Взаимоотношение микроорганизмов: симбиоз, метабиоз, антагонизм

Контрольная работа № 1

Вариант №8 

1. Взаимоотношение микроорганизмов: симбиоз, метабиоз, антагонизм.
2. Производство пива: осветление пива, его розлив. Требования ГОСТа к качеству пива.

1.Взаимоотношение  микроорганизмов:  симбиоз, метабиоз, антагонизм.

   В конкретных экологических условиях между разными группами микробов устанавливаются определенные взаимоотношения, характер которых зависит от физиологических особенностей и потребностей совместно развивающихся микробов. Кроме того, микроорганизмы вступают в различного рода взаимоотношения не только между собой, но и с простейшими, высшими растениями и другими группами организмов, составляющих почвенное население.         

В основном эти  взаимоотношения можно условно  подразделить на две большие группы: благоприятные — синергизм и неблагоприятные — антагонизм . Однако взаимоотношения между микробными сообществами далеко не всегда укладываются в рамки этих подразделений, так как они чрезвычайно сложны, разносторонни и вариабельны. Изменения во взаимоотношениях происходят вследствие изменений окружающих условий существования или в результате перехода микробов из одной стадии развития в другую. Можно отметить следующие формы взаимоотношений между микроорганизмами: сосуществование, метабиоз, симбиоз, конкуренция, хищничество, паразитизм, антагонизм.         

Сосуществованием, или нейтрализмом, называется такая форма взаимоотношений, когда организмы, развиваясь совместно, не приносят друг другу ни вреда, ни пользы. Метабиоз — использование продуктов жизнедеятельности одних микробов другими.         

Это явление  наблюдается, например, при ступенчатом  разложении растительных и животных остатков в почве. Симбиоз характеризуется взаимовыгодным влиянием микроорганизмов друг на друга в единой ассоциации (совокупности). Так, классическим примером симбиоза между водорослями и грибами являются лишайники. Тесный симбиоз между этими двумя группами микроорганизмов зашел так далеко, что в процессе эволюции данная микробная ассоциация выделилась в особый морфофизиологический класс, отличный как от грибов, так и от водорослей. При этом гриб, составляющий основу лишайника, расщепляет питательный субстрат и поставляет необходимые для усвоения вещества водорослям, а водоросли снабжают гриб продуктами фотосинтеза. Конкуренция наблюдается тогда, когда совместно развивающиеся организмы нуждаются в одних и тех же питательных веществах и условиях развития. Хищничество заключается в поглощении клеток одних микроорганизмов другими для использования их в качестве питания. Паразитизм характеризуется тем, что один вид микроорганизма (паразит) поселяется в клетке другого (хозяина) и питается за счет хозяина. Абсолютные (облигатные) Паразиты не могут развиваться в отсутствие хозяина. Известны паразитические формы бактерий и плесневых грибов, развивающиеся в клетках или в гифах хозяев. Примером паразитизма в известной мере может также служить явление бактерио- и актинофаги. Антагонизм — подавление развития одних форм микробов другими с помощью вырабатываемых ими антимикробных веществ. Этими веществами могут быть: химические соединения неспецифического действия (кислоты, спирты, перекиси и др.), которые подавляют рост микробов при высоких концентрациях; антибиотики, обладающие специфичностью действия и проявляющие антимикробные свойства при низких концентрациях.

Микроорганизмы  распространяются повсюду, они населяют почву, воду, воздух. Средой обитания являются растения, холоднокровные и теплокровные животные, а также организм человека.

Большинство микроорганизмов  в естественных условиях находится  в определенных взаимоотношениях друг с другом, а также с организмом своих хозяев - растений, животных, человека. Эти отношения сложились в процессе эволюции. Ассоциативные взаимоотношения или сожительство разных видов микроорганизмов, а также с другими формами жизни получили название симбиоза. Типы, или формы, симбиотических отношений чрезвычайно разнообразны. Крайними из них являются мутуализм и антагонизм.

Антагонизм - такие  взаимоотношения между разными  видами микробов, при котором один из партнеров наносит вред другому. Это связано с образованием и выделением микробами-антагонистами метаболических продуктов, ингибирующих размножение многих организмов. К таким продуктам относятся органические кислоты (изменяющие рН среды), антибиотики, бактериоцины и др. Так, например, многие актиномицеты являются антагонистами бактерий, а молочнокислые бактерии обладают антагонистическими свойствами в отношении гнилостных бактерий и т.д.

Метабиоз (от мета... и греч. bios - жизнь) - взаимоотношение  между микроорганизмами

при использовании какого-либо одного сложного субстрата. Так, например, при использовании белковых веществ последовательно могут принимать участие в этом процессе аммонификаторы, нитри-фикаторы и денитрификаторы. Метабиоз наблюдается также в процессе совместного использования субстрата (синтрофия). Синтрофными называют связи, при которых субстрат используется одновременно несколькими видами микробов.

Метаболическая  группа связей характеризуется свойством  микроорганизмов образовывать в процессе своей жизнедеятельности разнообразные продукты обмена веществ (метаболизма) и выделять их в окружающую среду. В результате этого одни микроорганизмы могут использовать отдельные продукты метаболизма (органические кислоты, аминокислоты, витамины и др.), для других организмов такие продукты обмена, как антибиотики, сероводород, пероксид водорода и др., являются ингибиторами роста.

Характер связи  и определяет специфику взаимоотношений  организмов.

Симбиоз. Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов  характеризуются тем, что два  или более вида микробов при совместном развитии создают для себя взаимовыгодные условия. Типичным примером такого взаимоотношения является факт, описанный еще в 1863 г. Пастером в отношении совместного развития аэробных и анаэробных микроорганизмов. Развиваясь в аэробных условиях, микробы поглощают кислород и тем самым создают благоприятные условия для развития анаэробов. Имеются и другие примеры, иллюстрирующие это явление. Так, в кефирных зернах одновременно развиваются молочнокислые бактерии и дрожжи, получая при этом взаимовыгодные условия: молочнокислые бактерии, испытывая потребность в витаминах, получают их в результате развития дрожжей; в то же время дрожжи, благодаря подкислению среды молочнокислыми бактериями, получают благоприятные условия для своего развития.

Примерно то же самое происходит и в «чайном  грибе», где совместно развивается  несколько видов уксуснокислых бактерий и дрожжей. В этом случае уксуснокислые бактерии превращают сахарозу в глюкозу и фруктозу, которые затем этой же группой бактерий окисляются до глюконово и 5-кетоглюконовой кислот. Образовавшиеся кислоты используются дрожжами. Дрожжи, синтезируя витамины, обеспечивают потребность в них уксуснокислых бактерий.

К симбиотическому  типу взаимоотношений относят п. р о т о к о-операцию, в основе, которой лежит принцип совместного использования субстрата; комменсализм — мирное сожительство разных видов микроорганизмов; мутуализм — совместное сожительство микроорганизмов, не способных существовать раздельно.

Антагонизм. В  естественных условиях развития микробов довольно часто могут наблюдаться явления не только взаимно благоприятные, но и такие, при которых один вид микроорганизмов тем или иным способом угнетает или полностью подавляет рост и развитие других видов. Явление антагонизма широко распространено среди бактерии, актиномицетов, грибов и других организмов. Подробное рассмотрение антагонизма приведено ниже.

Паразитизм. Форма  взаимоотношений, при которой развитие некоторых микробов происходит за счет веществ тела), етки) других организмов, называется паразитизмом.

Например, бактерии-паразиты в своем эволюционном развитии утратили способность синтезировать многие вещества; они получают их в готовом  виде за счет своего хозяина. Хозяин же никакой пользы взамен от такого сожительства не получает. Бактерии — это, как правило, внеклеточные паразиты, а риккетсии и фаги (вирусы) являются внутриклеточными паразитами.

Бактериофаг в  клетке бактерии и, соответственно, актинофаг  в клетке актиномицета развиваются, используя вещества этих микроорганизмов, иногда приводя своего хозяина к гибели. Нередко встречаются случаи, когда бактерии паразитируют на гифах грибов, имеется большая группа грибов-паразитов, развивающихся на других грибах.

Паразитизм следует  отнести к одной из форм антагонизма, однако этот тип взаимоотношений имеет специфические черты, а поэтому более рационально его рассматривать в качестве самостоятельной формы.

Хищничество. Исходя из общего определения понятия антагонизма, хищничество также должно быть, отнесено к антагонизму, однако в этом случае имеет место не только гибель клеток другого вида. Процесс хищничества состоит в том, что некоторые микробы поглощают клетки других видов микроорганизмов и используют их в качестве питательного материала. Часто подбор микробов для использования их как пищевых объектов носит избирательный характер.

К числу микроорганизмов-хищников относятся главным образом микроформы (миксобактерии, миксоамебы, миксомицеты).

Имшенецкий и  Кузюрина (1951) описали наиболее простой  тип хищничества, характерный для миксококков. Последние могут использовать в качестве источника питания преимущественно продукты лизиса живых клеток других бактерий. Причем мертвые клетки бактерий менее пригодны. Жизнь микроорганизмов в природных условиях обычно протекает совместно с другими живыми существами—                   м растениями, животными. Взаимоотношения между этими организмами носят весьма разнообразный характер и существенно сказываются на их развитии.

Основными типами взаимоотношений являются симбиоз, метабиоз, паразитизм, антагонизм.

Симбиоз — это  взаимоотношения, устанавливающиеся  при совместном обитании в одной  и той же среде двух или более  видов микробов, при которых они  не мешают друг другу в развитии, или когда такое совместное обитание является даже необходимым для них. Примером могут служить отношения при одновременном нахождении на пищевых продуктах анаэробных и аэробных микробов. Поглощая кислород, аэробы создают благоприятные условия для развития анаэробов. В этой связи понятно, почему иногда продукты, хранящиеся в обычных условиях, подвергаются анаэробной порче и становятся даже ядовитыми (ботулизм).

Взаимополезные  отношения устанавливаются между  дрожжами и молочно-кислыми бактериями в опаре и тесте при производстве хлеба, в молоке при производстве кефира, кумыса. Молочная кислота необходима для дрожжей, а дрожжи обеспечивают молочно-кислых бактерий ростовыми веществами. Симбиотические взаимоотношения устанавливаются между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями. Используя готовые органические вещества растений, клубеньковые бактерии взамен снабжают их азотистыми веществами, синтезируемыми из азота воздуха.

Метабиоз —  форма сожительства, близкая к  симбиозу. При метабиотических взаимоотношениях один вид микроорганизмов в процессе жизнедеятельности создает благоприятные условия для другого. Так, многие сапрофиты в процессе питания способны превращать белки в пептоны, полипептиды и аминокислоты. Другие же микробы, неспособные использовать белки, хорошо усваивают эти вещества. Первые создают продукты питания для вторых, продукты жизнедеятельности вторых могут служить пищей для третьих и т. д.

Отношения метабиоза  способствуют быстрой порче квашеных и соленых овощей, кисло-молочных продуктов, если они хранятся открытыми. Молочнокислые бактерии продуцируют молочную кислоту, ее потребляют плесневые грибы и подготавливают, таким образом, субстрат для гнилостных бактерий.

Дрожжи, продуцируя, спирт при развитии в средах, содержащих сахар, например во фруктовых соках, подготавливают условия для уксуснокислых бактерий, вслед за которыми этот субстрат могут использовать плесневые грибы, превращая уксусную кислоту в углекислый газ и воду. Метабиозом объясняется быстрая минерализация всех органических веществ, попадающих в почву. Принцип метабиоза лежит в основе всего круговорота веществ в природе.

Паразитизм —  форма взаимоотношений, когда один из организмов развивается за счет другого. Примером паразитизма могут  служить взаимоотношения между  бактериофагами и бактериями. Бактериофаги, питаясь веществами живых бактерий, разрушают их.

Антагонизм —  это такие взаимоотношения, при  которых совместно обитающие  виды микроорганизмов оказывают  угнетающее действие друг на друга.

Механизм подавления сожительствующих микробов бывает различным: быстрое потребление питательных веществ или кислорода из субстрата одним из видов; выделение в субстрат кислот и других продуктов обмена, затрудняющих развитие прочих микроорганизмов или делающих его совершенно невозможным.

На использовании  антагонизма между молочнокислыми и гнилостными микробами основаны квашение овощей, сквашивание молока. И. И. Мечников предложил использовать молочно-кислые бактерии для борьбы с гнилостными бактериями, обитающими в кишечнике человека и постоянно отравляющими его продуктами своей жизнедеятельности.

В природных средах обитания и различных субстратах тот или иной тип взаимоотношений между микроорганизмами устанавливается не изолированно от других типов, а во взаимосвязи с ними, образуя сложные системы влияний и зависимостей. Один из примеров таких сложных взаимоотношений показан на рис. 13.

Конкурентоспособность в антагонистических взаимоотношениях у некоторых микроорганизмов находится в тесной зависимости от их способности продуцировать и выделять в среду обитания особые вещества, сильно угнетающие другие виды — антибиотики («анти» — против, «биос» — жизнь). Этих веществ известно довольно много. Те из них, которые оказались практически безвредными для человека, но очень бактерицидными (убивающими бактерий), широко применяются в медицине, в животноводстве, как лечебные и стимулирующие средства. Некоторые из них обладают не бактерицидным, а бактериостатическим действием (останавливают развитие бактерий). Характерным свойством антибиотиков является их избирательность, заключающаяся в том, что каждый из них действует только на определенную группу микроорганизмов. Имеются и такие, спектр действий, которых достаточно широк.