Микробиологические аспекты охраны окружающей среды

Задачей охраны окружающей среды является сохранение эколо­гического равновесия в биосфере. Микробиологические аспекты сос­тоят в следующем:

1) охрана микроорганизмов, участвующих в круговороте веществ в природе. Сброс в почву и воду промышленных и автомобильных от­ходов приводит к гибели почвенных микробов, осуществляющих про­цессы минерализации органических веществ, а это в свою очередь, ве­дет к накоплению неразложившихся органических веществ, к умень­шению количества нитратов в почве, снижению ее плодородия.

2) охрана микроорганизмов, осуществляющих биодеградацию, то есть разрушение вредных для человека веществ, которые обычно не встречаются в природе и попадают во внешнюю среду в результате деятельности человека. С другой стороны, подавление развития мик­роорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов и лекарств или разрушение различных материалов и приборов;

3) защита биосферы от загрязнения (контаминации) патогенными и условно-патогенными микроорганизмами.

С прогрессом науки возникают новые аспекты. С развитием ге­нетической инженерии возникла проблема защиты природы от искусс­твенно полученных рекомбинантов, а с освоением космоса - защита от заноса на нашу планету внеземных и попадания в космос земных микроорганизмов.

ГЛАВА 9.

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Находясь во взаимосвязи с различными объектами окружающей среды, микробы постоянно подвергаются ее воздействию.

На микроорганизмы оказывают влияние факторы внешней среды:

1) физические (температура, высушивание, излучения, ультразвук, осмотическое давление);

2) химические (различные вещества):

3) биологические (другие виды микробов и вирусы).

Влияние физических факторов

Температура.Следует различать 1) температурные условия, при которых микроорганизмы растут и размножаются и 2) температурные границы, при которых микроорганизмы остаются живыми. Понятно, что во втором случае диапазон температур шире.

1) В зависимости от температурных условий, которые требуют мик­роорганизмы для своего роста и размножения, различают три группы: психрофилы, растущие при низкой температуре, мезофилы - при сред­ней, и термофилы - при высокой температуре

Для психрофилов оптимальная температура для роста 10-15°С. ми­нимальная 0-5°С, максимальная 25-30°С. Большинство из них свободноживущие и паразиты холоднокровных животных, по есть и патогенные для человека, например, иерсинии, псевдомонады. Они разм­ножаются при температуре бытового холодильника и более вирулент­ны при низких температурах.

Мезофилы размножаются преимущественно в организме теплок­ровных животных и человека. Оптимальная температура для их роста 30-37°С, максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. Большинство па­тогенных микроорганизмов относятся к мезофилам. В окружающей среде они обычно не размножаются, но могут сохраняться живыми.

Для термофилов оптимальная температура для роста 50-60°С, ми­нимальная равна 45°С максимальная 90°С. Термофильные бактерии живут в юрячей воде гейзеров. Они не размножаются в организме че­ловека.

2) Температурные зоны гибели микроорганизмов шире, чем тем­пературы, при которых они могут расти.

Микроорганизмы более чувствительны к высоким температурам, при которых наступает их гибель вследствие свертывания белков и повреждения ферментов. Вегетативные формы бактерии погибают при 60-80°С в течение часа, при 100°С - через 1 минуту. Споры бактерий устойчивы к 100°С, например, споры палочек столбняка и ботулизма выдерживают кипячение в течение нескольких часов. Для того, чтобы убить споры, создают температуру сухого жара 160-170°С, пара под давлением 120-134°С. Высокие температуры применяют при стерили­зации - обеспложивании различных материалов.

К низким температурам микроорганизмы более устойчивы. Мно­гие из них переносят замораживание. Холерный вибрион, сальмонел­лы, кишечная палочка могут сохраняться во льду. Особенно устой­чивы к низким температурам споры бактерий и вирусы. В то же время есть виды микробов, не переносящих температуры ниже 20°С: менингококки, гонококки, возбудители коклюша, сифилиса.

Высушивание.Вода необходима для нормальной жизнедеятель­ности микробов, так как питательные вещества поступают в клетку в растворенном виде. При недостатке воды рост микробов прекраща­ется, хотя некоторые их них остаются живыми в течение какого-то вре­мени. Чувствительны к высушиванию менингококки, гонококки, воз­будители сифилиса, коклюша, гриппа; устойчивы стафилококки, воз­будитель туберкулеза. Наиболее устойчивы споры бактерий, так как вода в них находится в связанном состоянии. Для сохранения живых микроорганизмов применяют метод лиофилизации - высушивание под вакуумом из замороженного состояния. Лиофилизированные живые культуры микроорганизмов, вакцины, биопрепараты в течение ряда лет сохраняются, не изменяя своих свойств.

Действие излучений.Ионизирующая радиация - гамма-излучение радиоактивных веществ и электроны высоких энергий - губительно дей­ствуют на микроорганизмы, хотя смертельные дозы для них выше, чем для животных и растений. Ионизирующие излучения применяют для стерилизации одноразовых пластиковых шприцев и посуды, пита­тельных сред, лекарственных препаратов.

Неионизирующие излучения- ультрафиолетовые лучи - повреждают микроорганизмы в большей степени, чем животных и растения. УФ-лучи повреждают геном микробных клеток, что приводит их к гибели. Для обеззараживания воздуха в лечебных учреждениях и в микробио­логических лабораториях применяются бактерицидные лампы ультра­фиолетового излучения.

Ультразвукпри определенной частоте вызывает разрушение струк­туры микробных клеток вследствие образования кавитационных по­лостей и может применяться как метод обработки пищевых продуктов.

Осмотическое давление,его постоянство, имеет большое значение для жизни микробов. При повышении или понижении осмотического давления происходит разрыв клеточной мембраны и гибель клеток. По­вышенные концентрации солей задерживают развитие микроор­ганизмов, особенно гнилостных, что используется для сохранения впрок пищевых продуктов: овощей, грибов, рыбы, мяса. На том же принципе основано применение концентрированных растворов сахара в варе­нье, сиропах. Концентрированные растворы лекарственных средств растительного происхождения являются более стойкими сравнительно с разведенными растворами.

Высокое атмосферное давлениене оказывает значительного дей­ствия на микроорганизмы.

Влияние химических факторов

Химические вещества, оказывающие антимикробное действие, при­меняются для дезинфекции - от des (французской приставки, оз­начающей отрицание) и inficere (лат. - заражать). С помощью де­зинфекции производится уничтожение возбудителей инфекционных бо-

лезней на зараженных объектах внешней среды.

Дезинфицирующие вещества являются общетоксическими ядами, в отличие от химеотерапевтическнх средств и антибиотиков, оказыва-ющих избирательное действие на микроорганизмы. Механизм действия дезинфицирующих веществ в основном заключастся в нарушении физи­ко-химической структуры микробной клетки

Окислители (хлор и его соединения, вещества, содержащие йод, пе­рекись водорода) обладают повышенной способностью окислять орга­нические соединения в микробной клетке, что приводит к ее гибели.

Вещества, свертывающие белок (фенол, крезол, гексахлорофен, лизол, спирты, соли тяжелых металлов, например, сулема), проникая в микробную клетку, вступают в соединение с ее белками, денатурируют их и таким образом нарушают жизненные функции микроорганизма.

Детергенты (поверхностно-активные вещества (ПАВ)) - вещества, обладающие высокой поверхностной активностью, моющим, а многие из них и антимикробным действием - мыла, моющие средства. Вы­сокой активностью обладают четвертичные аммониевые основания (ЧАО), вызывающие повреждение клеточной стенки бактерий, не про­никая внутрь клетки.

Некоторые металлы в незначительных количествах обладают вы­раженным антимикробным действием (серебро, медь, золото и другие). Объясняется это тем, что они выделяют в воду ноны Такое явление называют олигодинамическим действием (греч. oligos - малый). Доста­точно ничтожною количества ионов в жидкости, чтобы они концент­рировались на поверхности микробов и, изменив ее заряд с "-" на "+", оказывали антимикробное действие.

Выбор способа дезинфекции зависит от биологичсских свойств микроба и от той среды, в которой он находится. Например, сулема мало пригодна для дезинфекции белковых субстратов, таких как гной. кровь, мокрота. Под влиянием сулемы происходит свертывание бел­ков, и свернувшийся белок предохраняет микробов от действия дезин-фектанта. Этиловый спирт используют для обеззараживания рук, различных предметов, для консервации биологических объектом. Наи­более выражено бактерицидное действие 70%-ного спирта, поскольку чистый спирт вызывает свертывание поверхностных белков бактерий и не проникает внутрь клетки.

Значительным бактерицидным действием обладает гексахлорофен, причем грамположительные кокки более чувствительны к нему, чем грамотрицательнве палочки. Гексахлорофен применяется для обеззара­живания кожи в виде мыла, содержащею 2-5% этого вещества; для са­нации полости носа в виде мази, содержащей 1%, для санации носоглотки путем орошения с целью борьбы со стафилококковым носитель-cibom - 0,1%-ный раствор.