31. Влияние физических факторов на микроорганизмы. Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду. Аэробы, анаэробы, микроаэрофилы.

Кислород входит в состав молекул воды, органических и неорганических соединений, присутствует в современной атмосфере в виде молекулярного кислорода (О2), объемная доля которого составляет 21 %. Кислород является обязательным химическим компонентом любой клетки.

Подавляющее большинство организмов удовлетворяет свои потребности в этом элементе, используя обе формы кислорода. 100 %-и молекулярный кислород подавляет рост всех облигатных аэробов.

Многие аэробные бактерии могут формировать колонии на поверхности твердой питательной среды в атмосфере, содержащей 40 % О2, но рост их прекращается, когда содержание О2 в атмосфере повышается до 50 %.

В отношении к молекулярному кислороду прокариоты могут быть разделены на несколько групп:

I. АЭРОБЫ

1. ОБЛИГАТНЫЕ

а) Растущие на воздухе

б) Микроаэрофильные

2. ФАКУЛЬТАТИВНЫЕ

II. АНАЭРОБЫ

1. ОБЛИГАТНЫЕ

а) Строгие

б) Аэротолерантные

2. ФАКУЛЬТАТИВНЫЕ

Облигатные (обязательные) аэробы – прокариоты, для роста которых О2 необходим. К ним относится большинство прокариотных организмов.

Микроаэрофилы – аэробы, не способные к росту при концентрации О2, равной атмосферной, но могут расти, если содержание О2 в окружающей среде будет значительно ниже (порядка 2 %).

Факультативные аэробы или анаэробы – прокариотные организмы, которые могут расти как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Бактерии этой группы не нуждаются в О2 (последний не участвует в осуществляемых ими метаболических реакциях), но способны расти в его присутствии. Примером таких организмов служат молочнокислые бактерии. Многие прокариоты, относящиеся к этой же группе, приспособились в зависимости от наличия или отсутствия О2 в среде переключаться с одного метаболического пути на другой, например с дыхания на брожение, и наоборот.

Облигатные анаэробы – прокариоты, для метаболизма которых О2 не нужен, т. е. энергетические и конструктивные процессы у них происходят без участия молекулярного кислорода. К ним относятся метанобразующие архебактерии, сульфатвосстанавливающие, маслянокислые и некоторые другие эубактерии. Облигатные анаэробы получают энергию в процессах анаэробного дыхания, т. е. переноса электронов по цепи переносчиков на СО2, SO42-, фумарат и другие акцепторы.

Строгие облигатные анаэробы – не выносят присутствия даже незначительных количеств молекулярного кислорода в среде и быстро погибают. К числу строгих анаэробов относятся представители родов Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium и др.

Аэротолерантные анаэробы - бактерии, умеренно (Clostridium tetani, С. carnis, С. tertium, С. sporogenes) или достаточно высоко (С. perfringens, С. acetobutylicuni) толерантные к О2, могут расти в присутствии воздуха.

32. Влияние физических факторов на микроорганизмы. Температура. Способность к росту при различных температурных условиях.

Температурные условия в биосфере достаточно разнообразны. Свыше 80 % ее принадлежит к постоянно холодным областям. Значительная часть поверхности суши, включающая и континент Антарктиду, имеет низкую температуру. Средняя температура почвы в умеренной климатической зоне составляет 12 °С.

Три температурные точки, имеющие решающее значение для развития того или другого микроорганизма, называются кардинальными:

1. Максимальная температурная точка, при которой происходит замедление и остановка развития

2. Оптимальной называют температуру, при которой микроорганизмы развиваются наиболее интенсивно

3. Минимальная температурная точка, при которой происходит замедление и остановка развития

По отношению к температуре все микроорганизмы условно разделяют:

1. Психрофилы (опт 15–20 °С, min 8… –1 °С, max 30–35 °С)

а) Облигатные: приспособились к устойчивым холодным условиям

б) Факультативные: приспособились к устойчивым холодным условиям; более широкий температурный

диапазон

2. Мезофиллы (наиболее распространенная группа микроорганизмов. Опт 28…35 °С, min 5…10 °С, max 40…50 °С. Гнилостные бактерии; патогенные бактерии; токсигенные бактерии; промышленные культуры)

3. Термофилы (опт 35…40 °С, min 10… 15 °С, max 55…60 °С)

а) Термотолерантные(опт 35…40 °С, min 10… 15 °С, max 55…60 °С. Способны расти при повышенных температурах)

б) Облигатные (опт 55…60 °С, min 40…45 °С, max 65…70 °С. эубактерии Bacillus acidocaldarius, Synechococcus lividus, археи Methanobacterium thermoautotrophicum, Thermoplasma acidophilum)

в) Факультативные (опт 20…40 °С, min 20…25 °С,max 50…65 °С. Способность расти

в большом диапазоне)

г) Экстримальные (опт 80…105 °С, min 60…65 °С, max 110 °С. Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium)

Способность психрофилов расти в условиях низких температур объясняется:

*особенностями их ферментных белков и мембранных липидов: увеличение в мембранах содержания ненасыщенных жирных кислот позволяет им находиться в функционально активном жидко-кристаллическом состоянии при низких температурах.

*обязательное условие возможности роста психрофилов при минусовых температурах – нахождение воды в жидком состоянии.

Отмирание клеток при нагревании наступает вследствие необратимых изменений в протоплазме: инактивации ферментов, денатурации белков. Большинство вегетативных клеток погибает уже при 60–70 °С в течение 15–30 мин, а при 100 °С в течение нескольких секунд. Дрожжи и плесени также не переносят температуру 50–60 °С.

Споры бактерии вследствие своего строения, химического состава отличаются большой термоустойчивостью, многие из них выдерживают кипячение в течение 5–6 ч (споры Вас. subtilis, Cl. botulimim, Сl. sporogenes). Высокую термоустойчивость проявляют споры при воздействии сухого жара.

По отношению к низкой температуре микроорганизмы проявляют большую устойчивость, несмотря на то, что размножение и биохимическая деятельность микроорганизмов ниже минимальной кардинальной температурной точки прекращаются, гибель самой клетки может не наступать, и в таком анабиотическом состоянии многие микроорганизмы, а особенно споры, остаются жизнеспособными длительное время.

Под воздействием низких температур, особенно ниже минус 3 – минус 8 °С, в протоплазме клетки происходит ряд необратимых изменений, нарушается обмен веществ, инактивируются ферменты, происходят структурные изменения протоплазмы. Отмечено токсичное действие ионов солей, концентрация которых увеличивается в результате вымораживания воды, имеет значение и механическое повреждение протоплазмы клеток в результате образования внутриклеточных кристаллов льда.