22. Действие внешних факторов на микроорганизмы.

К числу основных физических факторов, воздействующих на микроорганизмы как в естественной среде обитания, так и в условиях лаборатории, относят температуру, свет, электричество, высушивание, различные виды излучения, осмотическое давление и др.

Температура. О влиянии температуры на микроорганизмы судят по их способности расти и размножаться в определенных температурных границах. Для каждого вида микроорганизмов определена оптимальная температура развития. В зависимости от пределов этой температуры бактерии разделены на три физиологические группы:

· Психрофильные микроорганизмы (психрофилы) – способны расти и размножаться от 00С до 30…350С, а температурный оптимум составляет 15…200С. Среди представителей этой группы обитатели северных морей, почвы, сточных вод.

· Мезофильные бактерии – способны расти и размножаться при температуре от 100С до 40…450С, температурный оптимум – 30…370С. Наиболее обширная группа микроорганизмов, в нее включают большинство сапрофитов и все патогенные микроорганизмы.

· Термофильные бактерии – способны расти и размножаться в температурных границах от 350С до 70…750С, температурный оптимум – 50…600С. Микроорганизмы этой группы довольно часто встречаются в природе: почве, воде, теплых минеральных источниках, пищеварительном тракте животных и человека

· Экстремально-термофильные бактерии – способны существовать при температурах от 40 до 930С и выше. Возможность существования при высоких температурах обусловлена особым составом липидных компонентов клеточных мембран, высокой термостабильностью белков, ферментов и клеточных структур.

Высокие и низкие температуры по-разному влияют на микроорганизмы. При низких температурах клетка переходит в состояние анабиоза, в котором она может существовать длительное время. Так, эшерихии сохраняют жизнеспособность при -1900С до 4 месяцев, возбудитель листериоза при -100С до 3 лет. Низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы. На этом принципе основано сохранение продуктов в холодильниках.

Высокая температура губительно действует на микробы. Чем выше температура, тем меньшее время необходимо для инактивации микроорганизмов. В основе бактерицидного действия высоких температур лежит разрушение ферментов за счет денатурации белков и нарушения осмотического барьера.

Разные виды микроорганизмов обладают различной устойчивостью к высоким температурам, значительно отличается устойчивость спор и вегетативных клеток. Так большинство вегетативных форм патогенных микроорганизмов гибнут при температуре 80…1000С в течение 1 минуты, а споры возбудителя сибирской язвы выдерживают кипячение более 1 часа.

Действие видимого излучения (света).

Видимый (рассеянный свет), имеющий длину волны 300…1000 нм, обладает способность угнетать рост и жизнедеятельность большинства микроорганизмов. В связи с этим культивирование микроорганизмов осуществляют в темноте. Видимый свет положительно влияет только на бактерии, которые используют свет для фотосинтеза.

Прямые солнечные лучи действуют на микроорганизмы более активно, чем рассеянный свет. Бактерицидное действие света связано с образованием гидроксильных радикалов и других высокореактивных веществ, разрушающих вещества, входящие в состав клетки. Например, происходит инактивация ферментов.

Микроорганизмы-сапрофиты более устойчивы к воздействию света, чем патогенные. Это объясняется тем, что они, чаще подвергаясь действию прямых солнечных лучей, более адаптированы к ним. В связи с этим следует отметить большую гигиеническую роль солнечного света. Именно под воздействием солнечного излучения происходит самоочищение воздуха, верхних слоев почвы и воды.

Ультрафиолетовое излучение.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 295…200 нм является бактерицидно активным, то есть способным губительно действовать на микроорганизмы. Механизм действия ультрафиолетового излучения заключается в его способности частично или полностью подавлять репликацию ДНК и повреждать рибонуклеиновые кислоты (особенно мРНК).

Ультрафиолетовое излучение широко применяют для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях, в промышленных цехах, микробиологических боксах. Для дезинфекции воздуха промышленность выпускает различные лампы. В животноводческой практике широко применяют установки ИКУФ-1, как источник ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

Ионизирующее излучение.

Ионизирующее (рентгеновское) излучение представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,006…10нм. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, бета-излучение и альфа-излучение. Наиболее активным действие на биологические объекты отличается гамма-излучение, но даже его бактерицидные свойства значительно ниже, чем бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения. Гибель бактерий наступает только при облучении их большими дозами от 45000 до 280000 рентген. Отдельные виды способны выживать в воде атомных реакторов, где величина радиоактивного облучения достигает 2…3 млн. рентген. Более того, получены данные, что воздействие небольших доз гамма-излучения на патогенные микроорганизмы, способны усилить их вирулентные свойства.

Механизм действия рентгеновского излучения заключается в поражении ядерных структур, в частности нуклеиновых кислот цитоплазмы, что приводит к гибели микробной клетки или изменению ее генетических свойств (мутации).

Электричество.

Электрический ток малой и высокой частоты уничтожает микроорганизмы. Особенно сильным бактерицидным действием обладают токи ультравысокой частоты. Они приводят в колебание молекулы всех элементов клетки, вследствие чего происходит быстрое и равномерное нагревание всей массы клетки не зависимо от температуры окружающей среды. Кроме того, установлено, что длительное воздействие токов высокой частоты приводит к электрофорезу некоторых компонентов питательной среды. Образующиеся при этом соединения инактивируют микробную клетку.

Ультразвук.

Механизм бактерицидного действия ультразвука (волны с частотой 20 000 Гц) заключается в том, что в цитоплазме микроорганизмов, находящихся в жидкой среде, образуется кавитационная полость, которая заполняется парами жидкости, в пузырьке возникает давление, что приводит к дезинтеграции цитоплазматических структур. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов и дезинфекции предметов.

Аэроионизация.

Аэроионы, несущие положительный или отрицательный заряд, возникают в воздухе при искусственной или естественной ионизации. Наибольшее влияние на бактерии оказывают отрицательно заряженные ионы, действуя уже в средних концентрациях (5*104 в 1 см3 воздуха). Положительно заряженные ионы обладают менее выраженным бактерицидным действием, они способны задерживать рост и развитие микроорганизмов только в больших концентрациях (106 в 1 см3 воздуха). Сила действия аэроионов зависит от их концентрации, длительности экспозиции и расстояния от источника. Используют аэроионы для обеззараживания воздуха жилых помещений, цехов предприятий, медицинских учреждений.

Почти все факторы физического воздействия на микроорганизмы могут быть использованы с целью стерилизации. Стерилизация – уничтожение патогенных и непатогенных микроорганизмов, их вегетативных и споровых форм в каком-либо объекте. Стерилизации подвергают питательные среды, стеклянную посуду, инструменты, перевязочный материал, халаты. Стерилизации также подвергают воздух и предметы в микробиологических боксах.

Механизм действия различных методов стерилизации не одинаков, но в основе каждого лежит способность нарушать жизненные процессы микробной клетки (денатурация белков, угнетение функции ферментных систем).

Химические вещества могут тормозить, полностью подавлять рост микроорганизмов или вызывать гибель микробной клетки. Эти способности химических веществ учитывают при подборе вещества для проведения дезинфекции.

Противомикробные вещества по химическому строению и механизму бактерицидного действия подразделяют на следующие группы: окислители, галогены, соединения металлов, кислоты и щелочи, спирты, краски, производные фенола и альдегиды.

Окислители. К этой группе принадлежит перекись водорода, перманганат калия. Эти соединения, выделяя активный атомарный кислород, вызывают цепную реакцию свободно-радикального перекисного окисления липидов, что ведет к деструкции мембран и белков микроорганизмов.

Галогены. Представителями этой группы веществ являются хлор, йод и их производные: хлорная известь, хлорамин Б, раствор йода спиртовой, йодинол, йодоформ и др. Их бактерицидное действие связано со способностью активных галогенов замещать водородные атомы в молекулах белков, денатурируя их, а также, выделяя атомарный кислород, соединения галогенов оказывают активное окисляющее действие.

Соединения тяжелых металлов. К этой группе относят соли свинца, меди, цинка, серебра, ртути. Антимикробное действие соединений тяжелых металлов обусловлено ослаблением активности ферментов, а также образованием с белками альбуминатов.

Кислоты и щелочи. В основе бактерицидного действия кислот и щелочей лежат дегидратация микроорганизмов, изменение рН питательной среды, гидролиз коллоидных систем и образование кислотных и щелочных альбуминатов.

Кислоты способны коагулировать белки микробной клетки, изменять концентрацию водородных ионов в растворах. На практике кислоты применяют для уничтожения микробов на объектах окружающей среды, для создания определенного рН в питательных средах, при изготовлении и консервировании пищевых продуктов.

Спирты. Антимикробная активность спиртов обусловлена их способностью отнимать воду и свертывать белок. Наиболее широкое применение в качестве бактерицидного средства нашел этиловый спирт (С2Н5ОН). Бактерицидная активность этилового спирта зависит от его концентрации. Способностью инактивировать микробную клетку обладает 20% этиловый спирт, но наиболее эффективно использование 70% растворов. Более высокие концентрации в белковой среде образуют плотные белковые сгустки, внутри которых могут сохраняться живые бактерии.

Краски. Вещества этой группы обладают способностью подавлять рост микроорганизмов. В ветеринарной практике чаще всего используют: бриллиантовый зеленый (оказывает губительное действие на микробную клетку, соединяясь с ее белками, липидами, мукополисахаридами), акридин (блокирует анионные группы, жизненно необходимые бактериям), метиленовый синий (изменяет течение окислительно-восстановительных реакций, нарушая метаболические процессы микробной клетки).

Фенолы (фенол, крезол и их производные). Эффективность действия препаратов этой группы обусловлена их способностью легко проникать через клеточную мембрану внутрь клетки, денатурировать белки цитоплазмы и подавлять функции некоторых ферментов, что сопровождается нарушением метаболизма и приводит к гибели микробной клетки.

Альдегиды (формальдегид, глутаровый альдегид). Вещества этой группы способны вызывать дегидратацию поверхностных слоев клетки, легко проникать внутрь клетки и вступать в связь с аминогруппами белков, денатурируя их.