Влияние физических и химических факторов на прокариоты

 Микробы сравнительно легко переносят низкие температуры. Однако колебания температуры для них вредны. Большинство микроорганизмов погибает при многократных замораживаниях и оттаиваниях. Высокая температура губительно действует на микробов, так как вызывает свертывание (коагуляцию) их белков. Неспоровые и споровые формы микробов обладают неодинаковой устойчивостью по отношению к высокой температуре. Неспорообразующие микробы погибают при температуре 56—60°С в течение одного часа, споровые формы значительно устойчивее.

       Температура оказывает решающее влияние на жизнедеятельность  микроорганизмов. Различают три  основные температурные точки: оптимальную, минимальную и максимальную. Оптимальная  температура такая, при которой  изучаемый микроорганизм проявляет  свою деятельность наиболее активно; минимальная  — предельно низкая, ниже которой  деятельность микроба приостанавливается. Максимальной называется температура, выше которой жизнедеятельность  микроба также прекращается. Температурный  оптимум, максимум и минимум у  различных видов микроорганизмов  сильно колеблется и зависит от условий  обитания. Встречаются микроорганизмы термофильные (теплолюбивые), они быстро размножаются при 55—60 °С и могут развиваться при 70—80 °С. Это микроорганизмы горячих источников. Встречаются также микроорганизмы пси-хрофилы (холодолюбивые), размножающиеся при 0 °С и даже — 5°С. Это микроорганизмы зимовников для пчел, а также холодильников, вызывающие порчу сотов, перги, меда, пищевых продуктов. Большинство микроорганизмов мезофилы (мезос — средний). Они живут и развиваются при 20—40 °С.

       Температурный оптимум энтомопатогенных (патогенных для насекомых) микроорганизмов  колеблется в широких пределах.

       Высокие температуры оказывают губительное  действие на микробов. Большинство  неспорообразующих микроорганизмов погибает в жидкой среде при температуре 60—70 °С в течение 10—30 мин. Споровые бактерии в жидкой среде погибают при 120 °С в течение 30 мин. Сухой жар убивает споровые и неспоровые бактерии при 170 °С в течение 1—1¹/₂ ч.

       Гидростатическое  давление

       На  бактерии также 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.

       Большинство микроорганизмов, живущих на поверхности  земли или воды, никогда не подвергаются существенным изменениям давления и  растут при давлении ~ 1 атм. Но есть места, где давление значительно  отличается от атмосферного. Повышенное давление в природе наблюдается в глубоких нефтяных скважинах и в глубинных зонах океанов, а в антропогенных системах – в барокамерах и автоклавах. Микроорганизмы, прекращающие рост при повышении давления, называют барочувствительными (пьезочувствительными). К баротолерантным (пьезотолерантным) относят микроорганизмы, растущие при обычном давлении, но способные переносить его повышение до 400 атм. Барофилы (пьезофилы) для нормального роста нуждаются в повышенном давлении (до 900 атм). Микроорганизмы, обнаруженные на дне Марианской впадины, где давление достигает 1016 атм, относят к экстремальным барофилам. Данных об их физиологии очень мало, поскольку работа с такими микроорганизмами требует очень дорогостоящего оборудования для взятия и доставки проб в лабораторию и последующего поддержания культур.

       Осмотическое  давление

       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 .

       Высокая внеклеточная концентрация сахаров  и солей приводит к выходу воды из бактерий и простейших. Это свойство концентрированных растворов сахаров  и поваренной соли применяют для  консервирования пищевых продуктов. Чувствительность микроорганизмов  к такому воздействию вариабельна (например, возбудитель ботулизма  погибает в 6% растворе NaCl, а грибы рода Candida — в 14%). Вещества, повышающие осмотическое давление, не обеспечивают достоверной гибели всех микроорганизмов; сделанные на их основе консервы нельзя считать безопасными.

       Отношение к молекулярному кислороду

       По  своему отношению к кислороду  микроорганизмы условно делятся  на несколько групп. Облигатные аэробы нуждаются в молекулярном кислороде  для окисления питательных веществ  и осуществления аэробного дыхания. Это значительная часть микроорганизмов, живущих на различных поверхностях и в верхних слоях почвы  и водоемов (например, Micrococcus luteus). При культивировании аэробных микроорганизмов необходимо создать условия доступности молекулярного кислорода, так как его растворимость в воде невелика (при 20^оС - 6,2 мл/л). Для этого применяют выращивание в тонком слое среды или обогащение ее кислородом различными способами (перемешивание, барботирование и т.д.).

        Среди аэробов выделяют группу микроорганизмов-микроаэрофилов, которым кислород необходим, но в концентрации ниже атмосферной (менее 5%). Такие организмы встречаются на границе анаэробной и аэробной зон в естественных местообитаниях. К ним относятся многие тионовые и железоокисляющие бактерии (в том числе, представители родов Beggiatoa, Galionella), а также пресноводные спириллы (Spirillum volutans).  
 
 
 
 
 
 

       Spirillum volutans

        Факультативные анаэробы способны переключать свой обмен веществ  в зависимости от наличия или  отсутствия кислорода с аэробного  дыхания на анаэробные процессы. Как  правило, в присутствии кислорода  такие микроорганизмы растут быстрее  и накапливают больше биомассы. К  факультативным анаэробам относятся  Saccharomyces cerevisiae, многие энтеробактерии (E. coli) и бациллы. 
 
 

                                      Saccharomyces cerevisiae

       Облигатные  анаэробы не нуждаются в кислороде  для своей жизнедеятельности, более  того, в его присутствии происходит угнетение или гибель клеток. В  эту группу входят метанобразующие  археи, гомоацетогенные бактерии, большинство сульфатредукторов, некоторые грибы и простейшие. При культивировании облигатных анаэробов используют специальные приемы. Кислород удаляют из среды кипячением, сосуды тщательно укупоривают резиновыми пробками с металлическими колпачками, газовую фазу культивационного сосуда заменяют на азот или аргон. Для удаления следовых количеств кислорода в среду вносят восстановители (сульфид натрия) и в дальнейшем поддерживают анаэробные условия, исключая попадание кислорода при пересевах.

        Группа аэротолерантных анаэробов также не использует кислород в метаболизме, однако некоторое количество кислорода в среде не влияет на их жизнедеятельность. В эту группу входят молочнокислые бактерии и некоторые патогенные стрептококки (Streptococcus pyogenes). 
 
 
 
 
 

                                       Streptococcus pyogenes