Экология микроорганизмов

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

Слово «экология» образовано от греческого «oikos», что означает дом, родина и «logos» - учение. Человек с самых древних времен, с начала истории своего развития интересовался экологией с практических позиций. Чтобы выжить, нужно было знать окружающую среду, особенности природных условий, все о растениях и животных, которые находятся около человека. Можно считать, что цивилизация возникла тогда, когда человек 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 в себя 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 подразделена 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 макроорганизмом. Становится очевидным, что экологические принципы, применяемые для 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-то 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, а 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 (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 (лат. сoncurrere – сталкиваться) – взаимоотношения между организмами одного или разных видов, соревнующихся за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних.

Симбиоз (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.

По характеру взаимоотношений между партнерами (симбионтами) выделяют: мутуализм, комменсализм и паразитизм.

Мутуализм – (лат. mutuus – взаимный) – форма симбиоза, при которой отношения между партнерами характеризуются взаимовыгодностью и ни один из них не может существовать без другого.

Комменсализм (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 (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 (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 более патогенных видов и штаммов, а также способствует более интенсивному генетическому обмену у бактерий (особенно плазмидами) 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 быть одной из 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 R-плазмид 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. За время всей истории человечества иммунная система не подвергалась таким мощным экологическим стрессам как в наше время: в течение последнего десятилетия ежегодно в мире иммунизируется до 1 млрд человек, многие миллионы получают различные 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 решать следующие задачи:

- углубленное исследование закономерностей воздействия различных вредных факторов окружающей среды на человека;

- разработка методов индикации микробного загрязнения и критериев эпидемической безопасности различных объектов окружающей среды в условиях их химического и биологического загрязнения;

- дальнейшее совершенствование методических основ нормирования разнообразного бактериального загрязнения объектов окружающей среды;

- определение особенностей распространения в объектах окружающей среды микробов-продуцентов и биологически активных веществ (продуктов их жизнедеятельности) и их значения в патологии человека;

- исследование условий процессов самоочищения объектов окружающей среды в отношении бактериального загрязнения с учетом сочетанного воздействия химических, физических и биологических факторов;

- разработка профилактических мероприятий с целью снижения бактериального загрязнения различных объектов окружающей среды;

- совершенствование санитарного законодательства, способствующего охране объектов окружающей среды от загрязнения.