Экология микроорганизмов
ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ.
Типы взаимоотношений микроорганизмов.В природных условиях обитания микроорганизмы образуют сложный биоценоз — такие сообщества, в которых они находятся в определенных взаимоотношениях и где каждый вид микроорганизма находится под постоянным стимулирующим или угнетающим влиянием.
Взаимоотношения между живущими в одних и тех же условиях разными микроорганизмами могут быть самыми различными. В основном эти взаимоотношения сводятся к симбиозу, метабиозу и антагонизму.
Симбиоз характеризует такие взаимоотношения микроорганизмов, при которых оба симбионта (сожителя) получают взаимную пользу, развиваясь вместе даже лучше, чем каждый в отдельности. Симбиотические взаимоотношения существуют между некоторыми молочнокислыми бактериями и дрожжами. Молочнокислые бактерии, продуцируя молочную кислоту, создают благоприятные условия (оптимальный pH) для роста дрожжей, которые, обогащая, в свою очередь, среду обитания аминокислотами и витаминами, стимулируют развитие молочнокислых бактерий. Квас — продукт симбиоза этих двух микроорганизмов.
Метабиоз означает такое взаимоотношение микроорганизмов, при котором продукты обмена одного вида микроорганизмов служат питательным материалом для другого. Так, дрожжи, развиваясь в сахаристых субстратах, превращают сахар в этанол. После этого в культуральной среде, содержащей этанол, могут развиваться уксуснокислые бактерии, окисляющие этанол в уксусную кислоту, а уксусная кислота, в свою очередь, используется плесенями, которые превращают ее в диоксид углерода и воду.
Антагонизм — противоположность метабиоза. Это такая форма конкурентных взаимоотношений, при которой один микроорганизм угнетает или даже вызывает полную гибель другого. В борьбе за существование у микробов выработались различные антагонистические отношения.
Причины возникновения антагонизма и средства борьбы со своими конкурентами у микроорганизмов весьма различны. Одни виды вытесняют другие путем обильного и очень быстрого размножения. Другие виды выделяют такие продукты метаболизма, которые подавляют рост многих микроорганизмов.
Различают пассивный и активный антагонизм. Пассивный антагонизм обусловлен более быстрым использованием питательных веществ среды и использованием в качестве питания клеток своего конкурента (насильственный антагонизм).
Сущность насильственного антагонизма состоит в том, что при недостатке в среде питательных веществ бактерии-антагонисты для растворения клеток конкурента выделяют протеолитические ферменты и затем всасывают образовавшиеся продукты ферментативного распада.
Активный антагонизм связан с образованием продуктов обмена (спиртов, кислот) и обусловлен образованием антибиотических веществ. Многие микроорганизмы в процессе метаболизма выделяют органические кислоты, которые настолько изменяют активную кислотность среды, что подавляют развитие микроорганизмов других видов. Так, молочнокислые бактерии, продуцируя молочную кислоту, полностью подавляют развитие гнилостных бактерий в молоке. Дрожжи образуют спирт, который не дает развиваться другим микроорганизмам. Некоторые плесневые грибы способны образовывать лимонную кислоту из сахара, что также способствует подавлению быстро развивающихся конкурентных бактерий.
Экология микроорганизмов.
Микроорганизмы обитают во всех природных средах и являются обязательными компонентами любой экологической системы и биосферы в целом.
Качественный и количественный состав микроорганизмов, обнаруживаемых в почве, воде, воздухе, на растениях, пищевых продуктах, в организме человека и животных, различен.
Выяснение экологии микроорганизмов служит основой для понимания явлений паразитизма, природно-очаговых и зоонозных заболеваний, а также для разработки противопаразитических мероприятий в борьбе с различными инфекционными болезнями.
Микрофлора почвы.Почва является главным резервуаром и естественной средой обитания микроорганизмов, которые принимают участие в процессах формирования и очищения почвы, а также круговорота веществ в природе.
Жизнедеятельность микроорганизмов в почве, их качественный и количественный состав определяется почвенными условиями: наличием питательных веществ, влажностью, аэрацией, реакцией среды, температурой и т.д.
Наиболее обильна микрофлора в верхнем горизонте почвы глубиной 2,5-15 см. В этом слое протекают основные биохимические процессы превращения органических веществ, обусловленные жизнедеятельностью микроорганизмов. На глубине 4-5 м число микроорганизмов значительно снижается, так как уменьшается количество питательных веществ и ухудшаются условия аэрации.
В составе микрофлоры почвы выделяют следующие группы микроорганизмов:
- бактерии аммонификаторы, вызывающие гниение трупов животных, остатков растений, разложение мочевины с образованием аммиака и других продуктов.
- нитрифицирующие бактерии: Nitrobacter и Nitrosomonas ( Nitrosomonas окисляют аммиак до азотистой кислоты, образуя нитриты, Nitrobacter превращают азотистую кислоту в азотную и нитраты);
- азотфиксирующие бактерии: усваивают из воздуха свободный кислород и в процессе своей жизнедеятельности из молекулярного азота синтезируют белки и другие органические соединения азота, используемые растениями;
- бактерии, участвующие в круговороте серы, железа, фосфора и других элементов - серобактерии, железобактерии и т.д. (серобактерии окисляют сероводород до серной кислоты, железобактерии окисляют соединения железа до гидрата окиси железа, фосфорные бактерии способствуют образованию легко растворимых соединений фосфора);
- бактерии, расщепляющие клетчатку, вызывающие брожение (молочнокислые, спиртовые, маслянокислые, уксусные, протионовые и др.).
С выделениями человека и животных, с фекально-бытовыми сточными водами в почву могут попадать патогенные и условно-патогенные микроорганизмы (возбудители грибковых заболеваний, ботулизма, столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, бруцеллеза, лептоспироза, кишечных инфекций и др.).
Микрофлора воды.Вода, как и почва, является естественной средой обитания многих микроорганизмов. Видовой состав микрофлоры воды имеет много общего с микрофлорой почвы. Кроме того, в воде живут различные виды вибрионов, спириллы, железо- и серобактерии, светящиеся бактерии и др.
Характер микрофлоры воды зависит от разных причин. Чем больше вода загрязнена органическими соединениями, тем больше микроорганизмов она содержит. Особенно много их в открытых водоемах и реках вблизи населенных пунктов, где вода загрязняется стоками хозяйственных и фекальных нечистот. По мере удаления от населенных пунктов число микроорганизмов постепенно уменьшается.
Вода морей и океанов заселена микробами, которые приспособились к повышенному содержанию солей, большому давлению воды и низкой температуре. В поверхностном слое придонного ила содержится особенно много микробов, которые образуют на нем как бы пленку. Наиболее чистыми являются воды глубоких артезианских скважин и родников. Воды этих источников могут быть использованы для питья без предварительной их обработки и обезвреживания.
Вода имеет большое эпидемиологическое значение как фактор передачи инфекции. Водные эпидемии различных инфекционных болезней (холера, брюшной тиф, дизентерия, туляремия, лептоспирозы и др.) известны давно. Загрязнение воды патогенными микробами обычно происходит через сточные воды, при купании людей и животных и т. д. Выживаемость патогенных микробов в воде колеблется в широких пределах в зависимости от ее качества.
Для предупреждения передачи патогенных микробов через воду применяют меры санитарной охраны водоемов и источников водоснабжения, а также очистку и обезвреживание питьевых и хозяйственных вод.
Микрофлора воздуха.Микроорганизмы в воздухе находятся постоянно, несмотря на то, что атмосфера является неблагоприятной средой для их размножения, что обусловлено отсутствием питательных веществ и недостатком влаги. Жизнедеятельность микроорганизмов в воздухе обеспечивают взвешенные частицы воды, слизи, пыли и т.д.
Атмосферный воздух и воздух закрытых помещений значительно различаются по количественному и качественному составу микрофлоры.
Состав микрофлоры атмосферного воздуха зависит от интенсивности солнечной радиации, ветра, метеоосадков, покрова почвы, плотности населения и др. Меньше всего микробов в воздухе над лесами, морями, снегами. Больше приходится на слои воздуха, расположенные над промышленными городами. В атмосферном воздухе находятся споры грибов, актиномицетов, бацилл, дрожжи, микрококки, сарцины, стафилококки др.
Обсемененность микроорганизмами воздуха закрытых помещений превышает бактериальную загрязненность атмосферного воздуха. Особенно велико число микроорганизмов в многолюдных общественных помещениях. Воздух закрытых помещений содержит в основном микрофлору дыхательных путей и кожи человека, многие представители которой способны переживать в воздухе в течение времени, достаточного для инфицирования людей.
Микроорганизмы, находящиеся в воздушной среде, могут явиться причиной различных инфекционных заболеваний - гриппа, ангины, кори, скарлатины и др.
Микрофлора пищевых продуктов.Многие пищевые продукты являются благоприятной средой не только для сохранения, но и для размножения микроорганизмов.
Всю микрофлору пищевых продуктов условно делят на специфическую и неспецифическую.
К специфической микрофлоре относятся штаммы микроорганизмов, применяющихся в процессе технологического производства продуктов питания (молочнокислые продукты, хлебные изделия, пиво, вина и др).
К неспецифической микрофлоре относится случайная микрофлора, попадающая в пищевые продукты при их заготовке, доставке, переработке и хранении. Источником этих микробов может быть сырье, воздух, вода, оборудование, животные, человек.
Инфицирование пищевых продуктов микроорганизмами может приводить к возникновению у людей пищевых токсикоинфекций и др. заболеваний.