Экология микроорганизмов, их экологические среды. Действие физических и химических факторов окружающей среды на микроорганизмы

Тема 1.3: «Экология микроорганизмов, их экологические среды. Действие физических и химических факторов окружающей среды на микроорганизмы».

План

1. Распространение микроорганизмов в природе.

2. Микрофлора воды, почвы, воздуха.

3. Нормальная микрофлора организма человека.

4.Влияние физических факторов на микроорганизмы. Понятие о стерилизации.

6.Влияние химических факторов на микроорганизмы. Понятие о дезинфекции

7. Влияние биологических факторов.

8. Симбиоз и антагонизм в мире микроорганизмов.

Распространение микроорганизмов в природе

В природе микроорганизмы заселяют практически любую среду (почва, воздух, вода) и распространены гораздо шире, чем другие живые существа.

Как писал известный отечественный микробиолог В.Л. Омелянский: «… Мириады микробов населяют стихии и окружают нас. Незримо они сопутствуют человеку на всем его жизненном пути, властно вторгаясь в его жизнь, то в качестве врагов, то, как друзья». Благодаря разнообразию механизмов утилизации источников питания и энергии, а также выраженной адаптации к внешним воздействиям, микроорганизмы могут обитать там, где другие формы жизни не выживают. Естественные среды обитания большей части организмов – воды, почва и воздух. Число организмов, обитающих на растениях и в организмах животных, значительно меньше. Широкое распространение микроорганизмов связано с легкостью их распространения по воздуху и воде; в частности, поверхность и дно пресноводных и соленых водоемов, а также несколько сантиметров верхнего слоя почвы, разрушающие органические вещества. Меньшее количество микроорганизмов колонизирует поверхность и некоторые внутренние полости животных и растений. В зонах обитания микроорганизмы образуют биоценозы – сложные ассоциации со специфическими и часто необычными взаимоотношениями. Каждое микробное сообщество в конкретном биоценозе образуют специфические аутохтонные (водные) микроорганизмы, т.е. микробы, присуще конкретной области. В состав этих сообществ могут внедряться аллохтонные микробы, обычно в них не встречающиеся. В природных биоценозах выживают и размножаются лишь те микроорганизмы, которым благоприятствует окружающая среда; их рост прекращается, как только меняются условия окружающей среды. В природе большую часть бактерий поедают хищные простейшие, но часть клеток каждого вида выживает; при наступлении благоприятных условий они дают начало новым клонам микроорганизмов.

Микрофлора почвы

В почве микроорганизмы находят наиболее благоприятные условия своего развития. Состав и общая микробная обсемененность зависят от типа, физико-химических свойств, степени окультуренности почвы, географического расположения и климатических условий. Наиболее богата микроорганизмами культурная, выделываемая почва (до 5 млрд. в 1 гр. почвы), наименее – почва пустынь, бедная влагой и органическими веществами9 200 млн. в 1 гр.) Неравномерное распределение микроорганизмов в разных слоях почвы. В поверхностном слое вследствие действия солнечных лучей и высыхания микробов сравнительно мало, на глубине 10-20 см число их достигает максимума и затем, по мере углубления, количество микробов уменьшается. Микрофлора почвы разнообразна: состоит из нитрифицирующих, целлюлозоразлагающих бактерий; серо- и железобактерий, грибов, водорослей, простейших. Большинство микроорганизмов, обитающих в почве, принимает участие в круговороте веществ в природе.

Почва может служить путем передачи возбудителей инфекции. С выделениями человека и животных, трупами и отбросами в почву попадают патогенные бактерии. Многие сразу погибают, а некоторые длительно сохраняются в почве и служат источником заражения человека и животных. В зависимости от резервуара и длительности выживания среди патогенных видов выделяют 3 группы: 1) для которых почва является природным резервуаром ( клостридии ботулизма, возбудители микозов, аспергиллы), 2) длительно сохраняющиеся ( клостридии столбняка и газовой гангрены, сибиреязвенная бацилла), 3) 2-3 месяца переживающие в ней ( сальмонеллы, шигеллы, холерный вибрион и энтеровирусы)

Микрофлора воды

Вода является естественной средой обитания многих микробов. В воде рек, озер, морей и океанов постоянно обитает и размножается специфической для них аутохтонная (водная) микрофлора. В воде обитают псевдоманады, микрококки, вибрионы. Могут попасть возбудители инфекционных болезней: кишечная палочка, возбудители брюшного тифа переживают в воде длительное время, а возбудитель холеры размножается. Интенсивность обсеменения воды микроорганизмами и состав микрофлоры водоемов непостоянен и зависит от многих факторов: 1) степени загрязнения водоема сточными , хозяйственными и промышленными водами и т.д. 2) времени года 3) от вида водоема и др.факторов. В прибрежных зонах водоемов численность и видовой состав водных микроорганизмов резко возрастает. Связано это с загрязнением из почвы ливневыми, талыми и хозяйственно-фекальными сточными водами, в которых помимо нормальной и условно-патогенной микрофлоры кишечника человека и животных, могут находиться сальмонеллы, шигеллы, холерные вибрионы, вирус гепатита А.

Вода морей и океанов также богата микроорганизмами, но там их значительно меньше, чем в пресноводных водоемах.

Но вместе с тем в воде постоянно происходят процессы самоочищения- микроорганизмы погибают от действия солнечных лучей и химических веществ, осаждения, воздействия антибиотических веществ, вырабатываемых другими микроорганизмами.

Зоны водоема:

Полисапробные – сильно загрязненные органическими веществами, где выражены гнилостные процессы, вызванные анаэробными бактериями, актиномицетами и грибами. Число бактерий >1 млн.в 1 мл воды
Мезосапробные – умеренно загрязненные; дальнейший распад белков и углеводов осуществляется в основном нитрифицирующими и облигатно-аэробными бактериями. По мере уменьшения органических веществ патогенные виды микробов отмирают, общее количество микробных особей в 1 мл воды снижается до 10 000.
Олигосапробная зона – 10-1000 микробных особей в 1мл воды- содержит небольшое количество органических веществ.

Микрофлора воздуха

Воздух является неблагоприятной средой для микробов, т. к. не содержит питательных веществ. Кроме того, солнечная радиация, смена температуры и др. факторы оказывают неблагоприятное воздействие на микробы. Но несмотря на это, в воздухе постоянно находится значительное количество микроорганизмов, которые попадают в воздух с пылью с поверхности почвы, патогенные микроорганизмы попадают в воздух с капельками слюны и мокроты, при кашле, чиханье, разговоре больных людей. Малоустойчивы патогенные микроорганизмы передаются обычно на близком расстоянии (возбудители кори, гриппа, коклюша). А с частицами пыли переносятся кокки и спороносные бактерии, т. е. более устойчивые (возбудители сибирской язвы, tвс и др.)

Количество микроорганизмов в воздухе колеблется в широких пределах. Наиболее часто встречаются споры грибов и бактерий, пигментные сапрофитные бактерии, плесневые и дрожжевые грибы, различные кокки. Наиболее загрязнен воздух крупных промышленных городов. Меньше микробов в сельской местности, в воздухе над горами, морями. Особенно много бактерий в закрытых помещениях, плохо проветриваемых и при отсутствии влажной уборки.

Нормальная микрофлора организма человека

Организм человека в норме содержит сотни видов микроорганизмов. Термин «нормальная микрофлора» объединяет организмы, более или менее часто выделяемые из организма здорового человека.

Стерильными, т.е. свободными от микроорганизмов, являются кровь, лимфа, внутренние органы, спинной и головной мозг, ликвор. Это обеспечивается наличием неспецифических клеточных и гуморальных факторов иммунитета, препятствующих проникновению в них микробов.

Основные микробные биотопы

Независимо от вирулентных свойств, все бактерии подвергаются воздействию защитных факторов макрорганизма.

Полость рта

В полости рта на микроорганизмы действует слюна, механически смывающая бактерии и содержащая антимикробные вещества. Бактерии полости рта: стрептококки, сптрохеты, микоплазмы, простейшие.Основные поражения полости рта: кариес зубов, пульпиты, периодонты

Кожа

На кожных покровах микроорганизмы подвержены действию бактерицидных факторов сального секрета, повышающих кислотность: микрококки, сарцины, аэробные и анаэробные дифтероиды. Зоны колонизации; эпидермис, кожные железы, верхние отделы волосяных фолликулов.

Дыхательная система

Верхние отделы дыхательных путей приспособлены для осаждения бактерий из вдыхаемого воздуха. Бактерии: негомологические и зеленящие стрептококки, непатогенные нейсерии, стафилококки, энтеробактерии, менингококки, пиогенные стрептококки, пневмококки.

Мочеполовая система

Верхние отделы мочевыводящих путей обычно стерильны. В нижних отделах такие бактерии как, негомологические стрептококки, дифтероиды, грибы рода Candida, Staphylococcus epidermidis.

ЖКТ

В желудке здорового человека микробов практически нет, что вызвано действием желудочного сока, но отдельные виды адаптировались на слизистой оболочке желудка. Верхние отделы тонкой кишки относительно свободны от бактерий, но все же можно обнаружить кандиды, стрептококки и лактобациллы. Очень много бактерий в нижнем отделе тллстой и тонкой кишки.

Роль нормальной микрофлоры

Нормальная микрофлора играет важную роль в защите организма от патогенных микробов. В то же время та флора может вызвать различные инфекционные болезни.

Влияние физических факторов на микроорганизмы. Понятие о стерилизации.

Физические факторы оказывают влияние на развитие микроорганизмов: это температура, высушивание, радиация, ультразвук.

I. Температура: жизнедостаточность каждого организма ограничена определенными температурными границами. Эту температурную зависимость выражают тремя цифрами:

min –температура ниже которой размножение прекращается

оптимум – наилучшая температура для роста и размножения

max – температура выше которой жизнедеятельность ослабляется или прекращается

Все микроорганизмы по отношению к температуре подразделяются на:

Психрофилы ( греч. psychros-холодный) –

min – 0, оптимум - +100С+200С, max – 300С,

обитают в северных морях и океанах, почве, сточных водах и вызывают порчу продуктов на холоде.

Мезофиллы ( mezzos – средний) – наиболее обширная группа. Это большинство сапрофитов и все патогенные микробы.

min-100С, оптимум - +280С+370С, max - +450С

Термофилы

min -300С, оптимум +500С+600С, max +70+750С

встречаются в горячих источниках, поверхностном слое почвы, самонагревающихся субстратах (на воде, сене, зерне) кишечнике и животных. Среди термофилов много споровых форм.

Высокие и низкие температуры оказывают различное влияние на разные микроорганизмы.

Вегетативные формы бактерий мезофиллов погибают при температуре +600С в течение 30-60 мин, а при температуре 80-1000С – через 1-2 мин. Споры

бактерий гораздо устойчивы к высоким температурам. Споры бацилл сибирской язвы выдерживают кипячение 10-20 мин, споры клостридий ботулизма – 6 часов. Все микроорганизмы, включая споры погибают при температуре 165-1700С в течение часа (в сухожаровом шкафу) или при действии пара под давлением 1 атм. (в автоклаве) в течение 30 мин.

Действие высокой температуры на микроорганизмы положено в основу стерилизации – полного освобождения разнообразных объектов от микроорганизмов и их спор.

К действию низких температур многие микробы устойчивы. Сальмонеллы тифа и холерный вибрион длительно выживают во льду.

Действие низкой температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы, что широко применяется для сохранения пищевых продуктов в холодильниках и морозильниках. При температуре <00С микробы впадают в состояние анабиоза – наступает замедление процессов обмена веществ и прекращается размножение. Однако при наличии соответствующих температурных условий и питательной среды жизненные функции микробов восстанавливаются. Это свойство микробов используется в лабораторной практике для сохранения культур микробов при низких температурах.

Однако быстрая смена высокой и низкой температур оказывает губительное влияние на микроорганизмы.

II. Высушивание – приводит к обезвоживанию цитоплазмы, нарушению целостности ЦПМ нарушение питания гибель микробов.

Высушивание также по-разному действует на разнообразные микроорганизмы:

Менингококки, гонококки, лептоспиры, бледная трепонема – через несколько минут погибают.

Холерный вибрион - 2 часа
Сальмонеллы тифа – 70 суток
МКБ tвс – 90 суток (однако высохшая мокрота больных tвс, в которой возбудители защищены сухим белковым чехлом остается заразной 10 месяцев.

Сначала замораживание, а затем высушивание в условиях вакуума. При этом микробные клетки переходят в состояние анабиоза и сохраняют свои биологические свойства в течение нескольких месяцев или лет.

III. Лучистая энергия.

Прямые солнечные лучи 9 УФ - лучи) вызывают гибель многих, особенно патогенных микроорганизмов в течение нескольких часов. Это свойство используется для стерилизации воздуха закрытых помещений ( операционных, перевязочных, боксов и т.д.), а также воды и молока с помощью УФ, бактерицидных ламп.

Другие виды лучистой энергии: рентген. лучи, ,,Y-лучи оказывают губительное действие на микроорганизмы только в больших дозах.

IV. Ультразвук - вызывает значительное поражение микробной клетки. Газы, находящиеся в жидкой среде цитоплазмы, активируются, гибель клетки. Используется для стерилизации пищевых продуктов (молока, соков)

V. Высокое атмосферное давление – устойчивы.

Стерилизация (обеспложивание) – полное уничтожение патогенных и сапрофитных форм микроорганизмов в материалах.

1. Фламбирование - стерилизация в пламени горелки; применяют при стерилизации бактериальных петель, шпателей, пинцетов, игл, пипеток, предметных и покровных стёкол.

2. Стерилизация кипячением - проводится в стерилизаторах и используется для обработки металлических инструментов, стеклянной и металлической посуды, резиновых изделий (перчатки, пробки). При кипячении рекомендуется добавлять к воде 1-2% раствор гидрокарбоната натрия, что повышает стерилизующее действие кипящей воды и предохраняет металлические предметы от ржавчины. Споры некоторых микроорганизмов при кипячении не погибают, т.е. этот вид не обеспечивает полной стерилизации. Продолжительность 30 мин. с момента закипания воды.

3. Стерилизация сухим жаром - проводится в суховоздушных (сухожаровых) шкафах. Так стерилизуют стеклянную посуду (пробирки, колбы, чашки Петри, пипетки и др.). Продолжительность стерилизации при 160 0С-150 мин; при 1800 С-60 мин.

4. Стерилизация текучим паром- осуществляется в текучепаровом аппарате Коха или в автоклаве при открытом кране и проводится в тех случаях, когда стерилизуемый объект изменяет свои свойства при температуре свыше 1000 С. Так стерилизуют питательные среды, содержащие аммиачные соли, молоко, углеводы, картофель, кровь. сыворотку и др. Стерилизуют при 1000 С 3 дня подряд по 30 мин.

5. Тиндализация - дробная стерилизация, при которой жидкость выдерживают 5-6 дней при 56-60 0С с инкубацией её в промежутках между сеансами в термостате. Проводится на водяной бане.

6. Стерилизация паром под давлением - обеспечивает уничтожение вегетативных и споровых форм бактерий при однократной обработке материала. Её проводят в автоклавах при давлении в 1,1 атм-1200 С в теч 45 мин.; при давлении в 2,0 атм-1320 С в теч 20 мин. В автоклаве нельзя стерилизовать пластмассовые изделия и питательные среды, содержащие нативный белок.

7. Стерилизация ультразвуком - осуществляется с помощью ультразвуковых установок. Так стерилизуют одноразовый инструментарий, пластмассовые изделия, молоко, соки (для детского питания).

8. Пастеризация - способ обезвреживания органических жидкостей путём их нагревания до температуры ниже 1000 С, когда гибнут лишь вегетативные формы микробов. Используют для консервирования молока, сливок, соков, желе и др. продуктов в теч. 20-30 мин при 65 0С. В баклабораториях её применяют для стерилизации белковых питательных сред при температуре 55-650 С в теч. 60 или 30 мин 2-3 дня подряд. Проводится на водяной бане.

9. Стерилизация лучевая (холодная) - при помощи установок с радиоактивными источниками излучения (с кобальтом, цезием).Так стерилизуют поливитамины, антибиотики, гормоны, ферменты, кетгут, вату, марлю, одноразовый инструментарий и чашки Петри, трансплантанты. Для большинства неспорообразующих бактерий стерилизующая доза равна 100000-400000 р, для споровых – доза более 1,5-2,5 млн.р.

10. Фильтрация - осуществляется при помощи бактериальных фильтров (свечи Шамберлана, свечи Беркефельда, воронки Бюхнера, фильтры Зейтца, коллодийные фильтры). Фильтрование используют для стерилизации питательных сред содержащих белок, для отделения бактерий и вирусов, фагов, экзотоксинов.

В лабораторной практике стерилизуют посуду, питательные среды, лекарственные препараты и т.д. В медицинской практике – сан. техническое имущество, инструменты, аппараты, мед. одежду, т.е. с помощью стерилизации осуществляется АСЕПТИКА. Под асептикой понимают систему профилактических мероприятий, исключающих возможность инфицирования органов и тканей при лечебно-профилактических манипуляциях, например при операциях, перевязках, эндоскопии. Законы асептики сформулированы ещё в 1890 г. немецким хирургом Э. Бергманом.

Влияние химических факторов на микроорганизмы. Понятие о дезинфекции.

Антисептика - метод подавления жизнедеятельности потенциально патогенных микробов на коже и слизистых оболочках независимо от их состояния.

Влияние химических веществ на микроорганизмы различно в зависимости от природы химического соединения, его концентрации, продолжительности воздействия.

Химические вещества, используемые для дезинфекции называют дезинфицирующими.

Антисептики – химические вещества, которые могут вызывать гибель микробов или задерживать их рост и размножение.

По механизму действия химические вещества, обладающие противомикробной активностью можно подразделить на несколько групп:

1) поверхностно-активные вещества (жирные кислоты, мыла) вызывают снижение поверхностного натяжения нарушение функционирования клеточной стенки и ЦПМ

2) Вызывающие коагуляцию микробных белков (фенол, крезол)

3) Окислители, взаимодействующие с микробными белками нарушение деятельности ферментов денатурация белков (хлор, озон)

Хлорамин хлорная известь – широко употребляется в целях дезинфекции.

Перекись водорода, перманганат К+, иод и др.

4) Формальдегид (40% р-р это формалин) – убивает вегетативные и споровые формы микробов. Он блокирует аминогруппы белков микробной клетки и вызывает их денатурацию

5) Соли тяжелых металлов (ртуть, свинец, цинк и др.) – коагулируют белки микробной клетки гибель.

6) Красители (бриллиантовый зеленый, риванол и др.) – обладают свойством задерживать рост бактерий.

Дезинфекция (обеззараживание) – совокупность способов полного, частичного или селективного (выборочного) уничтожения патогенных микроорганизмов на объектах окружающей среды, и факторах их передачи с целью профилактики инфекционных заболеваний.

Дезинфекция

Профилактическая - проводится Очаговая

с определенной периодичностью

Текущая Заключительная

Многократно в действующих После ликвидации

эпидем. очагах и инфекционных эпидем. очага и выписки больного

больницах в процессе лечения больных

Методы дезинфекции

Очистка, стирка, мытье, проветривание, сжигание, кипячение, возд-е горячего воздуха в сухожаровых камерах и т.д. Но чаще используется химические вещества (дезинфектанты неспецифического действия, которые в рабочих концентрациях оказывают микробоцидное действие.

Влияние биологических факторов.

Микроорганизмы жестко конкурируют между собой. Значительная часть бактерий участвует в конкурентной борьбе, адаптируясь к сосуществованию с другими формами жизни либо вступая с ними в противодействие.

Симбиоз и антагонизм в мире микроорганизмов.

Симбиоз - это сожительство разных видов микроорганизмов, а также сожительство микроорганизмов с другими формами жизни.

Комменсализм - форма симбиоза, при котором один организм живёт за счёт другого, не причиняя ему какого-либо вреда. К микробам-комменсалам относятся многие представители нормальной микрофлоры организма человека: сарцины, дифтероиды, лактобактерии, микрококки, молочнокислые бактерии и др.

Мутуализм - это взаимовыгодное сожительство организмов. Например: симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых растений; лишайники - это симбиоз сине-зелёных водорослей и актиномицетов, или симбиоз кишечной палочки и организма человека.

Промежуточные формы симбиоза

Метабиоз - такое взаимоотношение, когда один организм продолжает процесс, вызванный другим, освобождая его от продуктов жизнедеятельности и тем самым, создавая условия для его дальнейшего развития. Например: нитрифицирующие и аммонифицирующие бактерии.

Сателлизм - когда один из сожителей стимулирует рост другого сочлена. Например: некоторые дрожжи и сарцины продуцируют аминокислоты и витамины, способствуя росту более требовательных к питательным средам микробов.

Синергизм - характеризуется усилением физиологических функций у членов микробной ассоциации. Например: дрожжи и молочнокислые бактерии, фузобактерии и боррелии.

Вирогения - это сожительство некоторых бактерий, простейших с вирусами. Например: вирус гриппа и менингококки, вирусы и микоплазмы при пневмонии и др.

Антагонистический симбиоз - симбиотические отношения, наносящие хозяину более или менее выраженный вред. Существуют внутри- и внеклеточные. Внутриклеточные паразиты – вирусы, риккетсии и хламидии. Внеклеточные паразиты – большинство бактерий и простейших. Факультативные паразиты – большинство условно – патогенных бактерий. Облигатные паразиты живут, разрушая ткани хозяина.

Антагонизм - форма симбиоза, при которой один организм живёт за счёт другого и причиняет ему вред. Например: молочнокислые бактерии являются антагонистами гнилостных бактерий; кишечная палочка-антагонист сальмонелл; патогенные микробы и организм человека являются антагонистами.

Антибиотики. Биологический смысл образования антибиотиков – подавление жизнедеятельности микробов – конкурентов. Антибиотики образуются также в растительных и животных тканях.

Антибиотики растительного происхождения защищают растения – продуценты от патогенных микроорганизмов. К антибиотикам растительного происхождения относятся фитонциды.

Антибиотики животного происхождения – лизоцим, который содержится в слюне, слезной жидкости. Лизоцим – фермент, повреждающий муреиновый слой бактерий.

Бактериоцины – белки, синтезируемые определенными клонами бактерий; они вызывают гибель бактерий того же или близких видов, облегчая конкуренцию за жизненно необходимые субстраты внутри отдельного или близкородственных видов. Они участвуют в формировании и поддержании стабильных бактериальных сообществ. Бактериоциногения более выражена у грам - бактерий, но она известна и у грам + видов. Известно около 200 видов различных бактериоцинов, обычно обозначаемых по родовому и видовому назначению продуцента, - колицины, пестицины, стафилоцины. Основное условие для проявления активности бактериоцина – наличие специфических рецепторов на мембранах клеток – мишеней.

Экология микроорганизмов, их экологические среды. Действие физических и химических факторов окружающей среды на микроорганизмы