Відношення мікроорганізмів до різних факторів зовнішнього середовищаРозвиток і життєдіяльність мікроорганізмів тісно пов’язані з умовами навколишнього середовища. Властивості мікроорганізмів змінюються під впливом фізичних, хімічних та біологічних факторів. До фізичних факторів відносять: вологість середовища, концентрацію розчиненихречовин в середовищі і його атмосферний тиск, температуру, сонячне світло і різні форми променистої енергії, ультразвук. Вологість – мікроорганізми можуть розвиватись тільки в субстратах, які мають вільну воду; при дефіциті вологи їх життєдіяльність припиняється. На висушених субстратах залишається достатня кількість живих клітин мікроорганізмів, але вони знаходяться в неактивному стані. Найактивніше розвиваються мікроорганізми в грунті при вологості 60% від найбільшої вологоємкості. У висушеному стані в результаті випаровування вологи життєві процеси затримуються; клітини мікроорганізмів переходять в анабіотичний стан. Особливо чутливі до вологи азотфіксуючі мікроорганізми. По ступені чутливості різних груп мікроорганізмів до вологи їх можна поділити на такі групи: Гідрофіти – вологолюбиві (білшість бактерій і дріжжі) Мезофіти – середньовологолюбиві (присняві гриби) Ксерофіти – сухолюбиві (багато патогеслих бактерій) Важливу роль в життєдіяльності мікроорганізмів відіграє концентрація розчинених розчинених речовин в середовищі. Мікроорганізми добре розвиваються при оптимальній концентрації розчинених речовин. Розчини з низьким складом поживних речовин називаються гіпотонічними. Підвищення концентрації солей в розчині порушує нормальний обмін речовин між клітиною і зовнішнім середовищем і визиває обезводнення (плазмоліз) клітини, тобто вда виходить зовні з клітини і протопласт зжимається. Розчини з високим вмістом солей називають гіпертонічними (галофільні бактерії). ТЕМПЕРАТУРА У мікроорганізмів відсутні механізми, які регулюють температуру, тому їх існування визначається температурою навколишнього середовища. По відношенню до температури мікроорганізми поділяють на групи: Психрофіли – холодолюбиві організми. До них відносяться деяки грунтові і морські бактерії, а також хвороботворні для риб і водних рослин мікроорганізми. Багато психрофілів добре розмножуються при температурі сприятливій для мезофілів. Але вони можуть рости хоч і помалу при температурі 0°С і нижче, їх називають факультативними психрофілами. Інші мікроорганізми із цієї групи пристосувались до існування при більш низьких температурах (біля 0°С і нижче), при 25°С і вище вони гинуть. Температурний оптимум для них лежить в межах 5–15°С. Мезофіли – мають температурний оптимум в межах 30–45°С, а мінімум 10–15°С. Більшість організмів відносяться до цієї групи, в тому числі хвороботворні. Патогенні для людини і теплокровних тварин мікроорганізми мають оптимум буля 37°С. Термофіли – теплолюбиві мікроорганізми розвиваються в зоні високих температур: мінімум – не нижче 35–40°С, оптимум – 55–75°С. Екстремально–термофільні – властивість неспороутворюючих бактерій бактерій існувати при температурі від 39–40°С і вище. Ця властивість обумовлена особливим складом ліпідних компонентів клітинних мембран, високою термостабільністю білків і ферментів, термостабільністю клітинних ультраструктур. В природі термофільні мікроорганізми живуть в гарячих джерелах і приймають безпосередню участь в процесах самонагрівання гною, сала, зерна та ін. Термофільні форми зустрічаються у бактерій актиноміцетів, водоростей, грибів і найпростіших. Для практичних цілей важливо знати температури при яких мікроорганізми живуть. В даний час t=100–120°С широко приміняється для стерлізації вегетативних форм мікроорганізмів та їх спор (сухим жаром для сухих об’єктів при t=160°С протягом 2 годин) і стерлізація паром в автоклаві (для вологих об’єктів) при 120°С протягом 15–20 хв. Кислотність – визначає доступність для мікроорганізмів різних речовин і неорганічних іонів. Для більшості мікроорганізмів оптимальне значення рН біля 7. Дуже кисле або дуже лужне середовище токсичні для бактерій. Гранично допустимі значення рН, вище і нижче яких відомі в даний час мікроорганізми припиняють ріст і розмноження, приблизно рівні 1 і 11: При рН=1 – можуть існувати тільки деякі бактерії і гриби, при рН=11 деякі водорості, гриби і бактерії. Відомі бактерії, які краще ростуть при лужній реакції (рН=10 і вище). Такі організми називаються алкалофільними. Знайдені також бактерії, які здатні розвиватись в дуже кислому середовищі (рН=13 і вище), це ацидофільні мікроорганізми. Світло. Вплив світла на мікроорганізми – неоднозначний. Наприклад, для пігментних форм бактерій (зелених і пурпурних) він необхідний; для бульшості інших, особливо патогенних – шкідливий. Пігментним формам бактерій світло необхідне для утворення пігментів, причому визначеної довжини хвилі. Слід відмітити, що ультрафіолетові промені з довжиною хвилі від 280 до 230 нм володіють чітко вираженою бактеріостатичністю і бактеріоцидною дією. Лампи, які випромінюють світло такої довжини хвилі широко приміняють для стерлізації повітря в лікарнях, лабораторіях, теплицях. Гідростатичий тиск. Нормальний тиск істотно не впливає на мікробну клітину. Але дуже високий гідростатичний тиск може зупинити ріст мікроорганізмів. Так при тиску вище 5•107 Па більшість мікроорганізмів не ростуть. Помірний тиск (7•107 – 5•107 Па) в основному пригнічує ріст і розмноження мікроорганізмів. В той же час існують мікроорганізми, які живуть в грунтах і водах океанів, які здатні розмножуватись при дуже високому атмосферному тиску. Багато з цих мікроорганізмів не можуть розвиватись при звичайному атмосферному тиску їх називають барофільними. Баротолерантні – існують при нормальному тиску, але добре переносять високий тиск. Вплив кисню. Більшості живим істотам потрібен кисень. Мікроорганізми, для яких необхідний кисень називаються облігатними (строгими) анаеробами. До них належать більшість бактерій і грибів. Анаероби – деякі мікроорганізми, які зовсім не використовують кисень. Вони мають: Облігатні анаероби – для них кисень токсичний (бактерії роду clostrilium, анаероби). Аеротолерантні анаероби – які не гниють при контакті з киснем. Токсичність кисню для облігатних анаеробів визначається тим, що ці організми не мають окислювальних ферментів – супероксиддисмутази і комалази, які здатні захищати організми від токсичних продуктів кисневого обміну (Н2О2 та ін.) Існують також факультативні анаероби – мікроорганізми, які мають анаеробічний тиск метаболізу, але в той же час нечутливі до кисню. До них відносять деякі кишечні бактерії, представники родів: Serratia, Baccilus, Vibrio, деякі патогенні бактерії. Мікроерофіли – мікроорганізми, які задовольняються невеликою кількістю кисню. Вони краще ростуть при парціальному вмісту кисню, значно більш низькому ніж в повітрі. Хімічні фактори. За характером дій на мікроорганізми хімічні сполуки поділяють на кілька груп: – поверхнево–активні речовини: жирні кислоти, мила, дапергенили (які викликають пошкодження клітинної стінки); – фенол, крезол, та їх похідні не тільки пошкоджують клітинну стінку але і впливають на білки цитоплазми; – акрідіни (речовини типу дибензогідріну), які володіють спорідненістю до нуклеїнових кислот і порушують процеси клітинного поділу; – формальдегід (40% розчин формаліну), якій визиває денатурацію білків; – солі важких металів, які приводять до коагуляції білків і тому обумовлюють загибель не тільки мікроорганізмів але й вірусів. Характер дії отрути – бактерицидний (приводить до загибелі) або бактериостатичний (приводить до зупинки росту) – залежить від її концетрації. Крім цього, серед мікроорганізмів відомі форми стійки до дії загальних клітинних і метаболічних отруйних речовин (фенол, окис вуглецю, сірководень та ін.), а деякі володіють властивістю використовувати їх як джерело живлення. Для ряду отруйних речовин виявлений механізм їх протимікробної дії. Ця властивість широко використовується з метою дезинфекції в медицині, харчовій промисловості, сільському господарстві. Взаємодія факторів зовнішнього середовища. Ми розглянули вплив різноманітних фізичних і хімічних факторів зовнішнього середовища на мікроорганізми. Але в дійсності вплив одного фактора дуже рідке явище. В природніх умовах, а нерідко і в умовах штучної культури на мікроорганізми впливають багато факторів середовища одночасно. Наприклад, рН середовища змінює летальний ефект температури. Бактерії значно швидше припиняють свою життєдільність в кислому середовищі ніж в нейтральному або лужному і т.д. Таким чином, терміни “оптимальна температура” або “оптимальний рН” для росту даного мікроорганізму має реальне значення якщо всі інші фактори зовнішнього середовища відомі. Складність взаємодії між різними факторами зовнішнього середовища надзвичайно затруднюють визначення оптимальних умов росту мікроорганізмів. Разом з тим це питання має не тільки теоритечне але й практичне значення. Типи взаємодії різноманітних мвкроорганізмів. В природніх умовах існування взаємодії між різними мікроорганізмами дуже багатогранні і взаємозалежні. Мікроби об’єднані в стійкі екологічні системи – мікробіоценози. Між мікроорганізмами спостерігаються таки типи взаємовідносин: Асоціативні – змінюючи компоненти середовища, мікроорганізмиможуть змінювати умови для сприятливого існування існування інших мікроскопічних істот. Наприклад, аероби поглинаючи кисень, створюють сприятливі умови для розвитку анаеробів. Симбіоз – асоціація двох різних видів мікроорганізмів в умовах тісного і довгого просторового контакту, коли обидва партнери взаємно адаптуються до сумісного існування. Симтрофізм – відношення мікроорганізмів, при яких спостерігається взаємне постачання необхідними поживними речовинами. Наприклад: гриб роду Mucor і дріжджі роду Rhoolotorula потребують вітамін В1 (тіамін). Якщо ці мікроорганізми вирощувати в змішаній культурі, то перший вид буде виділяти пірілідитовий, а другий тіазоловий компоненти і потреби обох будуть задоволені. Коменсалізм – це вид симбіатичних відношень мікроорганізмів коли один вид займає вигідні позиції неприносячи шкоду іншому. Наприклад: в приготуванні гардського сиру використовують один вид гриба і один вид бактерії. Гриб окислює кислоти , які знаходяться в сирі і цим самим створює оптимальні умови для розвитку бактерій. Протокооперація – це взаємокорисне співжиття двох партнерів, причому зовсім необов’язкове для їх існування. Наприклад: система, кооперуюча в грунті, представляє цельолозолітивні бактерії і мікроорганізми, які асимілюють атмосферний азот. Азотобактерії здатні зв’язувати азот, але активність азотофіксації залежить від грунтових запасів легкозасвоюваних джерел вуглецю, таких як глюкоза, яка вивільняється при ферментному розкладі целюлози, целюлозорозрушуючи бактерії в обмін глюкози одержують необхідні для їх росту і розвитку азотнені сполуки, які виділяються азотфіксуючими організмами в грунт. Сапрофінізм – живлення мікроорганізмів відмерлими рештками органічного рослинного і тваринного походження. Паразитизм – один мікроорганізм розвивається за рахунок іншого, призводячи до його загибелі. Паразитизм без контакту з господарем в грунті зустрічається досить часто і проявляється в тому, що паразити виділяють ферменти, які здатні розчиняти атаковані клітини бактерій. Паразитизм в контакті з господарем проявляється в нападі одних мікроорганізмів на інші: поїдання бактерій – найпростіших; бактерії роду Bdellovibrio здатні вбивати і поїдати бактерії інших видів; окремі види грибів поїдають водорості або інші види грибів, особливо хижі гриби Chytudiales. Антаголизм – коли продукти життєдіяльності одного виду тормозять розвиток іншого або навіть визивають його загибель (наприклад: молочнокислі бактерії служать антаноїдам гнилостини). Конкуренція – оснований на боротьбі за субстрати і якій супроводжується виділенням токсинів. В багатьох випадках згубна дія мікробів–антагонистів зв’язана з виділенням ними в середовище антибіотиків (біологічно активні хімічні речовини, здатні навіть в малих кількостях подавляти ріст мікроорганізмів). Відомо вже більше 2000 антибіотиків. До синтезу антибіотиків здатні головним чином гриби (Aspergiclus, Penicillinium), актиноміцети (Streptomices) та деякі бактерії. Як хіміотерапевтичний засіб застосовують біля п’ятидесяти (пеніцилін, стрептоміцин, граміцидин С, хлортетрадиклін, грізеофульвін та ін.) Мікрофлора повітря Вперше мікроорганізми вповітрі були виявлені Л. Пастером ще в другій половині XIX ст. Потрапляють туди вони з грунту разом з пилом, а також з дрібними крапельеами води, які здуваються з водної поверхні та іншими шляхами. З пилинками мікроби потрапляють навіть в нижні шари стратосфери. Чим більше забруднюватиметься повітря пилом, димом, кіптявою, тим більше в ньому мікроорганізмів. Найчастіше в повітря потрапляють спори Bacillus i Clostriolium, конідії грибів, шматки міцелію, цисти найпростіших і одноклітинних водоростей, пилок рослин, різні мікрококи і сарцини. Bacillus subtitius, Bacilus megaterium, Bacilus cereus, актиноліцети, цвілеві та дріжджові гриби та інше. Кількісний та якісний склад мікрофлори повітря в основному залежить від пори року, погоди, місця збору, швидкості й напряму вітру, густоти населення. Найбільша кількість мікроорганізмів у повітрі спостерігається над великими промисловими містами, менша – над сільською місцевістю, найменша – над морями, льодяними полями, горами і лісами. У лісах, особливо хвойних, мікробів дуже мало, бо на них згубно впливають леткі речовини – фітонциди. З віддаленням від населених пунктів кількість мікробів у повітрі постійно зменшується. Велике значення для зменшення кількості мікробів у повітрі мають зелені насадження, оскільки рослини не тільки виділяють фітонциди, а завдяки листковій поверхні мають значну пилозатримуючу здатність. Найбільше мікроорганізмів в повітрі в закритих приміщеннях, особливо там, де супчується багато людей. Потрапляють мікроорганізми у повітря не тільки з пилом, а й з крапильками слини й слизу, які виділяє людина при кашлі, чханні, під час сміху або розмови. Наприклад, при чханні та кашлянні викидається в повітря близько 60 000 крапельок, в яких міститься велика кількість різних мікробів. Відомо, що людина всередньму вдихає за добу до 14 тис. літрів повітря, при цьому 99,8% мікроорганізмів, які містяться в повітрі, затримуються в дихальних шляхах. Саме через повітря можуть передаватись збудники грипу, корі, дифтерії, стафілококових, стрептококових і менінгококових захворювань, ангін, туберкульозу та ін. Орієнтовним критерієм чистоти жилих приміщень вважають такий стан, коли в 1 м3 міститься не більш як 1500 бактерій і 16 стрептококів. Своєчасне побілення, щоденне влоге прибирання приміщень, систематична вентиляція зменшують кількість мікроорганізмів у повітрі. В окремих випадках для очищення повітря застосовують дезінфекцію такими антисептиками, як технічна молочна кислота і триетиленгліколь. Кількісний та якісний склад мікрофлори повітря досліджують різними методами. У верхніх шарах атмофери вивчають мікроорганізми з літаків і аеростатів спеціальною апаратурою, яка включає можливість зараження середовища через присутність людини. Більшість методів вивчення мікрофлори повітря пов’язана з вирощуванням їх на поживних середовищах та наступним аналізом і підрахунком кількості колоній, які утворились з бактеріальних клітин або спор. Для цієї мети використовують спеціальні прилади для аналізу і підрахунку колоній мікроорганізмів. Мікрофлора води Вода є середовищем в якому мікроорганізми можуть розмножуватись оскільки у водах завжди міститься та чи інша кількість органічних і мінеральних речовин, що можуть використовуватись для живлення мікробів. Кількість і якісний склад мікрофлори різних природніх джерел води різноманітний. Він залежить, насамперед, від забруднення води. Особливо багатий і різноманітний склад мікробів у стічних водах. Загальна кількість мікробів в 1 мл активного мулу стічних вод за прямим підрахунком становить 10–20 млрд. У зв’язку з бурхливим розвитком промисловості і збільшенням чисельності населення міст різко збільшилась різноманітність стічних вод, які часто не очищеними спускаються у відкриті водоймища і ріки. Саме цей фактор є джерелом забруднення рік. Склад і кількість мікробів відкритого водоймища залежить від хімічного складу води, заселеності прибережних районів, пір року ті інших причин. Переважну більшість мікрофлори річок, озер, каналів становить група кокоподібних сапрофітних бактерій (до 80%). Найбільш поширеними представникоми з них є: Micrococus roseus, Micrococus agilis, Micrococus candidus, А також неспороносні паличкоподібні бактерії: Pseudomonas flourescens, Bacterium Violaceum, Clostridium perfingers. Залежно від ступеня забрудненості водойм можуть знаходитись і печний час зберігати свою життєдіяльність патогенні мікроби. Наприклад, у відкритих водоймах і у проточній воді збудник дезинтерії може знаходитись від кількох днів до кількох місяців, а холерний вібріон – до 3 місяців. Склад мікрофлори підземних вод (артезіанська, джерельна та інші), залежить в основному від глибини залягання водоносного шару, характеру грунту та ін., води, які залягають на великих глибинах містять дуже мало мікроорганізмів. Підземні води, які добувають з невиликих глибин через звичайні колодязі, куди можуть просочуватись поверхневі води, містять багато бактерії, серед яких трапляються і патогенні. Ступінь забруднення води мікробами прийнято виражати сапрбністю – сукупністю організмів, що живуть у водах і містять велику кількість тваринних або рослинних решток. За кількістю мікроорганізмів, що живуть у воді, водойми поділяють на такі зони: 1. Олігсапробна зона. Число бактерій у 1 мл складає сотні тисяч, кількість кишкової палички незначна. Це зона помірного забруднення, в ній відбувається дальша мінералізація органічних речовин. Колі–титр – від 0,05 до 1. 2. Полісапробна зона. Вода у цій зоні дуже забруднена, бідні на кисень і багата на органічні сполуки. Кількість бактерій в 1 мл складає 1млн і більше, багато кишкової палички і анаеробних бактерій, які зумовлюють процеси гниття і бродіння. Колі–титр тут від 0,005 – до 0,001. Виділять ще так звану катаробну зону, або зону дуже чистої води. Це водойми, розміщені далеко від населених пунктів. Дуже чиста вода в них буває в осінньо–зимовий час. Колі–титр цієї води становить 10–100. Питна вода за своїм складом і властивостями має бути безпечною в епедимічному відношенні, нешкідливою за хімічним складом і мати хороші органоліптичні властивості. Якість питної води оцінюється комплексом хімічних, органоліптичних і бактеріологічних показників. Ступінь бактеріологічної забрудненостіводи оцінюють за такими показниками: колі–титром і колі–індексом. Найменша кількість води (мл) в якій виявляють хоча б одну клітину E. coli, називається колі–титром. Колі–індекс – кількість клітин E. сoli, виявлених у 1 л води. Питна вода добра тоді, коли колі–титр дорівнює 300–330 мл, а колі–індекс – 2–3. Іншими словами, питна вода вважається доброю, якщо мікробів в 1 мл до 100, сумнівною – при наявності 100–150, забрудненою – при 500 і більше. Вода джерел централізованого господарсько–питного водозабезпечення не повинна містити забрудників кишкових захворювань і мати колі–індекс не більше, як 10 000 (колі– титр – не нижче 0,1). Погіршення цих показників свідчить про необхідність проведення профілактичної дезинфекції. Очистка питних вод. При використанні поверхневих вод на комунальних водопровідних станціях першим етапом очистки їх є механічна очистка від грубих домішок, а іноді з попереднім хлоруванням. Далі для повнішого освітлення освітлення застосовують коагуляцію води солями алюмінію і заліза з наступним відстоюванням. Після цього її фільтрують крізь кварцевий пісок або подрібнений антирацит. Проте і після фільтрування у воді залишається деяка кількість мікробів, серед яких можуть бути і патогенні, а тому профільтровану воду знезаражують – дезінфікують хлоруванням. У практику водозабезпеченя увійшли також і нові методи дезінфекції води – озонування і опромінювання. Очистка стічних вод. Крім промислових забруднених вод чимала кількість забруднених стічних вод утворюється також в результаті використання населенням чистої води для господарсько–побутових потреб (приблизно від 125 до 420 л на 1 людину за добу). Стічні води очищають фізичними, хімічними і біологічними методами. Очистка в природніх умовах здійснюється шляхом фільтрації стічних вод через грунти на спеціальних полях фільтрації і полях зрошення. Широко застосовується біологічна очистка стічних вод у штучних умовах на спеціальнх очисних спорудах – біологічних фільтрах і аеротенках. Після біофільтра і аеротенка вода надходить у водостойники. На багатьох каналізаційних станціях воду після відстоювання дезинфікують (хлором або хлорним вапном). Роль мікробів у продуктивності і самоочищенні водоймищ. Водне середовище і організми, які населяють його тісно взаємозв’язані. Найрізноманітніша мікрофлора спостерігається в неглибоких водах поблизуберегів різних водойм, що пояснюється скупченням великої кількості поживних речовин.Мікробів знаходять у морях і океанах на різних глибинах.У товщі води на глибині 3500 м у районі Північного полюса кількість сапрофітних бактерій на 1 літр води становила 350, а після витримування проби води протягом 60 днів при t=18–22°C кількість сапрофітних бактерій зросла до 5 млн. Велике значення для розвитку як водоростей, найпростіших, так і для вищих рослин і тварин різних водойм мають представники бактеріопланктону, насамперед, сапрофіти. Рештки водних рослин і тварин розкладаються ними до утворення мінеральних сполук, які знову включаються в кругообіг речови. Крім того бактеріями живляться багато представників зоопланктону: Amoeba proteus Calanus finmarchicus Cyclops strenius Які в свою чергу є цінним кормом для багатьох організмів, що живуть у воді. Дослідження останніх років, проведені в нашій країні, дали змогу докладно вивчити мікрофлору різних водойм, зокрема світового океану, і приступити до розв’язання важливого питання про різну продуктивність річок, озер, морів і океанів та роль мікробів в її підвищенні. Мікроорганізми (сапрофітні) відіграють дуже важливу роль в самоочищенні різних водойм. Вони поступово окисляють органічні речовини, які потрапляють у водойми або утворилися там. Із зниженням вмісту цих речовин зменшується кількість сапрофітних бактерій. У водоймах поступово відновлюються нормальні екологічні умови, фауна і флора. Такий процес очищення водойм від органічних забруднень бактерій називається природним очищенням. Значну роль у самоочищенні води відіграє також вища водна рослинність. На її органах розвиваються численні організми, які мають здатність здійснювати мінералізацію органічних речовин. Слід підкреслити, що води різного ступеня забрудненості, що містять органічні речовини в різних стадіях мінералізації, мають певний комплекс мікроорганізмів, водних рослин і тварин. Важливим є і те, що при скиданні в природні водойми великої кількості забруднених стічних вод вони не можуть швидко переробляти цю величезну кількість забруднень. У зв’язку з цим спускання стічних вод у річки та інші водойми без попередньої обробки не дозволяється. В зв’зку з охороною водойм і природи вцілому постійний санітарний нагляд і бактеріологічний контроль за кількістю джерел водозабезпечення, який систематично проводиться, має велике значення для профілактики багатьох інфекційних захворювань і забезпечення доброякісною питною водою. За останні роки нагромаджено значний досвід з організації бактеріологічного і вірусологічного контролю води. Вивчення і облік мікрофлори води проводять методом Ісаченка, методом агарових пластинок, методом мембранних фільтрів, бродильним методом, застосовують люмінісцентно–серологічний метод, капілярну мікроскопію та ін. Мікрофлора грунту Засновники наукового грунтознавства В. В. Докучаєв, П. А. Кретичев, В. Р. Вільямс і грунтовної мікробіології С. М. Виноградський, В. Л. Омелянський, Д. Й. Нановський, С. П. Костичев та інші у своїх працях показали, що мікроорганізмам належить винятково важлива роль у процесах ґрунтоутворення. Адже під впливом біологічного фактора виникає основна властивість ґрунту, яка відрізняє його від материнської породи – родючість.
