Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы Взаимоотношения микробов

Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы. Взаимоотношения микробов друг с другом и макроорганизмом.

План лекции 1. Влияние физических факторов на микроорганизмы 2. Влияние химических факторов Понятие асептика и антисептика. 3. Влияние биологических факторов. Учение об антибиотиках. Использование кормовых антибиотиков в животноводстве и птицеводстве. 4. Формы взаимоотношений микроорганизмов (симбиоз, паразитизм, мутуализм, комменсализм, антагонизм).

Влияние физических факторов на микроорганизмы

Основные физические факторы, влияющие на микроорганизмы • • • температура, высушивание, осмотическое давление, свет, различные виды излучения, электричество и др.

Температура В зависимости от пределов оптимальной температуры своего развития, бактерии разделены на следующие три физиологические группы: 1. психрофильные (от греч. psichros — холодный, phileon — любить), 2. мезофильные (mesos — средний) 3. термофильные (termos — теплый).

Психрофильные микроорганизмы (психрофилы) — преимущественно обитатели северных морей, почвы, сточных вод (светящиеся бактерии, некоторые железобактерии и др. ). Температурные границы психрофилов: температура минимум около О °С, оптимум 15 20, максимум 30 35 °С.

Мезофильные бактерии — наиболее обширная группа. Сюда относятся большинство сапрофитов и все патогенные микроорганизмы. Температурные границы мезофилов: Температурный минимум 10 0 С, оптимум 30 37, максимум 40 45 °С.

Термофильные бактерии часто и в большом количестве встречаются в природе: почве, воде, теплых минеральных источниках, а также в пищеварительном тракте животных и человека. Температурные границы термофилов: Температурный минимум 35 °С, оптимум 50 60, максимум 70 75 °С.

экстремально-термофильные бактерии Способны существовать в горячих источниках при температурах 40 93 °С и выше. Они описаны как виды нового рода термус (Thermus). Возможность существования термофилов при высокой температуре обусловлена особым составом липидных компонентов клеточных мембран, высокой термостабильностью белков и ферментов, а также клеточных ультраструктур.

1. Воздействие температуры на микроорганизм При низкой температуре микробная клетка переходит в состояние анабиоза, в котором она может существовать длительное время, приостанавливаются гнилостные и бродильные процессы. При высокой температуре, в особенности при нагревании паром под давлением, микробы погибают. В основе бактерицидного действия высоких температур лежит разрушение ферментов каталазы, оксидаз, дегидраз за счет денатурации (свертывание) белков и нарушения осмотического барьера.

Стерилизация это обеспложивание (sterilis бесплодный), т. е. уничтожение различных микробов и их спор в разнообразных объектах. Способы стерилизации: 1. прокаливание на огне, 2. кипячение, 3. стерилизация сухим паром печах Пастера (сухожаровые шкафы), 4. стерилизация паром под давлением в автоклавах, 5. стерилизация без давления в аппарате Коха, 6. тиндализация (дробная стерилизация при 56. . . 58 °С), 7. пастеризация

пастеризация — метод предложенный Пастером с целью сохранения питательной ценности молока, вина, различных консервов, которые постепенно нагревают до 80 °С за 30 мин, а затем быстро охлаждают до 4 8 °С. При пастеризации погибают вегетативные формы микробов, споры же сохраняются, но быстрое охлаждение и хранение продукта при 4 5°С препятствует их прорастанию и последующему размножению микробов.

пастеризаторы

2. Воздействие высушивания на микроорганизм Высушивание сопровождается обезвоживанием цитоплазмы и денатурацией белков бактерий, вызывая их гибель. В микробиологической практике широко применяется длительное хранение культур микробов, иммуноглобулинов, антибиотиков, живых вакцин в высушенном виде из замороженного состояния (лиофилизация).

Лиофилизация - метод получения сухих культур микроорганизмов путем высушивания из замороженного состояния (-76°С) под высоким вакуумом (от греч. Lуо - растворять, phileo - люблю). При лиофилизации свободная вода и вода, непрочно связанная с гидрофильными веществами клеток, подвергается замораживанию, затем происходит сублимация льда, т. е. переход его из твердого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу. После этого остается сухая пористая масса, которая при добавлении к ней воды легко суспендируется. Повторное замораживание и оттаивание неблагоприятно воздействуют на микроорганизмы и может стать причиной их гибели при лиофилизации.

Продукты лиофилизации

3. Воздействие давления (гидростатического, осмотического) на м/о. Бактерии, устойчивые к высокому давлению, называют барофильными (от греч. baros — тяжесть). Они существуют при давлении в 1 × 105 Па (выделены из образцов, взятых со дна океанов, с глубины 5 тыс. м). Споры бацилл сохраняются при давлении 2 × 106 Па.

Осмотическое давление клетки составляет у грамположительных бактерий 3 × 106 Па, у грамотрицательных — 4 × 105 8 × 105 Па. В среде с более высоким осмотическим давлением наступает плазмолиз потеря воды и гибель клетки, а в среде с низким осмотическим давлением — плазмоптиз вода поступает внутрь клетки и клеточная стенка может разорваться.

Микроорганизмы, которые могут активно размножаться при высоком осмотическом давлении, называются осмофильные или галофилы (любящие соль). повышенном содержании хлорида натрия; ионы натрия необходимы галофилам для усвоения из окружающей среды питательных веществ. Некоторые галофилы размножаются при высокой 20 30% й концентрации хлорида натрия например, в солончаковых почвах, рассолах для соления рыбы, мяса, обычно вызывая порчу этих продуктов.

4. Воздействие излучения на микроорганизмы Свет (прямые солнечные лучи, рассеянный свет) Бактерицидное действие света связано с образованием гидроксильных радикалов и других высоко реактивных веществ, действующих губительно на микробную клетку. В ряде исследований при облучении микробов отмечена инактивация ферментов. Ультрафиолетовое излучение Механизм действия УФИ заключается в том, что в цепях ДНК между остатками тимина образуются ковалентные связи, что приводит к частичному или полному подавлению репликации ДНК, а также повреждению рибонуклеиновых кислот.

Ионизирующее излучение (рентгеновское) Механизм действия рентгеновского излучения заключается в поражении ядерных структур, в частности нуклеиновых кислот цитоплазмы, т. е. поражается генетический аппарат микробной клетки, что приводит к ее гибели или мутации. Лазерное излучение Под его влиянием все биологические объекты претерпевают необратимые изменения (денатурация белка и др. ), поскольку при энергии излучения в 1 Дж и размере светового пучка 1, 5 мм в точке фокуса излучения на глубине 100 мкм создается температура 60 °С.

5. Воздействие электричества на м/о: Токи высокой частоты приводят в колебание молекулы всех элементов клетки, вследствие чего происходит быстрое и равномерное нагревание всей ее массы независимо от температуры окружающей среды. Длительное воздействие токов высокой частоты приводит к электрофорезу некоторых компонентов среды; образующиеся при этом соединения инактивируют микробную клетку.

6. Воздействие ультразвука Механизм действия: в цитоплазме микроорганизмов, находящихся в жидкой среде (вода, молоко), образуется кавитационная полость, которая заполняется парами жидкости, в пузырьке возникает давление в 1 × 106 Па, что приводит к дезинтеграции цитоплазматических структур. Возможно, что в образующихся кавитационных полостях возникают высокореактивные гидроксильные радикалы, которые парализуют жизнедеятельность микроба.

Влияние химических факторов на микроорганизмы

Химические вещества могут тормозить или полностью подавлять рост микроорганизмов. Если химическое вещество подавляет рост бактерий, но после устранения его воздействия их рост возобновляется, то это явление называют бактериостаз (бактериостатическое действие), т. е. происходит задержка роста микроба, а не его гибель. При бактерицидном действии химический агент вызывает гибель клеток.

Противомикробные вещества по химическому строению и механизму бактерицидного действия можно подразделить на следующие группы: • Окислители (перекись водорода и перманганат калия), • Галогены (хлор, йод и их препараты), • Соединения металлов (соли свинца, меди, цинка, серебра, ртути; металлоорганические соеди нения серебра: протаргол, колларгол), • Кислоты и щелочи, • Поверхностно-активные вещества (катионные детергенты (церигель, дегмицид, этоний, декаметоксин и роккал), • Спирты, • Красители (бриллиантовый зеленый, этакридина лактат, флавакридина гидрохлорид, метиленовый синий и др. ), • Производные фенола и формальдегида.

Химические вещества (хлор и хлорсодержащие вещества, гидроксид натрия, фенолы, формальдегид) широко используют для дезинфекции и химической стерилизации. Дезинфекция — уничтожение только патогенных микроорганизмов в окружающей среде, а не всех микробов вообще, находящихся на объекте. Качество дезинфекции оценивают бактериологическим методом. В качестве тест микробов используют кишечную палочку (Е. coli) или золотистый стафилококк (St. aureus) в зависимости от инфекции, при которой проводится дезинфекция.

• Система мер, полностью предотвращающих проникновение микроорганизмов в макроорганизм при ранении, хирургических вмешательствах, называется асептикой. • Уничтожение микроорганизмов в ранах при помощи химических средств (растворы хлора, йода, пероксида водорода, калия перманганата, этакридина лактата, метиленового синего, бриллиантового зеленого, азотнокислого серебра и др. ) называется антисептикой (от греч. anti — против, septikos — гнилостный).

Влияние биологических факторов на микроорганизмы

Биологические факторы биологически активные соединения, образуемые клетками макроорганизма (ферменты, лизоцим, комплемент и др. ). Действие биологических факторов проявляется, прежде всего, в антагонизме микробов, когда продукты жизнедеятельности одних микробов вызывают гибель других.

Антибиотики (от греч. anti — против, bios — жизнь) — биологически активные вещества, образуемые в процессе жизнедеятельности грибов, бактерий, животных, растений, а также созданные синтетическим путем, способные избирательно подавлять рост и убивать микроорганизмы, грибы, риккетсии, крупные вирусы, простейшие и отдельные виды гельминтов. Антибиотики могут оказывать на микроорганизмы бактериостатическое (подавляющее рост и размножение) и бактерицидное (вызывающее гибель) действие.

По происхождению антибиотики можно разделить на пять групп. 1. Антибиотики, образуемые грибами и лишайниками (пенициллин, трихотецин и др). 2. Антибиотики, образуемые актиномицетами (стрептомицин, неомицин, гентамицин и др). 3. Антибиотики, выделенные из бактерий (грамицидин, колицин). 4. Антибиотики животного происхождения (акмолин, лизоцим и др). 5. Антибиотики растительного происхождения (фитонциды)

Применение антибиотиков в животноводстве Кормовые антибиотики: витамицин, кормогризин, стимулируют рост молодняка. Кормогризин антибиотик актиномицетного происхождения, не всасывается из пищеварительного тракта. Антибиотик витамицин — ускоряет рост животных и экономит корма, а также компенсирует недостачу витамина А в кормах. При применении бацитрацина получены также хорошие результаты.

Экология микроорганизмов Взаимоотношение микроорганизмов со средой их обитания изучает специальная наука - экология (греч. oicos-жилище, logosпонятие, учение). Основная единица экологии – экосистема. Биотические компоненты экосистемы биоценоз

Примеры микробных экосистем: пруд, озеро, желудочно кишечный тракт животного или человека, ротовая полость, вымя и т. д. Между микроорганизмами одной экосистемы складываются следующие взаимоотношения:

Формы взаимоотношений микроорганизмов Симбиоз –сожительство 2 и более видов м. о. между собой или с другими существами. Нпр. , сожительство гриба и водоросли в лишайнике. Всякое сожительство микроорганизма с макроорганизмом представляет собой симбиоз, который характеризуется различными типами биотических взаимоотношений по отношению к клеткам своего хозяина — это мутуализм, комменсализм, паразитизм.

Мутуализм — такая форма сожительства, когда оба симбионта — хозяин и микроб получают взаимную выгоду (кишечная палочка синтезирует и выделяет в окружающую среду витамины группы В); Комменсализм — такая форма сожительства, когда один из симбионтов (в данном случае микроб) живет за счет хозяина, пользуется его защитой, но не причиняет хозяину никакого вреда (Микробы комменсалы (стафилококки, стрептококки) населяют в качестве нормальной микрофлоры кожные покровы и слизистые оболочки животных).

• Паразитизм — такая форма сожительства, когда микробы паразиты питаются компонентами тканей хозяина, при этом причиняют ему вред, вызывая инфекционную болезнь, и не могут существовать без него. Такие микроорганизмы называются патогенными. • Нейтрализм – болезнетворные микроорганизмы, попадая в организм животного, никак не влияют друг на друга, т. е. между ними нет взаимодействия

Антагонизм — противоположное действие, взаимное противодействие органов, лекарственных средств, микробов. Антагонизм микробов — сложное взаимоотношение, когда при совместном развитии популяций бактерии одного вида или внутри одного того же вида угнетают развитие других, а иногда полностью уничтожают. Например, многие штаммы кишечной палочки способны подавлять развитие и уничтожать стрептококки, стафилококки, сибиреязвенную палочку, сальмонеллы, возбудителей злокачественного отека и туберкулеза.

• Метабиоз – один из м. о. использует продукты жизнедеятельности других, создавая тем самым благоприятные условия для его развития. Нпр. , сожительство аммонифицирующих и нитрифицирующих м. о. • Саттелизм – стимуляция роста одного м. о. продуктами жизнедеятельности другого, который затем становится его спутником. Нпр. , дрожжи синтезируют витамины группы В, тем самым стимулируют развитие других м. о. • Синергизм – одинаковые физиологические процессы разных особей микробной ассоциации, в результате чего происходит увеличение образования конечных продуктов. Нпр. , при совместном культивировании азотобактера и грибовидной бациллы увеличивается образование гетероауксина, который стимулирует рост растений.

Микрофлора почвы В почве живут и размножаются: амебы, инфузории, грибы, водоросли, актиномицеты и бактерии. Поверхностный слой почвы беднее микробами, так как на них вредно воздействуют факторы внешней среды: высушивание, ультрафиолетовые лучи, солнечный свет, повы шенная температура и др. Наибольшее количество микроорганизмов находится на глубине 5 15 см, меньше их на глубине 20 30 и еще меньше на глубине 30 40 см.

• Наиболее богаты микрофлорой возделываемые (культурные) почвы; бедны песчаные, горные, а также почвы, лишенные растительности; содержание м. о. в почве увеличивается с севера на юг. • Цвет и запах почвы зависят также от состава микроорганизмов. Запах почве придают определенные виды актиномицетов. • К типичным почвенным бактериям относятся Bac. subtilis, Bac. mycoides, Bac. mesentericus, Cl. botulinum, Cl. сhauvoei, а также термофильные, пигментные, непигментные и другие микроорганизмы, составляющие иногда 80 90% всей микрофлоры почвы. • В почве могут находиться и патогенным м/о.

Санитарно-бактериологический анализ почвы • охарактеризовать ее санитарное состояние; • изучить процессы самоочищения почвы; • определить пригодность участка для строительства домов, детских учреждений, водопроводов; • оценки почвенного и биотермического методов обезвреживания отбросов; • оценить эпидемиологически.

Краткий анализ включает определение кишечной палочки и общего числа сапрофитных бактерий почвы. Полный анализ включает определение: • кишечной палочки • общего числа сапрофитных бактерий почвы • количества анаэробов • протея • антибиотических м. о. • спорообразующих м. о. • термофильных м. о.

Микрофлора воды Вода естественная среда обитания микробов, основная масса которых поступает из почвы, воздуха с оседающей пылью, с отбросами, стоками, мочой и т. д. Микрофлора воды может быть автохтонная – собственная, порожденная средой обитания и аллохтонная – поступившая извне. Обсеменение воды выражают сапробностью – количество м. о. в 1 мл воды.

По происхождению воду подразделяют на: • атмосферную, которая служит средой для развития бактерий, т. к. содержит мало минеральных веществ. В 1 мл дождевой воды содержится до 300 400 м. о. • речную, содержание м. о. в ней зависит от времени года, питающих источников, территориального расположения. • озерную, м. ф. самая разнообразная по составу. • подземные воды, м. о. содержится меньше, т. к. в процессе фильтрации большинство задерживается почвой.

Естественное самоочищение воды происходит под влиянием: • физических факторов, т. е. в воде оседают нерастворимые органические и неорганические частицы, на которых адсорбированы м. о. • химических факторов. При снижении необходимых питательных веществ в воде и минерализации органических соединений вода становится неблагоприятной средой для развития м. о. • биологических факторов, т. е. в воде находятся микробы антагонисты, продукты жизнедеятельности которых подавляют другие м. о.

Санитарная оценка воды Коли-индекс количество особей кишечной палочки, содержащихся в 1 л исследуемого субстрата. К. и. определяют путем подсчета числа выросших колоний Е. coli на плотной питательной среде при посеве исследуемого субстрата в разных разведениях. Он служит показателем фекального загрязнения воды, пищевых продуктов и других объектов внешней среды. Водопроводная вода пригодна для животных и человека, если К. и. не более 3. (коли титр 300 и выше).

Коли-титр величина, выражающая наименьшее количество исследуемого материала в миллилитрах (для твердых тел в граммах), в котором обнаружена одна кишечная палочка. Для определения титра кишечной палочки исследуемый субстрат засевают в уменьшающихся объемах раздельно на жидкие, реже на плотные среды. К. т. используют как показатель фекального загрязнения воды, молока и других пищевых продуктов. Общее микробное число – общее количество микроорганизмов в 1 мл воды.