33. Влияние физических факторов на микроорганизмы. Температура. Способность к выживанию в экстремальных 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)

Термофилы

Встречаются термофилы в почве, навозе, кишечнике животных и человека.

Термофилы в большинстве своем споровые формы, причем споры их отличаются особой термоустойчивостью (Вас. stearothermophilus, Вас. aerothermophilus).

Переносят стерилизацию (особенно при большом начальном обсеменении) и вызывают плоско-кислую порчу консервов, причиняя большой вред производству пищевых консервов.

Механизмы термоустойчивости:

* Роль мембранных липидов. Насыщенные жирные кислоты, входящие в состав липидов, имеют более высокую точку плавления по сравнению с ненасыщенными.

* Роль ферментных белков. Температурные точки термофилов зависят от конформации одного или нескольких ключевых ферментов. При минимальной температуре роста происходит переход от жесткой неактивной конформации белковых молекул к конформации с ограниченной гибкостью; оптимальная температура роста определяет наиболее благоприятное конформационное состояние ферментных белков; при максимальной температуре начинаются нарушения конформации белков и снижение их ферментативной активности, а выше этой температуры рост прекращается вследствие тепловой денатурации белков.

* Термостабильность структурных компонентов клетки термофилов. Клеточная стенка, мембраны, рибосомы термофилов значительно более термостабильны, чем соответствующие структуры мезофилов.

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.