Действие различных факторов на микроорганизмы

Доклад на тему: «Действие различных факторов на микроорганизмы»

 

 (СЛ 2) Микроорганизмы находятся в непрерывном взаимодействии с внешней средой и подвергаются разнообразным ее влияниям.

Результаты действия факторов внешней среды на микроорганизмы:

1. Благоприятные  (использ. для культивирования)

2. Неблагоприятные (бактериостатическое  и бактерицидное действие). (Применяются в мед. и санит. практике)

3. Изменяющие свойства микроорганизмов.

4. Индифферентные (не оказывающие влияния).

 

Бактериостатическое действие - подавляет размножение бактерий.

Бактерицидное действие вызывает необратимую гибель микроорганизмов. Механизм бактерицидного действия, как правило, связан с повреждающим воздействием этих веществ на клеточные стенки микроорганизмов, ведущим к их гибели.

В зависимости от природы действующего фактора, их разделяют на три группы: физ., химические и биологические.

 

(СЛ 3) 1.Физические факторы, влияющие на микроорганизмы

(СЛ 4) Температура

Жизнедеятельность каждого микроорганизма ограничена определенными температурными границами. Оптимальная температура обычно приравнивается к температуре окружающей среды. На графике показано, что для каждого организма существует минимальная температура, ниже которой рост не наблюдается; максимальная температура, выше которой рост невозможен, а оптимальная температура всегда ближе к максимальной, чем к минимальной.

Все микроорганизмы по отношению к температуре условно можно разделить на 3 группы:

По отношению к температуре бактерии делят на три группы: психрофилы (гр. psychria — холод, phileo — люблю), относительно быстро размножающиеся при температуре 0 °С; термофилы (гр.therme - жара, тепло), растущие при температуре выше 45–50 0С, мезофилы (гр. mesos — средний, промежуточный), развивающиеся в диапазоне умеренных температур.

Первая группа: психрофилы — это холодолюбивые микроорганизмы, растут при низких температурах: min t — 0 °С, opt t — от 10—20 °С, max t — до 40 °С. К таким микроорганизмам относятся обитатели северных морей и водоемов. К действию низких температур многие микроорганизмы очень устойчивы. Некоторые микроорганизмы выдерживают температуру до -190°С, а споры бактерий могут выдерживать до -250°С. При низких температурах микроорганизмы впадают в состояние анабиоза, при котором замедляются все процессы жизнедеятельности, протекающие в клетке.

Ко второй группе относятся мезофилы — это наиболее обширная группа бактерий, в которую входят сапрофиты и почти все патогенные микроорганизмы, так как opt температура для них 37 °С (температура тела), min t = 10 °С, maxt = 45 °C. Мезофиллами являются все патогенные и условно-патогенные микроорганизмы и большинство сапрофитных.

К третьей группе относятся термофилы — теплолюбивые бактерии, развиваются при t выше 55 °С, min t для них = 30 °С, max t = 70—76 °С. Эти микроорганизмы обитают в горячих источниках. Среди термофилов встречается много споровых форм. Споры бактерий гораздо устойчивей к высоким температурам, чем вегетативные формы бактерий. Например, споры бацилл сибирской язвы выдерживают кипячение в течение 10—20 с. Все микроорганизмы, включая и споровые, погибают при температуре 165—170°С в течение часа.

Для экстремальных термофилов характерны следующие температурные параметры: оптимум в области 80 – 105 °С, минимальная граница роста 60 °С и выше, максимальная – до 110 °С. К экстремальным термофилам относятся организмы из группы архебактерий (представители родов Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictiumи др.).--Таблица температур на слайде--

 

(СЛ 5) Высушивание

Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов нужна вода. Высушивание приводит к обезвоживанию цитоплазмы, нарушается целостность цитоплазматической мембраны, что ведет к гибели клетки. Устойчивыми к высушиванию являются возбудители туберкулеза, которые могут сохранять свою жизнеспособность до 9 месяцев, а также капсульные формы бактерий.

Особенно устойчивыми к высушиванию являются споры. Например, споры сибирской язвы могут сохраняться в почве до 100 лет.

Для хранения микроорганизмов и изготовления лекарственных препаратов из бактерий применяется метод лиофильной сушки. Сущность метода состоит в том, что микроорганизмы сначала замораживают при -273 °С, а потом высушивают в условиях вакуума. При этом микробные клетки переходят в состояние анабиоза и сохраняют свои биологические свойства в течение нескольких лет. Таким способом изготавливают биопрепарат «колибактерин», содержащий штаммы Е. coli.

Если режим лиофильного высушивания не соблюдался (а для разных видов бактерий он различен), то клеточная стенка у бактерий разрывается и они гибнут. Рис.

Рис - Лифильно высушенные живая (а) и погибшая (б) бактерии

 

(СЛ 6) Лучистая энергия.

Существуют разные формы лучистой энергии, характеризующиеся различными свойствами, силой и характером действия на микроорганизмы.

Действие излучений различных диапазонов:

- ИК – нагревание

- Видимый свет – фотосинтез, фототаксис, фотореактивация, фотохимические окислительные процессы, синтез веществ

- УФ – бактерицидный и мутагенный эффекты

- Ионизирующее излучение - бактерицидный и мутагенный эффекты

 

(СЛ 7) УФ оказывает бактерицидный (чем λ меньше, тем Е больше) и мутагенный эффекты

Вследствие присущей УФ-лучам высокой химической и биологической активности, они вызывают у микроорганизмов инактивацию ферментов, коагуляцию белков, разрушают ДНК в результате чего наступает гибель клетки. Также + Механизм действия УФ-лучей связан образованием тиминовых диаметров в ДНК бактериальных клеток. Сублетальные доз УФ-лучей оказывают мутагенное действие на бактерии и вирусы.

Патогенные бактерии более чувствительны к действию УФ-лучей, чем сапрофиты, поэтому в бактериологической лаборатории микроорганизмы выращивают и хранят в темноте.

Бактерицидное действие УФ-лучей используют для стерилизации закрытых помещений: операционных, микробиологических боксов, учебных аудиторий кафедры микробиологии. Для этого применяют бактерицидные лампы ультрафиолетового излучения.

На микроорганизмы оказывают влияние и рентгеновское излучение, α-, β- и γ-лучи, которые оказывают губительное действие на микроорганизмы только в больших дозах. Эти лучи разрушают ДНК клетки. Малые дозы излучений, наоборот, могут стимулировать рост микроорганизмов и вызывать у них мутации.

 

(СЛ 8) Ионизирующая радиация.

Источники ионизирующего излучения: Естественная радиация (нестабильные изотопы в почве, атмосферных осадках; радиоактивные минералы). Вторичные космические лучи. Искусственные ионизирующие излучения: работа АЭС, испытания ядерного оружия и др.

Механизмы повреждающего действия ионизирующего излучения

Непосредственные повреждения – разрывы,

Опосредованные – возникают в связи с образованием радикалов, вызывающих разрывы или изменения молекул в растворе, вызванные продуктом радиационного разложения воды, а не энергией излучения.

Степень радиоустойчивости некоторых, бактерий значительно превышает предельный уровень радиации, с которым организмы могут сталкиваться в природе.

Степень радиорезистентности зависит от работы систем репарации и регуляции (например, Deinococcus radiodurans способен репарировать даже двунитевые разрывы ДНК).

 

(СЛ 9) СВЧ-энергия. Вызывая нагрев среды, СВЧ-энергия действует губительно на микроорганизмы, при этом происходит повреждение клетки. СВЧ-энергия влияет на генетические признаки микроорганизмов, на изменение интенсивности деления клетки, активность некоторых ферментов, гемолитические свойства.

 

 

 

(СЛ 10) Ультразвук

Под действием ультразвука внутри клетки возникает очень высокое давление. Это приводит к разрыву клеточной стенки и гибели клетки. Механизм дезинтеграционного действия ультразвука состоит в образовании кавитационных полостей в цитоплазме бактерий.   Кавитация - образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью.

Чувствительны к УЗ все микроорганизмы, в том числе и споровые ( искл. Mycobacterium tuberculosis).

 

(СЛ 11) Влияние гидростатического давления на микроорганизмы

К высокому атмосферному или гидростатическому давлению бактерии, очень устойчивы. Споры бактерий переносят давеление до 20000 атм. При таком высоком давлении снижается активность бактериальных ферментов и токсинов.

По отношению к гидростатическому давлению МО делятся на:

Пьезофилы лучше развиваются при давлении выше обычного, а при снижении давления замедляется их скорость роста и нарушаются процессы деления.

Облигатные пьезофилы не растут при обычном давлении.

Экстремально пьезотолерантные хорошо растут при давлении больше 600 атм.

При давлении, которое значительно ниже атмосферного, жизнеспособность бактерий обычно не нарушается, однако при падении давления неизбежно уменьшается содержание в среде О2, Н2, СО2 и других газообразных веществ, что может сильно влиять на рост бактерий. В условиях глубокого вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна.

Сочетанное действие повышенных температур и повышенного давления используется в паровых стерилизаторах для стерилизации паром под давлением.

 

(СЛ 12) Осмотическое давление

На рост МО влияет концентрация растворов, опосредованная влиянием осмотического давления, которое, в свою очередь, изменяет водную активность.

Способность МО развиваться в средах с широко варьирующей осмолярностью называют осмотолерантностью.

Осмофильными обычно называют МО, развивающиеся в средах с высокой концентрацией сахара (мицелиальные грибы, дрожжи). МО обитающие в условиях высокой солёности наз-ся галофилами (Halococcus)

Влияние осмотического давления на микробную клетку:

1. Плазмолиз (потеря воды и гибель  клетки) происходит с микроорганизмами, если их помещают в среду с более высоким осмотическим давлением.

2. Плазмоптиз (поступление воды  в клетку и разрыв клеточной  стенки) – происходит с микроорганизмами  при перемещении их в среду  с низким осмотическим давлением.

 

 

 

 

 (СЛ 13) Земное тяготение Влияние этого фактора изучается в космосе. Доказательств возможности прямого влияния силы гравитации на бактериальные клетки пока не получено. Заметное влияние только для клеток, размеры которых превышают 10 мкм.

Действие электричества на микроорганизмы: токи низкой и высокой частоты приводят к колебаниям молекул всех элементов микробной клетки и равномерному нагреванию всей ее массы.

Магнитные поля. Есть данные как о стимуляции жизнедеятельности микроорганизмов дополнительными мощными полями, так и об угнетении.

Существуют бактерии, имеющие магнитосомы, движение которых направлено вдоль магнитных полей Земли (магнитотаксис). Рис.  Электронограммы клеток Magnetospirillum gryphiswaldense: а – одиночная клетка; b – увеличенное изображение магнитосомной цепи.  
 

(СЛ 14) Химические факторы

(СЛ 15) Кислотность среды ( рН)

Важным условием нормальной жизнедеятельности микроорганизмов является поддержание постоянного значения внутриклеточного рН - концентрация водородных ионов.

Классификация микроорганизмов по отношению к концентрации водородных ионов в среде (рН)

Ацидофилы

Алкалофилы

Нейтралофилы

Для ацидофилов оптимальная для жизни рН -6,0-7,0; для алкалофилов - 9,0-10,0; для нейтралофилов - 7,5.

Воздействие рН на микроорганизмы:

• При низких значениях pH растворимость углекислоты, являющейся основным или даже единственным источником углерода для автотрофных прокариот, понижается, а растворимость некоторых ионов (Cu2+, Мо2+, Mg2+, Al3+) возрастает и достигает уровней, токсичных для многих прокариот.
• Наоборот, при высоких значениях pH растворимость многих катионов (Fe2+, Са2+, Mg2+, Mn2+), необходимых клетке, резко понижается, они выпадают в осадок и, таким образом, становятся недоступными для организмов.
• pH влияет на состояние веществ в окружающей среде. Органические кислоты в кислой среде находятся в недиссоциированной форме, в которой легко проникают в клетку, становясь токсичными для нее.
• Концентрация H+ (катион) внешней среды влияет и на равновесие электрических зарядов на поверхности клетки: при низких значениях pH увеличивается суммарный положительный заряд, при высоких — суммарный отрицательный заряд.

 

(СЛ 16) Кислород

 Прокариоты, для роста которых  О2 необходим, называют облигатными (обязательными) аэробами. Они не способны получать энергию путем брожения. Их ферменты осуществляют перенос электронов от окисляемого субстрата к кислороду. К ним относится большинство прокариотных организмов, например, B. subtilis, микрококки и др.

 Некоторые микроорганизмы не  способны к росту при концентрации  О2, равной атмосферной, но могут  расти, если содержание О2 в окружающей  среде будет значительно ниже (порядка 2%). Такие облигатно аэробные  прокариоты получили название микроаэрофилов.

 Облигатные анаэробы не используют молекулярный кислород. Более того, он для них токсичен. Многие ферменты этих бактерий денатурируют при контакте с молекулярным кислородом (род Clostridium).

Факультативные анаэробы могут жить как при наличии, так и в отсутствии кислорода. Типичными представителями этой группы являются кишечная палочка, стрептококк, стафилококк. Кишечная палочка на среде с углеводами развивается как анаэроб, сбраживая сахара, а затем начинает использовать кислород, как типичный аэробный организм, окисляя до СО2 и Н2О образовавшиеся продукты брожения (например, молочную кислоту).

Аэротолерантные анаэробы – не способны «переключиться» с анаэробного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в присутствии молек.кислорода (молочнокислые, маслянокислые бактерии)