Организм и среда взаимное влияние на примере микробов Среда обитания микроорганизмов. Влияние факторов среды на микроорганизмы : • Действие света; • Гидростатическое давление; • Концентрация ионов водорода; • Молекулярный кислород; • Соединения и ионы токсичные для бактерий; • Влажность; • Температура. Патогенетическое и эпизоотологическое значение психрофильных бактерий. Регуляция численности патогенных микроорганизмов.
Искусственные среды – микроорганизмы ЖКТ
Искусственные среды- почвенные микроорганизмы
Цветные микроорганизмы (красивые)
Воздушный плесневый гриб
Почвенная среда обитания
Водная среда обитания для живых организмов
Океан -микроорганизмы «Черный курильщик»
Грибок на деревянной конструкции дома
Микробы в организме человека
Микроорганизмы ротовой полости
Влияние факторов среды на микроорганизмы Условия внешней среды имеют большое значение для жизни микроорганизмов: • Температура; • Влажность; • наличие кислорода; • освещенность; • другие факторы среды влияют на рост микроорганизмов и распространение их в природе.
Действие света на микроорганизмы
Некоторым микроорганизмам свет необходим для нормального развития, но для большинства из них он губителен. Ультрафиолетовые лучи солнца обладают бактерицидным действием, т. е. при определенных дозах облучения приводят к гибели микроорганизмы. Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей ртутно-кварцевых ламп используют для дезинфекции воздуха, воды, некоторых пищевых продуктов. Инфракрасные лучи тоже могут вызвать гибель микробов за счет теплового воздействия.
Ионизирующее облучение – имеет губительное действие на микроорганизмы
Влияние гидростатического давления на микроорганизмы В покоящейся жидкости всегда присутствует сила давления, которая называется гидростатическим давлением. Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости, находящиеся у дна. В настоящее время возникло новое направление в микробиологии- баробиология микроорганизмов, которая изучает роль гидростатического давления как экологического фактора, оказывающего влияние на распространение и активность микроорганизмов в глубине
Обычное давление не оказывает существенного влияния на микробные клетки. Однако очень высокое гидростатическое давление может остановить рост микробов. Так, при давлении выше 5 -107 Па большинство микроорганизмов не растут. Умеренное давление (1 -107— 5 -107 Па) обычно угнетает рост и размножение микроорганизмов. В то же время существуют микроорганизмы, обитающие в грунтах и водах океана, которые могут размножаться при высоком давлении. Многие из этих микроорганизмов совершенно не размножаются при обычном атмосферном давлении, их называют барофильными. Существуют также баротолерантные микроорганизмы, которые размножаются при нормальном атмосферном давлении, но хорошо переносят высокое давление.
Гидростатическое давление обладает свойствами: Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости. Свойство 2. Гидростатическое давление неизменно во всех направлениях. Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.
Влияние концентрации р. Н на микроорганизмы Для большинства микроорганизмов оптимальное значение p. H — около 7. Предельные значения p. H, выше и ниже которых известные в настоящее время микроорганизмы прекращают рост и размножение, приблизительно равны 1 и 11. При p. H 1 могут существовать лишь немногие бактерии и грибы, при p. H 11 — только некоторые водоросли, грибы и бактерии. За редкими исключениями, бактерии не способны расти при p. H ниже 4. Большая часть бактерий не размножается при p. H выше 9. Следовательно, диапазон p. H, при котором они
Имеются бактерии, которые лучше растут при щелочной реакции (p. H 10 и выше). Такие организмы называются Алкалофильными. Найдены также бактерии, способные развиваться в очень кислой среде, это ацидофильные микроорганизмы. Они облигатно нуждаются для роста в очень низких значениях p. H (3 и менее). Кислотоустойчивые микроорганизмы могут выносить низкие p. H от 1 до 0, 1, не подвергаясь заметному отрицательному влиянию и к ним принадлежат тионовые бактерии, окисляющие сероводород и серу. Грибы и дрожжи хорошо размножаются и при низком (p. H 2— 3), и довольно высоком значении p. H (8— 10). Многие грибы предпочитают кислую среду, и имеют тенденцию расти лучше при p. H 5— 6.
Влияние молекулярного кислорода на микроорганизмы Микроорганизмы, нуждающиеся для жизни в О 2 называются облигатными (строгие) аэробами, а те которые не используют кислород - анаэробы. Анаэробы бывают двух типов: 1. облигатные - для них кислород токсичен; 2. аэротолерантные -не погибают при контакте с кислородом. Токсичность кислорода для облигатных анаэробов определяется тем, что эти организмы не имеют окислительных ферментов (супероксиддисмутазы и каталазы ), содержащихся в клетках аэробов и аэротолерантных анаэробов и защищающих организм от токсичных продуктов кислородного обмена (Н 2 О 2 и др. ).
Факультативные анаэробы - микроорганизмы, имеющие анаэробный тип метаболизма и нечувствительные к кислороду (кишечные бактерии), которые в зависимости от условий среды могут иметь: окислительный или бродильный тип обмена (дрожжи при доступе воздуха могут окислять сахар до СО 2 и Н 2 О, а в анаэробных условиях они вызывают спиртовое брожение до С 2 Н 5 ОН, Н 2 О, СО 2). В природе имеются микроорганизмы, удовлетворяющиеся небольшими количествами кислорода - м и к р о а э р о ф и л ы, которые лучше растут при парциальном давлении
Соединения и ионы токсичные для бактерий К соединениям и ионам токсичным для бактерий относят химические вещества, которые попадая в бактериальную клетку, взаимодействуют составными компонентами ее и нарушают функции бактерий, что приводит к остановке роста организма (бактериостатический эффект) или его гибели (бактерицидный эффект). Химические соединения делятся на • Поверхностно-активные вещества — жирные кислоты, мыла, детергенты, вызывающие повреждение клеточной стенки;
• Фенол, крезол и их производные, не только повреждающие клеточную стенку, но и воздействующие на белки цитоплазмы; • Акридины (вещества типа дибензопиридина), обладающие сродством к нуклеиновым кислотам и нарушающие процессы клеточного деления; • Формальдегид (40%-ный раствор формалина), вызывающий денатурацию белков; • Соли тяжелых металлов, приводящие к коагуляции белков, а поэтому обусловливающие гибель не только микроорганизмов, но и вирусов.
Характер действия ядовитого вещества — бактерицидный или бактериостатический — зависит от его концентрации, то есть его токсичность определяется дозой. Растворы токсических соединений применяются в качестве дезинфицирующих средств в медицине, пищевой промышленности. В сельском хозяйстве их используют для химической дезинфекции (протравливания) семян и почвы, такого рода дезинфекция обычно направлена против определенного возбудителя заболевания и называется частичной дезинфекцией.
Влажность Микроорганизмы могут жить и размножаться только в присутствии свободной воды, т. к. растворенные в воде питательные вещества могут поступать в микробную клетку. Если концентрация растворенных в воде соединений содержится мало (т. е. низкое осмотическое давление), раствор называется гипотоническим. Раствор с высоким осмотическим давлением называется гипертоническим.
В растворах, имеющих более высокое осмотическое давление, чем внутри микробной клетки, последние не могут жить, т. к. вода выходит из клетки наружу происходит обезвоживание и протопласт сжимается- это плазмолиз. В среде с очень низким осмотическим давлением вода будет поступать внутрь клетки и оболочка которой может лопнуть- это плазмоптиз. Высокое осмотическое давление среды не препятствует росту лишь некоторых микроорганизмов (плесени из родов Aspergillus и Penicillium, дрожжи), их называют
Осмотическое давление клетки у грамположительных бактерий достигает 3 х 106 Па, у грамотрицательных – 4 х105 - 8 х105 Па. Следовательно, в растворах с высоким осмотическим давлением — около 9 х106 -107 Па (15 -20% Na. Cl)-создаются условия, невозможные для роста бактерий и ряда других организмов. Многие плесени из родов Aspergillus и Penicillium могут расти на едва увлажненных субстратах, т. к. осмотическое давление в их клетках достигает 2 х105 - 2, 5 х105 Па.
Микроорганизмы, которые могут жить при высоких концентрациях Na. Cl называются галофильными. Они представлены двумя основными типами: 1. умеренные галофилы, которые развиваются при содержании соли 1— 2%, хорошо растут в среде с 10% соли, но могут выносить даже 20% - ное ее содержание (большинство бактерий не переносят концентрации Na. Cl выше 5%) 2. экстремальные галофилы ( Halobacterium и Halococcus), которые требуют концентрации Na. Cl от 12 до 15% и способны при 32%.
Действие высоких концентраций солей на микроорганизмы может быть обусловлено как самим растворенным веществом, так и его влиянием на активность воды (aw). Величины aw, лимитирующие рост различных бактерий, колеблются в пределах от 0, 75 до 0, 96. Наиболее устойчивые к обезвоживанию почвенные грибы- компоненты микробоценоза.
Снижение водного потенциала обусловливает подавление в почве таких важных процессов, как нитрификация и симбиотическая азотфиксация. При дефиците влаги микроорганизмы не размножаются, поэтому в высушенных пищевых продуктах (рыба, мясо, фрукты) имеется много живых микроорганизмов, но развиваться они не могут, а при увлажнении их начинается интенсивное размножение микроорганизмов. Споры не только бактерий, но и других микроорганизмов хорошо переносят высушивание.
Метод лиофилизации, т. е. получения сухих культур микроорганизмов путем высушивания из замороженного состояния (-76°С) под высоким вакуумом. Метод быстрого высушивания в условиях вакуума (в средах специального состава) широко используется для сохранения производственных и музейных культур микроорганизмов. Влияние воды на развитие микроорганизмов связано с ее поверхностным натяжением, т. е. служит показателем силового ноля поверхности воды. Поверхностное натяжение воды при 20°С равно 7, 3 -10 -2 Н/м.
Поверхностно – активные вещества способны повышать ли понижать поверхностное натяжение воды, благодаря тому, что не образуют с водой гомогенных растворов. Мыльные растворы, алифатические спирты с длинной цепью или желчные кислоты понижают поверхностное натяжение, т. к. изменяется клеточная проницаемость за счет разрушения осмотических барьеров- это приводит к остановке процессов размножения и роста микроорганизмов. Ряд бактерий вообще не растут на средах с низким поверхностным натяжением. Многие поверхностно - активные вещества добавляют к дезинфицирующим средствам для повышения их смачивающей способности, например, смесь мыла (поверхностно - активное вещество), фенола и крезола
Температура Микроорганизмы лишены механизмов, регулирующих температуру, поэтому их существование определяется температурой окружающей среды. Они по-разному относятся к предельным (низким и высоким) температурам. Микробные клетки переносят низкие температуры от -190°С (жидкий воздух) до -252°С (жидкий водород) они после размораживания сохраняют способность к росту, а под влиянием высоких температур они довольно быстро погибают, т. к. при +60°С и выше вызывают коагуляцию белков и инактивацию ферментов у
Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы: • психрофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при низких температурах с минимумом при -10 -0 °С, оптимумом при 10 -15 °С; • мезофилы - микроорганизмы, для которых оптимум роста наблюдается при 25 -35 °С, минимум — при 5 -10 °С, максимум — при 50 -60 °С; • термофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при относительно высоких температурах с оптимумом роста при 50 -65 °С, максимумом - при температуре более 70 °С. Нагревание до температуры 100— 120°С используют в микробиологии для полного уничтожения вегетативных
К психрофилам относятся некоторые почвенные и морские бактерии, а также болезнетворные для рыб и водных растений микроорганизмы Патогенные для человека и теплокровных животных микробы имеют оптимум около 37°С. Термофильные формы имеются у бактерий, актиномицетов, водорослей, грибов и простейших. В природе термофильные микроорганизмы обитают в горячих источниках и принимают непосредственное участие в процессах самонагревания навоза, сена, зерна и т. д.
Патогенетическое значение психрофильности патогенных бактерий При переходе от сапрофитического существования к паразитическому и наоборот бактерии подвергаются воздействию целого комплекса резко изменившихся условий среды, адаптация к которым возможна лишь при наличии адекватного ответа со стороны микроорганизмов, т. е. физиологической перестройки как на уровне одной клетки, так и на уровне популяции, что отражается на многих свойствах микроорганизмов, в частности на вирулентности. Способность вызывать инфекционный процесс формировалась у бактерий в направлении приобретения функций: • инвазивной, т. е. позволяющим им проникать в организм,
Факультативные паразиты являются инвазивными патогенами (проникают через слизистый барьер организма во внутреннюю среду) и внеорганизменная популяция таких микробов обладает высоким инвазивным потенциалом, и исход инфекции зависит от этой 1 стадии возбудителя (в течение первых 10 -15 минут) инфекционного процесса. Попав же в теплокровный организм, бактерии подвергаются селективному давлению факторов макроорганизма (t-ра тела 36 -37 С), адаптация происходит в начальный период болезни. Микробы проникают по лимфатическим сосудам в регионарные лимфоузлы брызжейки, где они накапливаются и вследствие развития патологического процесса, прорывают лимфатический барьер и проникают в кровь и после чего появляется симптомы
Исследования показали, что при пониженной температуре бактерии обладают высоким потенциалом клеточной и тканевой инвазивности и способны в течение нескольких минут проникать с поверхности эпителия в кровь и органы животных, сразу обусловливая генерализацию инфекционного процесса. При температуре 36 -37 С вне теплокровного организма эта способность у бактерий резко снижена.
• • • Регуляция численности патогенных микроорганизмов: Внутрипопуляционная регуляция. Регуляция организмом хозяина. Регуляция популяцией хозяина. Экосистемная регуляция. Геокосмическая регуляция. Социальная регуляция. Первые три уровня составляют регуляторные процессы, действующие внутри паразитарной системы, тогда как остальные уровни регуляции обеспечиваются факторами, внешними по отношению к паразитарной системе.
Механизмы регуляции численности возбудителей складываются из процессов саморегуляции в популяциях микроорганизмов, непосредственных воздействий тех или иных факторов на популяцию возбудителя, а также косвенных воздействий, однократно или многократно опосредованных через другие уровни регуляции. Биологическая регуляция есть всегда саморегуляция, представляя собой замкнутый цикл взаимодействий с отрицательной обратной связью.
При сопоставлении роли отдельных уровней и присущих им механизмов регуляции в контроле численности возбудителей выявлено, что от первого из выделенных уровней (внутрипопуляционного) к последнему (социальному) непосредственность и эффективность регуляции ослабляется. Наиболее сильные регуляторные механизмы находятся, по-видимому, внутри паразитарной системы: это процессы, действующие в самой популяции возбудителя, со стороны организма хозяина, а также непосредственные воздействия факторов внешней среды на возбудителя в процессе передачи. Последние способны вызвать массовую его элиминацию; недаром эффективность передачи считают одним из самых надежных способов регуляции популяций
• Спасибо за внимание
Скачать презентацию Организм и среда взаимное влияние на примере микробов
лекция 5 вет экология.ppt