факторы внешней среды, влияющие на микроорганизмы
статья

Факторы внешней среды, влияющие на микроорганизмы.

Микроорганизмы находятся в непрерывном  взаимодействии с внешней средой и подвергаются разнообразным ее влияниям. В одних случаях они могут способствовать лучшему развитию микробов, в других- подавлять их жизнедеятельность. Следует помнить, что изменчивость и быстрая смена поколений микробов позволяет им приспособляться к самым разнообразным условиям жизни, быстро закреплять приобретенные признаки и передавать их  по наследству.  Но микробы  не только сами могут изменяться под воздействием внешней среды, но могут изменять и среду в соответствии со своими особенностями. Поглощая в процессе питания и дыхания различные вещества микроорганизмы выделяют в окружающую среду продукты обмена, которые изменяют ее химический состав, ее реакцию и соотношение в ней различных веществ. Поэтому, изучая микробиологические процессы, мы должны учитывать два момента: во - первых, - какие изменения вызывают микроорганизмы в окружающей среде; во вторых - какое влияние оказывает внешняя среда на развитие микроорганизмов.

Зная факторы, способствующие развитию микробов и подавляющие их, мы можем регулировать деятельность микробов по нашему усмотрению (стимулировать развитие полезных и вести борьбу с вредными).

Все факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы, делят на три группы:

1 - физические (температура, влажность, осмотическое давление, различные формы лучистой энергии,  ультразвук, механическое  воздействие, токи высокой частоты);

2 - химические (химический состав питательной среды, реакция питательной среды, окислительно - восстановительный потенциал, влияние антисептических веществ);

3 - биологические факторы (взаимоотношения микроорганизмов с другими организмами).

Физические факторы.

Температура. Температура внешней среды является мощным фактором воздействия на организмы, который определяет не только интенсивность их развития, но и вообще возможность развития. Принято различать три основные температурные точки, имеющие значение для развития микробов: температурный оптимум, минимум и максимум.

Температурный оптимум- температура, при которой данный вид микробов наиболее хорошо развивается, т.е. температура, соответствующая физиологическим требованиям соответствующего микроорганизма.

 При температурном минимуме или максимуме развитие микробов еще возможно, но уже ограничено. При температуре выше максимума микробы обычно погибают. При температуре ниже минимума они переходят в состояние анабиоза (замирание, временное замедление развития), а при повышении температуры могут возвращаться к активной жизни.

По отношению к температурному фактору микроорганизмы делят на три группы – психрофилы (холодолюбивые), мезофилы ( развивающиеся при средних температурах) и термофилы (теплолюбивые) Такое деление производят на основе оптимальной температуры развития.

Примерные границы температур для различных групп представлены в таблице 1.

Психрофилами - называют микроорганизмы, область температур роста которых лежит в пределах от 0 (или ниже) до 20 °С, хотя оптимум составляет 15°С. Психрофильные микроорганизмы являются обитателями холодных источников, глубоких озер и океанов, хорошо развиваются на продуктах при холодильном хранении. Наиболее сильной устойчивостью к низким температурам обладают плесневые грибы и гнилостные бактерии (-3-9°С).

Мезофилы живут при средних температурах. Это самая распространенная группа микроорганизмов (бактерии, плесневые грибы, дрожжи). Мезофилами являются все патогенные ( способные вызвать повреждение каких-либо систем организма или развитие каких-либо заболеваний.) и условно-патогенные ( способные развить заболевание при снижении имунитета) микроорганизмы и большинство сапрофитных (К сапрофитным относятся микроорганизмы, преимущественно обитающие на мертвых субстратах. Они не вызывают заболеваний человека)

Термофилы развиваются при высоких температурах. Они в большом количестве встречаются в почве, сточных водах  и в навозе, в гейзерах, песках пустынь. Они участвуют в ряде биологических процессов: при самосогревании влажного сена и хлопка, вызывают порчу пастеризованных и стерилизованных продуктов. 

Знание отношения разных видов микробов к воздействию температур позволяет культивировать их  в лабораториях на искусственных питательных средах. Например, для сохранения различных пищевых продуктов. При этом используют как низкие, так и повышенные температуры. На основе этого применяют несколько технологических приемов обработки и хранения продуктов. Низкие температуры - хранение в охлажденном состоянии и замороженном.

При хранении в охлажденном состоянии используют температуру 0 -+4°С, что позволяет продлить срок хранения, но если субстрат (продукт) достать из холодильника и оставить при комнатной температуре – он быстро испортится за счет развития  тех микроорганизмов, что находились в нем до охлаждения.

При хранении продуктов в замороженном состоянии используют температуру -12 - 30°С. Несмотря на то, что при таких температурах микроорганизмы не размножаются и активная деятельность их приостанавливается, многие из них неопределенно долгое время остаются жизнеспособными, переходя в анабиотическое состояние.

Замораживание не оказывает стерилизующего действия и могут выжить многие виды сапрофитов и болезнетворные формы микроорганизмов. Поэтому размороженные продукты могут быстро подвергаться порче. Размораживать замороженные продукты следует непосредственно перед употреблением. В пищевой промышленности применяют два способа воздействия высоких температур: пастеризация и стерилизация.

Пастеризация – это нагревание продукта чаще при температуре 63-80 °С в течение 20-40 мин. Иногда пастеризацию проводят кратковременно в течение нескольких секунд при температуре 90-100 °С. При пастеризации погибают не все микроорганизмы. Некоторые термоустойчивые бактерии и споры грибов остаются жизнеспособными. Поэтому пастеризованные продукты следует немедленно охлаждать дотемпературы не выше 10 °С и хранить на холоде ( на льду и  в холодильнике), чтобы задержать прорастание спор и  развитие сохранившихся клеток. Пастеризуют молоко и молочные продукты, пиво, соки, рыбную икру, пресервы и некоторые другие продукты.

Стерилизация - это температура 112-120 °С в течение 20-60 мин. в специальных приборах - автоклавах (перегретым паром под давлением) или при 160-180°С в течение 1-2 часа в сушильных шкафах (сухим жаром).

Влажность. Микроорганизмы могут развиваться только в субстратах, имеющих свободную воду и в количестве не менее определенного уровня. С понижением влажности субстрата интенсивность размножения микробов замедляется, а при удалении из субстратов ниже необходимого уровня вообще прекращается.

Потребность во влаге у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. По величине минимальной потребности во влаге для роста различают следующие группы:

гидрофиты (влаголюбивые),

мезофиты (средневлаголюбивые),

ксерофиты (сухолюбивые)

Солнечный свет обладает наибольшим потенциалом вредного воздействия на микроорганизмы. Способностью использовать энергию солнечного света обладают лишь пигментобразующие формы бактерий. Микроорганизмы, не имеющие пигмента, погибают под действием прямых солнечных лучей. Рассеянный солнечный свет подавляет их развитие постепенно.

 Под влиянием солнечных лучей происходят внутриклеточные химические реакции, действующих губительно на микробную клетку. Наиболее выраженное летальное действие оказывают световые волны, лежащие в ультрафиолетовой области спектра, то есть  ультрафиолетовые лучи.  УФ - лучи обладают или бактерицидным или мутагенным действием. Это вызывается изменениями в структуре ДНК. Очень чувствительны к УФ - лучам патогенные микроорганизмы . Эффективность воздействия УФ - лучей зависит от дозы облучения и длительности.

В настоящее время УФ - лучи довольно широко применяют для дезинфекции воздуха микробиологических боксов, холодильных камер и производственных помещений. 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.

Радиоволны. Короткие электромагнитные волны длиной  от 10 до 50 м, ультракороткие длиной от10м до мм обладают стерилизующим эффектом. При прохождении коротких и ультракоротких радиоволн через среду возникают переменные токи высокой частоты (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ). В электромагнитном поле электрическая энергия преобразуется в тепловую.  Характер нагревания в СВЧ поле отличается от характера нагрева  обычных нагреваний и обладает рядом преимуществ. Объект нагревается быстро и равномерно по всей массе. Например, воду в стакане можно довести до кипения в течение двух – трех секунд.

Ультразвук.  Ультразвуком называют механические колебания с частотами более 20000 колебаний в секунду (20 кГЦ). Колебания такой частоты находятся за пределами слышимости человека. Обладают большой механической энергией и вызывают ряд физических, химических и биологических явлений. В  клетке  создаются огромные давления, , что вызывает механическое разрушение цитоплазматических структур  и гибель клетки (кавитация). Так же в при ультразвуке происходит  ионизация паров жидкостей и присутствующих в ней газов что  образовывает пузырьки. При разрыве пузырька  происходит электрический разряд, сопровождающийся резким повышением температуры  и образованием электрического поля высокого напряжения. Все это обуславливает гибель  микробной клетки. Чем больше микроорганизмов, тем продолжительнее должно быть воздействие для достижения стерилизующего эффекта.

 3 Химические факторы.

Из неорганических соединений сильными ядами для микробов являются:  соли тяжелых металлов (свинца, меди, цинка, серебра, золота, ртути), различные окислители (хлор, хлорная известь, хлорамин, йод, бром, перманганат калия, пероксид водорода, озон, диоксид углерода, аммиак и др.), минеральные кислоты (борная, серная, хлористоводородная, азотная и др.), щелочи (гидроксид натрия, гидроксид калия и др.).

Среди органических соединений губительное воздействие оказывают органические кислоты (молочная, салициловая, масляная, уксусная, бензойная и др.), используемые в качестве консервантов в пищевой  и парфюмерно-косметической промышленностях.

Кроме того, к  дезинфицирующим веществам этой группы относятся также диэтиловый эфир, спирты жирного и ароматического ряда (этиловый, бутиловый, амиловый, пропиловый и др.), эфирные масла, смолы, дубильные вещества, органические красители, формалин, фенол, крезол и их производные.. Ионы серебра и золота обладают в очень малых количествах, не поддающихся химическому обнаружению губительно действуют на микробные клетки. На этом основан метод дезинфекции воды с помощью серебряных фильтров. Посуда из серебра при контакте с водой сообщает ей бактерицидные свойства, этим объясняется длительное хранение «святой воды». Химические вещества, бактерицидно действующие на микроорганизмы в небольших концентрациях, называют антисептическими или дезинфицирующими.  Механизм бактерицидного действия антисептических веществ заключается в том, что в результате взаимодействия химического яда с веществами цитоплазмы в ней происходят необратимые изменения, вызывающие нарушения процессов жизнедеятельности и приводящие к гибели клетки. Соли тяжелых металлов вызывают разрушение белков клетки.

4 Биологические факторы.

 Под биологическими факторами понимают влияние на жизнедеятельность микроорганизмов других видов и групп микробов, а также животных и растений, составляющих в природных условиях специфический биоценоз (сложившаяся совокупность людей, животных, растений, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство, связанных между собой, а также окружающей их средой.)

 В процессе эволюции возникли и сформировались различные типы взаимоотношений между микроорганизмами. В связи с этим различают несколько типов взаимоотношений (симбиоза) между организмами: мутуализм, синергизм, комменсализм, паразитизм, метабиоз и антагонизм (антибиоз).

Мутуализм (взаимовыгодный симбиоз) представляет собой сожительство, благоприятное для обоих симбионтов, совместно они развиваются даже лучше, чем каждый в отдельности. Примером может служить совместное развитие молочнокислых бактерий и дрожжей (в кефирных грибках).

Синергизм - содружественное действие двух или нескольких видов, когда при совместном развитии усиливаются отдельные физиологические функции. Например, повышается синтез определенных веществ (образование ароматических веществ  лактококками при  совместном выращивании с молочнокислыми стрептококками.

Комменсализм – тип взаимоотношений между двумя организмами, при котором один живет за счет другого, не принося заметной пользы и не причиняя вреда. Такие взаимоотношения наблюдаются между молочнокислыми бактериями, а также кишечными палочками и организмом человека или животного. При развитии в толстом отделе кишечника бактерии получают от макроорганизма необходимые питательные вещества, не причиняя ему вреда и даже принося известную пользу тем, что подавляют развитие гнилостных  и некоторых патогенных микроорганизмов.

Паразитизм – вид взаимоотношений, когда один из них (паразит) живет за счет другого (хозяина), причиняя ему вред. Паразитами являются все патогенные микроорганизмы по отношению к человеку, животному и растениям. Абсолютными паразитами являются вирусы, развивающиеся внутри клеток  макро- и микроорганизмов.

Метабиоз - такой вид взаимоотношений, когда продукты жизнедеятельности одного микроорганизма являются продуктами питания других. Так, дрожжи, сбраживая сахар в этиловый спирт, создают условия для развития уксуснокислых бактерий, а образуемая последними уксусная кислота используется плесенями, которые ее окисляют до С2О и Н2О.

Антагонизм (антибиоз) – тип взаимоотношений между микроорганизмами, при котором одни микроорганизмы  подавляют развитие других. Причин антагонизма может быть несколько: истощение питательного субстрата вследствие более быстрого развития одного из  микроорганизмов; изменение рН среды (при развитии ацидофилов, алкалофилов); выделение в среду микробами - антагонистами антибиотиков.