Температура является наиболее значительным фактором, оказывающим влияние на жизнедеятельность микробов. Температура, необходимая для роста и размножения бактерий одного и того же вида, варьирует в широких пределах. Различают температурный оптимум, минимум и максимум.

Температурный оптимум соответствует физиологической норме данного вида микробов, при которой размножение происходит быстро и интенсивно. Для большинства патогенных и условно-патогенных микробов температурный оптимум соответствует 37°С.

Температурный минимум соответствует температуре, при которой данный вид микроба не проявляет жизнедеятельность.

Температурный максимум - температура, при которой рост и размножение микробов прекращается, все процессы метаболизма снижаются и может наступить гибель.

В зависимости от температуры, оптимальной для жизнедеятельности, различают 3 группы микроорганизмов: 1)психрофильные, холодолюбивые, размножающиеся при температуре ниже 20°С (иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонады, вызывающие заболевания человека. Размножаясь в пищевых продуктах, они более вирулентны при низких температурах); 2)термофильные, оптимум развития которых лежит в пределах 55°С (в организме теплокровных не размножаются и медицинского значения не имеют); 3)мезофильные, активно размножаются при температуре 20 -40°С, оптимум температуры развития для них 37°С (патогенные для человека бактерии).

Микроорганизмы хорошо выдерживают низкие температуры. На этом основано длительное сохранение бактерий в замороженном состоянии. Однако ниже температурного минимума проявляется повреждающее действие низких температур, обусловленное разрывом клеточной мембраны кристаллами льда и приостановкой метаболических процессов.

Низкая температура приостанавливает гнилостные и бродильные процессы. Это лежит в основе консервации субстратов (в частности, пищевых продуктов) холодом. Губительное действие высокой температуры (выше температурного максимума для каждой группы) используется при стерилизации.Стерилизация - обеспложивание - это процесс умерщвления на изделиях или в изделиях или удаление из объекта микроорганизмов всех видов, находящихся на всех стадиях развития, включая споры (термические и химические методы и средства). Для гибели вегетативных форм бактерий достаточно действия температуры 60°С в течение 20-30 мин; споры погибают при 170°С или при температуре 120°С пара под давлением (в автоклаве).

Асептика - условия и комплекс мероприятий, направленных против возможности попадания микроорганизмов в рану, ткани, органы, полости тела больного при хирургических операциях, перевязках, инструментальных исследованиях, а также на предотвращение микробного и другого загрязнения при получении стерильной продукции на всех этапах технологического процесса.

Рост и размножение микробов происходит при наличии воды, необходимой для пассивного и активного транспорта питательных веществ в цитоплазму клетки. Снижение влажности (высушивание) приводит к переходу клетки в стадию покоя, а затем к гибели. Наименее устойчивыми к высушиванию являются патогенные микроорганизмы - менингококки, гонококки, трепонемы, бактерии коклюша, ортомиксо-, парамиксо- и герпес-вирусы. Микобактерии туберкулеза, вирус натуральной оспы, сальмонеллы, актиномицеты, грибы устойчивы к высушиванию. Особой устойчивостью к высушиванию обладают споры бактерий. Устойчивость к высушиванию повышается, если микробы предварительно замораживают. Для сохранения жизнеспособности и стабильности свойств микроорганизмов в производственных целях используется метод лиофильной сушки - высушивание из замороженного состояния под глубоким вакуумом.

В процессе лиофилизации производят: 1) предварительное замораживание материала при t -40 - -45°С в спиртовых ваннах в течение30-40мин; 2) осуществляют сушку из замороженного состояния в вакууме в сублимационных аппаратах в течение 24 - 28 часов.

Процесс высушивания имеет 2 фазы: сублимация льда при t ниже 0°С и десорбция - удаление части свободной и связанной воды при t выше 0°С.

Лиофилизацию используют для получения сухих препаратов, когда не происходит денатурации белков и не изменяется структура материала антисыворотки, вакцины, сухая бактериальная масса). В лабораторных условиях лиофилизированные культуры микробов сохраняются в течение 10-20 лет, причем культура остается чистой и не подвергается мутациям.

Действие лучистой энергии на микроорганизмы. Солнечный свет,особенно его ультрафиолетовый и инфракрасный спектры, губительно действуют на вегетативные формы микробов в течение нескольких минут.

Инфракрасное излучение используется для стерилизации объектов, которая достигается за счет теплового воздействия температурой 300°С в течение 30 мин. Инфракрасные лучи оказывают воздействие на свободнорадикальные процессы, в результате чего нарушаются химические связи в молекулах микробной клетки.

Для дезинфекции воздуха помещений лечебно-профилактических учреждений и аптек широко используются ртутно-кварцевые и ртутно-увиолевые лампы, являющиеся источником ультрафиолетовых лучей. При действии УФЛ с длиной волны 254 нм в дозе 1,5-5 мк Вт т/с на 1 см 2 при 30-ти минутной экспозиции погибают все вегетативные формы бактерий. Повреждающее действие УФ излучения вызвано повреждением ДНК микробных клеток, приводящим к мутациям и гибели.

Ионизирующая радиация обладает мощным проникающим и повреждающим клеточный геном микробов действием. Для стерилизации инструментов одноразового использования (игл, шприцев) используют гамма-излучение, источником которого являются радиоактивные изотопы 60 Со и 137 Сз в дозе 1,5-2 МN.рад. Этим методом стерилизуют также системы переливания крови и шовный материал. Действие ультразвука в опреде­ленных частотах на микроорганизмы вызывает деполимеризацию органелл клетки, денатурацию входящих в их состав молекул в результате локального нагревания или повышения давления. Стерилизация объектов ультразвуком осуществляется на промышленных предприятиях, так как источником УЗ являются мощные генераторы. Стерилизации подвергаются жидкие среды, в которых убиваются не только вегетативные формы, но и споры.

Пастеризация - стерилизация при 65-70°С в течение 1 часа для уничтожения бесспоровых микроорганизмов (молоко освобождается от бруцелл, микобактерий туберкулеза, шигелл, сальмонелл, стафилококков). Хранят на холоде.

Тиндализация -дробная стерилизация материалов при 56-58°С в течение 1 часа 5-6 дней подряд. Применяется для стерилизации легко разрушающихся при высокой температуре веществ (сыворотка крови, витамины и др.).

Стерилизация фильтрованием - освобождение от микробов материала, который не может быть подвергнут нагреванию (сыворотка крови, ряд лекарств). Используются фильтры с очень мелкими порами, не пропускающими микробы: из фарфора (фильтр Шамберлана), каолина, асбестовых пластинок (фильтр Зейтца). Фильтрование происходит под повышенным давлением, жидкость нагнетается через поры фильтра в приемник или создается разрежение воздуха в приемнике и жидкость всасывается в него через фильтр. К фильтрующему прибору присоединяется нагнетаю­щий или разрежающий насос. Прибор стерилизуют в автоклаве.

Стерилизацию сухим жаром осуществляют в сухожаровых шкафах (печь Пастера). Сухим жаром стерилизуют лабораторную посуду Режим стерилизации: 160°С - 60 мин, 180°С -15 мин, 200°С - 5 мин. Жидкости, питательные среды, предметы из резины и синтетических материалов нельзя стерилизовать сухим жаром.

Стерилизации паром

Существует 2 режима стерилизации.

1. Стерилизация текучим паром в автоклаве или аппарате Коха при незавинченной крышке и открытом выпускном кране, когда антибактериальное действие пара проявляется в отношении вегетативных форм. Так стерилизуют среды с витаминами и углеводами, мочевиной, молоком, картофелем и желатиной. Для полного обеспложивания применяют дробную стерилизацию (при 100°С) 20-30 мин 3 дня.

2. Стерилизация паром под давлением в автоклаве - наиболее эффективный метод обеспложивания. При однократной обработке при 1-2 атм в течение 15-25 мин. погибают как вегетативные, так и споровые формы бактерий. Этим методом стерилизуют перевязочный материал, операционное белье, хирургические инструменты, лабораторную посуду, инфицированный материал, инъекционные растворы. Материал помещают в емкости (биксы). На дно бикса помещают прокладки из ткани, впитывающие влагу после стерилизации. Стерильность материала сохраняется 3 суток.

Паром под давлением стерилизуют также и питательные среды, кроме сред, содержащих нативные белки, жидкости, приборы, имеющие резиновые части. Простые среды (МПА, МПБ) стерилизуют 20 мин при 120°С (1 атм). Среды, содержащие нативные белки и углеводы, при этой температуре нельзя стерилизовать, т. к. это легко изменяющиеся от нагревания вещества. Среды с углеводами стерилизуют дробно при 100°С или при 112°С (0,5 атм) 10-15 мин. Различные жидкости, приборы, имеющие резиновые шланги, пробки, бактериальные свечи и фильтры стерилизуют при 120°С(1 атм) в течение 20 мин.

Контроль стерилизации

Для контроля используют различные тесты, представляющие чаще всего порошкообразные вещества, меняющие консистенцию или цвет при достижении определенной температуры стерилизуемого материала (бензойная кислота 121°С, антипирин - 113°С, резорцин - 110°С). В настоящее время используются бумажные индикаторы стерилизации одноразового применения для контроля параметров режимов работы паровых и воз­душных стерилизаторов. Бумажные полоски закладываются в разных местах со стерилизуемым материалом и после окончания цикла сверяют изменение окраски индикатора с эталоном. Если индикатор светлее эта­лона, стерилизуемые объекты подлежат повторной стерилизации.

Для экспресс-контроля концентраций рабочих растворов для дезинфекции также используются индикаторные полоски (Дезаконт-ПВ-01).

Цели занятия:

1. Изучить сущность дыхания бактерий, классифицировать микробы по типу дыхания.

2. Освоить методику посевов и выделения чистых культур аэробов и анаэробов.

3. Изучить характер влияния на микроорганизмы физических и хими­ческих факторов.

4. Освоить методы стерилизации и принцип работы автоклава и сухо-жаровогр шкафа.

Учебно-целевые задачи:

Знать:

1. Сущность дыхания бактерий. Классификациямикробов по типу дыхания.

2. Аэробный и анаэробный типы биологического окисления.

3. Принципы культивирования анаэробных бактерий.

4. Этапы выделения чистых культур микроорганизмов, их идентификация.

5. Действие на микроорганизмы физических и химическихфакторов.Стерилизация и дезинфекция. Асептика и антисептика.

Уметь:

1. Готовить посуду к стерилизации в сухожаровом шкафу и автоклаве.

2. Описать культуральные свойства бактерий.

3. Освоить методику создания анаэробных условий.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Просматривая извлеченные из термостата чашки с пластинчатым агаром, засеянные в первый день исследования, обращают внимание на наличие колоний разных типов по форме, цвету величине, консистенции. Каждому виду микроба свойственен определенный характер колоний.Этопомогает выбрать колонию искомого микроба и поставить диагноз заболевания. Снимают изолированную колонию петлей и пересевают на скошенный агар, а из остатка пересеянной колонии готовят микропрепарат и исследуют его, окрасив по Граму После инкубации посева в термостатена скошенном агаре вырастает чистая культура микроба.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

1. Бригада студентов учитывает пересевы бактериальных культур.

2. Каждый студент изучает и подробно описывает различные типы колоний, выросшие на чашках. Отсевает одну из колоний на скошенный агар, а из остатка бактерий на петле делает мазок, окрашиваетпо Граму и микроскопирует. Результаты записывают в протокол.

ДЕМОНСТРАЦИИ

1. Колонии на пластинчатом агаре в чашках Петри. Отсев одной колонии на скошенный агар.

2. Рассмотрение различных методов культивирования анаэробов: анаэростат, посев по Фортнеру посев на среду Китт-Тароцци, столбик среды Вильсона-Блера, использование газ-пакета.

3. Демонстрация аппаратуры для стерилизации: автоклавы, сухожаровые шкафы, электрический стерилизатор, фарфоровые свечи и фильтры Зейтца. Термостат и терморегуляторы, свертыватель Коха. Тесты контроля стерилизации.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется стерилизацией?

2. Что такое дезинфекция?

3. Что такое асептика и антисептика? "

4. Что такое пастеризация?

5. Каковы условия стерилизации в автоклаве?

6. Каковы условия стерилизации в сухожаровых печах Пастера?

7. Какие тесты контроля стерилизации вы знаете?

8. Что такое дробная стерилизация и в каких случаях к ней прибегают?

9. Почему в отдельных случаях при пересеве одной колонии получаем рост смеси бактерий?

10. Какие свойства необходимо учитывать при изучении колоний?

11. Как характеризуется рост бактерий на жидких и полужидких

питательных средах?

12. В чем сущность аэробного типа окисления?

13. В чем сущность анаэробного типа окисления?

14. Какие среды применяют для культивирования анаэробов?

15. Какие существуют методы культивирования анаэробов?

16. Какой способ чаще всего применяется для стерилизациистеклянной лабораторной посуды?

17. Как стерилизуются дифференциально-диагностические среды, содержащие углеводы?

18. Как стерилизуют сывороточные питательные среды?

19. Как стерилизуют Простые питательные среды?

20. Какие существуют методы выращивания облигатных анаэробов?

21. Какие бактерии называют микроаэрофилами?

22. Какие бактерии называют психрофилами, мезофилами, термофилами?

ЗАНЯТИЕ №7

Темы:

Методы выделения и идентификация чистых культур аэробных бактерий (продолжение): биохимическая активность бактерий.

Антибиотики.

План занятия:

1. Идентификация выделеннойчистой культуры по биохимическимсвойствам.

2. Антагонизм микроорганизмов.

3. Классификации антибиотиков.

4. Механизмы антимикробного действия важнейших групп антибиотиков.

5. Методы определения антибиотиков в жидкостях организма.

6. Количественное и качественное определение чувствительности бактерий к антибиотикам.

7. Механизмы развития антибиотикорезистентностибактерий и пути еепреодоления.

8. Осложнения при лечении антибиотиками.

ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

А . Идентификация выделенной на скошенном агаре культуры бактерий проводится после установления чистоты (однородности) культуры по морфологическим, тинкториальным и культуральным свойствам. Определяют ферментативные (биохимические) свойства микробов, фаго - и колициночувствительность, токсигенность и другие признаки, характеризующие их видовую принадлежность. В некоторых случаях у выделенных бактерий определяют также эпидемиологические маркеры (серовар, фаготип, биовар, колициновар), с помощью которых можно установить очаги инфекции и пути ее распространения.

Симбиоз - взаимоотношения микроорганизмов, при которых два или более вида микроорганизмов при совместном развитии создают для себя взаимовыгодные условия. Типичный пример таких взаимоотношений - совместное развитие аэробных и анаэробных бактерий. В кефирных зернах одновременно развиваются молочнокислые бактерии и дрожжи, при этом молочнокислые бактерии, испытывающие потребность в витаминах, получают их в результате развития дрожжей, последние получают благоприятные условия для развития за счет подкисления среды. Приметабиозе продукты жизнедеятельности одного микроорганизма, содержащие значительное количество энергии, потребляются другими микроорганизмами в качестве питательного материала. Между ними складываются синтрофные связи, при которых субстрат используется одновременно несколькими видами микробов. В частности, некоторые инфекционные заболевания человека являются полимикробными, т. е. вызываются синтрофными ассоциациями бактерий. Газовая гангрена, например, обусловлена действием нескольких возбудителей из рода Clostridium в ассоциации с различными аэробными бактериями, главным образом стафилококками и стрептококками.

Разновидностью метабиоза являетсясателлитизм, для которого характерно, что одни микроорганизмы выделяют в среду ростовые вещества (аминокислоты, витамины и др.), стимулирующие развитие другого микроорганизма или макроорганизма - хозяина, как например нормальная микрофлора у человека. Присинергизме у членов микробной ассоциации взаимно повышается физиологическая активность за счет выделения продуктов, стимулирующих их развитие.

Помимо благоприятных взаимоотношений между микроорганизмами наблюдаются и такие, при которых один вид микроорганизмов полностью или частично подавляет рост и развитие других видов, т. е между ними при их развитии наблюдаетсяантагонизм. Причины, приводящие к антагонизму, разнообразны:

1. Антагонизм, складывающийся при совместном развитии разных видов, нуждающихся в одних и тех же питательных веществах. В этом случае преимущества будут у того микроорганизма, скорость роста которого выше скорости роста других. Так, при совместном высеве на питательный субстрат, необходимый одновременно для роста и эубактерий и актиномицетов, эубактерии будут развиваться быстрее.

2. Антагонизм, связанный с образованием микроорганизмами органических кислот, спиртов, или других продуктов обмена, которые изменяют условия среды, делая ее непригодной для развития других микроорганизмов. В процессе смены микрофлоры свежего молока в нем содержатся как молочнокислые, так и гнилостные бактерии. Вначале они развиваются одинаково, но в результате размножения молочнокислых бактерий накапливается молочная кислота и молоко значительно подкисляется. В этих условиях наблюдается подавление роста, а затем и полная гибель гнилостных бактерий.

3. Антагонизм, связанный с образованием и выделением в окружающую средуантибиотических веществ (антибиотиков, бактериоцинов и др.).

Процессхищничества состоит в том, что некоторые микроорганизмы разрушают клетки других видов микроорганизмов и используют их в качестве питательного субстрата. К числу микроорганизмов-хищников относят главным образом миксоформы (миксобактерии, миксомицеты).

Наиболее существенной формой конкурентных взаимоотношений, имеющей важное практическое использование, является образование микробами-продуцентами специфических продуктов обмена, угнетающих или полностью подавляющих развитие микроорганизмов других видов.

Практическое значение антагонизма для медицины: 1) применение бактериальных препаратов, содержащих живые антагонистически действующие микроорганизмы, для угнетения патогенных и условно-патогенных микробов и лечения нарушений нормального микробиоценоза кишечника (дисбактериоза) - колибактерин, бифидумбактерин, лактобактерин и др.; 2) использование микробов-антагонистов для производства антибиотиков.

Антибиотики - вещества, образуемые различными живыми клеточными структурами, способные подавлять рост и вызывать гибель определенных микроорганизмов. По происхождению антибиотики подразделяют на следующие группы:

Антибиотики, образуемые бактериями (грамицидин, полимиксин и др.);

Антибиотики, образуемые актиномицетами (линкомицин и др.);

Антибиотики, образуемые грибами (пенициллин, цефалоспорины и др.);

Антибиотики, образуемые растениями (фитонциды: аллицин, рафанинидр.);

Антибиотики, образуемые животными клетками (экмолин, эритрин);

Синтетические и полусинтетические антибиотики.

По химическому составу антибиотики относятся к следующим основным группам:

Ароматические соединения (левомецитин);

Тетрациклины, содержащие четыре конденсированных шестичленных цикла (тетрациклины и др.);

Аминогликозидные соединения, в составе которых имеются аминосахара (стрептомицин и др.);

Макролиды: содержат макроциклическоекольцо, связанное с аминосахарами (эритромицин и др.);

Ациклические (полиеновые) соединения с несколькими двойными связями - /СН=СН/ (нистатин и др.);

(Фтор) хинолоны.

По антимикробному спектру антибиотики подразделяют на две группы: узкого и широкого спектра действия. Антибиотики узкого спектра действуют на определенные группы бактерий (например, пенициллин, оказывающий губительное действие только на шаровидные бактерии, спирохеты и некоторые грамположительные бактерии). Антибиотиками широкого спектра действия являются аминогликозиды, подавляющие рост кислотоустойчивых, многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, простейших, риккетсий, хламидий.

Антибактериальное действие антибиотиков измеряют в единицах действия (Е.Д.), содержащихся в 1 мл раствора препарата или в 1 мг химически чистого вещества. За единицу активности принимается то минимальное количество антибиотика, которое задерживает рост стандартного штамма определенного вида микроорганизма в строго определенных условиях.

Механизм антибактериального действия антибиотиков различен. У одних он связан с нарушением или блокированием синтеза клеточной стенки (пенициллины, цефалоспорины). У других - с адсорбцией на ЦПМ и взаимодействием с ее стерольным компонентом, что приводит к быстрой потере клеткой низкомолекулярных водорастворимых веществ цитоплазмы или нарушением жизненно важных функций ЦПМ (нистатин, полимиксины). У третьих - в блокировании синтеза белка рибосомами бактерий и нарушении считывания генетического кода, что нарушает репликацию бактерий (стрептомицин). Антибиотики, обладающие противоопухолевым действием, избирательно подавляют синтез нуклеиновых кислот в клетках злокачественных опухолей, для которых характерен дефект репарационных механизмов, в связи с чем они не в состоянии восстанавливать поврежденную ДНК.

Цели занятия:

1. Изучить сущность и механизм действия различных ферментных систем у бактерий; освоить методику их изучения и применения для идентификации чистых культур.

2. Изучить особенности взаимоотношений между микроорганизмами как основу учения об антибиотизме и антибиотиках.

3. Освоить методы определения антибиотикочувствительности бактерий.

Учебно-целевые задачи:

Знать:

1. Классификация ферментов бактерий, механизмы их действия, методы изучения.

2. Этапы выделения чистых культур микроорганизмов, их идентификация по биохимическим свойствам.

3. Химиотерапия. Понятие о химиотерапевтическом индексе. Принципы атимикробной химиотерапии.

4. Симбиотические и конкурентные взаимоотношения между микроорганизмами.

5. Микробный антагонизм, его механизмы. Микроорганизмы - продуценты антибиотиков.

6. Классификация антибиотиков по химическому строению, происхождению, механизму и спектру антимикробного действия, способам получения.

7. Методы определения антибиотикочувствительности бактерий.

8. Побочное действие антибиотиков на организм человека.

Уметь:

1. Интерпретировать результаты изучения ферментативной активности бактерий и их антибиотикограммы.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Устойчивость ферментных систем бактерий позволяет использовать биохимические свойства бактерий в сочетании с их морфологическими, культуральными и другими признаками для идентификации бактерий и установления микробиологического диагноза. Для определения биохимических свойств исследуемую культуру микробов засевают на специальные дифференциально-диагностические среды, которые в зависимости от состава и своего на­значения можно разделить на 4 группы:

Среды с сахарами или многоатомными спиртами для определения сахаролитической активности;

Среды с химическими веществами, изменяющимися под влиянием

окислительно-восстановительных ферментов, продуцируемых микробами;

В состав дифференциально-диагностической среды обычно входит индикатор, указывающий на наличие или отсутствие расщепления, окисления или восстановления введенного в среду ингредиента.

Сахаролитические свойства, т.е. способность расщеплять сахар и многоатомные спирты с образованием кислоты или кислоты и газа изучают на средах Гисса, которые содержат тот или иной углевод и индикатор. При ферментации бактериями углеводов с образованием кислоты и альдегидов цвет среды меняется за счет находящегося в ней индикатора, что создает впечатление пестроты - «пестрый ряд». В зависимости от изучаемого рода и вида бактерий подбирают среды с соответствующими моно- и дисахаридами (глюкоза, лактоза и др.), полисахаридами (крахмал, гликоген и др.), высшими спиртами (глицерин, маннит и др.), в процессе ферментации которых образуются альдегиды, кислоты и газооб­разные продукты /С02, H2, СН4/, последние накапливаются в «поплавке».

Кроме того, сахаролитическую активность изучают на средах Эндо, Левина, Плоскирева. Микроорганизмы, сбраживая до кислоты находящийся в этой среде молочный сахар, образуют окрашенные колонии (кислота изменяет цвет индикатора). Колонии микробов, не ферментирующих лактозу, бесцветны.

Молоко при росте микробов, сбраживающих лактозу, свертывается. При росте микроорганизмов, образующих амилазу, на средах с растворимым крахмалом происходит его расщепление. Об этом узнают, прибавив к культуре несколько капель раствора Люголя (цвет среды не изме­няется). Нерасщепленный крахмал дает с этим раствором синее окрашивание.

Среда Вильсона-Блера. Готовят из мясо-петонного агара, к которому добавляют глюкозу, Na2SO3, хлористое железо FeCl2. На этой среде возбудитель газовой гангрены образует почернение и разрыв агара. При этом в анаэробных условиях осуществляется восстановление сернокислого натрия до сернистого, последний же вступает в реакцию с хлорным железом, переводя его в сернистое железо, имеющее черный цвет.

Протеолитические ферменты у бактерий изучают на средах с желатином, молоком, сывороткой и пептоном. При посеве уколом в желатин некоторые микробы (холерный вибрион, стафилококк, сибиреязвенная палочка и др.) при комнатной температуре (20-22°С) разжижают его, при­чем различные виды микробов дают характерную для него форму разжижения (послойно в виде гвоздя, елочки и т.д.). При посеве на свер­нутую сыворотку вокруг колоний появляются углубления (разжижение). В молоке происходит расщепление сгустка казеина с образованием пептона, в результате чего оно приобретает желтоватый цвет.

Показателями более глубокого расщепления белка является образование индола, аммиака, сероводорода. Для обнаружения индола по способу Мореля узкие полоски фильтровальной бумаги смачивают горячим насыщенным раствором щавелевой кислоты и высушивают. Индикаторную бумажку помещают между стенкой пробирки с МПА и пробкой. При выделении индола на 2-3-й день нижняя часть полоски бумаги приобретает розовый цвет. Другой, более чувствительный, метод позволяет концентрировать индол на поверхности среды ксилолом или эфиром, а добавление раствора Ковача (парадиметиламинобензальдегида) дает образование красного кольца. Индол образуется при наличии у бактерий фермента триптофаназы.

Сероводород обнаруживают с помощью полоски фильтровальной бумаги, пропитанной раствором ацетата свинца, которую закрепляют между стенкой засеянной пробирки и пробкой. При взаимодействии сероводорода и ацетата свинца бумага чернеет в результате образования сульфида свинца.

Наличие аммиака определяют по посинению розовой лакмусовой бумажки, помещенной между стенкой и пробкой засеянной пробирки.

Наличие уреазы определяют на среде с мочевиной и индикатором фенолротом (начальный цвет среды-желтый). При расщеплении мочевины на аммиак и углекислый газ накапливается аммоний, что сдвигает рН в щелочную сторону и изменяет цвет индикатора в красный.

Определение образования ацетона проводится с помощью реакции Фогес-Проскауэра. Добавление к культуре 40% КОН и 5% альфа-нафтола дает красное окрашивание, т.е. в щелочных условиях ацетон образует с альфа-нафтолом соединение красного цвета - ацетилметилкарбинол.

Утилизацию цитрата в целях выявления способности бактерий использовать его как источник углерода проверяют на среде Симонса. Среда содержит набор солей, агар, неорганический источник азота, цитрат натрия, индикатор бромтимоловый синий. При наличии фермента цитратпермеазы среда подщелачивается и окрашивается в синий цвет. При отсутствии роста бактерий среда остается зеленой.

Система индикаторных бумажек (СИБ) позволяет выявлять самые разнообразные ферменты бактерий. Бумажки пропитаны индикатором, углеводами, аминокислотами, цитратом, ацетатом, малонатом и др. веществами. Утилизация вещества приводит к изменению рН среды, изме­нению цвета индикатора. Имеются наборы, которые содержат от десяти до тридцати тест-бумажек. Посев испытуемой культуры производится в стерильный физиологический раствор (в некоторых случаях в забуференный: рН 5,4-5,6).

Наличие каталазы у аэробов и факультативных анаэробов выявляется внесением петли культуры бактерий в каплю 3% перекиси водорода. При этом выделяются пузырьки O2. У облигатных анаэробов каталаза отсутствует, и перекись водорода оказывает на них губительное действие.

Обнаружение цитохромоксидазы у аэробов проводится путем нанесения и растирания петли культуры на индикаторную бумажку, пропитанную спиртовым раствором альфа-нафтола и 1% водным раствором ментола. Бумажка синеет.

Выявление нитратредуктазы характерно в основном для факультативных анаэробов. Фермент восстанавливает нитраты в нитриты. Нитрат является конечным акцептором электронов. В кислой среде нитраты окисляют иодид калия. Выделившийся йод, реагируя с крахмалом, дает синее окрашивание среды. Тип окисления глюкозы в аэробных или анаэробных условиях устанавливается на среде Хью-Лейфсона. В среде содержится агар, соли, пептон, глюкоза и индикатор бромтимоловый си­ний. Для создания анаэробных условий среда заливается слоем вазелинового масла. Посев выращивают 3-4 суток. Образование кислоты из глюкозы изменяет зеленый цвет среды в желтый. Утилизация глюкозы в аэробных и анаэробных условиях свидетельствует о преобладании бродильных процессов. Аэробы (Vibrio cholerae, Pseudomonas aeruginosa) расщепляют глюкозу в аэробных условиях, анаэробы - только в анаэробных. Факультативные анаэробы (Escherichia coli) утилизирует глюкозу в аэробных и анаэробных условиях.

Гемолитические свойства микроорганизмов изучают при посеве их на среды с кровью. Жидкие среды при разрушении эритроцитов становятся прозрачными, а на плотных средах вокруг колоний появляется прозрачная зона.

9.2. Влияние физических факторов на микроорганизмы

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.

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

Таблица 9.1

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.

Действие высоких температур на микроорганизмы. Повышение температуры выше максимальной может привести к гибели клеток. Гибель микроорганизмов наступает не мгновенно, а во времени. При незначительном повышении температуры выше максимальной микроорганизмы могут испытывать «тепловой шок» и после недлительного пребывания в таком состоянии они могут реактивироваться.

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 прекращается, 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 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-излучений 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 20000 колебаний в секунду (20 кГц).

Природа губительного действия ультразвука на микроорганизмы связана:

С кавитационным эффектом. При распространении в жидкости УЗ-волн происходит быстро чередующееся разряжение и сжатие частиц жидкости. При разряжении в среде образуются мельчайшие полые пространства - «пузырьки», заполняющиеся парами окружающей среды и газами. При сжатии, в момент захлопывания кавитационных «пузырьков», возникает мощная гидравлическая ударная волна, вызывающая разрушительное действие;

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.

Температура
По отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на термофильные, психрофильные и мезофильные.

• Термофильные виды . Зона оптимального роста равна 50-60°С, верхняя зона задержки роста - 75°С. Термофилы обитают в горячих источниках, участвуют в процессах самонагревания навоза, зерна, сена.
• Психрофильные виды (холодолюбивые) растут в диапазоне температур 0-10°С, максимальная зона задержки роста 20-30°С. К ним относит большинство сапрофитов, обитающих в почве, пресной и морской воде. Но есть некоторые виды, например, иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонад, вызывающие заболевания у человека.
• Мезофильные виды лучше растут в пределах 20-40°С; максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. В окружающей среде могут переживать, но обычно не размножаются. К ним относится большинство патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Высокая температура вызывает коагуляцию структурных белков и ферментов микроорганизмов. Большинство вегетативных форм гибнет при температуре 60°С в течение 30 мин, а при 80-100°С – через 1 мин. Споры бактерий устойчивы к температуре 100°С, гибнут при 130°С и более длительной экспозиции (до 2 ч.).
Для сохранения жизнеспособности относительно благоприятны низкие температуры (например, ниже 0°С), безвредные для большинства микробов. Бактерии выживают при температуре ниже –100°С; споры бактерий и вирусы годами сохраняются в жидком азоте (до –250°С ).

Влажность
При относительной влажности окружающей среды ниже 30% жизнедеятельность большинства бактерий прекращается. Время их отмирания при высушивании различно (например, холерный вибрион – за 2 суток, а микобактерии – за 90 суток). Поэтому высушивание не используют как метод элиминации микробов с субстратов. Особой устойчивостью обладают споры бактерий.
Широко распространено искусственное высушивание микроорганизмов, или лиофилизация . Метод включает быстрое замораживание с последующим высушиванием под низким (вакуумом) давлением (сухая возгонка). Лиофильную сушку применяют для сохранения иммунобиологических препаратов (вакцин, сывороток), а также для консервирования и длительного сохранения культур микроорганизмов.
Влияние концентрации растворов на рост микроорганизмов опосредовано изменением активности воды как меры доступной для организма воды. И если содержание солей вне клетки окажется выше их концентрации в клетке, то вода будет выходить из клетки. Угнетение патогенных бактерий хлористым натрием обычно начинается при его концентрации около 3% .

Излучения
Солнечный свет губительно действует на микроорганизмы, исключением являются фототрофные виды. Наибольший микробицидный эффект оказывает коротковолновые УФ-лучи. Энергию излучения используют для дезинфекции, а также для стерилизации термолабильных материалов.
УФ-лучи (в первую очередь коротковолновые, т.е. с длиной волны 250-270 нм) действуют на нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие основано на разрыве водородных связей и образовании в молекуле ДНК димеров тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов. Применение УФ-излучения для стерилизации ограничено его низкой проницаемостью и высокой поглотительной активностью воды и стекла.
Рентгеновское и g-излучение в больших дозах также вызывает гибель микробов. Облучение вызывает образование свободных радикалов, разрушающих нуклеиновые кислоты и белки с последующей гибелью микробных клеток. Применяют для стерилизации бактериологических препаратов, изделий из пластмасс.
Микроволновое излучение применяют для быстрой повторной стерилизации длительно хранящихся сред. Стерилизующий эффект достигается быстрым подъемом температуры.

Ультразвук
Определенные частоты ультразвука при искусственном воздействии способны вызывать деполимеризацию органелл микробных клеток, под действием ультразвука газы, находящиеся в жидкой среде цитоплазмы, активируются и внутри клетки возникает высокое давление (до 10 000 атм). Это приводит к разрыву клеточной оболочки и гибели клетки. Ультразвук используют для стерилизации пищевых продуктов (молока, фруктовых соков), питьевой воды.

Давление
Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления. Повышение давления до некоторого предела не сказывается на скорости роста обычных наземных бактерий, но в конце концов начинает препятствовать нормальному росту и делению. Некоторые виды бактерий выдерживают давление до 3 000 – 5 000 атм, а бактериальные споры - даже 20 000 атм.
В условиях глубокого вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна.

Фильтрование
Для удаления микроорганизмов применяют различные материалы (мелкопористое стекло, целлюлоза, коалин); они обеспечивают эффективную элиминацию микроорганизмов из жидкостей и газов. Фильтрацию применяют для стерилизации жидкостей, чувствительных к температурным воздействиям, разделения микробов и их метаболитов (экзотоксинов, ферментов), а также для выделения вирусов.

ДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Способность ряда химических веществ подавлять жизнедеятельность микроорганизмов зависит отконцентрации химических веществ и времени контакта с микробом. Дезинфектанты и антисептики дают неспецифический микробицидный эффект; химиотерапевтические средства проявляют избирательное противомикробное действие.

По механизму действия противомикробные вещества разделяются на:
а) деполимеризующие пептидогликан клеточной стенки,
б) повышающие проницаемость клеточной мембраны,
в) блокирующие те или иные биохимические реакции,
г) денатурирующие ферменты,
д) окисляющие метаболиты и ферменты микроорганизмов,
е) растворяющие липопротеиновые структуры,
ж) повреждающие генетический аппарат или блокирующие его функции.

У микроорганизмов химической деструкции прежде всего подвергаются белки и липиды цитоплазматической мембраны, белковые молекулы жгутиков, фимбрий, секс-пили, порины клеточной стенки грамположительных бактерий, связывающие белки периплазмы, протеиновые капсулы, экзотоксины, ферменты-токсины и ферменты питания. Деструкция гетерогенных полимеров (белки, полиэфиры и др.) происходит как при действии окислителей, так и при действии гидролизующих и детергентных антисептиков (кислоты, щелочи, соли двух- и поливалентных металлов и др.).

ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

К биологическим средстваммогут быть отнесены препараты, содержащие живых особей -бактериофагов и бактерий, обладающих выраженной конкурентной активностьюпо отношению к патогенным и условно-патогенным для человека и животных видам микробов . Они вводятся в организм в жизнеспособном состоянии. Фаги и антагонисты оказывают прямое повреждающее действие на патогенных и условно-патогенных микробов; изготовленные из них лекарственные препараты предназначены для местного применения, для них характерна специфичность действия на микроорганизмы и безвредность для пациента; целью их внесения в организм человека и животных является лечение или профилактика инфекционных заболеваний. По механизму действия они близки к химическим антисептикам.
Необходимо также помнить и о молочно -кислых бактериях, которые вызывают процесс молочно-кислого брожения. Некоторые молочно-кислые бактерии способны синтезировать антибиотики и с их помощью подавлять развитие болезнетворных микробов.
Препараты, содержащие бактерии (эубиотики или пробиотики ): колибактерин, лактобактерин, бифидумбактерин, бификол, микрококкобактерин, линекс, бактисубтил и другие.
Препараты, содержащие бактериофаги: бактериофаг брюшнотифозный, бактериофаг дизентерийный, бактериофаг сальмонеллезный, бактериофаг коли-протейный, бактериофаг стафилококковый, бактериофаг стрептококковый, бактериофаг пиоцианеус, бактериофаг синегнойный, бактериофаг клебсиеллезный, пиофаг комбинированный и другие.

В естественной среде обитания и в случае искусственного культи­вирования микроорганизмов на них влияют многочисленные факто­ры, которые условно разделяют на физические, химические и биоло­гические.

Физические, химические и биологические факторы окружающей среды оказывают различное воздействие на микроорганизмы: бактери­цидное, приводящее к гибели клетки; бактериостатическое, подавля­ющее рост и размножение микроорганизмов, и мутагенное, приводя­щее к изменению наследственных свойств микробов.

К физическим факторам относят температуру; замораживание; вы­сушивание; давление; различные виды излучений; аэронизацию; уль­тразвук; электричество.

Микроорганизмы лишены механизмов, регулирующих температуру тела, поэтому их существование определяется температурой окружа­ющей среды. Для каждого вида микроорганизмов существует мини­мальная температура, ниже которой их рост не наблюдается; опти­мальная - при которой микроорганизмы растут с наибольшей ско­ростью и максимальная - выше которой роста не происходит. Данные три температурные точки называют кардинальными. Они весьма харак­терны для определенных видов и даже штаммов бактерий. Микроорга­низмы по их адаптации к определенным температурным условиям раз­деляют на следующие группы: психрофилы, мезофиллы, термофилы и экстремально-термофильные.

Психрофилы (от гр. psychros - холодный, phileo - люблю) - микро­организмы, для которых температурный минимум составляет 0 °С, оп­тимум - 15-20, максимум - 30-35 °С. Эти бактерии являются обита­телями холодных районов земного шара, горных ледников, пещер, воды колодцев и родников, сточных вод.

Для психрофилов характерна очень длительная лаг-фаза и неболь­шая скорость роста. Они могут вызывать порчу продуктов в холодиль­никах, погребах, ледниках. К психрофилам относят светящиеся бакте­рии, некоторые железобактерии, иерсинии, псевдомонады, возбудите­лей паратуберкулеза.

Мезофилы (от гр. mesos - средний, phileo - люблю) - микробы для которых температурный минимум составляет 10 °С, оптимум - 30-38, максимум - 40-45 °С. К мезофиллам относят большинство сапрофи-тов, условно-патогенных и патогенных микробов. Например, сальмо­неллы, эшерихии, возбудитель сибирской язвы и др.

Термофилы (от гр. termos - теплый, phileo - люблю) - теплолюбивые микроорганизмы, для которых температурный минимум составляет 35 °С, оптимум - 50-60, максимум - 70-75 °С. Эти микробы могут обитать в пищеварительном тракте животных, в почвах районов с жар­ким климатом, в горячих источниках. Термофилов обнаруживают во всех широтах. Развиваются они очень быстро. Эти микробы участвуют в процессах самонагревания навоза, мусора, зерна, комбикорма, сена. Термофилов, образующих тепло, принято называть термогенными. Под их влиянием происходит самонагревание в основном раститель­ной массы и выделение большого количества тепла. Тепло образуется вследствие разложения органических веществ, при этом выделяются горючие газы метан и водород, что часто приводит к самовозгоранию разлагающихся масс.

Для экстремально-термофильных бактерий температурный мини­мум колеблется в пределах 25-30 °С, оптимум - 50-60, максимум - 80-93 °С.

Возможность существования термофилов при высокой температуре объясняют следующими особенностями: высоким содержанием в кле­точных мембранах длинноцепочечных С 17 -С 19 насыщенных жирных кислот с разветвленными цепями; высокой термостабильностью бел­ков и ферментов; термостабильностью клеточных структур.

Постоянное место обитания термофильных бактерий - терминаль­ные (горячие) источники. В таких источниках могут развиваться эубактерии и архебактерии, аэробные и анаэробные, фототрофные, хемолитотрофные и гетеротрофные микроорганизмы, цианобактерии.

При воздействии на микробы низкой температуры они переходят в состояние анабиоза, в котором бактерии могут оставаться жизнеспо­собными в течение нескольких месяцев и даже лет. Например, листерии остаются жизнеспособными при -10 °С в течение трех лет. Микробы могут переносить температуру до-190 °С и даже-252 °С. Наибольшую опасность при замораживании представляет не сама низкая температу­ра, а кристаллы льда внутри клетки, которые могут повредить ее меха­нически. Низкая температура прерывает действие гнилостных и бродильных процессов. Недаром продукты хранят в холодильниках, пог­ребах, ледниках.

При промышленном производстве живых вакцин применяют метод лиофшшзации (от гр. lyo - растворять, phileo - люблю). При лиофилизации вода подвергается замораживанию, а затем происходит сублима­ция льда, т. е. его переход из твердого в парообразное состояние, жид­кая фаза выпадает.

Высокая температура губительно действует на микробы. В основе бактерицидного действия высокой температуры лежат угнетение фер­ментов, денатурация белков, нарушение осмотического барьера. Высо­кая температура применяется для стерилизации различных объектов.

Высушивание - обезвоживание отрицательно влияет на микробы. В высушенном состоянии они не могут расти и размножаться. Клетки переходят в анабиотическое состояние. Наиболее чувствительны к вы­сушиванию вегетативные формы микробов (особенно патогенные). Споровые формы микробов в высушенном состоянии не теряют своей жизнеспособности многие годы. Высушивание под вакуумом из замо­роженного состояния - лиофилизацию используют для получения ценных производственных и музейных штаммов культур микробов в су­хом виде, что позволяет хранить их без потери жизнеспособности и био­логических свойств в течение длительного срока (годами). Высушива­ние используют для консервирования овощей, фруктов, лекарственных трав, кормов.

Большое влияние на микроорганизмы оказывает гидростатическое и осмотическое давление. Бактерии, устойчивые к высокому давлению, называют барофильными (от гр. bams - тяжесть, phileo - люблю). На дне Тихого и Индийского океанов обитают бактерии, которые выдержива­ют давление до 11 370 Па. Большинство микробов при давлении выше 4900 Па погибают, так как давление вызывает денатурацию белков, ина­ктивацию ферментов, повышает диссоциацию. Повышенное давление в сочетании с высокой температурой используют в автоклавах с целью стерилизации различных материалов и лабораторной посуды.

Осмотическое давление определяется концентрацией растворенных в среде веществ. Оно играет важную роль в процессе питания. Бактерии питаются путем осмоса и диффузии. Осмотическое давление внутри клетки равно примерно давлению 10-20 %-го раствора сахарозы. В среде с низким осмотическим давлением вода поступает в клетку и наступает ее разрыв - плазмоптиз. В среде с высоким осмотическим давлением вода покидает клетку и происходит ее гибель - плазмолиз. Существуют микробы, способные расти и размножаться при высокой концентрации солей в среде - галофилы (любящие соль), например микрококки, сарцины, стафилококки. Их ферменты активны при повышенном содер­жании соли.

Различные виды излучений действуют на микробы бактерицидно. Степень бактерицидности зависит от вида излучения, его дозы, дли­тельности (экспозиции) воздействия на микроорганизмы. К излучени­ям относят видимый свет; невидимые инфракрасные лучи; рентгенов­ские лучи (а, в и y иуизлучения); космические лучи; невидимые ультра­фиолетовые лучи.

Видимый свет отрицательно действует на микроорганизмы, поэтому микробы выращивают на питательных средах в полной темноте в тер­мостатах. Прямые солнечные лучи губительно действуют на все виды микробов, за исключением пурпурных и зеленых серобактерий. Свет вызывает образование в клетке гидроксильных радикалов, которые и яв­ляются причиной ее гибели. Сапрофиты более устойчивы к свету, так как они эволюционно адаптированы к нему. Патогенные микробы весьма чувствительны к свету, что имеет гигиеническое значение. Уль­трафиолетовые лучи высокобактерицидны, они подавляют реплика­цию ДНК и РНК. В качестве источника ультрафиолетовых лучей слу­жат ртутно-кварцевые (ПРК) и бактерицидные (БУВ) лампы. Ультра­фиолетовые лучи используют для санации воздуха в животноводческих помещениях, стерилизации боксов в биологической промышленности, научно-исследовательских институтах, медучреждениях, ветлабораториях.

Из рентгеновских лучей наиболее бактерицидны улучи. Они пора­жают генетический аппарат, что приводит к гибели клетки. Эти лучи применяют для стерилизации хирургических инструментов, перевязоч­ного материала. Кроме того, их используют для холодной стерилиза­ции, т. е. обработки биопрепаратов. Холодная стерилизация губительно действует на микробные клетки, но не снижает качества препаратов.

Электроток ультравысокой частоты приводит в колебание молекулы всех ингредиентов клетки, происходит нагревание всей массы микро­бов, наблюдаются необратимые деструктивные изменения, что вызы­вает гибель микробов.

К числу основных физических факторов, воздействующих на

микроорганизмы как в естественной среде обитания, так и в условиях лаборатории, относятся температура, высушивание, гидростатическое давление, лучистая энергия и другие.

Влияние температуры. Температура – один из наиболее важных факторов в жизни микробов. Она может быть оптимальной, т.е. наиболее благоприятной для развития, а также максимальной, когда подавляются жизненные процессы; минимальной, ведущей к замедлению или прекращению роста. Микроорганизмы по их адаптации к определенным температурным условиям объединяют в три физиологические группы:

психрофилы

мезофилы

термофилы

Психрофильные микроорганизмы – обитатели холодных источников,

глубоких морей и океанов с оптимальной температурой 15-20 0 С, рост возможен от 0 0 С до 35 0 С. К ним относят светящиеся бактерии, железобактерии и другие.

Мезофильные бактерии живут при средних температурах с оптимумом 30-37 0 С, минимум 3 0 С и максимум до 45 0 С. Сюда относятся большинство сапрофитов и все патогенные микроорганизмы.

Термофильные бактерии требуют для своего развития более высокую температуру – от 35 до 80 0 С, при оптимуме – 50-60 0 С. Они встречаются в горячих источниках, пищеварительном тракте животных, в почвах районов с жарким климатом.

Высокие и низкие температуры по-разному влияют на микробы. Низкие температуры обычно не вызывают гибели микробов, а лишь задерживают их рост и размножение. Жизнедеятельность многих микробов сохраняется при температуре, близкой к абсолютному нулю. Так, эшерихии остаются жизнеспособными при – 190 0 С до 4-х месяцев, а бруцеллы при –40 0 С сохраняются более 6 месяцев. Однако, следует иметь в виду, что когда замораживание происходит без образования кристаллов (-190), то такая температура менее губительна, чем температура (-20), при которой образуются кристаллы льда, ведущие к механическим повреждениям и необратимым процессам в микробной клетке.

Низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы.

Высокая температура, в особенности нагревание паром под давлением, губительно действует на микробов. Чем больше температура выходит за пределы максимума, тем быстрее погибают вегетативные формы микроорганизмов: при 60 0 С – через 30 мин., при 80-100 0 С – через 1 мин. Споры бактерий более устойчивы к действию высокой температуры.

В основе бактерицидного действия высоких температур лежит угнетение ферментов, денатурация белков, нарушение осмотического барьера. Воздействие высокой температуры лежит в основе многих методов термической стерилизации, которая осуществляется главным образом в автоклаве (при 120 0 С, с давлением 1 атм, 30 минут), либо путем кипячения, дробной стерилизации текучим паром (при 100 0 С, три дня подряд по 30 минут), воздействия сухим жаром (при 170 0 С 1,5 часа) – более подробно на ЛПЗ. Под термином стерилизация понимают мероприятие, направленное на полное уничтожение в стерилизуемом материале (трупы животных, лабораторная посуда, питательные среды, использованные микробные культуры) всех микробов.

Влияние высушивания. Высушивание, приводящее к обезвоживанию, действует губительно на микроорганизмы. В бактериальной клетке вследствие обезвоживания жизненные процессы замедляются, процесс размножения приостанавливается, клетка переходит в анабиотическое состояние. Дегидратация вегетативных бактериальных клеток в большинстве случаев вызывает их гибель (особенно патогенных). Споровые формы микробов в высушенном состоянии могут сохраняться многие годы. В лабораторной практике для сохранения микробных культур широко применяют метод сублимации – обезвоживания при низкой температуре. Этим методом высушивают вакцины, музейные баккультуры, лечебные и диагностические сыворотки и другие биопрепараты.

Влияние гидростатического и осмотического давления. Гидростатическое давление, превышающее 108-110 Мпа, вызывает денатурацию белков, инактивацию ферментов, повышает электролитическую диссоциацию, увеличивает вязкость многих жидкостей, что неблагоприятно сказывается на жизнедеятельность микробов и нередко приводит к их гибели. Большинство микробов выдерживают давление около 65 Мпа в течение часа. Встречаются баротолерантные (113-116 Мпа) микроорганизмы, обитающие в глубинах океана, нефтяных скважинах. Повышенное давление (10 3 – 10 6 Па) в сочетании с высокой температурой (120 0 С) используется в автоклавах в целях обезвреживания (стерилизации) материалов.

Большое влияние на рост микроорганизмов оказывает осмотическое давление среды, определяемое концентрацией растворенных в ней веществ. Внутри бактерий осмотическое давление соответствует давлению 10-20% раствора сахарозы. Если поместить микробную клетку в среду с более высоким осмотическим давлением, то наступит плазмолиз (потеря воды и гибель клетки), если в среду с низким осмотическим давлением, то вода будет поступать внутрь клетки, клеточная стенка может разорваться – плазмоптиз. Эти явления используют в промышленности и в быту для консервирования продуктов (огурцы, помидоры, капуста и др.).

Однако, существуют микроорганизмы любящие расти при высоких концентрациях солей – галофилы. Напр., роды Micrococcus , Sarcina размножаются при высокой 20-30% концентрации NaCL . Это свойство используется в лабораторной практике для дифференциации этих микроорганизмов от других, подобных.

Действие различных видов излучения на микроорганизмы. Различные виды излучений бактерицидно действуют на микробы. Однако степень этого действия зависит от вида лучевой энергии, ее дозы и длительности экспозиции.

Солнечные лучи – сильно действующий на микробы физический фактор. Многие патогенные микроорганизмы погибают при воздействии солнечных лучей в течение 10-30 минут, некоторые через 2 часа (туберкулезная палочка), споры бацилл – через несколько часов. Рассеянный свет действует слабее. На практике культивирование микроорганизмов проводят в темноте, в термостатах. Видимый свет положительно влияет только на пигментообразующие бактерии. Бактерицидное действие света связано с образованием в клетке гидроксильных радикалов и других высокоактивных веществ.

Ультрафиолетовые лучи (100-380 нм) широко применяются для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях и промышленных цехах, боксах для обеспечения асептических условий посевов. Используют при этом ртутнокварцевые (ПРК) или бактерицидные (БУВ) лампы. Механизм действия УФЛ заключается в подавлении репликации ДНК.

Несколько слабее действуют на микробов радиоактивные гамма-лучи и рентгеновские лучи, из-за того, что стерилизуемые объекты надо располагать в непосредственной близости от источника излучения. Их применяют для уничтожения микробов на инструментах, в перевязочном материале, биопрепаратах.

Из-за нехватки времени действие на микроорганизмы ультразвука, электричества и других физических факторов прочитаете самостоятельно.

2. Микробы, как и все живое, высокочувствительны к факторам среды. При возникновении благоприятных импульсов микробы устремляются к объекту раздражения, неблагоприятные – отталкивают их. Такое явление получило название хемотаксиса. Вещества, благоприятно действующие на микробную клетку (мясной экстракт, пептон) вызывают положительный хемотаксис; сильнодействующие, ядовитые вещества (кислоты, щелочи и др.) ведущие к перевозбуждению или угнетению, приводят к отрицательному хемотаксису. Ядовитые вещества, попадая в бактериальную клетку, взаимодействуют с ее жизненно важными компонентами и нарушают их функции. Это вызывает остановку роста микроорганизма (бактериостатическое действие) или его гибель (бактерицидное действие). Бактерицидным действием обладают химические вещества различных групп: кислоты (Н 2 SO 4 , НС L , HNO 3 ), спирты (метиловый, этиловый и др.), поверхностно-активные вещества (жирные кислоты, порошок, мыло), фенолы и их производные, соли тяжелых металлов (свинец, медь, цинк, ртуть), окислители (хлор, йод, K М nO 4 , Н 2 О 2 ), группа формальдегида, красители (бр.зеленый, риванол и др.). Механизм антимикробного действия этих веществ различен. Одни из них (формальдегид, кислоты, щелочи и др.) вызывают свертывание белка, другие изменяют реакцию окружающей среды, третьи – повреждают клеточную стенку.

Действие химических веществ на микробы усиливается при повышении температуры раствора до 60-70 0 , увеличении концентрации химического вещества, срока действия. Имеет значение и характер материала, к которым требуется уничтожить микробов – в навозе, трупах животных, гное микробы менее доступны, и для обеззараживания их необходимо длительное воздействие высококонцентрированными растворами химических веществ.

Для уничтожения вегетативных форм бактерий наиболее часто применяют 5% раствор фенола, лизола или хлорамина, 10-20% раствор негашеной извести, 2% раствор формальдегида, 4% горячий раствор едкого натра, вызывающие их гибель в среднем через 1-2 часа. Споры бацилл погибают при воздействии 3% раствора формальдегида, 20% раствора хлорной извести, 5% раствора фенола в течении 10-24 часов.

В некоторых случаях химические средства применяют в виде аэрозоля; используют и газообразные вещества.

Антимикробное действие химических веществ лежит в основе дезинфекции – мероприятия, направленного на уничтожение патогенных микробов определенного вида. В отличие от стерилизации при дезинфекции не происходит уничтожения всех видов – многие сапрофиты не чувствительны к тому или иному дезинфектанту и сохраняют жизнеспособность.

3. Действие биологических факторов проявляется прежде всего в антагонизме микробов, когда продукты жизнедеятельности одних микробов обусловливают гибель других. С проблемой микробного антагонизма непрерывно связано современное учение об антибиотиках.

Антибиотики (греч. anti – против, bios – жизнь) – вещества микробного, животного и растительного происхождения, подавляющие развитие и биохимическую активность чувствительных к ним микробов. По происхождению антибиотики разделяют на следующие группы :

Антибиотики, выделенные из грибов.

Наиболее активными продуцентами антибиотиков являются плесневые

грибы и актиномицеты. Плесень пенициллиум образует широко используемый антибиотик пенициллин, а аспергиллус и мукор – фумагацин, аспергиллин, клавицин. Большинство антибиотиков выделено из актиномицетов: стрептомицин, тетрациклин, биомицин, неомицин, нистатин и другие.

Антибиотики, выделенные из бактерий.

Продуцентами являются разнообразные бактерии. В основном это

сапрофиты с интенсивно выраженной биохимической активностью, обитающие в почве. К ним относятся грамицидин, колицин, пиоцианин, субтилин, полимиксины, бацитрацин, лизоцим и другие бактериальные ферменты.

Антибиотики животного происхождения.

В биологическом отношении к антибиотикам близки некоторые

вещества выделяемые животными тканями, способные избирательно поражать отдельные виды микробов. Это эритрин, выделяемый из эритроцитов животных; экмолин, полученный из тканей рыб.

Антибиотики растительного происхождения.

Ядовитые летучие вещества, выделяемые растениями (лук, чеснок,

хрен, горчица, алоэ, крапива, можжевельник и др.) наз. фитонцидами. Открыты в 1928 году Б.Н.Токиным. Часть фитонцидов выделены в чистом виде: алицин – из чеснока, рафинин – из семян редиски и др.

Антибиотики могут оказывать на микроорганизмы бактерицидное (убивающее) или бактериостатическое (задерживающее рост) действие. Данное свойство зависит от вида антибиотика, его концентрации, чувствительности микроорганизма к нему и других факторов. Каждый антибиотик обладает определенным антимикробным спектром действия: существуют антибиотики, действующие на немногие виды микроорганизмов (пенициллин, грамицидин), и антибиотики, имеющие широкий спектр антимикробного действия (левомицетин, тетрациклин и др.). В основе механизма действия антибиотиков на микроорганизмы лежит нарушение синтеза клеточной стенки и ее мембран или же нарушение синтеза ДНК. РНК и белка. Напр., пенициллин нарушает образование бактериальной стенки, левомицетин отрицательно влияет на РНК и синтез белка.

В связи с широким и длительным использованием антибиотиков в качестве лекарственных препаратов в природе возникли и очень распространились антибиотикоустойчивые формы микробов, в частности L -формы, являющиеся возбудителями различных инфекционных болезней. Механизм образования устойчивых форм микробов довольно сложный: выработка адаптивных ферментов (напр. пенициллиназа), синтез естественных метаболитов, ингибирующих действие антиметаболитов химиопрепаратов (напр.стафилококки вырабатывают парааминобензойную кислоту, и становятся нечувствительны к этому препарату. А также в результате мутаций, конъюгации, трансформации, трансдукции.

Предварительное определение чувствительности микроорганизмов позволяет выбрать наиболее активный антибиотик и затем использовать его как лечебный препарат. Определение чувствительности микробов к антибиотикам проводят методом диффузии в агар или методом серийных разведений – подробнее на ЛПЗ.

Бактериофаги. Противомикробное действие оказывают посредством лизиса микробной клетки: вначале инфицирует, затем репродуцируется, образуя многочисленное потомство, и лизирует клетку, сопровождающимся выходом фаговых частиц в среду обитания бактерий.

Бактериофаги широко распространены в почве, воде, экскрементах больных и здоровых животных, человека и обнаружены у большинства видов бактерий. Открыты они Д.Эррелем в 1917 году.

Фаг обладает хорошо выраженными антигенными свойствами. При парентеральном введении фага в организме образуются антитела, нейтрализующие литическую активность фага и обладающие высокой специфичностью. По антигенным свойствам фаги делят на серологические варианты.

По стапени специфичности фаги могут быть разделены на три группы: полифаги лизируют родственных бактерий, монофаги – бактерий одного вида, а фаговары – только определенные варианты данного вида бактерий.

Большинство фагов инактивируется при температуре 65-70 0 С.Более низкая температура снижает активность фага. Относительно легко фаги переносят замораживание при –185 0 С, а также хорошо выдерживают высушивание. К дезинфицирующим веществам фаг более устойчив, чем бактерии.

Фаг действует только на живые клетки бактерий в процессе их активного роста. В зависимости от характера проявляемого действия различают вирулентные и умеренные фаги. Вирулентные фаги при проникновении в клетку бактерий размножаются в ней и вызывают лизис; умеренные фаги не вызывают лизиса, а остаются а состоянии лизогении.

Размеры бактериофагов, как и вирусов, невелики – 8-100 нм. Форма их напоминает сперматозоид – от округлой или многогранной головки отходит хвостовой отросток различной длины. Однако иногда встречаются фаги, лишенные отростка. Бактериофаг – неклеточное образование. У него нет оболочки, ядра, цитоплазмы, т.е. элементов присущих клетке. Он состоит из молекулы нуклеиновой кислоты (чаще ДНК, реже РНК) и окружающего ее белкового чехла. Нуклеиновая кислота (40-50%) находится внутри головки, белковый чехол (50-60%) покрывает как головку, так и хвостовой отросток, на конце которого имеются специальные волоконца, облегчающие прикрепление фага к оболочке микробов. Липиды и ферменты в фаговой частице находятся в минимальных количествах – около 2%.

Бактериофаги используются для фагодиагностики, фаготипирования бактерий, для профилактики и лечения инфекционных болезней. Более подробно – на ЛПЗ.