2. Влияние t на жизнедеятельность микроорганизмов

Микроорганизмы не могут регулировать свою t, их функциональная активность определяется температурой окружающей среды. t влияет на состояние макромолекул и все физико-химические процессы в клетке.

По мере повышения t возрастает скорость химических реакций (при повышении t на 10°С в два раза), ферментативная активность, увеличивается скорость роста микроорганизмов (также при повышении t на 10°С в два раза).

Для каждого организма существует температурный диапазон (около 40°С?), в пределах которого, возможен рост и размножение микроорганизмов. Диапазон ограничен min и max t.

Минимальная t – это t, ниже которой рост невозможен.

Максимальная t – это t, выше которой рост невозможен.

Оптимальная t – это t, при которой организм растет с наибольшей скоростью. Оптимальный рост наблюдается в интервале около 20 °С.

Изменения t в рамках нормального диапазона не влияют на физиологическое состояние бактерий. В зависимости от t у бактерий меняется жирнокислотный состав мембранных фосфолипидов, что обеспечивает стабильное состояние текучести мембран и их транспортных систем. При повышении t увеличивается количество насыщенных длинноцепочечных жирных кислот (у них более высокая t плавления), что повышает термостабильность мембраны. При низких t для предотвращения «замерзания» мембраны в составе липидов мембран увеличивается количество короткоцепочечных и ненасыщенных жирных кислот.

Быстрое изменение температуры среды от нормальной до экстремальной, например, резкое охлаждение обычных бактерий до 4°С или нагревание до 54°С, может вызвать повреждение клеток.

При значительном повышении t разрушаются белки, НК, нарушается проницаемость мембраны, разрушаются др. компоненты клетки, что приводит к гибели клеток.

В ответ на тепловой шок при повышении t до верхнего предела диапазона роста временно повышается уровень экспрессии белков теплового шока (БТШ) (в 10-50 раз). БТШ составляют часть обычного набора клеточных белков, но для выживания при стрессе требуются в повышенных концентрациях. Осуществляют правильную сборку отдельных белков и мультибелковых комплексов. Действуют кооперативно. Белок DnaK совместно с GrpE и DnaJ предотвращают агрегацию новосинтезированных белков и белковых молекул, не свернутых должным образом вследствие стресса. Белок GroEL, вероятно служит шепероном и участвует в укладке новосинтезируемых и несвернутых полипептидов.

Высокие t используют для инактивации микроорганизмов. В сухожаровом шкафу используют t 160-170С в течение 2-х часов. В автоклавах два фактора: давление и высокая t.

Устойчивость к температуре вегетативных клеток у разных видов бактерий различна. E. coli при 60 °С погибает через 15 мин. Эффективна пастеризация – 63-75 °С. Сальмонеллы. S. typhimurium (один из возбудителей сальмонеллеза, (возбудитель тифа – S. typhi, путь заражения фекально-оральный, воз-тель выделяется с испражнениями, мочой, слюной, передается через молоко, молочные продукты, мясо) погибает в толще куска мяса свинины через 10 мин. после того как t внутри куска достигнет 80 °С. Пастеризация молока при 85 °С в течение 30 мин. приводит к полному уничтожению сальмонелл. В замороженных желтках при – 20 °С сохранялись до 13 месяцев. (Штамм E. сoli выживал в нефти в течение 5,5 месяцев, в базовом масле – около 4 месяцев, в гексадекане – около 2,5 месяцев). Стафилококки при 80 °С погибают через 10-40 мин., при кипячении мгновенно (эндотоксин устойчив к t).

При минимальной t и ее дальнейшем понижении микроорганизмы в основном не погибают и могут длительное время сохранять жизнеспособность. [Хранение в жидком азоте (-195,8°С), в сухом льде (-78,5), в холодильных камерах используется для длительного хранения культур в лаб. условиях. Для замораживания используют медленное понижение t до - 20С и быстрое в последующем и специальные смеси, содержащие криопротекторы (глицерин, диметилсульфоксид, лошадиная сыворотка, этиленгликоль). При этом микроорганизмы находятся в условиях анабиоза. Аналог – существование микроорганизмов в ледниках Антарктиды и зонах вечной мерзлоты].

Сильное понижение t может немедленно привести к гибели, т.к. нарушаются барьерные функции мембраны, происходит потеря растворенных веществ, прекращаются процессы биосинтеза. По мере дальнейшего снижения t в клетках начинает образовываться лед, который повреждает белки и мембраны, вызывая потерю целостности клетки. Это вызывает гибель. При образовании льда вокруг клеток концентрируются соли, что приводит к локальному повышению осмотического давления, что инициирует адаптацию к осмотическому стрессу. В результате накапливаются в клетках осмопротекторы и это может защитить некоторые белки от повреждения льдом. Отдельные бактерии обладают способностью регулировать образование льда благодаря наличию центров его кристаллизации в белках наружной мембраны. Преимущество в этом случае дает упорядоченность структур льда, образующихся при кристаллизации с участием этих белков, такие структуры слабее повреждают клетки.

На основании t-ного диапазона и opt t микроорганизмы делят на три группы:

1. Психрофилы – способны к росту при 0°С. (гр. «psychria» - холод).

2. Термофилы – растут при t выше +45-50°С. (гр. «therme» -жара, тепло).

3. Мезофиллы – развиваются в диапазоне умеренных t. T-ный диапазон от +10 до 45°С, opt t 30-40°С. (гр. «mesos» - средний, промежуточный). К мезофиллам относится большинство микроорганизмов.

Прокариоты могут развиваться в диапазоне от -5 до +113° С.