Вплив фізичних, хімічних і біологічних факторів на мікроби

Для мікроорганізмів характерна надзвичайно велика здатність пристосовуватися навіть до таких умов, за яких життя макроорга­нізму неможливе. Вони здатні витримувати температуру рідкого повітря (—190 °С) і навіть температуру рідкого водню (—253 °С), жити в гейзерах з киплячою водою. Для деяких архебактерій най­сприятливішою температурою для росту і розмноження є темпера­тура +105 °С, а силікатні бактерії витримують температуру+160 °С; витримують кисле, лужне (рН від 1 до 13), гіперсольове середови­ще, атмосферний тиск до 1500 атм, великі дози радіації (виявлені в реакторах атомних електростанцій), розчини антибіотиків, дезін­фектантів, антисептиків. Але у кожного виду мікроорганізмів ці можливості індивідуальні і генетично зумовлені.

Фактори навколишнього середовища, що впливають на життєз­датність мікробів, можна розділити на три групи: фізичні, хімічні і біологічні.

Фізичні фактори. Найбільший вплив на розвиток мікроорганіз­мів мають температура, висушування, променева енергія, ультраз­вук, осмотичний тиск, реакція і рухливість середовища.

Температура. Життєдіяльність будь-якого організму відбува­ється в певних межах температури. Ці межі визначають:

1. Оптимальну температуру — найсприятливішу для росту та розмноження мікробів температуру (для більшості патогенних мікробів вона становить 37—38 °С). Кампілобактерії та кло-стридії культивують за температури 42—43 °С, ієрсинії — 20—28 °С.

2. Мінімальну температуру, тобто температуру, нижче за яку ріст і розмноження мікробів припиняється. Більшість мікро­бів стійкі до дії низьких температур (збудники чуми, туляре­мії, дифтерії, холери), а ієрсинії навіть здатні розмножувати­ся в умовах побутового холодильника за температури 4—6 °С. Не стійкі до зниження температури збудники менінгококової інфекції, гонореї, коклюшу. За температурного мінімуму зберігають патологічний матеріал, культури мікроорганізмів, лікувальні препарати, харчові продукти.

3. Максимальну температуру — температуру, вище за яку ріст і розмноження мікробів припиняється. Стійкість патогенних мікроорганізмів до високої температури дуже різна. Більшість вегетативних форм гинуть за температури 60 °С через ЗО хв, 80 °С — через 10 хв, 100 °С — миттєво. Збудник туберкульозу під час кип'ятіння гине протягом 5—10 хв, гепатиту А — 5 хв, гепатиту В — ЗО хв. Спори більш стійкі. Вони витримують температуру 100 °С до 5—6 год (збудник ботулізму) і гинуть за температури 132 °С через 1—2 год.

Залежно від температурних параметрів, у межах яких мікроор­ганізми розмножуються або лише зберігаються, всі мікроби ділять на три групи: термофіли, психрофіли, мезофіли.

Термофіли (від грец. Огегте — тепло, ркіїео — любити) — те­плолюбні мікроорганізми, оптимальна температура для них — 50—60 °С і більше, максимальна — 75 °С, мінімальна — 45 °С. Вони населяють води гарячих мінеральних джерел, кишечник людей і тварин, ґрунт, спричинюють перепрівання сіна, зерна, торфу.

Психрофіли (від грец. рвусйгоя — холодний і рпііео — любити) — холодолюбні мікроби, оптимальна температура росту для них лежить у межах 10—15 °С, максимальна — 25—ЗО °С, мінімальна — 0—5 °С. Психрофіли населяють водойми, ґрунт, зумовлюють захворювання холоднокровних тварин, але деякі (ієрсинії, психрофільні варіанти клебсієл, псевдомонад) здатні спричинювати хвороби у людей.

Мезофіли (від грец. тевов — середній і рпііео — любити) — най­більш поширена група мікробів, до якої належать більшість патоген­них мікроорганізмів і сапрофіти. Оптимальна температура для них — 28—37 °С, мінімальна — 10—20 °С, максимальна — 43—45 °С.

Згубна дія низьких температур пов'язана з припиненням мета­болічних процесів, а також із пошкодженням клітинної мембрани. Особливо згубно діє чергування заморожування і відтавання.

В основі бактерицидної (від лат. саесіо — вбиваю) дії високих температур лежать ушкодження рибосом, цитоплазматичної мемб­рани, порушення осмотичного бар'єра, руйнування (денатурація) структури білків.

Висушування призводить до зневоднення мікробної клітини, порушення проникнення поживних речовин, внаслідок чого кліти­на гине. Під впливом висушування швидко гинуть гонококи, менін­гококи, трепонеми, бордетели.

Деякі патогенні мікроби тривалий час зберігаються у висуше­ному стані (стафілококи, мікобактерії туберкульозу — 90 діб і біль­ше, коринебактерії дифтерії — 1 тиж і більше, холерні вібріони — 2 доби).

Висушування у вакуумі за низьких температур не вбиває бак­терії і віруси. Цей метод висушування називають ліофільним, його використовують у виробництві живих вакцин проти туберкульозу, чуми, туляремії тощо (ліофілізовані атенуйовані вакцини), убитих вакцин, сироваток та інших медичних препаратів.

Променева енергія. Різні види випромінювання (ультрафіолето­ве, рентгенівське, радіаційне) мають бактерицидну дію. Ультрафіо­летове випромінювання зумовлює утворення пероксидних сполук, які руйнують молекули ДНК. Це призводить до загибелі мікробів. Тому його використовують для оброблення приміщень у лікувально-профілактичних закладах, знезараження інфікованого матеріалу, виготовлення вакцин, а також для стерилізації води і харчових про­дуктів.

Ультразвук призводить до руйнування цитоплазматичних структур, тому діє на мікроби бактерицидно. Це використовують для знезараження предметів, а також під час виготовлення вакцин, для стерилізації харчових продуктів.

Високий і низький осмотичний тиск зумовлює розрив цитоплаз­матичної мембрани клітини (осмотичний шок), тому мікроби швидко гинуть як у гіпотонічному, так і в гіпертонічному розчинах.

Реакція середовища. Більшість патогенних мікроорганізмів рос­туть при слаболужній реакції середовища (рН 7,2—7,4), нейтраль­ній або слабокислій. Для холерного вібріона оптимальна величина рН 7,1—9,3, для більшості грибів 5—6, для збудника туберкульозу — 5,8—6,8. Згубна дія рН пов'язана з денатурацією ферментів, по­рушенням осмотичного бар'єра клітинної мембрани.

Рухливе середовище також згубно діє на мікроорганізми. Рух­ливість води у річках сприяє її самоочищенню.

Хімічні фактори. Хімічні речовини по-різному діють на мікро­організми. Одні з них мікроби використовують як джерела енергії і пластичного матеріалу, до інших вони байдужі, а деякі хімічні ре­човини згубні для них.

Антимікробні хімічні речовини ділять на дві групи:

1. хімічні речовини неспецифічної дії (дезінфектанти й антисеп­тики);

2. хімічні речовини, що вибірково пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів (хіміотерапевтичні препарати).

Дія хімічних речовин залежить від їх природи, концентрації, температури розчину, тривалості дії. Дезінфекційні засоби вико­ристовують у концентраціях, які мають бактерицидну дію, анти­септики — бактерицидну і бактеріостатичну (від грец. stasis — при­зупинення). Тобто антисептики або знищують мікроорганізми, або призупиняють їхнє розмноження.

Як дезінфектанти й антисептики використовують декілька со­тень хімічних речовин. Для зручності їх поділяють на групи. Уні­версальної класифікації немає, але частіше їх поділяють за хіміч­ним складом і механізмом дії на такі групи:

1. Галогенові препарати (хлор, дезактін, пантоцид, натрію гі­похлорит, кальцію гіпохлорит, хлорантоін, саніфект, клор-септ, дезефект, хлорне вапно, хлорамін Б, йод і його похідні). Вони окиснюють активні групи молекул білків, зумовлюють їх денатурацію.

2. Окисники (озон, водню пероксид, калію перманганат) — окиснюють активні групи білків, ушкоджують цитоплазма­тичну мембрану і клітинну стінку.

3. Поверхнево-активні речовини — детергенти (мило, жирні кислоти, синтетичні мийні засоби: сульфохлорантин, хлоргексидину біглюконат, декаметоксин, бодефен, корзолін,дезоксон-1). Ці речовини ушкоджують клітинну стінку і цитоплазматичну мембрану. їх використовують і як самостійні дезінфектанти, і в поєднанні з іншими антимікробними пре­паратами.

4. Фенол і його похідні (резорцин, тимол, гексахлорофен, са-лол) — ушкоджують клітинну стінку і зумовлюють денату­рацію білка.

5. Спирти (етанол, пропанол, ізопропанол, стериліум) — дена­турують білок, вимивають ліпіди з клітинної стінки. Часті­ше використовують 70 % етанол, він легше проникає всере­дину мікробної клітини.

6. Альдегіди (формальдегід, уротропін, глутаровий альдегід, кальцекс, гліоксаль) — зумовлюють денатурацію білка.

7. Солі важких металів (срібла, ртуті, свинцю, міді, цинку, оло­ва) — діють бактерицидно навіть у дуже малих концентраці­ях (1:100, 1:1000), що називають олігодинамічною (від грец. оligo— незначний і d упатів — сила) дією. Останнім часом використовуються рідко через високу токсичність і низьку ефективність.

8. Кислоти (оксолінова, борна, бензойна, саліцилова), луги (амі­ак і його солі, натрію гідроксид, калію гідроксид) — зневод­нюють клітину, зумовлюють коагуляцію і розщеплення біл­ків. Використовують не часто через руйнівну дію на поверхню об'єкта, що дезінфікується, і на тканини макроорганізму.

9. Барвники (метиленовий синій, брильянтовий зелений, ри­ванол, акрифлавін). Ці речовини діють бактеріостатично та бактерицидно.

10. Гази (озон, формальдегід, суміш ОБ — суміш оксиду етилену і броміду метилу, оксид етилену, оксид пропілену) — спричи­нюють денатурацію білка, порушують процес метаболізму. Останнім часом створюють іммобілізовані антисептики. їх виготовляють з основи, просоченої антисептичними засобами. Це антимікробні нитки, марля, плівки,бактерицидні пов'язки, гідрогелевий перев'язувальний матеріал. Перевага їх у тому, що ан­тисептик повільно і тривалийчас звільняється з основи, згубно діє на мікроби, при цьому зменшується побічна дія його на макроорганізм.

Біологічні фактори. У природних умовах мікроби перебувають в асоціаціях, всередині яких виникають певні взаємовідносини між окремими видами мікробів. Ці взаємовідносини дуже складні, але їх можна умовно розділити на три типи.

1. Симбіоз — це тип співіснування різних видів мікроорганіз­мів, за якого всі види разом розвиваються краще, ніж окремо, поодинці. Симбіоз молочнокислих бактерій і спиртових дріж­джів використовують у виготовленні кефіру, кумису.

2. Метабіоз — це такий тип співіснування мікробів, за якого один вид створює умови для іншого. Так, аероби, поглинаючи кисень, створюють умови для розвитку анаеробів; фузобакте-рії в асоціації зі спірохетами, долаючи захисні функції макро­організму, спричинюють розвиток виразково-некротичного стоматиту Венсана.

3. Антагонізм — це тип співіснування мікробів, за якого один вид пригнічує, а інколи навіть призводить до загибелі інших видів. Антагонізм може проявлятися прямою дією мікробів одного виду на інший: фаги лізують (від грец. lysis — розчи­нення) бактерії; або продуктами метаболізму: біфідобактерії, лактобактерії, виділяючи молочну кислоту, пригнічують роз­виток гнилісної мікрофлори; деякі мікроби виробляють ре­човини, здатні згубно діяти на інші види мікроорганізмів. Ці речовини називають антибіотиками.

Згубну дію фізичних, хімічних і біологічних факторів на мікро­організми покладено в основу їх знешкодження: стерилізації і де­зінфекції.

Стерилізація — це повне знезараження об'єктів навколишньо­го середовища (знищення вегетативних і спорових форм мікробів).

Стерилізація дає змогу запобігти: занесенню мікробів в орга­нізм людини під час медичних втручань; обсіменінню сторонньою мікрофлорою медичної апаратури, хірургічного інструментарію, перев'язувального матеріалу, ліків, а також патологічного матері­алу, культур мікроорганізмів, які досліджуються, поживних серед­овищ, діагностичних препаратів.

Дезінфекція — це повне знищення вегетативних і спорових форм патогенних і умовно-патогенних мікроорганізмів у навколишньому середовищі (в приміщенні: підлога, стіни, ручки дверей; на поверх­ні меблів, апаратів, приладів; на посуді, білизні; у виділеннях хво­рих тощо).

Метою дезінфекції є запобігання передачі збудників від інфіко­ваного організму до неінфікованого через об'єкти навколишнього середовища.

4.Поняття про генотипову і фенотипову мінливість, її практичне використання. Мутації. Генетичні рекомбінації. Роль плазмід та транспозонів у формуванні резистентності у бактерій. Генодіагностика інфекційних хвороб (полімеразна ланцюгова реакція тощо).

Наука про закони спадковості називається генетикою (від грец. genesis — походження). Генетика бактерій — це розділ загальної генетики, який вивчає закономірності спадковості і мінливості у бактерій. Спадковість — це відтворення у нащадків ознак предків, зумовлене передачею генетичної інформації. Спадковість має дві властивості: консервативність — збереження нащадками спадкових особливостей протягом багатьох поколінь, і мінливість — здатність нащадків набувати ознак, які їх відрізняють від попередніх поколінь.

Функціональною одиницею спадковості є ген. Ген — це ділянка молекули ДНК (інколи РНК), у якій зашифрована послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюжку, що контролює певну ознаку організму.

За хімічною структурою ДНК і РНК — це полімери, які складаються з численних (десятки і сотні тисяч) мономерів-нуклеотидів. Кожний нуклеотид складається з трьох компонентів: вуглеводу, фосфату й азотистої основи. Молекули ДНК містять вуглевод дезоксирибозу, а молекули РНК — рибозу. У кожній молекулі нуклеїнової кислоти окремі нуклеотиди різняться між собою тільки за характером основ, два інших компоненти — фосфат і вуглевод — однакові. У складі нуклеїнової кислоти є чотири типи азотистих основ: у ДНК — аденін, гуанін, цитозин і тимін, у РНК — аденін, гуанін, цитозин і урацил. ДНК кодує синтез білків. Під час поділу клітини вона подвоюється і переходить у дочірні клітини. Так передається інформація про структуру білків у спадок. Процес подвоєння ДНК називається реплікацією (від лат. replica-tio — повторення). Під час реплікації нитки ДНК розходяться, а із цитоплазми до кожної нитки добудовуються нуклеотиди і утворюють новий ланцюг ДНК. Цей процес відбувається під впливом ферменту ДНК-полімерази. Посередником у передачі спадкової інформації виступає матрична РНК, яка синтезується за участі ферменту ДНК-залежної РНК-полімерази (транскриптази) на молекулі ДНК за законом комплементарності. Цей процес називається транскрипцією (від лат. transcriptio — переписування). У молекулі матричної РНК зашифрована послідовність амінокислот білкових молекул, які синтезуються на рибосомі. Білки, що синтезуються в клітині, відповідають будові, яку задає геном клітини. Цей процес називається трансляцією (від лат. translatio — передача, переклад). Збільшення довжини молекули білка на рибосомі називається елонгацією (від лат. е(х) — із і longus — довгий). Таким чином, процес передачі спадкової інформації можна схематично виразити так:

ДНК ► Матрична РНК ► Білок

Транскрипція Трансляція

Оскільки у ретровірусів (від лат. retro — назад) РНК є матрицею для синтезу ДНК, то в процесі передачі спадкової інформації на РНК спочатку синтезується ДНК (цей процес відбувається під впливом ферменту ревертази — зворотної транскриптази), а далі все відбувається за законом загальної біології. Цей* процес можна виразити так:

РНК ► ДНК ► Матрична РНК ► Білок