Действие физических и химических факторов окружающей среды на микроорганизмы
Температура. Каждый вид микробов имеет свои температурные зоны жизни: оптимальную, максимальную и минимальную. В оптимальной зоне микробная популяция размножается с заданной геномом скоростью. В зонах подавления рост клеток происходит со сниженной скоростью. В зависимости от температурных зон выделяют психрофильные, мезофильные и термофильные микроорганизмы.
Психрофильные микроорганизмы – группа микробов, нижняя граница роста которых находится около 0°С. Существуют факультативные и облигатные психрофильные микробы. Факультативные психрофильные микробы могут размножаться при +30°С. К ним относятся иерсинии, псевдомонады, клебсиеллы пневмонии. У облигатных психрофильных микробов верхняя граница роста соответствует 20°С, оптимальная зона 10-15°С. Они обитают в арктических и антарктических водах, ледяных пещерах, почвах вечной мерзлоты. Для психрофильных микробов характерны длительный период генерации, малая плотность популяции и медленно протекающие процессы биосинтеза.
Мезофильные микроорганизмы – группа микробов, температурные границы роста которых находятся в пределах 20-45°С (оптимальная температура 35-37°С). Обитают в организме теплокровных животных, в почве, воде, могут переживать в воздухе.
Термофильные микроорганизмы обитают при оптимальной температуре роста в диапазоне 45-93°С. Предельные температуры роста простейших находятся в границах 56°С, водорослей - 60°С, грибов - 60-62°С, фотобактерий - 70-72°С, хемолитотрофов – выше 90°С. Облигатные термофильные микробы обитают в фумаролах, кипящих и горячих источниках, промышленных и бытовых водах, самовозгорающихся материалах, конденсатах паровых труб.
Высушивание приводит к обезвоживанию микробной клетки и нарушению окислительно-восстановительных процессов. Наиболее чувствительны к обезвоживанию возбудители сифилиса, менингита, дизентерии, холеры и другие. Однако высушивание почти не действует на спорообразующие бактерии. Так, возбудители ботулизма и возбудители столбняка могут сохранять жизнеспособность в почве несколько лет.
Лиофилизация и высушивание под вакуумом при низкой температуре и последующее хранение в безвоздушной среде обеспечивает жизнеспособность на длительное время и используется для сохранения иммунобиологических препаратов и культур микроорганизмов.
Лучистая энергия. Ультрафиолетовые лучи, инфракрасные, гамма-лучи и солнечный свет воздействуют на микроорганизмы фотонами. Чем выше энергия фотонов, тем сильнее биологический эффект. Так, инфракрасные лучи, соприкасаясь с микроорганизмами, выделяют тепловую энергию, при этом лучистая энергия переходит в тепловую. Рентгеновские и гамма-лучи в больших дозах 280-440 Дж/кг вызывают ионизацию органических веществ, появление свободных радикалов, которые приводят к разрушению ядерного вещества и клеточной ДНК. Малые дозы стимулируют рост микробов. Микроорганизмы более устойчивы к радиоактивному излучению, чем высшие организмы. Их обнаруживают в воде атомных реакторов, залежах урановых руд (тионовые бактерии).
Ультрафиолетовые лучи распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн длиной от 10 до 400 нм. Выделяют дальние (110-200 нм) УФ-лучи и ближние – 200-400 нм. В ближних УФ-лучах различают длинноволновую часть спектра (300-400 нм) и коротковолновую – 200-300 нм. Микробицидное действие характерно для коротковолновых УФ-лучей, особенно с длиной 250-270 нм. Механизм их действия связан с поглощением излучения молекулами ДНК, в результате чего образуются тиминовые, тимин-цитозиновые и цитозиновые димеры. Такие повреждения ДНК востанавливаются механизмами темновой репарации и фотореактивации. При действии высоких доз УФ-лучей происходит необратимая цепная реакция окисления липидов и белков. Высокочувствительны к УФ-излучению большинство вегетативных форм бактерий, наименьшей чувствительностью обладают возбудители туберкулеза, стафилококки.
Нескольким меньшим микробицидным действием обладает ультразвук. Практическое применение нашли ультразвуковые волны с частотой колебаний более 20000 Гц для консервации продуктов. Механизм бактерицидного действия ультразвука заключается в том, что в цитоплазме бактерий образуется кавитационная полость, которая заполняется парами жидкости, в пузырьке возникает давление до 10000 атм, что приводит к дезинтеграции цитоплазматических структур.