3. Влияние факторов внешней среды на микрофлору. Изменчивость микробов и практическое значение этого явления. Влияние биологических факторов на микроорганизмы.

Влияние факторов внешней среды на микрофлору.

Микроорганизмы подвержены постоянному воздействию факторов внешней среды. Влияние этих факторов может быть благоприятным либо неблагоприятным. Неблагоприятные воздействия могут приводить к гибели микроорганизмов, то есть оказывать микробицидный эффект, либо подавлять размножение микробов, оказывая бактериостатическое действие.

Неблагоприятное воздействие на микроорганизмы факторов внешней среды люди использовали с древнейших времён. Например, погреба часто окуривали серой; во время эпидемий для обеззараживания предметов их прокаливали или обрабатывали специальными составами (смесью уксуса и винного спирта). Открытие и изучение свойств патогенных микроорганизмов дало начало направленной разработке методов подавления жизнедеятельности микробов. Было установлено, что некоторые воздействия оказывают избирательный эффект на отдельные виды, другие — проявляют широкий спектр активности.

Температура.

Мезофильные виды бактерий. Термофильные виды. Психрофильные виды.

Микробы приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Выделяют оптимальную температуру (благоприятную для роста и размножения), минимально и максимально приемлемые (за их пределами рост прекращается). По отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на мезофильные, психрофильные и термофильные.

• Мезофильные виды (от греч. mesos, средний, промежуточный, + phileo, любить) лучше растут в пределах 20-40 °С; к ним относится большинство патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

• Термофильные виды (от греч. therm(e), тепло, + phileo, любить) быстрее растут при температуре выше 40 °С, верхний предел 70 °С (примеры — Thermoactinomyces vulgaris, Bacillus stearothermophilus). К термотолерантным относят микробов, растущих при повышении температуры до 50 °С (например, Methytococcus capsulatus); к крайне термофильным — виды, для которых оптимальная температура роста превышает 65 °С (Sulfolobus). Отдельные виды бактерий способны расти при температуре выше 70 °С: Sulfolobus acidocaldarius растёт при 80 °С, a Pyrodictium occultum (строгий анаэроб, восстанавливающий серу) — при 105 °С.

• Психрофильные виды [от греч. psychros, холод, + phileo, любить] растут в диапазоне температур 0-10 °С; к ним относится большинство сапрофитов, обитающих в почве, пресной и морской воде (например, морские светящиеся бактерии, некоторые железобактерии рода Galionella).

Высокая температура вызывает коагуляцию структурных белков и ферментов микроорганизмов. Большинство вегетативных форм гибнет при 60 °С в течение 30 мин, а при 80-100 °С — через 1 мин. Для сохранения жизнеспособности относительно благоприятны низкие температуры (например, ниже 0 °С), безвредные для большинства микробов. Бактерии выживают при температуре ниже -100 °C; споры бактерий и вирусы годами сохраняются в жидком азоте. Простейшие и некоторые бактерии (спирохеты, риккетсии и хламидии) менее устойчивы к температурным воздействиям.

Влажность. При относительной влажности окружающей среды ниже 30% жизнедеятельность большинства бактерий прекращается. Время их отмирания при высушивании различно (например, холерный вибрион – за 2 суток, а микобактерии – за 90 суток). Особой устойчивостью к засухе обладают споры бактерий.

Широко распространено искусственное высушивание микроорганизмов, или лиофилизация. Метод включает быстрое замораживание с последующим высушиванием под низким (вакуумом) давлением (сухая возгонка). Лиофильную сушку применяют для сохранения иммунобиологических препаратов (вакцин, сывороток), а также для консервирования  и длительного сохранения культур микроорганизмов.

Влияние концентрации растворов на рост микроорганизмов опосредовано изменением активности воды как меры доступной для организма воды. И если содержание солей вне клетки окажется выше их концентрации в клетке, то вода будет выходить из клетки. Угнетение патогенных бактерий хлористым натрием обычно начинается при его концентрации около 3%.

Излучения.

Солнечный свет губительно действует на микроорганизмы, исключением являются фототрофные виды. Наибольший микробицидный эффект оказывает коротковолновые УФ лучи. Энергию излучения используют для дезинфекции, а также для стерилизации термолабильных материалов.

УФ лучи (в первую очередь коротковолновые, т.е. с длиной волны 250-270 нм) действуют на нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие основано на разрыве водородных связей и образовании в молекуле ДНК димеров тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов. Применение УФ излучения для стерилизации ограничено его низкой проницаемостью и высокой поглотительной активностью воды и стекла.

Рентгеновское и g-излучение в больших дозах также вызывает гибель микробов. Облучение вызывает образование  свободных радикалов, разрушающих нуклеиновые кислоты и белки с последующей гибелью микробных клеток.  Применяют для стерилизации бактериологических препаратов, изделий из пластмасс.

Микроволновое излучение применяют для быстрой повторной стерилизации длительно хранящихся сред. Стерилизующий эффект достигается быстрым подъемом температуры.

Ультразвук. Определенные частоты ультразвука при искусственном воздействии способны вызывать деполимеризацию  органелл микробных клеток, под действием ультразвука газы, находящиеся в жидкой среде цитоплазмы активируются, и внутри клетки возникает высокое давление (до 10 000 атм.). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.

Давление. Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления. Повышение давления до некоторого предела не сказывается на скорости роста обычных наземных бактерий, но начинает препятствовать нормальному росту и делению. Некоторые виды бактерий выдерживают давление до 3000-5000 атм., а бактериальные споры – даже 20000 атм.

В условиях глубокого вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна.

Изменчивость микробов и практическое значение этого явления.

Микробы обладают большой приспособляемостью к внешним условиям и изменчивостью, которая выражается непостоянством формы, величины, культуральных, ферментативных реакций, а также биологических свойств. Изменчивость может проявиться в виде адаптации, мутации и диссоциации.

Адаптация – самая распространенная форма изменчивости. Возникает она вследствие длительного приспособления организмов к различным условиям внешней среды, а также воздействию физических, химических, биологических и других факторов. Приспосабливаясь к определенным условиям существования, микроорганизмы изменяются и приобретают новые свойства, которые могут закрепляться наследственно и передаваться от одного поколения к другому.

В результате адаптации один и тот же вид микробов может дать несколько разновидностей и типов. Адаптационная изменчивость микроорганизмов имеет большое практическое значение для пищевой промышленности, медицины, ветеринарии и сельского хозяйства. Искусственным путем получены штаммы дрожжей, адаптированных к повышенной концентрации спирта в питательной среде, что позволяет увеличить выход спирта в процессе винного брожения.

Адаптированные вирусы широко применяют для получения высокоактивных вакцин, которые используют с целью предупреждения инфекционных болезней человека и животных.

Мутация – форма наследственной изменчивости организмов. Она характеризуется внезапным появлением не свойственных данному виду микробов новых свойств. Микробы-мутанты отличаются от представителей исходного вида морфологическими признаками, физиологическими, биохимическими и биологическими особенностями. Различают естественно и искусственно вызванные мутации.

Искусственные мутации, у микробов получают путем воздействия на них лучистой энергии (ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, радиоактивных веществ) и некоторых химических соединений. Полученные полезные мутанты грибов и бактерий используют в биологической промышленности и виноделии.

Диссоциация – относится к ненаследственной изменчивости (модификации). Ее отмечают у многих видов бактерий при выращивании их на искусственных питательных средах. Явления изменчивости особенно показательны при выращивании бактерий на плотной агаризованной среде. При посеве чистой культуры бактерий часто вырастают разные по своему внешнему виду колонии.

Пользуясь явлением диссоциации, можно получить расы бактерий, необходимые для получения разных веществ.

Влияние биологических факторов на микроорганизмы.

Л.В.Григорьева (1975) выделяет следующие пять основных видов действия биологических факторов на патогенную микрофлору.

1. Антагонистическое действие;

2. Защитное действие;

3. Трансмиссивное действие (перенос патогенной микрофлоры сопутствующей микрофлоре, простейшими, гидробионтами);

4. Индифферентное действие;

5. Смешанное действие.

Биологические факторы ^__ сводятся к взаимоотношению между микроорганизмами, соприкасающимися в процессе своей жизнедеятельности. Основные типы взаимоотношений: симбиоз, метабиоз, антагонизм, паразитизм.

Симбиоз – условия, когда два или более вида организма совместно развиваются лучше, чем по отдельности (молочнокислые бактерии и дрожжи при производстве моченой продукции).

Метабиоз – условия, при которых жизнедеятельность одного микроорганизма способствует развитию другого (например, продукты обмена одного микроорганизма являются источником питания для другого).

Антагонизм – один вид микроорганизма угнетает или вызывает гибель другого за счет быстрого размножения или выделения в среду метаболитов (например, антибиотиков, микотоксинов).

Паразитизм – один микроорганизм живет за счет другого.

С точки зрения использования микроорганизмов для защиты от инфекций важнейшее значение имеет антагонистическое действие.

К биологическим факторам с антагонистическим действием на микроорганизмы могут быть отнесены препараты, содержащие живых особей – бактериофагов и бактерий, обладающих выраженной конкурентной активностью по отношению к патогенным и условно-патогенным видам микробов. Они используются в жизнеспособном состоянии. Фаги и антагонисты оказывают прямое повреждающее действие на патогенных и условно-патогенных микробов; изготовленные из них препараты предназначены для местного применения, для них характерна специфичность действия на микроорганизмы и безвредность для людей и окружающей среды; целью их применения является лечение или профилактика инфекционных заболеваний. По механизму действия они близки к химическим антисептикам.

Необходимо также помнить и о молочно-кислых бактериях, которые вызывают процесс молочно-кислого брожения. Молочно-кислые бактерии способны синтезировать молочную кислоту и антибиотики и с их помощью подавлять развитие болезнетворных микробов.