Действие физических факторов на микроорганизмы

Среди физических факторов, влияющих на рост и размножение микроорганизмов, наибольшее значение имеет температура. По отношению к существованию в различных температурных режимах микроорганизмы делят на мезофильные формы, оптимальная температура для которых составляет 25-40⁰С. К мезофилам относится подавляющее большинство как сапрофитных, так и патогенных бактерий.

Среди бактерий – обитателей глубин океанов, тундровых почв встречаются сапрофитные бактерии – психрофилы, которые размножаются при температуре ниже 20⁰С. Термофильные микроорганизмы, заселяющие, например, воды горячих источников, способны размножаться при температуре выше 70⁰С.

Бактерии-мезофилы в вегетативном состоянии чувствительны к повышению температуры до 50-55⁰С. При этом происходит денатурация ферментных белков бактериальной клетки, что ведет к гибели организма. Спорообразующие бактерии – бациллы – более устойчивы к повышению температуры, многие из них способны выдерживать в течение нескольких часов нагревание до 100-110⁰. Однако, чувствительность к повышенной температуре колеблется у бактерий в зависимости от условий культивирования, состава питательной среды, длительности экспозиции температурного влияния и других факторов.

При температуре ниже оптимальной на 5-10⁰С бактерии не погибают, однако, их размножение задерживается в связи с торможением обмена веществ. Для сохранения вегетативных форм бактерий при пониженной температуре применяют вещества с высокой вязкостью, которые предохраняют цитоплазму бактериальной клетки от разрушения кристаллами льда. Такие вещества называют криопротекторами. К ним относятся желатина, раствор альбумина, глицерин, 40% раствор сахарозы. Криопротекторы используют для длительного хранения культур бактерий при минусовых температурах, а также при лиофильном высушивании микроорганизмов. Лиофильное высушивание предусматривает переход вещества из замороженного состояния в сухое, минуя жидкую фазу. Это достигается при нагревании замороженных культур бактерий в условиях вакуума и используется при приготовлении иммунобиологических препаратов.

Кроме температурного фактора на бактерии влияют и факторы осмотического и гидростатического давления. Бактерии, дрожжи и плесневые грибы устойчивы к гидростатическому давлению. Они переносят давление 1000-3000 атм, а спороносные бактерии - до 20 000 атм. При таком высоком давлении снижается активность бактериальных ферментов и токсинов. Осмотическое давление отрицательно влияет на биохимическую активность микроорганизмов. Повышение концентрации солей задерживает развитие многих бактерий, однако, есть виды способные развиваться в присутствии концентрированных растворов солей, такие бактерии называют осмофильными (галофильными). Осмотическое давление в клетке регулирует цитоплазматическая мембрана. При высоком осмотическом давлении окружающей среды происходит плазмолиз. Плазмолиз явление обратимое, и если понизить осмотическое давление окружающего микроорганизмы раствора, вода поступает внутрь клетки и возникает явление противоположное плазмолизу – плазмоптиз.

К физическим факторам, влияющим на микроорганизмы, относят также и влияние лучистой энергии. Большинство патогенных бактерий плохо переносят прямой солнечный свет. На этом основано использование ультрафиолетового света с целью обеззараживания (стерилизации) воздуха в помещениях медицинских учреждений. Как УФ-свет, так и рентгеновские лучи, и другие виды ионизирующего излучения оказывают на микроорганизмы летальное или мутагенное действие. Наиболее эффективны короткие лучи ультрафиолетового спектра с длиной волны около 280 нм. Такие лучи поглощаются нуклеиновыми кислотами клетки, при этом поражаются пиримидиновые основания и клетки погибают в результате возникновения летальных мутаций. Часть облученных клеток популяции способна к восстановлению, репарации ДНК. Репарация облученных молекул ДНК происходит при фотореактивации клеток, для этого необходимо воздействовать на клетки повторно лучами более длинноволновой области (520-550 нм) или провести «темновую реактивацию».

Радиоактивное излучение также губительным образом действует на микроорганизмы. При этом значение имеют морфологическое и физиологическое состояние микроорганизма, экспозиция, доза облучения. Бактерии более чувствительны к ионизирующему облучению, чем вирусы. Механизм действия ионизирующей радиации так же связан с изменением нуклеиновых кислот клетки. Ионизирующая радиация в отдельных случаях используется в практике здравоохранения для стерилизации лекарственных веществ, хирургических материалов.

Ультразвуковые волны при частоте колебания 1-1,3 мГц в течение 10 мин оказывает бактерицидный эффект на клетки микроорганизмов. Ультразвук способствует разрыву клеточных стенок и мембран, повреждению флагеллина у подвижных форм микроорганизмов. Влияние ультразвука основано на механическом разрушении микроорганизмов в результате возникновения высокого давления внутри клетки или на появлении гидроксильных радикалов и атомарного кислорода в водной среде цитоплазмы. Это позволяет использовать его в качестве стерилизующего агента, а также применять для инактивации и дезинтеграции вирусов с целью получения антигенов и вирусных вакцин.