Рост микроорганизмов в зависимости от температуры и влажности.
Влажность. Обязательным условием для существования микроорганизмов является наличие водной среды, ведь питательные вещества могут поступать в клетку только в растворенном виде. Этот фактор необходимо учитывать при выращивании микроорганизмов в лабораторных условиях, так как не все молекулы воду могут быть доступны им. Доля доступной воды определяется показателем активности воды – Aw в соответствии со следующим уравнением: Aw=P/P0, где Р – давление пара раствора, Р0 – давление пара растворителя (чистой воды). Чем меньше этот показатель, тем более концентрирована среда. Микроорганизмы растут при активности воды в диапазоне от 0,7-0,998 и не могут расти в аэрозолях и во люду. При этом бактерии предпочитают более разбавленные среды с показателями Aw, близкими к 1,00; для грибов минимальным значением Aw может быть 0,70.
Температура среды, неблагоприятная для роста микроорганизмов, - один из факторов, который широко используется на практике для подавления жизнедеятельности микроорганизмов. При изучении влияния температуры на рост прокариотных микроорганизмов выделяют температурный диапазон, ограниченный минимальной и максимальной температурами, при которых рост прекращается, а также область оптимальных температур с максимальной скоростью роста. На основании эти показателей прокариоты делят на три основные группы: мезофилы, психрофилы и термофилы. Большинство известных видов относится к мезофиллам, у которых оптимальные температуры роста лежат между 30 и 40°С, а температурный диапазон, в котором возможен рост, находится между 10 и 45-50°С. Типичным мезофиллом является E.coli: нижняя граница роста +10°С, а верхняя +49°С, оптимальная температура +37°С при росте на богатой среде. Нижние пределы роста по температуре ограничены температурой «застывания» мембраны, когда она теряет свои функции, а верхние – тепловой денатурацией жизненно важных молекул.
Область температур роста психрофилов лежит в пределах от -10 до +20°С и выше. В свою очередь психрофилы делятся на облигатных и факультативных. Основное различие между подгруппами заключается в том, что облигатные психрофилы не способны к росту при температуре выше 20°С, а верхняя температурная граница роста факультативных форм намного выше. К психрофильным микроорганизмам относят представителей родов Pseudomonas, Vibrio, Achromobacter, Cytophaga, дрожжей, мицелиальных грибов, некоторых групп водорослей. У таких микроорганизмов обнаружен особый состав мембран с пониженной точкой замерзания. Они содержат больше ненасыщенных жирных кислот, короткоцепочечных и разветвлённых и меньше циклических жирных кислот.
Группу термофилов делят на 4 подгруппы:
1. Термотолерантныевиды растут в пределах от 10 до 55-60°С, оптимальная область лежит при 35-40°С. Основное их отличие от мезофиллов – способность расти при повышенных температурах, хотя оптимальные температуры роста для обеих групп находятся на одном уровне.
2. Факультативные термофилы имеют максимальную температуру роста между 50 и 65°С, но способны также к размножению при комнатной температуре (20°С); оптимум приходится на область температур, близких к верхней границе роста. Особенность этой группы прокариот – способность к росту в области от 20 до 40°С.
3. К облигатным термофилам относят виды, обнаруживающие способность расти при температурах около 70°С и не растущие ниже 40°С. Оптимальная температурная область облигатных термофилов примыкает к верхней температурной границе роста. Представители этой подгруппы: эубактерии Bacillus acidocaldarius, Synechococcus lividus, архебактерии Methanobacterium thermoautotrophicum, Thermoplasma acidophilum и др.
4. Экстремальные термофилы характеризуются следующими температурными параметрами: оптимум в области 80-105°С, минимальная граница роста 60°С и выше, максимальная – до 110°С. К экстремальным термофилам относятся организмы из группы архебактерий, не имеющие аналогов среди мезофиллов, например представители родов Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium и др.
Большинство микроорганизмов плохо переносит превышение максимальной температуры развития. Уже при 56-60°С возможна тепловая коагуляция белка, при которой клетка погибает. Термоустойчивость микробов различна в зависимости от видовых особенностей и формы жизнедеятельности: вегетативные клетки погибают быстрее, споровые сохраняются дольше. Так, бесспоровые бактерии, вегетативные клетки споровых бактерий, мицелиальные грибы и дрожжи погибают при температуре 60-70°С в течение 15-30 мин, а при 80-100°С – в течение нескольких секунд или 1-3 мин. Споры микроскопических грибов погибают при 65-80°С. Споры многих бактерий значительно более устойчивы: они погибают при нагревании до 80-100°С в течение нескольких часов, а при автоклавировании при температуре 120°С - в течение 20 мин.