Действие внешних факторов среды на микроорганизмы.

Влияние температуры

Существуют эвритермные (широкий диапазон предельных температур: например, у Bacillus он составляет 3-60 ºC) и стенотермные микроорганизмы (узкий диапазон: например, у менингококка 36-38 ºC).

Для каждого микроорганизма существует минимальная температура, ниже которой рост его не наблюдается, оптимальная – при которой микроорганизм растёт с наибольшей скоростью и максимальная – выше которой роста не происходит.

Группа микроорганизмов	Пределы действия фактора, ºC		Микроорганизмы	Особенности
	пре дель ные	опти маль ные
1)Психрофилы -облигатные	-10-20	5-15	Bacillus psychrophilus, морские светящиеся бактерии, железобактерии (на- пример, рода Gallionella) и др.	Приспособились к устойчивым холодным условиям (глубины океанов, ледяные пещеры)
-факультативные	-10-35	20-30	Pseudomonas, Arthrobacter и др.	Более широкий диапазон, при котором возможен рост, в отличие от облигатных психрофилов. Приспособились к неустойчивым холодным условиям.
2)Мезофилы	10-50	30-40	E.coli
3)Термофилы -термотолерантные	10-60	35-40	Methylococcus capsulatus	Основное их отличие от мезофилов - способность расти при повышенных температурах, хотя оптимальные температуры роста для обеих групп находятся на одном уровне.
-факультативные	20-65	50-60	Lactobacillus	Особенность этой группы прокариот - способность к росту в области от 20 до 40 градусов по С.
-облигатные	40-70	55-65	Bacillus acidocaldarius , Synechococcus lividus , архебактерии Methanobacterium thermoautotrophicum , Thermoplasma acidophilum и др.	Не растут ниже 40 ºC
-экстремальные	55-115	80-105	Thermoproteus , Pyrococcus, Sulfolobus, Pyrodictium и др

Способность психрофилов развиваться при низкой температуре связывают с особенностями строения их клеток: • температурный оптимум активности ферментов у них ниже, чем уаналогичных ферментов мезофильных микроорганизмов. При отклонении температуры от оптимальной активность большинства ферментов психрофилов значительно быстрее падает при повышении температуры, чем при ее понижении. Тем не менее некоторые ферменты психрофилов при повышении температуры усиливают свою активность. Это ферменты, вызывающие деградацию или разрушение клеточных макромолекул, что может быть одной из причин термочувствительности облигатных психрофилов; • проницаемость их мембран остается высокой при охлаждении благодаря содержанию в липидах ненасыщенных жирных кислот, вследствие чего мембраны не застывают и остаются полужидкими; • белоксинтезирующий аппарат психрофилов способен функционировать при низких температурах.

Природу термоустойчивости объясняют рядом структурных и биохимических особенностей: • липиды, входящие в состав клеточных мембран, содержат насыщенные жирные кислоты. В связи с этим они имеют более высокую температуру плавления по сравнению с липидами, содержащими ненасыщенные жирные кислоты; • у экстремально термофильных бактерий обнаружено повышенное содержание гуанина и цитозина в ДНК, что придает стабильность и повышает температуру плавления этих молекул; • ферменты термофилов гораздо устойчивее к нагреванию в сравнении с соответствующими белками мезофильных бактерий. Часто такая высокая термостабильность достигается в результате изменения первичной структуры белковой молекулы. В качестве примера можно привести следующий: при сравнении лактатдегидрогеназ мезофильных и термофильных бактерий рода Bacillus обнаружено увеличенное содержание основных аминокислот аргинина и лизина в активном центре лактатдегидрогеназ у термофилов. Устойчивость ферментов термофилов обеспечивается также ионами Са2+, кофакторами и другими агентами, которые связываются с ними.

Влияние давления

На микроорганизмы влияет осмотическое и гидростатическое давление.

Осмотическое давление.

Окружающая среда может быть: 1)гипертонической, если концентрация веществ в клетке меньше, чем в ней, т.е. вода стремится из клетки 2) гипотонической – обратная ситуация 3) изотонической, если концентрация веществ в клетке такая же, как в окружающей среде.

Организмы делятся на галофилов, осмофилов и осмотолерантов.

Существуют организмы, способные  жить лишь при очень высоких  концентрациях солей (NaCl). Это галофильные, т.е. «любящие» высокую концентрацию солей, организмы. Они представлены умеренными галофилами, которые хорошо растут в среде с 10% соли, но выносят 20%-ную её концентрацию, и экстремально галофильными  архебактериями родов Halobacterium и Halococcus, которые требуют содержания 12-15% солей и способны хорошо расти в насыщенном 32%-ном растворе NaCl. Галлофилы обнаружены среди различных групп микроорганизмов (прокариот и эукариот).Это золотистый стафилококк, холерный вибрион.

Осмофилы - организмы, способные существовать в субстрате с высоким осмотическим давлением. Дрожжи являются осмофилами, способны развиваться в присутствии высоких концентраций сахаров (20-30 %)

Осмотолеранты – некоторые дрожжи, плесневые грибы, Candida, Cryptococcus.

Защита от гипертонической среды - гидрофильными слизистыми капсулами, которые активно поглощают влагу,бактерии,обитающие на корнях пустынных растений, выделяют такие значительные количества гигроскопической слизи, что обеспечивают водой не только самих себя, но и растения.

Защита от гипотонической среды – наличие вакуолей и клеточной стенки.

Гидростатическое давление.

Влияет на водную микрофлору (в морях и океанах на глубине давление составляет 600-700 атм). При повышении давления бактерии живут, но скорость размножения умньшается. В соответствии с отношением к гидростатическому давлению различают баротолерантов, барофиллов.

Барофилы, или пьезофилы —организмы, способные обитать в условиях с крайне высоким давлением до 700 атмосфер и более. К ним относятся глубоководные бактерии (например, Barotolerant, Halomonas) и археи.

Баротолерантные бактерии - способные расти и размножаться как в условиях нормального атмосферного давления, так и при давлении в несколько сот атм. Баротолерантные бактерии распространены преимущественно в водной толще, в илах морей и океанов; они обнаружены и в поверхностных слоях почв.

Влияние влажности

Влажность выражается в относительной влажности (0-100%) и в активности воды (0-1). Активность воды - отношение давления водных паров раствора (субстрата) – Р и чистого растворителя – Р0 при одной и той же температуре. аw= Р/ Р0.

На развитие микроорганизмов большое влияние оказывает влажность среды. Это объясняется тем, что питательные вещества могут поступать в клетку только в растворенном виде. С уменьшением воды замедляются обменные процессы и клетка переходит в состояние анабиоза. При относительной влажности ниже 60% наступает гибель микроорганизмов. Хорошо живут организмы при 60-100%. Оптимальные условия для большинства – 90-99%, для плесневых грибов и актиномицетов – 80-85%, для галофилов – 75%.

Потребность во влаге колеблется в широких пределах, различают микроорганизмы: гидрофиты, мезофиты, ксерофиты. Бактерии и дрожжи в основном гидрофиты. Многие плесневые грибы – мезофиты.

Высушивание микроорганизмов в глубоком вакууме обеспечивает сохранение их жизнеспособности в течении многих лет, т.к. в таких клетках биологические процессы резко замедлены.  Существует метод получения сухих культур микроорганизмов высушиванием при низких температурах (-40 - -80 градусов по Цельсию) под высоким вакуумом. Этот процесс называется лиофилизацией.