Тема 2. Экология Микроорганизмов

Одной из задач современной санитарной микробиологии является изучение экологии микроорганизмов и связанной с ней проблемы охраны окружающей среды.

Слово «экология» образовано от греч. oikos, что означает дом, родина и logos — учение. Человек с самых древних времен, с начала истории своего развития, интересовался экологией с практических позиций. Для выживания необходимы были знания об окружающей среде, особенностях природных условий, о растениях и животных, которые находятся рядом с человеком. Можно считать, что цивилизация возникла, когда чело_

век научился использовать и изменять окружающую среду. Под экологией, т. е. экологической системой, подразумевается совместное функционирование биоценозов («биотического» сообщества, включающего все популяции, занимающие данную изучаемую площадь) и неживой окружающей среды (биотоп). Термин «экосистема» используют в основном английские ученые, у нас был принят термин «биогеоценоз», включающий понятие биоценоза и биотопа. Изучение отдельных биогеоценозов необходимо, например, при выявлении природных очагов болезней.

Основатель учения о природной очаговости некоторых инфекционных болезней Е. Н. Павловский писал: «То, что теперь называют болезнями с природной очаговостью, в своей основе, прежде всего, подведомственно методам эколого паразитологических и биоценотических исследований».

Как и биология в целом, экология может быть подразделе на таксономические ветви: экология растений, насекомых, животных, микроорганизмов. С экологических позиций следует рассматривать сложный процесс паразитоценоза — взаимоотношения между различными микроорганизмами, обитающими в организме человека и животных, а также между микроорганизмами и макроорганизмами.

Становится очевидным, что экологические принципы, которыми руководствуются ученые при изучении животных и растений, в равной степени справедливы для мира микроорганизмов и простейших. С этой точки зрения микробные сообщества следует рассматривать как комплекс видов, находящихся вместе не случайно, а в результате постоянного действия каких либо детерминирующих факторов.

Микроорганизмы являются частью биоценоза всех экологических процессов, которые наблюдаются в естественных условиях. В процессе эволюционного развития, адаптации к существованию между определенными видами и группами микроорганизмов и других форм жизни установились сложные взаимоотношения. В естественных условиях обитания (в почве, воде, организме животных, в погибших растениях) чистые культуры микробов, как правило, не встречаются, так как они находятся в тесной ассоциации в сложных сообществах — микробиоценозах, состоящих из разнообразных видов бактерий,

грибов, актиномицетов, простейших и т. д. Биологическое явление, заключающееся в совместном существовании разнообразных видов в едином процессе, независимо от того, приносит это пользу или вред друг другу, получило название «симбиоз».

Формы и исход симбиотических взаимоотношений, определившихся в результате длительного эволюционного развития, могут подвергаться изменениям в силу смены условий окружающей среды. Иногда трудно определить, пользу или вред приносит тот или иной симбиоз.

В настоящее время установлены следующие типы взаимоотношений между микроорганизмами:

Нейтрализм (от лат. neutralis — не принадлежащий ни тому, ни другому) — взаимоотношения, при которых микроорганизмы, развиваясь в составе одного ценоза, не оказывают друг на друга непосредственного влияния. Косвенная взаимозависимость организмов при этом неизбежна, поскольку они являются элементами одного сообщества.

Конкуренция (от лат. сoncurrere — сталкиваться) — взаимоотношения между организмами одного или разных видов, соревнующихся за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних.

Симбиоз (от греч. symbiosis — совместная жизнь) — различные формы совместного существования различных организмов, составляющих симбиотическую систему. В этих системах один из партнеров или оба в определенной степени возлагают на другого задачу регуляции своих отношений с внешней средой, в результате чего приобретают возможность выигрыша в борьбе за существование.

Выделяют три формы взаимоотношений между партнерами (симбионтами): мутуализм, комменсализм и паразитизм. Мутуализм (от лат. mutuus — взаимный) — форма симбиоза, при которой отношения между партнерами характеризуются взаимовыгодностью и ни один из них не может существовать без другого.

Комменсализм (от лат. соm — с, вместе и mensa — стол, трапеза), т. е. сотрапезничество, форма симбиоза, при которой один из партнеров (комменсал) возлагает на другого (хозяин) регуляцию своих отношений с внешней средой. Основой для комменсальных отношений могут быть общее пространство, субстрат, пища.

Паразитизм (от греч. рarasitos — нахлебник) — форма антагонистических взаимоотношений двух различных организмов, при которой один из них (паразит) использует другого (хозяина) в качестве среды обитания. Однако даже в самых стабильных системах «паразит–хозяин» отношения между партнерами построены по принципу неустойчивого равновесия, нарушения которого могут привести к распаду системы и гибели одного или обоих партнеров. Паразиты принимают участие в регуляции численности популяции хозяев, а иногда определяют направленность микроэволюционных процессов.

Хищничество — такое отношение двух групп организмов, при котором одна использует другую в пищу. Примером может служить род Clostridium (патогенные виды), который сначала своими токсинами приводит к гибели животное, а затем использует труп в качестве источника питания.

Антагонизм (от греч. аntagonisma — спор, борьба) — термин, применяемый к таким взаимоотношениям между микроорганизмами, когда один вид задерживает или полностью подавляет рост другого.

Нарушение экологического баланса между микро и макроорганизмами, а также внутри микробных ассоциаций приводит к селекции патогенных видов и штаммов, а также способствует более интенсивному генетическому обмену у бактерий (особенно плазмид) в естественных условиях, а следовательно, и к эволюционным сдвигам.

Биоценоз микроорганизмов — явление биологическое и характеризуется особенностями развития микробов в период их пребывания в окружающей среде и в организме хозяина. Примерами нарушения экологического баланса в мире микроорганизмов могут служить проблемы сальмонеллезных инфекций, последствия широкого использования антибиотиков и применения пестицидов.

В настоящее время можно считать доказанной потенциальную опасность для человека сальмонелл всех сероваров. Сейчас, когда проблема загрязнения окружающей среды особенно актуальна, борьба с микробным загрязнением воды сальмонеллами должна стать одной из важнейших задач микробиологов, эпидемиологов и гигиенистов.

В некоторых странах принято добавлять в корм скоту антибиотики (как стимуляторы роста), что создает условия, благоприятствующие отбору устойчивых микроорганизмов благодаря формированию популяции бактерий с R плазмидами, распространению которых через пищевые продукты также способствует применение антибиотиков при консервировании мяса и некоторых других пищевых продуктов.

Еще один пример нарушения веками сложившихся взаимоотношений системы «человек–микроорганизмы»: на протяжении всей истории иммунная система человека не подвергалась столь мощным экологическим стрессам как в наше время— в течение последнего десятилетия ежегодно в мире иммунизируется до 1 млрд человек, многие используют диагностические препараты, которые приводят к аллергизации населения.

Таким образом и этот экологический баланс между человеком и окружающей его средой серьезно нарушен. Нарушение экологических взаимоотношений связано также с загрязнением окружающей среды химическими препаратами, используемыми, в частности, в сельском хозяйстве для борьбы с грызунами и насекомыми. Они действуют на экологию почвенных микроорганизмов, обусловливающих круговорот веществ в природе, оказывают значительное влияние на биологические свойства возбудителей зооантропонозных инфекций, изменяя их морфологию и антигенную структуру.

Заботясь об охране окружающей среды, санитарные микробиологи совместно с гигиенистами призваны сделать следующее:

углубленно исследовать закономерности воздействия различных вредных факторов окружающей среды на человека;

разработать методы индикации микробного загрязнения и критериев эпидемической безопасности различных объектов окружающей среды в условиях их химического и биологического загрязнения;

совершенствовать методические основы нормирования разнообразного бактериального загрязнения объектов окружающей среды;

определить особенности распространения в объектах окружающей среды микробов продуцентов и биологически активных веществ (продуктов их жизнедеятельности) и их

значение в патологии человека;

исследовать условия процессов самоочищения объектов окружающей среды в отношении бактериального загрязнения с учетом сочетательного воздействия химических, физических и биологических факторов;

разработать профилактические мероприятия с целью снижения бактериального загрязнения различных объектов окружающей среды;

усовершенствовать санитарное законодательство, способствующее охране объектов окружающей среды от загрязнения.