МИКРООРГАНИЗМЫ И ПИЩЕВЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

МИКРООРГАНИЗМЫ В ОКРУЖАЮЩЕМ МИРЕ

Для понимания важности и сути санитарно-эпидемиологиче­ского контроля необходимо иметь представление о микроорганиз­мах. Основными виновниками порчи продовольственных товаров являются именно микробы. Попадание патогенных (болезнетвор­ных) микроорганизмов с продовольственными товарами в орга­низм человека способно вызвать заболевание.

Давайте посмотрим вокруг себя. Всюду - в воздухе, в воде, на поверхности предметов (и внутри многих из них) - присутствуют микроорганизмы. Они есть во всех климатических зонах. Множе­ство различных микробов живет на поверхности тела, в кишечни­ке животных и людей, на растениях.

Почва является средой обитания многочисленных микроорга­низмов. Из почвы они попадают в воздух и окружающее про­странство. В состав микробного населения почвы входят предста­вители всех групп микроорганизмов: бактерии, грибы, вирусы и др. Почва постоянно загрязняется различными отбросами, вы­делениями человека и животных, погибшими растениями и жи­вотными. С испражнениями, мочой, гноем, мокротой, слюной и другими выделениями, с трупами людей и животных в нее попа­дают болезнетворные микроорганизмы. Большая часть из них погибает, но многие патогенные микробы в почве могут сохра­няться долгое время. С частицами почвы возбудители инфекци­онных заболеваний (сибирской язвы, ботулизма, столбняка и др.) могут попадать на товары и внутрь них. Особенно опасно это для продовольственных товаров. Загрязнение пищевых продуктов частицами почвы представляет эпидемиологическую опасность.

Вода является естественной средой обитания для многих видов микроорганизмов. Водные микроорганизмы обитают и в откры­тых водоемах, и в грунтовых (подземных) водах. Состав микроб­ного населения воды во многом зависит от глубины залегания водоносного слоя: чем ближе вода к поверхности земли, тем больше и разнообразнее ее микрофлора. Многие виды галофильных (со­лелюбивых) бактерий обитают в морской воде. В воде встречают­ся бактерии, плесневые грибы, фаги и другие микроорганизмы, среди которых имеются и патогенные.

Воздух как среда обитания для микроорганизмов менее благо­приятен, чем почва и вода. Это объясняется тем, что в нем содер­жится очень мало питательных веществ, необходимых микробам. Но, попадая в воздух, некоторые микроорганизмы (в том числе и болезнетворные) могут сохраняться в нем долгое время в жизне­способном состоянии. В пыльном и грязном воздухе микробов больше, чем в чистом, так как они адсорбируются на поверхности твердых частиц, которых в грязном воздухе много.

Микроорганизмы составляют примерно половину всей биомас­сы Земли. Они населяют практически все места обитания расте­ний и животных и даже занимают экстремальные ниши, на кото­рые не претендуют другие живые организмы. Микроорганизмы участвуют практически во всех процессах, протекающих в окру­жающем мире.

Размеры микроорганизмов лежат за пределами способности че­ловеческого глаза различить две точки, стоящие на расстоянии ме­нее 0,2 мм. Поэтому до изобретения микроскопа человек не знал о существовании столь мелких живых существ, как микробы. Совре­менные микроскопы дают увеличение до 2 000 раз. С помощью со­временного электронного микроскопа можно различить объекты, стоящие друг от друга на 0,0002 микрометра (мкм –1 мкм равен 0,001 мм) и даже меньше.

Микробы были открыты во второй половине XVII в. Антоний Ван Левенгук, изобретатель-самоучка и крайне любознательный человек, сконструировал первый микроскоп, дававший увеличе­ние в 300 раз. Пытаясь разглядеть то, что придает остроту перцу, он впервые увидел микробов. Открытие Левенгука перевернуло не только его жизнь, но и жизнь всего человечества. Свои наблю­дения ученый изложил в письмах, которые направил в Лондонское королевское общество, а позже издал книгу «Тайны природы, от­крытые Антонием Левенгуком» (1695). Он описал и зарисовал раз­личные микроорганизмы, обнаруженные им с помощью микро­скопа в различных настоях, дождевой воде, на мясе и др. Возмож­ность увидеть микробов убедила людей в их существовании.

Большую роль в развитии микробиологии сыграл выдающийся французский исследователь Луи Пастер. Он установил, что все процессы брожения, а также гниения вызываются микроорганизмами. Пастер разработал способ предохранения организма от заболева­ния с помощью ослабленных микробных клеток. В 1881 г. на ферме Пуй ле Фор под Парижем был проведен невиданный в истории ме­дицины эксперимент: смертельной дозой сибиреязвенной палочки были заражены две группы овец. Овцы первой группы были зара­нее вакцинированы и после заражения все выжили, овцы второй группы, не прошедшие вакцинацию, погибли. Успех идей Пастера был так велик, что для него в Париже на деньги, собранные по международной подписке, был построен специальный институт, ставший мировым научным центром микробиологии. Пастер пред­ложил метод, предупреждающий развитие микроорганизмов, ко­торый впоследствии был назван пастеризацией и используется в настоящее время. Открытия Луи Пастера заложили основы техни­ческой микробиологии, им выяснена роль микробов в круговоро­те веществ в природе, открыты анаэробные микроорганизмы, раз­работаны принципы асептики и антисептики. В развитие микро­биологии внесли свой вклад Р. Кох, И. И. Мечников, Н. Ф. Гамалея, С. Н. Виноградский, В. Л. Омелянский, Я. Я. Никитинский и многие другие выдающиеся ученые.

Многочисленные исследования показали, что мир микроорганиз­мов чрезвычайно разнообразен, несмотря на их микроскопические размеры. Большинство микробов одноклеточные, но есть и много­клеточные. В настоящее время известны формы микроорганизмов, вообще не имеющие клеточного строения. Дифференциация клеток на ткани и органы у микробов отсутствует. Микроорганизмы спо­собны употреблять самую разнообразную пищу и могут использо­вать в качестве продуктов питания вещества, абсолютно непригод­ные в пищу с точки зрения всех остальных живых существ. Микро­бы способны приспосабливаться практически к любым условиям существования. Например, экстремальные галофилы могут расти в насыщенном 32-процентном растворе соли, а метаногены, восста­навливающие углекислый газ до метана, растут при 75 ... 90 . Для микроорганизмов характерно очень быстрое размножение - ско­рость деления некоторых бактерий составляет 15 мин.

С древнейших времен люди разделяют живой мир на два цар­ства: царство растений и царство животных. Микроорганизмы же занимают на нашей планете особое место. Для того чтобы понять их особенности, нужно вспомнить, чем различаются прокариоты и эукариоты.

Прокариоты - это организмы, у которых отсутствует оформленное ядро, но есть компактное образование ядерного материала - нуклеоид. Нуклеоид представлен одной или не­сколькими хромосомами, состоящими из дезоксирибонуклеино­вой кислоты (ДНК). К прокариотам, в частности, относят бакте­рии, вирусы.

Эукариоты - это организмы, в клетках которых имеется оформленное ядро, отделенное от содержимого цитоплазмы ядерной мембраной. Примерами эукариотов являются грибы, ми­кроорганизмы, растения, животные.

В прошлом веке была предложена схема разделения живых ор­ганизмов на пять царств, которая отражает три основных уровня клеточной организации живых систем:

1 - Монера (одноклеточные прокариоты);

2 - Протиста (одноклеточные эукариоты);

3 - Растения (многоклеточные эукариоты), Animalia - Живот­ные (многоклеточные эукариоты), Fungi - Грибы (одноклеточные и многоклеточные эукариоты).

С появлением новых методов исследования у человечества формируются новые представления о месте микробов среди жи­вых существ. Рассмотрим основные виды микроорганизмов, рас­пространенных в окружающей среде и соответственно обитаю­щих в товарах, Это бактерии, плесневые грибы и вирусы.

2.1.1. Бактерии

Бактерии достаточно различаются между собой, но по ряду при­знаков выделены в отдельную группу микроорганизмов. Всем бакте­риям присущи форма и размеры, которые выражаются в микроме­трах (мкм). Масса бактериальной клетки очень мала, примерно 4 х 10^-13 г. Термин «бактерия» (от греч. bakteria - палочка) применя­ется для названия всего царства прокариот и для названия палочко­видных бактерий, не образующих спор. Различают несколько форм бактерий (рис. 1).

1. Шаровидные бактерии (кокки).

Микрококки (от греч. mikros - мальrй и kokkos - зерно) (рис. 1, а) делятся в одной плоскости, сапрофиты, патогенных для человека среди них нет.

Стрептококки (от греч. streptos - цепочка и kokkos - зерно) (рис. 1, б) делятся в одной плоскости. Размножающиеся клетки со­храняют между собой связь и образуют цепочки различной дли­ны, напоминающие нити бус. Многие стрептококки являются па­тогенными для человека и вызывают различные заболевания ­скарлатину, ангину, гнойные воспаления.

Диплококки (от греч. diploos - двойной и kokkos - зерно) (рис. 1, в) делятся в одной плоскости с образованием пар клеток, имеющих овальную или бобовидную форму.

Стафилококки (от греч. stарhуlё - гроздь винограда и kokkos - зерно) (рис. 1, г) делятся в нескольких плоскостях, а об­разующиеся клетки располагаются скоплениями, похожими на гроздья винограда. Стафилококки вызывают более ста различных заболеваний человека.

Тетракокки (от греч. tetra - четыре и kokkos - зерно) делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с образованием те­трад. Среди этих бактерий патогенные для человека встречаются очень редко.

Сарцины (от лат. sarcina - связка, узел) (рис. 1, д) - клетки в виде пакетов из 8, 16, 32 и большего числа особей. Часто встреча­ются в воздухе. Среди них имеются условно-патогенные предста­вители.

2. Палочковидные бактерии.

Цилиндрические бактерии подразделяют на три группы: моно­бактерии (клетки располагаются одиночно и беспорядочно), диплобактерии (клетки располагаются попарно) и стрептобактерии (клетки располагаются в виде цепочки).

Извитые (спиралевидные) бактерии (рис. 1, з, и) подразделя­ются по количеству, характеру завитков и диаметру клеток на ви­брионы (от франц. vibrion, от лат. vibro - колеблюсь, изгибаюсь), которые имеют один изгиб или форму запятой (например, воз­будитель холеры) и спириллы (от греч. speira - спираль) (рис. 1, к) клетки большого диаметра с малым числом завитков (2…3) (на­пример, спирохеты).

Палочковидные бактерии делятся на неспорообразующие (рис. 1, е) и спорообразующие. Палочковидные бактерии, образу­ющие споры, называются бациллы (от лат. bacillum - палочка) (рис. 1, ж). Палочки бывают длинными - более 3 мкм (например, клостридии Clostridium), короткими - 1,5…3,0 мкм (например, кишечная палочка Escherichia соli и многие другие возбудители кишечных заболеваний) и очень короткими - менее 1,0 мкм (на­пример, возбудитель бруцеллеза - бруцелла Brucella melitensis). Концы палочек бывают закругленными, заостренными, утолщен­ными, обрезанными. Палочки могут иметь яйцевидную форму. По толщине палочки делятся на тонкие и толстые.

3. Нитевидные бактерии. Различают два типа таких бактерий: образующие временные и постоянные нити. Временные нити об­разуют палочковидные бактерии при нарушении условий их роста. Постоянные нитевидные формы образуются из палочковид­ных клеток, соединяющихся в длинные цепочки либо с помощью слизи, либо чехлами или мостиками. Нитевидные формы харак­терны для серобактерий и железобактерий.

4. Бактерии, имеющие особую форму клеток. К ним относятся бактерии, имеющие форму кольца, клетки с выростами, клетки в виде шестиугольных звезд и др.

Организация бактериальной клетки такова, что позволяет ей координировать все процессы жизнедеятельности, за определен­ный срок удваивать свою биомассу и размножаться путем просто­го деления пополам. В составе бактериальной клетки имеются раз­личные микроструктуры, называемые органеллами или элемента­ми клетки (рис. 2).

Клеточная стенка 1, основу которой составляет пептидоглюкан, или муреин (от лат. mureus - стенка) (старое название), ограни­чивает содержимое клетки от окружающего пространства. Пепти­доглюкан имеет сложное строение и огромную прочность, за счет чего клеточная стенка выдерживает большое давление. Например, у эшерихий (бактерии из группы кишечных палочек) внутрикле­точное давление (его называют тургорным) составляет 15 атмос­фер. Клеточная стенка имеет поры, через которые в клетку про­никают мелкие молекулы, являющиеся для бактерий продуктами питания. Внутри клетка заполнена цитоплазмой 4, которая пред­ставляет собой неподвижную, полужидкую, вязкую, неоднород­ную массу. В цитоплазме расположены различные органеллы бак­териальной клетки. Местами цитоплазма пронизана мембранными структурами - мезосомами 7, в которых происходят энер­гетические процессы.

Нуклеоид 5 - компактное образование, которое занимает по­стоянное место в цитоплазме, представленное одной или несколь­кими молекулами ДНК. Длина бактериальных хромосом до 1,4 мм (т.е. она более чем в 1000 раз превышает длину клетки), как пра­вило, они имеют кольцевидную структуру. Рибосомы 8 - органеллы, отвечающие за синтез белка в клетке. Они рассеяны в цито­плазме в виде мелких гранул размером 20 ... 30 нм (1 нм равен 0,001 мкм). В бактериаль­ной клетке рибосом может быть 5 ... 50 тыс.

Помимо основных структурных элементов в цитоплазме могут содержаться разные макромолекулы (аминокислоты, нуклеотиды и т. п.) и различные включения 9. В основном это питательные ве­щества, которые образуются в процессе жизнедеятельности клет­ки и откладываются про запас. Капельки и гранулы липидов, вос­ка, серы, гликогена, зерна волютина и гранулезы используются в качестве источника питательных веществ и энергии, когда бакте­рии попадают в условия голодания.

С внешней стороны клеточной стенки бактериальную клетку может окружать капсула, представляющая собой слой слизи (рис. 3). Капсула содержит большое количество воды, макромолекулы в ней расположены рыхло и не препятствуют поступлению в клетку веществ и выходу продуктов жизнедеятельности наружу. Некото­рые сапрофитные бактерии (например, лейконосток) образуют зооглеи - скопления клеток в виде слизистой массы, в которую вкраплены бактериальные клетки. Такое явление (а вернее, бед­ствие) может наблюдаться в сахарном производстве, когда за ко­роткий период времени бактерии могут превратить сахарный си­роп в тягучую слизистую массу. Нередко образуемые некоторыми бактериями слизистые вещества не удерживаются в виде компакт­ной массы вокруг клеточной стенки и диффундируют в окружаю­щуюся среду - образуется слизь. Слизеобразующие бактерии мо­гут ослизнять различные продовольственные и непродовольствен­ные товары. Ослизняться могут мясо, колбасы, творог. Тягучесть молока, рассолов, квашеных овощей, пива, вина, косметических изделий, в частности кремов, также связана с деятельностью сли­зеобразующих бактерий. Слизеобразование играет большую роль в процессах порчи продовольственных и непродовольственных товаров.

Некоторые болезнетворные бактерии при потере способности синтезировать капсулу перестают быть патогенными. Капсулы не только маскируют бактерии от фагоцитов, но и могут подавлять фагоцитоз.

Все бактерии подразделяют на подвижные и неподвижные.

Шаровидные бактерии, как правило, неподвижны. Палочковид­ные бактерии бывают подвижные и неподвижные. Подвижные бактерии, в свою очередь, подразделяют на плавающие и сколь­зящие, которые передвигаются по плотной поверхности благода­ря волнообразным сокращениям тела. У подвижных бактерий органом движения являются жгутики (см. рис. 2, 11), которые представляют собой тонкие длинные нити. Построены жгутики из белка флагеллина, обладающего способностью сокращаться. Диаметр жгутиков 12 ... 30 нм, а длина от 6 ... 9 до 80 мкм. Жгутики устроены очень интересно - они представляют собой трубочки, пустые внутри. Стенки этих трубочек состоят из белковых моле­кул, уложенных в виде спирали. Жгутики прикреплены к бакте­риальной клетке и имеют «переключатель», который позволяет клетке менять направление вращения жгутика. Получила микроб­ная клетка химический сигнал о том, что имеются питательные вещества в окружающем пространстве, переключила жгутик в нужном направлении - и в путь. В зависимости от того, сколько имеется жгутиков у микробной клетки и как они расположены на ее поверхности, бактерии условно делят на четыре группы (рис. 4):

монотрихи (а) имеют один жгутик на одном конце клетки;

амфитрихи (б) - пучки жгутиков на обоих концах клетки;

лофотрихи (в) - пучок жгутиков на одном конце клетки;

перитрихи (г) - множество жгутиков, расположенных по всей поверхности клетки.

Жгутиковые бактерии могут двигаться с большой скоростью, например; скорость некоторых споровых бактерий достигает все­го 27 мкм/с, а холерного вибриона - 200 мкм/с.

На поверхности бактериальной клетки располагаются фим­брии, или реснички (от англ. fimbria - бахрома) (см. рис. 2, 13) ­короткие нити. Их количество доходит до многих тысяч. Реснички, как и жгутики, прикреплены к клеточной стенке, но они значи­тельно короче и тоньше - их длина 0,1…12 мкм, а диаметр 25 нм. Фимбрии позволяют бактериям прикрепляться к определенным поверхностям. Это особенно важно для патогенных бактерий, ко­торые прикрепляются к чувствительным клеткам и поселяются на них.

Говоря о строении бактериальной клетки, необходимо остано­виться на ее строении в особом состоянии - в виде споры. Спо­ры - это измененные клетки бактерий в состоянии покоя. Дело в том, что некоторые бактерии при неблагоприятных услови­ях (недостатке питательных веществ, изменении температуры, кислотности среды, накоплении продуктов обмена веществ и др.) образуют защитные формы - эндоспоры (споры внутри клетки). У спор чрезвычайно низкая метаболическая активность, т. е. об­мен веществ с окружающей средой практически отсутствует. Они устойчивы к высушиванию, действию температур и различных химических веществ. В сухом состоянии споры бактерий погиба­ют после прогревания при 165 ... 170°С (в сушильном шкафу) в те­чение 1…2 ч, а в перегретом паре (в автоклаве) - при 121 в те­чение 15...30 мин. Споры хорошо видны под микроскопом, так как они плохо поддаются действию красителей и резко выделяются на фоне более ярко окрашенной клетки (рис. 5).

Обычно споры имеют круглую или овальную форму. Распола­гаться споры могут в центре или на конце клетки. Диаметр споры может не превышать диаметр вегетативной клетки (например, бактерии из рода Bacillus). Если диаметр споры превышает диа­метр клетки, то клетка меняет форму. Клетка со спорой может приобрести форму веретена (клостридии) или форму барабанной палочки, если спора находится на конце клетки (плектридии).

После завершения спорообразования вегетативная часть клетки отмирает, а спора высвобождается и может длительное время сохраняться в окружающей среде. В виде споры бактери­альная клетка сохраняется до тех пор, пока не возникнут благо­приятные условия - тогда она снова превращается в обычную клетку. Споры могут находиться в жизнеспособном состоянии сотни и даже тысячи лет. Например, жизнеспособные споры были выделены из трупов мамонтов, египетских мумий и льдов вечной мерзлоты.

Важно отметить, что порчу пищевых и непищевых товаров вы­зывают только вегетативные клетки бактерий. Сохраняются же бактерии в продуктах преимущественно в виде спор. В процессе производства товаров на их микробное население воздействуют различные неблагоприятные для микробов факторы. Спорообра­зующие бактерии выдерживают их действие и остаются в товарах в виде спор до лучших времен. Эти лучшие времена создаем ми­кробам мы с вами, нарушая условия хранения, транспортировки и реализации товара. Поэтому крайне важно знать условия, вызы­вающие образование спор, и условия, которые ведут к прорастанию спор в вегетативные клетки. Это необходимо при выборе способа обработки продуктов для предотвращения или снижения их контаминации (заражения) микроорганизмами и для предот­вращения микробной порчи при хранении.

Размножение бактерий происходит делением их пополам, на две равные дочерние клетки. При благоприятных условиях время деления на две половинки для многих бактерий, в частности для кишечной палочки Е. coli, составляет около 30 мин.

Развитие и жизнедеятельность бактерий, как и всех микроорга­низмов, находятся в тесной зависимости от среды их обитания. Развитие популяции бактерий может происходить в естественной (почве, воде, пищевых и непищевых товарах) и искусственной среде. Выращиванием микроорганизмов на специальных средах и их изучением занимается микробиология. Особенности развития и порчи микробами продовольственных товаров изучает пищевая микробиология.

Развитие микроорганизмов на питательных средах (так же как и на пищевых продуктах) вызывает их изменение. Так, на жидких средах происходит помутнение, образование осадка или пленки на поверхности. На плотных средах клетки бактерий образуют ко­лонии - компактные образования, состоящие из массы кле­ток микроорганизмов и видимые невооруженным глазом. Коло­нии бактерий на питательных средах различаются по размеру, форме, консистенции, структуре, прозрачности, цвету и другим признакам. Размеры колоний колеблются от 0,1 мм до нескольких сантиметров. Встречаются круглые, плоские, ризоидные колонии, колонии с различными краями: гладкими, зазубренными, фестончатыми, изрезанными. Поверхность колонии бывает гладкой или шероховатой, влажной или сухой, ровной или складчатой, плоской или выпуклой. Колонии могут быть прозрачными, полупрозрачны­ми, непрозрачными и различаться по цвету и консистенции (рис. 5).

Из окружающей среды микробы берут питательные вещества и в нее выделяют продукты своей жизнедеятельности. Культуры не­которых видов бактерий обладают характерным запахом, иногда он связан с разложением органических веществ. Разложение мо­жет сопровождаться образованием скатола, индола, сероводорода, меркаптана, масляной кислоты, аммиака и т. д. Многие продукты жизнедеятельности бактерий имеют неприятный запах. Но быва­ет и наоборот. Например, некоторым бактериям и плесневым гри­бам присущ приятный, ароматный запах, который связан с обра­зованием различных эфиров. Возбудитель мочки льна, например, издает запах ананаса. Особые расы молочнокислых бактерий при­дают приятный аромат кисломолочным продуктам.