Зовнішнє середовище мікроорганізмів. Вплив випромінювання на мікроорганізми Причина загибелі мікроорганізмів при дії іонізуючого випромінювання

Близький ультрафіолет (УФ)- випромінювання з довжиною хвилі 400 - 320 нм - навіть у невисоких дозах має на бактерій певну дію. Так, при освітленні ближнім УФ рухомих клітин Е. coli або Salmonella typhimurium спочатку спостерігається збільшення частоти перекидання клітин, тобто. репелентний ефект, потім перекидання повністю припиняються і настає параліч джгутиків, тобто. світло порушує механізми руху та таксису. При цьому хромофор є флавопротеїн.

У сублетальних дозах ближній УФ спричиняє уповільнення зростання культур, головним чином за рахунок подовження лаг-фази. Швидкість поділу клітин також дещо знижується, пригнічується здатність бактерій підтримувати розвиток фага та пригнічується індукція ферментів. Ці ефекти визначаються в основному поглинанням УФ-променів 4-тіоуридіном - незвичайною основою, що є у 8-й позиції у багатьох тРНК прокаріотів (але не в еукаріотів). Найбільший ефект має світло довжиною хвилі близько 340 нм. Збуджений світлом 4-гіоурідін утворює зшивки з цитозином, що знаходиться в 13-му положенні в тРНК, що перешкоджає зв'язуванню тРНК з амінокислотами і призводить до збільшення утворення гуанозинтрифосфату на рибосомах і припинення синтезу РНК і білка відповідно. У Bacillus subtillis виявлена ​​й інша чутлива до ближнього УФ-система, у якої хромофором, що сприймає світло, є менахінон.

При відносно високих дозах опромінення ближнім УФ спостерігаються мутагенні та летальні ефекти. Порушення ДНК викликають не стільки самі УФ-промені, скільки різні інші збуджені світлом молекули. І в цих ефектах має значення поглинання ближнього УФ 4-тіоуредином. Мутагенна та летальна дія ближнього УФ значною мірою залежить від присутності кисню.

Летальний ефект при опроміненні ближнім УФ може бути пов'язаний із пошкодженням не тільки ДНК, але й мембран, зокрема їх транспортних систем. Чутливість до ближнього УФ бактерії може залежати від стадії зростання культури, що не спостерігається при дії далекого УФ.

Ефект дії ближнього УФ може бути опосередкований фотосенсибілізатором. Так, у присутності акридину у E.coli ближній УФ викликає порушення як ДНК, так і зовнішньої цитоплазматичної мембран, внаслідок чого клітини стають чутливими до лізоциму, детергентів, осмотичного шоку.

Близький УФ може за невисоких дозах опромінення викликати фотопроекцію, тобто. знижувати біологічний ефект подальшого опромінення далеким УФ. Уявлення про механізм цього ефекту є суперечливими. При відносно високих дозах опромінення ближнім УФ може спостерігатися протилежний ефект, тобто. посилення дії подальшого опромінення далеким УФ.

Середній УФ- це випромінювання з довжиною хвилі 320 - 290 нм, та далекий УФ- З довжиною хвилі 290 - 200 нм. Біологічні ефекти дії середнього та далекого УФ подібні. Як згадувалося, при опроміненні сонячним світлом загибель бактерій пов'язана переважно з дією УФ. Нижня межа довжини хвилі світла, що потрапляє на земну поверхню, становить близько 290 нм, у дослідженнях використовують джерела світла з меншою довжиною хвилі. Вважають, що резистентність організму до сонячної радіації, як правило, відповідає його стійкості до неіонізуючого випромінювання від штучних джерел.

ДНК інтенсивно поглинає УФ області 240 - 300 нм, тобто. в області середнього та далекого УФ, з піком поглинання в області 254 нм. Цим пояснюється висока мутагенна та летальна ефективність опромінення середнім та далеким УФ. Утворення піримідинових димерів у ДНК є основним механізмом, що зумовлює летальний та мутагенний ефекти. До складу димерів можуть входити 2 сусідні тімінові або цитозинові залишки або 1 тіміновий і 1 цитозиновий залишки. Під впливом УФ-опромінення відбувається також гідроксилювання цитозину та урацилу, утворення цитозин-тимінових аддуктів, зшивок ДНК з білком, формування поперечних зшивок ДНК, розриви ланцюгів та денатурація ДНК. Такі ушкодження зростають у разі підвищення інтенсивності опромінення.

Іонізуюче випромінюванняскладає певний компонент природної радіації, що визначається нестабільними ізотопами, що постійно перебувають у ґрунті та атмосферних опадах. В областях залягання радіоактивних мінералів природне тло радіації підвищено. Ізотопи можуть потрапляти в живі організми, і тоді вони піддаються внутрішньому опроміненню. Бактерії іноді здатні накопичувати деякі елементи дуже великих кількостях.

Іонізуюче випромінювання виникає також під впливом космічних променів. Космічний простір є джерелом первинних космічних променів, які дають початок вторинним, що впливають на живі організми. Інтенсивність такого випромінювання залежить від географічної широти, особливо від висоти над рівнем моря, і приблизно подвоюється кожні 1500 м. Під час сонячних спалахів фон космічної радіації підвищений. Штучне іонізуюче випромінювання виникає в результаті випробувань ядерної зброї, роботи АЕС, застосування радіоізотопів у медичних, наукових та інших цілях Наявність таких джерел - причина того, що мікроорганізми в наші дні зазнають високим дозамопромінення.

Іонізуючі випромінювання також викликають ушкодження ДНК, які прийнято поділяти на прямі та опосередковані, що виникають у зв'язку з утворенням вільних радикалів. Ушкодження переважно являють собою одноланцюгові або дволанцюгові розриви молекули ДНК.

Радіорезистентність різних бактерій варіює у дуже широких межах і контролюється багатьма генами. Порівняно легко можуть бути отримані мутанти, радіорезистентні або радіочутливі. Радіорезистентність залежить насамперед від роботи різних систем репарації та регуляції. При цьому ступеня стійкості організму до випромінювань різних типів, особливо УФ та іонізуючим випромінюваннямможуть не збігатися. Різні репараційні системи бактерій будуть розглянуті нижче.

Встановлено зв'язок радіостійкості бактерій з особливостями її місцеперебування. Так, мікроорганізми, виділені з радонових мінеральних джерел, виявляються в 3 - 10 разів більш резистентними до радіації, ніж ті ж види, виділені з нерадіоактивної води. У охолоджувальних системах ядерних реакторів, де середня доза випромінювання перевищує 10 6 ФЕР (фізичний еквівалент рентгена), мешкають різні бактерії, зокрема представники роду Pseudomonas. Проте переважно важко знайти розумне пояснення адаптаційного значення високої радіостійкості деяких бактерій. Особливо висока радіостійкість деяких коків, виділених із опромінених продуктів. У разі очевидно, що опромінення могло бути чинником відбору, але з чинником, який викликав адаптацію. Так, доза УФ, необхідна для інактивації 90% клітин УФ-резистентного штаму Е. coli, становить близько 1000 ерг/мм “ 2 , у той час як для досягнення такого ж ефекту у Deinococcus radiodurans потрібна доза 10000 - 15000 ерг/мм 2 або 5 х 10 5 радий у випадку радіоактивного опромінення Ще більшою стійкістю до УФ-і у-випромінювання має кокк Deinococcus radiophilus. розриви ДНК, летальні більшість мікроорганізмів.

Ступінь радіостійкості деяких бактерій значно перевищує граничний рівень радіації, з яким організми можуть стикатися у природі. Найбільш ймовірним поясненням цієї невідповідності може бути припущення про те, що радіостійкість - лише один із різноманітних проявів дії систем широкого призначення. Правильніше було б говорити про ступінь стійкості бактерій до певних порушень у структурі їх клітин, ніж про стійкість до впливу певних факторів середовища, оскільки однакові порушення можуть бути спричинені різними причинами. Це стосується насамперед систем репарації ушкоджень ДНК.

Мікроорганізми зустрічаються в найневідповідніших, на наш погляд, екологічних нішах. Так, деякі види бактерій (Bacillus submarinus) здатні жити в океанах на глибині понад 5000 м, витримуючи гідростатичний тиск понад 3,1-10 8 Па, екстремально термофільні бактерії Thermus aquaticus виділяються з води та мулів гарячих джерел, температура яких досягає 92 ° С , крайні галофільні бактерії виявлені у воді Мертвого моря

Певні чинники середовища можуть по-різному проводити мікроорганізми, діяти ними пригнічуючи або викликати загибель мікробної популяції. Позитивний чи негативний ефект чинного чинника обумовлений як природою самого чинника, і властивостями мікроорганізму.

Вологість.Наявність вологи обумовлює рівень процесів метаболізму в клітині, надходження до неї речовин живильного субстрату, енергію росту та розмноження бактерій.

Більшість бактерій за вологості середовища понад 20% розвиваються нормально.

Висушування бактерій призводить до зневоднення цитоплазми клітини, майже повного припинення процесів метаболізму і зрештою переходу мікробної клітини в стан анабіозу. Використання висушування застосовується під час зберігання харчових продуктів.

Часто й за умов глибокого висушення бактерії зберігають життєздатність. Так, мікобактерії туберкульозу зберігають життєздатність у висохлому мокротинні хворого понад 10 місяців, суперечки бацил сибірки у сухому стані виживають до 10 років. Метод сублімацій (висушування)в даний час широко застосовується для тривалого зберігання живих вакцин проти туберкульозу, чуми, віспи, грипу, а також для утримання виробничих та музейних культур мікроорганізмів.

Температура.Життєдіяльність прокаріотів безпосередньо залежить від температурного діапазону. Він характеризується трьома кардинальними точками: мінімальна температура, нижче за яку припиняється зростання та розвиток бактерій; оптимальна температура, що відповідає найвищій швидкості зростання мікроба, максимальна температура, вище за яку швидкість зростання бактерій практично знижується до нуля. На підставі температурного діапазону всі прокаріоти поділяються на 3 групи: психрофіли, мезофіли та термофіли.

Психофіли(від грец. psychros - холод, phileo - люблю) представлені бактеріями, що розвиваються при низьких температурахвід - 5 до 20-35 0 С. Серед них виділяють підгрупу облігатних психрофілів, нездатних рости при температурі вище 20 °С. Це бактерії глибоких озер, північних морів та океанів. Другу досить велику підгрупу становлять факультативні психрофіли - бактерії, що пристосувалися до дії змінних температур від -5 ° С до 20-35 ° С, населяють зону помірного клімату.

Низькі температури уповільнюють у клітині процеси метаболізму, на цьому ґрунтується використання холодильників, льохів та льодовиків для зберігання харчових продуктів. Багато мікроорганізмів у товщі природних льодівздатні перебувати у стані анабіозу «похованими» до 12000 років.

До мезофілам(від грец. mesos - середній) відноситься переважна маса прокаріотів, для яких температурний діапазон лежить в межах 10-47 ° С, при оптимальних температурах 30-40 ° С. У цю групу входять багато патогенних бактерій, викликають захворюваннятеплокровних тварин та людини.

Термофіли(від грец. thermos - тепло, жар) складають різноманітну групу бактерій, що ростуть у температурному діапазоні від 10 до 55-60 ° С. Факультативні термофіли, однаково успішно розвиваються як при температурі 55-60 ° С, так і при 10-20 ° З облігатні термофіли, не здатні до зростання при температурі нижче 40° С. Екстремальні термофіли живуть при температурі вище 70° С. Вони виділені з гарячих джерел і віднесені до пологів Thermomicrobium, Thermus, Thermothrix та ін. Особливу стійкість до високої температури виявляють суперечки бактерій, що витримують температуру кипіння протягом двох-трьох годин.

Променева енергія. Різні види випромінювань по-різному впливають на бактерії. Інфрачервоне випромінювання (довжини хвиль від 760 нм до 400 мкм) не здатне викликати будь-які суттєві фотохімічні зміни в живих клітинах. Рентгенівські промені (довжини хвиль менше 10 нм) іонізують макромолекули живих клітин. Виникаючі фотохімічні зміни викликають розвиток мутацій чи загибель клітини. Окремі видибактерій мають разючу стійкість до дії рентгенівських променів. Це тіонові бактерії, що мешкають у покладах уранових руд, а також бактерії Micrococcus radiodurans, що виділяються з води атомних реакторів при дозі іонізуючого випромінювання 2-3 млн. рад.

Видимий світло (довжини хвиль від 380 до 760 нм) сприятливо впливає тільки на розвиток фотосинтезирующих бактерій.

Сильним ефектом мають ультрафіолетові промені з довжиною хвилі 253,7 нм. На бактерицидній дії ультрафіолетових променів на бактерії засноване використання їх для знезараження продуктів харчування, живильних середовищ, посуду, а також дезінфекції палат, операційних приміщень пологових будинків.

Ультразвук.Ультразвук – високочастотні коливання звукових хвиль (понад 20000 Гц). Ультразвук має сильну бактерицидну дію на прокаріоти. Сила цієї дії залежить від частоти коливань, тривалості дії, а також від фізіологічного стану та індивідуальних особливостей мікроорганізму. При тривалому озвучуванні мікробної культури спостерігається 100% летальний ефект.

Дія ультразвуку полягає в незворотних фізико-хімічних змінах компонентів мікробної клітини та механічних пошкодженьвсіх клітинних структур. В даний час ультразвук застосовують для стерилізації харчових продуктів, лабораторного обладнання та вакцин.

Реакція середовища.Реакція середовища є одним з важливих факторів, що визначають розвиток бактерій, впливає на розчинність речовин живильного субстрату та надходження їх у клітину. Зміна реакції середовища нерідко супроводжується підвищенням концентрації токсичних сполук.

Прокаріоти по відношенню до кислотності середовища можуть бути розділені на кілька груп. Переважна більшість їх відносяться до нейтрофілів,для яких оптимальне нейтральне середовище. У цій групі багато бактерій здатні виявляти кислотостійкість або лугостійкість.

Серед прокаріотів є ацидофіли,що розвиваються у кислому середовищі зі значенням рН 2–3. До помірних ацидофілів відносяться бактерії, що мешкають у воді кислих боліт та озер, а також у кислих ґрунтах при
рН 3-4. Крайніми ацидофілами є бактерії пологів Thiobacillus та Sulfomonas, а також Thermoplasma acidophila.

Алкалофільнібактерії існують у лужному середовищі. До алкалофільних бактерій відносяться представники роду Bacillus та холерний вібріон, розмноження якого зростає при значенні рН вище 9.

На негативному впливі підвищеної кислотності середовища більшість мікроорганізмів засноване застосування маринадів.

Кисень.Більшість прокаріотів для життєдіяльності потребують кисню і мають назву облігатних (суворих) аеробів.

Облігатні аероби здатні витримувати концентрацію кисню близько 40-50%. Бактерії, для яких молекулярний кисень необхідний у незначних кількостях – не більше 2%, отримали назву мікроаерофілів.

Другу групу прокаріотів становлять мікроорганізми, для життєдіяльності яких молекулярний кисень не потрібен. Такі мікроорганізми дістали назву облігатних анаеробів.До них відносяться маслянокислі, метаноутворюючі, сульфатвідновлюючі та деякі інші бактерії. У клітинах облігатних анаеробів окислення речовин субстрату відбувається без участі кисню.До них відносяться представники пологів Methanobacterium, Methanosarcina, Fusobacterium та ін.

Багато видів маслянокислих бактерій виявляють стійкість до молекулярного кисню і звуться аеротолерантних.Прикладом аеротолерантів є бактерії роду Clostridium. Особливу аеротолерантність виявляють ендоспори олійнокислих бактерій. Прокаріоти, здатні рости як в аеробних, так і в анаеробних умовах і перемикати свій енергетичний метаболізм з одного способу одержання енергії на інший, отримали назву факультативних аеробівабо факультативних анаеробів.Прикладом факультативних анаеробів є денітрифікуючі та десульфофікуючі бактерії, а також велика група ентеробактерій.

Антисептики.Хімічні сполуки, що мають згубну дію на мікроорганізми, отримали назву антисептиків.

Дія антисептика на бактерії може бути бактеріостатичнимабо бактерицидним.Бактеріостатичну дію лише припиняє зростання та розмноження мікробних клітин; бактерицидне – спричиняє загибель бактерій, що нерідко супроводжується лізисом клітин. Отриманий ефект залежить від самої природи хімічних сполук, їх концентрації, від тривалості дії антисептика на мікроорганізми, і навіть від супутніх чинників середовища – температури, величини рН тощо.

Антисептики представлені різними органічними та неорганічними сполуками. З неорганічних сполук сильними антисептиками є солі важких металів – ртуті (сулема), свинцю, срібла, цинку та ін. Солі ртуті, срібла, миш'яку виявляють сильну інгібуючу дію на ферменти мікробної клітини. Навіть у незначних концентраціях 1:1000 солі важких металів спричиняють загибель більшості бактерій протягом декількох хвилин.

З органічних сполук антисептичною дією мають етиловий та ізопропіловий спирти (70%-ні розчини), фенол, крезол та їх похідні, формальдегід. Особливо широке застосування знаходить фенол (карбонова кислота). Більшість мікробів гинуть від дії 1-5% розчину карболової кислоти. Сильним антисептиком є ​​формальдегід.

вання. Інтервал температур, у якому можливе зростання психрофільних бактерій, коливається від -10 до 40 °З, а температурний оптимум - від 15 до 40 °З, наближаючись до температурного оптимуму мезофільних бактерій.

Мезофіли включають основну групу патогенних та умовно-патогенних бактерій. Вони ростуть у діапазоні температур 10-47 ° С; оптимум зростання більшості з них 37 °С.

За більш високих температур (від 40 до 90 ° С) розвиваються термофільні бактерії. На дні океану в гарячих сульфідних водах живуть бактерії, що розвиваються при температурі 250-300 ° С та тиску 262 атм. Термофіли живуть у гарячих джерелах, беруть участь у процесах самонагрівання гною, зерна, сіна. Наявність великої кількостітермофілів у ґрунті свідчить про її забрудненість гною та компостом. Оскільки гній найбільш багатий на термофіли, їх розглядають як показник забрудненості грунту.

Температурний фактор враховують під час проведення стерилізації. Вегетативні форми бактерій гинуть за нормальної температури 60 °З протягом 20-30 хв; суперечки - в автоклаві при 120 ° С під тиском пари.

Добре витримують мікроорганізми вплив низьких температур. Тому їх можна довго зберігати у замороженому стані, у тому числі за температури рідкого газу (-173 °С).

Висушування. Зневоднення викликає порушення функцій більшості мікроорганізмів. Найбільш чутливі до висушування патогенні мікроорганізми (збудники гонореї, менінгіту, холери, черевного тифу, дизентерії та ін.). Більш стійкими є мікроорганізми, захищені слизом мокротиння. Так, бактерії туберкульозу в харкотинні витримують висушування до 90 днів. Стійкі до висушування деякі капсуло- та слизоутворюючі бактерії. Але особливу стійкість мають суперечки бактерій.

Висушування під вакуумом із замороженого стану – ліофілізацію – використовують для продовження життєздатності, консервування мікроорганізмів. Ліофілізовані культури мікроорганізмів та імунобіологічні препаратидовго (протягом кількох років) зберігаються, не змінюючи своїх первісних властивостей.

Дія випромінювання. Неіонізуюче випромінювання - ультрафіолетові та інфрачервоні промені сонячного світла, а також іонізуюче випромінювання - гамма-випромінювання радіоактивних речовині електрони високих енергій згубно діють мікроорганізми через короткий проміжок часу. УФ-промені застосовують для знезараження повітря та різних предметів у лікарнях, пологових будинках, мікробіологічних лабораторіях. З цією метою використовують бактерицидні лампи УФ-випромінювання із довжиною хвилі 200-450 нм.

Іонізуюче випромінювання застосовують для стерилізації одноразового пластикового мікробіологічного посуду, живильних середовищ, перев'язувальних матеріалів, лікарських препаратівта ін Однак є бактерії, стійкі до дії іонізуючих випромінювань, наприклад Micrococcus radiodurans була виділена з ядерного реактора.

Дія хімічних речовин. Хімічні речовини можуть різний вплив на мікроорганізми: служити джерелами харчування; не надавати будь-якого впливу; стимулювати чи придушувати зростання. Хімічні речовини, що знищують мікроорганізми у навколишньому середовищі, називаються дезінфікуючими. Процес знищення мікроорганізмів у довкіллі називається дезінфекцією. Антимікробні хімічні речовини можуть мати бактерицидну, віруліцидну, фунгіцидну дію і т.д.

Хімічні речовини, що використовуються для дезінфекції, відносяться до різних груп, серед яких найбільш широко представлені речовини, що відносяться до хлор-, йод- та бромсо-тримають сполук та окислювачів. У хлорсодержащих препаратах бактерицидну дію має хлор. До цих препаратів відносять хлорне вапно, хлораміни, пантоцид, неопан-тоцид, натрію гіпохлорит, гіпохлорит кальцію, дезам, хлордезин, сульфохлорантин та ін. Перспективними антимікробними препаратами на основі йоду та брому вважаються йодопірин та дибромантин. Інтенсивними окислювачами є перекис водню, калію перманганат та ін. Вони мають виражену бактерицидну дію.

До фенолів та їх похідних відносять фенол, лізол, лізо-ід, креозот, креолін, хлор-р-нафтол та гексахлорофен.

Випускаються також бактерицидні мила: фенолове, дьогтьове, зелене медичне, «Гігієна». Мило «Гігієна» містить 3-5% гексахлорофену, має найкращі бактерицидні властивості і рекомендується для миття рук співробітників інфекційних лікарень, пологових будинків, дитячих установ, підприємств громадського харчування та мікробіологічних лабораторій.

Антимікробну дію мають також кислоти та їх солі (оксолінова, саліцилова, борна); луги (аміак та її солі, бура); спирти (70-80 ° етанол та ін); альдегіди (формальдегід, р-пропіолактон).

Перспективною групою дезінфікуючих речовин є поверхнево-активні речовини, що відносяться до четвертинних сполук та амфолітів, що мають бактерицидні, миючі властивості та низьку токсичність (ніртан, амфо-лан та ін.).

Для дезінфекції точних приладів (наприклад, на космічних кораблях), а також обладнання та апаратури використовують газову суміш із оксиду етилену з метилбромідом. Дезінфекцію проводять у герметичних умовах.

Вплив біологічних факторів. Мікроорганізми знаходяться один з одним у різних взаєминах. Спільне існування двох різних організмів називається симбіозом (від грец. Simbiosis - спільне життя). Розрізняють кілька варіантів корисних взаємин: метабіоз, мутуалізм, комменсалізм, сателізм.

Метабіоз – взаємовідносини між мікроорганізмами, при якому один мікроорганізм використовує для своєї життєдіяльності продукти життєдіяльності іншого організму. Метабіоз характерний для ґрунтових нітрифікуючих бактерій, що використовують для метаболізму аміак - продукт життєдіяльності аммоніфікуючих бактерій.

Мутуалізм – взаємовигідні взаємини між різними організмами. Прикладом мутуалістичного симбіозу є лишайники – симбіоз гриба та синьо-зеленої водорості. Отримуючи від клітин водорості органічні речовини, гриб у свою чергу постачає їм мінеральні солі та захищає від висихання.

Комменсалізм (від латів. commensalis - співтрапезник) - співжиття особин різних видів, при якому вигоду з симбіозу має один вид, не завдаючи іншому шкоди. Комменсалами є бактерії, представники нормальної мікрофлори людини.

Сателізм – посилення зростання одного виду мікроорганізму під впливом іншого мікроорганізму. Наприклад, колонії дріжджів або сарцин, виділяючи в живильне середовище метаболіти, стимулюють зростання навколо них колоній мікроорганізмів. При спільному зростанні кількох видів мікроорганізмів можуть активізуватися їх фізіологічні функції та властивості, що призводить до швидшого впливу на субстрат.

Антагоністичні взаємини, або антагоністичний симбіоз, виражаються у вигляді несприятливого впливу одного виду мікроорганізму на інший, що призводить до пошкодження і навіть загибелі останнього. Мікроорганізми-антагоністи поширені у грунті, воді та організмі людини та тварин. Добре відома антагоністична активність представників нормальної мікрофлори товстого кишечника людини – біфідобактерії, лактобацил, кишкової палички та ін., які є антагоністами гнильної мікрофлори.

Механізм антагоністичних взаємин різноманітний. Поширеною формою антагонізму є утворення антибіотиків – специфічних продуктів обміну мікроорганізмів, що пригнічують розвиток мікроорганізмів інших видів. Існують й інші прояви антагонізму, наприклад, велика швидкість розмноження, продукція бактеріоцинів, зокрема коліцинів, продукція органічних кислот та інших продуктів, що змінюють рН середовища.

4.7. Мікрофлора рослинної лікарської сировини, фітопатогенні мікроорганізми, мікробіологічний контроль лікарських засобів

Рослинна лікарська сировина може обсіменятися мікроорганізмами в процесі її одержання: інфікування відбувається через воду, нестерильний аптечний посуд, повітря виробничих приміщень та руки персоналу. Обсіменіння відбувається також за рахунок нормальної мікрофлори рослин та фітопатогенних мікроорганізмів - збудників захворювань рослин. Фітопатогенні мікроорганізми здатні поширюватися і заражати велику кількість рослин.

Мікроорганізми, що розвиваються в нормі на поверхні рослин, відносяться до епіфітів (грец. Epi - над, phyton - рослина). Вони не завдають шкоди, є антагоністами деяких фітопатогенних мікроорганізмів, що ростуть за рахунок звичайних виділень рослин та органічних забруднень поверхні рослин. Епіфітна мікрофлора перешкоджає проникненню фітопатогенних мікроорганізмів у рослинні тканини, посилюючи цим імунітет рослин. Найбільша кількістьЕпіфітної мікрофлори складають грамнегативні бактерії Erwinia herbicola, що утворюють на м'ясопептонному агарі золотисто-жовті колонії. Ці бактерії є антагоністами збудника м'якої гнилі овочів. Виявляють у нормі та інші бактерії – Pseudomonas fluorescens, рідше Bacillus mesentericus та невелику кількість грибів. Мікроорганізми знаходяться не тільки на листі, стеблах, а й на насінні рослин. Порушення поверхні рослин та його насіння сприяє накопиченню на них великої кількості пилу та мікроорганізмів. Склад мікрофлори рослин залежить від виду, віку рослин, типу ґрунту та температури навколишнього середовища. При підвищенні вологості чисельність епіфітних мікроорганізмів зростає, при зниженні вологості зменшується.

У ґрунті, біля коріння рослин, знаходиться значна кількість

Мікроорганізми, за чутливістю до радіаційної дії, зазвичай мають такий порядок: - найбільш чутливі бактерії, потім цвілі, дріжджі, суперечки бактерій, віруси. Однак цей поділ не абсолютно, тому що серед бактерій є види радіостійкіші, ніж віруси.

Радіочутливість мікроорганізмів модифікують різні фактори, як внутрішні: генетична природа самої клітини, життєва фаза клітини та інші, так і зовнішні: температура, концентрація кисню та інших газів, склад і властивості середовища в якому проводиться опромінення, а також тип радіаційного впливу та його потужність інші фактори. Радіочутливість мікроорганізмів значно нижча, ніж у рослин та тварин на 1-2 порядки, у ряді випадків бактерицидний ефект для деяких видів може бути досягнутий лише при значних дозах: 1-2 Мрад.

Вже перших етапах дослідження радіаційної чутливості мікроорганізмів було показано, що з дозі 5000 Р значно знижується виживання кишкової палички, а за дозі 20 кР гине 95 % бактерій. Культура мікроорганізмів кожного виду містить суміш клітин, різних за чутливістю до радіації. Наприклад для культури кишкової палички 66% LD50 відповідала доза 1,2 крад, а 34 % бактерій - 3,5 крад. При опроміненні бактерій кишкової групигамма променями, їхня інактивація відбувається в межах від 24 до 168 крад, а загибель всіх клітин при дозах близько 300 крад.

Для отримання однакового біологічного ефекту різні види мікроорганізмів потребують різних доз випромінювання. Ці відмінності залежать від ряду біологічних особливостей бактерій, що опромінюються, умов опромінення, впливу зовнішнього середовища та інших факторів. Особливого значення надається неоднаковій чутливості нуклеїнового обміну та ДНК різних організмів до радіаційного опромінення.

Чутливість бактерій до радіації значно змінюється всередині одного і того ж виду і навіть популяції бактеріальних клітин. Населення клітин складається з бактерій, що розташовуються за стійкістю до радіації в варіаційний ряд, так само, як і за іншими біологічними ознаками. Тому в популяції завжди присутні особливо радіорезистентні клітини, для того, щоб їх вбити, потрібно опромінювати потужнішими дозами, ніж ті, при яких гине основна маса клітин більш радіочутливих. Грампозитивні бактерії менш чутливі до опромінення, ніж грамнегативні.

Суперечки бактерій мають дуже низьку радіочутливість, але і серед неспоротворних мікроорганізмів відомі організми радіостійкість яких може перевищувати стійкість спор. Найчастіше вони належать до коків чи сарцин. Відомі мікрококи, у яких напівлетальна доза дорівнює 400 крад (4 кГр). При променевої стерилізації м'яса, риби та інших продуктів найчастіше після опромінення в дозах від 600 до 1500 крад виявляли коки. Прикладом високої радіостійкості можуть бути бактерії, що виділяються з вод атомних реакторів.

Зміна умов довкілля впливає на життєдіяльність мікроорганізмів. Фізичні, хімічні, біологічні фактори середовища можуть прискорювати або пригнічувати розвиток мікробів, можуть змінювати їх властивості або викликати навіть загибель.

До факторів середовища, що надають найбільш помітну дію на відносяться вологість, температура, кислотність і хімічний складсередовища, дія світла та інших фізичних факторів

Вологість

Мікроорганізми можуть жити і розвиватися лише в середовищі з певним вмістом вологи. Вода необхідна всім процесів обміну речовин мікроорганізмів, нормального осмотичного тиску в мікробної клітині, збереження її життєздатності. У різних мікроорганізмів потреба у воді не однакова. Бактерії відносяться в основному до вологолюбних, при вологості середовища нижче 20% їх зростання припиняється. Для цвілі нижня межа вологості середовища становить 15%, а при значній вологості повітря і нижче. Осідання водяної пари з повітря на поверхню продукту сприяє розмноженню мікроорганізмів.

При зниженні вмісту води в середовищі зростання мікроорганізмів уповільнюється і може припинятися. Тому сухі продукти можуть зберігатися значно довше продуктів із високою вологістю. Сушіння продуктів дозволяє зберігати продукти за кімнатної температури без охолодження.

Деякі мікроби дуже стійкі до висушування, деякі бактерії та дріжджі у висушеному стані можуть зберігатися до місяця та більше. Суперечки бактерій і цвілевих грибів зберігають життєздатність за відсутності вологи десятки, котрий іноді сотні років.

Температура

Температура — найважливіший чинник розвитку мікроорганізмів. Для кожного з мікроорганізмів існує мінімум, оптимум та максимум температурного режиму для зростання. За цією властивістю мікроби поділяються на три групи:

• психрофіли -мікроорганізми, що добре ростуть при низьких температурах з мінімумом при -10-0 °С, оптимумом при 10-15 °С;
• мезофіли -мікроорганізми, для яких оптимум зростання спостерігається при 25-35 ° С, мінімум - при 5-10 ° С, максимум - при 50-60 ° С;
• термофіли -мікроорганізми, що добре ростуть при відносно високих температурах з оптимумом зростання при 50-65 °С, максимумом - при температурі понад 70 °С.

Більшість мікроорганізмів відноситься до мезофілу, для розвитку яких оптимальною є температура 25-35 °С. Тому зберігання харчових продуктів при такій температурі призводить до швидкого розмноження в них мікроорганізмів та псування продуктів. Деякі мікроби при значному накопиченні продуктів здатні призвести до харчовим отруєннямлюдини. Патогенні мікроорганізми, тобто. викликають інфекційні захворюваннялюдини, що також відносяться до мезофілів.

Низькі температури уповільнюють зростання мікроорганізмів, але не вбивають їх. У охолоджених харчових продуктахзростання мікроорганізмів уповільнено, але продовжується. При температурі нижче З °С більшість мікробів припиняють розмножуватися, тобто. при заморожуванні продуктів зростання мікробів зупиняється, деякі з них поступово відмирають. Встановлено, що за температури нижче Про °С більшість мікроорганізмів впадають у стан, схоже на анабіоз, зберігають свою життєздатність і при підвищенні температури продовжують свій розвиток. Цю властивість мікроорганізмів слід враховувати при зберіганні та подальшій кулінарній обробці харчових продуктів. Наприклад, у замороженому м'ясі можуть довго зберігатися сальмонели, а після розморожування м'яса вони у сприятливих умовах швидко накопичуються до небезпечної для людини кількості.

При дії високої температури, що перевищує максимум витривалості мікроорганізмів, відбувається їхнє відмирання. Бактерії, що не мають здатності утворювати суперечки, гинуть при нагріванні у вологому середовищі до 60-70 ° С через 15-30 хв, до 80-100 ° С - через кілька секунд або хвилин. У суперечок бактерій термостійкість значно вища. Вони здатні витримувати 100 ° С протягом 1-6 год, при температурі 120-130 ° С суперечки бактерій у вологому середовищі гинуть через 20-30 хв. Спори плісняв менш термостійкі.

Теплова кулінарна обробка харчових продуктів у громадському харчуванні, пастеризація та стерилізація продуктів у харчовій промисловості призводять до часткової або повної (стерилізації) загибелі вегетативних клітин мікроорганізмів.

При пастеризації харчовий продукт піддається мінімальному температурному впливу. Залежно від температурного режиму розрізняють низьку та високу пастеризацію.

Низька пастеризація проводиться при температурі, яка не перевищує 65-80 ° С, не менше 20 хв для більшої гарантії безпеки продукту.

Висока пастеризація є короткочасним (не більше 1 хв) впливом на пастеризований продукт температури вище 90 °С, що призводить до загибелі патогенної неспороносної мікрофлори і в той же час не спричиняє суттєвих змін природних властивостейпастеризованих продуктів. Пастеризовані продукти не можуть зберігатись без холоду.

Стерилізація передбачає звільнення продукту від усіх форм мікроорганізмів, зокрема й суперечка. Стерилізація банкових консервів проводиться у спеціальних пристроях - автоклавах (під тиском пари) при температурі 110-125 ° С протягом 20-60 хв. Стерилізація забезпечує можливість тривалого зберігання консервів. Молоко стерилізується метолом ультрависокотемпературної обробки (при температурі вище 130 ° С) протягом декількох секунд, що дозволяє зберегти все корисні властивостімолока.

Реакція середовища

Життєдіяльність мікроорганізмів залежить від концентрації водневих (Н+) або гідроксильних (ОН-) іонів у субстраті, на якому вони розвиваються. Для більшості бактерій найбільш сприятливе нейтральне (рН близько 7) або слаболужне середовище. Плісневі гриби та дріжджі добре ростуть при слабокислій реакції середовища. Висока кислотність середовища (рН нижче 4,0) перешкоджає розвитку бактерій, проте плісняви ​​можуть продовжувати зростати і в більш кислому середовищі. Пригнічення зростання гнильних мікроорганізмів при підкисленні середовища має практичне застосування. Додавання оцтової кислоти використовується при маринуванні продуктів, що перешкоджає процесам гниття та дозволяє зберегти продукти. Молочна кислота, що утворюється при квашенні, також пригнічує ріст гнильних бактерій.

Концентрація солі та цукру

Кухонна сіль і цукор здавна використовуються для підвищення стійкості продуктів до мікробного псування та кращої безпеки харчових продуктів.

Деякі мікроорганізми потребують свого розвитку високих концентраціях солі (20 % і вище). Їх називають солелюбними, або галофілами. Вони можуть викликати псування солоних продуктів.

Високі концентрації цукру (понад 55-65 %) припиняють розмноження більшості мікроорганізмів, це використовується при приготуванні з плодів та ягід варення, джему або повидла. Однак ці продукти теж можуть піддаватися псуванню в результаті розмноження осмофільних плісняв або дріжджів.

Світло

Деяким мікроорганізмам світло необхідне нормального розвитку, але більшість їх він згубний. Ультрафіолетові промені сонця мають бактерицидну дію, тобто при певних дозах опромінення призводять до загибелі мікроорганізмів. Бактерицидні властивості ультрафіолетового проміння ртутно-кварцових ламп використовують для дезінфекції повітря, води, деяких харчових продуктів. Інфрачервоні промені можуть викликати загибель мікробів за рахунок теплового впливу. Вплив цих променів застосовують під час теплової обробки продуктів. Негативний впливна мікроорганізми можуть надавати електромагнітні поля, іонізуючі випромінювання та інші фізичні фактори середовища

Хімічні фактори

Деякі хімічні речовини здатні надавати на мікроорганізми згубну дію. Хімічні речовини, що мають бактерицидну дію, називають антисептиками.До них відносяться дезінфікуючі засоби (хлорне вапно, гіпохлорити та ін), що використовуються в медицині, на підприємствах харчової промисловості та громадського харчування.

Деякі антисептики застосовуються як харчові добавки (сорбінова та бензойна кислоти та ін.) при виготовленні соків, ікри, кремів, салатів та інших продуктів.

Біологічні фактори

Антагоністичні властивості деяких пояснюються здатністю їх виділяти в навколишнє середовищеречовини, що мають антимікробну (бактеріостатичну, бактерицидну або фунгіцидну) дію, - антибіотики.Антибіотики продукуються в основному грибами, рідше бактеріями, вони мають свою специфічну дію на певні види бактерій або грибів (фунгіцидну дію). Антибіотики застосовуються в медицині (пеніцилін, левоміцетин, стрептоміцин та ін.), у тваринництві як кормової добавки, у харчовій промисловості для консервування харчових продуктів (низин)

Антибіотичні властивості мають фітонциди - речовини, виявлені в багатьох рослинах і харчових продуктах (цибуля, часник, редька, хрін, прянощі та ін.). До фітонцидів відносяться ефірні масла, антоціани та інші речовини. Вони здатні викликати загибель патогенних мікроорганізмів та гнильних бактерій.

У яєчному білку, рибній ікрі, сльозах, слині міститься лізоцим - антибіотична речовина тваринного походження.