Как действуют на микроорганизмы излучения видимый свет ультрафиолет рентгеновские лучи кратко

Обновлено: 04.07.2024

Видимый (рассеянный свет), имеющий длину волны 300…1000 нм, обладает способность угнетать рост и жизнедеятельность большинства микроорганизмов. В связи с этим культивирование микроорганизмов осуществляют в темноте. Видимый свет положительно влияет только на бактерии, которые используют свет для фотосинтеза.

Прямые солнечные лучи действуют на микроорганизмы более активно, чем рассеянный свет. Бактерицидное действие света связано с образованием гидроксильных радикалов и других высокореактивных веществ, разрушающих вещества, входящие в состав клетки. Например, происходит инактивация ферментов.

Микроорганизмы-сапрофиты более устойчивы к воздействию света, чем патогенные. Это объясняется тем, что они, чаще подвергаясь действию прямых солнечных лучей, более адаптированы к ним. В связи с этим следует отметить большую гигиеническую роль солнечного света. Именно под воздействием солнечного излучения происходит самоочищение воздуха, верхних слоев почвы и воды.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны 295…200 нм является бактерицидно активным, то есть способным губительно действовать на микроорганизмы. Механизм действия ультрафиолетового излучения заключается в его способности частично или полностью подавлять репликацию ДНК и повреждать рибонуклеиновые кислоты (особенно мРНК).

Ультрафиолетовое излучение широко применяют для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях, в промышленных цехах, микробиологических боксах. Для дезинфекции воздуха промышленность выпускает различные лампы. В животноводческой практике широко применяют установки ИКУФ-1, как источник ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

Ионизирующее (рентгеновское) излучение представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,006…10нм. В зависимости от длины волны различают гамма-излучение, бета-излучение и альфа-излучение. Наиболее активным действие на биологические объекты отличается гамма-излучение, но даже его бактерицидные свойства значительно ниже, чем бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения. Гибель бактерий наступает только при облучении их большими дозами от 45000 до 280000 рентген. Отдельные виды способны выживать в воде атомных реакторов, где величина радиоактивного облучения достигает 2…3 млн. рентген. Более того, получены данные, что воздействие небольших доз гамма-излучения на патогенные микроорганизмы, способны усилить их вирулентные свойства.

Механизм действия рентгеновского излучения заключается в поражении ядерных структур, в частности нуклеиновых кислот цитоплазмы, что приводит к гибели микробной клетки или изменению ее генетических свойств (мутации).

56. Влияние гидростатического давления.

Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления до некоторого предела. Изменение давления в диапазоне 0-100 атм. (бар) не оказывает никакого эффекта на рост большинства бактерий или его влияние незначительно. Устойчивость различна у разных видов микроорганизмов. У некоторых бактерий жизнедеятельность угнетена уже при 100 атм. А рост E. coli может даже стимулироваться при повышении давления до 200 атм., при 400 атм. ее рост замедляется, образуются нитчатые формы, при 1000 атм. – отмирание клеток. Влияние давления на клетки микроорганизмов.

Повышение давления (до 1000-3000 атм.) приводит:

1. К денатурации белков. Вызывает разрыв гидрофобных, электростатических, водородных связей в белках, что приводит к денатурации белка. Такая денатурация обратимая. При разрыве ковалентных связей происходит необратимая денатурация белка.

2. Ингибирует синтез белков.Это влияет на репликацию ДНК и деление клеток. К повышению давления чувствительнее функция размножения, чем роста, в результате появляются нитчатые формы.

Наиболее чувствительная стадия к давлению - связывание аминоацилированной т-РНК с полисомами. Функционирование рибосом зависит от содержания ионов в окружающей среде. Например, рибосомы E. coli более чувствительны к давлению при высоких концентрациях Na+ и Mg2+.

3. Повышенное давление, так же, как и понижение t, снижает текучесть липидного бислоя мембран, что приводит к нарушению транспортной функции, что замедляет рост.

В большинстве случаев под действием высокого давления (300 и более атм.) замедляется метаболическая активность микроорганизмов.

Существуют бактерии, которые не только адаптированы к высокому давлению, но и нуждаются в нем. Их называют барофилами.

Их делят на две группы:

1. Облигатные барофилы. Растут при давлении выше 600 атм. Не способны к росту при обычном давлении (погибают).

2. Баротолерантные.Эти бактерии способны развиваться как при повышенном давлении (500-600 атм.), так и при обычном.

Места обитания.Облигатные барофилы – обитатели глубин морей и океанов. Например, бактерии родов Shewanella, Maritella выделены из Мариинской впадины. С погружением в воду на каждые 10 м давление повышается на 1 атм. Среднее давление в океане – около 380 атм. На глубине 3000-6000 м – около 300-600 атм. максимальное давление на дне впадины Челленджера в Тихом океане (1160 атм.). [В Байкале – 160 атм.]. Одновременно являются психрофилами. Также связаны с организмами глубоководных организмов (рыб и т.д.), входят в состав их нормальной микрофлоры. Глубоководные барофилы обладают низкой метаболической активностью. Т.к. низкая t усиливает ингибирующее действие давления.

Также барофилы обитают в глубинных месторождениях нефти и газа, серы, в угольных местрождениях. Давление в Земле возрастает со скоростью около 0,1 атм/м, а t на 0,014°С на 1м. Из скважин выделяли на глубине 3500 м термофильные сульфатредуцирующие бактерии, где давление около 400 атм., а t 60-150°С.

Выделяются из почвы (с поверхностных слоев). Как адаптация к высокому осмотическому давлению.

Температура – один из основных факторов, определяющих возможность и интенсивность размножения микроорганизмов.

Микроорганизмы могут расти и проявлять свою жизнедеятельность в определенном температурном диапазоне и в зависимости от отношения к температуре делятся на психрофилы, мезофилы и термофилы. Температурные диапазоны роста и развития микроорганизмов этих групп приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1 Деление микроорганизмов на группы в зависимости

от отношения к температуре

Группа микроорганизмов	Т(°С) миним.	Т(°С) максим.	Т(°С) оптим.	Отдельные представители
1. Психрофилы (холодолюбивые)	(+10)- (-2)	Около +30	10-15	Бактерии, обитающие в холодильниках, морские бактерии
2. Мезофилы	5-10	45-50	25-40	Большинство грибов, дрожжей, бактерий
3. Термофилы (теплолюбвые)	около 30	70-80	50-60	Бактерии, обитающие в горячих источниках. Большинство образуют устойчивые споры

Разделение микроорганизмов на 3 группы весьма условно, так как микроорганизмы могут приспосабливаться к несвойственной им температуре.

Температурные пределы роста определяются терморезистентностью ферментов и клеточных структур, содержащих белки.

Среди мезофилов встречаются формы с высоким температурным максимумом и низким минимумом. Такие микроорганизмы называют термотолерантными.

Механизм губительного действия высоких температур связан с денатурацией клеточных белков. На температуру денатурации белков влияет содержание в них воды (чем меньше воды в белке, тем выше температура денатурации). Молодые вегетативные клетки, богатые свободной водой, погибают при нагревании быстрее, чем старые, обезвоженные.

Термоустойчивость – способность микроорганизмов выдерживать длительное нагревание при температурах, превышающих температурный максимум их развития.

Гибель микроорганизмов наступает при разных значениях температур и зависит от вида микроорганизма. Так, при нагревании во влажной среде в течение 15 мин при температуре 50–60 °С погибает большинство грибов и дрожжей; при 60–70 °С – вегетативные клетки большинства бактерий, споры грибов и дрожжей уничтожаются при 65–80° С. Наибольшей термоустойчивостью обладают вегетативные клетки термофилов (90–100 °С) и споры бактерий (120 °С).

Высокая термоустойчивость термофилов связана с тем, что, во первых, белки и ферменты их клеток более устойчивы к температуре, во вторых, в них содержится меньше влаги. Кроме того, скорость синтеза различных клеточных структур у термофилов выше скорости их разрушения.

Термоустойчивость спор бактерий связана с малым содержанием в них свободной влаги, многослойнойоболочкой, в состав которой входит кальциевая сольдипиколиновой кислоты.

На губительном действии высоких температур основаны различные методы уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах. Это кипячение, варка, бланширование, обжарка, а также стерилизация и пастеризация. Пастеризация – процесс нагревания до 100˚С при котором происходит уничтожение вегетативных клеток микроорганизмов. Стерилизация – полное уничтожение вегетативных клеток и спор микроорганизмов. Процесс стерилизации ведут при температуре выше 100 °С.

Влияние низких температур на микроорганизмы. К низким температурам микроорганизмы более устойчивы, чем к высоким. Несмотря на то, что размножение и биохимическая активность микроорганизмов при температуре ниже минимальной прекращаются, гибели клеток не происходит, т.к. микроорганизмы переходят в состояние анабиоза (скрытой жизни) и остаются жизнеспособными длительное время. При повышении температуры клетки начинают интенсивно размножаться.

Причинами гибели микроорганизмов при действии низких температур являются:

• нарушение обмена веществ;

• повышение осмотического давления среды вследствие вымораживания воды;

• в клетках могут образоваться кристаллики льда, разрушающие клеточную стенку.

Низкая температура используется при хранении продуктов в охлажденном состоянии (при температуре от 10 до –2 °С) или в замороженном виде (от –12 до –30 °С).

Лучистая энергия. В природе микроорганизмы постоянно подвергаются воздействию солнечной радиации. Свет необходим для жизнедеятельности фототрофов. Хемотрофы могут расти и в темноте, а при длительном воздействии солнечной радиации эти микроорганизмы могут погибнуть.

Воздействие лучистой энергии подчиняется законам фотохимии: изменения в клетках могут быть вызваны только поглощенными лучами. Следовательно, для эффективности облучения имеетзначение проникающая способность лучей, которая зависит от длины волны и дозы.

Доза облучения, в свою очередь, определяется интенсивностью и временем воздействия. Кроме того, эффект воздействия лучистой энергии зависит от вида микроорганизма, характера облучаемого субстрата, степени обсемененности его микроорганизмами, а также от температуры.

Низкие интенсивности видимого света (350–750 нм) и ультрафиолетовых лучей (150–300 нм), а также низкие дозы ионизирующих излучений либо не влияют на жизнедеятельность микроорганизмов, либо приводят к ускорению их роста и стимуляции метаболических процессов, что связано с поглощением квантов света определенными компонентами или веществами клеток и переходом их в электронно-возбужденное состояние.

Более высокие дозы излучений вызывают торможение отдельных процессов обмена, а действие ультрафиолетовых и рентгеновских лучей может привести к изменению наследственных свойств микроорганизмов - мутациям, что широко используется для получения высокопродуктивных штаммов.

Гибель микроорганизмов под действием ультрафиолетовых лучей связана:

• с инактивацией клеточных ферментов;

• с разрушением нуклеиновых кислот;

• с образованием в облучаемой среде перекиси водорода, озона и т.д.

Следует отметить, что наиболее устойчивыми к действию ультрафиолетовых лучей являются споры бактерий, затем споры грибов и дрожжей, далее окрашенные (пигментированные)клетки бактерий.Наименее устойчивы вегетативные клетки бактерий.

Гибель микроорганизмов под действием ионизирующих излучений вызвана:

• радиолизом воды в клетках и субстрате. При этом образуются свободные радикалы, атомарный водород, перекиси, которые, вступая во взаимодействие с другими веществами клетки, вызывают большое количество реакций, не свойственных нормально живущей клетке;

• инактивацией ферментов, разрушением мембранных структур, ядерного аппарата.

Радиоустойчивость различных микроорганизмов колеблется в широких пределах, причем микроорганизмы значительно радиоустойчивей высших организмов (в сотни и тысячи раз). Наиболее устойчивы к действию ионизирующих излучений споры бактерий, затем грибы и дрожжи и далее бактерии.

Губительное действие ультрафиолетовых и рентгеновских γ-лучей используется на практике.

Ультрафиолетовыми лучами дезинфицируют воздух холодильных камер, лечебных и производственных помещений, используют бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей для дезинфекции воды.

Обработка пищевых продуктов низкими дозами гамма-излуче-ний называется радуризацией.

Электромагнитные колебания и ультразвук. Радиоволны - это электромагнитные волны, характеризующиеся относительно большой длиной (от миллиметров до километров) и частотами от 3·10 4 до 3·10 11 герц.

Прохождение коротких и ультрарадиоволн через среду вызывает возникновение в ней переменных токов высокой (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ). В электромагнитном поле электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Гибель микроорганизмов в электромагнитном поле высокой интенсивности наступает в результате теплового эффекта, но полностью механизм действия СВЧ-энергии на микроорганизмы не раскрыт.

В последние годы сверхвысокочастотная электромагнитная обработка пищевых продуктов все более широко применяется в пищевой промышленности (для варки, сушки, выпечки, разогревания, размораживания, пастеризации и стерилизации пищевых продуктов). По сравнению с традиционным способом тепловой обработки время нагревания СВЧ-энергией до одной и той же температуры сокращается во много раз, в связи с чем полнее сохраняются вкусовые и питательные свойства продукта.

Ультразвук. Ультразвуком называют механические колебания с частотами более 20 000 колебаний в секунду (20 кГц).

Природа губительного действия ультразвука на микроорганизмы связана:

• с электрохимическим действием УЗ-энергии. В водной среде происходит ионизация молекул воды и активация растворенного в ней кислорода. При этом образуются вещества, обладающие большой реакционной способностью, которые обуславливают ряд химических процессов, неблагоприятно действующих на живые организмы.

Благодаря специфическим свойствам ультразвук все более широко применяют вразличныхобластях техники и технологии многихотраслей народного хозяйства. Ведутся исследования по применению УЗ-энергии для стерилизации питьевой воды, пищевых продуктов (молока, фруктовых соков, вин), мойки и стерилизации стеклянной тары.

Таблица 9.1 Деление микроорганизмов на группы в зависимости

от отношения к температуре

Группа микроорганизмов	Т(°С) миним.	Т(°С) максим.	Т(°С) оптим.	Отдельные представители
1. Психрофилы (холодолюбивые)	(+10)- (-2)	Около +30	10-15	Бактерии, обитающие в холодильниках, морские бактерии
2. Мезофилы	5-10	45-50	25-40	Большинство грибов, дрожжей, бактерий
3. Термофилы (теплолюбвые)	около 30	70-80	50-60	Бактерии, обитающие в горячих источниках. Большинство образуют устойчивые споры

Причинами гибели микроорганизмов при действии низких температур являются:

• нарушение обмена веществ;

• повышение осмотического давления среды вследствие вымораживания воды;

• в клетках могут образоваться кристаллики льда, разрушающие клеточную стенку.

Гибель микроорганизмов под действием ультрафиолетовых лучей связана:

• с инактивацией клеточных ферментов;

• с разрушением нуклеиновых кислот;

• с образованием в облучаемой среде перекиси водорода, озона и т.д.

Гибель микроорганизмов под действием ионизирующих излучений вызвана:

• инактивацией ферментов, разрушением мембранных структур, ядерного аппарата.

Губительное действие ультрафиолетовых и рентгеновских γ-лучей используется на практике.

Обработка пищевых продуктов низкими дозами гамма-излуче-ний называется радуризацией.

Ультразвук. Ультразвуком называют механические колебания с частотами более 20 000 колебаний в секунду (20 кГц).

Природа губительного действия ультразвука на микроорганизмы связана:

ТЕМА 2. АУТЭКОЛОГИЯ. ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ

В естественных условиях микроорганизмы подвергаются воздействию абиотических факторов, значительно различающихся по своей природе и механизму действия. Тем не менее характер зависимости показателей жизнедеятельности микроорганизмов от уровня различных внешних факторов сходен. Для любого абиотического фактора существует диапазон изменений, в пределах которого показатели жизнедеятельности микроорганизма практически не изменяются, оставаясь на уровне, называемом оптимальным. Данный интервал получил название зона оптимума. Более низкие уровни фактора не обеспечивают полноценное функционирование микроорганизма, ограничивая интенсивность процессов его жизнедеятельности, и соответствующий интервал называют зоной лимитирования. Избыточные уровни фактора подавляют жизнедеятельность микроорганизмов, и этот интервал называют зоной ингибирования. Существуют экстремально высокие и экстремально низкие уровни фактора, при которых жизнедеятельность микроорганизма становится невозможной. Крайние пределы изменений фактора, которые организм способен перенести, принято называть пределами толерантности. Разные микроорганизмы имеют значительно отличающиеся пределы толерантности к одному и тому же экологическому фактору.

В большинстве случаев отношение микроорганизма к тому или иному абиотическому фактору отражают на графике зависимости роста от интенсивности фактора. При этом определяют так называемые кардинальные точки: оптимальное значение (или область значений), обеспечивающее наилучший рост, минимальное и максимальное значения, при которых рост прекращается. Диапазон между минимальным и максимальным значениями составляет область толерантности, в ней (вне зоны оптимума) микроорганизм активен, но имеет низкую конкурентоспособность и может быть вытеснен другими организмами. Область толерантности микроорганизма к определенному фактору может быть узкой или широкой. Организмы с широкими пределами толерантности называют эврибионтами, а организмы, способные существовать в относительно узких пределах изменений экологического фактора, — стенобионтами. Для стенобионтов следует принимать во внимание положение зоны их оптимума на шкале возможных изменений данного фактора. Например, среди стенотермных микроорганизмов различают психрофилы, температурный оптимум которых находится в области низких температур (0 — 4 °С), и термофилы с высокой оптимальной температурой роста (70 °С и выше).

Физико-химические условия обитания микроорганизмов в природе имеют достаточно широкий диапазон. Повсеместно распространенные условия называют обычными, или нормальными, а крайние значения факторов — экстремальными.

По отношению к температуре микроорганизмы подразделяют на несколько групп (рис. 2):

Рис. 2. Кривые роста различных групп микроорганизмов по отношению к температуре

• мезофилы — растут при умеренной температуре. У многих из них температурный оптимум близок к температуре тела теплокровных животных (30 — 37 °С) или немного ниже (20 —25 °С). Максимальная температура роста свободноживущих мезофилов составляет 45 — 50 °С и близка к максимальной температуре нагрева почвы. Большинство известных микроорганизмов являются мезофилами, в том числе излюбленный объект микробиологических исследований Escherichia coli;

• психрофилы — растут при температуре ниже 20 °С, вплоть до отрицательной температуры, оптимальная температура роста у них ниже 15 °С. К психрофильным микроорганизмам можно отнести представителей вида Bacillus psychrophilus, железобактерии рода Galionella. Псих- рофилы обитают в стабильно холодных условиях и чрезвычайно чувствительны даже к незначительному повышению температуры. Одна из причин психрофилии — тепловая денатурация клеточных белков при умеренной температуре (выше 20 °С). Для психрофилов характерен особый состав мембран с пониженной точкой замерзания. Они содержат больше ненасыщенных, короткоцепочечных и разветвленных жирных кислот, и меньше циклических жирных кислот. Температурный оптимум активности ферментов у психрофилов ниже, чем у мезофильных микроорганизмов, а белоксинтезирующий аппарат способен функционировать при низких температурах;

• психротрофы — способны расти при 0 °С, однако по сравнению с психрофилами имеют более высокую оптимальную (20 — 30 °С) и максимальную (35 °С) температуру роста. К данной группе относят представителей некоторых видов Pseudomonas и Arthrobacter. Психротрофы приспособлены к сезонным изменениям климата и имеют селективные преимущества перед стенотермными видами, поскольку метаболически активны и в теплое, и в холодное время года. Многие из них — типичные обитатели холодильников, вызывающие порчу замороженных продуктов. Приспособление психротрофов к пониженной температуре проявляется в изменении состава мембран (увеличение содержания ненасыщенных жирных кислот) и синтезе внутриклеточных криопротекторов (например, глицерола). Другой механизм адаптации связан с накоплением в клетках психротрофов больших количеств жизненно важных ферментов, функционирование которых позволяет клетке поддерживать достаточную активность даже при неоптимальной температуре. Психрофильные и психротрофные микроорганизмы играют важную роль в природных процессах в зоне холодного и умеренного климата. При исследовании метаногенного сообщества тундры группой российских ученых впервые обнаружено переключение трофического маршрута сообщества в зависимости от температуры, обусловленное сменой доминирующей группы микроорганизмов. При температуре выше 15 °С основным конечным процессом в сообществе был метаногенез, а ниже 15 °С — образование ацетата;

Термофильные микроорганизмы имеют огромное практическое значение. Они являются активными продуцентами ферментов, витаминов, органических кислот, кормового белка, используются для биологической очистки бытовых отходов с образованием биогаза.

Гидростатическое давление. Большинство микроорганизмов, живущих на поверхности земли или воды, не подвергаются значительным изменениям давления и растут при давлении около 1 атм. Однако существуют места, где давление значительно отличается от атмосферного. Повышенное давление в природе наблюдается в глубоких нефтяных скважинах (как правило, с высоким содержанием серы) и в глубинных зонах океанов, которые обычно характеризуются низкой температурой и малым содержанием питательных веществ. Микроорганизмы обнаружены в самом глубоком месте Мирового океана — Марианской впадине — при давлении ~1016 атм. Самое высокое искусственно созданное давление, при котором сохраняются микроорганизмы, — 1400 атм.

Повышение гидростатического давления приводит к разрушению клеточных структур и денатурации белков. В условиях повышенного давления клетки микроорганизмов перестают делиться, не расходятся после деления и приобретают нитевидную форму.

По отношению к высокому давлению микроорганизмы подразделяют на следующие группы:

• пьезочувствительные (барочувствительные) — микроорганизмы (обычно с газовыми вакуолями), которые при повышенном гидростатическом давлении перестают расти;

• пьезотолерантные (баротолерантные) — микроорганизмы, выдерживающие давление до 400 атм., способные расти при обычном давлении;

• пьезофильные (барофильные) — микроорганизмы, нуждающиеся для роста в повышенном давлении. Умеренные барофилы выдерживают давление до 850 атм., а экстремальные— выше 1000 атм.

Микроорганизмы подвержены действию различных видов электромагнитных излучений. В зависимости от длины волны электромагнитные излучения подразделяют на ионизирующее (до 10 нм), ультрафиолетовое (10 — 400 нм), инфракрасное (700 — 1100 нм) и видимую область (300 — 700 нм). Излучение может оказывать на микроорганизмы следующее воздействие:

2) летальное и мутогенное;

3) тепловое и механическое.

Ультрафиолет в зависимости от длины волны и дозы может оказывать на микроорганизмы летальный или мутагенный эффект. Наибольший летальный эффект УФ-лучей наблюдается при длине волны 260 нм, при которой происходит максимальное поглощение данного излучения молекулами ДНК. Летальное действие ультрафиолета обусловлено в первую очередь изменениями структуры ДНК (разрывом водородных связей, расщеплением связей между дезоксирибозой и фосфатом, образованием циклобутановых димеров тиминовых оснований, располагающихся в одной цепи), приводящими к ингибированию процессов репликации и транскрипции. Тиминовые димеры могут быть устранены двумя путями: фотореактивацией и темновой репарацией. В первом случае повреждения ДНК исправляются одним ферментом, активируемым видимым светом и устраняющим связи между тиминовыми основаниями в димерах. Во втором случае свет не нужен, и работают несколько ферментов: нуклеаза (вырезает поврежденный участок), ДНК-полимераза (синтезирует правильную структуру по комплементарной цепи) и лигаза (восстанавливает фосфодиэфирную связь).

Ультрафиолет с длиной волны 325 — 400 нм также вреден для микроорганизмов, поскольку наряду с формированием тиминовых димеров происходит разрушение триптофана и образование его токсичных фотопродуктов, действующих как химические мутагены. К воздействию ультрафиолета наиболее устойчивы микроорганизмы, в клетках которых содержатся каротиноиды. У гетеротрофных микроорганизмов каротиноиды служат защитной системой, уменьшающей повреждения нуклеиновых кислот, а у фототрофных бактерий они предохраняют бактериохлорофилл от фотоокисления.

При оценке зависимости выживаемости микроорганизмов от дозы УФ-облучения большое значение имеет плотность бактериальной суспензии. УФ-лучи интенсивно поглощаются бактериальной клеткой, поэтому при высокой концентрации клетки могут экранировать друг друга. Последнее обстоятельство не играет существенной роли в бактериальных суспензиях, в которых плотность не превышает 10 8 клеток/мл. При использовании густой бактериальной суспензии во время облучения ее необходимо постоянно перемешивать. Бактериальную суспензию следует распределять тонким слоем, поскольку УФ-лучи характеризуются низкой проникающей способностью, в силу чего клетки, располагающиеся более глубоко, не подвергаются их воздействию. Выживаемость клеток при действии УФ-излучения зависит от состава среды, используемой для их суспендирования. Облучение лучше всего проводить в буферных растворах. Жидкая полноценная питательная среда поглощает УФ-лучи интенсивнее, чем буферные растворы, поэтому получаемая клетками доза облучения уменьшается. В то же время при облучении в питательной среде могут образовываться токсические продукты, увеличивающие летальный эффект УФ-лучей, что затрудняет интерпретацию результатов. Летальный эффект УФ-лучей зависит от физиологического состояния, прежде всего возраста, бактериальной культуры. Клетки более чувствительны к действию УФ-лучей в экспоненциальной стадии роста.

Ионизирующее излучение — очень короткие волны с высокой энергией. Низкие уровни ионизирующего излучения могут вызывать у микроорганизмов мутации, а высокие почти всегда приводят к гибели. Основные повреждения клеток вследствие ионизирующего излучения включают разрушения водородных связей и кольцевых структур биологических молекул, их полимеризацию. В отличие от УФ-лучей ионизирующее излучение действует на биополимеры не напрямую, а опосредованно, вызывая образование свободных радикалов и органических перекисей, которые реагируют с нуклеиновыми кислотами и белками, приводя к однонитевым и двунитевым разрывам цепей ДНК, изменениям азотистых оснований, окислению сульфгидрильных групп белков в дисульфидные. Присутствие кислорода значительно усиливает действие ионизирующего излучения, вероятнее всего, из-за образования гидроксил-радикалов (ОН•). Микроорганизмы различных таксономических групп существенно отличаются чувствительностью к ионизирующему излучению. Например, бактерии Clostridium botulinum сохраняют жизнеспособность при дозе 1,5 Мрад. Escherichia coli — 0,18 Мрад. Существуют микроорганизмы, выделенные из облученных продуктов, воды атомных реакторов, залежей урановых руд, — Deinococcus radiodurans, Shizosaccharomycespombe, устойчивые к дозе ионизирующего излучения в 2 — 3 Мрад, что объясняется наличием в их клетках мощных репарационных систем, исправляющих повреждения ДНК. Поскольку ультрафиолет и ионизирующее излучение в определенных дозах губительны для микроорганизмов, их используют для стерилизации.

Ультразвук — высокочастотные (~25 кГц) механические колебания упругой среды, не воспринимаемые органами слуха. При воздействии на микроорганизмы ультразвук создает большую разницу в давлении на отдельные части клетки, повреждая ее: разжижается и вспенивается цитоплазма, содержимое клетки смешивается с внешней средой. Чувствительность микроорганизмов к ультразвуку пропорциональна частоте колебаний, длительности воздействия и зависит от структурных особенностей и физиологического состояния клетки. Чем крупнее клетка, тем более она чувствительна к ультразвуку; палочки и извитые формы более чувствительны, чем кокки. При длительном воздействии ультразвука наблюдается полная гибель микроорганизмов, что используется в целях стерилизации. Ультразвук применяют также для разрушения бактериальных клеток с целью извлечения из них биологически активных веществ.

На развитие микроорганизмов оказывает воздействие изменение напряжения магнитного поля. Этот фактор в настоящее время рассматривается как экологический, определяющий протекание многих биологических процессов. Особенно чувствительны к изменению напряжения магнитного поля микроорганизмы, содержащие в клетках магнитосомы.

Следует отметить, что в природе микроорганизмы испытывают влияние не одного, а множества абиотических факторов (температура, свет, давление и др.), поэтому необходимо учитывать взаимодействие факторов друг с другом. Для каждого абиотического фактора, вызывающего необратимые изменения биомолекул большинства микроорганизмов, существует группа высокоспециализированных прокариот, оптимально развивающихся при экстремальных значениях определенного фактора.

Контрольные вопросы

1. На какие физиологические группы по отношению к температуре делят микроорганизмы?

2. Приведите пример низкотемпературных и высокотемпературных мест обитания микроорганизмов.

3. Каков механизм действия на микроорганизмы высокой и низкой температуры?

4. Перечислите морфологические и биохимические особенности термофилов и психрофилов.

5. На какие группы по отношению к гидростатическому давлению делятся микроорганизмы?

6. Перечислите повреждения клеток микроорганизмов, вызываемые повышенным гидростатическим давлением.

7. Какое действие оказывают на микроорганизмы излучения с разной длиной волны?

8. Перечислите основные повреждения прокариотической клетки, вызываемые УФ-излучением, и механизмы их репарации.

9. Назовите основные механизмы повреждающего действия ионизирующего излучения на микроорганизмы.

10. Какие факторы влияют на чувствительность микроорганизмов к ультразвуку?

11. Какие микроорганизмы наиболее чувствительны к изменению напряжения магнитного поля?

12. Приведите пример природного местообитания микроорганизмов, в котором сочетаются экстремальные значения нескольких абиотических факторов.

Лабораторная работа 2. Влияние температуры на рост и метаболизм микроорганизмов

Цель работы: изучить влияние температуры культивирования на рост и метаболизм микроорганизмов разных систематических групп.

Материалы и оборудование: пептонно-дрожжевой агар (ПДА), пептонно-дрожжевой бульон (ПДБ), стерильные чашки Петри, стерильные пробирки, стерильные пипетки на 1 — 2 и 5— 10 мл, автоматический дозатор на 2 — 20 мкл, наконечники на 2 — 200 мкл, микробиологическая петля, стерильные шпильки, спиртовка, термостаты на 4, 10, 18, 28, 37, 42, 55 °С, вортекс, спектрофотометр или фотоколориметр.

1. Продукция красного пигмента (продигиозина) бактериями Serratia marcescens в зависимости от температуры культивирования.

1) Культуру S. marcescens засевают в две пробирки со скошенным ПДА.

2) Одну пробирку помещают в термостат при 28 °C, вторую — при 37 °C, инкубируют в течение 24 — 48 ч.

3) Продукцию красного пигмента (продигиозина) сравнивают при различной температуре культивирования.

4) Результаты записывают в лабораторный журнал, делают вывод о влиянии температуры культивирования на продукцию продигиозина.

2. Определение температурного диапазона и оптимальной температуры роста бактерий.

1) Накануне занятия в 2 мл ПДБ засевают исследуемые культуры бактерий родов Bacillus, Enterobacter, Pseudomonas, Rhodococcus, Serratia, Sarcina. Инкубируют их при 28 — 37 °С в течение 18 ч.

2) В шесть стерильных пробирок вносят по 2 мл ПДБ.

3) По 20 мкл бактериальной культуры, тщательно перемешанной на вортексе, вносят в пробирки с ПДБ. Исходная концентрация клеток в каждой из 6 пробирок должна быть одинаковой для объективной оценки скорости роста бактерий при различной температуре культивирования.

4) Засеянные пробирки помещают в термостаты с соответствующей температурой (4, 10, 18, 28, 37, 42, 55 °C) и инкубируют в течение 24 — 48 ч.

5) Определяют оптическую плотность культуры при длине волны X = 600 нм (ОП₆₀₀). За положительный рост принимают значение оптической плотности ОП₆₀₀ ≥ 0,2.

6) По результатам спектрофотометрических измерений строят график зависимости роста бактериальной культуры от температуры культивирования (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость роста исследуемых культур бактерий от температуры культивирования:

— культура 1; . культура 2; ---культура 3

7) Делают вывод о температурном диапазоне и оптимальной температуре роста исследуемых культур бактерий.

3. Определение температурного диапазона роста бактерий.

1) Чашки с ПДА подписывают в соответствии с температурой инкубации (4, 10, 18, 28, 37, 42, 55 °C) и делят на сектора, на каждом из которых указывают название исследуемой культуры бактерий. Перед посевом чашки помещают в термостат с соответствующей температурой на 15 — 20 мин.

2) Бактериальные культуры с помощью бактериологической петли или шпилек засевают на соответствующий сектор чашки Петри.

3) Чашки помещают в термостаты с соответствующей температурой, инкубируют в течение 7 суток.

4) Результаты учитывают ежедневно, сравнивая рост бактерий при разной температуре. Результаты вносят в таблицу (табл. 1).

Таблица 1. Рост исследуемых культур микроорганизмов при разной температуре

Силы и частицы

Видимый человеческому глазу спектр не полон. Существуют виды лучей, которые нельзя заметить визуально, однако они присутствуют в природе и оказывают свое воздействие на живые организмы.

Ультрафиолет относится к типу волн, незаметных для человека, однако способных оказывать влияние на его здоровье, и не только. Одним из свойств данного излучения является его бактерицидность. Каким же образом световые волны могут уничтожать бактерии, вирусы? Насколько безвреден ультрафиолет для человека?

Что такое ультрафиолет?

Главный источник ультрафиолетового излучения для нашей планеты – Солнце. Распределение его по поверхности планеты не равномерно, излучение частично поглощается атмосферой, рассеивается озоновым слоем, и так далее. В противном случае оно вполне могло бы угрожать жизни на Земле. Ведь оно действительно способно убивать вирусы и бактерии, наносить определенный вред другим живым существам, не исключая человека.

Почему ультрафиолет опасен для бактерий?

Даже небольшое облучение сказывается на одноклеточном микроорганизме, существенно ослабляя его. При продолжении облучения он мутирует, затем гибнет. Мощная доза облучения приводит к немедленной гибели. Данный факт используется в медицине и других сферах человеческой жизнедеятельности, где необходимо осуществлять дезинфекцию среды или поверхностей. Различные ультрафиолетовые лампы используются сегодня для обработки помещений, дезинфекции воды, других сред.

Интересный факт: облучение ультрафиолетом не универсально. Ряд бактерий, определенные виды грибов и многие прионы имеют природный иммунитет к такому воздействию, с легкостью перенося высокие дозы излучения.

Насколько опасен ультрафиолет для человека?

Итак, для микроорганизмов ультрафиолетовое излучение оказывается губительным. Однако как его переносит организм человека, необходимо ли защищаться от солнечного излучения? При высоком его уровне защита необходима обязательна, поскольку кожа человека тоже реагирует на ультрафиолет. Он вызывает загар, а при чрезмерном воздействии – обгорание кожи, а также риск возникновения новообразований, рака.

Покровы человека не настолько чувствительны, как у одноклеточного, ведь организм защищает себя слоями отмерших клеток, пигментами, волосяным покровом, минимизируя риск получения чрезмерной дозы излучения. Однако природной защиты может быть недостаточно. Также от ультрафиолета необходимо защищать глаза.

Излучение в определенных дозах полезно человеку, и даже необходимо ему для нормальной жизнедеятельности, здоровья. Однако чрезмерный его объем однозначно вреден.

Таким образом, ультрафиолет способен убивать одноклеточные организмы, бактерии и вирусы, воздействуя на их генетический материал, и вызывая его аномалии. УФ-облучение позволяет обеззараживать поверхности и среду, что активно используется человеком.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также: