Глава 3. Действие химических и физических факторов на микроорганизмы Параграф 1. Устойчивость микроорганизмов к факторам среды

При осуществлении метаболизма важную роль играет такой фактор, как активность воды a(w), определяемая как отношение давления паров раствора к давлению паров чистой воды. Активность воды зависит от её наличия и от количества растворённых в ней веществ. Некоторые микроорганизмы не растут на твёрдых средах, а другие, называемые ксерофилами, растут.

Микроорганизмы, способные существовать в растворах с высокой концентрацией веществ, называются осмофилами (при NaCl - галофилами). Галофилы осуществляют активный транспорт ионов из клетки, работает механизм S-слоя клетки, белки насыщены отрицательно заряженными аминокислотами.

Другим фактором является pH среды. Микроорганизмы могут существовать в пределах от 1 до 11,5 pH. Нижний предел – кислые вулканические воды (экстремально термофильные археи), верхний предел – насыщенный раствор извести (в нём прекрасно себя чувствуют уробактерии). По значению pH микроорганизмы делятся на ацидофильные (0 - 5,5), нейтрофильные (5,5 - 8), алкалифильные (8,5 – 11, 5). Значение внутриклеточного pH всегда постоянно. В процессе развития микроорганизмы могут изменять pH среды, выделяя кислые или щелочные продукты.

Температура. Предел жизнеспособности организма определяется присутствием жидкой воды. Клетки некоторых организмов (например, некоторые псевдомонады) могут сохранять активность и при отрицательных температурах, если к воде добавить антифриз.

Существовать же могут и при -196 С, и при даже при -273 С. Нижние пределы роста ограничены температурой застывания мембраны, а верхние – тепловой денатурацией белков. По отношению к температуре все организмы разделяются на определённые группы:

Психрофилы – представители родов Pseudomonas, Achromobacter, Vibrio, дрожжи, некоторые грибы и водоросли и др. Chlamidomonas nivalis из Антарктиды может расти при температуре -36С. Особые мембраны с пониженной точкой замерзания. Белки теряют стабильность уже при 10-20 С.

Многие микроорганизмы способны расти и при 0 С, но их температурный оптимум лежит в 20-30 С. Эти микроорганизмы получили название психрофитов (факультативные психрофилы). Именно они ответственны за порчу замороженных продуктов.

У термофилов найдены высокостабильные белки, мембраны липидов содержат больше тугоплавких насыщенных жирных кислот, все ДНК и РНК – ГЦ типа, очень сильно развиты система репарации ДНК и синтеза шаперонов. Представляют большой интерес в связи с выделением термостойких ферментов (Thermus aquaticus – Taq-полимераза).

Гидростатическое давление. Большинство микроорганизмов никогда не подвергались давлению больше-меньше одной атмосферы. Однако, споры большинства из них могут выдерживать глубокий вакуум.

Повышенное давление имеет место в глубоких нефтяных скважинах, глубинных зонах океана и др. По чувствительности выделяют: пьезочувствительные (барочувствительные, обычно с газовыми вакуолями) – при повышении давления перестают расти; пьезотолерантные – выдерживают до 400 атмосфер; пьезофильные – нуждаются для роста в повышенном давлении (1 016 атм – Марианская впадина, максимальное давление в иск. условиях – 1400 атм).

Теперь о важном химическом факторе – наличие свободного кислорода. Все организмы делятся на аэробов и анаэробов. Но это деление весьма нечёткое, существует множество переходных форм.

Облигатные аэробы (нуждаются) – аэробное дыхание, Micrococcus luteus

Факультативные аэробы (не нуждаются, но растут лучше) – E.coli

Микроаэрофилы – Beggiatoa spp. (озёрная вода)

Аэротолерантные анаэробы – Streptococcus spp, Lactococcus spp. (молоч.продукт)

Облигатные анаэробы – метаногены, гомоацетогены, сульфидогены

По устойчивости к радиации – есть микроорганизмы, выделенные из воды атомных реакторов (Deinococcus radiodurans, Boda marina - простейшее). Однако для многих радиация губительна. Следует помнить, что всегда есть возможность появления устойчивых к облучению форм, и не увлекаться чрезмерно стерилизацией.

Обычно экстремофильные организмы в природе сочетают сразу несколько экстремальных оптимумов. Яркий пример – сообщество «чёрных курильщиков». Большое количество сероводорода + градиент температур от 3 до 360 градусов + давление 250 атм и нет света.