Действие физических факторов.Температура. Это один из наиболее мощных факторов, определяющих возможность существования и интенсивность развития микроорганизмов, т.к. они лишены механизмов, регулирующих температуру тела. Приспособления, сформированные у прокариотов для перенесения неблагоприятных условий, в том числе и температурных, - это споры и цисты. Выделяют три кардинальные точки, определяющие интенсивность роста микробов: минимальную (ниже которой рост не наблюдается), оптимальную (растет с наибольшей скоростью) и максимальную (выше нее рост не происходит). По отношению к температуре микроорганизмы делят на три группы: - психрофилы (греч. psichros-холодный philein-любить), - мезофилы (mesos-средний), - термофилы (terwos – теплый). Психрофилы растут при температуре от –10 до +20° и выше. В свою очередь психрофилы делятся на облигатных и факультативных (психротрофы). В природе большинство психрофилов представлено факультативными формами. Их температурный оптимум выше, чем у облигатных психрофилов, и составляет 25-30 °С. Способность психрофилов расти в условиях низких температур связывают с: 1) особенностями ферментных белков – имеют низкую температуру активации, при температуре выше 30 °С ферменты прекращают свою деятельность; 2)особенностями мембранных липидов – содержат большое количество ненасыщенных жирных кислот, проницаемость мембран остается высокой 3) способностью образовывать полисомы при низких температурах. Обязательное условие – нахождение воды в жидком состоянии. Замораживание препятствует росту и размножению микроорганизмов, поэтому широко используется в лаборатории и служит одним из способов хранения микробных культур. Большинство известных видов относится к мезофилам, у которых оптимальные температуры роста лежат между 25 и 40 °С, а температурный диапазон, в котором возможен рост, находится между 10 и 45-50 °С. Это обширная группа микроорганизмов, объединяющая сапротрофные и паразитные формы, встречающиеся в почве, воде, воздухе, организме животных и человека. Термофилы – теплолюбивые микроорганизмы, развивающиеся в зоне высоких температур. Группу термофилов делят на 4 подгруппы: 1. Термотолерантные виды растут в пределах от 10 до 55-60 °С, с оптимумом 35-40 °С. Основное их отличие от мезофилов – способность расти при повышенных температурах. 2. Факультативные термофилы имеют максимальную температуру роста 50-65 °С, оптимум близок к верхней границе роста. Особенность этой группы – способность к росту в области от 20 до 40 °С. 3. Облигатные термофилы способны расти при температурах около 70 °С и не растущие ниже 40 °С. Оптимальная температурная область облигатных термофилов примыкает к их верхней температурной границе роста. 4. Экстремальные термофилы растут при температурах от 60 °С до 110 °С. оптимум в области 80-105 °С. К экстремальным термофилам относятся исключительно археи, не имеющие аналогов среди мезофилов, например, представители родов Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium и др. Особенности: 1) липиды термофилов имеют более высокие температуры плавления. Это достигается возрастанием содержания насыщенных жирных кислот в мембранах; 2) белки, в первую очередь ферментные, обладают высокой термосабильностью; 3) термостабильность клеточных ультраструктур. Эти микроорганизмы широко распространены в природе. Постоянным местом их обитания являются термальные источники. Они участвуют в саморазогревании навоза, компостов, зерна и др. Микроорганизмы, имеющие широкие температурные пределы, называются эвритермными. Они обычно обитают в условиях, где температура значительно варьирует. Другая группа – стенотермные организмы – имеют узкие температурные пределы, ее представители обычно находятся в зонах с относительно постоянной температурой. Человек в своей практической деятельности давно использует бактерицидное действие высокой температуры, на котором основано большинство способов стерилизации.
Влажность среды. Микроорганизмы способны жить и размножаться только в присутствии свободной влаги. Растворенные в воде питательные вещества поступают в летку. Концентрация веществ, растворенных во внешней по отношению к микроорганизмам среде, определяет осмотическое давление среды, которое имеет большое значение для процессов жизнедеятельности микробов. Понижение водного потенциала за счет засолки, засахаривания, сушки служит способом сохранения пищевых продуктов от развития организмов. Организмы, способные развиваться при высокой концентрации растворенных веществ, но лучше растущие при более низком осмотическом давлении раствора, называют осмотолерантными, в большинстве это обитатели сиропов. Среди них много эукариотов (мицелиальные грибы и дрожжи). Осмофильные – микроорганизмы любящие среды с высоким осмотическим давлением (плесени из родов аспергилл и пеницилл). Например, мед разлагают дрожжи, содержание сахара – 70 – 80 %. Считается, что обитатели пресных вод чувствительны к 3,5%-ной концентрации NaCl, как в морской воде, и в описание организмов обычно входит такой тест. Обитатели ультрапресных вод развиваются в среде с содержанием солей ниже 100 мг/л, в том числе в дистиллированной, дождевой воде или в воде сфагновых болот. Примером могут служить Caulobacter, Spirillum. Морские организмы развиваются при солености, равной 2-4 %. Существуют организмы, способные жить при очень высоких концентрациях солей. Галофилы развиваются при солености, существенно превышающей соленость морской воды. Они представлены двумя основными типами: 1) умеренные галофилы - организмы, имеющие верхний предел солености до 15%; 2) экстремальные галофилы - развиваются вплоть до насыщения воды NaCl при 30%-ной солености (археи). Галофильные бактерии требуют ионов натрия для стабильности клеточной мембраны и активности ряда ферментов. Эта потребность в ионах натрия является строго специфичной. Натрий нельзя заменить калием или другим ионом. При уменьшении концентраций NaCl в среде клеточная стенка таких бактерий разрушается и клетки лизируются. Многие микроорганизмы в плазмолизированном состоянии длительное время не погибают, приостанавливается лишь их активная деятельность, поэтому к сырью предъявляют строгие санитарно-гигиенические требования. Так, порча соленых товаров (мясо, рыба и др.) часто возможна под влиянием галофильных и солеустойчивых микроорганизмов. Например, покраснение крепко соленой рыбы - «фуксин», вызывается галофильной бактерией, обладающей красным пигментом. Для задержки развития микроорганизмов соленые товары необходимо хранить при низких температурах. От морских галофилов следует отличать обитателей высокоминерализованных континентальных вод с повышенным содержанием соды (примерно 25%). Поскольку такие воды обычно имеют и высокое значение рН и содержат NaCl, обитателей их относят к галоалкалофилам.
Микроорганизмы обладают различной устойчивостью к высушиванию. Так к нему чувствительны гонококки, менингококки, трепонемы, лептоспиры, гемофильные бактерии, фаги. Холерный вибрион не погибает под влиянием высушивания 2 сут., шигеллы-7, чумная палочка-8, дифтерийная-30, брюшнотифозная-70, стафилококки и микобактерии туберкулеза-90 сут. Высохшая мокрота больных туберкулезом остается заразной 10 мес., споры бацилл сибирской язвы сохраняются до 10 лет, плесневых грибов-20 лет. В условиях недостатка воды некоторые микроорганизмы обвалакиваются слизистыми капсулами, которые активно поглощают воду. Высушивание сопровождается обезвоживанием цитоплазмы и денатурацией белков бактерий. В лабораторной практике для сохранения микробных культур широко применяют методлиофилизации. Этот процесс высушивания из замороженного состояния под вакуумом. При этом свободная вода и вода непрочно связанная с гидрофильными веществами клеток, подвергается замораживанию и затем происходит сублимация льда, то есть переход его из твердого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу.
Излучения. Эффекты, вызываемые облучением живых организмов, зависят от длины волны излучения и его дозы. Биологическое действие излучения зависит от длины волны, чем она короче, тем в ней больше заключено энергии, тем сильнее воздействие на организм. Наибольшей длиной волны (более 1500 нм) характеризуются радиоволны. Несколько более короткими (до 760 нм) являются инфракрасные волны. Часть спектра от 760 до 380 нм состоит из лучей, видимых глазом. Еще более короткие (от 380 до 200 нм) волны составляют ультрафиолетовую радиацию. Наиболее коротковолновой является ионизирующая радиация, включающая α-лучи, γ-лучи, космические лучи (менее 10 нм). Важнейшим источником естественного излучения является солнечная радиация. Основная масса падающей на Землю солнечной энергии (примерно 75%) приходится на долю видимых лучей, почти 20% на ИК-область спектра и только приблизительно 5% на УФ-область с длиной волны 300-380 нм. Радиоволны не оказывают биологического действия, при адсорбции инфракрасных лучей организмом происходит нагревание. Часть инфракрасных лучей (длина волны менее 1000 нм) и видимый свет действуют на фотосинтезирующие микроорганизмы благоприятно, являясь основным источником энергии. Все остальные бактерии лучше развиваются в темноте. Фотосинтез, сопровождающийся выделением O2, возможен в диапазоне от 300 до 750 нм. Для бактерий, способных к осуществлению бескислородного фотосинтеза, диапазон излучений увеличивается в сторону более длинных волн. Способностью использовать энергию солнечного света обладают лишь пигментобразующие формы бактерий. Микроорганизмы, не имеющие пигмента, погибают под действием прямых солнечных лучей. Под влиянием солнечных лучей происходят внутриклеточные химические реакции с образованием гидроксильных радикалов и других высокореактивных веществ, действующих губительно на микробную клетку. Действие коротковолнового излучения на организмы приводит к возникновению мутаций или вызывает смертельный исход. Адсорбционный пик для ДНК и РНК наблюдается при 260 нм. Поэтому УФ-радиация с длиной волны 260 нм обладает наиболее выраженным бактерицидным действием: в молекуле ДНК происходит димеризация тимина, вследствие чего подавляется репликация ДНК и клетка теряет способность к делению. Многие микроорганизмы имеют специфические ферменты, которые могут исправлять повреждения, расщепляя димер тимина. Эти ферменты активизируются видимым светом, вследствие чего весь этот процесс получил название фотореактивации. В настоящее время УФ - лучи довольно широко применяют для дезинфекции воздуха микробиологических боксов, холодильных камер и производственных помещений. Искусственным источником ультрафиолетового излучения служат аргонно-ртутные лампы низкого давления, называемые бактерицидными (БУФ-15, 30, 60). При обработке УФ - лучами в течение 6 часов уничтожается до 80% бактерий и мицелиальных грибов, находящихся в воздухе. Такие лучи могут быть использованы для предотвращения инфекции извне, при розливе, фасовке и упаковке пищевых продуктов, лечебных препаратов, а также для обеззараживания тары упаковочных материалов, оборудования, посуды (на предприятиях общественного питания). Стерилизация пищевых продуктов с помощью УФ - лучей затруднена вследствие их невысокой проникающей способности. Действие их проявляется только на поверхности или в очень тонком слое. Ионизирующая радиация действует на микроорганизмы менее специфично, хотя тоже в основном оказывает влияние на ДНК и вызывает либо бактерицидный, либо мутагенный эффект. В отличии от УФ-лучей вызывают не только прямые, но и косвенные повреждения ДНК, что связано с образованием свободных радикалов и органических перекисей. Повреждения проявляются как правил в одноцепочечных или двуцепочечных разрывах молекул ДНК. К действию таких лучей наиболее чувствительны ядерные структуры, хотя повреждаются и цитоплазматические структуры клеток. Микроорганизмы более устойчивы к излучениям, чем высшие животные и растительные организмы. Дрожжи и плесени более устойчивы, чем бактерии. Среди бактерий имеются как очень чувствительные к ионизирующей радиации организмы (кишечная палочка, протеи, многие бактерии рода псевдомонас - распространенные возбудители порчи сырья, мясных и рыбных продуктов), так и резистентные к этому виду лучистой энергии формы (Micrococcus, Streptococcus). Deinococcus radiodurans обнаруживают в воде атомных реакторов, в продуктах, обработанных ионизирующей радиацией. Споры Bacillus и Clostridium высоко устойчивы к ионизирующей радиации. При одной и той же поглощенной дозе радиопоражаемость микроорганизмов одного и того же вида изменяется в зависимости от возраста клеток, состава среды, температуры, дозы и длительности облучения. Установлено, что микроорганизмы способны восстанавливать лучевые повреждения, что определяется видовыми особенностями микроорганизмов и их физиологическим состоянием. Искусственные ионизирующие излучения используют для стерилизации лечебных препаратов и некоторых пищевых продуктов (но при этом могут ухудшаться вкус и пищевые качества). Их используют для задержки прорастания картофеля и овощей, зерна и зернопродуктов, сухофруктов, а также для ускорения или замедления созревания плодов и в других целях.
|
