Влияние факторов внешней среды на жизнедеятельность микроорганизмов

Вопросы:
1. Отношение м-о к О2.
2. Влияние температуры на жизнедеятельность м-о.
3. Отношение м-о к рН среды.

1. Отношение м-о к О2

По отношению к О2 выделяют следующие группы:
О2
Аэробы
Анаэробы
Облигатные аэробы (р. Pseudomonas и др.)
Облигатные анаэробы (метнообразующие, сульфатредуцирующие, маслянокислые бактерии и др.)
Факультативные аэробы (факультативные анаэробы)
E. coli и др.
Аэротолерантные анаэробы (молочнокислые бактерии и др.)
Микроаэрофилы - до 2 % О2 (азотфиксирующие бактерии и др.)

2. Влияние t на жизнедеятельность м-о
Температурный диапазон м-о:
Минимальная t – это t, ниже которой рост невозможен.
Максимальная t – это t, выше которой рост невозможен.
Оптимальная t – это t, при которой организм растет с наибольшей скоростью.

При значительном повышении t разрушаются белки, НК и т.д., нарушается проницаемость мембраны → гибель клеток.
Устойчивость к t вегетативных клеток у бактерий различна. E. coli при + 60 °С погибает через 15 мин.

Высокие t используют для инактивации м-о:
Стерилизация в сухожаровом шкафу - t +160 - +170°С - 2 часа.
Стерилизация в автоклаве - два фактора: давление 0,5 - 1,5 Атм. и t от +110 до +138 °С – 30 мин.

При минимальной t и ниже м-о могут переходить в состояние анабиоза.
Низкие t используют для хранения м-о:
в жидком азоте (-195,8 °С),
в сухом льде (-78,5 °С),
Для замораживания используют медленное понижение t до - 20 °С и быстрое в последующем и специальные смеси с криопротекторами.
Лиофилизация – м-о суспендируют в специальной среде, замораживают и высушивают под вакуумом.

Сильное резкое понижение t приводит:
к нарушению барьерных функций мембраны,
прекращаются процессы биосинтеза,
в клетках образуется лед, который повреждает белки и мембраны,
гибель клеток.

По отношению к t м-о делят на три группы:
Мезофилы – развиваются в диапазоне умеренных t. T-ный диапазон +10 - 45°С, opt t +30 - +40 °С. (гр. «mesos» - средний, промежуточный). Большинство м-о.
Психрофилы – способны к росту при 0 °С. (гр. «psychria» - холод).
Термофилы – растут при t выше + 45 - +50 °С. (гр. «therme» -жара, тепло).
Экстремофильные м-о

Психрофилы
Облигатные - t-ный диапазон: -10 - +20 °С; opt t ~ 15°С или ниже.
Факультативные - t-ный диапазон: -10 - +35 С; оpt t +20 - +30 °С.
Места обитания: арктические моря, в глубинах морей, океанов (t ~ +1 - +2 °С),
полярные, альпийские озера, арктические, антарктические льды, ледники высокогорья, снег, вода колодцев, родников, в переохлажденных растворах (при вымораживании воды в соленых водоемах) с t -5 °С - Bacillus cryophilus.
Очень чувствительны к повышению t.
Отличаются низкой метаболической активностью, низкой скоростью роста.
Места обитания: почва, болота, водоемы в холодной климатической зоне, родниковая, колодезная вода.
Могут развиваться при t от 0 до -12 °С, например, Pseudomonas и др.
Вызывают порчу пищевых продуктов в холодильниках и холодильных камерах.

Механизмы психрофилии
Повышенное содержание в липидах мембран ненасыщенных жирных кислот.
Транспортные системы работают лучше при низких t.
Ферменты термолабильны и имеют низкие t-ные oптимумы.
Белки психрофилов имеют больше полярных групп, чем гидрофобных (по сравнению с мезофиллами).
Синтез белка активизируется при понижении t.

Термофилы
Термотолерантные – диапазон от +10 до +55 - +60 °С, opt t +35 - +40 °С. Имеют температурное плато (~ 10 °С ).
Факультативные термофилы - диапазон +20 - + 65°С, opt t +50 - +65 °С.
Облигатные термофилы - диапазон +40 - +70 °С, opt t +60 - +70 °С.
Экстремальные термофилы – диапазон +40 - +90 °С, opt t +70 - + 80 °С.
Гипертермофилы – диапазон +80 - +113 °С, opt t ~ +100 - +105 °С
Места обитания: саморазогревающиеся субстраты (компостные, навозные кучи, угольные отвалы и т.д.), высокотемпературные нефтяные пласты.
Горячие источники, глубоководные морские гидротермы.
Наиболее термоустойчивые: археи -глубоководные гипретермофилы р. Pyrococcus (opt t +100 °С) и Pyrodictium (opt t +105 °С).

Механизмы термофилии
У бактерий в мембранных липидах высокое содержание насыщенных длинноцепочечные (17-19 атомов С), с разветвленными цепями жирных кислот.
У архей мембранные липиды - эфиры глицерина и высокоатомных спиртов, содержащих от 1 до 4 циклических 5-ти членных группировок, что повышает термоустойчивость мембраны.
Белки термоустойчивы, стабилизируются при повышении температуры.
В клетках экстремальных термофилов белки-шепероны, способствующие формированию специфической термостабильной третичной структуры.
Термостабильность ДНК. Связана с повышенным содержанием G-C-пар. У архей ДНК суперспирализована за счет действия фермента обратной гиразы и связана с большим количеством белков.

3. Влияние рН на жизнедеятельность м-о
Косвенное – рН влияет на ионное состояние веществ.
Прямое -экстремальные значения рН влияют на клеточную стенку и ЦПМ.

По отношению к рН среды м-о делят на три группы:
Нейтрофилы - развиваются в диапазоне рН от 4 до 9;
opt рН 6 - 8.
Большинство м-о.
Ацидофилы - кислотолюбивые м-о.
Алкалофилы – щелочелюбивые м-о.
Экстремофильные м-о

Ацидофилы
Облигатные – диапазон рН от 1 до 5, opt рН 2-4.
Факультативные - диапазон рН от 1 до 9, opt 2-4.
Места обитания. Самая кислотоустойчивая бактерия Thiobacillus thiooxidans, образует большие количества H2SО4 (окисляет H2S до H2SО4) и способна выживать в 1 N р-ре H2SО4, обитает в рудничных отходах (окисляет сульфидные руды).
В болотах, торфяниках (рН 2,5-6) развиваются умеренные ацидофилы.
Термофильные ацидофилы
р. Thermoplasma – в саморазогревающихся угольных отвалах (рН 2, t +32 - +80 °С).
Термофильная Sulfolobus (рН 2-3, opt t +70 - +80 °С) – в горячих кислых источниках.

Алкалофилы
Облигатные – диапазон рН от 8,5 до 12, opt рН 9-11.
Факультативные – диапазон рН от 5 до 12, opt рН 9-10,5.
Места обитания:
щелочные (рН 8,5) и пустынные почвы (рН 10),
щелочные озера и источники в Кении (рН 8-11),
содовые озера (рН ~ 10) – в них обитают натронобактерии.
Алкалофилы: уробактерии, некоторые цианобактерии и др.