Конспект лекций

группе молочной кислоты присоединен пептидный хвост из 4-5 аминокислот. Чаще всего, это L и D аланины, либо D-глутаминовая кислота, а также часто это одна из диаминокислот.

Причем, у разных видов это могут быть разные соединения. У Золотистого стафилококка – лизин, у Еколи – мезодиаминопимиелиновая кислота. Каринобактериум дифтерия – диаминомасляная кислота. У Спирохет чаще всего L-орнитин.

Данный пептид характеризуется двумя особенностями:

1)Наличие аминокислот D-ряда,

2)Высокое содержание аминокислот с двумя аминогруппами.

Эти особенности пептида не случайны. Такой состав имеет принципиальное значение для пространственной организации пептидогликана. В данном случае работают два типа связей: гликозидные и пептидные связи. Эти два типа связей соединяют отдельные субъединицы пептидогликана, придают гетерополимеру структуру молекулярной сети. При этом важно подчеркнуть, что синтез муреина осуществляется в цитоплазме, в цитоплазматической мембране, в самой клеточной стенке.

Синтез муреина может быть подавлен ингибиторами ряда ферментов. Например, дециклосерин, десерин, о-карбомид и целый ряд других антибиотиков. Кроме того, ингибитором может выступить глицин. В высоких концентрациях способен включаться в пептидные цепи вместо L-аланина.

По самым скромным подсчетам в настоящее время существует более 100 хемотипов муреина. Особенно много этих вариантов у Гр+ микроорганизмов.

У Гр+ бактерий хемотипы подразделяются на самостоятельные группы в зависимости от положения сшивки пептидов. Т.е., от 3-го или 2-го аминокислотного остатка тетрапептида.

Деление на подгруппы осуществляется в зависимости от аминокислотного состава пептидов и соединяющих эти пептиды мостиков.

Именно пептидогликановый слой клеточной стенки: 1) форму клетки;

2)ее поверхностный заряд;

3)противодействует тургорному давлению клеточного содержимого

4)и т.д.

Всеть пептидогликана включаются тейхоевые и тейхуроновые кислоты, полипептиды, липополисахариды, липопротеиды и целый ряд других соединений.

Тейхоевые кислоты

Это полимеры глицерина или рибита, которые соединены между собой фосфодиэфирными связями. Глицерин у Стафилококка золотистого, рибит, то это Сенная палочка.

Как правило, каждый вид бактерий содержит только один тип тейхоевой кислоты. Исключения составляют Стрептомицеты, которые содержат одновременно оба типа полимеров. При этом большая часть аминокислот соединена ковалентной связью с мурамовой

кислотой клеточной стенки. Помимо этого, часть тейхоевой кислоты, в основном глицеротейхоевой, связана с клеточной мембраной. И поэтому прежде всего глицеротейхоевая кислота в основном является мембранной тейхоевой кислотой, хотя ведущую роль как мембранная тейхоевая кислота играет липотейхоевая кислота.

Цепи всех перечисленных кислот могут включать от 20 до 50 остатков спирта, причем, его гидроксильные группы часто связаны либо с D-аланином, либо с сахарами.

31

Именно свободные гидроксилы фосфорной кислоты придают в целом тейхоевой кислоте свойства полианиона.

Тейхоевые кислоты локализованы на внешней поверхности пептидогликанового слоя, т.е. они располагаются между клеточной стенкой и слоем муреина. Эти структуры выступают наружу через поры в муреине и по сути именно тейхоевые кислоты являются главными поверхностными антигенами у Гр+ бактерий, например у Золотистого стафилококка. Важно сказать, что именно как полианионы, тейхоевые кислоты влияют на катионный обмен клетки, например, именно они захватывают и связывают катионы двухвалентного магния. Опять же исходя из полианионности тейхоевых кислот, они определяют поверхностный заряд клетки, они участвуют в регуляции активности автолитических гидролаз. Это ферменты, способные разрушать собственный муреин. Например, такие ферменты имеются у пневмококков. Более того, сахарные компоненты тейхоевых кислот входят в состав рецепторов для некоторых бактериофагов.

В отличие от пептидогликана, тейхоевые кислоты обнаружены только в клеточных стенках Гр+ бактерий. Содержание значительно колеблется. У Золотистого стафилококка 25-40% от массы клетки, у Бациллюс субтилес их содержание составляет 60% от массы клетки.

Тейхуроновые кислоты

Образованы остатками уроновых кислот, а также N-ацетилглюкозамина и при определенных условиях среды эти кислоты заменяют тейхоевые кислоты. Например, недостаток фосфора может привести к замене в структуре бактериальной клетки тейхоевых кислот на тейхуроновые.

Липополисахариды

Липополисахариды внешнего слоя клеточной стенки Гр− микроорганизмов представляют собой сложные молекулы с молекулярной массой 10000 Да. Лучше всего эти липополисахариды изучены на модели Сальмонелл. Исходя из данного модельного объекта можем сказать, что Липополисахариды – олигомеры, которые содержат около 3 мономерных субъединиц, причем, каждая состоит из 3 разных участков, а именно липид А, ядро, о-специфические боковые цепи.

Ядро – 2-кето-3-дезоксидеманооктановая кислота + гептоза.

Что касается о-специфичных боковых цепей, это тетра- и пентосахариды.

При этом липополисахариды – это антигены клеточных стенок Гр− бактерий. Кроме того, липополисахариды служат рецепторами для адсорбции бактериофагов. Кроме того, эти длинные о-замещенные боковые цепи также выступают наружу всего-навсего на расстоянии 30-150 нм.

При этом различная структура о-замещенных боковых цепей липополисахаридов определяет антигенное разнообразие Гр− бактерий, но при этом есть нечто общее и очень важное. Липополисахариды клеточных стенок у ряда видов Гр− бактерий содержат уникальные 3,6- дидезоксисахара. Эти уникальные сахара, которые входят в состав клеточной стенки бактерий, это такие сахара как обиквоза, калитоза, аскарилоза, паратоза, тивилоза и др.

Липополисахарид абсолютного большинства бактерий токсичен. Представляет собой эндотоксин. При этом токсичность связана только с липидом А.

Если в основе патогенеза бактерий лежит действие эндотоксина, то такие эндотоксичные инфекции проявляются одинаковой симптоматикой: общая слабость, утомляемость, тошнота, диарея, понижение температура тела в месте лихорадки, гипотония.

Антигенность связана с о-специфичными боковыми цепями. Защитные факторы, вырабатываясь против этих о-специфических элементов эффективны также против липида А (??) Эндо- и экзотоксины смотреть в спецкурсе.

32

Липопротеин

Он особенно важен в структуре Гр+. Липопротеин во внешней мембране Гр+ служит своеобразным мостиком между пептидогликановым слоем и внешним слоем микробной клетки. Что касается состава этого компонента бактерий, то у весьма представительного семейства энтеробактерий липопротеин состоит из 85 аминокислот, представленных повторяющейся последовательностью из 15 аминокислот.

Белки

Белки клеточных стенок прежде всего Гр+ бактерий синтезируются на рибосомах, которые связаны с цитоплазматической мембраной. Они могут располагаться упорядоченным слоем, могут располагаться на поверхности оболочки, могут располагаться в виде спиралей, могут располагаться в виде ворсинок, склеивая клетки друг с другом, например у стрептококков. В виде спиралей у стафилококков.

Что касается Гр−, то во внешней мембране белки у них представлены двумя группами: основные белки и минорные белки. Белки основы служат рецепторами для бактериофагов, для особой группы белков – колицинов; они участвуют в стабилизации структуры внешней мембраны, но самое главное – участвуют в формировании мембранных гидрофильных пор, поэтому их относят к группе поринов. Предполагают, что водную пору диаметром от 1,5 до 2 нм окружает как минимум три молекулы порина. Каждая молекула порина стабилизирована тремя скрученными молекулами липопротеина, из которых одна соединена с пептидогликаном.

Что касается минорных белков, то они несут транспортные функции и также выполняют рецепторные функции. Что касается транспорта, то они, например, осуществляют транспорт железа, нуклеозидов и некоторых других веществ, тогда как рецепторные функции связаны с фагами и колицинами.

Белки Гр− на внешней мембране этих бактерий иногда могут располагаться слоем из тетрагональных и гексагональных структур. Такое расположение характерно для белков внешней мембраны Methylomonas albus.

Внешняя мембрана обладает трансмембранным потенциалом. Она отрицательно заряжена со стороны периплазмы, что обусловлено наличием в периплазме полианионов, и более сложным строением клеточной стенки у некоторых эубактерий, например у туберкулезной палочки, у некоторых представителей родов Нокардия, Каринобактериум и т.д.

Очень сложное и своеобразное строение клеточной стенки отмечают у архебактерий. Клеточную стенку бактерий можно разрушить, например, экстрагированием щелочью,

механическим путем, озвучить ультразвуком и т.д. Зачем разрушать клеточную стенку? Чтобы узнать, как она устроена, для изучения компонентов клеточной стенки. Именно со структурой клеточной стенки связана токсическая функция, вирулентность. Более того, для нас особо важно, что клеточную стенку можно наблюдать в микроскопы. Для этого делают ультратонкие срезы и изучают их структуру. Но рассмотреть ее удается не всегда. Проще это сделать у крупных бактерий. У более мелких может произойти сжатие клеточной стенки и поэтому не всегда удается ее удачно рассмотреть. Даже у Коли, даже у Протеус Вульгарис.

Прочность клеточной стенки очень велика. Столь велика, что позволяет сохранять структурную целостность клеток при воздействии на них высоких внешних, а также внутренних осмотических давлений. Но при такой прочности наблюдается гибкость и эластичность. Особенно показательна гибкость стенок у спирохет, причем, среди извитых бактерий как минимум три основных группы, которые отличаются друг от друга количеством завитков, равномерностью

33

завитков, глубиной завитка. Что касается эластичности, то как раз у спирохет она максимальна. Так вот эти факторы обуславливают способность бактерий легко изгибаться. Обойдя препятствие, они могут возвращаться к исходной форме. Кроме того, клеточная стенки инертна к действию химических веществ. Клеточную стенку бактерий окрашивают специальными методами, предварительно протравив препарат, например, тонином, а затем окрашивают либо в синий цвет краской Синяя Виктория или в желтый цвет Шафранином.

Клеточная стенка бактерий имеет мельчайшие поры, через которые транспортируются как продукты ассимиляции, так и продукты диссимиляции. У Гр+ масса клеточной стенки может достигать от 20% до 50% от массы клетки.

Периплазма – пространство между внешней мембраной клеточной стенки и ее цитоплазматической мембраной. Эта самая периплазма характерна только для Грамотрицательных бактерий. В среднем толщина периплазмы около 10 нм. Периплазма содержит муреин, белки, олигосахариды, а также неорганические вещества. Если говорить о муреине периплазмы, то он составляет от 1,5 до 25% от массы всей клеточной оболочки. Если говорить о белках периплазмы, то это транспортные белки и гетеролитические ферменты. Олигосахариды должны тоже быть, ибо участвуют в осморегуляции.

Принцип окраски по Граму

Этот метод был предложен как метод дифференциального окрашивания бактерий в гистологических срезах, а в настоящее время этот метод широко используется в микробиологии. Суть данного метода состоит в том, что при окрашивании бактерий генцианвиолетом (кристаллвиолет, метилвиолет) краска с йодом образует соединение, которое удерживается клетками при обработке этих клеток спиртом. Так вот, если это удержание состоялось, то такие бактерии окрашиваются в синий и фиолетовый цвет. Эти бактерии называют Грамположительные. Обесцвеченные спиртом бактерии носят название Грам-отрицательных и их докрашивают какой-то контрастной краской.

В 1978 году Гиббенс и Мюррей предложили Грам-отрицательные истинные бактерии (Эубактерии) выделить в отдел Грациликуты, отрицательные в Фермикуты.

Механизм окраски по граму окончательно не изучен. Абсолютно точно, что в основе этого механизма лежат не только особенности строения клеточных клеток, но также их химического состава. Предполагают, что при обработке бактерий спиртом происходит разбухание муреина, как следствие уменьшение диаметра пор клеточной стенки, что в целом приводит к снижению проницаемости клеточной стенки. А поскольку Фермикуты характеризуются высоким содержанием муреина, то в результате обработке спиртом стенки становятся непроницаемые для красителей и, значит, краска из клеточных стенок не вымывается. У Грациликут слой муреина достаточно тонкий, поэтому проницаемость клеточной стенки увеличивается за счет растворение и вымывания спиртом липидов.

Протопласты Гр+ становятся Гр−. Также имеются бактерии, у которых в ходе жизненного цикла изменяется отношение к окраске. Это, например, представители рода Arthrobacter. При старении у многих бактерий клеточная стенка утолщается и они начинают прокрашиваться как положительные.

Кроме того, эндоспорообразующие бактерии обладают Грам-положительной клеточной стенкой, но При этом обладая Гр+ клеточной стенкой некоторые из них по граму не окрашиваются.

Невзирая на все эти нюансы, окраска по граму является диагностической, но только в отношении прокариот, обладающей клеточной стенкой.

34

Также клеточная стенка обладает ригидностью. Именно это свойство определяет форму бактериальной клетки. И именно это свойство подтверждается в опытах по получению протопластов и сферопластов.

Протопласты и сферопласты

Протопластом называют клетку, лишенную клеточной стенки. Протопласт получают из Гр+ бактерий, удаляя клеточные стенки с помощью разных литических ферментов. Например, для этих целей используют лизоцим. Это белок с низкой молекулярной массой, которого в достатке содержится в слезах, слюне, поте. Его в достатке содержится в яичном белке.

Лизоцим действует на пептидогликан, расщепляя гликозидную связь между первым углеродным атомом N-ацетилмурановой кислоты и четвертым углеродным атомом N- ацетилглюкозамина. При этом полисахаридный скелет муреина разрушается до дисахаридных фрагментов.

Кроме лизоцима влияют и другие литические ферменты, которые обладают различной направленностью своего действия. На пептидогликан действуют амидазы, гликозидазы, эндопептидазы. Например, эндопептидазы Коли разрушают связь между D-аланином и мезодиаминомиелиновой кислотой. Литические ферменты необходимы для нормального роста и выделения бактериальных оболочек. Более того, у бактериологических миксобактерий, а также у некоторых актиномицетов литические ферменты являются средством нападения и защиты в их борьбе за существование с другими бактериями. Независимо от форм исходных бактерий, протопласты всегда приобретают сферическую форму, которая соответствует минимальному объему, который вынужденно принимает жидкое тело под влиянием сил поверхностного натяжения. Это доказательство того, что ригидная клеточная стенка является тем структурным компонентом, который ограничивает протопласт в пределах данной оболочки.

В протопластах осуществляются основные процессы жизнедеятельности (дыхание, синтез белков, синтез нуклеиновых кислот, спорообразование), кроме того, протопласты могут увеличиваться в размерах, фиксировать азот. Протопласты не способны ресинтезировать клеточную стенку, поэтому на самом деле есть определенные ограничения по возможностям протопласта. Протопласты редко делятся, они не адсорбируют фаги, поскольку рецепторы фагов локализованы в клеточной стенке, но если ДНК фага проникла в клетку до удаления с этой клетки клеточной стенки, то частицы фага реплицируются в протопластах весьма успешно. При некоторых условиях в протопластах можно индуцировать регенерацию клеточных стенок и в таком случае протопласты реверсируют в исходную клеточную форму, но это происходит чрезвычайно редко. Чаще протопласты отмирают.

Почти с начала времен протопласты используют в функциональной анатомии, для выделения и изучения мембранных структур и даже в генетике бактерий.

Сферопластами называют бактериальные клетки, частично лишенные клеточной стенки. Такие бактериальные клетки обнаруживают в физиологически старых структурах. Кроме того, сферопласты могут быть обнаружены при несбалансированном росте бактерий, могут формироваться под влиянием иммунных сывороток, глицина, ферментов и пр. Легче всего получать сферопласты под влиянием пенициллина вместе с гипертоническим раствором сахарозы и хлорида натрия. Именно пенициллин предотвращает образование пептидогликана у

растущих клеток, нарушая процесс образования поперечных связей между пептидными цепочками муреина, тем самым способствуя образованию сферопласта. Сферопласты обладают теми же свойствами, что и протопласты, но отличаются тем, что они адсорбируют фаги, поскольку, пусть частично, но сохранена клеточная стенка, а значит, есть структуры для

35

адсорбции. Сферопласты успешно размножаются. Сферопласты легко реверсируют в исходную форму при устранении факторов, который вызвал образование сферопласта.

Общими свойствами протопластов и сферопластов являются большие размеры, отсутствие клеточных мембран типа мезосом, потому что, например, при образовании протопластов мезосомы выбрасываются в окружающую среду (??). Кроме того, чрезвычайная чувствительность к осмотическим условиям. В итоге, протопласты и сферопласты могут существовать только в изотонических и гипертонических растворах. Когда в составе раствора присутствуют сахароза и манит, в таких условиях они живут хорошо. В гипотонических растворах эти клетки разрываются.

Еще одной формой существования бактерий являются L-формы бактерий. Впервые эти формы были открыты у стрептобацилл, но при этом они образуются не только у них. Эта форма бактерий образуется только у бактерий, изначально имеющих клеточную стенку, потом что-то произошло и нарушился биосинтез пептидогликана. В результате клетка частично или полностью этого пептидогликана лишилась. Такая клетка носит название L-форм. У них отсутствует клеточная стенка, но они ее теряют из-за процесса нарушения фотосинтеза. В организме человека L-формы образуется в первую очередь при антибиотико-терапии. Кроме того, при использовании антибиотиков в качестве такого внешнего фактора, важно понимать, что вещества действуют так на прокариотическую клетку.

Пенициллин и его аналоги действуют только на бактерии с клеточной стенкой.

У L-форм бактерий нарушается функция размножения при сохранении функции роста, в результате чего значительно увеличиваются размеры клеток. Они превращаются в гигантские, размером до 50 мкм, шаровидные, нитиевидные, грушевидные формы. Причем, эти формы сильно вакуолизированы и они содержат элементарные тела внутри них. Скорость образования L-форм варьирует от нескольких дней до нескольких месяцев. У гонореи L-формы образуется за несколько дней. У дифтерии формирование занимает несколько месяцев. В благоприятных условиях (на казеиновом переваре, на печеночном бульоне) L-формы растут в виде характерных колоний с врастающим в среду слегка пигментированным центром и нежной кружевной периферии. Считают, что L-формы растут от 1 до 4 и более недель. Но это еще не все. Колонии L- форм бывают двух типов: стабильные и нестабильные.

Действие физических, химических и биологических факторов на организм

Из физических факторов наиболее важное значение имеют: температура влажность, гидростатическое и осмотическое давление, лучистая энергия и радиация, ультразвук и др.

Важнейшие из химических влияний: реакция среды, окислительно-восстановительные условия, токсические вещества, дезинфицирующие вещества, ядохимикаты.

Биологические факторы: взаимодействия микроорганизмов между собой, а также между микроорганизмами и растениями, животными.

36

Температурный фактор

Температура – это один из наиболее мощных факторов, определяющих саму возможность существования и интенсивность развития отдельных видов микроорганизмов. Даже жизнь микробов, населяющих Землю, возможна в строго определенных температурных условиях. Изучая влияние температуры, выделяют три кардинальные точки:

1)Минимальная кардинальная точка. Нижняя граница существования.

2)Оптимальная кардинальная точка.

3)Максимальная кардинальная точка. Верхняя граница.

При этом для каждого организма имеется своя минимальная температура, ниже которой как минимум рост микроорганизмов больше не происходит, своя оптимальная температура и своя максимальная граница. При этом в большинстве случаев характерным является тот факт, что оптимальная температура всегда ближе к максимальной, чем к минимальной. Кардинальные точки могут изменяться под влиянием других факторов.

У Бациллюс cубтилес температура колеблется от 3 до 52 градусов, тогда как для представителей рода Нейсерия диапазон значительно уже и составляет от 36 до 38 градусов Цельсия.

По отношению к температуре все микроорганизмы делятся на три основные группы:

1)Психрофилы;

2)Мезофилы;

3)Термофилы.

Психрофилы. Для психрофилов оптимальной температурой является температура от 5 до 12 градусов Цельсия, но в любом случае температура ниже 20 градусов. К этой группе относятся обитатели холодных морей, океанов, глубоких озер, почв, особенно почв крайнего Севера.

Например, к этой группе относят морские светящиеся бактерии, железобактерии, например, представители рода Galionella. К психрофилам также относятся некоторые водоросли. И те и другие могут развиваться на поверхностях заснеженных полей, ледников, причем, рост этих микроскопических объектов колоссален. Период генерации у многих видов исчисляется минутами. Поэтому иногда кажется, что поверхности ледников заселены теми или иными растениями. Т.е. эти поверхности окрашиваются в зеленый или красный цвет.

Ну и с хуя ли они могут жить в холоде? У психрофилов ферменты более эффективны при низких температурах; другой особенностью является то, что они имеют в клеточной мембране более высокое содержание ненасыщенных жирных кислот, чем другие микроорганизмы, и это очень важно, потому что именно за счет высокого содержания ненасыщенных жирных кислот мембраны психрофилов остаются полужидкими даже при весьма низких для других живых организмов температурах. Потому что мембраны, где больше насыщенных жирных кислот при низких температурными показателями становятся твердыми, недействующими.

Но увы и ах, имеется точка, ниже которой размножение бактерий невозможна. -300С, хотя при температуре даже ниже -300С клетка может функционировать. Могут идти ферментативные реакции.

Для биохимических реакций нижним температурным пределом в водных системах считается температура порядка -1400С.

Мезофилы – наиболее богато представленная в видовом отношении группа микроорганизмов. К мезофилам относят бактерии, имеющие температурный оптимум в границах 25-370С, но реальный диапазон от 20 до 420С. Они объединяют сапрофитные и паразитарные

37

формы. Эти микроорганизмы встречаться могут в почве, в воде, в воздухе, в других живых организмах. К мезофилам относится абсолютное большинство бактерий в списке Кравченко.

Термофилы. Группу составляют микроорганизмы с температурным оптимумом от 42 до 650С. По другим данным, оптимум температуры до 700С. В эту группу относятся обитатели горячих источников, обитатели навозных куч, обитатели силосных ям и др. Среди термофилов встречаются как спорообразующие, так и не образующие эндоспор бактерии. Они способны выдерживать высокую температуру без денатурации белков. Именно бактерии являются наиболее термоустойчивыми организмами на земле. Типичными термофилами являются представители рода Бациллюс. Например B. stearothermophilus, B. calidolactis и пр.

Термофилы были обнаружены среди анаэробных целлюлозоразрушающих организмов, водородокисляющих организмов, сульфатредуцирующих бактерий и пр.

Верхние температуры жизни для простейших животных – это 45-500С, для эукариотических водорослей и грибов от 56 до 600С, тогда как для фотосинтезирующих прокариот верхняя температурная граница колеблется в диапазоне ~~~~~~ Что касается нефотосинтезирующих бактерий, то верхняя граница может быть выше 990С.

Каким образом термофилы выдерживают такие колоссальные температуры? До конца молекулярные основы термофилии не ясны, но уже известно, что ферменты, а также механизмы синтеза белка у термофилов более устойчивы к температурным воздействиям, чем даже у мезофилов. Так, например, альдолаза у термофильных бактерий выявляет свою максимальную активность при 900С. Клеточная мембрана термофилов богата насыщенными жирными кислотами. Они образуют гидрофобные связи и, как мы полагаем, именно формирование подобных сильных гидрофобных связей придает липидной мембране устойчивость при существовании в высоких температурах.

Человек при своей деятельности уже давно использует бактерицидное действие высокой температуры. Именно на бактерицидном действии высокой температуры основано большинство способов стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов, принципы стерилизации питательных среды. Температурной обработке подвергается медицинский перевязочный материал, одежда и т.д.

Психрофилы и мезофилы всегда менее устойчивы к высоким температуры, чем термофилы. Глубокая мысль. Бактериальные споры значительно более устойчивы к действию высоких температур, чем вегетативные клетки. Более того, споры термофилов устойчивее к нагреванию, чем споры даже мезофилов. В результате можно сказать, что чувствительность микроорганизмов к нагреванию устанавливают, определяя время тепловой смерти. Это время, в течение которого при данной температуре погибают все клетки, взятые в эксперимент.

Гидростатическое давление

На морских глубинах микроорганизмы выдерживают огромное гидростатическое давление, которое обусловлено массой столба воды. И, мягко говоря, гидростатическое давление, которому могут подвергаться бактерии, достигает весьма значительных величин, увеличиваясь с каждыми 100 метрами глубины приблизительно на 10 атмосфер. Глубина Марианской впадины 11000 метров. Получается, там всего-навсего 1100 атмосфер.

Микроорганизмы, живущие на больших глубинах и приспособившиеся именно к существованию в условиях высокого гидростатического давления называются

38

баропохуистичными или баротолерантными. Бактерии, которые живут при атмосферных условиях, гибнут от 200 до 600 атмосфер. Считают, что гидростатическое давление влияет, прежде всего, на активность ферментов микроорганизмов, на биохимические свойства микробных клеток и чем выше гидростатическое давление, тем степень активности ферментов ниже, а биохимические возможности с увеличением гидростатического давления снижаются.

Осмотическое давление

Концентрация веществ, растворенных во внешней по отношению к микроорганизмам среде, определяет осмотическое давление среды, которое имеет большое значение для всех процессов, протекающих в микробной клетке. Так вот. Переход воды из окружающей среды в клетку возможен, если осмотическое давление в клетке, которое обычно колеблется в диапазоне от 3 до 6 атм.~~~~~~~~~~~~ Иная ситуация складывается, если микроорганизм живет в засоленных почвах, засахаренных средах. В этих субстратах осмотическое давление достигает 100 атмосфер. Так вот. Бактерии выработали защитный механизм в виде повышения осмотического давления внутри клетки.

Классический пример – споры микроскопических грибов, например, представителей рода Puccina triticina. Споры выживают за счет того, что у них повышается осмотическое давление внутри клетки и оно достигает 49,5 атмосфер. Другой пример – повышение осмотического давления внутри клетки до 142 атмосфер. Epysepha graminis повышает свое внутриклеточное осмотическое давление до 142 атмосфер.

Микроорганизмы, растущие в средах с высокими концентрациями веществ называют осмопохуистами или осмотолерантными. К этим организмам относят некоторые виды дрожжей, которые способны даже успешно размножаться в варенье, в меде. Кроме того, бактерии могут не только жить, но и эффективно размножаться в соленой рыбе.

Но помимо группы осмотолерантных микроорганизмов, выделяют еще осмофильные бактерии. Представители рода Xeromyces. Херомицеты, блин. Они не только выдерживают, но даже предпочитают среду с повышенной концентрацией веществ.

Кроме того, если мы говорим о таком факторе, как осмотическое давление, есть еще одна группа микроорганизмов, которые требуют для своего роста значительной концентрации поваренной соли. Так вот, эти микробы именуются галофилы. Представители рода Halobacterium относятся к галофильным микроорганизмам, да, логично. Так вот. Они лучше растут на среде с содержанием NaCl от 20 до 30%. Кроме того, галофильные бактерии требуют катионы натрия для стабильности своей клеточной мембраны и для активности работы их ферментов. Такая потребность в ионах натрия является строго специфичной. Это значит, что ионы натрия нельзя заменить ионами калия или какими-то другими схожими ионами. Галофилов не наебешь. Тогда как при уменьшении концентрации хлорида натрия в среде клеточная стенка галофилов разрушается, а значит, как следствие, клетки несчастных галофилов, лишенные высоких концентраций, лизируются. Даже среди галофилов существуют экстремальные галофилы. Они могут существовать в концентрированных растворах поваренной соли. Естественной средой обитания для галофилов являются соленые озера и моря. Например, Мертвое море, Каспийское море, Большое соленое озеро и другие подобные среды обитания.

Радиация

Энергия, распространяющаяся в пространстве в виде электромагнитных волн, называется лучистой энергией. Так вот, различные спектры лучистой энергии имеют разную длину волны.

39

Именно длина волны определяет ее характер. Так вот. Электромагнитные волны включают радиоволны, световые лучи. Кроме того, выделяют ионизирующую радиацию и ~~~~~~~~. Так вот. Именно прямые солнечные лучи являются наиболее бактерицидными. Еще используют ультрафиолетовые лучи. Это излучение с длиной волны от 200 до 300 нм. Кроме того, подобным действием обладают рентгеновские лучи (0,005 – 2 нм), гамма-лучи (коротковолновые рентгеновские лучи), бета-частицы, они же катодные лучи (высокоскоростные электроны), альфачастицы.

Опыты использования коротковолновых лучей, для обеззараживания заразного материала, при консервировании продуктов, при изготовлении вакцин, при обработке помещения операционных, родильных домов, а также некоторые другие эксперименты показали, что эти коротковолновые лучи обладают весьма высокой бактерицидной силой воздействия. Т.е. они оказываются эффективными для стерилизации этих помещений. Очень быстро под влиянием этих излучений инактивируются вирусы. В частности, под влиянием ультрафиолета (260-300 нм) вирусы очень быстро инактивировались, потому что лучи с такой длиной волны быстро поглощались нуклеиновой кислотой вирусов. Но вирусы в сравнении с бактериями менее устойчивы к действию излучений ультрафиолета, рентгена, бета-лучей, гамма-излучения. Т.е., все эти факторы обладают более выраженной вирулицидностью, тогда как альфа-бета-гамма лучи в небольших дозах благоприятствуют жизнедеятельности микроорганизмов. Но большие дозы радиации губительны и для бактерий. Так, вирусы, патогенные для животных, инактивируются от действия излучения от действия от 44000 до ~~~~ рад.

С другой стороны, есть Тионовые бактерии. Они мило обитают в залежах урановых руд. А значит, чтобы жить и благолепствовать, они обладают высокой устойчивостью к радиоактивным излучениям. Но все-таких таких представителей мало даже в микромире.

Поэтому ионизирующая радиация может быть использована в практике стерилизации, в том числе в практике стерилизации пищевых продуктов, потому что это метод холодной стерилизации, а он имеет ряд несомненных преимуществ перед термической стерилизации, потому что он, во-первых, не изменяет качества продуктов, что характерно для тепловой стерилизации, кроме того, лучевая может войти в практику обработки биопрепаратов (вакцины, бактериофаги, антисыворотки). Также не следует забывать, что наиболее активно на бактерии действует ультрафиолетовая часть спектра и оказывает либо летальное, либо мутагенное действие. Но следует помнить, что излучение действует на микроорганизмы только в том случае, если излучение микроорганизмами поглощается. Так сильно поглощают лучи пуриновые и пиримидиновые основания нуклеиновых кислот, более того, адсорбционный пик и для ДНК и для РНК регистрируется при 260 нм, а это именно ультрафиолет. И поэтому вполне естественно, что именно ультрафиолетовая радиация с длиной волны 260 нм обладает наиболее выраженным бактерицидным действием.

Под влиянием ультрафиолета в молекуле ДНК происходит димеризация тимина, а именно образование химической связи между остатками двух молекул тимина, подавляется нормальная репликация ДНК, клетка теряет способность к делению. Многие организмы имеют специфические ферменты, которые могут исправлять повреждения. Димеры расщепляются, ферменты активируются видимым светом. Весь процесс получил название фотореактивация.

40