèries Gram negatives, però també contra espiroquetes, rickettsias, actinomicets i virus de grans proporcions.

MATERIAL PER EL LABORATORI

En el laboratori necessitarem diferents instruments per el cultiu i tractament de microorganismes, molts seran de vidre i per tant no comportaran problemes a part de la seva esterilització, però altres com les tincions que comportaran uns residus químics importants o la necessitat de tenir alcohol i agar-agar ens portaran més problemes que haurem de solucionar.

 Instruments de vidre: Com per exemple les pipetes, els erlenmeyers i les provetes que són instruments de mesura i de més d’un ús per el que no necessitem generar-ne més.  Instruments electrònics: com les balances de precisió i els pHmetres, en aquest cas no hi afegim autoclaus ja que utilitzarem les llums ultraviolades que arriben al planeta per esterilitzar el material.  Instruments de metall: com per exemple les espàtules o els sembradors, i també afegim termòmetres.  Alcohol: ja que es necessari per netejar el laboratori i les ferides l’aconseguirem de la fermentació alcoholica provocada per el llevat Saccharomyces cerevisiae , Kluyveromyces fragilis , Torulaspora y Zymomonas mobilis. Els mantindríem en un cultiu continu on a part d’alcohol donaria biomassa que s’enviaria a fermentar.  Agar-Agar: Utilitzariem unes algues vermelles de les espècies Gelidium, Euchema i Gracilària. Com que no es una cosa que hauríem d’utilitzar sempre ja que nomes s’utilitzaria en el cas que alguna persona de la nau es poses malalta amb uns símptomes desconeguts. Per no dependre nomes dels antibiòtics o per dolors als músculs utilitzaríem herbes remeieres com són el til·ler per insomni, la farigola per desinfecció d’ulls o boca i l’àloe vera en cas que es cremessin o els hi fes mal algun múscul. A més a més per la higiene i sanitat de la nau i per tal d’ocasionar els mínims residus no biodegradables possibles s’utilitzaria la

Durant la llarga estància de l’expedició al planeta es generaran una gran quantitat de residus per part de tots els organismes habitants de la nau (humans, animals i plantes), aquests residus s’han de processar i reutilitzar per aconseguir matèria que puguin tornar a utilitzar per viure.

Aquests residus es poden classificar en dos tipus :

 Residus sòlids: principalment matèria orgànica excretada per animals i plantes, organismes morts i restes d’aliments.  Residus líquids: orina d’humans i animals.

Els humans i animals produïm residus sòlids com restes d’aliments que no es poden ingerir, ossos d’animals, pells de fruites.. i els excrements, que principalment és matèria orgànica que el nostre cos no ha pogut absorbir ni aprofitar. Les plantes per la seva banda també produeixen matèria que pot ser usada per altres organismes, els fruits madurs i les restes vegetals poden ser utilitzades per els humans i animals per alimentar-se.

Les restes d’aquests dos grups (animals i plantes ) és principalment matèria orgànica i orina. La matèria orgànica podrà ser usada per bacteris fermentadors anoxigènic (sala 3) per formar minerals. Els mateixos bacteris

són capaços de utilitzar la urea de l’orina i produir amoníac, àcids grassos volàtils i diòxid de carboni. Aquests productes seran conduits a la sala 4, formada per bacteris fotoheteròtrofs, que s’encarregaran de transformar el carboni orgànic produït anteriorment en carboni inorgànic.

L’amoníac, minerals i carboni inorgànic serà conduït a la sala 5, on tindrem bacteris nitrificadors (nitrificació), que oxidaran l’amoníac i els nitrits per convertir-los en nitrats, que són una font de nitrogen més adequada per el creixement de les plantes. La nitrificació és el procés de transformació de l'amoníac en nitrits i dels nitrits en nitrats, portat a terme per certs bacteris: l’oxidació de l’amoníac es duu a terme per les Nitrosomonas europaea, i l’oxidació dels nitrits a nitrats per les Nitrobacter winogradskyi.

Aquest esquema representa el cicle del nitrogen, com els productors, consumidors i descomponedors intervenen en les transformacions del nitrogen per acabar produint nitrats per les plantes.

Els bacteris fermentadors, a més de minerals, produirà biogàs, una mescla constituïda fonamentalment per metà (CH 4 ), diòxid de carboni (CO 2 ) i petites concentracions de nitrogen (N). Els metà produït ens podrà servir com a font d’energia al produir la seva combustió.