Физические факторы, влияющие на микроорганизмы

I Температура

Температура – важный фактор, влияющий на жизнедеятельность микроорганизмов. Для микроорганизмов различают минимальную, оптимальную и максимальную температуру.

- Оптимальная – температура, при которой происходит наиболее интенсивное размножение микроорганизмов.

- Минимальная – температура, ниже которой микроорганизмы не проявляют жизнедеятельности.

- Максимальная – температура, выше которой наступает гибель микроорганизмов.

По отношению к температурному фактору различают 3 группы микроорганизмов:

• Психрофилы – холодолюбивые микроорганизмы. Оптимальный температурный интервал – 10-15°С. Могут расти и при более низких температурах (до -10°С).

Экология:

- свободноживущие (в водах Арктики и Антарктики, в пещерах, на поверхности снега и ледников в горах)

- пищевые продукты в условиях бытового холодильника

-паразиты холоднокровных животных

Представители: психрофильные варианты ерсиний, клебсиелл, псевдомонад.

• Мезофиллы – группа микроорганизмов, температурные границы роста которых находится в пределах 20 - 45°С, с оптимумом 30 - 37°С.

Экология: вода, почва, растения, животные. Представители: большинство бактерий (в т. ч. актиномицеты), дрожжей и мицелиальных грибов, микроводорослей.

• Термофилы – теплолюбивые микро-организмы, оптимум температурного роста которых находится в пределах 50 - 60°С, верхняя зона задержки роста - 75°С, нижняя - 45°С.

Экология: горячие источники, почва.

Представители: архебактерии, некоторые виды рода Bacillus

Не способны размножаться в живом организме – не имеют медицинского значения.

Благоприятное действие оптимальной температуры используется при выращивании микроорганизмов для различных целей.

Тормозящее действие низких температур используется при хранении культур микроорганизмов в условиях холодильника.

Механизм действия низких температур – затормаживание в клетке процессов метаболизма и переход в состояние анабиоза.

Губительное действие высокой температуры (выше максимальной) используется при стерилизации.

Механизм действия высоких температур – денатурация белка (ферментов), повреждение рибосом, нарушение осмотического барьера. Наиболее чувствительны к действию высокой температуры психрофилы и мезофилы.

Чувствительность микроорганизмов одного вида к высокой температуре зависит от нескольких причин:

• Штаммовые различия;

• Фазовое состояние клетки, связанное с активностью метаболических процессов;

• Агрегатное состояние клеток: скопления (конгломераты) более устойчивы к действию высоких температур, чем отдельные клетки;

• Вид термической обработки: при одинаковой температуре сухой нагрев менее эффективен, чем влажный;

• Состав среды термообработки: многие органические и неорганические вещества обладают защитным действием в отношении клеток микроорганизмов (хлорид натрия, соли магния, жиры, ПАВ и др.);

• Значение рН среды автоклавирования.

II Влажность

Вода – основа протекания всех жизненно-важных реакций и необходима для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Снижение влажности среды приводит к переходу клеток в состояние покоя, а затем и к гибели.

Механизм губительного действия высушивания: обезвоживание цитоплазмы и денатурация белков.

Более устойчивы к высушиванию споры бактерий, цисты простейших, капсульные формы бактерии.

Использование высушивания:

- При заготовке лекарственного растительного сырья.

- Лиофилизация культур микроорганизмов (высушивание из замороженного состояния под вакуумом): используют для сохранения культур в производстве препаратов из живых живых вакцин.

III Реакция среды

• Для большинства бактерий оптимальными для роста и размножения являются среды с нейтральным значением рН (6,5 – 7,0) - нейтрофилы.

• Для грибов – слабо кислые: рН 5,0 – 6,0.

• У некоторых видов бактерий оптимум рН для роста находится в кислой (рН 4,0 и ниже) или щелочной (рН от 9,0 и выше) области. Такие бактерии называются ацидофильными и алкалофильными (кислотолюбивыми или щелочелюбивыми, соответственно).

Механизм повреждающего действия рН – денатурация ферментов гидроксильными ионами, нарушение осмотического барьера клеточных мембран.

Действие излучения на микроорганизмы, типы излучения. Механизм действия ультрафиолетового и ионизирующего излучения. Радиационная стерилизация, объекты радиационной стерилизации.

IV Излучение

Типы излучения:

• Неионизирующее: (ультрафиолетовые и инфракрасные лучи солнечного света);

• Ионизирующее излучение (γ-лучи и ускоренные электроны).

Неионизирующее излучение

- инфракрасное излучение (750 – 10 000 нм):

большая длина волны и незначительная энергия. Оказывают, в основном, тепловое воздействие.

- ультрафиолетовое излучение (10 – 400 нм):

относительно небольшая длина волны, более высокая энергия. Наиболее эффективны лучи с длиной волны 250 – 260 нм.

Механизм действия УФ-облучения:

• Прямое действие: образование димеров пиримидиновых оснований ДНК (Т и Ц), что ведет к прекращению репликации и последующей гибели клетки.

• Опосредованное действие: образование озона, перекиси водорода и др. бактерицидных веществ в обрабатываемом субстрате.

Применение УФ-лучей: для обеззараживания воздуха в производственных помещениях, микробиологических боксах, воды, отходов производства.

Ионизирующее излучение: γ-излучение и ускоренные электроны. Обладают мощным проникающим действием

Механизм действия ионизирующего излучения:

• Прямое действие: непосредственное повреждение клеточного генома за счет ионизации, что сопровождается развитием мутаций или гибелью клетки.

• Опосредованное действие: за счет действия свободных радикалов, возникающих в результате ионизации, создаваемой излучением в жидких средах клеток. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и к мутагенезу.

Источник γ-излучения – радиоактивные элементы Со ⁶⁰, Сs ¹³⁷ Стерилизующая доза как правило составляет 25-35 кГр (2,5 – 3,5 Мрад).

• Наиболее чувствительные организмы:

вегетативные клетки, клетки грам - бактерий.

• Наиболее устойчивые организмы: грибы и дрожжи, бактериальные споры, вирусы.

Известен микроорганизм Micrococcus radiodurans, приспособившийся к жизни в реакторах атомных электростанций.