Биологические факторы

Тема № 5.

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА МИКРООРГАНИЗМЫ.

Физические факторы.

К числу основных физических факторов, воздействующих на микроорганизмы как в естественной среде обитания, так и в определенных искусственных условиях лаборатории, относятся температура, свет, электричество, высушивание, различные виды излучения, осмотическое давление и др.

Температура. О влиянии температуры на микроорганизмы обычно судят по их способности расти и размножаться в определенных температурных границах. Для каждого вида бактерий определена оптимальная температура развития. В зависимости от пределов этой температуры бактерии разделены на три физиологические группы: психрофильные, мезофильные и термофильные.

Психрофильные микроорганизмы — преимущественно обитатели северных морей, почвы, сточных вод. Температурные границы психрофилов: температурный минимум — около 10°С, оптимум — 15-20, максимум — 30-35°С.

Мезофильные бактерии — наиболее обширная группа, в нее входит большинство сапрофитов и все патогенные микроорганизмы. Температурный минимум — 10°С, оптимум — 30-37, максимум — 40-45°С.

Термофильные бактерии часто и в большом количестве встречаются в почве, воде, теплых минеральных источниках, а также в пищеварительном тракте животных и человека. Температурный минимум — 35°С, оптимум — 50-60, максимум — 70-75°С

Высокие и низкие температуры по-разному влияют на микробов. При низких температурах микробная клетка переходит в состояние анабиоза, в котором она может существовать длительное время.

Низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы. На этом принципе основано сохранение продуктов в ледниках, погребах и холодильниках. В микробиологической практике широко применяется длительное хранение культур микробов, иммунноглобулинов антибиотиков, живых вакцин в высушенном виде из замороженного состояния. Метод получения сухих культур микроорганизмов путем высушивания из замороженного состояния (-76°С) под высоким вакуумом называется лиофилизацией.

При лиофилизации свободная вода и вода, непрочно связанная с гидрофильными веществами клеток, подвергается замораживанию, и затем происходит сублимация льда, т. е. переход его из твердого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу. В результате получается сухая пористая масса, которая при добавлении к ней воды легко суспендируется. Повторные замораживание и оттаивание неблагоприятно воздействуют на микроорганизмы и могут стать причиной их гибели при лиофилизации.

Высокая температура, особенно нагревание паром под давлением, губительно действует на микробов. Чем выше температура предела максимума, тем быстрее погибают вегетативные формы (способные к росту и размножению) микроорганизмов: при 60°С — через 30 мин, при 70°С — через 10-15, при 80-100°С— через 1 мин. Споры бактерий более устойчивы к действию высокой температуры. Воздействие высокой температурой— самый распространенный, удобный и надежный способ стерилизации — обеспложивания — уничтожения различных микробов и их спор на разнообразных объектах. Существуют разные способы стерилизации: прокаливание на огне, кипячение, стерилизация сухим паром в печах Пастера (сухожаровые шкафы), стерилизация паром под давлением в автоклавах, без давления в аппарате Коха, тиндализация (дробная стерилизация при 56-58°С). Стерилизации подвергают перевязочный материал, хирургический инструмент, различные растворы.

Пастеризация — метод, предложенный Пастером с целью сохранения питательной ценности молока, вина, различных консервов, которые постепенно нагревают до 80°С на 30 мин, а затем быстро охлаждают до 4-8°С. При пастеризации погибают вегетативные формы микробов, споры же сохраняются, но быстрое охлаждение и хранение продукта при 4-5°С препятствует их прорастанию и последующему размножению микробов.

Высушивание. Многие виды микроорганизмов надолго сохраняют жизнеспособность после высушивания, хотя расти и размножаться в этих условиях не могут. Высушивание сопровождается обезвоживанием цитоплазмы и денатурацией белков и бактерий. Высушивание используют для консервирования кормов (сена, соломы), овощей, фруктов, лекарственных трав.

Дегидратация (обезвоживание) вегетативных форм бактериальных клеток преимущественно вызывает их гибель.

Излучения. Степень бактерицидного действия излучения на микробов зависит от вида лучевого излучения, дозы и длительности экспозиции.

Действие видимого излучения (света). Видимый рассеянный свет (длина волн 300-1000 нм) угнетает жизнедеятельность микроорганизмов, но в более слабой степени, чем прямые солнечные лучи. В связи с этим культивирование микроорганизмов на искусственных питательных средах осуществляют в темноте, в термостатах или специальных комнатах, где поддерживается оптимальная для размножения микробов температура. Видимый свет положительно влияет только на пигментобразующей бактерии, которые используют световую энергию для фотосинтеза и при этом активно образуют пигмент — микробная культура окрашивается в красный, зеленый и другие цвета. Прямые солнечные лучи убивают все микроорганизмы, кроме пурпурных и зеленых серобактерий; развитию последних солнечный свет благоприятствует.

Ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовое излучение (УФИ) с длиной волн 400-300 нм является химически активным, 330-295 нм — биологически активным, а 295-200 нм — бактерицидно активным. УФИ широко применяют для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях и промышленных цехах (бродильная промышленность, производство антибиотиков), в боксах для создания асептических условий.

Ионизирующее излучение (рентгеновское излучение). Механизм действия рентгеновского излучения заключается в поражении ядерных структур, в частности, нуклеиновых кислот цитоплазмы, то есть поражается генетический аппарат микробной клетки, что приводит к ее гибели или мутации.

Лазерное излучение используют в основном для уничтожения пигментообразующих бактерий (синегнойная палочка и др.). Под его влиянием все биологические объекты претерпевают необратимые изменения (денатурация белка и др.).

Электричество. Ток малой и высокой частоты убивает микроорганизмы. Особенно сильное бактерицидное действие оказывают токи ультравысокой частоты. Они приводят в колебание молекулы всех элементов клетки, вследствие чего происходит быстрое и равномерное нагревание всей ее массы независимо от температуры окружающей среды.

Ультразвук. Ультразвук (волны с частотой около 20 000 Гц) используют для стерилизации пищевых продуктов и дезинфекции предметов.

Химические факторы.

Химические вещества могут тормозить или полностью подавлять рост микроорганизмов. Если химическое вещество подавляет рост бактерий, но после устранения его воздействия их рост возобновляется, то это явление называют бактериостаз (бактериостатическое действие), таким образом про исходит задержка роста микроба, а не его гибель.

При бактерицидном действии химический агент вызывает гибель клеток. Противомикробные вещества по химическому строению и механизму бактерицидного действия можно подразделить на следующие группы: окислители (перекись водорода, перманганат калия), галогены (хлор, йод и их препараты), соединения металлов (соли свинца, меди, цинка, серебра, ртути), кислоты и щелочи, поверхностно-активные вещества, спирты, красители, производные фенола и формальдегида.

Биологические факторы.

Действие биологических факторов основано на антагонизме микробов, когда продукты жизнедеятельности одних микробов вызывают гибель других.

Антибиотики — биологически активные вещества, образуемые в процессе жизнедеятельности грибов, бактерий, животных, растений, а также созданные синтетическим путем, способные избирательно подавлять рост и убивать микроорганизмы, грибы, риккетсии, крупные вирусы, простейшие и отдельные виды гельминтов. АБ отнесены к химиотерапевтическим средствам и предназначены для избирательного действия на возбудителей заболеваний, находящихся во внутренних органах и тканях (кровь, лимфа, межтканевая жидкость) больных животных и людей.

В животноводстве антибиотики применяют с лечебной целью, для стимуляции роста и развития животных и птиц. По происхождению антибиотики можно разделить на пять групп.

1. Образуемые грибами и лишайниками. Грибы и лишайники являются продуцентами активных антибиотиков.

2. Образуемые актиномицетами. Из культуральных жидкостей актиномицетов были выделены многие антибиотики: Streptomyces greseus — стрептомицин, Micromonospora purpurea — гентамицин, Str. venezuelae — хлорамфеникол, Str. erytreus — эритромицин, Str. fradiae — тилозин.

3. Выделенные из бактерий. Группа антибиотиков бактериального происхождения менее обширна и имеет меньшее практическое значение, так как эффективность их значительно ниже, чем у антибиотиков грибного и актиномицетного происхождения.

4. Животного происхождения. Биологически активные вещества, образуемые животными тканями, обладают не только антибиотическим действием, но и активизируют защитные силы макроорганизма, что позволяет применять их для профилактики и лечения ряда заболеваний.

5. Растительного происхождения. Многие растения выделяют летучие и нелетучие биологически активные вещества — фитонциды, способные обеспечить устойчивость растений к различным болезням. Наибольшими антибиотическими свойствами обладают фитонциды лука, чеснока, хрена, горчицы, алоэ, плодов можжевельника, почек березы, листьев черемухи, листьев эвкалипта и некоторых других растений.

Антибиотики обладают характерными свойствами — четко выраженной избирательностью и специфическим механизмом противомикробного действия. Каждый антибиотик имеет определенный антимикробный спектр действия — узкий (пенициллин, грамицидин) или широкий (левомицетин, тетрациклин).

Антибиотики близкого химического строения обычно имеют сходный антимикробный спектр и механизм действия. По механизму действия на микроорганизмы их разделяют на несколько основных групп:

1. ингибирующие синтез бактериальной стенки (пенициллины, цефалоспорины);

2. нарушающие функцию цитоплазматической мембраны (полипептиды);

3. разрушающие рибосомальные субчастицы и сдерживающие синтез белка (тетрациклины, хлормицетины, аминогликозиды, макролиды).

4. избирательно подавляющие синтез нуклеиновых кислот: ингибиторы синтеза РНК (актиномицин, гризеофульвин, неомицин); ингибиторы синтеза ДНК (саркомицин).

Антибиотик лишь воздействует на возбудителя заболевания, а окончательная ликвидация инфекционного процесса происходит в результате мобилизации защитных механизмов макроорганизма. Учитывая, что в основе лечения с помощью антибиотиков лежит сложная иммунобиологическая реакция, прежде чем назначать тот или иной антибиотик, ветеринарный специалист должен знать его свойства, способ введения, спектр и механизм противомикробного действия, срок сохранения в макроорганизме и пути выведения из него, а также показания к применению. При несоблюдении этих правил могут возникнуть тяжелые последствия — токсикозы, морфофункциональные изменения в желудочно-кишечном тракте, нейротоксическое, нефротоксическое и гепатотоксическое действия, угнетение функции эндокринной и кроветворной систем.

Не следует слишком увлекаться антибиотикотерапией, так как продолжительный прием этих препаратов может вызвать развитие суперинфекций — болезней, связанных с нарушением нормальных взаимоотношений между обитателями живого организма. В таких случаях угнетается не только возбудитель инфекции, но и нормальная микрофлора организма. Одновременно начинает размножаться нечувствительная к антибиотику микрофлора, вызывая дисбактериоз, кандидозы, сопровождающиеся гастроэнтеритами, колитами и др.

Устойчивость микробов к антибиотикам. Целый ряд микробов под влиянием антибиотиков, особенно при неправильном их применении, утрачивает чувствительность к ним и образует антибиотикорезистентные формы. Чтобы предотвратить возникновение резистентных микробов при лечении, необходимо комбинировать антибиотики или использовать их в сочетании с другими химиотерапевтическими средствами (сульфаниламиды, нитрофураны) и применять препараты, повышающие иммуннологическую реактивность организма.

Бактериофаг - это агент, разрушающий бактерии. Бактериофаг способен инфицировать бактериальную клетку, репродуцироваться в ней, образуя многочисленное потомство, и вызывать ее лизис, сопровождающийся выходом фаговых частиц в среду обитания бактерий.

Бактериофаги широко распространены в почве, воде, экскрементах больных и здоровых животных, человека.