Физические факторы

Из физических факторов наибольшее влияние на развитие микроорганизмов оказывают температура, высушивание, лучистая энергия, ультразвук.

Температура. Жизнедеятельность каждого микроорганизма ограничена определенными температурными границами. Эту температурную зависимость обычно выражают тремя основными точками: минимум - температура, ниже которой размножение микробных клеток прекращается; оптимум наилучшая температура для роста и развития микроорганизмов; максимум - температура, выше которой жизнедеятельность клеток ослабляется или прекращается. Оптимальная температура обычно соответствует температурным условиям естественной среды обитания.

Все микроорганизмы по отношению к температуре подразделяются на психрофилы, мезофилы и термофилы.

Психрофилы (от греч. psychros — холодный, phi- leo—люблю), или холод олюбивые микроорганизмы, растут при относительно низких температурах: ми­нимальная температура — 0°С, оптимальная—10—20 °С, максимальная — 30 °С. Эта группа включает микроорганиз­мы, обитающие в северных морях и океанах, почве, сточных водах. Сюда же относятся светящиеся и железо­бактерии, а также микробы, вызывающие порчу продук­тов на холоду (ниже 0 °С).

Мезофилы (от греч. mesos — средний) — наиболее обширная группа, включающая большинство сапрофитов и все патогенные микроорганизмы. Оптимальная темпера­тура для них 28—37 °С, минимальная—10 °С, максимальная — 45 °С.

Термофилы (от греч. termos — тепло, жар), или теплолюбивые микроорганизмы, развиваются при темпе­ратуре выше 55 °С, температурный минимум для них 30 °С, оптимум —50—60 °С, а максимум —70—75 °С. Они встречаются в горячих минеральных источниках, повер­хностном слое почвы, самонагревающихся субстратах (навозе, сене, зерне), кишечнике человека и животных. Среди термофилов много споровых форм.

Высокие и низкие температуры оказывают различное влияние на микроорганизмы. Одни более чувствительны к высоким температурам. Причем, чем выше температура за пределами максимума, тем быстрее наступает гибель микробных клеток, что обусловлено денатурацией (свер­тыванием) белков клетки.

Вегетативные формы бактерий мезофилов погибают при температуре 60 °С в течение 30—60 мин, а при 80—100°С — через 1—2 мин. Споры бактерий гораздо устойчивее к высоким температурам. Например, споры бацилл сибирской язвы выдерживают кипячение в течение 10—20 мин, а споры клостридий ботулизма — 6 ч. Все микроорганизмы, включая споры, погибают при темпера­туре 165—170 °С в течение часа (в сухожаровом шкафу) или при действии пара под давлением 1 атм (в автоклаве) в течение 30 мин.

Действие_высоких температур на микроорганизмы по­ложено в основу стерилизации — полного освобождения разнообразных объектов от микроорганизмов и их спор (см. ниже).

К действию низких температур многие микроорганиз­мы чрезвычайно устойчивы. Сальмонеллы тифа и холер­ный вибрион длительно выживают во льду. Некоторые микроорганизмы остаются жизнеспособными при темпера­туре жидкого воздуха (—190°С), а споры бактерий выдер­живают температуру до —250 °С.

Только отдельные виды патогенных бактерий чувстви­тельны к низким температурам (например, бордетеллы коклюша и паракоклюша, нейссерии менингококка и др.). Эти свойства микроорганизмов учитывают в лабораторной диагностике и при транспортировке исследуемого матери­ала— его доставляют в, лабораторию защищенным от охлаждения.

Действие низких температур приостанавливает гнило­стные и бродильные процессы, что широко применяется для сохранения пищевых продуктов в холодильных уста­новках, погребах, ледниках. При температуре ниже 0 °С микробы впадают в состояние анабиоза — наступает за­медление процессов обмена веществ и прекращается раз­множение. Однако при наличии соответствующих темпера­турных условий и питательной среды жизненные функции микробных клеток восстанавливаются. Это свойство микроорганизмов используется в лабораторной практике для сохранения культур микробов при низких температу­рах. Губительное действие на микроорганизмы оказывает также быстрая смена высоких и низких температур (замораживание и оттаивание) — это приводит к разрыву клеточных оболочек.

Высушивание. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходима вода. Высушивание приво­дит к обезвоживанию цитоплазмы, нарушению целостно­сти цитоплазматической мембраны, вследствие чего нару­шается питание микробных клеток и наступает их гибель.

Сроки отмирания разных видов микроорганизмов под влиянием высушивания значительно отличаются. Так, например, патогенные нейссерии (менингококки, гонокок­ки), лептоспиры, бледная трепонема и другие погибают при высушивании через несколько минут. Холерный виб­рион выдерживает высушивание_2_сут, сальмонеллы тифа — 70 сут, а микобактерии туберкулеза — 90 сут. Но высохшая мокрота больных туберкулезом, в которой возбудители защищены сухим белковым чехлом, остается заразной 10 мес.

Особой устойчивостью к высушиванию, как и к другим воздействиям окружающей среды, обладают споры. Спо­ры бацилл сибирской язвы сохраняют способность к прорастанию в течение 10 лет, а споры плесневых грибов — до 20 лет.

Неблагоприятное действие высушивания на микроорга­низмы издавна используется для консервирования овощей, фруктов, мяса, рыбы и лекарственных трав. В то же время, попав в условия повышенной влажности, такие продукты быстро портятся из-за восстановления жизнеде­ятельности микробов.

Для хранения культур микроорганизмов, вакцин и других биологических препаратов широко применяют ме­тод лиофильной сушки. Сущность метода состоит в том, что предварительно микроорганизмы или препараты подвергают замораживанию, а затем их высушивают в условиях вакуума. При этом микробные клетки переходят в состояние анабиоза и сохраняют свои биологические свойства в течение нескольких месяцев или лет.

Лучистая энергия. В природе микроорганизмы постоян­но подвергаются воздействию солнечной радиации. Пря­мые солнечные лучи вызывают гибель многих микроорга­низмов в течение нескольких часов, за исключением фотосинтезирующих бактерий (зеленых и пурпурных се­робактерий). Губительное действие солнечного света обус­ловлено активностью ультрафиолетовых лучей (УФ-лучи). Они инактивируют ферменты клетки и повреждают ДНК. Патогенные бактерии более чувствительны к действию УФ-лучей, чем сапрофиты. Поэтому хранить микробные культуры в лаборатории лучше в темноте. В этом отноше­нии демонстративен опыт Бухнера.

В чашку Петри с тонким слоем агара производят обильный посев какой-либо культуры бактерий. На на­ружную поверхность засеянной чашки наклеивают выре­занные из черной бумаги буквы, образующие, например, слово «typhus». Чашку, обращенную дном вверх, подвер­гают облучению прямыми солнечными лучами в течение I ч. Затем бумажки снимают, и чашку ставят на сутки в термостат при 37 °С. Рост бактерий наблюдается лишь в тех местах агара, которые были защищены от действия УФ-лучей наклееными буквами. Остальная часть агара остается прозрачной, т. е. рост микроорганизмов отсут­ствует

Велико значение солнечного света как естественного фактора оздоровления внешней среды. Он освобождает от патогенных бактерий воздух, воду естественных водо­емов, верхние слои почвы.

Бактерицидное (уничтожающее бактерий) действие УФЛ-лучей используется для стерилизации воздуха закрытых помещений (операционных, перевязочных, боксов и т. д.), а также воды и молока. Источником этих лучей являются лампы ультрафиолетового излучения, бактери­цидные лампы.

Другие виды лучистой энергии — рентгеновские лучи, а-, в:-, -у-лучи оказывают губительное действие на микро­организмы только в больших дозах, порядка 440— 280 Дж/кг. Гибель микробов обусловлена разрушением ядерных структур и клеточной ДНК. Малые дозы излучений стиму­лируют рост микро­бных клеток. Микроор­ганизмы значительно устойчивее к радиоак­тивным излучениям, чем высшие организмы. Известны тиановые бактерии, обитающие в залежах урановых руд. Бактерии обнаруживали в воде атомных реакторов при концентрации ионизиру­ющей радиации 20—30 кДж/кг.

Бактерицидное действие ионизирующего излучения ис­пользуется для консервирования некоторых пищевых про­дуктов, стерилизации биологических препаратов (сыворо­ток, вакцин и др.), при этом свойства стерилизуемого материала не изменяются.

В последние годы радиационным методом стерилизуют изделия для одноразового использования — полисти­роловые пипетки, чашки Петри, лунки для серологи­ческих реакций, шприцы, а также шовный материал — кетгут и др.

Ультразвук вызывает значительное поражение микро­бной клетки. Под действием ультразвука газы, находящи­еся в жидкой среде цитоплазмы, активируются, и внутри клетки возникает высокое давление (до 10000 атм). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых про­дуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.

Высокое давление. К механическому давлению бакте­рии и особенно их споры устойчивы. В природе встреча­ются бактерии, живущие в морях и океанах на глубине 1000—10 000 м под давлением от 100 до 900 атм. Некото­рые виды бактерий выдерживают давление до 3000— 5000 атм, а бактериальные споры—даже 20 000 атм.