Микробиологические аспекты охраны внешней среды

1. Охрана микроорганизмов, участвующих в круговороте веществ (нитрофицирующих и азотфиксирующих бактерий).

2. Охрана микроорганизмов, разрушающих ксенобиотики (осуществляющих биодеградацию синтетических соединений).

3. Подавление микроорганизмов, наносящих вред хозяйственной деятельности человека (вызывающих порчу сельскохозяйственных, пищевых продуктов, материалов).

4. Защита биосферы от контаминации патогенными и условно-патоген-ными микроорганизмами.

5. Защита биосферы от искусственных микроорганизмов-мутантов.

6. Предупреждение заноса на планету внеземных микроорганизмов и попадания в космос земных.

Экологические связи

Экологические связи — взаимоотношения между биогенными и абиогенными факторами, входящими в состав экосистемы или биосферы.

Применительно к живым организмам, входящим в состав экосистем, выделяют связи:

• внутривидовые — направлены на сохранение вида, увеличение его численности и ареала;

• межвидовые — между населяющими экосистему популяциями и абиотическими (физическими и химическими) факторами. Межвидовые взаимоотношения сложны, многообразны и динамичны. Они могут быть полезными, вредными и нейтральными для популяции.

В общебиологическом плане взаимоотношения организмов представляют собой симбиоз, т. к. все живые организмы сосуществуют в природе. Симбиоз (от греч. sim — совместно и bios — жизнь) — тесное и продолжительное сосуществование представителей разных биологических видов.

Типы экологических связей (симбиоза):

1. Нейтрализм — форма межвидовых отношений, при которой обитающие в одном биотопе популяции нейтральны по отношению друг к другу. Плотности этих популяций при совместном и раздельном обитании одинаковы.

2. Мутуализм — полная степень взаимозависимости симбионтов, при которой обе популяции извлекают для себя пользу. При этом они выполняют разные, дополняющие друг друга, жизненные функции.

Мутуализм наблюдается между организмом человека и его нормальной (аутохтонной) микрофлорой в физиологических условиях. Макроорганизм обеспечивает поддержание оптимального температурного режима для микрофлоры и обеспечивает ее постоянным поступлением необходимых питательных веществ. Представители нормальной микрофлоры участвуют в переваривании пищи, синтезе витаминов и обменных процессах, защищают хозяина от внедрения патогенных микроорганизмов.

Метабиоз — вид мутуализма, при котором один микроорганизм начинает процесс, а другой продолжает его, утилизируя метаболиты первого. При этом происходит дальнейшее размножение обоих микрорганизмов. Так, разрушающие клетчатку бактерии, разлагая целлюлозу, накапливают сахара и органические кислоты для других микроорганизмов.

Сателлизм — вид мутуализма, при котором один микроорганизм стимулирует другой микроорганизм. Например, сарцины и некоторые грибы, продуцируя витамины и аминокислоты, стимулируют рост других микроорганизмов (уксуснокислых и молочнокислых бактерий).

3. Сотрудничество — слабая степень взаимозависимости симбионтов.

4. Комменсализм (нахлебничество) — пользу извлекает один вид, не причиняя вреда другому. Комменсалы питаются остатками пищи хозяина, которые в его рационе не имеют значения. Например, комменсалы человека — аутохтонные бактерии и грибы, питающиеся слущенным эпителием или остатками органических веществ.

5. Аменсализм — отношения, вредные одному, но безразличные другому.

6. Конкуренция (антагонизм) — популяции разных видов соревнуются за одни и те же ресурсы среды обитания (питательные вещества) и угнетают рост друг друга. Конкуренция может быть:

• пассивной — благодаря различным темпам питания и размножения;

• активной — при воздействии на партнера синтезируемых микроорганизмом антагонистических субстанций: токсических продуктов метаболизма, ферментов, органических и жирных кислот, бактериоцинов, антибиотиков.

Практическое использование микробного антагонизма:

• антибиотикотерапия: использование антибиотиков, продуцируемых микроорганизмами (актиномицеты продуцируют стрептомицин, грибы продуцируют пенициллин, цефалоспорин и грамицидин) или их синтетических аналогов для лечения бактериальных инфекций с учетом антибиотикограммы;

• использование пробиотиков (препаратов из бактерий-антагонистов) для коррекции дисбиоза. Преимущество пробиотиков — неспецифическое действие, реализуемое через восстановление эумикробиоза, поэтому они могут использоваться вне зависимости от этиологии дисбиоза;

• профилактическое использование в пищу кисломолочных продуктов, содержащих мутуалистическую флору (бифидокефир, бифилайф, бифитат, биойогурт);

• защитная функция нормальной микрофлоры: благодаря конкуренции за питательные вещества, выработке кислот и бактериоцинов нормальная микрофлора создает условия, неблагоприятные для патогенной флоры.

7. Паразитизм — использование одним видом другого как среды обитания или источника пищи, при этом паразит извлекает пользу за счет ущерба для другого хозяина.

Паразиты (греч. para — при, sitos — пища) — гетеротрофные микроорганизмы, которые в процессе эволюции приобрели способность жить за счет живых тканей растений или животных, используя их аминокислоты, углеводы, витамины как источники питания или энергии.

Паразитами бактерий являются фаги. К паразитам человека относятся бактерии, вирусы, грибы, простейшие. Более успешен тот паразит, который персистирует в организме хозяина, выделяется, выживает во внешней среде и передается другим организмам.

Паразиты могут быть облигатными, факультативными, внеклеточными и внутриклеточными.

Паразиты облигатные — микроорганизмы, полностью утратившие способность к сапрофитическому образу жизни и живущие за счет живых клеток. Высшей ступенью облигатного паразитизма является внутриклеточный паразитизм, свойственный вирусам, риккетсиям, хламидиям и некоторым патогенным простейшим. Эти микроорганизмы характеризуются обеднением ферментных систем вплоть до полной их утраты вирусами.

Паразиты факультативные — микроорганизмы, которые в зависимости от условий внешней среды ведут себя как сапрофиты или как паразиты (например, клостридии ботулизма, столбняка, газовой гангрены).