ЛЕКЦИЯ ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА РАЗВИТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

ОП.11 Товароведение продовольственных товаров

Лекция

Тема: ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

НА РАЗВИТИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Подготовила преподаватель профессионального цикла: Коденцева Наталья Анатольевна

План

1. Физические  и физико-химические факторы.

2. Химические факторы.

3. Биологические факторы.

4. Принципы хранения пищевых продуктов.

1. Физические и физико-химические факторы

Микробы подвергаются воздействию многих факторов среды. И несмотря на это, они остаются жизнеспособными в жидком воздухе и в глубоком вакууме, в уксусе и в водах атомного реактора, в окружении живых существ и внутри них. В таких местах могли сохраниться только те организмы, у которых выработалось приспособление к сложившимся условиям. Разнообразие условий породило разнообразие свойств микроорганизмов под влиянием физических, химических, биологических и других факторов.

Температура - один из наиболее важных факторов в жизни микробов. Она может быть оптимальной, то есть наиболее благоприятной для развития, а также максимальной, когда подавляются жизненные процессы, и минимальной, ведущей к замедлению или прекращению роста.

Зоны роста для разных групп микроорганизмов колеблются в довольно широком диапазоне.

Психрофилы (холодолюбивые микроорганизмы) растут при низких температурах (от +15 до -8 °С). Их можно встретить в северных морях, ледниках, холодиль¬никах и в других местах. Среди них могут быть возбу¬дители болезней рыб и водных растений, микроорганизмы, разлагающие пищевые продукты.

Мезофилы развиваются при средних температурах от 20 до 40 °С. Температура 25-39 °С для них оптимальная. Мезофилы - возбудители болезней животных и человека, брожений, вызывающие аммонификацию и другие процессы.

Термофилы (теплолюбивые) требуют для своего развития более высокую температуру - от 40 до 80 °С. Такие микроорганизмы встречаются в горячих источниках, в пищеварительном тракте животных, в почвах районов с жарким климатом. В горячих источниках Камчатки обнаружены шаровидные, палочковидные и нитчатые формы термофильных микробов. Термофильные микробы участвуют в таких процессах, как биологическое обеззараживание навоза, приготовление бурого сена, силосование кормов и т. д. При оптимальной влажности термофилы повышают температуру органических веществ, разлагают их, в результате чего накапливаются горючие газы - метан, водород, которые могут вызывать самовоспламенение растительной массы. Резкие колебания температуры ведут к гибели микробов.

Действие на микробы высоких температур. К высокой температуре особенно чувствительны вегетативные формы. С повышением температуры время жизни микробов сокращается. Так, тифозные бактерии при 47 °С погибают через 2 ч, а при 59°С - через 21 с. Подобная картина, но при более высокой температуре наблюдается и у спор. Если при 100 °С споры погибают через 20 ч, то при 130° - через 2-4 мин (В. И. Вашков, 1956).

На микробы более эффективно действует насыщенный водяной пар, чем сухой жар. Гибель спор возбудителя сибирской язвы наступает через 1 мин от пара при 132 °С, а от сухого жара - при 180°. На качество стери¬лизации влияет также число клеток в 1 мл суспензии. Чем их больше, тем выше должна быть температура или более продолжительной экспозиция. На устойчивость микробов к температуре оказывают влияние среда обитания, условия, при которых образовались споры. Белки, жиры предохраняют микробы от действия тепла, а бактерицидные вещества, наоборот, усиливают его действие. Быстрее наступает гибель микробов в кислой среде и гораздо медленнее в нейтральной.

         Микробы могут сохранять жизнеспособность и при температуре от 85 до 90°С. Такие кальдоактизные бактерии обнаружены в горячих источниках Долины гейзеров Иеллоустонского парка (США) и в других местах.

Действие на микробы низких температур. Низкие температуры обычно не вызывают гибели микробов, а лишь задерживают их рост и размножение. Жизнеспособность многих микробов сохраняется при температуре, близкой к абсолютному нулю. Споры прорастают после 10-часового пребывания их в жидком водороде (-252 °С), в течение 2 ч при этой же температуре сохраняют жизнеспособность бактерии брюшного тифа. В жидком воздухе (-172-190 °С) в течение 20 ч сохраняется кишечная палочка.

Палочки туберкулеза оставались жизнеспособными при температуре -180 °С в течение восьми дней.      Бруцеллы при -40 °С сохранялись более шести месяцев.

Еще более устойчивы к низким температурам вирусы. Вирус бешенства при температуре жидкого воздуха (-190 °С) и жидкого водорода (-292 °С) оставался активным в течение нескольких месяцев (В. Д. Савельев и др.). В вечной мерзлоте под Воркутой на глубине 57 м содержались

 Споры и гнилостные микробы сохраняли жизнеспособность в трупах мамонтов, пролежавших тысячи лет в мерзлой почве Сибири (В. Л. Омелянский, 1911).   Последнее подтверждается исследованиями, проведенными и в наши Дни (1982). При исследовании ледяных кернов, извлеченных из ледовой толщи Антарктиды, установлено, что актиномицеты встречаются на глубине до 85 м, дрожжи - до 100, плесневые грибы и бациллы - до 320 м. Это указывает на то, что микроорганизмы могут сохра¬няться в анабиотическом состоянии не менее 12 тыс. лет.

Вегетативные формы микробов более чувствительны к действию низких температур. Охлаждение до -10-20 °С в течение 1-2 суток снижает численность кишечных палочек в суспензии на 90 %. Поэтому, возможно, температура -190 °С и ниже, когда замораживание происходит без образования кристаллов, менее губительна для живого, чем температура -20 °С и выше, при которой образуются кристаллы льда, ведущие к механическим повреждениям и необратимым процессам в микробной клетке.

Высушивание и вакуум. Высушивание происходит в результате испарения влаги, уменьшения ее не только в субстрате, но и в микробной клетке. С уменьшением влаги замедляются жизненные процессы, клетка переходит в анабиотическое состояние. На этом принципе основано хранение сухих продуктов.

Жизненные процессы в микробной клетке замедляются, но не прекращаются. В таком состоянии, особенно в вакууме, микробные клетки сохраняются десятилетиями. Некоторые патогенные стрептококки оставались жизнеспособными в подобных условиях в течение 25 лет; возбудитель туберкулеза - до 17 лет, дифтерии - пять лет и т. д. Живые микробы обнаруживали в римских гробницах, нетронутых в течение 1800 лет, в египетских мумиях.

Обезвоживание при низкой температуре в глубоком вакууме (метод сублимации) используется для приготовления живых вакцин (туберкулеза, бруцеллеза, гриппа), витаминов, ферментов и других биологических препаратов. Как отмечают А. А. Имшенецкий и С. В. Лысенко (1970), шаровидные формы бактерий значительно более устойчивы к глубокому вакууму, чем палочковидные. После трехсуточного пребывания в глубоком вакууме Sarcina flava, Micrococcus luteus и Micr. curantiacus более 50 % клеток оставалось жизнеспособными, в то время как палочковидные формы Ps. aeruginosa, Ps. Fluorescein, E. coli и другие почти полностью погибли.

Продолжительное время микробы сохраняются в сухой почве. При исследовании почвы с корней растений, хранившихся более 300 лет, обнаружены жизнеспособные микробы. Из почвы, хранившейся в высушенном состоянии от 100 до 200 лет, были выделены Вас. subtilis и другие бациллы. Установлено, что за каждые 100 лет в почве отмирает до 10 % микробов, а полное обеспложивание сухой почвы, по-видимому, наступает через 1000 лет. Значит, микроорганизмы в высушенном состоянии могут сохраняться в течение длительного времени.

Действие видимого излучения (света). Энергия солнца необходима зеленым и пурпурным бактериям, которые с помощью пигментов превращают световую энергию в доступную биохимическую и использут ее затем для синтеза компонентов клеток. Другим микроорганизмам световая энергия может приносить вред, вызывая их гибель. Бактерицидность видимого излучения зависит от длины волны: чем она короче, тем в ней больше заключено энергии. Поэтому и ее действие на живые объекты сильнее, и наоборот.

Под действием видимого излучения (прямых солнечных лучей) погибают многие микробы, особенно патогенные (возбудитель туберкулеза - в течение 3-5 ч, вирус ящура - в течение 2 ч). Такие излучения часто используются для санации помещений. Там, где больше солнца, там меньше микробов. Народная мудрость гласит: «Куда не заглядывает солнце, туда часто приходит врач». Облучение ведет к усилению фотохимических окислительных процессов, его действие на микробы увеличивается в присутствии кислорода или окисляющих веществ.

Чувствительность микробов к ультрафиолетовому излучению разная. Минимальное количество лучистой энергии приводит к гибели Е. coli при длине волны 234 нм, Staphilococcus aureus и Ps. aeruginosa - при 265 нм, Serratia marcescens - при 281 нм. Микробы, образующие пигмент (ярко-желтый у Sarcina lutea, черный меланин у Aspergillus niger), более устойчивы к действию ультрафиолетового излучения.

К ионизирующей радиации наиболее чувствительны клетки в фазе экспоненциального (логарифмического) роста. Температурные колебания почти не влияют на чувствительность клеток к ультрафиолетовому излучению, так как в основе лучевого воздействия лежат фотохимические реакции. Предварительная обработка клеток длинноволновыми ультрафиолетовыми лучами повышает их радиорезистентность. Таким образом, чувствительность клеток ультрафиолетовому излучению определяется комплексом факторов.

Действие рентгеновского излучения (рентгеновских лучей) известно еще с 1898 г., когда с их помощью удалось убить культуры кишечной палочки, золотистого стафилококка, холерного вибриона и других микробов. При облучении микробов в 0,5 Гр (1 Гр= 100 рад) усиливается рост и образование пигментов, доза в 1 Гр действует менее благоприятно, а излучение в 3-5 Гр приводит к остановке роста. К излучениям более чувствительны молодые клетки, находящиеся в стадии деления или роста.

Более устойчивы к излучению грамположительные микробы и менее устойчивы грамотрицательные. Повышенная устойчивость к излучениям отмечена у клостридий ботулизма - они погибают только после воздействия на них дозами в 25-40 кГр. Для достижения стерильности в некоторых случаях необходимо излучение в 50 кГр. Устойчивы к облучению вирусы и риккетсии, их устойчивость примерно такая же, как и у спор бацилл. Чем меньше размеры вирусных частиц, тем выше летальная доза. Вирус ящура инактивируется после облучения дозами в 35-40 кГр, вирус оспы-вакцины – 20-25 кГр.

Некоторые микробы (возбудитель сибирской язвы, кишечная палочка и др.) приобретают устойчивость к излучениям. После нескольких облучений она у них по¬вышается в 2 раза и более. Возрастание устойчивости к излучениям зависит от среды, в которой выращивались микроорганизмы. Так, у кишечной палочки, выраженной на МПа с добавлением 2 % глюкозы, устойчивость к рентгеновским излучениям повышалась в 4 раза (В. И. Плохой и др., 1962). Уменьшение воды в микробной клетке или среде также ведет к увеличению резистентности.

Бактерицидное действие излучений используется в практике. Излучаемые бактерицидными, ртутно-кварцевыми лампами ультрафиолетовые лучи задерживают рост микробов в воздухе боксов, операционных, на поверхности пищевых продуктов, то есть там, где нельзя применять другие средства стерилизации (температура и т. д.). В пищевой промышленности наиболее часто применяют лампы ультрафиолетового излучения с длиной волны 253,7 нм. Они представляют собой газоразрядные ртутные светильники низкого давления. Разряд происходит между электродами при подаче на них напряжения.

Такие лампы делают из увиолевого стекла. Их обозначают: БУВ-15, БУВ-30, БУВ-60. Сила цидного облучения зависит от типа лампы и расстояния ее до объекта стерилизации.

Ультразвук - высокочастотные (16 кГц и более) механические колебания упругой среды, не воспринимаемые ухом человека. Действуя на культуру микроорганизмов, ультразвук создает большую разницу в давлениях и повреждает клетку. Часть микробов погибает очень быстро (немедленно), другие подвергаются сильному механическому сотрясению, в результате чего нарушаются физиологические процессы, разжижается и вспенивается цитоплазма, увеличивается объем, разрывается клеточная стенка, содержимое выходит во внешнюю среду. На этом принципе основано использование ультразвука для извлечения токсинов, ферментов и антигенов.

Ультразвук оказывает губительное действие на эшерихии, салмонеллы, возбудителя туберкулеза, дрожжевые клетки и т. д. При этом вначале разрушается двигательный аппарат (у эшерихий, салмонелл), капсула (у азотобактера), а затем и другие структуры. Эффективность действия ультразвука снижается при содержании в среде протеина. Поэтому использование ультразвука для стерилизации молока и других продуктов не всегда дает желаемые результаты. Быстрее подвергаются разрушению палочковидные формы и более медленно - шаровидные. Чем меньше объект, тем выше его устойчивость к действию ультразвука.

Электричество, по-видимому, не оказывает сильного действия непосредственно на микробы. Проходя через среду, ток высокого напряжения может вызывать электролиз некоторых компонентов и образование соединений, которые неблагоприятно влияют на микробов. Электроток усиливает цидное действие дезинфицирующих веществ, особенно ртутных препаратов.

В поле электрического тока происходит диссоциация молекул на ионы, что сокращает срок действия вещества и повышает его эффективность. Электролиз применяют при дезинфекции воды, обеззараживании сточных вод и т. д. При этом губительное действие на микробы обеспечивается не самим электричеством, а теми продуктами (кислород, хлор, кислоты), которые образуются в результате прохождения его через среду.

Токи ультравысокой частоты (УВЧ) с частотой пульсации от 3 млн до 30 млрд в секунду по-разному действуют на микробы. Большинство исследователей склонны считать, что губительный эффект на микробы обусловливается тепловым действием УВЧ. Имеет значение также длина волны. Длина в 15 м угнетает жизнедеятельность микробной клетки, в то время как длина в 4 м не оказывает такого действия.

Влияние магнитных полей на микроорганизмы. Существует связь и зависимость многих биологических явлений на Земле с процессами, происходящими на Солнце, которые изменяют геофизические параметры, в том числе и магнитное поле. У микробов, как и у других живых существ, установлен магнитотропизм. Движение некоторых из них происходит по магнитному меридиану: в северном полушарии на север, в южном - к противоположному полюсу (Р. Блекмор, 1975, США, и др.). Еще в большей степени магнитотропизм выражен у микроскопических грибов (А. А. Титаев, 1976) - они могут расти по силовым линиям магнитного поля. Такое явление объясняется наличием особых продуктов биосинтеза, содержащих низкомолекулярные белки-ферменты, в молекулах которых имеются атомы железа с ферромагнитными свойствами.

В клетках магниточувствительных микробов обнаружены органеллы (магнитосомы), состоящие из биогенного магнетита (FeO Fe203). Они имеют кубовидную (дискообразную) форму, окружены мембраной и составляют у магниточувствительных микробов до 2 % сухого вещества. Сторона такой частицы достигает 50 нм.

Микробы реагируют на любое напряжение геомагнитного поля, что приводит к изменению морфологических, культуральных и биохимических свойств. Клетки увеличиваются в размерах, образуют длинные нити; на плотных питательных средах могут расти мелкие беспигментные колонии (стафилококк, чудесная палочка). Иногда изменяется обмен веществ, вирулентность, повышается резистентность к антибиотикам и т. д. Следовательно, магнитное поле можно рассматривать как экологический фактор, определяющий течение биологических процессов, способствующий появлению и временному исчезновению инфекционных и других болезней на земле.

Гидростатическое давление, превышающее 108-110 МПа, вызывает денатурацию белков, инактивацию ферментов, повышает электролитическую диссоциацию, увеличивает вязкость многих жидкостей. Все это неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности микробов и нередко приводит к их гибели. Среди микроорганизмов имеются и такие (барофильные), которые живут и размножаются еще при более высоких давлениях, например глубоководные бактерии морей и океанов. Со дна Тихого и Индийского океанов, где гидростатическое давление достигает 113-116 МПа, вместе с другими живыми объектами неоднократно извлекали барофильные микроорганизмы. Большинство же микробов выдерживают давление около 65 МПа в течение часа.

Действие сотрясений часто вызывает гибель бактерий (но не вирусов). Если поместить культуру бактерий в сосуд со стеклянными шариками и встряхивать, то через некоторое время происходит механическое разрушение клеток.

 Бактерии разрушаются быстрее, если их предварительно заморозить. Подобное наблюдается в горных и других быстротекущих реках, благодаря чему вместе с действием лучей солнца и других факторов они очищаются от микробов.

Влияние невесомости. В век освоения космоса необходимо знать, как сказываются условия невесомости не только на макро-, но и на микроорганизмы. Как известно, запускаемые в космос макроорганизмы переносят невесомость без особых изменений. Культура же (споры) микроорганизма Вас. subtilis, на одинаковой среде и при такой же температуре, на Земле развивалась быстрее (на 30 %), чем на орбитальной станции «Салют 6». Полагают, что земное тяготение обеспечивает перемешивание клеток в колонии, улучшает условия метаболизма, что не соблюдается в космосе.

2. Химические факторы

Микробы, как и все живое, высокочувствительны к факторам среды. Они способны реагировать на малейшие изменения среды перемещением или другими реакциями. При возникновении благоприятных импульсов микробы устремляются к объекту раздражения, неблагоприятные - отталкивают их. Такое явление получило название хемотаксиса.

Вещества, благоприятно действующие на микробную клетку (мясной экстракт, пептон), вызывают положительный хемотаксис; сильнодействующие, ядовитые вещества (кислоты, щелочи), ведущие к перевозбуждению или угнетению, приводят к отрицательному хемотаксису. Микробы приспособились к определенной среде обитания. Одни (плесневые грибы) - ацидофильные организмы - живут в кислой среде; другие (холерный вибрион) - алкалифильные организмы - в щелочной. Большинство же микробов предпочитают среду, концентрация водородных ионов в которой делает их ближе к нейтральной (рН 6,5-7,5). Оптимальную среду обитания в естественных условиях микробы делают сами. Так, молочнокислые бактерии, сбраживая лактозу, образуют кислоту, в результате чего понижается рН и среда становится более благоприятной для их развития. Гнилостные микробы, разлагая белки и мочевину, образуют аммиак, который повышает рН.

В условиях лаборатории микробы культивируют на средах, содержащих определенное количество водородных ионов, с этой целью к ним добавляют химические вещества: щелочи - для повышения рН, кислоты - для понижения рН. Реакция среды в жизни микробов имеет большое значение, поэтому при выращивании необходимо заранее знать их оптимальный рН. Оптимальный рН среды для Е. соli 6,5-7,8; Вас. mesentericus - 6,8; для Aspergillus niger - 1,7-7,7.

Знание действия химических веществ на микробы имеет практическое значение, так как многие из них используются для проведения оздоровительных мероприятий в хозяйствах. Наиболее широкое распространение из дезинфицирующих веществ получили щелочи, кислоты, хлорсодержащие препараты, фенолы, соли тяжелых металлов.

Щелочи (натрий гидрооксид, калий гидрооксид и др.) способны к электролитической диссоциации. Чем больше гидроксильных ионов (ОН), тем сильнее действие вещества. При соединении с белками они вызывают денатурацию, разрушают углеводы, омыляют жиры. Щелочи оказывают цидное действие на бактерии и вирусы.

Кислоты (серная, соляная, азотная и др.) являются протоплаз-матическими ядами, свертывают белки. С повышением температуры на 10 °С их действие на микробы возрастает в 2-3 раза.

Хлорная известь содержит 28-38 % активного хлора, при соединении которого с влагой образуется хлористоводородная и хлорноватистая кислота, а выделяющийся при этом кислород окисляет компоненты микробной клетки, в результате чего наступает ее гибель.

Фенолы (кристаллическая карболовая кислота) - гидроксилсо-держащие ароматические соединения, действуют на окислительно-восстановительные процессы. Они характеризуются максимальной поверхностной активностью.

Окислители.

Калия перманганат (марганцовокислый калий) при контакте с тканями отдает атомарный кислород и превращается в марганца оксид. Оказывает поверхностное и кратковременное действие на микробные клетки. Водорода пероксид (перекись водорода), разлагаясь, выделяет кислород, который вызывает окисление бактерий.

Формалин – 40 %-ный водный раствор формальдегида. Вступая в реакцию с белком, он вызывает их денатурацию, образует новые соединения. Оказывает губительное действие на вегетативные формы, споры, вирусы, грибы. Формалин - одно из универсальных дезинфицирующих средств объектов животноводства.

Чем выше концентрация веществ, тем сильнее их действие на микробную клетку. Увеличение концентрации фенола в 2 раза снижает время стерилизации в 64 раза (В. И. Вашков, 1973). Исключением может быть 91 %-ный фенол, раствор которого действует менее эффективно, чем 4-5 %-ный. Меди хлорид (хлорная медь) в 3-5 %-ном растворе быстрее убивает споры возбудителя сибирской язвы, чем в 12-14%-ном растворе. Наиболее выраженное цидное действие имеют водные растворы дезинфицирующих веществ; в масляных растворах оно более слабое. Стерилизация быстрее протекает в кислой среде и медленнее - в щелочной. Более устойчивы к дей¬ствию химических веществ из неспорообразующих шаровидные формы. Палочковидные и извитые формы микробов при прочих равных условиях быстрее погибают.

Споры почти не содержат свободной воды, имеют плотную двойную оболочку, поэтому отличаются более высокой устойчивостью к действию химических веществ. Таким образом, действие химических веществ зависит от состава, концентрации, экспозиции, температуры и других факторов.

3. Биологические факторы

Формы взаимоотношения микроорганизмов

Микробы подвержены не только физическим, химическим, но и биологическим воздействиям. В природе все связано и взаимозависимо. Живые существа объединены в устойчивые экологические системы - биоценозы.

Для каждого из них характерны видовое и количественное соотношение популяций, структура, взаимоотношения и другие признаки. Среди разных ценозов (фитоценозы, зооценозы) большое место в природе занимают микробоценозы - сообщества микроорганизмов. Между ними и другими живыми организмами существуют самые разнообразные взаимоотношения. Они могут проявляться в форме симбиоза, комменсализма, метабиоза, сателлизма, синергизма, антагонизма и т. д.

         Симбиоз - сожительство двух или более видов микробов между собой или с другими существами. Классическим примером симбиоза может служить сожительство гриба и водоросли в лишайнике, а также нахождение аэробов и анаэробов в одной замкнутой среде (в изолированных пустотах в почве и других местах), когда после использования кислорода аэробами создаются благоприятные условия для анаэробов, жизнь которых может протекать без атомарного кислорода. Микробы, находящиеся в клубеньках корней, живут в симбиозе с бобовыми растениями. Целлюлозоразлагающие микробы в рубце жвачных могут служить примером симбиоза микробов и животных.

Комменсализм - неярко выраженная форма сожительства микробов с другими организмами, при этом один организм использует пищу или выделения другого, не принося ему вреда. Комменсалы - представители нормальной микрофлоры животных, обитающей в желудочно-кишечном тракте, дыхательных путях, на коже, а также эпифитные микробы растений.

Метабиоз - форма взаимоотношений, при которой один вид микробов использует продукты жизнедеятельности другого и тем самым создает благоприятные условия для его развития (сожительство аммонификаторов и нитрификаторов, целлюлозоразлагающих и азотфиксирующих бактерий). Нитрификаторы окисляют продукты жизнедеятельности гнилостных микробов - аммиак, а азотобактер использует органические кислоты, которые накапливаются при разложении клетчатки.

Сателлизм - стимуляция роста одного микроба продуктами жизнедеятельности другого, который затем становится его спутником. Выделяемые азотобактером витамины и другие биологически активные вещества стимулируют развитие микробов, превращающих органические формы фосфора в неорганические, что, в свою очередь, благоприятно сказывается на развитие высших растений.

Такое же действие оказывают дрожжи - продуценты витаминов группы В - на других микробов.

Синергизм - одинаковые физиологические процессы разных особей микробной ассоциации, в результате чего происходит увеличение конечных продуктов (увеличение гетероауксина - стимулятора роста растений при сов¬местном культивировании азотобактера и грибовидной бациллы).

Антагонизм - враждебное взаимоотношение, когда продукты жизнедеятельности одного микроба губительно действуют на другого. Гнилостные микробы не могут жить в одной среде с молочнокислыми, так как образуемая молочная кислота понижает рН и подавляет рост алкалифильных организмов.

Этот принцип используется в сельском хозяйстве, на нем основаны процессы силосования, квашения, приготовления и сохранения кисломолочных продуктов. Антагонизм между микробами широко распространен в природе, а в борьбе с возбудителями разных болезней его использует человек. Применяемые антибиотические вещества имеют специфическое действие. Этим они отличаются от других продуктов жизнедеятельности микробов.

Паразитизм - это такое отношение между микробами, когда пользу от сожительства получает лишь паразит, нанося вред хозяину, что приводит обычно к гибели последнего.

Особый интерес взаимоотношений между микробами разной величины и строения представляет фагия.

Фагия - одна из форм взаимоотношения между фагами, которые являются вирусами, и другими микроорганизмами: бактериями, актиномицетами, синезелеными водорослями. Явление фагии наблюдали Н. Ф. Гамалея (1898), Ф. Туорт (1915), но более детально его изучил Ф. Д'Эрелль. В 1917 г., исследуя культуру возбудителя дизентерии, ученый в фильтрате испражнений выздора¬ливающих людей обнаружил наличие литического агента.

При добавлении нескольких капель такого фильтрата в пробирку с культурой дизентерийных бактерий взвесь просветлялась, находящиеся там клетки лизировались, Подобное происходило и на плотных питательных средах: на фоне сплошного роста бактерий появлялись нега¬тивные колонии (участки, лишенные роста) разной формы и размеров. В результате изучения фагии Ф. Д'Эрелль пришел к выводу, что литический агент - ультрамикроб - представляет собой живой организм, способен размножаться и вызывать лизис (растворение) бактерий. В дальнейшем была установлена специфичность фагов, что позволило использовать их для диагностики, лечения и профилактики инфекционных болезней.

Фаги, как и другие вирусы, можно обнаружить с помощью электронного микроскопа. В поле зрения они чаще напоминают спермии. Такая форма характерна для Т-четных фагов (рис.1). Они имеют овальную головку с отростком (хвостом). Головка окружена белковой оболочкой, внутри ее содержится нуклеиновая кислота (обычно ДНК). Отросток представляет полую трубку, его поверхность покрыта белковым чехлом, спо¬собным сокращаться. На конце отростка находится базальная пластинка с шестью зубцами, от которых отходят фибриллы (нити) длиной до 150 нм. Размер фага (головка с отростком) достигает 200 нм.

Взаимоотношения между фагами и другими микробами могут проявляться в форме паразитизма или комменсализма.

Фаг-агрессор (паразит) при помощи фибрилл определяет специфичность бактерии. После прикрепления (адгезия) фага к клетке происходит растворение ее стенки. Затем следует сокращение наружной оболочки отростка фага и через образовавшееся отверстие выталкивается содержимое головки - ДНК. Проникшая внутрь ДНК «заставляет» здоровую жизнеспособную клетку работать на себя, создавать белки-ферменты, которые затем синтезируют фаговую ДНК, на что уходит примерно 20 мин. После использования всех компонентов клетка распадается, а на ее месте остаются 100-200 вновь образованных фагов.

Явление антагонизма послужило основанием для возникновения науки об антибиотиках - химических веществах, синтезируемых микроорганизмами, которые задерживают рост других микроор-ганизмов или вызывают их гибель. Первый антибиотик - пенициллин - был открыт английским микробиологом А.Флемингом в 1929 г. Открытие пенициллина явилось огромной победой со¬временных биологической, медицинской и химической наук в борьбе с различными инфекционными и воспалительными про¬весами, а также мощным стимулом для поиска новых антибиотиков, синтезируемых различными группами микроорганизмов: бактериями, актиномицетами, дрожжами, плесневыми грибами, высшими грибами, растениями и животными. Действие антибиотиков основано на подавлении ими синтеза белков и нуклеиновых кислот. Такие антибиотики, как стрептомицин и неоминин, тормозят процесс связывания аминокислот между собой. Эритромицин нарушает функцию субъединиц рибосомы. Тетрациклин препятствует присоединению миноацил т-РНК к рибосомам. Хлорамфеникол (левомицетин) подавляет включение аминокислот в белки. Хлорамфеникол применяется в медицине как весьма действенный бактериостатик, в биохимических исследованиях — как селективный ингибитор синтеза белка, не влияющий на другие метаболические про-цессы.

Митомицин С избирательно препятствует синтезу ДНК, не ока-зывая на первых порах влияния на синтез РНК и белков. Актиномицин Д образует с ДНК комплекс и нарушает синтез РНК всех трех типов. Рифамицин действует на ДНК-зависимую РНК-полимеразу и подавляет синтез т-РНК бактерий. Пенициллин нарушает процесс образования клеточной стенки у бактерий. Антибиотики являются незаменимыми лечебными препаратами используются для лечения большого числа инфекционных заболеваний как людей, так и животных. Кроме того, в сельском хозяйстве отдельные антибиотики используются как стимуляторы роста животных.

При широком применении антибиотиков в качестве лечебных препаратов происходит быстрое накопление резистентных (устойчивых) к этим соединениям форм микроорганизмов, а это требует замены одного антибиотика другим, т.е. поиска все новых и 1овых антибиотиков.

Антибиотики используются также в пищевой и консервной промышленности, например при сохранении свежей рыбы (трес¬ки, пикши, камбалы и др.) путем погружения ее на 1...5 мин в Морскую воду, содержащую хлортетрациклин в концентрации I... 100 мг/л. Хорошие результаты получаются при погружении рыбы Ъ охлажденную до 1... 1,5 °С морскую воду с содержанием в ней Всего 2 мг хлортетрациклина на 1 л. Можно удлинить срок хранения свежей рыбы на 5 дней и более при содержании рыбы на льду, в составе которого имеется 1... 2 мг хлортетрациклина или 25 мг биомицина на 1 л. При этом наиболее угнетается рост бактерий рода Pseudomonas — основных возбудителей порчи охлажденной рыбы.

К применению антибиотиков органы здравоохранения относят-с большой осторожностью, поскольку при многократном поступлении с пищей даже ничтожно малых количеств антибиотиков в организме человека могут появиться устойчивые формы болез¬нетворных микроорганизмов за счет вытеснения антибиотиками полезных микроорганизмов из нормальной микрофлоры желудоч¬но-кишечного тракта. Разрешается использование лишь некоторых антибиотиков (нистатина и биомицина) и только в ограниченных случаях (транспортирование на дальние расстояния сырых продук¬тов, например мяса, рыбы). Допустимое содержание антибиотиков в продукте строго регламентируется и требуется полное разрушение его в процессе обычной тепловой кулинарной обработки.

Для консервирования пищевых продуктов разрешено исполь-зовать специальные антибиотики, не применяемые в медицине Таким антибиотиком является, например, низин, синтезируемый молочнокислыми стрептококками, который подавляет рост стафи-лококков, некоторых стрептококков, анаэробных термофильных споровых бактерий — возбудителей порчи консервов и пресервов Низин, задерживающий прорастание спор, используют при изготовлении сгущенного молока, плавленых сыров.

К антибиотикам, синтезируемым животными, относятся лизоцим, эритрин, экмолин.

Лизоцим - белковое вещество, вырабатываемое различными тканями и органами животного и человека. Он содержится в слез¬ной и слюнной жидкости человека, в яичном белке, рыбной икре Лизоцим не только убивает чувствительные к нему бактерии, но и растворяет (лизирует) их.

Эритрин - антибиотик, получаемый из красных кровяных шариков (эритроцитов) животных. Эритрин активен против ста¬филококков и стрептококков.

Экмолин - антибиотик, получаемый из тканей рыб. Экмолин активен против бактерий, вызывающих кишечные заболевания

Фитонциды, или антибиотики растительного происхождения

Фитонциды - летучие вещества, выделяемые некоторыми растениями, а также тканевые соки, которые вызывают гибель инфузорий, бактерий, дрожжей, плесневых грибов. Фитонци¬ды обнаружены у представителей всех групп высших растений Наибольшими антибиотическими свойствами обладают фитон¬циды лука, чеснока и некоторых других растений.

Фитонциды представляют собой не отдельные вещества, а комплексы со единений. Фитонцидными свойствами обладают бальзамы, смолы, вещества липоидного строения, дубильные вещества, глюкозиды, антоиианы, эфирные масла. Фитонциды могут стиму¬лировать или подавлять развитие других растений на расстоя¬нии. Биологическая активность фитонцидов меняется у одного и того же вида растения в зависимости от сезона года: наприер, хвоя сосны осенью менее бактерицидна, чем хвоя, собранная в мае или июне.

К настоящему времени изучено большое количество различ¬ных фитонцидов, некоторые из них получены в химически чис¬том виде. К их числу относится аллицин, рафинин и др.

Аллицин - фитонцид чеснока (Allium sativum) - является очень Неустойчивым соединением: при комнатной температуре он раз-рушается в течение нескольких дней. Однако неповрежденный чеснок сохраняет антибиотическую активность в течение года и более. Показано, что в чесноке аллицин содержится не в виде свободного вещества, а в виде соединения, которое может переходить в антибиотик.

Аллицин подавляет развитие грамположительных и грамотрицательных микробов и развитие туберкулезной палочки. Аллицин токсичен и не применяется в медицине.

Рафинин содержится в семенах редиса (Raphanus sativum), кор¬ни и листья редиса не содержат антибиотика. Из 1 кг семян можно Получить до 3 г чистого рафинина, который подавляет развитие грамотрицательных и грамположительных бактерий при относи¬тельно высокой концентрации — 40-200 мкг/мл.

К антибиотическим веществам относятся также фитоалексины, которые образуются в результате проникновения в растение определенного паразита. Процесс образования фитоалексинов стимулируется одним или несколькими продуктами жизнедеятель¬ности, которые паразит вводит в клетки растения-«хозяина».

Характерно, что образовавшийся под влиянием определенно¬го паразита фитоалексин обладает антибиотическим действием по отношению к этому паразиту. По-видимому, устойчивость ряда высших растений к некоторым грибным заболеваниям связана с образованием растениями фитоалексинов. В настоящее время изучено строение некоторых фитоалексинов, например 6-метокси-бензоксазолина, пизатина и фазеолина.

Антибиотическое вещество 6-метоксибензоксазолин образует¬ся в поврежденной кукурузе; пизатин - в растениях гороха под влиянием некоторых видов фитопатогенных грибов, развитие ко¬торых он и подавляет; фазеолин - в клетках фасоли, в которые попадают фитопатогенные грибы.

4. Принципы хранения пищевых продуктов

Хранение пищевых продуктов, основанное на биологических, физических и химических принципах (по схеме Я. Я. Никитинского).

Биоз (bios - жизнь). На этом явлении основано хранение свежих фруктов и овощей. В помещениях, где размещаются такие продукты, создают условия, препятствующие развитию микробов, путем понижения температуры до +5 °С и поддержания определенной влажности. Микробы, расположенные на поверхности, замедляют свое развитие и тем самым предотвращают разложение ими органического вещества.

Абиоз (abiosis - отрицание, уничтожение жизни) достигается физическими и химическими способами. Этот принцип положен в основу хранения мясных и овощных консервов после обработки их в паровом стерилизаторе при 120 °С и выше.

 При высокой температуре погибают вегетативные и споровые формы микробов, прекращаются жизнь и сопутствующие ей процессы, благодаря чему содержимое консервных банок может храниться неопределенно долгое время. Уничтожить микробов можно и химическими веществами, безвредными для организма человека. Термический способ стерилизации консервов более надежен, а содержащиеся в банке продукты не представляют опасности для здоровья человека.

Анабиоз (anabiosis - задержка жизни) происходит во время сушки или замораживания. Так хранят рыбные и мясные продукты, фрукты и овощи. При недостатке свободной воды жизнедеятельность микробов приостанавливается, процессы, вызываемые ими, задерживаются. Увеличение влаги и тепла ведет к восстановлению жизнедеятельности микробов, разложению органического вещества, увеличению порчи продуктов. Поэтому при отсутствии анабиотических условий такие продукты следует немедленно реализовать.

Ценоанабиоз - способ хранения главным образом растительной пищи, при котором консервирующее вещество (молочная кислота) вырабатывают сами микроорганизмы в процессе силосования, квашения и других способов приготовления кормов и овощей.

Вопросы для самоконтроля

1.      Назовите физические факторы, влияющие на развитие микроорганизмов.

2.      Каковы физико-химические факторы внешней среды, влияющие на развитие микроорганизмов?

3.      Перечислите биологические факторы внешней среды, влияющие на развитие микроорганизмов.

4.      Охарактеризуйте химические факторы, влияющие на развитие микроорганизмов.

5.      Каковы принципы хранения пищевых продуктов?