Перечислите факторы влияющие на развитие микробов: Физические факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы

Физические факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы

Среди факторов внешней среды наибольшее значение для микроорганизмов имеют физические факторы, к которым относятся температура, свет и другие виды лучистой энергии, влажность, механические воздействия и т. д. Эти факторы могут благоприятствовать или же препятствовать развитию микробов.

При воздействии каждого физического фактора различают три кардинальные точки: минимум, оптимум и максимум. Минимум означает наименьшее значение любого фактора, ниже которого развитие микроба невозможно, оптимум — наиболее благоприятные условия и максимум — наиболее высокое значение фактора. Развитие микроорганизма возможно между максимальными и минимальными пределами (границами), вне которых жизнь данного организма невозможна. При наилучших (оптимальных) условиях все процессы жизнедеятельности этого организма протекают наиболее интенсивно.

Если же хотя бы один фактор будет находиться ниже минимума, организм не сможет развиваться даже при оптимальном значении всех остальных факторов среды.

Температура.

Важнейшим физическим фактором внешней среды является температура. Она определяет скорость размножения микроорганизмов, а также интенсивность протекания химических реакций процессов обмена веществ в клетках. При переходе к крайним температурам жизненные процессы сначала замедляются, а затем или совсем приостанавливаются и жизнь переходит в скрытую форму, или вообще прекращаются.

О влиянии температуры чаще всего судят по росту и размножению микробов. Для каждого микроорганизма можно определить кардинальные температурные точки. Оказалось, что границы жизни в мире микробов гораздо шире, чем у животных и растений. Они лежат в области от нескольких градусов ниже нуля до 70-90 °С.

Широкие температурные пределы жизни имеют огромное значение для микроорганизмов. Они позволяют развиваться микрофлоре на поверхности земного шара в районах, резко различающихся своими климатическими условиями. Температурные пределы довольно широки и для отдельных видов микроорганизмов (табл. 1).

Таблица 1. Температурные пределы роста некоторых микроорганизмов.

Микроорганизмы	Температура, °С
	минимум	оптимум	максимум
Светящиеся бактерии северных морей	0	20	38
Пневдомонас	0-5	10-20	25-35
Бациллус субтилис (сенная палочка)	6	30	57
Бациллус антрацис (палочка сибирской язвы)	12	37	45
Туберкулезная палочка	30	37,5	42
Термофильные бактерии	40	60	72

По отношению к температурным условиям микроорганизмы делят на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.

Психрофилы — холодостойкие микроорганизмы, способные размножаться и проявлять химическую активность при низких температурах. При этом степень холодостойкости разных микроорганизмов различна. Психрофильные микробы представляют опасность для продуктов, находящихся в холодильниках. Среди психрофильных микроорганизмов известны палочковидные бактерии, микрококки, плесневые грибы. Порча охлажденных продуктов связана главным образом с размножением психрофильных бактерий семейства Псевдомонас и Ахромобактер. Некоторые психрофилы способны к размножению даже при температуре от -5 до -9 °С, образуя на продуктах сначала отдельные колонии, а затем слизистые пленки.

Мезофилы — широко распространенные формы микроорганизмов, имеющие оптимум около 30 °С, минимум около 0 °С и максимум 42 °С. Среди них известны многие вредные для пищевой промышленности микроорганизмы, вызывающие порчу продуктов, а также полезные.

Термофилы — теплолюбивые микроорганизмы с оптимумом 50-60 °С, минимумом 30 °С и максимумом около 70-85 °С.

Они могут развиваться в местах с повышенной температурой: в горячих источниках, в верхних слоях почвы жарких стран, в самосогревающихся скоплениях навоза, влажного сена, зерна и др. Среди термофилов известно много возбудителей порчи пищевых продуктов, например в сахарном, консервном и рыбном производствах.

При таком делении микроорганизмов остается еще несколько дополнительных групп. Примером могут служить патогенные микробы, которые приспособились к жизни в теле теплокровных животных и человека. Их оптимум точно совпадает с температурой тела хозяина — у человека 37 °С, млекопитающих 38-39 °С, птиц 40-43 °С. Так, туберкулезная палочка имеет оптимальные условия для развития при 37 °С, очень близко к нему расположен максимум и очень высокий минимум (выше 30 °С).

В широком температурном диапазоне могут расти некоторые бактерии, например рода Бациллус (сенная палочка).

Не всегда происходит отмирание клеток при температуре ниже минимума развития. Стойкость к низкой температуре велика у микроорганизмов, а в некоторых случаях они сохраняют жизнеспособность даже вблизи абсолютного нуля. Так, споры некоторых бактерий прорастали после пребывания в жидком водороде при температуре -252 °С в течение 10 ч. Такую же стойкость имеют многие дрожжи и плесневые грибы. Однако механизм этой устойчивости изучен недостаточно.

Более изучен механизм действия на микробные клетки высоких температур. Так, уже небольшое превышение температурного максимума останавливает процесс жизнедеятельности микроорганизмов.

Дальнейшее незначительное повышение температуры вызывает быстрое отмирание клеток. Причина этого в необратимых изменениях свойств белков цитоплазмы, при которых золи (растворы) переходят в гели (твердое вещество).

Стойкость к повышенным температурам неодинакова у разных микробов. Вегетативные клетки бактерий, споры дрожжей, конидии плесневых грибов быстро погибают при температуре 60-80 °С. Устойчивы к воздействию высоких температур споры бактерий — самые стойкие в этом отношении живые образования на Земле. Среди бактерий известны многие с чрезвычайно высокой термостойкостью спор — они выдерживают длительное кипячение и погибают лишь при нагревании до температуры 120-130 °С.

При этом нагревание в сухом состоянии оказывается менее эффективным, чем во влажном. По-видимому, в термоустойчивости спор играет значительную роль химический состав оболочки.

Термоустойчивость спор микроорганизмов представляет большую опасность при производстве различных пищевых продуктов.

Свет и другие формы лучистой энергии.

На поверхности земли все микроорганизмы подвергаются действию различных видов лучистой энергии, которые представляют собой электромагнитные колебания с различной длиной волн. Солнечная радиация приносит на поверхность Земли ультрафиолетовые, тепловые и видимые световые лучи. Часть их, поглощаемая атмосферой, теряется, остальные достигают поверхности суши и океана.

Солнечные лучи подавляют развитие всех микроорганизмов. Подобное воздействие обусловлено ультрафиолетовой частью солнечного спектра — электромагнитными колебаниями с длиной волны 250-260 нм. Ультрафиолетовые лучи обладают сильным бактерицидным действием, поэтому УФ-лампы используют как средство, стерилизующее воздух и предметы.

Многие патогенные микробы, в частности тифозные и туберкулезные бактерии, очень чувствительны к действию УФ-лучей. Палочки сибирской язвы под действием солнечного света погибают за 10 мин. Однако бактерицидное действие света распространяется на очень тонкий слой почвы — всего 2-3 мм. Эффективность действия солнечных лучей в воде уменьшается по мере увеличения ее мутности, и в мутных (загрязненных) водах содержится наибольшее количество микробов.

В основе действия лучистой энергии лежат химические и физические изменения, которые происходят в организмах или в окружающей среде, вследствие чего она становится непригодной для развития микробов. УФ-лучи адсорбируются белками и нуклеиновыми кислотами клеток. Это вызывает повреждение клеточных структур и химические изменения.

Тепловые (инфракрасные) лучи спектра слабо действуют на микроорганизмы и только нагревают среду.

Рентгеновские лучи (коротковолновые электромагнитные колебания) обладают высокой проникающей способностью.

Короткие и длинные радиоволны не оказывают действия на микроорганизмы, но ультракороткие радиоволны очень активны из-за нагревания среды. Ультразвуковые колебания оказывают определенное биологическое действие и полностью подавляют жизнь микроорганизмов.

Влажность.

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от воды, так как в ней растворяются питательные вещества. При отсутствии свободной воды становится невозможным питание микроорганизмов и останавливается их развитие.

По потребности в воде микроорганизмы делят на три группы: гидрофиты — влаголюбивые, мезофиты — средневлаголюбивые и ксерофиты — устойчивые к высушиванию. Гидрофитами являются большинство бактерий и дрожжей и некоторые грибы. Плесневые грибы — гидрофиты требуют относительной влажности воздуха 80-98 %, а при влажности 70-75 % развитие замедляется. Среди плесневых грибов многие являются мезофитами, но есть и ксерофиты. Они способны расти при меньшем содержании влаги по сравнению с бактериями и дрожжами. Предельная для размножения дрожжей влажность воздуха 65%. Для большинства бактерий и дрожжей требуется влажность не менее 85-90 %, некоторым достаточно содержания влаги 80-85 %. Влажность воздуха зависит от его температуры, так как с понижением температуры влагоудерживающая способность воздуха снижается.

Вследствие разной потребности во влаге микробы неодинаково переносят высушивание. Хорошо сохраняют жизнеспособность при высушивании споры бактерий и грибов, и в сухом виде они длительное время не теряют способности к прорастанию. Например, споры палочки сибирской язвы сохраняются в высушенном виде более 20 лет. Такая стойкость представляет очень большую эпидемиологическую опасность.

Споры и конидии грибов сохраняют способность к прорастанию в течение 2-3 лет.

Вегетативные клетки неспорообразующих бактерий переносят высушивание по-разному. Например, уксуснокислые бактерии при высушивании погибают через несколько часов. Высушенные молочнокислые бактерии длительно сохраняют жизнеспособность и применяются в некоторых производствах в качестве сухих заквасок. Сухие хлебопекарные дрожжи остаются жизнеспособными в течение года. Довольно устойчивы к высушиванию и патогенные микробы. Так, холерный вибрион переносит высушивание в течение 24 ч, палочка чумы — до 8 сут, брюшнотифозные бактерии — до 70 сут, туберкулезная палочка и стафилококк — до 90 сут.

Давление.

Большинство микроорганизмов развивается обычно в условиях невысокого (100-200 кПа) давления. Глубоководные микроорганизмы в морях и океанах испытывают гораздо большее давление. Вегетативные клетки бактерий, вирусы и другие микроорганизмы погибают при увеличении давления до 600-700 МПа. Споры бактерий переносят давление 2000 МПа. Поэтому для уничтожения микробов применять повышенное давление неэффективно.

Иммунитет: защита и нападение

Воспаление представляет собой реакцию ткани на инфекцию или повреждение и имеет следующие симптомы:

• покраснение вследствие усиления кровотока;
• отек вследствие накопления жидкости и клеток в тканях;
• боль вследствие повреждения ткани и раздражения нервных волокон;
• повышение температуры — местное (вследствие усиления кровотока) и/или системное (повышение температуры тела).

В процесс воспаления включаются белки плазмы крови — комплемент и цитокины. Комплементом называется ряд белков плазмы, вступающих в серию каскадных химических реакций в ответ на инфекцию. Это своего рода многоступенчатая сигнальная система, которая маркирует чужеродные микроорганизмы и привлекает в очаг инфекции специальные клетки — «убийцы» патогенов.

В ответ на сигнал тревоги начинается контратака защитной системы организма — запускается клеточный иммунный ответ. В неспецифическом иммунном ответе принимают участие два типа клеток крови — фагоциты и NK-клетки (или натуральные киллеры).

Фагоциты представляют собой крупные лейкоциты, поглощающие и буквально переваривающие внутри себя микроорганизмы и другие чужеродные частицы. Этот процесс называется фагоцитозом. Фагоциты наиболее чувствительны к микроорганизмам, помеченным белком-комплементом или антителами (эти частицы — уже часть адаптивного или специфического иммунного ответа). Кроме клеток, которые атакуют нарушителя по тревоге, в кровотоке также циркулирует регулярный «патруль» или особый вид лейкоцитов — натуральные киллеры. Их мишенью являются злокачественные клетки и клетки, инфицированные вирусами. Врожденный иммунитет быстро активируется на ранних стадиях инфекции. Его механизмы защиты могут ограничивать распространение патогенов в организме, но возможности для устранения чужеродных частиц ограничены и остаются прежними при повторном заражении тем же патогеном. Поэтому для борьбы с инфекцией обычно требуется участие третьей линии защиты — адаптивной иммунной системы (приобретённый иммунитет).

Адаптивный (приобретенный) иммунитет развивается после первой встречи с чужеродным агентом. Основными его качествами являются специфичность и иммунологическая память.

У специфического иммунитета в ответ на попадание в организм «чужака» в запасе имеется целая стратегия, которой позавидовали бы многие полководцы. «Основные войска» специфического иммунитета — лимфоциты. Это — специализированные лейкоциты, находящиеся в лимфатической системе. Лимфоциты характеризуются очень длительным периодом жизни — от нескольких лет до десятилетий! Известны три типа лимфоцитов: B-клетки, Т-клетки и натуральные киллеры (о них мы уже рассказывали).

Для развития адаптивного иммунитета требуется специфическая мишень — антиген. Антиген представляет собой вещество (обычно крупную молекулу), которая активирует иммунный ответ. Один микроорганизм обычно имеет большое количество антигенов, например, поверхностные структуры,  такие как компоненты клеточной стенки, полисахариды капсулы, жгутики и т. д., или внеклеточные белки, такие как токсины или ферменты, вырабатываемые микроорганизмом.

Сначала происходит выработка В-клетками оружия против нарушителей — белка, который прореагирует с антигеном и сделает его безвредным. Эти белки носят название антител, называемых также иммуноглобулинами (Ig). Антитела очень специфичны и способны связываться только с антигеном той же структуры, что изначально стимулировал их образование. Когда антитело находит соответствующий ему антиген, они соединяются наподобие ключа, вставляемого в замочную скважину.

Затем приобретенный иммунитет начинает действовать сразу на два фронта: гуморальный иммунный ответ направлен на антигены, присутствующие в плазме крови, а клеточный иммунный ответ — на патогены, присутствующие внутри клеток.

В процессе гуморального иммунного ответа В-клетки, активированные специфическими антигенами, начинают усиленно делиться с образованием большого количества идентичных клеток-клонов, каждая из которых способна бороться с данным антигеном. Антитела B-клеток также привлекают фагоциты, уничтожающие и переваривающие антиген-мишень.

Клеточный иммунитет использует «специализированные силы» — T-хелперы и цитотоксические T-клетки, непосредственно атакующие и уничтожающие «войска противника» — инфицированные клетки.

После того, как война с инфекцией выиграна, В- и Т-клетки, активированные антигенами, переходят в состояние покоя и становятся лимфоцитами памяти, специфичными по отношению к данному антигену или патогену. При повторном заражении аналогичным или очень похожим (антигенно-аналогичным) микроорганизмом, они обеспечивают быстрый и мощный иммунный ответ. Высокие концентрации нужных антител достигаются уже через 1 — 2 дня после инфицирования.

Итак, приобретенный иммунитет характеризуется тремя основными особенностями:

• Специфичность: каждое антитело или активированная Т-клетка реагирует только со специфичным антигеном, вызвавшим ее образование. При этом они не реагируют с другими антигенами и защищают организм только от заболеваний, характеризующихся присутствием данного антигена.
• Память: после того, как в процессе адаптивного иммунного ответа произошло образование специфичного антитела или Т-клетки, производство антител или активация Т-клеток происходит быстрее и в больших количествах. Данная особенность является основой эффекта многих вакцин.
• Толерантность к собственным тканям: механизмы адаптивного иммунного ответа в норме способны отличать собственные структуры организма от чужеродных.

Живущим в вашей толстой кишке тоже нужно здоровое питание

• Адам Резерфорд
• BBC Future

2 мая 2017

Автор фото, iStock

Чтобы сохранить здоровье и необходимое количество полезных бактерий в организме, мало просто есть йогурт с пробиотиками. Обозреватель BBC Future выяснил это, сдав один не очень приятный анализ.

Все началось с того, что не назовешь иначе как хитроумным изобретением. Это раскладывающийся лист с клейкими бумажками спереди и сзади, похожий на плоскую морскую звезду.

Бумажки приклеиваются к сидению унитаза. Закрепленный должным образом лист превращается в своеобразный гамак, на который и попадает образец для взятия пробы.

Готовясь к процедуре, я надел резиновые перчатки. Оставив свой биоматериал в «гамаке», я взял его пробу при помощи небольшой ложечки, закрепленной на внутренней стороне синей крышки от пробирки.

Затем я плотно завинтил крышку и завернул пластиковую пробирку в пакет со льдом, приготовленный мной заранее. Теперь ценный груз был готов к доставке.

А везти я его собрался в компанию Map My Gut, которая пообещала мне определить, какие именно микроорганизмы затаились в глубинах моего кишечника.

Результаты различных исследований, проведенных в последние годы, свидетельствуют о том, что микроорганизмы, живущие в нашей пищеварительной системе, намного более важны для нашего здоровья и самочувствия, чем считалось ранее.

Но вскоре я обнаружил, что мои собственные бактерии не слишком-то процветают, и что определенный рацион может полностью изменить нашу с ними общую жизнь.

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

Methanobrevibacter помогает повысить усвояемость пищи

В кишечнике среднестатистического человека живет около тысячи различных видов бактерий.

Общее их количество определить затруднительно, но счет идет на триллионы, и почти все они выполняют полезную для нас работу.

Геном человека насчитывает около 20 000 генов, однако у живущих в нашем организме микроорганизмов в совокупности их примерно в 500 раз больше.

Это позволяет им справляться с довольно непростыми задачами: помогать переваривать пищу, вырабатывать витамины и минералы и даже предотвращать болезни, объединяясь в группы и уничтожая патогенные бактерии.

Но это лишь малая часть их работы; на самом деле от них зависит, кем мы являемся внутри и снаружи.

Как сказал мне Эд Янг, автор книги «Множества во мне» (I Contain Multitudes), «микробы помогают строить тело человека, они формируют и обновляют наши органы по мере того как мы стареем».

«Возможно, они даже могут влиять на наше поведение и образ мыслей. Многочисленные эксперименты на животных показали, что микроорганизмы в их кишечнике могут оказывать влияние на настроение, характер и устойчивость к тревоге и стрессу», — отмечает он.

Однако насколько эти результаты применимы к человеку, нам еще предстоит понять.

Наверняка известно лишь то, что микробиомы двух человек различаются намного больше, чем их геномы.

Состав микроорганизмов в организме человека зависит от истории его болезней, места жительства и рациона.

У каждого человека он индивидуален и может сильно отличаться даже у ближайших родственников.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Некоторые продукты гораздо лучше стимулируют рост полезных бактерий в организме, чем йогурт

Именно поэтому мне пришлось опорожниться на бумажку и отнести кусочек биоматериала на анализ.

Признаюсь, что, входя в офис Тима Спектора, профессора генетики из больницы Святого Фомы, чтобы узнать результаты, я слегка нервничал.

Что я узнаю о таинственном внутреннем мире своих бактерий? Что именно прячется в моей толстой кишке?

Если честно, мой анализ был хуже некуда.

«Ваш результат намного ниже среднего. По разнообразию вы попадаете в 10% населения с самыми худшими результатами», — сказал мне Спектор с еле заметной ноткой радости в голосе. Радости, которую испытывает ученый, обнаружив какое-либо отклонение от нормы.

Он объяснил, что разнообразие — это один из главных факторов, влияющих на здоровье кишечника.

Дело в том, что разные микробы выполняют разные задачи, и чем более разнообразна эта рабочая сила, тем больше пользы мы получаем.

Но мало того, что мне недоставало разнообразия, так еще и группы бактерий, поселившиеся в моем кишечнике, были не самыми доброжелательными.

Анализ показал, что у меня в 65 раз больше Clostridium perfringens, чем у среднестатистического человека, и в 211 раз больше E. coli. Обе эти бактерии способны вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.

«Эти результаты указывают на то, что у вас очень нездоровый микробиом», — говорилось в выданном мне документе с результатами анализов.

Я, конечно же, мог бы попытаться оправдать себя тем, что был в командировке и, возможно, съел что-то сомнительное.

Однако Спектор заявил, что однократная инфекция вряд ли способна сильно сместить баланс в худшую сторону.

А как насчет полезных бактерий? Менее 100 видов бактерий способны вызвать инфекционные заболевания, в то время как тысячи видов микроорганизмов, живущих в кишечнике человека, как сказал бы писатель Дуглас Адамс, «практически безвредны».

Так как же у меня обстоят дела с теми, кто на моей стороне?

В самом начале списка «наиболее желательных» микроорганизмов находятся такие бактерии, как Akkermansia и труднопроизносимая Christensenellaceae. Обе помогают предотвратить набор веса.

Methanobrevibacter способствует лучшей усвояемости пищи, в результате чего вы можете есть меньше. Oxalobacter обеспечивает профилактику появления камней в почках.

Сколько этих полезных бактерий обнаружилось у меня? Ноль.

Итак, меня не просто причислили к самой худшей группе, но и прописали моему кишечнику строгий режим питания, пообещав отменить его только в том случае, если он хорошенько подумает о своем поведении и решит измениться.

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

Clostridium perfringens связывают с возникновением заболеваний желудочно-кишечного тракта

Что же я могу предпринять, чтобы улучшить свой микробиом? По-видимому, самое главное — это разнообразие.

Чем разнообразнее ваше питание, тем больше видов бактерий поселится в вашем кишечнике.

Особенно полезны для поддержания здорового микробиома ферментированные пищевые продукты.

«Люди знают о живых йогуртах, но восточный кисломолочный напиток под названием кефир — это совершенно другой уровень: в нем в пять раз больше микроорганизмов», — сказал мне Спектор.

Население наших внутренностей также будет очень радо другим ферментированным продуктам, в том числе супу мисо и кимчхи (квашеной капусте).

Если для вас все это звучит слишком экзотично, то имейте в виду, что полезные продукты с высоким содержанием пищевых волокон — это чеснок, артишоки, бананы и цельные злаки.

А полифенолы, содержащиеся в красном винограде — излюбленная пища бактерий Akkermansia. Я считаю это неплохим поводом выпить бокал вина.

В рекламе пробиотиков говорится, что они помогают повысить содержание бактерий в кишечнике, но на самом деле тратить на них деньги вряд ли стоит.

Доказательств того, что эти бактерии задерживаются в организме достаточно долго для того, чтобы изменить микробиом, слишком мало.

Однако было доказано, что они полезны как для очень маленьких, так и для пожилых пациентов и могут использоваться для профилактики расстройства желудка при приеме антибиотиков.

Но моему кишечнику они уже вряд ли помогут.

С тех пор, как я сделал это шокирующее открытие, я полностью изменил свое питание. С момента получения результатов анализа прошло больше месяца, и в течение всего этого времени я не ел мяса.

Суп мисо заменил мне фрикадельки, а кимчхи — рыбу с картошкой. Несмотря на то, что банка с кимчхи пахнет, гм… прикольно, моя жена заставляет меня держать ее в сарае.

Только время покажет, смогут ли эти перемены оказать долговременное влияние на мой микробиом.

Но я знаю, что сейчас я ем не только для себя, но и для триллионов микроорганизмов, населяющих мое тело.

Надеюсь, этот строгий режим не продлится слишком долго.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Влияние условий внешней среды на микроорганизмы

Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов зависят от среды их обитания. Чем благоприятнее условия жизни, тем интенсивнее развиваются микроорганизмы, и наоборот, чем условия менее благоприятны, тем медленнее происходит их развитие.

Знание основных условий взаимодействия между средой и микроорганизмами позволяет разработать мероприятия по успешной борьбе с ним или по эффективному использованию микроорганизмов в производственных процессах. Регулируя условия внешней среды, можно не только управлять жизнедеятельностью микроорганизмов, но и вызвать у них желаемые изменения, получить новые, более полезные формы микроорганизмов.

На развитие микроорганизмов влияют физические, химические и биологические факторы.

Физические факторы

К физическим факторам относятся температура, влажность среды, концентрация в ней растворенных веществ, осмотическое давление, свет.

Температура. Это один из главных факторов, определяющих жизнедеятельность микроорганизмов. Каждый из видов микроорганизмов может развиваться лишь при определенных пределах температуры. Для одних видов микроорганизмов эти пределы сравнительно узки, для других — относительно широки (десятки градусов).

Наименьшая температура, при которой еще могут развиваться микроорганизмы, называется минимальной. Температура, при которой развитие микроорганизмов идет наиболее интенсивно, называется оптимальной. Наивысшая температура, при которой еще происходит развитие микроорганизмов, называется максимальной. При переходе температурных условий за границы минимальной и максимальной температур развитие микроорганизмов прекращается. При понижении температуры вплоть до глубокого замораживания происходит замедление и прекращение их жизнедеятельности. Однако после размораживания при повышении температуры до оптимальной микробы вновь начинают размножаться. Поэтому в замороженных и оттаявших или охлажденных и вновь нагревшихся молочных продуктах может происходить интенсивное размножение микроорганизмов, приводящее к быстрой порче продуктов. При повышении температуры выше максимальной микроорганизмы погибают. Температура, при которой происходит гибель микроорганизма, называется смертельной.

Для временного прекращения или замедления микробиологических процессов при транспортировании и хранении молочные продукты охлаждают и замораживают, для уничтожения нежелательной микрофлоры — нагревают до высоких температур.

Основными методами термической обработки молока являются пастеризация и стерилизация. В процессе пастеризации погибает значительная часть живых клеток микроорганизмов, но остаются споры и термостойкие бактерии. При стерилизации уничтожаются все микроорганизмы, в том числе и споры.

По отношению к температуре микроорганизмы обычно разделяют на следующие группы: психотрофные, мезофильные и термофильные.

Психотрофные микроорганизмы хорошо растут при низких температурах. Для них характерен температурный минимум в пределах от —10 до 0°С, оптимум — от 10 до 20 °С и максимум — около 30 °С. Эти микроорганизмы развиваются обычно в молоке и молочных продуктах в процессе хранения при низких температурах и вызывают их порчу. К ним относятся флюоресцирующие бактерии, некоторые плесневые грибы.

Мезофильные микроорганизмы развиваются при средних температурах. Температурный минимум для них 0—10 °С, оптимум 25—35 °С, максимум 40—50 °С. Эта группа микроорганизмов наиболее широко распространена в природе. В нее входит большинство микроорганизмов, встречающихся в молоке и молочных продуктах, — мезофильные молочнокислые стрептококки и палочки, бактерии группы кишечной палочки, уксуснокислые, маслянокислые и пропионовокислые бактерии, дрожжи и др.

Термофильные микроорганизмы развиваются при повышенной температуре. Температурный минимум их развития 25—30 °С, оптимум 50—60 °С, максимум 70—80 °С. Отдельные виды этих бактерий не размножаются при температуре ниже 45 °С, хотя некоторые из них могут развиваться и при 25 °С. Из этой группы в молоке наиболее часто встречаются термофильные молочнокислые стрептококки и палочки, а также споровые бактерии.

Указанные температурные границы развития для разных групп микроорганизмов установлены в условиях, когда микроорганизм размножался в чистой культуре. В природе и в производственных условиях одни микроорганизмы обычно развиваются вместе с другими. В этих случаях температурные границы развития для отдельных микроорганизмов могут заметно изменяться. Так, термофильные молочнокислые палочки, которые в чистой культуре при 30 °С развиваются очень медленно, при совместном развитии с мезофильными молочнокислыми стрептококками размножаются достаточно интенсивно, что часто приводит к возникновению в молочных продуктах порока — излишняя кислотность.

Влажность среды. В клетках большинства микроорганизмов содержится до 75—85 % воды. Питательные вещества поступают в клетку с водой, с ней же удаляются из клетки продукты ее жизнедеятельности. Вода поддерживает необходимое натяжение клеточной оболочки. Поэтому развитие микробов возможно только при наличии в субстрате определенного количества доступной для них воды. С уменьшением влажности субстрата интенсивность размножения микробов понижается, а при удалении влаги из него (ниже определенного уровня) совсем прекращается. Развитие бактерий приостанавливается обычно при влажности среды около 25 %, плесеней — около 15 %.

В высушенном состоянии жизнедеятельность микроорганизмов обычно заметно не проявляется, но она сохраняется в течение длительного времени. Особенно устойчивы споры, которые сохраняются в высушенном состоянии многие годы. Увлажнение высушенных продуктов при хранении и транспортировании ведет к их порче в результате возобновления развития оставшихся микроорганизмов.

В молочной промышленности влагу из молока и молочных продуктов удаляют отжиманием (масло, творог), сепарированием (творог), выпариванием (сгущенное молоко), высушиванием (сухое молоко). Удаление влаги отжиманием микроорганизмы переносят лучше, чем выпариванием или сушкой. Это объясняется тем, что в первом случае концентрация оставшейся влаги не изменяется и в ней микроорганизмы могут попрежнему развиваться. При выпаривании и высушивании повышается концентрация веществ в оставшейся влаге и соответственно повышается осмотическое давление, что неблагоприятно сказывается на развитии микроорганизмов.

Концентрация растворенных в среде веществ. Большинство микроорганизмов может существовать в средах со сравнительно невысокой концентрацией растворенных веществ и обладает значительной чувствительностью к ее колебаниям. Повышение концентрации веществ в среде приводит к нарушению обмена веществ между нею и средой и затем к прекращению жизнедеятельности клетки или ее гибели. Некоторые микроорганизмы способны сохранять жизнедеятельность в условиях повышенной концентрации растворенных веществ длительное время. Плесени переносят повышение концентрации веществ, как и другие неблагоприятные воздействия среды, лучше, чем бактерии.

Губительное воздействие на микроорганизмы среды с высокой концентрацией веществ используется в молочной промышленности при консервировании молочных продуктов солью и сахаром. При содержании в среде поваренной соли до 3 % замедляется развитие некоторых микроорганизмов. При концентрации в продукте около 5 % соли полностью подавляется жизнедеятельность молочнокислых, а при 10 % — гнилостных бактерий. Малоустойчивы к воздействию поваренной соли многие возбудители пищевых заболеваний, например сальмонеллы и бациллы ботулизма. Зато коагулазоположительные стафилококки более устойчивы по отношению к соли, чем молочнокислые бактерии.

Концентрация соли в молочных продуктах редко достигает величин, способствующих полному подавлению развития микроорганизмов, однако в какойто мере она, безусловно, играет роль консерванта (соленое масло, творожные изделия, сыры).

Жизнедеятельность микроорганизмов замедляется также при концентрации в среде сахара (60—70 %). Этот способ консервирования применяют при производстве сгущенного молока с сахаром, в котором концентрация сахара достигает 63,5—64 %. Однако консервирующее действие сахара и при этих концентрациях не всегда оказывается полным, поэтому его сочетают с одновременным нагреванием продукта в процессе производства.

Свет. Прямой солнечный свет губителен для большинства микроорганизмов, рассеянный свет лишь подавляет их развитие. Особенно чувствительны к воздействию света болезнетворные микроорганизмы. Внутрь молока и молочных продуктов свет не проникает.

Наиболее активной частью солнечного света являются ультрафиолетовые лучи. Специальные бактерицидные лампы, излучающие ультрафиолетовые лучи, используют для стерилизации воздуха производственных помещений (заквасочные отделения, микробиологические боксы и т. д. Если лампы включены, люди не должны находиться в помещении. При обработке ультрафиолетовыми лучами молока (в тонком слое) отмечается ухудшение его вкусовых и снижение питательных свойств.

Химические факторы

К химическим факторам относятся реакция и окислительно-восстановительные условия среды, наличие в ней необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов веществ, а также веществ, подавляющих их развитие, присутствие кислорода воздуха.

Реакция среды. Степень кислотности или щелочности среды оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Большинство бактерий лучше развивается при нейтральной, дрожжи и плесени — при кислой реакции среды. В молоке и молочных продуктах чаще всего протекают процессы, в результате которых реакция среды становится кислой. Это происходит в результате развития молочнокислых бактерий, вырабатывающих молочную кислоту.

Окислительно-восстановительные условия среды. Эти условия характеризуются способностью среды восстанавливать или окислять находящиеся в ней вещества, в результате чего может изменяться направление брожения и образование конечных его продуктов. Так, в закваске для масла аромат образуется только в том случае, если закваска обладает слабыми восстанавливающими свойствами.

При активном размножении микроорганизмов в молоке накапливаются восстановительные ферменты (так называемые редуктазы) и оно приобретает способность к восстановлению веществ. Если к такому молоку добавить вещество, цвет которого при восстановлении меняется, то по скорости обесцвечивания можно косвенно определить примерное количество микроорганизмов. Это свойство используют в молочной промышленности для определения обсемененности сырого молока микробами. В качестве веществ, подвергающихся восстановлению, при проведении редуктазной пробы применяют метиленовый голубой и резазурин.

Вещества, необходимые для развития микроорганизмов. Молоко является прекрасной средой для развития многих микроорганизмов. В нем имеются необходимые для питания азотистые соединения (белки, пептоны, пептиды, аминокислоты), витамины, лактоза (молочный сахар) как основной энергетический материал, молочный жир, который некоторые микроорганизмы также способны использовать в качестве энергетического материала.

Из всей микрофлоры молока и молочных продуктов наибольшие требования к наличию питательных веществ в молоке предъявляют молочнокислые бактерии. Многие из них нуждаются в наличии свободных аминокислот и витаминов. Содержание этих веществ может меняться под влиянием ряда факторов — периода года, лактации, кормления животных.

Потребности в источниках питания у молочнокислых бактерий могут меняться в зависимости от стадии их развития. Так, молочнокислые палочки в начале своего размножения в среде нуждаются в наличии дополнительных питательных веществ (аминокислот, витаминов). В дальнейшем они способны разлагать белок молока на составные части и получать необходимые аминокислоты и полипептиды самостоятельно. Молочнокислые стрептококки обладают меньшей способностью к протеолизу белков молока, но в начале своего развития требуют меньшего содержания аминокислот и витаминов. В целом протеолитическая активность молочнокислых бактерий в молоке сравнительно невелика, однако для самих микроорганизмов она имеет очень большое значение.

Способность молочнокислых бактерий к разложению казеина, т. е. к добыванию питательных веществ, определяет возможность их активного развития в молоке и энергичного кислотообразования. Установлено, что культуры молочнокислых палочек и стрептококков, обладающие более высокой протеолитической активностью (способностью к разложению казеина), накапливают в молоке больше кислоты. При совместном развитии молочнокислых бактерий с другими микроорганизмами, например дрожжами, уксуснокислыми бактериями, способными к протеолизу белка и синтезу витаминов, происходит активизация жизнедеятельности молочнокислых бактерий.

Белки молока служат для молочнокислых бактерий не только источником необходимых питательных веществ, но оказывают на них и определенное защитное воздействие, связывая образующуюся молочную кислоту. Этим объясняется тот факт, что по мере обогащения продуктов белком повышается способность молочнокислых бактерий сбраживать лактозу. Так, если в молоке молочнокислые стрептококки могут перерабатывать лишь около 1 % молочного сахара, то при производстве творога его сбраживается уже до 2 %. При развитии молочнокислых стрептококков предельная кислотность сыворотки достигает 70-80 °С, молока 120, творога около 200 °С и выше.

Вещества, подавляющие развитие микроорганизмов. Среди химических веществ в среде могут оказаться и ядовитые вещества. Проникнув в клетку, они соединяются с элементами цитоплазмы, нарушают обмен веществ, клетка гибнет. На микроорганизмы оказывают ядовитое воздействие соли тяжелых металлов (ртути, серебра и пр.), хлор, йод, перекись водорода, марганцовокислый калий, сернистая кислота и сернистый газ, углекислота, спирты, органические кислоты, антибиотики и другие соединения.

В молочной промышленности часть этих веществ используют для борьбы с микроорганизмами. Этиловый спирт применяют для обработки микробиологических инструментов и материалов при культивировании кефирных грибков, кислоты и щелочи — для мойки оборудования молочной промышленности. Хлорсодержащие (хлорная известь, гипохлориты) и йодсодержащие (йодофор) соединения оказывают сильное бактерицидное (убивающее воздействие на микроорганизмы. Четырехзамещенные аммонийные соединения относятся к поверхностно-активным веществам, некоторые из которых обладают, активным бактерицидным действием.

Перекись водорода уничтожает значительную часть (до 85 %) микрофлоры молока, разлагаясь при этом. Остатки перекиси водорода разрушаются в молоке при добавлении к нему фермента каталазы. Однако введение любых посторонних химических веществ в молоко нежелательно, поэтому перекись водорода не находит широкого применения в молочной промышленности.

Кислоты, образующиеся в молоке, или добавленные в него, оказывают сильное угнетающее воздействие на многие микроорганизмы. Молочная кислота, накапливающаяся в результате молочнокислого брожения, подавляет развитие многих микроорганизмов, вызывающих порчу молока и молочных продуктов, в первую очередь гнилостных. Добавление сорбиновой кислоты к молочным продуктам — плавленым сырам, молочным консервам, творогу — задерживает развитие плесени.

Диоксид углерода оказывает заметное подавляющее воздействие на развитие плесеней.

Антибиотики — это вещества, вырабатываемые некоторыми микроорганизмами (плесенями — пенициллин, актиномицетами; бактериями), которые подавляют развитие других микроорганизмов. Эти вещества широко применяют в медицине для лечения многих заболеваний. Широко применяют антибиотики и в ветеринарии, в частности, при лечении маститов. Антибиотики в течение периода их применения и нескольких дней после этого выделяются вместе с молоком из вымени животного. Антибиотики могут попадать в молоко также при скармливании коровам кормов, предназначенных для других животных, например свиней. В такие корма они вводятся специально. Молоко, содержащее антибиотики, на предприятия молочной промышленности не сдают. Наличие антибиотиков в молоке приводит к нарушению процесса сквашивания при производстве заквасок, сыров и кисломолочных продуктов.

Микроорганизмы молока проявляют различную чувствительность по отношению к антибиотикам, содержащимся в молоке. Термофильные молочнокислые палочки и стрептококки примерно в 10 раз более чувствительны по отношению к антибиотикам, чем мезофильные молочнокислые стрептококки. Коагулазоположительные стафилококки проявляют по отношению к антибиотикам значительно большую устойчивость, чем молочнокислые стрептококки.

В молоко могут попадать и другие вещества, применяемые в ветеринарии, — формалин, хлорная известь и др. Они также оказывают подавляющее воздействие на молочнокислые бактерии и вредны для здоровья человека. Все эти вещества, включая антибиотики, называют ингибирующими. Для их определения, применяют специальные методы, основанные на использовании чувствительных микроорганизмов.

Биологические факторы

В природе и в производственных условиях микроорганизмы никогда не развиваются в чистой культуре. Развитие одного вида микробов протекает обычно одновременно с развитием других видов. Под влиянием совместного развития с другими микроорганизмами у микроба данного вида могут изменяться отдельные важные свойства — отношение к температуре, питательным веществам, способность к образованию тех или иных продуктов обмена и т. д.

Взаимоотношения между микроорганизмами при их совместном развитии носят разнообразный характер. В микробиологии говорят о симбиозе, если два или более различных вида микроорганизмов развиваются в совместной культуре и способствуют взаимному развитию. Часто микроорганизмы при совместном развитии приобретают способность к развитию в условиях, в которых каждый в отдельности не может развиваться. Примером симбиотических взаимоотношений между представителями микрофлоры молока является кефирный грибок, в котором совместно развиваются несколько видов молочнокислых бактерий, дрожжи, уксуснокислые бактерии. Симбиотический характер носят взаимоотношения молочнокислых бактерий и дрожжей, применяемых при производстве молочных продуктов, молочнокислых и уксуснокислых бактерий, между разными видами молочнокислых бактерий, например, между некоторыми видами стрептококков и палочек.

Если взаимная польза не выражена столь отчетливо, но сожительство не приносит вреда микроорганизмам, то говорят о комменсализме. Примером может служить нормальная микрофлора кишечника человека.

Между микроорганизмами очень распространены взаимоотношения, когда жизнедеятельность одних микробов способствует развитию других, расщепляя, например, недоступные для них продукты на более простые или образуя необходимые для них соединения. Этот тип взаимоотношений называют метабиозом.

Между микроорганизмами распространены также антагонистические взаимоотношения, когда продукты жизнедеятельности одного вида микробов неблагоприятно действуют на другой или даже вызывают его гибель. Случаи антагонизма могут сводиться к потреблению одним микробом питательных веществ, необходимых другому, выделению одним микробом продуктов обмена, вредных для развития другого, выделению одним микробом специфических веществ, убивающих другие микроорганизмы. Например, молочная кислота, являющаяся продуктом обмена молочнокислых бактерий, оказывает резкое угнетающее воздействие на гнилостные, болезнетворные и другие микроорганизмы молока.

Специфические вещества, выделяемые микроорганизмами и оказывающие губительное воздействие на другие, называются антибиотиками. Среди молочнокислых бактерий имеются виды, образующие специфические антибиотические вещества, угнетающие развитие ряда микроорганизмов. Так, ацидофильные бактерии вырабатывают вещества, подавляющие развитие возбудителей дизентерии и брюшного тифа, дрожжи, сбраживающие лактозу, туберкулезную палочку, некоторые мезофильные молочнокислые стрептококки вырабатывают антибиотическое вещество низин, угнетающий развитие маслянокислых, а также некоторых молочнокислых бактерий.

Среди микроорганизмов встречаются также паразитические взаимоотношения, когда один микроорганизм использует для питания живые вещества другого. Примером паразитизма может служить развитие бактериофага в бактериальной клетке.

Наследственность и изменчивость микроорганизмов

Природа микроорганизмов — их потребности, свойства и признаки — исторически сложилась в определенных условиях внешней среды. У микроорганизмов, как и у высших организмов. из поколения в поколение наследуются специфические свойства и признаки; от родителей к потомкам передается генетический материал — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Сохранение определенных специфических свойств организма на протяжении ряда поколений называют наследственностью.

Каждый микроорганизм для своего роста и развития нуждается в определенных условиях, в которых протекало развитие предшествовавших поколений данного вида. Если микроорганизм не встречает нужных ему условий, он погибает или приспосабливается к необычным для него условиям. При этом организм изменяется. Вначале вновь приобретенное свойство обычно бывает неустойчивым и утрачивается при возвращении организма к прежним условиям. При длительном сохранении условий, вызывающих изменение, вновь приобретенное свойство закрепляется и начинает передаваться новым поколениям — становится наследственным.

Под воздействием сильнодействующих факторов (лучистой энергии, ядовитых веществ и т. д.) наследственные изменения могут возникать значительно быстрее; происходят глубокие изменения свойств, получаются так называемые мутанты.

Наследование приобретенных новых свойств возможно, лишь когда произойдут изменения в генном аппарате клетки — хромосоме, т. е. когда изменится структура ДНК, в которой записана генетическая информация.

Для микроорганизмов, особенно бактерий, характерна легкая приспособляемость к условиям внешней среды. Быстрота их размножения дает возможность получать большое количество поколений за сравнительно короткое время. Под влиянием внешних условий меняются многие свойства микроорганизмов, но одни из них изменяются легче, другие значительно труднее. Сравнительно легко у микробов меняется способность к сбраживанию отдельных углеводов, приобретается устойчивость по отношению к антибиотикам и дезинфицирующим веществам. С другой стороны, привыкание к повышенным температурам развития происходит медленно.

В ряде производств, связанных с получением биологически активных веществ — ферментов, антибиотиков, широко ведется работа по искусственному получению высокопроизводительных культур микроорганизмов с измененными в нужном направлении свойствами. Большое значение имеют специально выведенные культуры некоторых болезнетворных бактерий, утративших способность вызывать заболевание (авирулентные расы). Такие культуры служат для изготовления живых вакцин, используемых при предохранительных прививках против соответствующих заразных болезней.

Для молочной промышленности представляет большой интерес получение новых форм молочнокислых бактерий — мутантов, обладающих повышенной энергией кислотообразования, способностью вырабатывать ароматические вещества (диацетил), устойчивостью по отношению к антибиотикам и т. д.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

факторов, влияющих на рост микробов | Airtek Защита окружающей среды

15 июня 2017 г.

Ключом к продуктивному персоналу является создание и поддержание безопасной и здоровой рабочей среды. Поддержание рабочего оборудования и физического состояния здания важно, но в инфраструктуре компании таятся потенциальные угрозы, которые слишком малы, чтобы увидеть их невооруженным глазом. Грибки и другие микробы часто беспрепятственно размножаются в укромных уголках здания, когда потенциальные проблемные зоны с факторами, влияющими на рост микробов, не выявляются и не контролируются на регулярной основе.

Грибки и бактерии, культивирующиеся в здании, могут проникнуть в системы вентиляции и вызвать массовые заболевания и дискомфорт среди рабочих. При таких состояниях, как легионеллез или болезнь легионеров, а также хронических заболеваниях верхних дыхательных путей в качестве потенциальных и постоянных проблем, которые могут быть вызваны ростом микробов, важно знать, какие условия окружающей среды влияют на их рост, и контролировать проблемные области с помощью экологических консультантов по поддержанию вентиляции и источников воды в чистоте и без опасности для здоровья.

Что нужно проверить, чтобы определить микробный рост

Вода и сырость
Тепло, влажность, уровень pH и уровень кислорода являются четырьмя основными физическими и химическими факторами, влияющими на рост микробов. В большинстве зданий тепло и влажность являются самыми большими общими проблемами. Сырость является важным фактором роста грибков. Как и любое живое существо, вода необходима для жизни микробов. Они не могут размножаться и распространяться без постоянного источника воды, доступного им.Ванные комнаты и подвалы, как правило, склонны к сырости и стоячей воде, что делает их ключевым местом для потенциальных проблем с микробами. Утечки в потолке из-за дождя или из труб в водопроводной системе, за которыми не ухаживают, могут не только повредить оборудование, но и стать питательной средой для микробов в местах, которые труднее заметить или очистить.

Температура
Температура в помещении может сильно способствовать росту микробов. Бактерии процветают в тепле, больше всего размножаясь в областях, близких к температуре человеческого тела.Более прохладные места, как правило, замедляют рост микробов, как это видно, когда пища охлаждается, чтобы ее можно было есть дольше. В котельных, помещениях с тепловырабатывающим оборудованием и участках вблизи отопительных приборов могут размножаться бактерии и плесневые грибки. Области вокруг машин, которые создают влажность, конечно, являются местами, которые могут вызвать наибольшую озабоченность, когда кто-то заботится о здоровье здания. Привлечение консультанта по охране окружающей среды для оценки участков вокруг оборудования, где побочным продуктом является тепло, может помочь вам предотвратить потенциальные проблемы со здоровьем еще до того, как они разовьются, путем создания решений с помощью таких методов, как улучшение воздушного потока с помощью оптимизированной вентиляции воздуха.

pH окружающей среды
Уровень pH окружающей среды может способствовать или препятствовать росту микробов. Микробы, как правило, предпочитают нейтральные уровни pH и часто страдают, когда в каком-либо месте присутствует больше щелочных или кислых элементов. Именно по этой причине чистящие растворы, часто очень кислые, эффективно убивают бактерии при использовании. Это означает, что улучшение режимов уборки в здании предприятия может значительно сократить количество растущих микробов и предотвратить их рост в будущем при регулярном выполнении.

Кислород и питательные вещества
В местах, обогащенных кислородом, и в местах с жизненно важными питательными веществами будет больше микробного роста, чем в местах с пониженным уровнем кислорода. Контролировать уровень кислорода в помещении может быть сложно, но очистка территории от продуктов питания и других источников питательных веществ приведет к истощению бактерий и защитит здание от других вредителей.

Почему стоит выбрать Airtek Environmental

Airtek Environmental располагает инструментами для выявления факторов, влияющих на рост микробов в здании, путем анализа проб воздуха и поверхности, оценки методов обслуживания ОВКВ и разработки планов поддержания зон повторяющегося роста микробов.

Airtek Environmental работает с вами и вашими командами над исправлением и устранением элементов, вызывающих постоянные проблемы роста микробов. Благодаря профессиональному оборудованию и высококвалифицированному персоналу, способному проводить испытания на наличие любого количества бактерий, грибков, плесени и других потенциальных микробов, которые могут повлиять на здоровье здания, Airtek Environmental может обнаружить любую потенциальную угрозу для здоровья.

Свяжитесь с Airtek Environmental , позвонив по телефону 718-937-3720 и запишитесь на консультацию сегодня, чтобы начать улучшать рабочую среду вашего бизнеса для более здоровых и счастливых сотрудников.

17.2: Факторы, влияющие на рост бактерий

Углерод является структурной основой органических соединений, составляющих живую клетку. В зависимости от источника углерода бактерии могут быть классифицированы как автотрофы или гетеротрофы.

1. Автотрофы: в качестве источника углерода требуется только двуокись углерода. Автотроф может синтезировать органические молекулы из неорганических питательных веществ.

2. Гетеротрофы: нуждаются в органических формах углерода. Гетеротрофы не могут синтезировать органические молекулы из неорганических питательных веществ.

Комбинируя модели питания, все организмы в природе можно отнести к одной из четырех отдельных групп: фотоавтотрофы, фотогетеротрофы, хемоавтотрофы и хемогетеротрофы.

1. Фотоавтотрофы используют свет в качестве источника энергии и углекислый газ в качестве основного источника углерода. К ним относятся фотосинтезирующие бактерии (зеленые серобактерии, пурпурные серобактерии и цианобактерии), водоросли и зеленые растения. Фотоавтотрофы превращают углекислый газ и воду в углеводы и газообразный кислород посредством фотосинтеза.

Цианобактерии, а также водоросли и зеленые растения используют атомы водорода из воды для восстановления углекислого газа с образованием углеводов, и в ходе этого процесса выделяется газообразный кислород (оксигенный процесс). Другие фотосинтезирующие бактерии (зеленые серные бактерии и фиолетовые серные бактерии) осуществляют аноксигенный процесс, используя серу, соединения серы или газообразный водород для восстановления углекислого газа и образования органических соединений.

2. Фотогетеротрофы используют свет как источник энергии, но не могут преобразовывать углекислый газ в энергию.Вместо этого они используют органические соединения в качестве источника углерода. К ним относятся зеленые несерные бактерии и фиолетовые несерные бактерии.

3. Хемолитоавтотрофы используют неорганические соединения, такие как сероводород, сера, аммиак, нитриты, газообразный водород или железо, в качестве источника энергии и углекислый газ в качестве основного источника углерода.

4. Хемооганогетеротрофы используют органические соединения как в качестве источника энергии, так и в качестве источника углерода. Сапрофиты живут на мертвом органическом веществе, а паразиты получают питательные вещества от живого хозяина.Большинство бактерий и все простейшие, грибы и животные являются хемоорганогетеротрофами.

Факторы окружающей среды, влияющие на рост микробов

Факторы окружающей среды, влияющие на рост микробов

Помимо пищевых компонентов рост микробов также зависит от нескольких факторов окружающей среды. Эти факторы играют важную роль в понимании характера роста микроба. Кроме того, важно понимать эти факторы, особенно в промышленных условиях, где требуется огромное количество биомассы.

К факторам окружающей среды относятся:

1. Влага

Вода является важным компонентом для роста бактерий. 80% бактериальной клетки состоит из воды. Следовательно, наличие свободной молекулы воды важно для оптимального роста микроорганизма. Кроме того, обезвоживание или сушка оказывает сильное воздействие на микробы. Например, Treponema pallidum, N. gonorrhoeae могут легко погибнуть из-за высыхания.В то время как бактериальные патогены, такие как M.tuberculosis, S.aureus могут выживать при высыхании в течение нескольких недель. Таким образом, понятно, что необходимое содержание влаги для микробов варьируется от вида к виду. Следовательно, содержание влаги необходимо поддерживать для оптимального роста.

2. Кислород

В зависимости от потребности в кислороде бактерии делятся на три группы

• Аэробы: Кислород строго необходим для роста этих бактерий.Их также называют облигатными аэробами из-за потребности в кислороде для роста. Например: Pseudomonas aeruginosa .
• Факультативные анаэробы : Это группа бактерий, которые могут расти как в присутствии, так и в отсутствие кислорода. Большинство патогенных бактерий являются факультативными анаэробами. Например: кишечная палочка.
• Анаэробы: Их также называют облигатными анаэробами, поскольку они не могут расти в присутствии кислорода в окружающей среде.Например: Clostridium tetani .
• Помимо них, существует еще одна группа, называемая микроаэрофилами, которые растут в присутствии следовых количеств кислорода. Например: Helicobacter pylori.

В зависимости от типа бактерий содержание кислорода необходимо поддерживать для достижения оптимального роста.

3. Углекислый газ

Большинству бактерий для роста требуется небольшое количество углекислого газа. Этот углекислый газ обычно поступает из окружающей среды или может производиться бактериями в результате клеточного метаболизма. Такие организмы, как Brucella abortus , требуют для роста высокого уровня углекислого газа (5-10%). Бактерии, которым для роста требуется высокий уровень углекислого газа, известны как капнофильные бактерии.

4. Температура

Это важный фактор окружающей среды, который может влиять на рост организмов. Большинство возбудителей развиваются при 37 ⁰ С (температура тела). Бактерии делятся на три группы на основе оптимального диапазона температур

• Мезофилы: Оптимальный диапазон температур для мезофилов составляет от 25 ⁰ C до 40 ⁰ Большинство патогенных бактерий относятся к этой группе.
• Психрофил: Оптимальная температура для психрофилов ниже 20 ⁰
• Термофилы: Оптимальный диапазон температур для термофилов составляет от 55 ⁰ C до 80 ⁰ Например: Bacillus stearothermophilus.

5. рН

рН является важным фактором для роста микробов. Майские бактерии способны производить несколько органических кислот, которые снижают рН среды, а также ограничивают рост других бактерий.Кроме того, на некоторые компоненты среды может влиять низкий уровень pH. Следовательно, поддержание оптимального pH очень важно для обеспечения адекватного роста организмов. Патогенам в основном требуется нейтральный рН (7,2). Однако промышленно важные бактерии, такие как Lactobacillus lactis , требуют более низкого pH для оптимального роста.

6. Свет

Фототрофным бактериям для роста необходим свет. Однако большинство бактерий могут хорошо расти в темноте. Присутствие ультрафиолетовых лучей и радиации может уменьшить рост бактерий.Фотохромогенные микобактерии — уникальный вид, производящий пигменты только в присутствии света.

7. Осмотический эффект

Клеточная стенка бактерий играет важную роль в противостоянии осмотическому давлению. Плазмолиз (осмотическое удаление воды, приводящее к сморщиванию протоплазмы) может произойти, если бактерии внезапно переносятся в гипертонический раствор. С другой стороны, если бактерии переносятся в концентрированный раствор, может возникнуть паралич (чрезмерное осмотическое впитывание воды, приводящее к набуханию и разрыву клетки).

8. Механические и звуковые нагрузки

Клеточная стенка бактерий обеспечивает защиту от проблем, связанных со стрессом. Однако клеточную стенку можно разорвать при энергичном встряхивании стеклянными шариками и при воздействии ультразвуковых колебаний.

Артикул

Учебник микробиологии профессора К.П. Бавеха, публикация Арьи.

 Источники

• 2% – http://www.nios.ac.in/media/documents/dmlt/Microbiology/Lesson-03.pdf
• 1% – https://quizlet.com/144971993/микробиология-экзамен-2-домашнее задание-вопросы-флэш-карточки/
• 1% – https://quizlet.com/36858673/chapter-6-flash-cards/
• 1% – https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/microbiology/microbiology-introduction.html
• 1% – https://www. sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/iron-reduction-bacterium
• 1% – https://courses.lumenlearning.com/boundless-microbiology/chapter/cell-walls-of-prokaryotes/
• 1% — https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Плазмолиз
• 1% – https://quizlet.com/97958906/kipe-nolt-micro-chapter-7-flash-cards/

Факторы окружающей среды, влияющие на рост микробов

Фактор, влияющий на рост бактерий — Online Biology Notes

• На рост бактерий влияют многие факторы, такие как концентрация питательных веществ и другие факторы окружающей среды.

Некоторые важные факторы, влияющие на рост бактерий:

1. Пищевая концентрация
2. Температура
3. Концентрация газа
4. рН
5. Ионы и концентрация солей
6. Доступная вода

1.Концентрация питательных веществ:

• Если питательная среда богата веществом, стимулирующим рост, рост бактерий происходит быстрее. Снижение концентрации питательных веществ снижает скорость роста.
• Различные бактерии имеют разные потребности в питании.

Зависимость между концентрацией субстрата (питание) и скоростью роста показана на рисунке.

                                              Рисунок: питательные вещества в зависимости от скорости роста

• С увеличением концентрации питания скорость роста бактерий возрастает до определенного уровня, после чего скорость роста остается постоянной независимо от добавления питания.

2. Температура:

• Температура по-разному влияет на рост бактерий.
• Самая низкая температура, при которой возможен рост, называется минимальной температурой, а самая высокая температура, при которой возможен рост, называется максимальной температурой.
• Нет роста ниже минимальной и выше максимальной температуры.
• При температуре ниже минимальной клеточная мембрана затвердевает и становится жесткой для транспортировки питательных веществ в клетку, поэтому роста не происходит.
• При температуре выше максимальной клеточные белки и ферменты денатурируют, поэтому рост бактерий прекращается.

Зависимость между температурой и скоростью роста показана на рисунке ниже.

рисунок: температура в зависимости от скорости роста

• При непрерывном повышении температуры от минимума скорость роста бактерий увеличивается, поскольку скорость метаболической реакции увеличивается с повышением температуры.
• При определенной температуре скорость роста становится максимальной, эта температура известна как оптимальная температура.
• При дальнейшем повышении температуры выше оптимальной скорость роста резко снижается и полностью прекращается при достижении максимальной температуры.

3. рН:

• pH влияет на ионные свойства бактериальной клетки, поэтому влияет на рост бактерий.
• Большинство бактерий растут при нейтральном рН (60,5-7,5). Однако есть определенные бактерии, которые лучше всего растут при кислом или щелочном рН.
• взаимосвязь между pH и ростом бактерий представлена ​​на рисунке ниже.

рисунок: рН в зависимости от скорости роста

4. Ионы и соли:

• Всем бактериям требуются ионы металлов, такие как K+, Ca++, Mg++, Fe++, Zn++, Cu++, Mn++ и т. д., для синтеза ферментов и белков.
• Большинству бактерий не требуется NaCl в среде, однако они могут переносить очень низкие концентрации соли.
• Некоторые галофильные бактерии, такие как Archeobacteria , требуют высокой концентрации соли в среде.

5.Потребность в газе:

• Кислород и углекислый газ являются важными газами, которые влияют на рост бактерий.
• Кислород необходим для аэробного дыхания, а облигатным аэробным бактериям необходим кислород для роста. Например. Микобактерии, Бациллы
• Для облигатных анаэробов Кислород вреден, а иногда и смертелен. Однако факультативные анаэробы могут переносить низкие концентрации O2.
• Углекислый газ необходим капнофильным бактериям. Например, Campylobacter, Helicobacter pylori

6.Доступная вода:

• Вода является наиболее важным фактором для роста бактерий.
• Доступная вода в культуральной среде определяет скорость метаболической и физиологической активности бактерий.
• Сахар, соли и другие вещества растворяются в воде и становятся доступными для бактерий.

Фактор, влияющий на рост бактерий

Как растут микробы — Наука в новостях

Молли Сарген

фигурки Молли Сарген и Николаса Лю

Микробы (также известные как микроорганизмы) повсюду: на поверхностях, к которым мы прикасаемся, в воздухе, которым мы дышим, и даже внутри нас.Как следует из названия, все микробы слишком малы, чтобы их можно было увидеть без микроскопа. Помимо размера, микробы невероятно разнообразны. К микробам относятся бактерии, грибы и протисты. Чтобы иметь возможность жить в гармонии со всеми этими микробами, мы применяем многочисленные методы контроля их роста.

С одной стороны, мы стараемся избегать многих вредных микробов. Рассмотрим патогенные бактерии Listeria monocytogenes и Salmonella enterica , которые вызывают болезни пищевого происхождения.Мы используем охлаждение, чтобы замедлить рост таких микробов и сделать продукты безопасными для употребления. С другой стороны, некоторые микробы выполняют полезные функции, и мы намеренно их культивируем. Например, пекари используют высокие температуры для стимулирования роста дрожжей Saccharomyces cerevisiae , чтобы поднять тесто для хлеба. Некоторые микробы могут быть как вредными, так и полезными в различных условиях. Например, Escherichia coli может вызывать желудочно-кишечные заболевания при проглатывании, но может производить спасительный синтетический инсулин в промышленных условиях.Понимание удивительного роста микробов помогает нам разрабатывать методы поддержания сбалансированного взаимодействия с этими микроорганизмами.

Рисунок 1: Микроскопия позволяет выявить сложные особенности микробов. Требуется увеличение в 400-1000 раз, чтобы четко увидеть эти организмы под микроскопом. Слева направо, организмы и размер: Salmonella enterica (1 мкМ), Saccharomyces cerevisiae (10 мкМ) и Escherichia coli (1 мкМ). Источники изображения: S. enterica, S. cerevisiae, E. coli

Особенности микробов

Микробы — существа разнообразные.Многие из них обладают уникальными функциями и возможностями, но имеют несколько общих характеристик (рис. 2). Большинство микробов состоят только из одной или нескольких клеток. Каждая микробная клетка окружена клеточной мембраной. Мембрана контролирует движение вещества внутрь и наружу клетки. Это позволяет клетке вводить важные материалы, такие как питательные вещества, и выбрасывать отходы. Некоторые микробы также окружены клеточной стенкой. Стенка представляет собой структуру, закрывающую внутренние компоненты клетки. Внутри каждая клетка несет ДНК, кодирующую ее геном.Другие структуры в клетке выполняют метаболические функции, необходимые для жизни.

Рисунок 2: Характеристики микробной клетки. На этой схеме бактериальной клетки показаны основные характеристики микробной клетки, включая ДНК, клеточную мембрану и основные компоненты внутри клетки. Эта клетка имеет клеточную стенку, а также жгутики (придаток, который некоторые бактерии используют для движения).

Механизмы микробного роста

Микробный рост относится к увеличению количества клеток, а не к увеличению размера клеток.Многие микробы (в том числе Escherichia coli, Salmonella enterica, и Listeria monocytogenes) являются одноклеточными, то есть состоят только из одной клетки. Размер любого одноклеточного микроба ограничен способностью основных компонентов клетки поддерживать ее выживание. Например, целостность клеточной стенки нарушается, когда клетки становятся слишком большими. Решение проблемы роста, несмотря на ограничения по размеру клетки, состоит в том, чтобы клетки делились или производили новые клетки из исходной клетки.Поэтому популяция растет, хотя численность отдельных членов популяции остается стабильной.

Чаще всего одноклеточный микроб делится на две идентичные новые клетки в течение одного цикла роста (рис. 3а). Первоначальная клетка, называемая родительской, делает копию своей ДНК и производит достаточно материала для создания мембраны, стенки и молекулярных машин для двух клеток. Родительская ячейка немного увеличивается в размерах, чтобы вместить эти дополнительные материалы. Затем родительская клетка начинает сокращаться в середине, и в месте сокращения собирается новый участок клеточной стенки.Этот процесс продолжается до тех пор, пока родительская клетка не разделится на две клетки с целыми клеточными стенками. Образовавшиеся клетки называются дочерними. Поскольку обе дочерние клетки идентичны, клеточное деление также называется репликацией. Репликация таким образом приводит к быстрому увеличению числа клеток, поскольку каждая дочерняя клетка снова начинает цикл, действуя как родительская клетка. Деление клеток может выглядеть немного по-разному для микробов разной формы (рис. 3b), но ключевые принципы остаются прежними.

Пока условия благоприятны, одна ячейка производит две новые ячейки в непрерывном цикле. Каждый цикл удваивает количество клеток в популяции. Это известно как экспоненциальный рост. В зависимости от условий цикл деления E. coli может составлять всего 20 минут. Это быстрое деление приводит к быстрому увеличению размера популяции (рис. 3с). В конце концов, популяция становится достаточно большой, чтобы оказывать влияние, которое мы можем обнаружить, например, формирование физической структуры.В исследовательской лаборатории это может быть «колония», скопление бактерий на твердой питательной среде. Вы можете заметить это по налету на зубах. Для формирования видимой структуры требуется более миллиона бактерий, но это может произойти всего за восемь часов, когда условия оптимальны для E. coli .

Рисунок 3: Популяция увеличивается экспоненциально по мере деления клеток. Микробы различной формы делятся одинаково.

Некоторые микробы производят новые клетки асимметрично.В этой ситуации одна родительская клетка производит одну дочернюю клетку в процессе, называемом почкованием. Во время почкования родительская клетка развивает небольшой выступ, известный как почка. Материалы, необходимые для поддержки новой клетки, отправляются в почку, которая в конечном итоге отделяется от родительской клетки, образуя новую дочернюю клетку. Родительская клетка продолжает формировать почки, но отпочковавшиеся дочерние клетки не делятся. Почки могут оставаться соединенными в цепочку или разделяться на отдельные ячейки (рис. 4). Saccharomyces cerevisiae, дрожжи, используемые для приготовления хлеба, представляют собой почкующиеся дрожжи.

Существуют также многоклеточные микробы, такие как водоросли и плесневые грибы. Для этих микробов несколько клеток работают вместе, чтобы поддерживать жизнь организма. Каждая клетка может выполнять несколько разные функции для организма. Когда родительская клетка делится, каждая дочерняя клетка начинает выполнять определенные функции в зависимости от своего окружения. Весь организм растет по мере того, как формируются новые клетки и берут на себя новые функции. Это похоже на то, как растут более крупные организмы, такие как животные.

Рисунок 4: Некоторые клетки используют почкование для образования дочерних клеток. Родительская клетка производит небольшие выступы, называемые почками.

Факторы, влияющие на рост микробов

Условия окружающей среды сильно влияют на рост всех видов микробов. Одним из наиболее важных факторов для микробного роста является доступность питательных веществ и энергии. Микробам нужны углеводы, жиры, белки, металлы и витамины, чтобы выжить, как и животным. Процесс использования питательных веществ и превращения их в клеточный материал требует энергии. Каждый микроб имеет уникальные потребности в питании в зависимости от типов молекул, которые он способен производить для себя. Большинство микробов довольно устойчивы, а это означает, что они могут найти способ расти в различных условиях питания. Тем не менее, микробы растут медленнее, когда питательные вещества ограничены.

Температура также влияет на рост микробов. Большинство микробов оптимально растут в пределах определенного диапазона температур, определяемого способностью белков внутри клетки функционировать. В целом при низких температурах микробы растут медленнее.При более высоких температурах микробы растут быстрее. Например, патогены часто лучше всего размножаются при нормальной температуре тела, но медленно растут при более низких температурах вне тела или при повышении температуры тела во время лихорадки. Чрезвычайно высокие температуры обычно денатурируют компоненты, необходимые для выживания клеток, и смертельны для многих микробов. Тем не менее, некоторые исключительные микробы на самом деле предпочитают расти при очень высоких или очень низких температурах. Эти микробы, известные как экстремофилы, могут расти вблизи гидротермальных источников, где температура выше точки кипения, или в окружении сплошного льда.

Даже при наличии питательных веществ и подходящей температуре многие другие факторы окружающей среды могут влиять на рост микробов. К ним относятся кислотность, наличие воды и атмосферное давление. Каждый микроб предпочитает ряд свойств множеству особенностей окружающей среды. В целом микробы, как правило, лучше всего растут при определенных условиях и хуже при других условиях (рис. 5). Конкретные предпочтения для роста столь же разнообразны, как и типы микробов.

Рисунок 5: Микробы хорошо растут в определенном диапазоне условий для нескольких переменных окружающей среды. Некоторые микробы могут переносить широкий спектр условий, в то время как другим для хорошего роста требуются определенные условия. Иногда условия, обеспечивающие рост, перекрываются.

Методы борьбы с микробным ростом

Десятилетия исследований позволили разработать современное понимание микробного роста, чтобы установить принципы, изложенные выше. Установление общих принципов позволяет нам нацеливаться на широкие группы микробов, а уникальные требования к росту позволяют нацеливаться на конкретные микробы.Эти знания позволяют контролировать рост микробов, что сегодня облегчает многие из наших взаимодействий с микробами.

Многие методы борьбы направлены на устранение вредных микробов из пищевых продуктов или оборудования. Например, высокая температура часто используется для уничтожения микробов во время приготовления пищи или таких процессов, как пастеризация. Таким образом, потенциально вредные микробы полностью удаляются из пищевого продукта, что делает его безопасным для потребления и хранения. Точно так же химические вещества в дезинфицирующих средствах могут повредить или убить микробы на различных поверхностях.Спирты, такие как этанол и изопропанол, повреждают клеточные мембраны. Без этой защитной структуры микробы не могут контролировать то, что входит или выходит из клетки. Впоследствии микробы не могут удерживать важные питательные вещества и воду. С другой стороны, перекись водорода повреждает структуры внутри клетки. Когда перекись водорода разлагается, она образует молекулы, известные как свободные радикалы, которые повреждают белки и ДНК. Между тем, мы также используем мыло для физического удаления микробов с поверхностей. Химические свойства мыла и физическая сила, применяемая при протирании поверхности, вытесняют микробы.

Если микробы не могут быть полностью удалены из материала, такого как пищевые продукты, которые нельзя нагревать до высоких температур, могут быть приняты меры для уменьшения роста микробов. Понимание того, как температура влияет на рост, подтверждает важность охлаждения. Как уже упоминалось, низкие температуры замедляют рост микробов, поэтому охлаждение может задержать рост микробов в этих пищевых продуктах. Как описано выше, микробы могут размножаться каждые 20 минут, что приводит к видимому росту всего за несколько часов.При более низкой температуре клетки могут делиться только раз в несколько часов, и потребуется несколько дней, чтобы увидеть видимый рост.

В качестве альтернативы, когда мы хотим воспользоваться микробами, мы пытаемся оптимизировать условия для их роста. Вот почему дрожжевое тесто оставляют при теплой температуре, чтобы дрожжи могли быстро расти. Если тесто хранить в холодильнике, оно будет подниматься гораздо дольше. Точно так же, чтобы использовать E. coli для производства инсулина, мы обеспечиваем бактерии особыми питательными веществами, которые способствуют росту.

Учитывая разнообразие микробов в мире, становится ясно, что мы еще очень многого не знаем о том, как они растут. Продолжая лучше понимать микробный рост, мы сможем безопасно жить с микробами в нашем сообществе и использовать их уникальные возможности.

---

Молли Сарген — аспирант программы биологических и биомедицинских наук Гарвардской медицинской школы.

Ник Лю — аспирант программы химической биологии Гарвардского университета.

Изображение на обложке: «Образец бактерий в чашке Петри для биотехнологического исследования» от IRRI Images под лицензией CC BY-NC-SA 2. 0

Для получения дополнительной информации:

• Заинтересованы в понимании различных типов микробов? Попробуйте эту страницу.
• Узнайте больше о строении бактериальных клеток здесь.
• Подробнее о делении клеток см. на этой странице.
• Подробнее о механизмах микробного роста читайте в этой статье.
• Чтобы узнать больше о химических дезинфицирующих средствах, ознакомьтесь с этой информацией в CDC.

МИКРОБИОЛОГИЯ 130 — РУКОВОДСТВО ПО ГЛАВАМ 6,7,20

Примечание. Эти примечания представляют собой краткое изложение мои лекции и они никоим образом не отражают весь материал, пройденный на занятии!!

Физические требования для роста микроорганизмов

КАКИЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮТ НА РОСТ?

• Физические факторы — температура, pH, вода, кислород, давление
• Питательные вещества — Компоненты клеток и источники энергии

И.ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ:

1. Температура:
Как температура влияет на оптимальный рост?

• минимальная, оптимальная, максимальная температура роста

• Минимум — рост ниже этой температуры невозможен
• ферменты не функционируют
• транспорт прекращается
• клетки спящие не мертвые
• опасность замерзания и оттаивания
• Оптимальный — ближе к максимуму, чем к минимуму (на 5–10 °C ниже максимума)
• Максимум — Бактерия А растет при температуре до 40°С.Что может происходить с клеткой при 41°C?
• Категории на основе оптимальных температур:

• психрофилы <20°С
• высокий уровень ненасыщенных жирных кислот —> остается жидким при низкой температуре
• мезофил 20-40°С
• термофильный >40°С и <65°С
• экстремальные термофилы > 65°С
• водонагреватели, горячие источники, вентиляция
• Э.грамм. Pyrodictum, мин. 82 опт. 105 макс. 110 C
• крайности имеют липиды, адаптация белков
• PCR — Thermus aquaticus

2. рН: обычно узкий диапазон роста большинство не растет ниже рН 4 и выше рН 9 внутренний рН всегда близок к нейтральному могут продуцировать конечные продукты, которые изменяют локальный pH/требуются буферы ацидофилы — рН 1 — 5,5

• требуют ионов водорода для целостности мембраны
• не выжить на нейтралитете
• предотвращают поглощение цитоплазмой и откачивают

нейтрофилы — pH 5.5 — рН 8,5

алкалофилы — рН 8,5 — 11,5

• насос в протонах
• генерировать аммиак (+) путем разложения аминокислот

Бактерии		мин рН	опция pH	макс рН
Тиобациллы		1,0	2-2,8	4-6
Э.кишечная палочка		4,4	6-7	9,0
C. sporogenes		5,4	6-7,6	9,0
P. aeruginosa		5,6	6,6-7	8,0
Нитробактер		6,6	6.6-8,6	10,0

3. Классификация по активности воды/осмотическому давление (помните, низкая активность воды = высокое осмотическое давление)

• галофилы — требуют натрия >9%; крайности могут жить в 30%
• морская соль около 3%
• клеточная стенка и мембрана распадаются без натрия
• негалофильные — 0 к 1.5%

Что происходит при активности воды высокая (клетка гипертоническая к окружающей среде)? Вода входит в клетку и тянется к клеточной стенке

Что происходит, когда активность воды низкая (клетки гипотоничны по отношению к окружающей среде)? Вода покидает клетку; обезвоживание 

Как микробы приспосабливаются к низкой активности воды ?

• Микробы могут изменять свою внутреннюю осмотическую среду
• производить или импортировать соединения, увеличивающие количество растворенных веществ
• совместимые растворенные вещества — не наносят вреда хозяину
• ионы, сахара, аминокислоты

4.Кислород:

Как кислород влияет на оптимальный рост ?

• аэробы — требуют кислорода
• облигатные/строгие анаэробы — погибают от кислорода
• аэротолерантные анаэробы — не требуют кислорода, но не убиваются
• факультативный анаэроб — растет в присутствии или в отсутствие кислорода с различные метаболические стратегии
• микроаэрофилы — требуют пониженного уровня кислорода

Почему кислород токсичен для некоторых микробов?

• побочные продукты метаболизма, которые производят все организмы, токсичны для клеток
• перекись водорода
• супероксид
• присутствует в WBC для уничтожения бактерий
• аэробы имеют каталазу и/или пероксидазу и супероксиддисмутазу (СОД)
• каталаза: 2H ₂ 0 ₂ -> 2H ₂ 0 + 0 ₂
• пероксидаза: H ₂ 0 ₂ + 2H+ -> 2H ₂ 0
• СОД: 20 ₂ — + 2H+ -> 0 ₂ + H ₂ 0 ₂
• у строгих анаэробов эти ферменты отсутствуют
• микроаэрофилы либо уменьшают количество этих ферментов, либо чувствительны к кислороду. формы ферментов
• аэротолерантные имеют эти ферменты, но не те, которые используются в аэробном метаболизме

• Токсичные формы кислорода расщепляются несколькими ферментами; один из это каталаза.Этот фермент расщепляет перекись водорода с образованием воды. и молекулярный кислород. Наши ткани, как и многие микроорганизмы, являются каталазами. положительный — вот почему пузырьки, когда льешь перекись на порез.

Зачем в наших тканях перекись?
Некоторые теории рака предполагают, что оксиданты (например, токсичные формы кислорода) повреждают ДНК и тем самым вызывают мутации, которые, в свою очередь, вызывают рак. Эти теории предсказывают, что антиоксиданты, такие как бета-каротин, таким образом, витамин Е и витамин С будут иметь антимутационную активность.

---

Органические факторы роста

обычно называют витаминами, это органические вещества, необходимые для рост организма, но которые организм не может синтезировать.

В чем разница между определенным и неопределенным носителем?

---

КАКИЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮТ НА РОСТ?

• Питательные вещества — Компоненты клеток и источники энергии
• Физические факторы — температура, pH, вода, кислород, давление

И.Питательные вещества:

ЭЛЕМЕНТ		ФУНКЦИЯ КЛЕТКИ
С		основа органических клеточных компонентов, энергия
Н		вода, органические компоненты, рН, водородные связи, редокс
О		вода, органические компоненты, дыхание
Н		аминокислоты, нуклеотиды, коферменты, АТФ
С		аминокислоты, коферменты, ферменты
Р		нуклеиновые кислоты, фосфолипиды, коферменты, АТФ
Fe		цитохромы, ферменты
Na, K, Ca, Cl, Mg, Mn		Микроэлементы: транспорт, ионный баланс, кофакторы (e- доноры/акцепторы)

II.КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЗМОВ ПО УГЛЕРОДУ , энергия и источники электронов

• Хемотрофы — Получают энергию из химических веществ
• Фототрофы — Получают энергию от солнечного света
• Автотрофы — Использование двуокиси углерода для получения углерода
• Гетеротрофы — Использование органических субстратов для углерода
• Литотрофы — Неорганические соединения для электронов

---

Рост бактерий

• Бактерии растут путем бинарного деления.Начиная с одного организма сколько организмов будет ли у вас через 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 поколений.

Если бы вы начали с 10 организмов, сколько бы вы получили после каждого вышеперечисленных поколений?

Что такое микробный рост?

КАК РАЗМНОЖАЮТСЯ БАКТЕРИИ?
• Бинарное деление
• Почкование
• Фрагментация
Что происходит при бинарном делении?
• Дублирование ДНК
• Репликация ДНК
• один источник репликации, двунаправленный
• тета промежуточный
• Разделение ДНК и цитоплазматического содержимого
• Формирование поперечной стены
Время генерации = время удвоения
• время, необходимое для деления клетки или удвоения популяции
• От 1 до 2 или от 100 до 200 или от 1 миллиона до 2 миллионов
• Наиболее распространенные бактерии имеют время генерации 30-60 мин при опт.условия.
• Наиболее часто возбудители находятся в организме около 5-10 часов.

Mycobacterium tuberculosis (в лаборатории)	12 часов
Clostridium botulinum (в лаборатории)	0,58
E. coli (в лаборатории)	0,30
E. coli (у мышей)	20 часов

Что происходит, когда вы инокулируете одну бактерию из скошенной в холодильнике в питательную среду и инкубировать?

• Почему сразу не растет?
• Что определяет скорость его роста?
• Почему он перестает расти?


Фазы роста бактерий в периодической культуре (см. рисунок выше)

• Лаг-фаза – синтез новых компонентов или ремонт
• Логарифмическая фаза — воспроизведение с максимальной скоростью (кратчайший время генерации)
• экспоненциальный рост 1->2->4->8->16->32->64    Bf = Bi x 2n    Log Bf = log Bi + .3т/дт    
• Стационарная фаза — нет чистого прироста, баланс между клеточным делением, «гибелью» клетки, поддержанием    Питательные вещества против синтеза токсинов     хранения материалов    спорообразование, гены выживания    
• Фаза смерти — действительно ли они умирают? немного автолиз    небольшой субпопуляция сохраняется; накопление токсинов    

---

Математика времени роста-генерации

Уравнение роста:

    n = log ₁₀ Nf — бревно ₁₀ Ni
0.301 Где n = количество поколений, Nf = окончательный конц. клеток (например, 10 ⁹ /мл),
Ni = исходная конц. клеток (например, 10 ³ /мл) и 0,301 является коэффициентом для преобразования журнала ₂ в журнал ₁₀ .

Пример : измерение культуры в 9:00: Нет = 10 000 клеток/мл.Затем измерьте культуру в 15:00: Nf = 100 000.
    клеток/мл. Рассчитать n = (5 — 4)/0,3 = 1/0,3 = 3,33 поколения.

Время генерации: общее время = 6 часов = 360 минут/3,33 поколения = 108 минут/поколение
Вывод: время генерации = 108 минут

Примечание: уметь вычислять г.т . Обратите внимание на единицы измерения!

Графическое измерение роста
· График зависимости количества ячеек от количествавремя дает изогнутая линия.
· Журнал построения графиков количества ячеек в зависимости от времени дает прямую линию — легче интерполировать, использовать.
· График количества ячеек в зависимости от времени полулогажная бумага тоже дает прямую — проще всего в
    попрактиковаться в работе с измерениями роста.
· Примечание: часто то, что наносится на ось Y полулогарифмической бумаги — это не количество ячеек, а что-то
    легче измерить, например, абсорбцию (см. ниже).
.

---

СРЕДА КУЛЬТУРЫ
Питательная среда – это любой материал, приготовленный для выращивания организма в лабораторной обстановке. Микробы, которые можно культивировать на чашке Петри или в пробирке, содержащей среду, как говорят, растет под в vitro условия («внутри стекла».)

Только в эпоху Роберт Кох и его коллеги Агар был вводится как обычная среда для роста бактерий.Агар представляет собой комплекс полисахарид, получаемый из морских водорослей. Немногие бактерии обладают ферментами способен переваривать агар и поэтому полезен в качестве отвердителя и для выделения микробов в чистой культуре . До появления агара, в качестве питательной среды использовали желатин. К сожалению, многие бактерии обладают ферментами, которые разжижают желатин, и поэтому эта среда бесполезна для выделения чистых культур. Однако разжижение желатина является одним из серия биохимических тестов, помогающих дифференцировать виды бактерий.

Что такое ЧИСТАЯ КУЛЬТУРА?

• Чистая культура представляет собой единичных видов (клональных по природе) микроорганизмы
• Клон представляет собой генетически идентичную популяцию микробов, произошли от единственной родительской клетки
• Колонии представляют собой видимые клоны, выращенные на твердых средах и представляющие собой миллионы бактериальных клеток
• Следует отметить отличительные характеристики колоний, такие как:
• пигментация
• запах
• высота
• окраина (граница колонии)
• консистенция, такая как мукоидная, радужная, нитевидная и др.

Среды различаются по своему химическому составу. В свою очередь, состав среда определяет микробный рост и тип микробов, которые будут расти.

а) Среда определенного химического состава : известен точный химический состав. Такие СМИ часто
    коммерчески подготовленный.

б) Селективная среда . Содержат химические вещества, стимулирующие рост некоторых видов микробов
    но подавляет рост других.

c) Дифференциальный среда позволяет выделяются на основе различных
    биохимические реакции. Реакции брожения с участием катаболизм различных сахаров
    особо полезные биохимические тесты

Примечание. Многие носители являются как селективными, так и дифференциальными, например MacConkey. (Mac) агар и агар с маннитоловой солью (MSA).

d) Питательная среда содержит богатый запас питательных веществ поощрять поощрять
    рост микроорганизмов.Часто используемое обогащение среда – кровяной агар. Этот
    среда также является дифференциальной и позволяет обнаруживать различных моделей гемолиза.

---

  Измерение роста

а) Общее количество клеток
· Затвор камеры Петроффа-Хауссера — нужна большая конц. (минимум 10 ⁷ клеток/мл).
· Счетчик сошников (для больших микробы; грибы, дрожжи, простейшие и др.) — использует электрический заряд
    разница при прохождении через маленькое отверстие. Не так полезно с бактериями, получают ошибки из-за
    комки, мусор, невозможно различить живые и мертвые клетки и др.

b) Подсчет жизнеспособных организмов
КОЕ (колониеобразующие единицы) анализ
1. провести серию разведений
2. тарелки известных объемов на тарелках
3. подсчитывать только чашки с 30–300 колониями (наилучшая статистическая точность).
4.экстраполировать на неразбавленную клеточную конц.

Измеряет колониеобразующие единицы (КОЕ), может совпадать или не совпадать с числом клеток — точно, но требует времени для инкубации.

Два способа подсчета жизнеспособности:
    1. Чашка для разведения: бактерий распространяются на поверхность агара с помощью стерильного шпателя
        устройство. Достоинства: если правильно проведено, все колонии должны быть легко подсчитаны.
        Недостатки: требуется некоторое время, не всегда надежные в неопытных руках, ячейки с низким
        толерантность к кислороду не расти.При наличии «распорок» поверхность пластины может зарастать.

    2. Тарелка для заливки: бактерий смешивают с расплавленным агар и охлажденный; колонии растут по всей
        агар. Достоинства: почти Безотказная техника, колонии хорошо разделены. Может позволить рост
        организмов с толерантность к кислороду в агаре. Недостатки: переменный размер колоний,
        труднее увидеть сходство по морфологии колоний между колониями на поверхности и в агаре.
        Подсчет может быть более сложным. Тепло может убить некоторые клетки до того, как агар остынет и превратится в гель.

в) Легкие техники
Часто можно точно оценить количество клеток, измерив видимую мутность. Рассеянный свет пропорционален количеству клеток. Это работает только выше плотность клеток 10 ⁷ в чистых культурах. Метод глазного яблока. Это не является точным измерением, но должна позволять оценку в пределах порядка величины.

нет мутности означает менее 10 ⁷ клеток/мл
Легкая мутность = 10 ⁷ — 10 ⁸ клеток/мл
высокая мутность= 10 ⁸ — 10 ⁹ клеток/мл
Очень. высокая мутность = более 10 ⁹ клеток/мл (культуры редко достигает 10 ¹⁰ клеток/мл)

Поглощение (обычно при длинах волн около 400-600 мкм). Точный измерение клеток, когда концентрация не слишком высока.Легко и быстро измерить (можно попробовать менее чем за минуту).

---

d) Периодический и непрерывный методы культивирования
· Пакетный метод: положить маленький посев чистой культуры в стерильную среду, дать расти. Общая лаборатория
    процедура, но не типичная для многих реальных сред.
Непрерывная культура (см. раздел 6.11 текста): используйте хемостат или турбидостат. Свежий струйкой
    среду в культуру с медленной, но постоянной скоростью, переместить = объем культуры как перелив.
Клетки остаются в экспоненциальном (но субоптимальном) состоянии, растущие при известных показатель. Хороший симулятор для
    изучение многих природных сред.

---

Свойства микробов

Брату Грегори дали ряд микробов и попросили определить особенности роста каждого вида, чтобы увидеть, где они могут расти лучше всего. Он хочет, чтобы вы, его помощники-исследователи, попробовали вырастить этих микробов в различных условиях окружающей среды и выяснить, как быстро они размножаются. Это исследование касается влияния температуры на скорость роста, ее верхнего и нижнего пределов и выяснения, при какой температуре микробы растут лучше всего. Задний план Микробы, даже если они обеспечены всеми необходимыми питательными веществами, все равно могут не расти. Бактерии, одноклеточные эукариоты и другие микробы могут жить и размножаться только в определенных условиях окружающей среды. Факторами, которые могут влиять на то, могут ли микробы расти и как, являются температура, pH, растворенные газы, осмотическое давление и доступность воды. Микробы, такие как бактерии, более устойчивы к условиям окружающей среды, чем другие организмы. Однако каждый вид имеет свои особенности и определенный диапазон значений, в которых он лучше всего растет и размножается. Верхние и нижние значения и температурный диапазон Некоторые виды микроорганизмов могут расти при температурах до -10 90 127 o 90 128 C, а другие при температурах до 100 90 127 o 90 128 C или выше. Эти верхние и нижние значения являются функцией клеточного метаболизма. При более низких температурах молекулы движутся медленнее, ферменты не могут участвовать в химических реакциях, и в конечном итоге вязкость внутренней части клетки приводит к остановке всей активности. При повышении температуры молекулы движутся быстрее, ферменты ускоряют обмен веществ, а клетки быстро увеличиваются в размерах.Но выше определенного значения все эти активности протекают с такой высокой скоростью, ферменты начинают денатурировать, и общий эффект оказывается пагубным. Рост клеток прекращается. Эти граничные значения определяют максимальную и минимальную температуру, при которой может существовать (и расти) жизнь. Каждый вид микроба имеет свой собственный уникальный верхний и нижний предел, который является определяющей характеристикой для этого вида. Оптимальные значения Где-то между характерными для него верхним и нижним температурными пределами каждый вид микроба имеет определенную температуру, при которой он лучше всего растет.При этой температуре все аспекты клеточного метаболизма функционируют на оптимальных значениях, клетка способна быстро увеличиваться в размерах и делиться. Когда представители вида обнаруживают, что живут при оптимальной температуре, скорость их роста достигает максимального значения. Психрофилы Бактерии, которые растут при температуре от -5 o C до 30 o C, с оптимальными температурами от 10 o C до 20 o C, называются психрофилами .Эти микробы имеют ферменты, которые лучше катализируют в холодных условиях, и имеют клеточные мембраны, которые остаются жидкими при этих более низких температурах. Морская вода у полюсов земли богата водорослями, способными жить при температуре ниже 0 o С, а психрофильные бактерии, портящие молоко, мясо, овощи и фрукты, прекрасно себя чувствуют в холодильнике. Хотя охлаждение — хороший способ замедлить порчу продуктов, оно не может остановить рост этих бактерий. Мезофилы Микробы, которые растут при оптимальных температурах в диапазоне от 20 o С до 40 o С, называются мезофильными . Важными членами этой группы являются те, которые живут внутри и на теплокровных существах, таких как люди. Болезнетворные бактерии входят сюда и как симбиотические бактерии, живущие в организме человека, не причиняя ему вреда. Термофилы Некоторые бактерии могут жить и расти при температурах, превышающих 50 90 127 o 90 128 C.Это термофильных микробов, которые могут переносить очень суровые условия разложения органического материала, горячие источники в Йеллоустонском национальном парке (где температура составляет не менее 80 o C до 85 o C) или глубоко в океанах за счет теплового воздействия. жерла бурлят из горячих скал прямо под земной корой. Инструменты торговли В этих исследованиях крошечную группу микробов каждого вида помещают в жидкий бульон, наполненный питательными веществами, который был стерилизован (так что никакие другие бактерии не будут конкурировать!).Обычно это находится в специальной колбе (называемой «колбой Эрленмейера»), которую медленно встряхивают (чтобы сохранить равномерное распределение микробов и питательных веществ). Каждая растущая культура тщательно хранится при соответствующей и постоянной температуре на протяжении всего эксперимента. Через равные промежутки времени из колбы отбирают небольшие образцы растущей культуры и всякое размножение микробов останавливают каким-либо ядом или ингибитором (их можно также охлаждать или замораживать).Затем определяется размер популяции в каждый момент времени. М Энделя М прочее показывает вам — — как размножаются бактерии. Запись результатов НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, распечатайте и используйте эту Таблицу результатов для записи ваших данных Результаты каждого из ваших исследований должны быть записаны в виде таблицы ( Таблица результатов ).В этих таблицах следует указать название изучаемого микроба, температуру роста и сделать точную запись либо данных о росте (кривой роста), либо значения времени генерации (количество поколений в минуту), если требуется. Логарифмическое значение количества поколений в час также должно быть записано в вашей таблице результатов. Графики НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, распечатайте и используйте Представление результатов Лист для построения графика ваших данных Затем результаты каждого исследования должны быть представлены в виде графика. По горизонтальной оси графика следует отложить интервалы различных температур, при которых выращивались микробы. Вертикальная ось должна представлять логарифмическое значение количества поколений в час, определенное для этого образца. Это называется графиком Аррениуса . Форма этих графиков или графиков характерна для каждого вида микроба, но каждый организм покажет оптимальную температуру, при которой рост идет наиболее быстро, а когда температура либо превышает, либо падает ниже этого оптимума, рост замедляется.Выше или ниже максимальной и минимальной допустимых температур весь рост прекращается. Условия; Каждое исследование проводится при определенном наборе условий выращивания. Сначала выбирается вид микроба. Затем необходимо выбрать температуру. РубрикаРазное Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт