VAD ÄR WINOGRADSKY-KOLUMNEN OCH VAD ÄR DEN FÖR? - BIOLOGI - 2025

Den Winogradsky kolonnen är en apparat som används för odling av olika typer av mikroorganismer. Det skapades av den ryska mikrobiologen Sergei Winogradsky. Tillväxten av mikroorganismerna stratifieras i hela kolonnen.

Stratifiering utförs baserat på närings- och miljökrav för varje grupp av organismer. För detta levereras olika typer av näringsämnen och energikällor till enheten.

Winogradsky kolumn. Hämtad och redigerad från: UPVD-BioEcoL3-2010, från Wikimedia Commons.

Kolonnen är ett anrikat odlingsmedium, där mikroorganismer från olika grupper kommer att växa. Efter en mognadstid som kan pågå från flera veckor till flera månader kommer dessa mikroorganismer att finnas tillgängliga i specifika mikrohabitater.

Mikrohabitaterna som skapas kommer att bero på det använda materialet och de inbördes förhållandena mellan organismerna som utvecklas.

Vem var Sergei Winogradsky?

Sergei Winogradsky (1856-1953), skaparen av kolonnen som bär hans namn, var en rysk mikrobiolog född i Kiev, nu Ukrainas huvudstad. Förutom att han var mikrobiolog var han också expert på ekologi och markstudier.

Hans arbete med svavelberoende mikroorganismer och biogeokemiska processer med kväve gav honom en stor berömmelse. Han beskrev många nya mikroorganismer, inklusive släkten Nitrosomona och Nitrobacter. Han var också upptäckaren av kemosyntesen.

Bland de många erkännanden som har mottagits av denna mikrobiolog utses en hedersmedlem i Moskva för naturvetenskapsförening.

Han var också medlem av French Academy of Sciences. 1935 fick han Leeuwenhoek-medaljen, ett erkännande beviljat av Royal Dutch Academy of Arts and Sciences. Han blev inbjuden av Louis Pasteur själv till chef för mikrobiologi vid Pasteur Institute.

Vad är Winogradsky-kolumnen?

Denna enhet är inget annat än en glas- eller plastcylinder som innehåller olika material. Cylindern fylls till en tredjedel av sin kapacitet med slam eller lera som är rik på organiskt material.

Därefter tillsätts cellulosa och alla andra organiska ämnen, som kommer att tjäna som en källa för organiskt kol. Som källa till svavel tillsätts kalciumsulfat och kalciumkarbonat tillsätts för att bibehålla pH-balansen. Kolonnen är färdig med vatten från en flod, sjö, brunn, etc.

Enheten måste sedan mognas eller inkuberas under solljus eller konstgjort ljus under en period av några veckor till några månader. Efter den tiden stabiliseras ryggraden och väl definierade mikrohabitater etableras. I varje mikrohabitat kommer specifika mikroorganismer att utvecklas enligt deras specifika krav.

Vad händer i ryggraden?

De första mikroorganismerna som koloniserar kolonnen kommer att börja använda elementen i kolonnen och frigöra gaser och andra ämnen som kommer att hämma eller gynna utvecklingen av andra arter.

När tiden går kommer mikroorganismernas aktivitet och abiotiska processer att producera kemiska och miljögradienter längs kolonnen. Tack vare detta kommer olika nischer att genereras för mikrobiell tillväxt.

Genom att låta denna kolonn mogna eller inkubera under solljus eller artificiellt ljus i veckor eller månader, bildas gradienter av syre och sulfider.

Detta gör det möjligt att utveckla ett strukturerat mikrobiellt ekosystem med ett stort antal mikrobhabater. På detta sätt sker alla processer som möjliggör underhåll av näringscykler i kolonnen.

Den övre delen av kolonnen, i kontakt med luft, kommer att vara den rikaste på syre, som långsamt diffunderar nedåt.

Parallellt kommer de produkter som alstras i den nedre delen av kolonnen, en produkt av nedbrytningen av cellulosa och vätesulfid, att diffundera vertikalt uppåt.

Zonering av Winogradsky-kolumnen

Anaerob zon

Generering och diffusion av mikrobiella metaboliter, på grund av de olika kemiska gradienterna, har sitt ursprung i en fördelning av grupper av organismer enligt deras krav.

Denna distribution liknar den som är etablerad i naturen. På detta sätt simulerar Winogradsky-kolonnen den vertikala mikrobiella fördelningen som finns i bland annat sjöar, laguner.

Den nedre delen av kolonnen är helt utan syre och är istället rik på vätesulfid. I detta område nedbryter anaeroba bakterier såsom Clostridium cellulosa. Produkt av denna nedbrytning organiska syror, alkoholer och väte erhålls.

De metaboliter som produceras av Clostridium tjänar som ett substrat för sulfatreducerande arter, t.ex. Desulfovibrio. Dessa använder i sin tur sulfater eller andra former av delvis oxiderat svavel.

Som en slutprodukt släpper de vätesulfid och ansvarar för de höga koncentrationerna av denna gas vid kolonnens bas.

Närvaron av sulfatreducerande bakterier på kolonnen visas som mörka områden vid kolonnens bas. Ovanför basalbandet visas två grunt band, med arter som använder vätesulfiden som produceras i det nedre bandet. Dessa två band domineras av anaeroba fotosyntetiska bakterier.

Det mest basala av dessa band innehåller de gröna svavelbakterierna (Chlorobium). Nästa band domineras av de lila svavelbakterierna i släkten Chromatium. Nära dessa band förekommer bakterier som reducerar järn, såsom Gallionella, Bacillus eller Pseudomonas.

Svavelgröna bakterier (Chlorobiaceae) längst ner i en Winogradsky-kolonn. Fotografi från: kOchstudiO, Mikrobiologie Praktikum Universität Kassel März 2007. Hämtad och redigerad från: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Green_d_winogradsky.jpg.

Aerob zon

Lite längre upp i kolonnen börjar syre dyka upp, men i mycket låga koncentrationer. Detta område kallas mikroaerofil.

Här drar bakterier som Rhodospirillum och Rhodopseudomonas fördel av det knappa syre som finns tillgängligt. Vätesulfid hämmar tillväxten av dessa mikroaerofila bakterier.

Den aeroba zonen är uppdelad i två lager:

• Den mest basala av dem, representerad av lera-vatten-gränssnittet.
• Det yttersta området består av vattenspelaren.

Bakterier av släkter som Beggiatoa och Thiothrix utvecklas vid lera-vatten-gränssnittet. Dessa bakterier kan oxidera svavlet som kommer från de lägre skikten.

Vattenspelaren, för sin del, koloniseras av en stor mångfald av organismer, inklusive cyanobakterier, svampar och kiselarter.

tillämpningar

-Winogradskys kolumn har olika användningsområden, bland de vanligaste är:

- Undersök mikrobiell metabolisk mångfald.

-Studierade ekologiska successioner.

- Berikning eller isolering av nya bakterier.

-Bioremediationstest.

-Generering av biohydrogen.

-Studiera påverkan av miljöfaktorer på den mikrobiella samhällsstrukturen och dynamiken och tillhörande bakteriofager.

referenser

1. DC Anderson, RV Hairston (1999). Winogradsky-kolumnen & biofilmer: modeller för att lära ut näringscykling och succession i ett ekosystem. The American Biology Teacher.
2. DJ Esteban, B. Hysa, C. Bartow-McKenney (2015). Temporal och rumslig distribution av den mikrobiella gemenskapen i Winogradsky-kolumnerna. PLOS EN.
3. JP López (2008). Winogradsky-kolumnen. Ett exempel på grundläggande mikrobiologi i ett sekundärlaboratorium. Eureka Magazine on Science Teaching and Dissemination.
4. Sergei Winogradsky. På Wikipedia. Återställs från en.wikipedia.org.
5. ML de Sousa, PB de Moraes, PRM Lopes, RN Montagnolli, DF de Angelis, ED Bidoia (2012). Textilfärgämne behandlas fotoelektrolytiskt och övervakas av Winogradsky-kolumner. Miljöteknik.
6. Winogradsky kolumn. På Wikipedia. Återställs från en.wikipedia.org.