Дія фізичних та хімічних факторів на мікроорганізми. Вчення про бактеріофагію

Вплив фізичних факторів довкілля на мікроорганізми
Температура
Термофіли – теплолюбні мікроорганізми.
Температурний максимум - 70-85°С, оптимум – 50-60°С, мінімум – 30°С.

Мезофіли.
Температурний максимум - 40-50°С, оптимум – 25-35°С,
мінімум – 5-10°С.
Психрофіли – холодолюбні мікроорганізми.
Температурний максимум біля 30°С, оптимум - 10-15°С, мінімум – 0-10°С.

Високі температури
Викликають денатурацію білків та руйнування ферментів.
Безспорові бактерії гинуть при 60°С через 30 хвилин, при 80-100°С через 1-2 хвилини.
Плісеневі гриби і дріжджі гинуть при 50-60°С.
Спори бактерій витримують нагрівання до 100°С і вище біля 2-х годин.

Термостійкість спор бактерій

Режими термічної обробки
Пастеризація
Стерилізація
Кип'ятіння та інші

Низькі температури
Деякі бактерії і дріжджі можуть рости при температурі -5°С, плісеневі гриби при -8°С.
Бактерії черевного тифу зберігають життєздатність упродовж 2 годин при - 252°С, кишкової палички -20 годин при -172°С – 190°С, туберкульозу – 8 днів при - 180°С.

Причини загибелі мікроорганізмів при низьких температурах
порушення обміну речовин у клітинах,
інактивація ферментів,
підвищення осмотичного тиску середовища в результаті вимерзання з нього води.

Застосування
Для зберігання продовольчих товарів.
Харчові продукти зберігають в охолодженому стані при t +10…. -2°С ,
в замороженому - при t -12…-30°С.

Вологість середовища
За потребою, у воді мікроорганізми поділяють на:
гідрофіти – вологолюбні,
мезофіти – середньо вологолюбні
ксерофіти – сухолюбні.

Доступність вологи
Доступність вологи називають активністю води (AW) - характеризує відносну вологість субстрату.
Мікроорганізми живуть за активності води 0,99-0,62.

Висушування
Оцтовокислі бактерії при висушуванні гинуть через кілька годин.
Молочнокислі бактерії зберігають життєздатність до кількох років.
Сухі дріжджі зберігають активність до двох років.
Холерний вібріон переносить висушування до 48 годин.
Збудники черевного тифу - 70 діб,
стафілококи і мікрококи - 90 діб.
Патогенні стрептококи - 25 років.
Збудники туберкульозу - протягом 17 років.
Дифтерії - 5 років.
Спори бацил сибірської виразки - до 10 років.
Спори плісеневих грибів - до 20 років.

Застосування
Використовують для зберігання таких харчових продуктів, як: м'ясо, риба, овочі, плоди, гриби, зерно, борошно, крупи, макаронні вироби, харчові концентрати, борошняні кондитерські вироби, лікарсько-технічну сировину, інші матеріали та товари.

Променева енергія
Світло необхідне тільки фотосинтезуючим мікроорганізмам.
Видиме світло (380-800 нм) на більшість мікроорганізмів діє згубно.

Стійкість до УФО
Найбільш стійкими є пігментоутворюючі стафілококи і сарцини.
Неспорові бактерії гинуть за 5 хв.
Спори і дріжджі – 10‑25 хв.
Плісеневі гриби – 50-75 хв.
При обробці повітря УФ-променями впродовж 6 годин гине до 80 % бактерій і плісеневих грибів.
УФ-промені (260‑300 нм) дуже швидко інактивують віруси.

Лазерне випромінювання
Руйнівна дія на мікроорганізми залежить від сили випромінювання, довжини хвилі, тривалості імпульсів, властивостей середовища.
Під впливом цього випромінювання підвищується температура, відбувається коагуляція білку і розпад мікробних клітин.

Рентгенівські промені
У малих дозах (0,5 Гр) можуть стимулювати ріст деяких мікроорганізмів.
При підвищенні дози до 3-5 Гр змінюються морфологічні та фізіологічні властивості мікроорганізмів, припиняється їх ріст та розмноження.
Стійкими є грампозитивні бактерії, дріжджі, гриби, спори, віруси.

Радіоактивне випромінювання
Викликає порушення обміну речовин у клітинах, руйнування молекулярних структур і ферментів.
Ефективність дії залежить від дози опромінення.
Дуже малі дози променів і короткочасна їх дія мають стимулюючий ефект.

Стійкість до радіоактивного випромінювання
Радіочутливі – з летальною дозою до 5 КГр,
Відносно радіостійкі – до 10 КГр,
Мезорадіостійкі – до 15 КГр,
Радіостійкі – до 20 КГр
Високорадіостійкі – більше 20 КГр.

Найбільш чутливими до радіоактивних променів є психрофільні та грамнегативні бактерії – збудники псування м'ясних і рибних продуктів.
Високу радіостійкість мають мікрококи (особливо до γ-променів), спори бактерій і грибів та віруси.

Застосування
Для обробки харчових продуктів придатні γ-промені (джерелом є ізотопи Со60 і Cs137) різними дозами опромінення
Радисидація — опромінення дозою 3—5 кГр. Дозво­ляє зменшити кількість деяких патогенних форм мікроорганізмів, що не здатні утворювати спори.
Радуризація — опромінення дозою 2,5—8 кГр. За­безпечує часткове зменшення мікробного обсіменіння продуктів харчу­вання. За ефективністю його можна порівняти з тепловою пастеризацією.
Радапертизація — опромінення дозою 10—25 кГр. Цього достатньо, щоб зменшити кількість мікроорганізмів до такого рів­ня, що не дозволяє їх виявити або виявляють у поодиноких випадках. За своєю ефективністю метод умовно можна порівняти з тепловою стерилізацією, завдяки чому він отримав ще назву «холодної стерилізації».).
У деяких продуктів обробка γ-променями викликає зміну кольору, запаху, смаку, пом'якшення тканин.

Ультразвук
Нестійкі вегетативні клітини паличкоподібних бактерій, кулясті бактерії та дріжджі.
Досить стійкими є спори.

Застосування
Використовують для стерилізації питної води, рідких харчових продуктів, таких як молоко, соки, вино, пиво.
Для виділення з клітин мікробних ферментів, вітамінів, токсинів, окремих структур (ДНК, РНК, ядер, рибосом, мітохондрій та ін.).

Електричний струм
Електричний струм не має сильної дії на мікроорганізми.
Знижена напруга струму пригнічує життєздатність мікробів.
Електричний струм високої напруги викликає електроліз деяких компонентів і утворення таких сполук, як кисень, хлор, кислоти тощо, які негативно впливають на мікроорганізми.
Електроліз використовують для дезінфекції води та знезараження стічних вод.

Механічна дія
Механічне часте і тривале струшування згубно діє на більшість мікроорганізмів.
Незначні поштовхи часом стимулюють їх ріст.
Найбільш чутливими до механічної дії є ґрунтові бактерії.
Стійкими є рухливі бактерії та віруси.
Заморожені бактерії під впливом механічного струшування руйнуються швидше.

Застосування
Механічну дію використовують для отримання деяких складових частин мікробних клітин: білків, ферментів та ін.

Невагомість
Сповільнює ріст мікроорганізмів.
На орбітальній станції "Салют-6" бактерії сінної палички Вас. subtilis на однаковому середовищі і за однакової температури розвивалися на 30 % повільніше, ніж на Землі.

Вплив хімічних факторів довкілля на мікроорганізми

Концентрація водневих іонів
Впливає на активність ферментів, ступінь дисперсності колоїдів цитоплазми, проникливість стінок клітин, дисоціацію кислот і лугів, розчинність різних речовин.

По відношенню до концентрації водних іонів середовища мікроорганізми поділяються на:
нейтрофіли, що добре розвиваються у нейтральному середовищі (гнильні бактерії, більшість патогенних мікроорганізмів, збудники харчових отруєнь );
ацидофіли - кислотолюбні, які розвиваються при оптимальному рН 4 і нижче (оцтовокислі й молочнокислі бактерії, плісеневі гриби та дріжджі);
алкалофіли - лужнолюбні, які розвиваються при оптимальному рН 9 і вище (бактерій кишкової групи, холерний вібріон, амоніфікатори, нітрат- і сульфатвідновлюючі бактерії).

Застосування
Чутливість мікроорганізмів до рН середовища використовують при консервуванні харчових продуктів квашенням або маринуванням, де має місце кисла реакція середовища.
Для бактерій кисле середовище більш несприятливе, ніж лужне.

Хімічні речовини
Бактерицидні хімічні речовини, за їхньою дією на мікроорганізми, поділяють на:
поверхнево-активні речовини,
солі важких металів,
окислювачі,
групу формальдегіду, та їхні похідні,
барвники.

Загибель мікробної клітини під дією дезінфікуючого засобу відбувається внаслідок таких процесів:
коагуляції білків (під впливом солей важких металів, алкоголів, формальдегіду та ін.);
явища адсорбції або накопичення у клітині води, тобто її набрякання й розриву (під дією лугів);
дегідратації клітини (внаслідок дії алкоголю, формальдегіду, кислот);
лізису цитоплазми (під дією лугів);
окислення білків у клітині (під впливом галогенів, кисневмісних сполук).

Застосування
Для дезінфекції питної води, стічних вод, промислових викидів, медичних приміщень широко застосовують сполуки хлору (хлорна вода, хлорамін, хлорне вапно), 1-5%-ний розчин карболової кислоти, 2%-ний розчин йоду.
Для дезінфекції обладнання, комунікацій, приміщень переважно використовують хлорне вапно, вапняне молоко, антиформін, катапін, сульфанол та ін.

Концентрація розчинених речовин у середовищі та осмотичний тиск
Негалофільні, котрі розмножуються тільки при 1-2% солі і повністю припиняють свій розвиток при 6-10% солі. Це неспорові грамнегативні гнилісні бактерії, патогенні токсигенні мікроорганізми;
Солестійкі (солетолерантні), непогано розмножуються при 1-2%, дають стійкий ріст при 6-10% солі і довгий час зберігають життєздатність при високих її концентраціях. До них відносять гнилісні аеробні бацили, клостридії, коки, деякі молочнокислі і патогенні бактерії.
Галофіли (солелюбні) бувають двох типів – облігатні та факультативні. Облігатні розмножуються тільки при високих концентраціях солі (12% і вище) і зовсім не ростуть на середовищах з низьким вмістом солі. Факультативні ростуть непогано, як при високих концентраціях, так і при 1-2% солі. Галофілами є пліснява, деякі дріжджі, пігментні мікрококи та інші

Стійкість
Сальмонели гинуть при концентрації солі 19% через 75-80 днів.
Стафілококи розмножуються при 12-15%, припиняють ріст при 15-20% і відмирають при 20-25 % солі.
Дріжджі розвиваються при концентрації 20% солі.
У розчинах цукру мікроорганізми гинуть лише при концентрації його 65-70%.

Мікроорганізми, які зберігають життєздатність у середовищах з високим осмотичним тиском, називають осмофілами. Мікроорганізми, які витримують високий осмотичний тиск, але краще розвиваються при нормальному тиску, називають осмотолерантними.

Вплив біологічних факторів на мікроорганізми

Симбіоз - це взаємокорисне співіснування організмів різних видів. Вони разом розвиваються краще, ніж кожний з них окремо.
Різновидами симбіотичного типу взаємовідношень є синергізм, сателізм і вірогенія.

Синергізм характеризується підсиленням фізіологічних функцій при сумісному розвитку мікроорганізмів.
Сателізм – це співжиття мікроорганізмів, коли один з них стимулює розвиток іншого.
Вірогенія – це взаємовідношення деяких бактерій, дріжджів і простіших з вірусами.

Мутуалізм – це співжиття, яке ґрунтується на взаємній вигоді. Наприклад, аеробні мікроорганізми, поглинаючи кисень із середовища, створюють сприятливі для анаеробів відновлювальні умови.
Коменсалізм – це чітко виражена форма мирного співжиття різних видів мікроорганізмів або мікро- і макроорганізмів. Такі взаємовідношення характерні для дріжджів, молочнокислих та інших бактерій, що знаходяться на рослинах.
Метабіоз – це форма взаємовідношень, при якій у результаті життєдіяльності одних мікроорганізмів створюються умови для розвитку інших.

Паразитизм – це тип взаємовідношень, при якому сумісне існування приносить одному користь, а іншому – шкоду, яка з часом призводить до загибелі. Паразитами є збудники інфекційних хвороб людей і тварин.
Хижацтво – це позаклітинний паразитизм. Деякі мікроорганізми поглинають клітини інших видів і використовують їх як поживний матеріал.
Антагонізм – це взаємини, при яких один вид мікроорганізмів (антагоніст) несприятливо впливає на інші, послаблює або повністю припиняє їх ріст і розвиток чи викликає загибель.

Антибіотики
Це специфічні хімічні речовини біологічного походження, що мають антимікробну дію.
За походженням, їх умовно поділяють на антибіотики мікробного походження, антибіотичні речовини тваринного і рослинного походження (фітонциди).

Бактерії продукують такі антибіотики, як граміцидин, субтилін, поліміксин, нізин, піоціанін, дипломіцин, колоформін, бацитрацин;
плісеневі гриби – пеніцилін, аспергілін, фумагілін, клавіміцин, цефалоспорин, гризеофульвін;
актиноміцети – стрептоміцин, хлорміцетин, біоміцин, ауреоміцин, тетрациклін, хлорамфенінол, актидіон, ністатин, неоміцин, канаміцин, новобіоцин та інші.

Кожний антибіотик діє тільки на певні види мікроорганізмів і не впливає на інших.
Антибіотики широкого спектру дії (тетрациклін, стрептоміцин, неоміцин, поліміксин, гігроміцин, ампіцилін та ін.) є активними по відношенню до значної кількості мікроорганізмів.

Механізм дії
Антибіотики здатні уражати певні ферментні системи мікроорганізмів, що веде до порушення процесів дихання, живлення, біосинтезу білків, розмноження.
Деякі антибіотики пошкоджують генетичний апарат клітини, порушують синтез нуклеїнових кислот і функції цитоплазматичної мембрани, пригнічують синтез клітинної стінки.

Антибіотики тваринного походження
Це лізоцим, що міститься у яєчному білку, слині, сльозах, селезінці, сироватці крові, нирках, плаценті, печінці, легенях;
еритрин, що міститься в еритроцитах крові;
екмолін, виділений з тканин риб, що пригнічує бактерії, які викликають кишкові захворювання.

Фітонциди - антибіотичні речовини, які виділяють рослини, були відкриті
Б. П. Токіним у 1928р.
До рослин, що виділяють активні фітонциди, відносять часник, цибулю, хрін, листя кропиви, алое, бруньки берези, листя і квіти черемхи, насіння гірчиці, мускатного горіха, редьки, ялівця.

Бактеріофаги
(віруси бактерій)
Явище розчинення дизентерійних бактерій якимось невідомим агентом дослідив канадський мікробіолог
Ф. д'Ерелль у 1917 р. Він назвав цей агент бактеріофагом (bacteriophaga – той, який руйнує бактерії).

Схема будови бактеріофага
А - головка;
б - ДНК;
в - стержень;
г-чохол;
д - базальна пластинка;
е-шипи;
є- хвостові фібрили;
ж-комірець

Адсорбується фаг на клітині за допомогою базальної пластинки та фібрил - рецепторів.
Існує шість морфологічних типів фагів: нитчасті, без відростка, з аналогом відростка, коротким відростком, з чохлом відростка, що не скорочується й з чохлом відростка, що скорочується.

Хімічний склад фагів
Представлений нуклеїновою кислотою, білками, невеликою кількістю ліпідів у оболонці.
Переважна більшість бактеріофагів містить ДНК і лише окремі – РНК.

Специфічність
Для кожного виду як патогенних, так і сапрофітних мікроорганізмів існує індивідуальний бактеріофаг, який вибірково діє лише на "свій" мікроб.
Ця вибіркова спеціалізація дії може бути спрямована тільки на певний різновид (або навіть певний штам), що має велике значення для ідентифікації збудників інфекційних хвороб, їх окремих фаговарів.

Стійкість
Витримують високий тиск, зберігають активність при дії іонізуючого та рентгенівського випромінювання, а також при значеннях рН - 2,5-8,5.
Втрачають свої властивості при кип'ятінні, дії дезінфікуючих розчинів та ультрафіолетових променів.

Взаємодії фага з бактеріальною клітиною
Вірулентні бактеріофаги проникають всередину клітини, спричиняючи її лізис.
Помірні бактеріофаги, частина клітин залишається неушкодженою ними, тому що спостерігається явище лізогенії - інтеграції генома бактеріофага в геном клітини.
Такий фаг, який вмонтовано в хромосому клітини, називається профагом.
Мікроорганізми з профагом називаються лізогенними бактеріями.

Використання
Помірні бактеріофаги відіграють роль типових плазмід, їх використовують як моделі для вивчення актуальних проблем генетики мікроорганізмів, в генно-інженерних дослідженнях і біотехнологічних процесах.

Розповсюдження в природі
Вони зустрічаються в будь-яких середовищах довкілля: ґрунті, воді, стічних водах - всюди, де є відповідні їм види мікроорганізмів.
Фаги знайдено в кишечнику та виділеннях людей, тварин, птахів, плазунів, риб.
Відповідно звідси в навколишнє середовище потрапляють бактеріофаги численних збудників інфекційних захворювань: черевного тифу та сальмонельозів, ешерихіозів, дизентерії, холери та ін.