Шпаргалка по дисциплине"Микробиология"

* Термостабильность структурных компонентов клетки термофилов. Клеточная стенка, мембраны, рибосомы термофилов значительно более термостабильны, чем соответствующие структуры мезофилов.

Отмирание клеток при нагревании наступает вследствие необратимых изменений в протоплазме: инактивации ферментов, денатурации белков. Большинство вегетативных клеток погибает уже при 60–70 °С в течение 15–30 мин, а при 100 °С в течение нескольких секунд. Дрожжи и плесени также не переносят температуру 50–60 °С.

Споры бактерии вследствие своего строения, химического состава отличаются большой термоустойчивостью, многие из них выдерживают кипячение в течение 5–6 ч (споры Вас. subtilis, Cl. botulimim, Сl. sporogenes). Высокую термоустойчивость проявляют споры при воздействии сухого жара.

По отношению к низкой температуре микроорганизмы проявляют большую устойчивость, несмотря на то, что размножение и биохимическая деятельность микроорганизмов ниже минимальной кардинальной температурной точки прекращаются, гибель самой клетки может не наступать, и в таком анабиотическом состоянии многие микроорганизмы, а особенно споры, остаются жизнеспособными длительное время. 

Под воздействием низких температур, особенно ниже минус 3 – минус 8 °С, в протоплазме клетки происходит ряд необратимых изменений, нарушается обмен веществ, инактивируются ферменты, происходят структурные изменения протоплазмы. Отмечено токсичное действие ионов солей, концентрация которых увеличивается в результате вымораживания воды, имеет значение и механическое повреждение протоплазмы клеток в результате образования внутриклеточных кристаллов льда.

 

34. Влияние физических факторов на микроорганизмы. Влажность.

Жизнедеятельность микроорганизмов возможна только при наличии в среде свободной влаги, связанная вода недоступна для микроорганизмов. Сама клетка на 70–80% состоит из воды, поэтому обезвоживание, высушивание субстрата и клеток микроорганизмов оказывает на них губительное действие.

Для развития микроорганизмов важна не абсолютная величина влажности, а ее доступность, которая обусловлена активностью воды (аw). Этот показатель выражает отношение давления паров над субстратом (Рс) к давлению паров над чистой водой (Р) при одной и той же температуре:                          аw =Рс / Р

Активность воды лежит в интервале от 0 до 1 и характеризует относительную влажность. Микроорганизмы могут осуществлять жизнедеятельность при активности воды от 0,999 до 0,62 и не растут в аэрозолях и во льду.

*Микроорганизмы обладают различной  устойчивостью к высушиванию. Устойчивы  к высушиванию сапрофиты, молочнокислые  бактерии, дрожжи. Особенно устойчивы  к высушиванию споры бактерий  и плесневых грибов, способные сохраняться в высушенном состоянии сотни и тысячи лет.

Нитрифицирующие, клубеньковые бактерии, наоборот, весьма чувствительны к высушиванию и быстро погибают при понижении влажности почвы ниже 40 %. В высушенном состоянии микроорганизмы не проявляют биологической активности, но сохраняют свои свойства; при увеличении влажности жизнедеятельность их полностью восстанавливается.

Микроорганизмы в зависимости от отношения к влажности делятся на следующие группы:

*гидрофиты (влаголюбивые);

*ксерофиты (сухолюбивые);

*мезофиты (средневлаголюбивые).

Для большинства бактерий минимальная влажность субстрата должна составлять 20–30 %, а для грибов – 11–13 %. Развитие микроорганизмов в субстрате, в частности на пищевых продуктах, возможно только при определенной влажности. Влажность продуктов изменяется в зависимости от относительной влажности воздуха, между ними устанавливается определенное подвижное равновесие. Однако различные продукты при одной и той же влажности воздуха могут иметь разную равновесную или активную влажность.

Влажность воздуха может значительно колебаться при уменьшении температуры. Так, с понижением температуры влагоудерживающая способность воздуха понижается, и избыточная влага конденсируется в виде капелек на поверхности продукта. В этом случае микроорганизмы могут быстро перейти в активное состояние, размножиться и вызвать порчу продукта.

Губительное действие высушивания на микроорганизмы широко используют для сохранения различных продуктов.

Сушке подвергают мясо, рыбу, овощи, фрукты, травы.

Методы лиофильной сушки – высушивания путем замораживания в вакууме, успешно применяют для длительного сохранения культур микроорганизмов.

 

35. Влияние физических  факторов на микроорганизмы. Давление. Осмотическое давление. Атмосферное. Гидростатическое давление и вакуум.

1. Осмотическое давление

Внутриклеточное осмотическое давление у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах и в большой степени зависит от среды их обитания.

Некоторые бактерии могут долгое время находиться и даже размножаться в дистиллированной воде, другие виды являются постоянными обитателями соленых озер и развиваются в насыщенных растворах солей, где осмотическое давление превышает сотни атмосфер. Соответственно и внутриклеточное осмотическое давление у таких микроорганизмов велико.

*Осмофильные микроорганизмы –  хорошо приспособленные к развитию  в среде с высоким осмотическим  давлением.

*Галофилы (лат. «half» – соль) (солелюбивые) – развиваются в среде с  высокой концентрацией солей. Подразделяются  на строгие галофилы и галотолерантные бактерии.

При попадании строгих галофилов в разбавленные среды в клетках нарушается обмен веществ, и может наступить гибель вследствии плазмоптиса.

Однако многие галофильные микроорганизмы развиваются в среде с различным и даже низким содержанием NaCl, т. е. способны к осморегуляции.

Большинство микроорганизмов, и особенно группа гнилостных бактерий и кишечная палочка, обладают слабой устойчивостью к повышенному осмотическому давлению. Размножение многих микроорганизмов замедляется уже при 1–3 %-ной концентрации поваренной соли, а при 15–20% почти полностью прекращается.

Диапазон концентрации поваренной соли, задерживающей развитие различных микроорганизмов, весьма велик. Повышение концентрации соли выше указанных пределов резко тормозит обмен веществ, приводит к обезвоживанию протоплазмы, которая съеживается, наблюдается явление плазмолиза. Губительное действие высоких концентраций соли и сахара широко используется для консервирования пищевых продуктов.

2. Атмосферное давление

К повышенному атмосферному давлению бактерии, дрожжи и плесневые грибы проявляют большую устойчивость. Неспороносные бактерии выдерживают давление 400–500 МПа, а споры до 2000 МПа. Активность ферментов и микробных ядов теряется только при 2000 МПа. По отношению к высокому давлению микроорганизмы подразделяются на следующие подгруппы:

*барочувствительные – организмы  с газовыми вакуолями, перестающие  расти при повышении давления;

*баротолерантные – выдерживают  давление до 400 атм, но способны  расти и при обычном давлении;

*барофильные – микроорганизмы, обитающие на больших глубинах  морей и океанов, хорошо приспособленные  к высокому гидростатическому  давлению

3. Гидростатические давление.

При повышении гидростатического давления в клетке происходит ряд изменений в биологических процессах: замедляется скорость реакций, происходит денатурация белковых молекул и диссоциация сложных агрегатов клеток, клетки перестают делиться, в целом энергетические процессы преобладают над биосинтетическими.

4. Вакуум

Влияние вакуума на клетки бактерий связано с потерей воды. Жизнедеятельность бактерий быстро уменьшается по мере того, как общее давление падает ниже давления водяного пара, затем скорость отмирания остается постоянной и не зависит от степени разрежения. Выживание в вакууме вегетативных клеток Е. coli и Вас. subtilis составляет 5%, а спор Вас. subtilis – 20% Повреждение и гибель клеток в вакууме связаны с нарушением мембраны и увеличенным выходом из клетки нуклеиновых кислот.

 

36. Влияние физических  факторов на микроорганизмы. Лучистая энергия, УФЛ, ультразвук.

Существуют различные формы лучистой энергии, характеризующиеся различными свойствами, силой и характером действия на микроорганизмы.

     электромагнитные излучения  с разной длиной волн: радиоволны, инфракрасные лучи, видимый свет, УФ, рентгеновское, гамма-излучение, корпускулярные излучения (альфа- и бета-частицы нейтрона,  протона и другие ядерные частицы).

Рентгеновское, гамма- и корпускулярное относятся к ионизирующим излучениям.

*СВЧ-энергия – электромагнитные ультракороткие волны и микроволны с длиной волны от 10 м до нескольких мм при прохождении через среду вызывают в ней возникновение токов высокой и сверхвысокой частоты. 

Причиной гибели при СВЧ-воздействии является повреждение клетки под влиянием высоких температур. СВЧ-энергия оказывает влияние на генетические признаки микроорганизмов, на изменение интенсивности деления клетки, активность некоторых ферментов, гемолитические свойства. Эффект воздействия сильно зависит от частоты колебаний и времени облучения. Метод нагрева с помощью СВЧ-энергии является перспективным способом тепловой обработки пищевых продуктов: варки, сушки, разогрева, выпечки, стерилизации и пастеризации. 

* Ультрафиолетовые лучи с короткой длиной волны являются наиболее активной частью солнечного спектра. Вследствие присущей им высокой химической и биологической активности, лучи с длиной волны менее 400 нм  вызывают инактивацию ферментов, коагуляцию белков, в результате чего наступает гибель клетки. Губительное действие прямого солнечного света на большинство микроорганизмов обусловлено повреждающим воздействием ультрафиолетовых лучей на ДНК клетки.

Репарация после воздействия УФЛ:

*В молекуле ДНК возникают  тиминовые димеры, ингибирующие  репликацию.

*Эти повреждения могут быть  устранены с помощью фотореактивации  – исправления поврежденного  участка ДНК особым ферментом, расщепляющим тиминовые димеры  и активируемым лучами синего  света.

*Также исправить поврежденные  структуры ДНК может комплекс  ферментов: эндонуклеаза, которая вырезает  поврежденный участок; полимераза, синтезирующая правильную структуру  по комплиментарной цепи; лигаза, сшивающая синтезированные последовательности. Такой механизм носит название темновой репарации

Особенно чувствительны к свету различные патогенные микроорганизмы и гнилостные бактерии рода Pseudomonas. Пигментные бактерии и дрожжи значительно устойчивее к ультрафиолетовому облучению. Наибольшей устойчивостью к действию ультрафиолетовых лучей обладают споры.

В природе существуют микроорганизмы, для жизнедеятельности которых ультрафиолетовые лучи необходимы, это фотосинтезирующие бактерии, которые, подобно зеленым растениям, используют солнечную энергию для синтеза веществ протоплазмы из углекислоты и воды.

Действие ультрафиолетовых лучей широко используют на практике для дезинфекции воздуха лечебных учреждений и заводских помещений, обеззараживания тары, поверхности оборудования, воды.

* Ионизирующая радиация, и в первую очередь гамма-лучи, рентгеновские лучи и ускоренные электроны способны вызывать процесс ионизации, т. е. превращать отдельные атомы и молекулы веществ в электрически заряженные частицы – ионы. 

Под действием ионизирующей радиации происходит радиолиз воды, образование свободных радикалов и перекисей, которые активно вступают в химическое взаимодействие с другими веществами, происходит распад существовавших и возникновение новых веществ, изменяется течение физико-химических процессов.

Микроорганизмы более устойчивы к воздействию радиации, чем более высокоразвитые существа. Большие дозы радиоактивного воздействия, несомненно, губительно воздействуют на микробные клетки. Маленькие дозы, наоборот, способны вызвать мутации в клетки, что может привести к появлению новых признаков, например, таких как устойчивость микроорганизма к воздействию антибиотиков.

Наибольшей устойчивостью к радиации обладают микроорганизмы родов Deinococcus radiodurans, Shizosaccharomyces pombe, Boda marina, которые были выделены из воды атомных реакторов.

Воздействие излучений:

* РАДУРИЗАЦИЯ (лучевая пастеризация) частичное подавление микроорганизмов

* РАДИСИДАЦИЯ уничтожение определенных видов патогенных или токсигенных микроорганизмов

* РАДАППЕРТИЗАЦИЯ практически полное уничтожение м/о в облучаемом продукте (аналогично тепловой стерилизации)

* Ультразвуком принято называть механические колебания с частотами свыше 20000 колебаний в 1 с (20 кГц). С помощью ультразвуковых волн можно вызвать инактивацию ферментов, витаминов, токсинов, разрушить разнообразные материалы и вещества, многоклеточные и одноклеточные организмы. При этом происходит разрыв клеточных оболочек, разрушение клеток. Возникающие в этом процессе химически активные соединения и ионизация воды усугубляют бактерицидный эффект ультразвуковых волн.

Микрококки, споры бактерий отличаются повышенной устойчивостью к действию УЗ-волн. При помощи ультразвука можно осуществить стерилизацию различных жидкостей и даже пищевых продуктов. В последнем случае одновременно происходит их гомогенизация.