Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И.Скрябина»
_____________________________________________________
Т.Н. Грязнева
Влияние физических, химических и биологических факторов
на микроорганизмы
Лекция
Москва – 2011
УДК 619:615
Грязнева Т.Н. Влияние физических, химических и биологических факторов на микроорганизмы /Лекция.- М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ.- 2011. - 39 с.
Предназначена для студентов высших учебных заведений по специальностям 111801 - «Ветеринария», 020207 - «Биофизика», 020208 - «Биохимия», 110501 – «Ветсанэкспертиза», 080402 (351100) – «Товароведение и экспертиза товаров», 111100 – «Зоотехния».
Рецензенты:
доктор ветеринарных наук, профессор Гаврилов В.А.
доктор ветеринарных наук, профессор Гнездилова Л.А.
Утверждены учебно-методической и клинической комиссией факультета ветеринарной медицины ФГОУ ВПО МГАВМиБ (протокол № 7 от 21 марта 2011 г.).
Влияние физических, химических и биологических факторов на микроорганизмы
Содержание
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. Грязнева Т.Н., Родионова В.Б., Муравьева В.Б., Бурла-кова Г.И., Шайкова Н.В. Самостоятельная подготовка студентов по дисциплине «Микробиология» с тестовыми заданиями: Учебное пособие.– М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ, 2008. 2. Грязнева Т.Н., Родионова В.Б. Микробиология //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. Колычев Н.М., Госманов Р.Г. Ветеринарная микробиология и иммунология: Учебник.- М.: КолосС.- 2006. 4. Костенко Т.С., Родионова В.Б., Скородумов Д.И. Практикум по ветеринарной микробиологии.- М.: КолосС.- 2008. 5. Поздеев О.К. Медицинская микробиология: Учебник для вузов.- М.: Геотар-Мед.- 2001. 6. Павлова И.Б., Ленченко Е.М., Банникова Д.А. Атлас 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.
-
А нтимикробные 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.
Сапрофиты
Санитарно-показательные микроорганизмы
Оптимальная температура роста и размножения термофилов
В уплотненном навозе термофилы бурно развиваются, что сопровождается выделением энергии, при этом температура навоза может достигать 95-98°С.
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)
 
а) б)
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.
а) б)
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).
-
Действие ультрафиолетовых лучей на живые организмы
|
Растения
- фотосинтез
- фототропизм
- фотопериодизм
|
|
Бактерии
- фототаксис
- мутации
- бактерицидное
действие
|
|
Животные и человек
- фотоэритема
- загар
- синтез витамина Д
- 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.
Настольная
|
Напольная
|
Потолочная
|
Настенная
|
Потолочная
|
Бактерицидные лампы
Бактерицидное действие УФ-лучей используют для стерилизации закрытых помещений: операционных, микробиологических боксов, учебных аудиторий кафедры микробиологии. Для этого применяют бактерицидные лампы ультрафиолетового излучения с длиной волны 200-400 нм.
На микроорганизмы оказывают влияние и другие виды лучистой энергии - это рентгеновское излучение, α-, β- и γ-лучи, которые оказывают губительное действие на микроорганизмы только в больших дозах. Эти лучи разрушают ДНК клетки. В последние годы радиационным методом стерилизуют изделия для одноразового использования - шприцы, шовный материал, чашки Петри.
Малые дозы излучений, наоборот, могут стимулировать рост микроорганизмов и вызывать у них мутации.
СВЧ-энергия. Вызывая нагрев среды, СВЧ-энергия действует губительно на микроорганизмы, при этом происходит повреждение клетки.
СВЧ-энергия влияет на генетические признаки микроорганизмов, на изменение интенсивности деления клетки, активность некоторых ферментов, гемолитические свойства.
Ионизирующая радиация. Характерной особенностью этих излучений является их способность вызывать процесс ионизации.
Ультразвук. Неся с собой большой запас энергии, ультразвуковые волны вызывают ряд физических, химических и биологических явлений. С помощью ультразвуковых (УЗ) волн можно вызвать инактивацию ферментов, витаминов, токсинов, разрушить разнообразные материалы и вещества, многоклеточные и одноклеточные организмы.
Ультразвуковые волны при частоте колебания 1-1,3 мГц в течение 10 мин оказывает бактерицидный эффект на клетки микроорганизмов. Ультразвук способствует разрыву клеточных стенок и мембран, повреждению флагеллина у подвижных форм микроорганизмов. Влияние ультразвука основано на механическом разрушении микроорганизмов в результате возникновения высокого давления внутри клетки, разжижения и вспенивания цитоплазмы или на появлении гидроксильных радикалов и атомарного кислорода в водной среде цитоплазмы.
Ультразвук используют для разрушения микроорганизмов с целью получения растворимых антигенов при производстве субъединичных вакцин и стерилизации продуктов: молока, фруктовых соков.
Ультразвуковой дезинтегратор
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 1000-10000 м под давлением от 100 до 900 атм. Эти бактерии являются сапрофитными и относятся к археям.
Бактерии переносят давление 1000-3000 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.
 
Плазмолиз Плазмоптиз
Осмотическое давление в клетке регулирует цитоплазматическая мембрана. При высоком осмотическом давлении окружающей среды происходит плазмолиз. Плазмолиз явление обратимое, и если понизить осмотическое давление окружающего микроорганизмы раствора, вода поступает внутрь клетки и возникает явление противоположное плазмолизу - плазмоптиз.
Микроорганизмы, приспособившиеся к развитию в среде с высоким осмотическим давлением, называются осмофильными.
Микроорганизмы, развивающиеся в среде с высокой концентрацией солей, носят название - галофилов (солелюбивых).
Губительное действие высоких концентраций соли и сахара широко используется для консервирования пищевых продуктов.
Действие электричества на микроорганизмы: токи низкой и высокой частоты приводят к колебаниям молекул всех элементов микробной клетки и равномерному нагреванию всей ее массы.
Важным условием нормальной жизнедеятельности микроорганизмов является поддержание постоянного значения внутриклеточного рН - концентрация водородных ионов.
-
Классификация микроорганизмов по отношению
к концентрации водородных ионов в среде (рН)
|
-
Ацидофилы
|
|
Алкалофилы
|
|
Нейтралофилы
|
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.
Содержание растворенного кислорода (О2) в среде обеспечивает метаболические процессы аэробов. Кислород, являясь акцептором ионов Н+; замедляет или полностью подавляет развитие анаэробов.
Содержание растворенного диоксида углерода (СО2) в среде необходимо для метаболизма автотрофов, у гетеротрофов может как стимулировать, так и подавлять метаболические процессы.
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;
гидролизом коллоидных систем;
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.
Антимикробное действие 0,5% раствора Велтолена
на B.аnthracis 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.аnthracis 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.аnthracis 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;
антибиотики;
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.
Основные виды взаимоотношений микроорганизмов:
Антагонизм.
Метабиоз.
Комменсализм.
Мутуализм.
Сателлизм.
Синергизм.
Хищничество.
Нейтрализм.
Антагонизм - подавление одних видов микроорганизмов другими (конкуренция, паразитизм, антибиоз).
-
Антагонистический симбиоз
|
-
Конкуренция
|
|
Паразитизм
|
|
Антибиоз
|
Конкуренция - один микробный вид обладает большей приспособляемостью к условиям среды и при интенсивном размножении вызывает истощение питательной среды, тем самым препятствует росту других микроорганизмов (конкуренция за источник питания).
Паразитизм - пользу от сожительства получает лишь паразит, нанося вред хозяину (гибель хозяина).
Антибиоз - способность одного вида микроорганизма выделять токсические вещества, угнетающие жизнедеятельность других видов (антибиотики).
Под влиянием бактерий-антагонистов:
микроорганизмы перестают расти и размножаться;
клетки микроорганизмов лизируются (растворяются);
тормозятся или останавливаются биохимические процессы внутри клеток, например дыхание, синтез аминокислот.
Наиболее резко антагонизм проявляется у актиномицетов, бактерий и грибов: кишечная палочка подавляет возбудителя сибирской язвы, синегнойная палочка активно подавляет возбудителя чумы, актиномицеты угнетают рост дрожжевых клеток.
Чаще всего антагонисты действуют на конкурентов продуктами обмена веществ, в том числе антибиотиками, либо вытесняют их вследствие более интенсивного размножения или преимущественного потребления пищи.
Метабиоз - один из микроорганизмов использует продукт жизнедеятельности другого и создает условия для его развития.
Например, почвенные бактерии аммонификаторы ферментируют питательный субстрат с образованием аммиака, который усваивают нитрификаторы, в результате чего бурно размножаются.
Аммонификаторы
|
а ммиак
|
Нитрификаторы
|
Целлюлозоразлагающие бактерии
|
Органические кислоты
|
Азотфиксирующие бактерии
|
Комменсализм - сосуществование двух разных микроорганизмов, полезное для одного из них (комменсала) и безразличное для другого (хозяина).
Например, сенная палочка, попав в пищеварительный тракт животного, вырабатывает полезные для жизнедеятельности лактобактерий вещества, в то время, как лактобактерии не оказывают на сенную палочку никакого действия.
Среди эпифитной и нормальной микрофлоры организма человека и животных комменсализм широко распространен.
Провести строгое различие между комменсализмом и симбиозом порой нелегко, т.к. эти взаимоотношения микроорганизмов очень сходны.
Мутуализм - взаимодействие между двумя видами микроорганизмов, приносящие обоюдную пользу, т. е. в популяции каждого из этих видов бактерии растут, выживают и размножаются с большим успехом, чем в присутствии других видов микроорганизмов.
Такое сожительство создает благоприятные условия для обоих партнеров (взаимовыгодный симбиоз-мутуализм).
Преимущества мутуализма могут быть разные. Чаще всего они заключаются в том, что по крайней мере один из партнеров использует другого в качестве пищевого ресурса, тогда как другой получает защиту от бактерий-антагонистов или благоприятные для роста и размножения условия.
Сателлизм - стимуляция роста и размножения одного микроорганизма продуктами жизнедеятельности другого.
Сенная палочка
|
Фактор роста –
витамины группы В
|
Гемофильные бактерии
|
Синергизм - усиление физиологических функций и свойств при совместном выращивании.
Сенная палочка
|
Активизация молочнокислого брожения
|
Молочнокислые бактерии
|
Хищничество – нападение одного вида бактерии на другой с целью использование другого вида в качестве пищи.
Жизненный цикл бделловибрионов – хищных бактерий
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 Streptomyces: 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).
Хиноны
|
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.
Воздействие пенициллина на кишечную палочку
(не полное разрушение клеточной стенки с последующим
ее восстановлением)
 
Зоны ингибирования роста бактерий антибиотиками
(метод стандартных бумажных дисков)
Наряду с антибиотиками на микроорганизмы негативно влияют бактерии-антагонисты, на основе которых созданы биопрепараты, называемые пробиотиками.
Пробиотики – это биопрепараты, которые содержат живые, антагонистически активные в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов «полезные» бактерии (лактобациллы, бифидобактерии и др.), применяемые для профилактики и лечения инфекционных (в основном, желудочно-кишечных) болезней человека и животных.
Пробиотики широко используются в медицине и ветеринарии для профилактики дисбактериоза, восстановления кишечного биоценоза при стрессах и антибиотикотерапии.
Эффективность применения различных пробиотиков зависит от видового состава входящих в них микроорганизмов.
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.
а) увеличение уровня антител;
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)
|
L.acidophilus
|
Бактисубтил (Югославия)
|
B.subtilis
|
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.
|
