ДЕЙСТВИЕ НА МИКРООРГАНИЗМЫ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

Развитие микроорганизмов связано с влиянием факторов внешней среды. Условно эти факторы можно разделить на физические, химические и биологические. Одни и те же условия среды могут как сопутствовать росту и размножению одних микроорганизмов, так и угнетать другие виды или вызывать их гибель.

Для нормального развития микроорганизмов необходимо, чтобы все факторы внешней среды имели оптимальное значение. Сведение к максимуму или минимуму хотя бы одного фактора может резко затормозить развитие микроорганизмов и даже вызвать их гибель.

Физические факторы

Температура

Температура является одним из наиболее мощных факторов, определяющих возможность существования и интенсивность развития микроорганизмов. Жизнь микроорганизмов возможна лишь в определенных температурных условиях. Характерно, что оптимальная температура всегда ближе к максимальной, чем к минимальной.

Микроорганизмы, имеющие широкие температурные диапазоны развития, называются эвритермными. Обычно они обитают в условиях, где температура значительно варьирует (почва, вода, воздух). Микроорганизмы, имеющие узкие температурные границы развития, называются стенотермными. Они, как правило, находятся в среде с относительно постоянной температурой (горячие источники, зона вечной мерзлоты).

По отношению к температуре микроорганизмы делятся на три группы – психрофилы, мезофилы, термофилы (таблица 2.1).

Таблица 2.1 Температурные границы роста микроорганизмов

Мезофилы (греч. meson– средний, phileo – люблю) развиваются в интервале температур от 10^оС до 50^оС. Оптимальная температура для них 25…37^оС. Это наиболее широко распространенная группа микроорганизмов. К ним относятся как сапрофитные микроорганизмы, так и патогенные для человека и теплокровных животных.

Психрофилы (греч. psyhria– холод). Среди них есть облигатные формы, не способные к росту при температуре выше 20^оС, и факультативные психрофилы. развивающиеся в более широком температурном интервале – от минусовых температур до 30…35^оС. для них оптимальной является температура 20…25^оС.

Психрофильные микроорганизмы широко распространены в водной среде, в почве холодных областей. Их характерной особенностью является активность ферментов при низких температурах, а также более высокое, по сравнению с другими микроорганизмами, содержание в клеточной мембране ненасыщенных жирных кислот. Поэтому мембраны остаются полужидкими при низких температурах (мембраны с преимущественным содержанием насыщенных жирных кислот при низких температурах становятся твердыми и недействующими). Обязательное условие роста психрофилов при минусовых температурах – нахождение воды в жидком состоянии.

Термофилы (греч. termo– тепло). Энзимы и механизм синтеза белка у термофилов более устойчивы к нагреванию, чем у мезофиллов.

Более устойчива к высокой температуре и клеточная мембрана термофильных микроорганизмов. Она богата насыщенными жирными кислотами, образующими сильные гидрофобные связи, что придает липидной мембране устойчивость при высокой температуре. Группу термофилов делят на четыре подгруппы.

Термотолерантные виды растут в пределах от 10 до 55…65^оС, оптимальная область лежит при 35…40^оС; основное их отличие от мезофилов – способность расти при повышенных температурах, хотя оптимальные температуры роста для обеих групп находятся на одном уровне; примером таких бактерий является Bacillus subtilis.

Факультативныетермофилы имеют максимальную температуру роста между 50 и 65^оС, но способны также к размножению при комнатной температуре, оптимум приходится на область температур, близких к верхней границе роста; особенность этой группы – способность к росту в области 20…40^оС.

К облигатным термофилам относят виды, обнаруживающие способность расти при температурах около 70^оС и не растущие ниже 40^оС; оптимальная температурная область таких термофилов примыкает к их верхней температурной границе роста. Обнаружены также экстремальные термофилы, имеющие оптимум развития при температуре 80^оС и выше.

Термогенные микроорганизмы способны не только выдерживать повышенную температуру, но и сами создают ее, выделяя тепло (в компостах, при хранении зерна, муки, сена, в птичьих гнездах).

Способность развиваться при определенной температуре следует отличать от способности переносить ту или иную температуру. Многие микроорганизмы при низких температурах длительное время сохраняют жизнеспособность, но их активная жизнедеятельность приостанавливается. При температуре минус 30^оС клеточный рост прекращается, однако ферментные реакции, хотя и замедленно, но могут происходить. Низкие температуры вызывают у микроорганизмов состояние анабиоза.

Значительно менее устойчивы микроорганизмы к действию высоких температур. Губительное действие высоких температур связано с денатурацией белка, повреждением рибосом, нарушением осмотического барьера клетки. Лучше всего выдерживают высокие температуры спорообразующие бактерии, а среди них – термофильные спорообразующие бактерии. Такие бактерии являются наиболее термоустойчивыми среди всех живых организмов (например, Bacillus stearothermophilus).

На влиянии высоких температур на микроорганизмы основаны такие способы обработки материала и питательных сред, как тепловая стерилизацияипастеризация. Процесс отмирания микроорганизмов под влиянием температуры выражается уравнением:

К = 1/t ∙lg А/В, (2.1)

где К– константа процесса;

t– продолжительность воздействия;

А – начальное число бактерий;

В – число бактерий, оставшихся после воздействия температуры.

Молодые вегетативные клетки микроорганизмов богатые водой, при нагревании погибают быстрее, чем старые, потерявшие определенное количество воды. Наличие в среде жира смягчает действие температур. Микроорганизмы погибают при нагревании быстрее при низких значениях рН. Сухие клетки более термоустойчивы, чем влажные. поэтому стерилизация сухих объектов требует более высоких температур и более длительного времени.

Влажность

Для развития микроорганизмов необходима свободная вода, так как питательные вещества проникают в клетку только в растворенном виде. Доступность воды для микроорганизмов выражают активностью воды (а_w = Р/Р_о) - отношением давления водных растворов (субстрата) к давлению паров чистого растворителя (воды) при одной и той же температуре

В зависимости от потребности во влаге микроорганизмы делятся на гидрофиты (влаголюбивые); мезофиты (среднего действия); ксерофиты (выдерживающие засуху).

Размножение бактериальных клеток прекращается при а_w = 0,6…0,65, но многие микроорганизмы в этих условиях еще остаются жизнеспособными. При этом обычно мелкие клетки более устойчивы к высушиванию, чем крупные: кокки устойчивее палочек: бактерии с толстыми стенками более устойчивы, чем с тонкими. Споры значительно устойчивее вегетативных клеток. В высушенном состоянии клетки могут сохранять некоторую метаболическую активность и находиться в условиях анабиоза длительный период до появления увлажнения. Механизм губительного действия высушивания связан с обезвоживанием цитоплазмы, повреждением цитоплазматической мембраны и рибосом. Гнилостные и многие патогенные микроорганизмы очень требовательны к влаге.