Глава 2. Устойчивость микроорганизмов к факторам среды

1. Отношение к влажности

При осуществлении метаболизма важную роль играет такой фактор, как активность воды a(w), определяемая как отношение давления паров данного раствора к давлению паров чистой воды. Активность воды зависит от её наличия и от количества растворённых в ней веществ. Живые организмы способны существовать в диапазонах от 0,99 до 0,6. Одной из причин активности воды может быть высокая солёность. Немаловажной причиной является просто отсутствие воды.

По отношению к солёности выделяют пресноводные (негалофильные организмы), в том числе обитатели ультрапресных вод. Развиваются в среде с содержанием соли менее 0,001%. Обычно чувствительны уже к 3% раствору NaCl.

Галотолерантные организмы, выдерживают повышенную солёность, часто обитают в местах, где она всячески изменяется. К ним относится большинство почвенных микроорганизмов.

Для морских бактерий оптимум солёности держится в узком диапазоне 2,5 – 5 % NaCl.

Умеренные галофиты растут в пределах солёности 5-15%.

Микроорганизмы, способные существовать в растворах с высокой концентрацией веществ, называются экстремальными галофилами. Они осуществляют активный транспорт ионов из клетки, работает механизм S-слоя клетки, белки насыщены отрицательно заряженными аминокислотами. Они также осуществляют синтез осмопротекторов – веществ, уравновешивающих осмотические потенциалы. Осмос – это давление, которое порождается стремлением воды к выравниванию своей концентрации в клетке и снаружи от клетки. На самом деле, вода ни к чему не стремится, просто так называют одностороннюю диффузию молекул воды.

Сухость. По отношении к ней выделяют гидрофиты, гигрофиты, мезофиты и ксерофиты. Основным механизмом защиты от высыхания служит образование защитных капсул или слизистых чехлов, у некоторых бактерий (микоплазм) протектором является высокое содержание липидов в клеточной мембране. Типичными представителями ксерофитов, то есть растущих в сухости, являются актиномицеты, нокардии, проактиномицеты и другие грамположительные бактерии этой группы.

2. Другим фактором является pH среды.

pH – это величина, характеризующая концентрацию ионов водорода в воде. По этой концентрации можно судить о кислотности раствора. Когда концентрация ионов H+ становится больше ионов OH-, раствор кислый, если наоборот – щелочной. Сам pH определяется уравнением на слайде (см. слайд).

Микроорганизмы могут существовать в пределах от 1 до 11,5 pH. Нижний предел – кислые вулканические воды (экстремально термофильные археи), верхний предел – насыщенный раствор извести (в нём прекрасно себя чувствуют уробактерии).

По значению pH микроорганизмы делятся на ацидофильные (0 - 5,5), нейтрофильные (5,5 - 8), алкалифильные (8,5 – 11, 5). Значение внутриклеточного pH всегда постоянно. В процессе развития микроорганизмы могут изменять pH среды, выделяя кислые или щелочные продукты.

3. Отношение к температуре

Предел жизнеспособности организма определяется присутствием жидкой воды. Клетки некоторых организмов (например, некоторые псевдомонады) могут сохранять активность и при отрицательных температурах, если к воде добавить антифриз. Существовать же могут и при -196 С, и при даже при -273 С. Нижние пределы роста ограничены температурой застывания мембраны, а верхние – тепловой денатурацией белков. По отношению к температуре все организмы разделяются на определённые группы:

Психрофилы – представители родов Pseudomonas, Achromobacter, Vibrio, дрожжи, некоторые грибы и водоросли и др. Chlamidomonas nivalis из Антарктиды может расти при температуре -36С. Особые мембраны с пониженной точкой замерзания. Белки теряют стабильность уже при 10-20 С.

Многие микроорганизмы способны расти и при 0 С, но их температурный оптимум лежит в 20-30 С. Эти микроорганизмы получили название психрофитов (факультативные психрофилы). Именно они ответственны за порчу замороженных продуктов. Их мембраны наполнены ненасыщенными жирными кислотами, а в клетке запасаются криопротекторы (антифризы).

У термофилов найдены высокостабильные белки, мембраны липидов содержат больше тугоплавких насыщенных жирных кислот, все ДНК и РНК – ГЦ типа, очень сильно развиты система репарации ДНК и синтеза шаперонов. Представляют большой интерес в связи с выделением термостойких ферментов (Thermus aquaticus – Taq-полимераза).

В настоящее время наиболее высокие температурные характеристики роста известны для гипертермофильной археи Pyrolobus fumarii (оптимум развития – 105 градусов Цельсия, максимум – 113).