Изменение условий внешней среды оказывает воздействие на жизнедеятельность микроорганизмов. Физические, химические, биологические факторы среды могут ускорять или подавлять развитие микробов, могут изменять их свойства или даже вызывать гибель.

К факторам среды, оказывающим наиболее заметное действие на , относятся влажность, температура, кислотность и химический состав среды, действие света и других физических факторов.

Влажность

Микроорганизмы могут жить и развиваться только в среде с определенным содержанием влаги. Вода необходима для всех процессов обмена веществ микроорганизмов, для нормального осмотического давления в микробной клетке, для сохранения ее жизнеспособности. У различных микроорганизмов потребность в воде не одинакова. Бактерии относятся в основном к влаголюбивым, при влажности среды ниже 20 % их рост прекращается. Для плесеней нижний предел влажности среды составляет 15%, а при значительной влажности воздуха и ниже. Оседание водяных паров из воздуха на поверхность продукта способствует размножению микроорганизмов.

При снижении содержания воды в среде рост микроорганизмов замедляется и может совсем прекращаться. Поэтому сухие продукты могут храниться значительно дольше продуктов с высокой влажностью. Сушка продуктов позволяет сохранять продукты при комнатной температуре без охлаждения.

Некоторые микробы очень устойчивы к высушиванию, некоторые бактерии и дрожжи в высушенном состоянии могут сохраняться до месяца и более. Споры бактерий и плесневых грибов сохраняют жизнеспособность при отсутствии влаги десятки, а иногда и сотни лет.

Температура

Температура — важнейший фактор для развития микроорганизмов. Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:

  • психрофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при низких температурах с минимумом при -10-0 °С, оптимумом при 10-15 °С;
  • мезофилы - микроорганизмы, для которых оптимум роста наблюдается при 25-35 °С, минимум — при 5-10 °С, максимум — при 50-60 °С;
  • термофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при относительно высоких температурах с оптимумом роста при 50-65 °С, максимумом — при температуре более 70 °С.

Большинство микроорганизмов относится к мезофилам, для развития которых оптимальной является температура 25-35 °С. Поэтому хранение пищевых продуктов при такой температуре приводит к быстрому размножению в них микроорганизмов и порче продуктов. Некоторые микробы при значительном накоплении в продуктах способны привести к пищевым отравлениям человека. Патогенные микроорганизмы, т.е. вызывающие инфекционные заболевания человека, также относятся к мезофилам.

Низкие температуры замедляют рост микроорганизмов, но не убивают их. В охлажденных пищевых продуктах рост микроорганизмов замедленно, но продолжается. При температуре ниже О °С большинство микробов прекращают размножаться, т.е. при замораживании продуктов рост микробов останавливается, некоторые из них постепенно отмирают. Установлено, что при температуре ниже О °С большинство микроорганизмов впадают в состояние, похожее на анабиоз, сохраняют свою жизнеспособность и при повышении температуры продолжают свое развитие. Это свойство микроорганизмов следует учитывать при хранении и дальнейшей кулинарной обработке пищевых продуктов. Например, в замороженном мясе могут длительно сохраняться сальмонеллы, а после размораживания мяса они в благоприятных условиях быстро накапливаются до опасного для человека количества.

При воздействии высокой температуры, превышающей максимум выносливости микроорганизмов, происходит их отмирание. Бактерии, не обладающие способностью образовывать споры, погибают при нагревании во влажной среде до 60-70 °С через 15-30 мин, до 80-100 °С — через несколько секунд или минут. У спор бактерий термоустойчивость значительно выше. Они способны выдерживать 100 °С в течение 1-6 ч, при температуре 120-130 °С споры бактерий во влажной среде погибают через 20-30 мин. Споры плесеней менее термостойки.

Тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов в общественном питании, пастеризация и стерилизация продуктов в пищевой промышленности приводят к частичной или полной (стерилизация) гибели вегетативных клеток микроорганизмов.

При пастеризации пищевой продукт подвергается минимальному температурному воздействию. В зависимости от температурного режима различают низкую и высокую пастеризацию.

Низкая пастеризация проводится при температуре, не превышающей 65-80 °С, не менее 20 мин для большей гарантии безопасности продукта.

Высокая пастеризация представляет собой кратковременное (не более 1 мин) воздействие на пастеризуемый продукт температуры выше 90 °С, которая приводит к гибели патогенной неспороносной микрофлоры и в то же время не влечет за собой существенных изменений природных свойств пастеризуемых продуктов. Пастеризованные продукты не могут храниться без холода.

Стерилизация предусматривает освобождение продукта от всех форм микроорганизмов, в том числе и спор. Стерилизация баночных консервов проводится в специальных устройствах — автоклавах (под давлением пара) при температуре 110-125°С в течение 20-60 мин. Стерилизация обеспечивает возможность длительного хранения консервов. Молоко стерилизуется метолом ультравысокотемпературной обработки (при температуре выше 130 °С) в течение нескольких секунд, что позволяет сохранить все полезные свойства молока.

Реакция среды

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от концентрации водородных (Н +) или гидроксильных (ОН -) ионов в субстрате, на котором они развиваются. Для большинства бактерий наиболее благоприятна нейтральная (рН около 7) или слабощелочная среда. Плесневые грибы и дрожжи хорошо растут при слабокислой реакции среды. Высокая кислотность среды (рН ниже 4,0) препятствует развитию бактерий, однако плесени могут продолжать расти и в более кислой среде. Подавление роста гнилостных микроорганизмов при подкислении среды имеет практическое применение. Добавление уксусной кислоты используется при мариновании продуктов, что препятствует процессам гниения и позволяет сохранить продукты. Образующаяся при квашении молочная кислота также подавляет рост гнилостных бактерий.

Концентрация соли и сахара

Поваренная соль и сахар издавна используются для повышения стойкости продуктов к микробной порче и лучшей сохранности пищевых продуктов.

Некоторые микроорганизмы нуждаются для своего развития в высоких концентрациях соли (20 % и выше). Их называют солелюбивыми, или галофилами. Они могут вызывать порчу соленых продуктов.

Высокие концентрации сахара (выше 55-65 %) прекращают размножение большинства микроорганизмов, это используется при приготовлении из плодов и ягод варенья, джема или повидла. Однако эти продукты тоже могут подвергаться порче в результате размножения осмофильных плесеней или дрожжей.

Свет

Некоторым микроорганизмам свет необходим для нормального развития, но для большинства из них он губителен. Ультрафиолетовые лучи солнца обладают бактерицидным действием, т. е. при определенных дозах облучения приводят к гибели микроорганизмов. Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей ртутно-кварцевых ламп используют для дезинфекции воздуха, воды, некоторых пищевых продуктов. Инфракрасные лучи тоже могут вызвать гибель микробов за счет теплового воздействия. Воздействие этих лучей применяют при тепловой обработке продуктов. Негативное воздействие на микроорганизмы могут оказывать электромагнитные поля, ионизирующие излучения и другие физические факторы среды.

Химические факторы

Некоторые химические вещества способны оказывать на микроорганизмы губительное действие. Химические вещества, обладающие бактерицидным действием, называют антисептиками. К ним относятся дезинфицирующие средства (хлорная известь, гипохлориты и др.), используемые в медицине, на предприятиях пищевой промышленности и общественного питания.

Некоторые антисептики применяются в качестве пищевых добавок (сорбиновая и бензойная кислоты и др.) при изготовлении соков, икры, кремов, салатов и других продуктов.

Биологические факторы

Антагонистические свойства некоторых объясняются способностью их выделять в окружающую среду вещества, обладающие антимикробным (бактериостатическим, бактерицидным или фунгицидным) действием, - антибиотики. Антибиотики продуцируются в основном грибами, реже бактериями, они оказывают свое специфическое действие на определенные виды бактерий или грибов (фунгицидное действие). Антибиотики применяются в медицине (пенициллин, левомицетин, стрептомицин и др.), в животноводстве в качестве кормовой добавки, в пищевой промышленности для консервирования пищевых продуктов (низин).

Антибиотическими свойствами обладают фитонциды — вещества, обнаруженные во многих растениях и пищевых продуктах (лук, чеснок, редька, хрен, пряности и др.). К фитонцидам относятся эфирные масла, антоцианы и другие вещества. Они способны вызывать гибель патогенных микроорганизмов и гнилостных бактерий.

В яичном белке, рыбной икре, слезах, слюне содержится лизоцим — антибиотическое вещество животного происхождения.

Температура является наиболее значимым фактором, оказывающим влияние на жизнедеятельность микробов. Температура, необходимая для роста и размножения бактерий одного и того же вида варьирует в широких пределах. Различают температурный оптимум, минимум и максимум.

Температурный оптимум соответствует физиологической норме данного вида микробов, при которой размножение происходит быстро и интенсивно. Для большинства патогенных и условно-патогенных микробов температурный оптимум соответствует 37 0 С.

Температурный минимум соответствует температуре, при которой данный вид микроба не проявляет жизнедеятельность .

Температурный максимум – температура, при которой рост и размножение прекращается, все процессы метаболизма замедляются, и может наступить гибель.

В зависимости от температуры, оптимальной для жизнедеятельности, различают 3 группы микроорганизмов:

1) психрофильные , холодолюбивые, размножающиеся при температуре ниже 20 0 С (иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонады, вызывающие заболевания человека;

2) термофильные , оптимум развития которых лежит в пределах 55 0 С (в организме теплокровных не размножаются и медицинского значения не имеют);

3) мезофильные , активно размножаются при температуре 20-40 0 С, оптимум температуры развития для них 37 0 С (патогенные для человека бактерии).

Микроорганизмы хорошо выдерживают низкие температуры. На этом основано длительное сохранение бактерий в замороженном состоянии. Однако ниже температурного минимума проявляется повреждающее действие низких температур, обусловленное разрывом клеточной мембраны кристаллами льда и приостановкой метаболических процессов.

Низкая температура приостанавливает гнилостные и бродильные процессы. Это лежит в основе консервации субстратов (в частности, пищевых продуктов) холодом.

Губительное действие высокой температуры (выше температурного максимума для каждой группы) используется при стерилизации. Стерилизация (обеспложивание) – это процесс умерщвления на изделиях или удаление из объекта микроорганизмов всех видов, находящихся на всех стадиях развития, включая споры (термические и химические методы и средства). Для гибели вегетативных форм бактерий достаточно действия температуры 60 0 С в течение 20-30 мин; споры погибают при 170 0 С или при температуре пара 120 0 С под давлением (в автоклаве).

Асептика – комплекс мероприятий, направленных против возможности попадания микроорганизмов в рану, ткани, органы, полости тела больного при хирургических операциях, перевязках, инструментальных исследованиях, а также на предотвращение микробного и другого загрязнения при получении стерильной продукции на всех этапах технологического процесса.



Антисептика – комплекс лечебно-профилактических мероприятий, направленных на уничтожение микроорганизмов, способных вызвать инфекционный процесс на поврежденных или интактных участках кожи или слизистых оболочек.

Дезинфекция – обеззараживание объектов окружающей среды: уничтожение патогенных для человека и животных микроорганизмов с помощью химических веществ, обладающих антимикробным действием.

Рост и размножение микробов происходит при наличии воды, необходимой для пассивной диффузии и активного транспорта питательных веществ в цитоплазму клетки. Снижение влажности (высушивание) приводит к переходу клетки в стадию покоя, а затем к гибели. Наименее устойчивыми к высушиванию являются патогенные микроорганизмы – менингококки, гонококки, трепонемы, бактерии коклюша, ортомиксо-, парамиксо- и герпес-вирусы. Микобактерии туберкулеза, вирус натуральной оспы, сальмонеллы, актиномицеты, грибы устойчивы к высушиванию. Особой устойчивостью к высушиванию обладают споры бактерий. Устойчивость к высушиванию повышается, если микробы предварительно замораживают. Для сохранения жизнеспособности и стабильности свойств микроорганизмов в произ­водственных целях используется метод лиофильной сушки - высушивание из замороженного состояния под глубоким вакуумом.

В процессе лиофилизации производят: 1) предварительное замораживание материала при t -40 0 - -45 0 С в спиртовых ваннах в течение 30-40 мин; 2) осуществляют сушку из замороженного состояния в вакууме в сублимационных аппаратах в течение 24-28 часов.

Процесс высушивания имеет 2 фазы: сублимация льда при t ниже 0°С и де­сорбцию - удаление части свободной и связанной воды при t выше 0°С.



Лиофилизацию используют для получения сухих препаратов, когда не проис­ходит денатурации белков и не изменяется структура материала (сыворотки, вакцины, сухая бактериальная масса). В лабораторных условиях лиофилизированные культуры микробов сохраняются в течение 10-20 лет, причем культура остает­ся чистой и не подвергается мутациям.

Прокаливание производят в пламени спиртовки или газовой горелки. Этим способом стерилизуют бактериологические петли, препаровальные иглы, пинцеты и некоторые другие инструменты.

Кипячение применяют для стерилизации шприцев, мелкого хирургического инструментария, предметных, покровных стекол и т. д. Стерилизацию проводят в стерилизаторах, в которые наливают воду и доводят ее до кипения. Для устранения жесткости и повышения температуры кипения к воде добавляют 1-2% бикарбонат натрия. Инструменты обычно кипятят в течение 30 мин. Данный метод не обеспечивает полной стерилизации, так как споры бактерий при этом не погибают.

Пастеризация - стерилизация при 65-70°С в течение 1 часа для уничтожения бесспоровых микроорганизмов (молоко освобождается от бруцелл, микобактерий туберкулеза, шигелл, сальмонелл, стафилококков). Хранят на холоде.

Тиндализация - дробная стерилизация материалов при 56-58 0 С в течение 1 часа 5-6 дней подряд. Применяется для стерилизации легко разрушающихся при высокой температуре веществ (сыворотка крови, витамины и др.).

Действие лучистой энергии на микроорганизмы. Солнечный свет, особенно его ультрафиолетовый и инфракрасный спектры, губительно действуют на вегета­тивные формы микробов в течение нескольких минут.

Стерилизация инфракрасным излучением происходит за счет теплового воздействия температурой 300 0 С в течение 30 мин. Инфракрасные лучи оказывают воздействие на свободнорадикальные процессы, в результате чего нарушаются химические связи в молекулах микробной клетки.

Для дезинфекции воздуха помещений лечебно-профилактических учрежде­ний и аптек широко используются ртутно-кварцевые и ртутно-увиолевые лампы, являющиеся источником ультрафиолетовых лучей. Ультрафиолетовое бактерицидное излучение в диапазоне 254 нм уничтожает микроорганизмы, споры, грибки и вирусы, что делает его очень эффективным профилактическим санитарно-противоэпидемическим средством для дезинфекции воздуха. Ультрафиолетовый бактерицидный рециркулятор Дезар-5 обеспечивает наивысшую степень дезинфекции (99,9 %) и соответствуют высочайшим требованиям, предъявляемым к состоянию воздуха в операционных, ожоговых и реанимационных палатах, родильных отделениях, т.е. там, где требуется полная стерильность. Также рециркулятор предназначен для использования в помещениях с повышенным риском распространения заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем. Губительное действие УФ излуче­ния вызвано повреждением ДНК микробных клеток, приводящим к мутациям и гибели. Возможна стерилизация белков, витаминов, антибиотиков. УФ-лучи обладают слабой проникающей способностью.

Ионизирующая радиация . В настоящее время используют радиационный метод (гамма-излучение, ускоренные электроны) для стерилизации перевязочного материала, хирургического инструментария, фармацевтических препаратов, сывороток, пищевых продуктов и других предметов.

Гамма- и рентгеновские лучи - волны, обладающие значительной проникающей способностью. Чтобы задержать лучи, необходим защитный слой, например, слой бетона толщиной 60 - 70 см. Наиболее широко используется гамма-излучающий изотоп кобальта-60, реже изотоп цезия-137, в связи с его низким уровнем энергии и излучения.

Стерилизационный эффект ионизирующего излучения является результатом воздействия на обменные процессы клетки, тогда как радиоактивное и инфракрасное излучение, высокочастотные колебания оказывают свое бактерицидное действие с помощью тепла, развиваемого в обрабатываемом предмете.

Любая форма облучения вызывает изменения в белках, нуклеиновых кислотах и других составных элементах клетки, обусловливающих ее жизнедеятельность.

Применение ионизирующей радиации имеет ряд преимуществ перед тепловой стерилизацией. При стерилизации с помощью ионизирующего излучения температура стерилизуемого объекта поднимается незначительно, в связи с чем такие методы называют холодной стерилизацией.

Для стерилизации ионизирующим излучением имеются специальные установки, и работа на них производится в соответствии с определенными инструкциями. При стерилизации в больших масштабах, например, на промышленных предприятиях, может быть создан конвейер. Материалы стерилизуют в упакованном виде. Имеется два вида оборудования для облучения: гамма-установки и ускорители электронов.

Средняя летальная доза одинакова, в случаях, если облучение проводить при низкой интенсивности, но в течение длительного времени, или оно осуществляется при высокой интенсивности, но короткое время. Выдержка зависит также от мощности установки. Например, при мощности установки 10 Вт/кг для получения стерильности материала его следует подвергнуть воздействию ионизирующих лучей в течение примерно 5 ч.

Стерилизующая доза зависит как от материала, подвергающегося стерилизации, так и от количества и радиоустойчивости микроорганизмов, находящихся в облучаемом материале, в связи с чем для облучения сильно обсемененных объектов увеличивают дозу облучения по сравнению с облучением объектов, мало обсемененных микроорганизмами.

Медицинские инструменты, в том числе шприцы, иглы, катетеры, перевязочные материалы, ёмкости для переливаемой крови и другие изделия подвергают стерилизации путем воздействия дозой 2,5 кДж/кг. Стерилизация ионизирующим облучением наиболее широко применяется на промышленных предприятиях, изготовляющих изделия медицинского назначения одноразового использования, например, системы для переливания крови, акушерские комплекты, которые используют при приеме родов в родильных домах. Стерилизуемые ионизирующим облучением предметы упаковываются в герметичные полиэтиленовые пакеты. Срок сохранения стерильности в таких упаковках до нескольких лет. После стерилизации необходимо проводить контроль остаточной радиации.

Действие ультразвука в определенных частотах на микроорганизмы вызывает деполимеризацию органелл клетки, денатурацию входящих в их состав молекул в результате локального нагревания или повышения давления. Стерилизация объек­тов ультразвуком осуществляется на промышленных предприятиях, так как источ­ником УЗ являются мощные генераторы. Стерилизации подвергаются жидкие среды, в которых уничтожаются не только вегетативные формы, но и споры. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (их питательная ценность при этом сохраняется максимально), вакцин, некоторых объектов лабораторного оборудования, которые портятся при действии повышенной температуры и химической стерилизации.

Стерилизация фильтрованием - освобождение от микробов материала, ко­торый не может быть подвергнут нагреванию (сыворотка крови, ряд лекарств). Используются фильтры с очень мелкими порами, не пропускающими микробы: из фарфора (фильтр Шамберлена), каолина, асбестовых пластинок (фильтр Зейтца). Фильтрование происходит под повышенным давлением, жидкость нагнетается через поры фильтра в приемник или создается разрежение воздуха в приемнике и жидкость всасывается в него через фильтр. К фильтрующему прибору присоединя­ется нагнетающий или разрежающий насос. Прибор стерилизуют в автоклаве.

Стерилизацию сухим жаром осуществляют в сухожаровых шкафах (печь Пастера). Сухим жаром стерилизуют лабораторную посуду. Ее неплотно загружают в печь, чтобы был равномерный прогрев материала. Лабораторную посуду перед стерилизацией необходимо тщательно вымыть, высушить, завернуть в бумагу. Чашки заворачивают в бумагу по одной или не­сколько штук. В верхние концы пипеток вставляют ватные тампоны, предупреж­дающие засасывание материала. Градуированные пипетки заворачивают в длин­ные полоски бумаги шириной 5 см. На бумаге отмечают объем завернутой пипет­ки. В пеналах пипетки стерилизуют без дополнительного завертывания в бумагу.

Острые концы пастеровских пипеток запаивают в пламени горелки и завора­чивают в бумагу по 3-5 штук.

Флаконы, колбы, пробирки закрывают ватно-марлевыми пробками. Пробка должна входить в горлышко сосуда на 2/3 длины, не слишком туго, но и не свобод­но. Поверх пробок на сосуд надевают бумажный колпачок. Пробирки связывают по 5-50 штук и обертывают поверх бумагой.

Дверь шкафа плотно закрывают, включают электронагревательный прибор, доводят температуру до 160-165 0 С и стерилизуют 1 час. По окончании стерилизации выключают обогрев, но дверцу шкафа не от­крывают, пока печь не остынет (иначе холодный воздух вызовет образование трещин на посуде). Режим стерилизации: 160°С - 60 мин, 180°С - 15 мин, 200° С - 5 мин. Жидкости, питательные среды, предметы из резины и синтетических мате­риалов нельзя стерилизовать сухим жаром.

Стерилизации паром под давлением подвергают перевязочный материал, операционное белье, хирургические инструменты, питательные среды, лаборатор­ную посуду, инфицированный материал, инъекционные растворы. Материал помещают в ёмкости (биксы). На дно бикса помещают прокладки из ткани, впиты­вающие влагу после стерилизации. Стерильность материала сохраняется 3 суток. Инфицированный материал в чашках и пробирках стерилизуют в металлических бачках с крышкой.

Стерилизацию паром под давлением производят в автоклаве. При однократ­ной обработке погибают как вегетативные, так и споровые формы бактерий. Паром под давлением стерилизуют питательные среды, кроме сред, содержащих нативные белки, жидкости, приборы, имеющие резиновые части.

Простые среды (МПА, МПБ) стерилизуют 20 мин при 120°С (1 атм).

Различные жидкости, приборы, имеющие резиновые шланги, пробки, бактериальные свечи и фильтры стерилизуют при 120 0 С (1 атм.) в течение 20 мин.

Перевязочный материал, белье стерилизуют при 1 атм. 15-20 мин.

Инфицированный материал (в пробирках, чашках) помещают в специальные металлические ведра или баки с отверстиями для проникновения пара и стерилизуют при 134 0 С (2 атм.) в течение 45 мин. Также стерилизуют инструменты после работы со споровыми бактериями.

Существует 2 режима стерилизации:

  1. Текучим паром в автоклаве или в аппарате Коха при не завинченной крышке и открытом выпускном клапане, когда антибактериальное действие пара проявляется в отношении вегетативных форм. Так стерилизуют среды с витаминами и углеводами, мочевиной, молоком, картофелем и желатином. Для полного обеспложивания применяют дробную стерилизацию (при 100 0 С) 20-30 мин 3 дня подряд. Это убивает и споры.
  2. Стерилизация паром под давлением – наиболее эффективный метод обеспложивания.

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от условий существования. Благоприятными условиями их существования является влажность, тепло, наличие питательных веществ. Тормозят развитие микроорганизмов высушивание, кислая среда, низкие температуры, отсутствие питательных веществ и др. Искусственно регулируя условия существования микробов, можно прекратить их размножение или уничтожить их.

Большинство пищевых продуктов по химическому составу является благоприятной средой для существования микробов. Поэтому хранить пищевые продукты можно только при неблагоприятных условиях для микроорганизмов. Говоря о влиянии физических факторов окружающей среды на микроорганизмы, подразумевают условия внешней среды, влияющие на их развитие и делят таковые на три основные группы: физические, химические и биологические. К физическим условиям (факторам) относятся: температура, влажность среды, концентрация веществ, растворенных в среде; излучение.

Влияние температуры на микроорганизмы.

Развитие всех микроорганизмов возможно при определенной температуре. Известны микроорганизмы, способные существовать при низких (-8°С и ниже) и при повышенных температурных условиях, например, обитатели горячих источников поддерживают жизнедеятельность при температуре 80-95°С. Большинство микробов предпочитает температурные пределы 15-35°С. Различают:

  • оптимальную, наиболее благоприятную для развития температуру;
  • максимальную, при которой прекращается развитие микробов данного вида;
  • минимальную, ниже которой микробы прекращают развитие.

По отношению к уровню температуры микроорганизмы разделяют на три группы:

  • психрофиты – хорошо растут при пониженных температурах,
  • мезофиллы – нормально существуют при средних температурах,
  • термофилы – существуют при постоянно высоких температурах.

Микробы сравнительно быстро приспосабливаются к значительным изменениям температуры. Поэтому незначительное снижение или повышение уровня температуры не гарантирует прекращения развития микроорганизмов.

Влияние высоких температур.

Температуры, значительно превышающие максимальные, вызывают гибель микроорганизмов. В воде большинство вегетативных форм бактерий при нагревании до 60°С погибают за час; до 70°С — за 10-15 минут, до 100°С — за несколько секунд. В воздухе гибель микроорганизмов наступает при значительно более высокой температуре — до 170°С и выше в течение 1-2 часов. Споровые формы бактерий значительно устойчивее к нагреванию, они могут выдерживать кипячение в течение 4-5 часов.

Методы пастеризации и стерилизации основаны на свойстве микробов погибать под действием высоких температур. Пастеризация — осуществляется при температуре 60-90°С, при этом погибают вегетативные формы клеток, а споровые остаются жизнеспособными. Поэтому пастеризованные продукты следует быстро охлаждать и хранить в условиях охлаждения. Стерилизация — это полное уничтожение всех форм микроорганизмов, включая споровые. Стерилизацию осуществляют при температуре 110-120°С и повышенном давлении.

Однако споры не погибают мгновенно. Даже при 120°С гибель их наступает через 20-30 минут. Стерилизуют пищевые консервы, некоторые медицинские материалы, субстраты, на которых выращивают микроорганизмы в лабораториях. Эффект стерилизации зависит от количественного и качественного состава микрофлоры объекта стерилизации, его химического состава, консистенции, объема, массы и др.

Влияние низких температур.

Чаще всего действие низких температур связано не с гибелью микроорганизмов, а с торможением и прекращением их развития. Низкую температуру микроорганизмы переносят значительно лучше. Многие болезнетворные микробы, попадающие в окружающую среду, способны переносить суровые зимы, не теряя болезнетворности. Наиболее негативно на развитие микроорганизмов влияет температура, при которой замерзает содержимое клетки.

Тормозящее действие низких температур на микробы используют для хранения различных продуктов в охлажденном виде при температуре 0-4°С, и замороженном – при температуре — 6-20°С и ниже. Действие низких температур в замороженных продуктах усиливает влияние повышенного осмотического давления. Поскольку большая часть воды перешла в лед, в оставшейся жидкой части воды оказались все растворенные вещества, содержавшиеся в массе продукта. Это вызывает повышенное осмотическое давление, которое, в свою очередь, тормозит развитие микробов.

Замораживание используют для хранения мяса, рыбы, плодов, овощей полуфабрикатов, кулинарных изделий, готовых блюд и др. Прекращение развития микробов действует только до тех пор, пока продолжается действие низкой температуры. При повышении температуры начинается бурное развитие и размножение микробов, что вызывает порчу пищевых продуктов.

Следовательно, низкая температура только замедляет биохимические процессы, не имея стерилизующего эффекта. Многократное замораживание одних и тех же продуктов способствует быстрому приспособлению микробов к низким температурам и усиливает их жизнеспособность. Поэтому надо предотвращать колебания температуры во время хранения продуктов.

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.

Высокая температура вызывает коагуляцию структурных белков и ферментов микроорганизмов. Большинство вегетативных форм гибнет при температуре 60°С в течение 30 мин, а при 80-100°С – через 1 мин. Споры бактерий устойчивы к температуре 100°С, гибнут при 130°С и более длительной экспозиции (до 2 ч.).
Для сохранения жизнеспособности относительно благоприятны низкие температуры (например, ниже 0°С), безвредные для большинства микробов. Бактерии выживают при температуре ниже –100°С; споры бактерий и вирусы годами сохраняются в жидком азоте (до –250°С ).

Влажность
При относительной влажности окружающей среды ниже 30% жизнедеятельность большинства бактерий прекращается. Время их отмирания при высушивании различно (например, холерный вибрион – за 2 суток, а микобактерии – за 90 суток). Поэтому высушивание не используют как метод элиминации микробов с субстратов. Особой устойчивостью обладают споры бактерий.
Широко распространено искусственное высушивание микроорганизмов, или лиофилизация . Метод включает быстрое замораживание с последующим высушиванием под низким (вакуумом) давлением (сухая возгонка). Лиофильную сушку применяют для сохранения иммунобиологических препаратов (вакцин, сывороток), а также для консервирования и длительного сохранения культур микроорганизмов.
Влияние концентрации растворов на рост микроорганизмов опосредовано изменением активности воды как меры доступной для организма воды. И если содержание солей вне клетки окажется выше их концентрации в клетке, то вода будет выходить из клетки. Угнетение патогенных бактерий хлористым натрием обычно начинается при его концентрации около 3% .

Излучения
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.
УФ-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 УФ-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.

Ультразвук
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.

ДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Способность ряда химических веществ подавлять жизнедеятельность микроорганизмов зависит отконцентрации химических веществ и времени контакта с микробом. Дезинфектанты и антисептики дают неспецифический микробицидный эффект; химиотерапевтические средства проявляют избирательное противомикробное действие.

По механизму действия противомикробные вещества разделяются на:
а) деполимеризующие пептидогликан клеточной стенки,
б) повышающие проницаемость клеточной мембраны,
в) блокирующие те или иные биохимические реакции,
г) денатурирующие ферменты,
д) окисляющие метаболиты и ферменты микроорганизмов,
е) растворяющие липопротеиновые структуры,
ж) повреждающие генетический аппарат или блокирующие его функции.

У микроорганизмов химической деструкции прежде всего подвергаются белки и липиды цитоплазматической мембраны, белковые молекулы жгутиков, фимбрий, секс-пили, порины клеточной стенки грамположительных бактерий, связывающие белки периплазмы, протеиновые капсулы, экзотоксины, ферменты-токсины и ферменты питания. Деструкция гетерогенных полимеров (белки, полиэфиры и др.) происходит как при действии окислителей, так и при действии гидролизующих и детергентных антисептиков (кислоты, щелочи, соли двух- и поливалентных металлов и др.).

ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

К биологическим средстваммогут быть отнесены препараты, содержащие живых особей -бактериофагов и бактерий, обладающих выраженной конкурентной активностьюпо отношению к патогенным и условно-патогенным для человека и животных видам микробов . Они вводятся в организм в жизнеспособном состоянии. Фаги и антагонисты оказывают прямое повреждающее действие на патогенных и условно-патогенных микробов; изготовленные из них лекарственные препараты предназначены для местного применения, для них характерна специфичность действия на микроорганизмы и безвредность для пациента; целью их внесения в организм человека и животных является лечение или профилактика инфекционных заболеваний. По механизму действия они близки к химическим антисептикам.
Необходимо также помнить и о молочно -кислых бактериях, которые вызывают процесс молочно-кислого брожения. Некоторые молочно-кислые бактерии способны синтезировать антибиотики и с их помощью подавлять развитие болезнетворных микробов.
Препараты, содержащие бактерии (эубиотики или пробиотики ): колибактерин, лактобактерин, бифидумбактерин, бификол, микрококкобактерин, линекс, бактисубтил и другие.
Препараты, содержащие бактериофаги: бактериофаг брюшнотифозный, бактериофаг дизентерийный, бактериофаг сальмонеллезный, бактериофаг коли-протейный, бактериофаг стафилококковый, бактериофаг стрептококковый, бактериофаг пиоцианеус, бактериофаг синегнойный, бактериофаг клебсиеллезный, пиофаг комбинированный и другие.

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени »

_____________________________________________________

Влияние физических, химических и биологических факторов

на микроорганизмы

Москва – 2011

Грязнева физических, химических и био­логических факторов на микроорганизмы /Лекция.- М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ.- 20с.

Предназначена для студентов высших учебных заве­де­ний по специальностям 111801 - «Ветеринария», 020207 - «Биофизика», 020208 - «Биохимия», 110501 – «Ветсан­экс­пертиза», 080– «Товароведение и экспер­тиза товаров», 111100 – «Зоотехния».

Рецензенты:

доктор ветеринарных наук, профессор

Утверждены учебно-методической и клинической ко­мис­сией факуль­тета ве­теринарной медицины ФГОУ ВПО МГАВМиБ (протокол от 21 марта 2011 г.).

Влияние физических, химических и биологических факторов на микроорганизмы

Введение.

1. Физические факторы, влияющие на микроорганизмы.

2. Химические факторы.

3. Биологические факторы.

4. Стерилизация.

5. Приспособляемость микроорганизмов к неблагоприятным факторам окружающей среды.

Заключение.

Вопросы для самоконтроля

Литература

1. , Бурла-кова Г. И., Шайкова подготовка студентов по дисциплине «Микробиология» с тестовыми заданиями: Учебное пособие.– М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ, 2008.

2. , Родионова //Методи-ческие рекомендации по изучению дисциплины и выполнению самостоятельной работы для студентов факультета ветеринар-ной медицины очного, заочного и очно-заочного обучения.- М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ.- 2008.

3. , Госманов микробио­логия и иммунология : Учебник.- М.: КолосС.- 2006.

4. , Скородумов ­тикум по ветеринарной микробиологии.- М.: КолосС.- 2008.

5. Поздеев микробиология: Учебник для ву­зов.- М.: Геотар-Мед.- 2001.

6. , Банникова морфо­логии популяций патогенных бактерий.- М.: Колос. 2007.

Введение


Жизнь микроорганизмов находится в тесной зависимости от условий окружающей среды, поэтому микроорганизмы должны по­стоянно к ней приспосабливаться.

Как на человека, животных и растения, так и на микроорга­низмы существенное влияние оказывают различные факторы внешней среды. Их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Антимикробные факторы окружающей среды

Физические

Химические

Биологические

Результаты действия факторов внешней среды на микроорга­низмы:

1. Благоприятные.

2. Неблагоприятные (бактериостатическое и бактерицидное действие).

3. Изменяющие свойства микроорганизмов.

4. Индифферентные.

Антимикробные факторы окружающей среды используются при стерилизации , дезинфекции, лечении, соблюдении правил асеп­тики и антисептики и др.

1. Физические факторы, влияющие на микроорганизмы

Из физических факторов наибольшее влияние на микроорга­низмы оказывают:

1. Температура.

2. Высушивание (лиофильная сушка).

3. Лучистая энергия (СВЧ-энергия, ультрафиолетовые лучи, ионизирующая радиация).

4. Ультразвук.

5. Давление (атмосферное, гидростатическое, осмотическое).

6. Электричество.

7. Кислотность среды (рН среды).

8. Наличие кислорода.

9. Влажность и вязкость среды обитания.

Температура - один из самых мощных факторов воздействия на микроорганизмы. Они или выживают, или погибают, или при­спосабливаются и растут.

Последствия влияния температуры на бактерии:

1. Способность микроорганизмов к выживанию после длитель­ного нахождения в экстремальных температурных условиях.

2. Способность микроорганизмов к росту в экстремальных тем­пературных условиях.

Жизнедеятельность каждого микроорганизма ограничена оп­ределенными температурными границами.

Эту температурную зависимость обычно выражают тремя точ­ками:

§ минимальная (min) температура - ниже которой размножение прекращается;

§ оптимальная (opt) температура - наилучшая температура для роста и развития микроорганизмов;

§ максимальная (max) температура - температура, при которой рост клеток или замедляется, или прекращается совсем.

Оптимальная температура обычно приравнивается к темпера­туре окружающей среды.

Все микроорганизмы по отношению к температуре условно можно разделить на 3 группы: психрофилы, мезофиллы, термо­филы.

Сапрофиты

Иерсинии

Псевдомонады

Клебсиеллы

Листерии и др.

Оптимальная температура роста и размножения психрофилов

Психрофилы - это холодолюбивые микроорганизмы, растут при низких температурах: min t - 0°С, opt t - от 10-20°С, max t - до 35°С. К таким микроорганизмам относятся обитатели северных морей и водоемов , а также некоторые патогенные бактерии - возбудители иерсиниоза, псевдомоноза, клебсиеллеза, листериоза и др.

К действию низких температур многие микроорганизмы очень устойчивы. Например, листерии, холерный вибрион, некоторые виды синегнойной палочки (Pseudomonas аtrobacter) долго могут храниться во льду, не утратив при этом своей жизнеспособности.

Некоторые микроорганизмы выдерживают температуру до ми­нус 190°С, а споры бактерий могут выдерживать до минус 250°С. Действие низких температур приостанавливает гнилостные и бро­дильные процессы, поэтому в быту мы пользуемся холодильни­ками.


При низких температурах микроорганизмы впадают в состоя­ние анабиоза, при котором замедляются все процессы жизнедея­тельности, протекающие в клетке. Однако, многие из психрофилов способны быстро вызывать микробиальную порчу пищевых про­дуктов и кормов, хранящихся при 0°С.

Большинство па­тогенных и ус­ловно-патогенных микроорганизмов

Оптимальная температура роста и размножения мезофилов

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, max t - 50°C.

Термофилы - теплолюбивые бактерии, развиваются при тем­пературе выше 55°С, min t для них - 40°С, max t – до 100°С. Эти микроорганизмы обитают в основном в горячих источниках. Среди термофилов встречается много споровых форм (В. stearothermo-philus. В. aerothermophilus) и анаэробов.

https://pandia.ru/text/78/203/images/image006_13.jpg" width="335 height=140" height="140">

Вегетативные формы Споры

Температурные диапазоны гибели микроорганизмов

Споры бактерий гораздо устойчивей к высоким температурам, чем вегетативные формы бактерий. Например, споры бацилл си­бирской язвы выдерживают кипячение в течение 2 часов.

Все микроорганизмы, включая и споровые, погибают при тем­пературе 165-170°С в течение 1 часа.

Действие высоких температур на микроорганизмы положено в основу стерилизации.

Высушивание . Для нормальной жизнедеятельности микроор­ганизмов нужна вода. Высушивание приводит к обезвоживанию цитоплазмы и нарушается целостность цитоплазматической мем­браны, что ведет к гибели клетки.

Некоторые микроорганизмы (многие виды кокков) под влия­нием высушивания погибают уже через несколько минут.

Более 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 возбудителя сибирской язвы могут сохраняться в почве более 100 лет.

Для хранения микроорганизмов в музеях микробных культур и изготовления сухих вакцинных препаратов из бактерий применя­ется метод лиофильной сушки.

Сущность метода состоит в том, что в аппаратах для лиофиль­ной сушки – лиофилизаторах микроорганизмы сначала заморажи­вают, а потом высушивают при положительной температуре в ус­ловиях вакуума . При этом цитоплазма бактерий замерзает и пре­вращается в лед, а потом этот лед испаряется и клетка остается жива (переход воды из замороженного состояния в газообразное, минуя жидкую фазу - сублимация ).

Замороженные бактерии (I этап лиофильного высушивания)

Образование внеклеточного (а) и внутриклеточного (б) льда при лиофильном высушивании бактерий

Лиофильно высушенные диплококки

При правильном лиофильном высушивании микробные клетки переходят в состояние анабиоза и сохраняют свои биологические свойства в течение нескольких лет.

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

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

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

В природе бактериальные клетки постоянно подвергаются воз­действию солнечной радиации.

Прямые солнечные лучи губительно действуют на микроорга­низмы. Это относится к ультрафиолетовому спектру солнечного света (УФ-лучи).

Растения

Фотосинтез

Фототропизм

Фотопериодизм

Бактерии

Фототаксис

Мутации

Бактерицидное

действие

Животные и человек

Фотоэритема

Фотодинамика

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. При этом обеззараживается только поверхность облученных объектов из-за низкой проникающей спо­собности этих лучей.

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

Опыт Бухнера показывает, насколько УФ-лучи губительно дей­ствуют на бактерии: чашку Петри с плотной средой засевают сплошным газоном. Часть посева накрывают бумагой, и ставят чашку Петри на солнце, а затем через некоторое время (15-30 мин) ее ставят в термостат.

Прорастают только те микроорганизмы, которые находились под бумагой. Поэтому значение солнечного света для обеззараживания ок­ружающей среды очень велико.

Используемые для этих целей приборы, испускающие ультра­звук, называют ультразвуковыми дезинтеграторами (УЗД).

Высокое давление . К высокому атмосферному или гидроста­тическому давлению бактерии, а особенно споры, очень устой­чивы (барофильные микроорганизмы). В природе встречаются бактерии, которые живут в морях и океанах на глубине м под давлением от 100 до 900 атм. Эти бактерии являются са­профитными и относятся к археям.

Бактерии переносят давление атм, а споры бакте­рий - до 20000 атм. При таком высоком давлении снижается ак­тивность бактериальных ферментов и токсинов.

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

Важным фактором является внутриклеточное осмотическое давление у различных микроорганизмов.

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.

https://pandia.ru/text/78/203/images/image034.jpg" width="219" height="142">Водород" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">водородных ионов.

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

Значение рН оказывает существенное влияние на синтез того или иного метаболита.

В ряде случаев оптимум для роста культуры и образования продукта неодинаков. С увеличением температуры культивирова­ния диапозон переносимых значений рН сужается.

Вязкость среды определяет диффузию питательных веществ из объема среды к поверхности клетки.

2. Химические факторы

Известно, что изменение состава и концентрации питательных элементов питательной среды может затормозить, прекратить или стимулировать процессы роста и размножения бактериальной по­пуляции. Следовательно, химические факторы способны влиять на жизнедеятельность микроорганизмов.

Степень воздействия химического агента на микроорганизм может быть различной. Она зависит от химического соединения, его концентрации, продолжительности воздействия, а так же от индивидуальных свойств микроорганизма.

Бактериостатическое действие регистрируется в том случае, если химическое вещество подавляет размножение бактерий, а после его удаления процесс размножения восстанавливается.

Бактерицидное действие вызывает необратимую гибель мик­роорганизмов.

Некоторые химические вещества безразличны для бактерий, другие могут стимулировать процессы их развития или являться питанием для бактерий. Например, соль NaCl в малых количест­вах добавляют в питательные среды.

Химические вещества, способные оказывать бактерицидное действие на разные группы микроорганизмов, используют для де­зинфекции.

Дезинфекция (уничтожение инфекции, обеззараживание объ­ектов окружающей среды) – это комплекс мероприятий, направ­ленный на уничтожение возбудителей инфекционных болезней в окружающей среде.

Другими словами, дезинфекция – это уничтожение патогенных микроорганизмов во внешней среде с помощью химических ве­ществ, обладающих антимикробным действием.

К химическим веществам, действующим на микроорганизмы относятся:

1. Окислители.

2. Поверхностно-активные вещества.

3. Галогены.

4. Соли тяжелых металлов.

5. Кислоты.

6. Щелочи.

7. Спирты.

8. Фенолы, крезолы и их производные.

9. Альдегиды (формальдегид, формалин).

10. Красители.

По механизму противомикробного действия все химические вещества подразделяются на 5 классов :

1. Денатурирующие белки – коагулируют и свертывают белки.

2. Омыляющие белки – приводят к набуханию и растворению белков.

3. Окисляющие белки - повреждают сульфгидрильные группы активных белков.

4. Реагирующие с фосфатнокислыми группами нуклеиновых кислот.

5. Поверхностно активные вещества - вызывают повреждения клеточной стенки.

Денатурирующие вещества :

§ фенол, крезол и их производные - бактерицидное действие связано с повреждением клеточной стенки и денатурацией белков цитоплазмы;

§ формальдегид - бактерицидное действие обусловлено дегид­ратацией поверхностных слоев и денатурацией белка;

§ спирты - бактерицидное действие обусловлено способностью отнимать воду и свертывать белки;

§ соли тяжелых металлов (сулема, мертиолат, соли ртути, се­ребра, цинка, свинца, меди) - положительно заряженные ионы ме­таллов адсорбируются на отрицательно заряженной поверхности бактерий и изменяют проницаемость их цитоплазматической мем­браны, при этом изменяется структура дыхательных ферментов и разобщаются процессы окисления и фосфорилирования в мито­хондриях.

Омыляющие белки – щелочи, гашеная известь.

Окисляющие белки (хлор, бром, йодосодержащие, перекись водорода, перманганат калия) - выделяют активный атомарный кислород, вызывая цепную реакцию свободнорадикального пере­кисного окисления липидов, что ведет к деструкции мембран и белков микроорганизмов.

Поверхностно-активные вещества (жирные кислоты, мыла, моющие средства , детергенты) - изменяют энергетическое соот­ношение поверхности микробной клетки (заряд с отрицательного меняется на положительный), что нарушает проницаемость и ос­мотическое равновесие.

Галогены (хлорсодержащие: хлорная известь, хлорамин Б, ди­хлор-1, сульфохлорантин, хлорцин и др.; йодосодержащие: спир­товый раствор йода, йодинол, йодоформ, раствор Люголя и др.) – разрушают ферментативные структуры бактериальной клетки, уг­нетают гидролитическую и дегидрогеназную активность бактерий, инактивируют такие ферменты, как амилазы и протеазы, денату­рируют белки цитоплазмы, а также выделяют атомарный кисло­род, оказывающий окисляющее действие на микроорганизмы.

Красители (бриллиантовый зеленый, риванол, трипофлавин, метиленовая синь) - обладают сродством к фосфорно-кислым гру-ппам нуклеиновых кислот и нарушают процесс деления бактерий. Многие красители используются в составе антисептиков.

Бактерицидный эффект кислот (салициловая, борная) и ще­лочей (едкий натр) на микроорганизмы обуславливается:

§ дегидратацией микроорганизмов;

§ изменением рН среды;

§ образованием кислотных и щелочных альбуминатов .

Новое поколение дезинфицирующих средств – четвертичные аммонийные соединения (ЧАС) и их соли.

Одним из наиболее эффективных дезинфицирующих средств на сегодняшний день является Велтолен - жидкий концентрат на основе уникальной отечественной, запатентованной субстанции «Велтон» (клатрат ЧАС с карбамидом).

Велтолен оказывает бактерицидное, фунгицидное, спорули­цидное и вирулицидное действие в невысоких концентрациях, безвреден для животных и человека, экологически безопасен.


Механизмы противомикробного действия Велтолена

Антимикробное действие 0,5%-ного раствора Велтолена на возбудителя сибирской язвы B. аnthracis при экспозиция 5 мин. вы­зывает вакуолизацию цитоплазмы бактерий и отслоение клеточ­ной стенки.

на B .а nthracis при экспозиция 5 мин.

Антимикробное действие 0,5% раствора Велтолена на возбу­дителя сибирской при экспозиция 15 мин. вызывает отслоение клеточной стенки, ее разрыв и вакуолизацию цитоплазмы.

Антимикробное действие 0,5% раствора Велтолена

на B .а nthracis при экспозиция 15 мин.

Антимикробное действие 0,5% раствора Велтолена на возбу­дителя сибирской при экспозиция 60 мин. вызывает разрушение большей части бактериальных клеток с потерей клеточной стенки и выхода наружу клеточного детрита. Часть спор под действием Велтолена формирует миелиновые фигуры.

Антимикробное действие 0,5% раствора Велтолена

на B .а nthracis при экспозиция 60 мин.

Активность различных дезинфицирующих веществ не одина­кова и зависит от времени экспозиции, концентрации, темпера­туры дезинфицирующих растворов и окружающей среды.

Дезинфекция с помощью химических веществ в качестве со­ставляющей входит в совокупность мер, направленных на уничто­жение микроорганизмов не только в окружающей среде, но и в макроорганизме, например, в ране и является основой асептики и антисептики.

Асептика - это комплекс профилактических мероприятий, на­правленных на предупреждение попадания микроорганизмов в рану или организм человека и животного.

Антисептика - это комплекс мероприятий, направленных на уничтожение микроорганизмов в ране или в организме в целом, на предупреждение и ликвидацию воспалительного процесса.

Антисептики - это противомикробные вещества, которые ис­пользуются для обеззараживания биологических поверхностей.

К антисептическим химическим веществам относятся краси­тели (метиленовый синий, бриллиантовый зеленый) - обладают денатурирующим и литическим эффектом, и производные 8-окси-хинолина (хинозол, нитроксалин, хинолон) и нитрофурана (фура­цилин, фуразолидон), которые нарушают биосинтетические и ферментативные процессы в бактериальной клетке.

3. Биологические факторы

К биологическим факторам , негативно воздействующим на микроорганизмы, можно отнести:

§ микроорганизмы-антагонисты;

§ пробиотики;

§ бактериофаги;

§ защитные факторы организма (клеточные и гуморальные).

Во внешней среде и в организме человека и животных обитает огромное количество разных видов микроорганизмов, которые по - разному взаимодействуют между собой.

Молочнокислые бактерии

Хищничество – нападение одного вида бактерии на другой с целью использование другого вида в качестве пищи.

https://pandia.ru/text/78/203/images/image049.jpg" width="302" height="201">

Bdellovibrio bacteriovorus проникает в сальмонеллу

Нейтрализм – микроорганизмы не оказывают друг на друга ни­какого влия­ния.

Наибольший интерес для науки и практики представляют раз­личные биологически активные вещества, образующиеся в про­цессе жизнедеятельности микроорганизмов, и одними их них яв­ляется антибиотики.

Антибиотики - продукты метаболизма живых организмов или их аналоги, получаемые синтетическим путем, способные избира­тельно подавлять рост микроорганизмов.

Термин "антибиотик" был предложен В. Вюименом в 1889 г., чтобы обозначить действующий агент процесса "антибиоза", т. е. сопротивления, оказываемого одним живым организмом другому.

В 1929 году А. Флемингом был открыт пенициллин, который в 1940 году удалось выделить в кристаллическом виде.

Механизм действия антибиотиков на бактерии

Классификация антибиотиков

По биологичес-кому

происхождению

По механизму биологического действия

По спектру биологичес-

кого действия

По химическому строению

Эубактерии

Род Pseudomo-nas : пиоцианин,

вискозин.

Ингибирует син­тез клеточной стенки (пеницил­лины, цефало-спорины)

Узкого спек­тра (пеницил-лины, цефа­лоспорины)

Ациклические соединения (микозамин, пирозамин)

Актиномицеты

Род Streptomy ces : тетрациклины, стрептомицины, эритромицин.

Род Мicromono-spora : гентами­цины, сизомицин.

Нарушает фун-кцию мембран

(нистатин, кан­дицидин)

Широкого спектра (тет­рациклины, хлорамфени­кол, гентами­цин, тобра­мицин)

Алициклические соединения (ак­тидион, туевая кислота).

Тетрациклины

Цианобактерии

(малинголид)

Подавляет син­тез РНК (канами-цин, неомицин) и синтез ДНК (ак­тидион, эдеин)

Противоту­беркулезные

(стрептоми­цин, канами­цин)

Ароматические соединения (гал­ловая кислота, хлорамфеникол).

Грибы

(пенициллины)

Ингибиторы син­теза пуринов и пиримидинов (азасерин)

Противо­грибные (нистатин, кандицин)

Кислородсоде-ржащие гетеро­циклические соединения (пе­ницилловая ки­слота, карлина­оксид)

Лишайники, растения, водо­росли (усниновая кислота, хлорел­лин)

Подавляет син­тез белка (кана­мицин, тетра­циклины, эрит­ромицин, хло­рамфеникол)

Противоопу­холевые

(адриамицин)

Макролиды

(эритромицин)

Животного происхождения

(интерферон, эк­молин)

Ингибиторы ды­хания (усниновая кислота, пиоциа­нин). Ингибиторы окислительного фосфорилирова­ния (валиноми­цин, олигомицин)

Противо­амебные (фумагиллин)

Аминоглико­зиды (тобрами­цин, гентами­цин, стрептоми­цины).

Полипептиды

(грамицидины)

«Феномен жемчужного ожерелья» у возбуди­теля сибирской язвы при выращивании его на пи­тательной среде с пени­циллином

В результате дейст­вия на B. аnthracis пени-циллина, у возбудителя разрушается клеточная стенка, образуются ша­ровидные протопласты, соединенные между собой в виде нитки бус.

Пенициллин способен вызвать разрушение клеточной стенки у многих видов бактерий. До недавнего времени к нему были осо­бенно чувствительны стафилококки и стрептококки.

У большинства грамотрицательных бактерий к пенициллину выработалась устойчивость, связанная с их способностью синте­зировать фермент пенициллиназу, разрушающий пенициллин.

https://pandia.ru/text/78/203/images/image055.jpg" width="204" height="169">.jpg" width="224" height="168">DIV_ADBLOCK169">

Возможные механизмы действия пробиотиков:

1. Подавление живых патогенных и условно-патогенных мик­роорганизмов.

а) продукция антибактериальных веществ - бактериоцинов;

б) конкуренция за источники питания;

в) конкуренция за рецепторы адгезии.

2. Влияние на микробный антагонизм.

а) уменьшение ферментативной активности;

б) увеличение ферментативной активности.

3. Стимуляция иммунитета.

б) увеличение активности макрофагов.

Пробиотические препараты, выпускаемые в странах –

членах ЕС и используемые в них виды микроорганизмов

Препарат

Вид микроорганизмов

Жидкое ацидофильное мо­локо, продукты класса йогур­тов (повсеместно)

L. acidophilus, B. bifidum, B. longum

Биоград, Бифийогурт Йога-Лайн, Лактоприв, Эугалин, Витацидофилюс, Омнифлора Мутафлор, Коливит, Симби­офлор, Лактана-Б (Германия)

L. acidophilus, S. thermophilus, B. longum, B. bifidum, E. coli

Гефилак, Бактолак (Финлян­дия)

L. rhamnosum, L. casei, S. faecium

Йокульт, Бифидер, Тойоцерин, Лакрис, Грауген, Кальспорин, Миаризан, Королак, Биофер­мин, Балантол, Лактофед (Япония)

L. rhamnosum, L. casei, E. coli, B. cereus, L. sporo-genes, B. subtilis, B. thermophilus, C. butyricum, B. pseudolongum, S. faecalis, L. acidophilus, B. toyo

Биокос (Чехия)

B. bifidum, L. acidophilus, P. acidilactis

Синелак, Ортобактер, Бифи­диген, Лиобифидус, Пробио­мин, Нормофлор, Биолакталь (Франция)

L. bulgaricus, L. acidophilus, B. longum E. coli, S. thermophilus, B. bifidum

Инфлоран (Швейцария)

S. thermophilus, L. bulgaricus, L. acidophilus

Пионер (Испания)

Комплекс кишечной микро­флоры

Вентракс оцидо (Швеция)

L. acidophilus, S. faecium, S. thermophilus

Гастрофарм, Нормофлор (Болгария)

L. acidophilus, L. bulgaricus

Био-Плюс2 (Германия, Дания)

B. subtilis, B. licheniformis

Протексин, Припалак (Голлан­дия)

Бактисубтил (Югославия)

Эсид-Пак-4-Уэй, Лакто-Сак (США)

S. thermophilus, L. acidophilus

Кроме перечисленных видов бактерий, в ряде стран в составе пробиотиков для животных используют Saccaharomyces cerevisiae, Candida pintolopesii, Aspergillus niger и Aspergillus ory­sae.

К молочнокислым бактериям, широко используемым для про­изводства пробиотиков, относятся молочнокислые стрептококки (S. lactis и S. cremoris) и лактобактерии (L. acidophilum, L. casei, L. plantarum, L. bulgaricum).

Метаболиты молочнокислых бактерий и их регуляторные функции

Механизм действия

Биологический эффект

Молочная кислота

Синергизм сочетания с уксусной, пропионовой, масляной кисло­тами. Синтез внутри - и внеклеточ­ного лактоферрина.

Ингибиция роста патогенных микро­организмов. Снижение синтеза ток­синов у плесневых грибов корма.

Углекислый газ

Поддержание анаэробных условий и высокого парциального давления.

Снижение дыхательного потен­циала у аэробных кишечных бакте­рий.

Перекись водорода

Образование гипотиоцината в бак­териях. Истощение ферментной системы у каталазозависящих мик­роорганизмов. Инактивация клеточ­ных энзимов.

Токсическое действие на каталазо­положительную микрофлору. Сни­жение синтеза белков, ограничение передачи генетической информа­ции, снижение факторов адгезии у грамотрицательных бактерий.

Связывание антилизоцимного фактора у энтеропатогенных бак­терий. Лизис клеточных стенок бактерий.

Повышение фагоцитарной актив­ности макрофагов. Снижение коло­низационной активности у грамот­рицательных бактерий. Неспеци­фическая стимуляция макрофагов.

Бактериоцины

Ограничение синтеза белков. На­рушение процессов транспорта через клеточную мембрану, сниже­ние синтеза ДНК, уплотнение ядерного материала, изменение рибосом и лизосом.

Бактерицидное и бактериостатиче­ское действие. Сдерживание про­цессов деления бактерий, наруше­ние передачи наследственной ин­формации. Деструкция рецептор­ных связей.

В России чистые культуры молочнокислых бактерий стали применять с 1890 года. Большой вклад в разработку способов при­готовления чистых культур, сохранения их в сухом виде и исполь­зования в производстве кисломолочных продуктов внёсли и.

Сухожаровая стерилизация - проводится в печах Пастера (су­хожаровой шкаф). Это шкаф с двойными стенками, изготовленный из металла и асбеста, нагревающийся с помощью электричества и снабженный термометром. Сухим жаром стерилизуют, в основном, лабораторную посуду. Обеззараживание материала в нем проис­ходит при 160°С в течение 1 часа.

В бактериологических лабораториях используется такой вид стерилизации, как прокаливание над огнем (фломбирование) . Этот способ применяют для обеззараживания бактериологических пе­тель, шпателей, пипеток. Для прокаливания над огнем используют спиртовки или газовые горелки.

К физическим способам стерилизации относятся также УФ-лучи и рентгеновское излучение . Такую стерилизацию проводят в тех случаях, когда стерилизуемые предметы не выдерживают вы­сокой температуры.

Тиндализация (двухступенчатая стерилизация) используется для обеззараживания материала, обсемененного спорами бакте­рий. При этом используется два режима нагревания материала – первый режим является оптимальным для прорастания спор и пе­рехода споровой формы бактерий в вегетативную, а второй режим направлен на уничтожение вегетативных клеток микроорганизмов.

Механическая стерилизация (фильтрующая стерилизация) - проводится при помощи фильтров (керамических, стеклянных, ас­бестовых) и особенно мембранных ультрафильтров из коллоид­ных растворов нитроцеллюлозы.

Морфология" href="/text/category/morfologiya/" rel="bookmark">морфология (округление, удлинение клетки), куль­туральные свойства (стафилококки не образуют пигмент при не­достатке кислорода), биохимические или ферментативные свой­ства (выработка адаптивных ферментов у эшерихий - фермент лактаза на среде с лактозой). При фенотипической изменчивости кАк правило, через определенное время происходит возврат к ис­ходному состоянию («новый фенотип» утрачивается).

2. Генотипическая изменчивость (наследуемая) - возникает в результате мутаций и генетических рекомбинаций. При этом смена фенотипа связана с изменением генотипа и передается по на­следству. Нет возврата к исходному фенотипу.

Мутации (от лат. mutatio - изменять) - это стойко передаваемые по наследству структурные изменения генов, связанные с реорга­низацией нуклеотидов в молекуле ДНК. При мутациях изменяются участки геномов (т. е. наследственного аппарата).

Бактериальные мутации могут быть спонтанными (самопроиз­вольными) и индуцированными (направленными), т. е. появляются в результате обработки микроорганизмов специальными мутаге­нами (химическими веществами, температурой, излучением и т. д.).

В результате бактериальных мутаций могут отмечаться:

§ изменение морфологических свойств микроорганизмов;

§ изменение культуральных свойств;

§ возникновение у микроорганизмов устойчивости к лекарствен­ным препаратам;

§ ослабление патогенных свойств и др.

К генетическим рекомбинациям относятся рекомбинации ге­нов, которые происходят вследствие трансформации, трансдукции и конъюгации.

Трансформация -передача генетического материала от бак­терии-донора бактерии-реципиенту при помощи изолированной ДНК другой клетки.

Бактерии, способные воспринимать ДНК другой клетки, назы­ваются компетентными.

Состояние компетентности часто совпадает с логарифмиче­ской фазой роста.

Для трансформации необходимо создавать особые условия, например, при добавлении в питательную среду неорганических фосфатов частота трансформации повышается.

Трансдукция - это перенос наследственного материала от бактерии-донора к бактерии-реципиенту бактериофагом.

Например, с помощью бактериофага можно воспроизвести трансдукцию жгутиков, ферментативные свойства, резистентность к антибиотикам, токсигенность и другие признаки.

Конъюгация - передача генетического материала от одной бактерии другой путем непосредственного контакта. Причем про­исходит односторонний перенос генетического материала - от до­нора реципиенту . Необходимым условием для конъюгации явля­ется наличие у донора цитоплазматической кольцевой молекулы ДНК - плазмиды и специфического фактора плодовитости F. У грамотрицательных бактерий обнаружены половые F-волоски, че­рез которые происходит перенос генетического материала. Клетки, играющие роль донора, обозначают F+, а реципиенты – F–-.

3. Промежуточная изменчивость - диссоциация. В однородной популяции бактерий появляются различные по биологическим свойствам клетки, образующие две формы колоний – R (шерохо­ватые, с рваными краями, часто связанные с приобретением бак­териями патогенных свойств) и S (круглые, гладкие, блестящие).

Заключение

На микроорганизмы во внешней среде воздействует огромное количество разнообразных неблагоприятных факторов, что за­ставляет их постоянно совершенствоваться, приспосабливаться и эволюционировать.

Именно неблагоприятные факторы внешней среды являются для микроорганизмов движущей силой видообразования.

Вопросы для самоконтроля

1. Результаты действия факторов внешней среды на микроорганизмы.

2. Какие физические факторы оказывают наибольшее влияние на микроорганизмы?

3. Каков температурный диапазон выращивания разных видов микроорганизмов?

4. В чем сущность лиофильного высушивания микроорганизмов?

5. Опишите опыт Бухнера.

6. Значение осмотического давления для бактерий.

7. На какие группы классифицируют микроорганизмы по отношению к концентрации водородных ионов в среде?

8. Что такое дезинфекция и дезинфектанты?

9. Классификация химических веществ по механизму противомикробного действия.

10. Какие средства называют антисептиками?

11. Перечислите биологические факторы, негативно воздействующие на микроорганизмы.

12. Какие взаимоотношения между бактериями обуславливает антагонистический симбиоз?

13. Каков механизм действия антибиотиков на бактерии?

14. Назовите возможные механизмы действия пробиотиков.

15. На какие группы подразделяют бактериофаги?

16. Что такое фильтрующая стерилизация?

17. Назовите отличия между фенотипической и генотипической изменчивостью бактерий.