Глава 2. Влияние внешней среды на развитие и жизнедеятельность микроорганизмов

Жизнь микробов протекает в непрерывном взаимодействии с условиями внешней среды. Микробиология имеет много фактов, доказывающих возможность получения под влиянием воздействия факторов среды новых форм с новыми свойствами и управления процессами, вызываемыми микроорганизмами.

Такое взаимодействие между микробами и средой представляет исключительный практический интерес, так как, зная факторы, способствующие развитию микробов или подавляющие их развитие, мы можем в значительной степени регулировать жизнедеятельность микробов в своих интересах.

Все факторы внешней среды, оказывающие влияние на жизнедеятельность микробов, можно разделить на три группы: 1) физические (влажность, температура, свет, концентрация растворенных в воде веществ); 2) химические (реакция среды, окислительно-восстановительные условия, действие различных веществ); 3) биологические (антагонизм между микробами, симбиоз, антибиотики, витамины, фаги).

1. Влажность. Вся жизнедеятельность микробной клетки связана с наличием в среде влаги. Высушивание, приводящее к обезвоживанию клетки, действует губительно на микробы. Скорость

отмирания под влиянием высушивания различная у различных видов микробов: так, у холерного вибриона - до двух суток, у дифтерийной палочки - до тридцати дней брюшнотифозной палочки - до семидесяти дней, у туберкулезной палочки и стафилококка - до девяноста дней. К весьма чувствительным к высушиванию относятся нитрифицирующие, клубеньковые бактерии, азотобактер. Оптимальной для них является влажность почвы 40-80% полной влагоемкости. Более устойчивы к высушиванию сапрофиты. Хорошо переносят высушивание молочнокислые бактерии, дрожжи (годами). Очень устойчивы к высушиванию споры бактерий, ибо вода в них находится в связанном состоянии. Они могут сохраняться высушенными до сотни лет. Споры разных грибов также очень устойчивы. В высушенном состоянии микробы не проявляют жизнедеятельности заметным образом, но биологические их свойства сохраняются.

Такое действие высушивания на микробы широко использовано для консервирования различных продуктов. Сушке подвергают рыбу, мясо, фрукты, овощи, грибы, траву на сено, лекарственные травы. При малом содержании воды в субстрате микробная клетка не может поглощать из него воду и не развивается. При влажности пищевого продукта ниже 30% от полной влагоемкости развитие бактерий приостанавливается, а ниже 15% приостанавливается развитие грибов. Но в этих условиях жизнь многих микробов все же сохраняется долгое время, и при достаточном увлажнении активность их восстанавливается, что может привести к порче продукта.

Устойчивость к высушиванию в настоящее время искусственно повышают. Для этого высушивание производят при низкой температуре путем замораживания в безвоздушном пространстве. Высушенные таким образом микробы остаются жизнеспособными в течение ряда месяцев, лет без изменения их биологических свойств. Так сохраняются культуры микробов, живые ослабленные вакцины, фаги.

2. Температура. Микробы обладают в сравнении с высшими организмами значительно большей приспособляемостью к температурным условиям. Так, сенная палочка может развиваться от 5

до 57°, многие сапрофитные бактерии - от 20 до 35°. Однако у большинства патогенных микробов, приспособившихся в процессе эволюции к паразитированию в теле теплокровных, температурные пределы ограничены температурой тела хозяина - 36-37°.

Различают температуры оптимальные, минимальные и максимальные для развития микробов. Оптимальной температурой для микроба является та, при которой он лучше всего растет и размножается, она обычно совпадает с температурными условиями естественной среды обитания микроба. При температурном минимуме и максимуме развитие микроба возможно, но в ограниченных масштабах, и за их пределами оно прекращается.

Микроорганизмы в отношении температуры разделяются на три физиологические группы:

1. Психрофильные (психрос - холодный) приспособились в процессе эволюции к жизни при низких температурах. Для них оптимальной температурой является 20°. Это главным образом обитатели северных морей и почв.

2. Мезофильные (мезос - средний) имеют оптимум 20-35°. К этой группе относится большинство сапрофитных бактерий и грибов.

3. Термофильные (термос - теплый) имеют оптимум 30-60°. Они встречаются в навозе, в почве, в горячих источниках.

Высокие и низкие температуры оказывают далеко не одинаковое влияние на микробы. Наиболее губительны для них высокие температуры. Повышение температуры за пределы максимума вызывает гибель микробов, ибо при этом происходит свертывание белков микробной клетки, повреждение ферментов. Так, гибель неспороносных бактерий при 60° наступает через 30 мин, при 70° - через 10-15 мин, при 80-100° через 1 мин. В противоположность вегетативным формам бактерий их споры несравненно более устойчивы, так как они содержат гораздо меньше свободной воды. Споры анаэробов - палочки столбняка выдерживают кипячение до 3 часов, палочки ботулинуса - до 6 часов, Вас. mesentericus - еще продолжительнее. Это наиболее устойчивая к температуре живая материя на Земле. Споры аэробной сибиреязвенной палочки переносят кипячение до 15 мин.