Микроорганизмы и окружающая среда

Жизнь микроорганизмов непрерывно связана с окружающей средой. С одной стороны, деятельность микроорганизмов значительно изменяет окружающую среду в результате использования питательных веществ и выделения продуктов обмена; с другой стороны, интенсивность обменных процессов в клетке во многом зависит от условий окружающей среды. Наука о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой называется экологией.

Отдельные свойства среды обитания, воздействующие на микроорганизмы, называются экологическими факторами. Некоторые из них необходимы клетке, а некоторые наоборот, вредны - могут приостановить их рост и размножение, а также привести клетки к гибели. Под воздействием экологических факторов возможен и мутагенез, т.е. изменение наследственных свойств клетки.

Экологические факторы весьма многообразны и изменчивы, поэтому микроорганизмы постоянно адаптируются (приспосабливаются) к ним и регулируют свою жизнедеятельность в соответствии с их изменениями. к гибели, могут быть ликвидированы в определенных условиях и тогда способность к росту и размножению восстанавливается. Это явление называется реактивацией микроорганизмов, оно наблюдается, например, после воздействия некоторых видов лучистой энергии и высокой температуры.

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Они подразделяются на абиотические (факторы неживой природы), биотические (факторы живой природы), и антропогенные (все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания).

По отношению к каждому фактору можно выделить три кардинальные точки. Они определяют не только интенсивность роста микроорганизмов, но и возможность их существования. Минимум – минимальное значение фактора, ниже которого рост не происходит. Максимум - максимальное значение фактора, выше которого рост микроорганизмов практически прекращается. Оптимум - оптимальное значение фактора, при котором рост микроорганизмов проявляется наиболее интенсивно.

Абиотические факторы

Абиотические факторы - это физико-химические условия среды обитания. К ним относятся температура, влажность среды, осмотическое давление, различные виды лучистой энергии, концентрация водородных ионов, кислорода.

Прокариоты (бактерии) способны существовать в гораздо большем диапазоне изменений среды обитания, чем эукариоты (мицелиальные грибы и дрожжи).

Температура

Важнейшим фактором внешней среды является температура. Она определяет скорость размножения микроорганизмов, а также интенсивность протекания химических реакций в процессах обмена веществ в клетках. При переходе к крайним температурам жизненные процессы сначала замедляются, а затем или совсем приостанавливаются, и жизнь переходит в скрытую форму, или вообще прекращаются.

По отношению к температуре микроорганизмы подразделяют на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.

Психрофилы или холодолюбивые микроорганизмы, лучше развиваются при относительно низких температурах. Оптимальная температура их развития от 10 до15⁰С , максимальная около 30⁰С и минимальная - от минус 10 до 0⁰С. к ним относятся в основном обитатели холодных источников, северных морей, обитатели почв полярных стран, микроорганизмы, развивающиеся в холодильниках на охлажденных продуктах и вызывающие их порчу. К ним относятся многие светящиеся морские бактерии.

Мезофилы - предпочитают средние температуры. Для них оптимум 25-40⁰С, максимум - в пределах 45-50⁰С. Мезофилы - наиболее распространенная в природе группа микроорганизмов, обитающих в воде, воздухе, почве, в живых организмах. Мезофилами являются представители дрожжей, мицелиальных грибов, молочно кислых бактерий, кишечной группы бактерий (стафилококки, фекальные стрептококки) и многие другие. Возбудители порчи пищевых продуктов, пищевых отравлений и заболеваний человека в основном являются мезофилами.

Термофилы- теплолюбивые микроорганизмы, лучше развиваются при относительно высоких температурах. Оптимальная температура их развития 50-60⁰С, максимальная - 70-80⁰С, минимальная - около 30⁰С. термофилы довольно широко распространены в природе. Они могут обитать в горячих источниках, в почвах и водоемах жарких стран, в песках пустынь, в кишечнике человека и животных, так как большинство термофилов образуют устойчивые споры.

Среди термофилов следует обратить особое внимание на термотолерантныемикроорганизмы, имеющие максимальную температуру роста при 40-50⁰С, но растут они также и при комнатной температуре. Эта группа микроорганизмов играет важную роль в бродильных производствах.

С жизнедеятельностью термофилов связано явление термогенеза (самосогревания) больших скоплений органических веществ (навоза, торфа, сена, силоса, зерна, хлопка, круп, муки и др.). Термофилы встречаются в продуктах, прошедших тепловую обработку (в консервном, в сахарном и др. производствах). К термофилам и психрофилам относятся в основном бактерии.

Высокие температуры микроорганизмы переносят значительно хуже, чем низкие. Повышение температуры выше максимальной всегда приводит к гибели клетки. Большое значение имеет не только степень нагревания, его продолжительность, но и вид микроорганизма, а также химический состав субстрата (питательной среды), рН и др.

Неспороносные бактерии при нагревании влажных субстратов до 60-70⁰С отмирают в течение 15-30 мин, при 80-100⁰С - через 0,5-3 мин. Дрожжи и мицелиальные грибы погибают уже при 50-60⁰С. Более устойчивыми к нагреванию являются термофилы, обладающие повышенной термоустойчивостью.

Терморезистентность (термоустойчивость) - способность микроорганизмов выдерживать длительное нагревание при температурах, превышающих температурный максимум их развития.

Наиболее термоустойчивыми являются споры бактерий. Во влажной среде их гибель наступает при 120-130⁰С через 20-30 мин, в сухом состоянии при 160-170⁰С - через 1-2 часа. Термоустойчивость спор различных бактерий неодинакова. Особенно устойчивы споры термофильных бактерий (Bacillus stearothermophilus).

Споры большинства дрожжей и мицелиальных грибов по сравнению со спорами бактерий менее устойчивы к нагреванию и погибают довольно быстро при 65-80⁰С.