Влияние физических факторов на микроорганизмы

     Содержание 

     Введение……………………………………………………………..………….….2

     1)Влияние физических факторов на микроорганизмы…………………..………3

1.1Излучения………………………………………..………………………3

     1.2Ультразвук…………………………………….....………………………4

     2)Ионизирующие излучения…………………………..…….…………………….5

     2.1Практическое использование ионизирующих излучений……….......7

     3)Заключение………………………………………………………...……..………8

     Список  литературы………………….………………………………..………….9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Все существующие микроорганизмы живут  в непрерывном взаимодействии с  внешней средой, в которой они  находятся, поэтому подвергаются разнообразным  влияниям. В одних случаях они  могут способствовать лучшему развитию, в других подавлять их жизнедеятельность. Необходимо помнить, что изменчивость и быстрая смена поколений  позволяет приспосабливаться к  разным условиям жизни. Поэтому быстро закрепляются новые признаки.

     Находясь  в процессе развития в тесном взаимодействии со средой, микроорганизмы не только могут  изменяться под её воздействием, но могут изменять среду в соответствии с особенностями. Так микробы  в процессе дыхания выделяют продукты обмена, которые в свою очередь  изменяют химический состав среды, поэтому  меняется реакция среды и содержание различных химических веществ.

     Все факторы, влияющие на развитие микробов, делят на:

• Физические
• Химические
• Биологические

     Ниже  подробнее рассмотрим каждый из факторов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1)Влияние физических факторов на микроорганизмы¹

     Температура по отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на термофильные, психрофильные и мезофильные.

• Термофильные виды. Зона оптимального роста равна 50-60°С, верхняя зона задержки роста - 75°С. Термофилы обитают в горячих источниках, участвуют в процессах самонагревания навоза, зерна, сена.
• Психрофильные виды (холодолюбивые) растут в диапазоне температур 0-10°С, максимальная зона задержки роста 20-30°С. К ним относит большинство сапрофитов, обитающих в почве, пресной и морской воде. Но есть некоторые виды, например, иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонад, вызывающие заболевания у человека.
• Мезофильные виды лучше растут в пределах 20-40°С; максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. В окружающей среде могут переживать, но обычно не размножаются. К ним относится большинство патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

     1.1Излучения

     Солнечный свет губительно действует на микроорганизмы, исключением являются фототрофные виды. Наибольший микробицидный эффект оказывает коротковолновые УФ-лучи. Энергию излучения используют для дезинфекции, а также для стерилизации термолабильных материалов.

     Ультрафиолетовые лучи (в первую очередь коротковолновые, т.е. с длиной волны 250-270 нм) действуют на нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие основано на разрыве водородных связей и образовании в молекуле ДНК димеров тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов. Применение ультрафиолет излучения для стерилизации ограничено его низкой проницаемостью и высокой поглотительной активностью воды и стекла.

     Рентгеновское и  g-излучение в больших дозах также вызывает гибель микробов. Облучение вызывает образование  свободных радикалов, разрушающих нуклеиновые кислоты и белки с последующей гибелью микробных клеток.  Применяют для стерилизации бактериологических препаратов, изделий из пластмасс.

       Микроволновое излучение применяют для быстрой повторной стерилизации длительно хранящихся сред. Стерилизующий эффект достигается быстрым подъемом температуры. 

      1.2Ультразвук.

     Определенные  частоты ультразвука при искусственном  воздействии способны вызывать деполимеризацию  органелл микробных клеток, под действием ультразвука газы, находящиеся в жидкой среде цитоплазмы, активируются и внутри клетки возникает высокое давление ( до 10 000 атм). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.

     Давление.

     Бактерии  относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления. Повышение давления до некоторого предела не сказывается на скорости роста обычных наземных бактерий, но в конце концов начинает препятствовать нормальному росту и делению. Некоторые виды бактерий выдерживают давление до 3 000 – 5 000 атм, а

бактериальные споры - даже 20 000 атм.

     В условиях глубокого вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна.

     Фильтрование.

     Для удаления микроорганизмов применяют  различные материалы (мелкопористое  стекло, целлюлоза, коалин); они обеспечивают эффективную элиминацию микроорганизмов из жидкостей и газов. Фильтрацию применяют для стерилизации жидкостей, чувствительных к температурным воздействиям, разделения микробов и их метаболитов (экзотоксинов, ферментов), а также для выделения вирусов. 
 
 
 
 
 
 
 
 

2)Ионизирующие излучения²

       Потоки фотонов или частиц, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов или молекул. Различают фотонное (электромагнитное) и корпускулярное

       К фотонному И.и. относят вакуумное УФ и характеристическое рентгеновское излучения, а также излучения, возникающие при радиоактивном распаде и др. ядерных реакциях (гл. обр. g-излучение) и при торможении заряженных частиц в электрическое или магнитное поле - тормозное рентгеновское излучение, синхротронное излучение.

     К корпускулярному И.и. относят потоки a- и b-частиц, ускоренных ионов и электронов, нейтронов, осколков деления тяжелых ядер и др.

     Механизмы действия ионизирующих излучений на живые  организмы

     Процессы  взаимодействия ионизирующего излучения  с веществом в живых организмах приводят к специфическому биологическому действию, завершающемуся повреждением организма. В процессе этого повреждающего  действия условно можно выделить три этапа:

1. первичное действие ионизирующего излучения;
2. влияние радиации на клетки;
3. действие радиации на целый организм.

     Первичным актом этого действия является возбуждение  и ионизация молекул, в результате чего возникают свободные радикалы (прямое действие излучения) или начинается химическое превращение (радиолиз) воды, продукты которого (радикал ОН, перекись водорода — H₂O₂ и др.) вступают в химическую реакцию с молекулами биологической системы.

     Первичные процессы ионизации не вызывают больших  нарушений в живых тканях. Повреждающее действие излучения связано, по-видимому, со вторичными реакциями, при которых происходит разрыв связей внутри сложных органических молекул, например SH-групп в белках, хромофорных групп азотистых оснований в ДНК, ненасыщенных связей в липидах и пр.

     Влияние ионизирующего излучения на клетки обусловлено взаимодействием свободных  радикалов с молекулами белков, нуклеиновых  кислот и липидов, когда вследствие всех этих процессов образуются органические перекиси и возникают быстропреходящие реакции окисления. В результате перекисного окисления накапливается множество измененных молекул, в результате чего начальный радиационный эффект многократно усиливается. Все это отражается прежде всего на структуре биологических мембран, меняются их сорбционные свойства и повышается проницаемость (в том числе мембран лизосом и митохондрий). Изменения в мембранах лизосом приводят к освобождению и активации ДНК-азы, РНК-азы, катепсинов, фосфатазы, ферментов гидролиза мукополисахаридов и ряда других ферментов.

     Высвобождающиеся  гидролитические ферменты могут  путем простой диффузии достичь  любой органеллы клетки, в которую  они легко проникают благодаря  повышению проницаемости мембран. Под действием этих ферментов  происходит дальнейший распад макромолекулярных  компонентов клетки, в том числе  нуклеиновых кислот, белков. Разобщение окислительного фосфорилирования в результате выхода ряда ферментов из митохондрий в свою очередь приводит к угнетению синтеза АТФ, а отсюда и к нарушению биосинтеза белков.

     Таким образом, в основе радиационного  поражения клетки лежит нарушение  ультраструктур клеточных органелл и связанные с этим изменения  обмена веществ. Кроме того, ионизирующая радиация вызывает образование в  тканях организма целого комплекса  токсических продуктов, усиливающих  лучевой эффект — так называемых радиотоксинов. Среди них наибольшей активностью обладают продукты окисления липидов— перекиси, эпоксиды, альдегиды и кетоны. Образуясь тотчас после облучения, липидные радиотоксины стимулируют образование других биологически активных веществ — хинонов, холина, гистамина и вызывают усиленный распад белков. Будучи введенными необлученным животным, липидные радиотоксины оказывают действие, напоминающее лучевое поражение. Ионизирующее излучение оказывает наибольшее воздействие на ядро клетки, угнетая митотическую активность.

      Ионизирующее излучение действует  на клетки тем сильнее, чем они  моложе и чем менее дифференцированны. На основании морфологических признаков поражаемое органы и ткани распределяются в следующем нисходящем порядке: лимфоидные органы (лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, лимфоидная ткань других органов), костный мозг, семенники, яичники, слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта. Еще меньше поражаются кожа с придатками, хрящи, кости, эндотелий сосудов. Высокой радиоустойчивостью обладают паренхиматозные органы: печень, надпочечники, почки, слюнные железы, легкие.

     Повреждающее  действие ионизирующего излучения  на клетки при достаточно высоких  дозах завершается гибелью. Гибель клетки в основном является результатом  подавления митотической активности и необратимого нарушения хромосомного аппарата клетки, но возможна и интерфазная гибель (вне периода митоза) из-за нарушения метаболизма клетки и интоксикации упомянутыми выше радиотоксинами. В результате происходит опустошение тканей из-за того, что не восполняется естественная убыль клеток за счет образования новых.

     Гибель  клеток и опустошение тканей играют важную, роль в развитии общих поражений  организма от ионизирующего излучения  — лучевой болезни. 

2.1Практическое использование ионизирующих излучений.³

Область применения ионизирующих излучений  очень широка:

• в промышленности – это гигантские реакторы для атомных электростанций, для опреснения морской и засолённой воды, для получения трансурановых элементов; также их используют в активационном анализе для быстрого определения примесей в сплавах, металла в руде, качества угля и т.п.; для автоматизации различных процессов, как то: измерение уровня жидкости, плотности и влажности среды, толщины слоя;
• на транспорте – это мощные реакторы для надводных и подводных кораблей;
• в сельском хозяйстве – это установки для массового облучения овощей с целью предохранения их от плесени, мяса – от порчи; выведение новых сортов путём генетических мутаций;
• в геологии – это нейтронный каротаж для поисков нефти, активационный анализ для поисков и сортировки металлических руд, для определения массовой доли примесей в естественных алмазах;
• в медицине – это изучение производственных отравлений методом меченых атомов, диагностика заболевания при помощи активационного анализа, метода меченых атомов и радиографии, лечение опухолей γ-лучами и β-частицами, стерилизация фармацевтических препаратов, одежды, медицинских инструментов и оборудования γ-излучением и т.д.