Микробиология. В 2 частях. Ч.2. Учебное пособие

3

4

1. ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

1.1.Воздействие физических факторов

Основными физическими факторами, оказывающими влияние на микроорганизмы, являются температура, свет, электричество, высушивание, различные виды излучения и осмотическое давление.

Воздействие температуры. Различные микроорганизмы растут и размножаются при разных температурах. Для каждого вида микроорганизмов определена оптимальная температура развития. В зависимости от пределов этой температуры бактерии подразделяются на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.

Психрофильные микроорганизмы способны расти и размножаться при температуре от 0 до 30–35 0С, а температурный оптимум для них составляет 15–20 0С. Психрофилы в основном являются обитателями северных морей, почвы и сточных вод.

Мезофильные микроорганизмы растут и размножаются при температуре от 10 до 40–45 0С, температурный оптимум для них 30–37 0С. Мезофилы – это самая большая группа микроорганизмов. К ним относятся как патогенные микробы, так и сапрофиты.

Термофилы растут и размножаются при высоких температурах (от 35 до 70–75 0С), температурный оптимум составляет 50–60 0С. 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 93 0С и выше. Способность данных бактерий существовать при высоких температурах связана с особым составом липидных компонентов клеточных мембран, устойчивостью белков, ферментов и клеточных структур к воздействию температур.

При низких температурах клетка переходит в состояние анабиоза, в котором она может существовать длительное время. Так, эшерихии сохраняют жизнеспособность при −190 0С до 4 месяцев, возбудитель листериоза – при −10 0С до 3 лет. Низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы. На этом принципе основано сохранение продуктов в холодильниках.

Высокая температура губительно действует на микробов. Чем выше температура, тем меньшее время необходимо для инактивации

6

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 80–100 0С в течение одной минуты, а споры возбудителя сибирской язвы выдерживают кипячение более одного часа.

Воздействие света. Видимый свет может угнетать рост и размножение многих микроорганизмов, в то же время положительно влияет на бактерии, которые используют свет для фотосинтеза. Бактерицидное действие солнечного света связано с образованием гидроксильных радикалов, в результате чего разрушаются вещества, входящие в состав клетки, происходит инактивация клеточных ферментов.

Сапрофиты более устойчивы к воздействию света, чем патогенные микробы. Это объясняется тем, что они чаще подвергаются действию прямых солнечных лучей и более адаптированы к ним. Именно под воздействием солнечного излучения происходит самоочищение воздуха, верхних слоев почвы и воды.

Ультрафиолетовое излучение. Оказывает бактерицидное дей-

ствие. Механизм действия УФ-излучения заключается в его способности частично или полностью подавлять репликацию ДНК и повреждать РНК (особенно мРНК). УФ-излучение широко применяют для санации воздуха в различных лабораториях, медицинских кабинетах, а также в промышленных цехах. Для дезинфекции воздуха используются специальные лампы.

Ионизирующее излучение. Бактерицидные свойства ионизирующего (рентгеновского) излучения значительно ниже, чем бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения. Гибель бактерий наступает только при облучении их большими дозами от 45 000 до 280 000 рентген. Более того, получены данные, что воздействие небольших доз гамма-излучения на микроорганизмы, способны усилить их патогенные свойства.

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

7

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 независимо от температуры окружающей среды.

Механизм бактерицидного действия ультразвука 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. Положительно заряженные ионы обладают менее выраженным бактерицидным действием, они способны задерживать рост и развитие микроорганизмов только в больших концентрациях. Используют аэроионы для обеззараживания воздуха жилых помещений, цехов предприятий, медицинских учреждений.

1.2. Воздействие химических факторов

Губительное действие химических веществ на микроорганизмы зависит от времени контакта с микробами и концентрации вещества. Бактерицидное действие оказывают химические вещества различных групп: кислоты, щелочи, спирты, поверхностно-активные вещества, фенолы и их производные, соли тяжелых металлов, окислители, газообразные вещества и др. Механизмы их бактерицидного действия различаются. По механизму действия противомикробные средства подразделяются:

−на деполимеризующие пептидогликан клеточной стенки;

−повышающие проницаемость клеточной мембраны;

−блокирующие биохимические реакции;

−вызывающие денатурацию ферментов микробной клетки;

−окисляющие метаболиты и ферменты микроорганизмов;

−растворяющие липопротеиновые структуры;

−повреждающие генетический аппарат или блокирующие его функции.

8

Деструкции под влиянием химических веществ подвергаются белки и липиды цитоплазматической мембраны, белковые молекулы жгутиков, ферменты и экзотоксины микроорганизмов. Деструкция белковых молекул происходит при действии как окислителей, так и кислот, щелочей и солей тяжелых металлов.

Бактерицидное действие кислот зависит от их электролитической диссоциации, т. е. от концентрации ионов водорода в растворах. Чувствительность к кислотам различна у разных микроорганизмов. Бактерицидное действие щелочей зависит от степени диссоциации и концентрации ОН-ионов. Наибольшей бактерицидной активностью обладает KOH, затем NaOH и другие щелочи.

При разведении спирт приобретает бактерицидные свойства, наибольшей бактерицидной активностью обладает 70 % спирт. При повышении концентрации спирта происходит свертывание белка, который выпадает на поверхности бактерий и уменьшает проникновение спирта внутрь клетки. Бактерицидное действие спиртов усиливается с возрастанием молекулярной массы в ряду: метиловый – этиловый – пропиловый – бутиловый – амиловый и т. д. Фенолы и их производные повреждают клеточную стенку, а затем белки бактериальной клетки.

Соли тяжелых металлов оказывают коагулирующее действие на цитоплазму и ферменты микробной клетки. Окислители окисляют различные компоненты цитоплазмы. Формальдегид денатурирует белки, убивает как вегетативные формы, так и споры.

1.3. Стерилизация

Стерилизация – это обработка различных объектов путем воздействия физических и химических факторов, губительно действующих на микроорганизмы. В результате стерилизации погибают все микроорганизмы, находившиеся на объекте, как патогенные, так и непатогенные, не вызывающие заболевания. Наиболее широко применяется термический метод стерилизации – воздействие высоких температур. Кроме того, стерилизация осуществляется химическим, радиационным и фильтрационным методами.

9

1.3.1. Термический метод стерилизации

Термическая стерилизация осуществляется кипячением, сухим жаром в атмосфере горячего воздуха (сухожаровая), влажным жаром с помощью пара, прокаливанием предметов в огне.

Наиболее простой способ термической стерилизации – прокаливание предметов в огне. Он применяется для стерилизации бактериологических петель, металлических и стеклянных предметов. Метод используется ограниченно ввиду возможной порчи предметов.

Стерилизация кипячением убивает вегетативные формы микробов в течение 30 мин. При этом споры бактерий сохраняются. Для их гибели необходимо кипячение в течение нескольких часов. Для уничтожения вирусов проводится кипячение в течение 45–60 мин. Кипячением в специальных стерилизаторах обрабатывают хирургические инструменты, резиновые трубки.

Стерилизация сухим жаром или горячим воздухом проводится в сухожаровых шкафах или печах Пастера при температуре 160–170 0С

втечение 1–1,5 ч после достижения необходимой температуры. Такой способ стерилизации применяется для обработки лабораторной посуды, инструментов, минеральных масел, вазелина. Жидкости и резину сухим жаром стерилизовать нельзя. Перед стерилизацией сухим жаром предметы заворачивают в бумагу или помещают в металлические

пеналы, чтобы предотвратить последующее загрязнение. Температура выше 170 0С вызывает обугливание бумаги, ваты и марли, а при более

низкой температуре не происходит гибели спор. Поэтому важно поддерживать температуру 160–170 0С.

Стерилизация насыщенным паром под давлением производится

вавтоклаве (рис. 1, 2) и называется автоклавированием. Это наиболее надежный и быстрый метод стерилизации. Автоклав представляет собой двухстенный металлический котел, снаружи покрытый кожухом и имеющий герметично закрывающуюся крышку.

Всовременных горизонтальных автоклавах под рабочим котлом находится бачок с водомерным стеклом и электронагревательными элементами, куда наливают воду до определенной метки на водомерном стекле. Вода нагревается, и образующийся при этом пар по специальному патрубку, соединенному с котлом автоклава, поступает в рабочую камеру котла. Пар постепенно вытесняет из рабочей камеры воздух, который выходит наружу через специальный выпускной кран. После того как воздух будет полностью вытеснен из рабочей камеры

10