Ксерофильные микроорганизмы

Снижение водной активности среды может происходить за счет матричного водного стресса. Микроорганизмы более чувствительны к матричному водному стрессу, чем к осмотическому.

При влажности выше 94 % на поверхности твердых частиц и клеток м/о формируется пленка гигроскопической воды. Она необходима для нормального функционирования клетки. Большинство бактерий гигрофилы.

Микроорганизмы, развивающиеся в условиях сухости субстрата называются ксерофильными.

Они встречаются на поверхности скал, почвы, коре деревьев, поверхности листьев (эти субстраты увлажняются лишь периодически), в почвах пустынь и полупустынь. Например, в почвах Сахары обнаружены десятки видов микроорганизмов, их количество 10³ – 10⁸ кл/г. Здесь доминируют водоросли, обеспечивающие формирование этих почв, грибы, актиномицеты, бактерий меньше.

Наиболее приспособлены к сухости среды грибы и актиномицеты. Из бактерий более устойчивы кокковидные формы. Бактерии формируют капсулы при высушивании, переходят в покоящиеся стадии - образуют споры и цисты. Неспорообразующие бактерии переходят в состоянии анабиоза.

Еще один механизм ксерофилии – это использование экзогенной воды.

При дефиците влаги микроорганизмы не размножаются. В высушенных пищевых продуктах (рыба, мясо, фрукты) м/о сохраняются, но не размножаются. При их увлажнении – интенсивное размножение, что вызывает порчу.

Устойчивые к высушиванию патогенные бактерии: микобактерии за счет толстой клеточной стенки, содержащей большое количество липидов. Сальмонеллы могу сохраняться в комнатной пыли в течение 3 мес., в сухом кале КРС до 4 лет.

5. Влияние гидростатического давления на микроорганизмы

Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления до некоторого предела. Изменение давления в диапазоне 0-100 атм. (бар) не оказывает никакого эффекта на рост большинства бактерий или его влияние незначительно. Устойчивость различна у разных видов микроорганизмов. У некоторых бактерий жизнедеятельность угнетена уже при 100 атм. А рост E. coli может даже стимулироваться при повышении давления до 200 атм., при 400 атм. ее рост замедляется, образуются нитчатые формы, при 1000 атм. – отмирание клеток.

Одна атмосфера =1,033 кг/см² =1,013 бар.

Влияние давления на клетки микроорганизмов. Повышение давления (до 1000-3000 атм.) приводит:

1. К денатурации белков. Вызывает разрыв гидрофобных, электростатических, водородных связей в белках, что приводит к денатурации белка. Такая денатурация обратимая. При разрыве ковалентных связей происходит необратимая денатурация белка.

2. Ингибирует синтез белков. Это влияет на репликацию ДНК и деление клеток. К повышению давления чувствительнее функция размножения, чем роста, в результате появляются нитчатые формы.

Наиболее чувствительная стадия к давлению - связывание аминоацилированной т-РНК с полисомами. Функционирование рибосом зависит от содержания ионов в окружающей среде. Например, рибосомы E. coli более чувствительны к давлению при высоких концентрациях Na⁺ и Mg²⁺.

3. Повышенное давление, так же, как и понижение t, снижает текучесть липидного бислоя мембран, что приводит к нарушению транспортной функции, что замедляет рост.

В большинстве случаев под действием высокого давления (300 и более атм.) замедляется метаболическая активность микроорганизмов.

Существуют бактерии, которые не только адаптированы к высокому давлению, но и нуждаются в нем. Их называют барофилами.

Их делят на две группы:

1. Облигатные барофилы. Растут при давлении выше 600 атм. Не способны к росту при обычном давлении (погибают).

2. Баротолерантные. Эти бактерии способны развиваться как при повышенном давлении (500-600 атм.), так и при обычном.

Места обитания. Облигатные барофилы – обитатели глубин морей и океанов. Например, бактерии родов Shewanella, Maritella выделены из Мариинской впадины. С погружением в воду на каждые 10 м давление повышается на 1 атм. Среднее давление в океане – около 380 атм. На глубине 3000-6000 м – около 300-600 атм. максимальное давление на дне впадины Челленджера в Тихом океане (1160 атм.). [В Байкале – 160 атм.]. Одновременно являются психрофилами. Также связаны с организмами глубоководных организмов (рыб и т.д.), входят в состав их нормальной микрофлоры. Глубоководные барофилы обладают низкой метаболической активностью. Т.к. низкая t усиливает ингибирующее действие давления.

Также барофилы обитают в глубинных месторождениях нефти и газа, серы, в угольных местрождениях. Давление в Земле возрастает со скоростью около 0,1 атм/м, а t на 0,014°С на 1м. Из скважин выделяли на глубине 3500 м термофильные сульфатредуцирующие бактерии, где давление около 400 атм., а t 60-150°С.

Выделяются из почвы (с поверхностных слоев). Как адаптация к высокому осмотическому давлению.

Возможно в промышленных установках, где используется высокое давление.

Механизмы устойчивости:

1. Сохранение текучести мембран за счет повышенного содержания в липидах длинноцепочечных полинесащенных жирных кислот. Имеют низкую t плавления.

При повышении давления увеличивается вязкость протоплазмы, что свидетельствует о выработке бароспецифичных механизмов адаптации, еще не известных, но позволяющим штаммам размножаться, как при повышенном давлении (500, 800, 1000 атм.).

Существует прямая зависимость между баротолерантностью и скоростью АТФ. Чем выше эта скорость, тем устойчивее бактерии к давлению.