Влияние химических факторов на микроорганизмы Питательные и токсичные

Влияние химических факторов на микроорганизмы. Питательные и токсичные вещества для микроорганизмов Лекция № 7 по дисциплине «Экология микроорганизмов»

План лекции: n Питательные вещества Копиотрофы ¨ Олиготрофы ¨ n n n Классификация Особенности олиготрофов Токсичные вещества для микроорганизмов Степень токсичности вещества ¨ Взаимодействие с металлами ¨ Антибиотики ¨ Антисептики ¨ 2

Копиотрофы – организмыколонизаторы, способные расти только на богатых питательных средах и предпочитающие изобилие пищевых веществ (от греч. copiosus – изобилие, trophe – пища) Escherichia сoli 3

Олиготрофы Бактерии, существование которых в природе зависит от их способностей размножаться в местах с низким пищевым потоком углерода – до 0, 1 мг/л в день, относятся к олиготрофам (от греч. oligos – малый, trophe – пища). Олиготрофные микроорганизмы обычно используют для питания простые органические соединения – органические кислоты, спирты. Многие из них имеют приспособления для увеличения поверхности клетки: n винтовую скульптуру поверхности (Seliberia), n винтовое строение клетки (Spirillum), n простеки (у простекобактерий). Vibrio Agrobacterium 4

Классификация олиготрофов 1. Растут на органической среде только в первом посеве пробы, не выдерживают пересевов Организмы: Thiospirillum Rhodocyclus бактерии необычной морфологии (бобовидные, тороидальные, треугольные, шестиугольные, звёздчатые клетки и т. д. ) 5

Классификация олиготрофов 2. При первом посеве пробы растут только на бедных средах, но в последующих пересевах растут на богатых средах Организмы: Pseudomonas, Agrobacterium, Photobacterium, Vibrio, Aeromonas, Flacobacterium, Micrococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Arthrobacter. Micrococcus luteus Staphylococcus aureus Pseudomonas Aeromonas 6

Классификация олиготрофов 3. Бактерии выделяют и культивируют на специальных бедных средах Организмы: Hyphomicrobacterium, Caulobаcter, Microcyclus, Leptothrix, Ochrobium, Мetallogenium. Leptothrix Ochrobium Metallogenium Microcyclus Caulobacter 7 Hyphomicrobium

Классификация олиготрофов 4. Не культивируются в лабораторных условиях, обнаружены в природных водоёмах при изучении проб в электронный микроскоп Организмы: простековые бактерии с газовыми вакуолями. 8

Особенности олиготрофов n n Эффективность транспортных систем Форма клеток Подвижность Образование запасных веществ 9

Токсичные вещества для микроорганизмов n n n Бактериостаз – (греч. bakterion – палочка, stasis – стояние на месте) задержка роста и размножения бактерий, вызванная действием неблагоприятных химических или физических факторов. Прекращение действия фактора приводит к возобновлению роста и деления, хотя при длительном его воздействии может начаться гибель клеток, т. е. фактор проявляет бактерицидность (лат. caedere – убивать). Во многих случаях вещество в невысоких концентрациях обладает бактериостатическим, а в высоких бактерицидным действием. 10

Степень токсичности вещества n n Степень токсичности вещества для данной бактерии выражается через пороговую концентрацию, после достижения которой вещество становится бактерицидным, а также определяется его «концентрационной экспонентой» n. Концентрационная экспонента n рассчитывается по формуле: где C 1 – большая и С 2 – меньшая концентрация вещества, А – время гибели определенной части клеток при концентрации С 2, В – то же при концентрации С 1. Показатель n характеризует вещество. 11

Взаимодействие с металлами n По степени токсичного воздействия на микроорганизмы металлы можно расположить в следующем порядке: Sb > Ag > Cu > Hg > Co > Ni > Pb > Cr > V > Cd > Zn > Fe n Эффект Арндт-Шульца: нарушение барьерных функций мембраны за счет аккумуляции яда в нелетальных концентрациях на поверхности клетки, что определяет свободное поступление пищи в клетку и соответственно усиление ее метаболизма. n Олигодинамическое действие (oligos – малый, dynamis – сила) – бактерицидное действие ничтожно малых концентраций токсических веществ (характерно для ионов золота, меди, цинка и особенно серебра). 12

Механизмы действия металлов на клетку преимущественно не специфический характер действия металлов на клетку; Ø нарушение функций ЦПМ; Ø угнетение дыхания за счет взаимодействия с компонентами дыхательной цепи и нарушения транспорта его субстратов; Ø ингибирование/нарушение координации процессов синтеза белка и РНК; Ø ингибирование активности металлоферментов, связанное с замещением специфического катиона; Ø мутагенное действие. Ø В качестве антисептиков широко применяют нитрат серебра (ляпис), сульфат меди (медный купарос) и хромат ртути (мербромин). 13

Взаимодействие с металлами а Магнитосомы - скопления магнетита в цитоплазме бактерии Aquaspirillum magnetotacticum б Срезы клеточной стенки бактерии Bacillus subtilis после 5 минут (а) и 10 минут (б) пребывания в 5 м. М растворе Au. Cl 3· 2 Н 2 О. Стрелками показаны центры кристаллизации металлического золота 14

Взаимодействие с металлами a b Тиобациллы (электронные микрофотографии): a – Th. thiooxidans (х90000), b – Th. ferrooxidans (х90000) Универсальным микроорганизмом, окисляющим сульфиды, является бактерия Thiobacillus ferrooxidans, которая может использовать в качестве энергетического субстрата практически все сульфидные минералы, восстановленные соединения серы и другие закисные элементы в растворе, в частности железо. 15

Антибиотики (греч. anti – противо, bios – жизнь) – вещества, образуемые микроорганизмами и способные в малых концентрациях оказывать избирательное токсическое действие на другие микроорганизмы или на клетки высших организмов. 16

Антисептики (греч. anti – противо, septicos – гнилостный) – бактерициды, используемые в практической деятельности человека. Бактерициды относятся к различным группам органических и неорганических веществ: Ø фенолы; Ø газы ; Ø спирты, или алкоголи; Ø галогены и галогеносодержащие препараты; Ø альдегиды; Ø кислоты и щелочи; Ø поверхностно-активные вещества (ПАВ). 17