Влияние на микроорганизмы внешних факторов

Влияние физических факторов. К числу физических факторов, оказывающих действие на микробов, относят температуру, вы­сушивание, давление, свет, излучения, электричество, ультра­звук.

Действие температуры. Микроорганизмы, особен­но сапрофиты, способны переносить значительные колебания температуры. Большинство патогенных микробов развивается на питательных средах при температурах, близких к температу­ре тела хозяина (чаще 37 °С). При воздействии низких темпе­ратур микробы, как правило, не теряют жизнеспособности, но переходят в анабиотическое состояние, как бы консервируются. Некоторые микробы сохраняют жизнеспособность даже при температуре жидкого водорода —253°С. Особенно устойчивы к низким температурам вирусы, которые годами сохраняются при температуре —70 °С.

Губительно действует на микробов чередование высоких и низких температур. К высоким температурам микробы в боль­шинстве своем неустойчивы. Не образующие спор бактерии при температуре 58—60° погибают через 30—60 мин. Вегетативные формы спорообразующих бактерий также неустойчивы, зато споры бацилл и клостридий выдерживают длительное воздей­ствие высоких температур. Например, споры возбудителя столб­няка выдерживают 3-часовое кипячение. В основе бактерицид­ного действия высоких температур лежит угнетение активности ферментов, денатурация белков и нарушение осмотического барьера.

Для развития микроорганизмов имеют значение три основ­ные температурные зоны: оптимум — наиболее благоприятная для жизнедеятельности микроба температура; минимум — ниж­няя температурная граница, за пределами которой развитие микроба прекращается; максимум — верхний предел температу­ры, дальнейшее повышение температуры ведет к гибели микро­ба. Эти температурные зоны различны для разных видов мик­робов. Например, для возбудителя туберкулеза минимум равен 29 °С, оптимум 37—38°С, максимум 41 °С; для возбудителя сибирской язвы соответственно 12; 32—37 и 45°.

По приспособленности к определенным температурам мик­роорганизмы делят на три группы: 1) психрофильные (холодо- любивые) — живущие при низких температурах (могут разви­ваться даже при температуре — 6°С, оптимум составляет 15—■ 20°)—светящиеся бактерии, железобактерии и др.; 2) мезо- фильные — живущие при средних температурах (минимум '10°С, оптимум 30—37°, максимум 45°)—наиболее много­численная группа микроорганизмов, включающая большинство сапрофитов, гнилостных бактерий, а также все патогенные мик­робы; 3) термофильные (теплолюбивые) — развивающиеся при сравнительно высоких температурах (минимум 35 °С, оптимум 50—60°, максимум 70—80 °С). К ним принадлежат микробы, обнаруживаемые в теплых минеральных источниках, почве, воде, на растениях и в пищеварительном тракте животных. За счет термофилов, которые выделяют тепло (их называют термо­генными микробами), происходит самонагревание сена, зерна, навоза.

Высушивание. Неустойчивы к высушиванию неспоро- образующие бактерии и вегетативные формы бацилл и кло- стридий. Напротив, споры весьма устойчивы к высушиванию и могут сохраняться в высушенном состоянии десятилетиями (возбудители сибирской язвы, столбняка). Плохо переносят вы­сушивание пастереллы, возбудитель сапа, лептоспиры, но воз­будитель туберкулеза в высохшей мокроте не теряет жизнеспо­собности до 10 мес. Высушивание вызывает обезвоживание ци­топлазмы и денатурацию белков микробной клетки. Этим поль­зуются для сохранения скоропортящихся продуктов (мяса, рыбы, овощей, фруктов, молока) и кормов (сена). Для длитель­ного сохранения живых вакцин, диагностических и лечебных препаратов, бактериофагов и штаммов микроорганизмов широ­ко применяют лиофильное высушивание, сущность которого со­стоит в обезвоживании при низкой температуре и высоком ва­кууме. Быстрое замораживание бактерий и вирусов при очень низкой температуре препятствует образованию кристаллов, в результате чего микробы не разрушаются.

Влияние высоких давлений и механиче­ских сотрясений. Высокое давление (даже до 5 тыс. атм) не оказывает отрицательного влияния на жизнеспособ­ность микроорганизмов. Очень чувствительны бактерии к час­тым и сильным механическим сотрясениям, например к дей­ствию ультразвука с частотой колебаний волн около 20 тыс, Гц. В связи с этим ультразвук используют для стерилизации пище­вых продуктов и дезинфекции некоторых объектов (воды и др.)'. Механизм бактерицидного действия ультразвука состоит в том, что в цитоплазме бактерий, находящихся в жидкой среде, обра­зуются кавитационные полости (пузырьки), заполненные пара­ми жидкости. При этом давление поднимается до 10 тыс. атм, что приводит к разрушению микробных клеток (дезинтег­рации) .

Действие света и других излучений. Микро­организмы по-разному относятся к свету — одни легко перено­сят действие света (пурпурные серобактерии), на других он оказывает вредное влияние. Прямой солнечный свет в короткие сроки (от нескольких минут до нескольких часов) убивает боль­шинство микробов. Рассеянный свет менее активно воздейству­ет на микробы. Механизм действия света состоит в развитии высокой температуры на облучаемых объектах (за счет дей­ствия инфракрасных лучей), эффекте ультрафиолетовых лучей, а также в проявлении фотохимических окислительных процес­сов. Было установлено, что в присутствии красок (метиленовая синька и др.) бактерицидный эффект света усиливается. Это явление называют фотодинамическим эффектом. Наиболее эф­фективно действуют на микробы ультрафиолетовые лучи с дли­ной волны 200—300 нм. Этим пользуются для обеззараживания лабораторных и других помещений (бактерицидные лампы).

Лучи Рентгена в малых дозах стимулируют размножение микробов, а в больших дозах и при длительной экспозиции — убивают их. Однако есть бактерии, которые переносят очень интенсивную радиацию, например находили бактерий в воде атомных реакторов. В настоящее время с помощью ионизирую­щей радиации стерилизуют пищевые продукты. Этот метод сте­рилизации выгодно отличается от тепловой стерилизации тем, что при этом не изменяется качество продуктов (не происходит денатурации белков, полисахаридов, витаминов). Электриче­ский ток на микроорганизмы оказывает слабое действие.

Действие химических веществ на микроорганизмы зависит от концентрации, продолжительности контакта, состава среды, температуры. В малых дозах химические вещества вызывают стимулирующий (раздражающий) эффект, в больших — дей­ствуют бактерицидно. На микроорганизмы большое влияние оказывает реакция среды (рН), которая обусловливается со­держанием Н- и ОН-ионов. Диссоциация бактерицидных хими­ческих веществ лучше всего происходит в воде, она является наилучшим растворителем. Для большинства патогенных мик­робов наиболее благоприятна нейтральная или слабощелочная реакция (рН 7,0—7,6). Отклонение рН в ту или иную сторону приводит к нарушению жизнедеятельности микроорганизмов.

По характеру действия бактерицидные химические вещества делят на поверхностно-активные вещества, красители, фенолы и их производные, соли тяжелых металлов, окислители и группу формальдегида. Поверхностно-активные вещества вызывают повреждение клеточной стенки и нарушение функции цито- плазматической мембраны. К ним относят детергенты, жирные кислоты и мыла. Красители обладают бактериостатическими (задерживают рост бактерий) или бактерицидными (убивают бактерий) свойствами. К ним относят бриллиантовый зеленый, этакридина лактат, флавакридин и др. Фенол и его производ­ные повреждают клеточную стенку и белки клетки, а также по­давляют функции отдельных ферментов. Соли тяжелых метал­лов (свинец, медь, цинк, серебро, ртуть) вызывают коагуляцию белков клетки. Окислители (хлор, хлорная известь, хлорамин, йод, перманганат калия, перекись водорода, различные кисло­ты) действуют на сульфгвдрильные группы активных белков. Восстановители, в частности формальдегид (используют в виде 40 %-ного раствора — формалина), присоединяются к амино­группам белков, вызывая их денатурацию.

Бактерицидность определенных химических веществ исполь­зуют для целей дезинфекции и антисептики, а также для кон­сервирования пищевых продуктов, кормов. Устойчивость микро­бов к химическим веществам неодинакова. Например, вегета­тивные формы возбудителя сибирской язвы погибают в 5 %-ном растворе фенола (карболовая кислота) через несколько минут, а споры — лишь через 10—14 сут. Имеет значение не только вид дезинфицирующего вещества, но и его концентрация. Те же споры возбудителя сибирской язвы 10 %-ный формалин разру­шает через 2 ч, а 20 %-ный — через 10 мин.

Влияние биологических факторов. Действие биологических факторов выражается в антагонизме микробов, когда продукты жизнедеятельности одних микробов обусловливают гибель дру­гих. Например, в присутствии кишечной палочки подавляется рост возбудителя сибирской язвы. Антагонистические свойства наиболее выражены у актиномицетов, а из бактерий — у спо­ровых палочек. В последнее время установлены антагонистиче­ские отношения не только между различными видами, но и внутри одного вида, например между вирулентными и вакцин­ными штаммами одного и того же вида микробов. Антагонисти­ческие отношения вирусов называют интерференцией.

Оказывают действие на микроорганизмы и следующие био­логические факторы: лизоцим, антитела, бактериофаг, различ­ные ингибиторы, находящиеся в животном организме, антибио­тики, фитонциды.

Большую роль в обеззараживании внешней среды от пато­генных микроорганизмов играют бактериофаги. Впервые в 1898 г. Н. Ф. Гамалея описал явление лизиса (растворения) бактерий под влиянием агента, выделенного из тех же бакте­рий. Позднее Ф. д'Эррелль (1917) выделил из испражнений больного дизентерией человека фильтрующийся агент, который лизировал культуру возбудителя дизентерии, и назвал его бак­териофагом, а сам феномен лизиса культуры — бактериофаги­ей. Оказалось, что бактериофаг можно обнаружить в воде, поч-

jjlll fa

ве, сточных водах, кале и моче, особенно у выздоравливающих от инфекционных болезней. Фаги имеют величину от 8 до 100 нм и форму головастиков (рис. 13). Головка фага состоит из обо­лочки и нуклеиновой кислоты. Фаги обладают выраженной спе­цифичностью действия. Взаимодействие между фагом и микроб­ной клеткой начинается с адсорбции фага на поверхности клет­ки. С помощью особого фермента нуклеиновая кислота фага проникает в тело бактерии. После этого в клетке происходит синтез ферментов и белков, сборка фаговых частиц, затем клет­ка разрушается и фаги выходят во внешнюю среду. Описанный механизм носит название лизис бактерий изнутри в отличие от лизиса бактерий извне, когда образования новых фагов не про­исходит, а лишь лизируется микробная клетка.

Рис. 13. Листерийный бактерио­фаг:

вверху — 7 — головка; 2 — хвостовой отросток; 3— базальная пластинка (увелич. 180 000); внизу — расположе­ние фага в бактерии (увелич, 65 000).

По характеру взаимодействия с бактерией фаги бывают ви­рулентными, которые обусловливают формирование новых фа­гов и лизис бактерий, и умеренными, В этом случае одна часть клеток лизируется с выделением фага, другая — выживает и становится лизогенной. В таких бактериях фаг превращается в профаг, клетки становятся надолго носителями фага. Это свой­ство передается дочерним клеткам. Под действием излучения и химических веществ профаг может переходить в вегетатив­ный фаг. Высокая специфичность фагов дает возможность ис­пользовать их для дифференцирования и индикации бактери­альных культур, для фаготипирования бактерий. Для этого ис­пользуют реакцию нарастания титра фага (Тимаков и Гольд- фарб, 1955). Фаготерапию применяют при сальмонеллезе, коли- бактериозе, стафилококковых инфекциях и др.

Антибиотики — химические вещества, выделяемые мик­роорганизмами или получаемые синтетическим путем, которые подавляют рост и развитие тех или иных микробов — обладают бактериостатическим и бактерицидным действием. Влияют на большое число видов микроорганизмов (антибиотики с широ­ким спектром действия) или на ограниченное число видов. Они отличаются и по действию на грамположительные и грамотри- цательные бактерии.

Антибиотики разных групп обладают различным механиз­мом действия. Пенициллин тормозит синтез полимеров клеточ­ной стенки, подавляет способность клетки усваивать белки, уг­нетает синтез ферментов. Стрептомицин нарушает синтез белка, подавляет ферменты бактерий. Тетрациклин нарушает синтез белка, нуклеиновых кислот и клеточной стенки.

Эффективность действия антибиотиков зависит от их подбо­ра в соответствии с чувствительностью возбудителя болезни, от оптимальной дозировки и кратности применения. Большинство антибиотиков не убивает патогенных микробов в организме животных, а лишь приостанавливает их развитие и нарушает жизнедеятельность. Освобождение организма от микробов осу­ществляется с помощью защитных приспособлений макроорга­низма.

По происхождению антибиотики делят на три группы: 1) ан­тибиотики животного происхождения — лизоцим (получен из яичного белка), экмолин (из тканей рыб); 2) антибиотики рас­тительного происхождения, которые, в свою очередь, делятся на фитонциды (аллицин, рафанин, иманин), образуемые высшими растениями; антибиотики, образуемые плесневыми грибами (пенициллин, гризеофульвин, микроцид); антибиотики, обра­зуемые актиномицетами (стрептомицин, хлоромицетин, хлортет- рациклин, тетрациклин, окситетрациклин, эритромицин, неоми- цин, нистатин и др.); антибиотики, образуемые бактериями (грамицидин, полимиксин, бацитрацин); 3) антибиотики полу­синтетические (левомицетин, саназин, метициллин, оксациллин, ампициллин и др.).

Применяя антибиотики, нужно помнить об их побочном дей­ствии, которое выражается в возникновении аллергических ре­акций, в токсическом действии на нервную систему, кровь, пе­чень и другие органы. При длительном применении антибиотики могут неблагоприятно воздействовать на полезную микрофлору кишечного тракта, вызывая активизацию ее антагонистов (ста­филококки, протей, синегнойная палочка, дрожжевые грибы типа Candida). Широкое, порой неоправданное и неправиль­ное применение антибиотиков может привести к возникновению антибиотикоустойчивых штаммов возбудителей инфекционных болезней.