Микробиология

Что влияет на рост бактерий

На рост бактерий существенное влияние оказывают факторы внешней среды, особенно физической и химической природы.

К физическим факторам относятся температура, излучения, высушивание, давление, ультразвук и другие.

Температура. Жизнедеятельность микроорганизмов приспособлена к окружающим температурным условиям, отклонение от которых может оказывать существенное влияние на микроорганизмы.

Микроорганизмы способны развиваться в широком диапазоне температур - от низких (около 0° С и даже ниже) до высоких (60 - 800 С и иногда выше). Для микроорганизмов выделяют три температурные границы: оптимальную температуру, наиболее благоприятную для их развития; минимальную - самую низкую, при которой развиваются микроорганизмы; максимальную - самую высокую, при которой еще возможна жизнедеятельность микроорганизмов. В зависимости от температуры можно выделить три группы микроорганизмов: психрофильные, мезофиль- ные и термофильные.

Психрофильные микробы включают холодолюбивые микроорганизмы (греч. рв1сЬгов - холод). Оптимальной температурой для них является 15 - 20° С, минимальной - 0 - 4° С, максимальной - 30 - 35° С. Психрофилы обитают в водоемах, могут развиваться в холодильных установках.

Мезофильные микроорганизмы развиваются в диапазоне температур 20 - 40° С. Оптимальными для них являются 35 - 37° С, минимальными - 15 - 20° С, максимальными - 42 - 45° С. К этим микроорганизмам относится большинство микробов, в том числе патогенные.

Термофильные микробы развиваются при повышенных температурах: оптимальная температура для них 50 - 60° С, минимальная - 35 - 40° С, максимальная может доходить до 70 - 80° С, а в отдельных случаях - до 100° C. Эти микроорганизмы обитают в горячих источниках, минеральных водах, грязях, навозе.

Наконец, промежуточное положение между термофильными и мезофильными микроорганизмами занимают термотолерантные микробы, развивающиеся при температуре 50° С.

При снижении температуры жизнедеятельность микробов практически не меняется. Многие микроорганизмы способны сохранять жизнеспособность при очень низких температурах в течение длительного времени.

Наоборот, переход к более высоким температурам оказывает губительное действие на микроорганизмы, что лежит в основе методов стерилизации, или обеспложивания, то есть полного уничтожения всех микроорганизмов.

Излучения. Лучистая энергия оказывает серьезное влияние на микроорганизмы. Солнечный свет способствует жизнедеятельности группы фототрофных микробов, у которых биохимические реакции происходят под влиянием солнечной энергии. Большинство микроорганизмов являются фотофобными, то есть боящимися света. Прямой солнечный свет губительно действует на микробы, о чем свидетельствует опыт Бухнера. Он состоит в том, что на чашку с агаром засевается бактериальная культура, на дно чашки накладываются кусочки темной бумаги и чашка освещается прямым солнечным светом в течение 1-2 часов со стороны дна, после чего инкубируется. Рост бактерий отмечается только в местах, соответствующих кусочкам бумаги. Губительное действие солнечного света связано, в первую очередь, с воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 234 - 300 нм, которое поглощается ДНК и вызывает димеризацию тимина. Такое действие ультрафиолетовых лучей используется для обезвреживания воздуха в различных помещениях, больницах, операционных, палатах и т. д.

Ионизирующая радиация также губительно действует на микроорганизмы, однако микробы высокоустойчивы к этому фактору, обладают радиоустойчивостью (их гибель происходит при облучении в дозах 10000 - 100000 Р). Это связывают с малыми размерами мишени из-за низкого содержания нуклеиновых кислот у микроорганизмов. Ионизирующая радиация используется для стерилизации некоторых биологически активных веществ, пищевых продуктов. Преимуществом этого способа является то, что при такой обработке не изменяются свойства обрабатываемого объекта.

Высушивание является одним из факторов, регулирующих содержание микроорганизмов во внешней среде. Отношение микробов к этому воздействию зависит во многом от условий, в которых оно происходит. В естественных условиях высушивание губительно действует на вегетативные формы бактерий, но практически не влияет на споры, которые могут сохраняться в высушенном состоянии десятилетиями. В процессе высушивания вегетативные клетки теряют свободную воду и происходит денатурация белков цитоплазмы. Однако многие бактерии, особенно патогенные, могут хорошо сохраняться в высушенном состоянии, находясь в патологическом материале, например в мокроте, которая образует вокруг клеток бактерий нечто подобное футляра.

При высушивании из замороженного состояния в вакууме микроорганизмы хорошо сохраняют свою жизнеспособность, что связывают с переходом в состояние анабиоза. Такой метод лио- фильной сушки широко используется для сохранения музейных культур микроорганизмов.

Давление. Микроорганизмы устойчивы к высокому атмосферному давлению, благодаря чему они способны существовать и развиваться на больших глубинах - до 10 000 м. Микроорганизмы хорошо переносят высокое гидростатическое давление - до 5 000 атм.

Ультразвук. При обработке микроорганизмов ультразвуком наблюдается гибель клеток вследствие их дезинтеграции. Полагают, что при действии ультразвука в клетке образуются кавита- ционные полости, в которых создается высокое давление, что ведет к разрушению структур клетки.

Химические вещества оказывают на микробную клетку различное воздействие. Одни из них (как например, ростовые факторы) могут стимулировать развитие микроорганизмов, другие подавляют их жизнедеятельность, а третьи не оказывают никакого влияния на микробы. Помимо этого, микроорганизмы не одинаковы по чувствительности к тем или иным химическим веществам.

Многие химические соединения обладают антимикробным действием, причем это действие проявляется двояко. Химические вещества могут убивать микробные клетки, оказывая бактерицидное действие, либо останавливать их размножение - бакте- риостатическое действие. Характер действия химических агентов на микроорганизмы зависит от дозы вещества (концентрации) и времени воздействия (экспозиции). Но встречаются и исключения. Так, 90%-ный раствор карболовой кислоты оказывает более слабое воздействие, чем 4 - 5% -ный растворы.

Антимикробным действием обладают различные группы химических веществ: галоиды (хлор, бром, йод), соли тяжелых металлов (ртути, серебра, меди, серы), кислоты (салициловая, борная), щелочи (аммиак, бура), окислители (перекись водорода, перманганат калия), спирты (этиловый), фенолы, красители (бриллиантовый зеленый и другие), производные нитрофурана (фура- цилин, фурагин), детергенты и т. д.

Механизм действия химических веществ на микробную клетку различен.

1.         Повышение проницаемости клеточных мембран, в первую очередь, цитоплазматической мембраны. Таким действием обладают поверхностно-активные вещества (детергенты), которые снижают поверхностное натяжение и нарушают проницаемость ци- топлазматической мембраны. Таким действием обладают также соли серебра.

2.         Денатурация белков клетки, осуществляемая солями тяжелых металлов, галоидами и другими.

3.         Окисление метаболитов или ферментов, осуществляемое производными хлора, йода, перекисью водорода, перманганатом калия, цианидами и другими веществами.

4.         Блокирование биохимических реакций красителями, формалином, малонатом, в том числе блокирование синтеза белка некоторыми антибиотиками, блокирование синтеза ДНК мито- мицином С и т. д.

5.         Растворение липопротеидных структур.

Многие химические вещества используются для уничтожения патогенных микробов на различных объектах внешней среды - дезинфекции. Некоторые химические вещества обладают широким спектром антимикробного действия, вследствие чего могут использоваться для стерилизации пищевых продуктов, лекарственных препаратов, приборов. Таким эффектом обладает окись этилена, которая действует в присутствии воды.