Вплив фізичних факторів на мікроорганізми

До числа основних фізичних факторів, що впливають на мікроорганізми як в природному середовищі існування, так і в умовах лабораторії, відносять температуру, світло, електрику, висушування, різні види випромінювання, осмотичний тиск і ін.

Температура. Про вплив температури на мікроорганізми судять по їх здатності рости і розмножуватися в певних температурних межах. Для кожного виду мікроорганізмів визначена оптимальна температура розвитку. Залежно від меж цієї температури бактерії розділені на три фізіологічні групи:

· Психрофільні мікроорганізми (псіхрофіли) – здатні рости і розмножуватися від 00С до 30 … 350С, а температурний оптимум становить 15 … 200С. Серед представників цієї групи мешканці північних морів, грунту, стічних вод.

· Мезофільні бактерії – здатні рости і розмножуватися при температурі від 100С до 40 … 450С, температурний оптимум – 30 … 370С. Найбільш велика група мікроорганізмів, в неї включають більшість сапрофітів і всі патогенні мікроорганізми.

· Термофільні бактерії – здатні рости і розмножуватися в температурних межах від 350С до 70 … 750С, температурний оптимум – 50 … 600С. Мікроорганізми цієї групи досить часто зустрічаються в природі: грунті, воді, теплих мінеральних джерелах, травному тракті тварин і людини

· Екстремально-термофільні бактерії – здатні існувати при температурах від 40 до 930С і вище. Можливість існування при високих температурах обумовлена ​​особливим складом ліпідних компонентів клітинних мембран, високою термостабильностью білків, ферментів і клітинних структур.

Високі і низькі температури по-різному впливають на мікроорганізми. При низьких температурах клітина переходить в стан анабіозу, в якому вона може існувати тривалий час. Так, ешерихії зберігають життєздатність при -1900С до 4 місяців, збудник лістеріозу при -100С до 3 років. Низькі температури припиняють гнильні і бродильні процеси. На цьому принципі засноване збереження продуктів в холодильниках.

Висока температура згубно діє на мікроби. Чим вище температура, тим менший час необхідно для інактивації мікроорганізмів. В основі бактерицидного дії високих температур лежить руйнування ферментів за рахунок денатурації білків і порушення осмотичного бар’єру.

Різні види мікроорганізмів володіють різною стійкістю до високих температур, значно відрізняється стійкість спор і вегетативних клітин. Так більшість вегетативних форм патогенних мікроорганізмів гинуть при температурі 80 … 1000С протягом 1 хвилини, а спори збудника сибірської виразки витримують кип’ятіння більше 1 години.

Дія видимого випромінювання (світла).

Відомий (розсіяне світло), що має довжину хвилі 300 … 1000 нм, володіє здатність пригнічувати ріст і життєдіяльність більшості мікроорганізмів. У зв’язку з цим культивування мікроорганізмів здійснюють в темряві. Видиме світло позитивно впливає тільки на бактерії, які використовують світло для фотосинтезу.

Прямі сонячні промені діють на мікроорганізми більш активно, ніж розсіяне світло. Бактерицидну дію світла пов’язане з утворенням гідроксильних радикалів і інших високореактивних речовин, що руйнують речовини, що входять до складу клітини. Наприклад, відбувається інактивація ферментів.

Мікроорганізми-сапрофіти більш стійкі до впливу світла, ніж патогенні. Це пояснюється тим, що вони, частіше піддаючись дії прямих сонячних променів, більш адаптовані до них. У зв’язку з цим слід зазначити велику гігієнічну роль сонячного світла. Саме під впливом сонячного випромінювання відбувається самоочищення повітря, верхніх шарів грунту і води.

Ультрафіолетове випромінювання.

Ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі 295 … 200 нм є бактерицидно активним, тобто здатним згубно діяти на мікроорганізми. Механізм дії ультрафіолетового випромінювання полягає в його здатності частково або повністю пригнічувати реплікацію ДНК і пошкоджувати РНК (особливо мРНК).

Ультрафіолетове випромінювання широко застосовують для санації повітря в тваринницьких приміщеннях, в лабораторіях, в промислових цехах, мікробіологічних боксах. Для дезінфекції повітря промисловість випускає різні лампи. У тваринницькій практиці широко застосовують установки ІКУФ-1, як джерело ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювання.

Іонізуюче випромінювання.

Іонізуюче (рентгенівське) випромінювання являє собою електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі 0,006 … 10Нм. Залежно від довжини хвилі розрізняють гамма-випромінювання, бета-випромінювання і альфа-випромінювання. Найбільш активним дію на біологічні об’єкти відрізняється гамма-випромінювання, але навіть його бактерицидні властивості значно нижче, ніж бактерицидні властивості ультрафіолетового випромінювання. Загибель бактерій настає тільки при опроміненні їх великими дозами від 45000 до 280000 рентген. Окремі види здатні виживати у воді атомних реакторів, де величина радіоактивного опромінення досягає 2 … 3 млн. Рентген. Більш того, отримані дані, що вплив невеликих доз гамма-випромінювання на патогенні мікроорганізми, здатні посилити їх вірулентні властивості.

Механізм дії рентгенівського випромінювання полягає в ураженні ядерних структур, зокрема нуклеїнових кислот цитоплазми, що призводить до загибелі мікробної клітини або зміни її генетичних властивостей (мутації).

Електрика.

Електричний струм малої і високої частоти знищує мікроорганізми. Особливо сильну бактерицидну дію мають струми ультрависокої частоти. Вони призводять до коливання молекули всіх елементів клітини, внаслідок чого відбувається швидке і рівномірне нагрівання всієї маси клітини не залежно від температури навколишнього середовища. Крім того, встановлено, що тривалий вплив струмів високої частоти призводить до електрофорезу деяких компонентів живильного середовища. Утворені при цьому з’єднання інактивують мікробну клітину.

Ультразвук.

Механізм бактерицидної дії ультразвуку (хвилі з частотою 20 000 Гц) полягає в тому, що в цитоплазмі мікроорганізмів, що знаходяться в рідкому середовищі, утворюється кавітаційна порожнину, яка заповнюється парами рідини, в бульбашці виникає тиск, що призводить до дезінтеграції цитоплазматических структур. Ультразвук використовують для стерилізації харчових продуктів і дезінфекції предметів.

Аероіонізація.

Аероіони, що несуть позитивний або негативний заряд, виникають в повітрі при штучної або природної іонізації. Найбільший вплив на бактерії роблять негативно заряджені іони, діючи вже в середніх концентраціях (5 * 104 в 1 см3 повітря). Позитивно заряджені іони мають менш виражену бактерицидну дію, вони здатні затримувати ріст і розвиток мікроорганізмів тільки у великих концентраціях (106 в 1 см3 повітря). Сила дії аероіонів залежить від їх концентрації, тривалості експозиції і відстані від джерела. Використовують аероіони для знезараження повітря житлових приміщень, цехів підприємств, медичних установ.

Майже всі фактори фізичного впливу на мікроорганізми можуть бути використані з метою стерилізації. Стерилізація – знищення патогенних і непатогенних мікроорганізмів, їх вегетативних та спорових форм в будь-якому об’єкті. Стерилізації піддають поживні середовища, скляний посуд, інструменти, перев’язувальний матеріал, халати. Стерилізації також піддають повітря і предмети в мікробіологічних боксах.

Механізм дії різних методів стерилізації не однаковий, але в основі кожного лежить здатність порушувати життєві процеси мікробної клітини (денатурація білків, пригнічення функції ферментних систем).

Фізичні методи стерилізації:

1. Прожарювання (фламбірованія). Піддаються металеві предмети (петлі, голки, скальпель, ножиці, шпатель).

2. Стерилізація шляхом кип’ятіння. Кип’ятінням стерилізують голки, шприци, пінцети, ножиці, скальпелі і інші інструменти, які розкладають в стерилізаторах на гратчасті вставки. У стерилізатор наливають дистильовану воду в кількості, достатній для повного закривання інструментів. У воду можна додавати 2% бікарбонату натрію. Кип’ятять протягом 25 – 30 хвилин.

3. Стерилізація сухим жаром. Стерилізація здійснюється за допомогою сухого нагрітого повітря в сушильній шафі з подвійними стінками (піч Пастера). Зовні шафа облицьований теплонепроніцаемим матеріалом. Контроль температурного режиму здійснюється за допомогою температурного датчика. У сушильній шафі стерилізують чисту, попередньо висушену скляну посуд, загорнуту в пергаментний папір. Режими стерилізації: 155 … 1600 – 2 години; 165 … 1700 – 1 … 1,5 години; 1800 – 1 годину. Час експозиції відзначають від моменту досягнення температурою заданого значення.

4. Стерилізація текучим паром. Стерилізацію проводять в апараті Коха, який являє собою посудину з нещільно закритою кришкою. На дні апарату є решітчаста підставка, до рівня якої наливають воду. На підставку поміщають посудину з гратчастим дном, в якому знаходяться об’єкти, що підлягають стерилізації (поживні середовища). У процесі кипіння води утворюються пари, що нагрівають вміст посудини. Час стерилізації – 30 … 40 хвилин. Одноразова стерилізація знищує тільки вегетативні форми бактерій, а суперечки зберігають свою життєздатність, стерилізацію проводять «дрібно» – три дні поспіль. Таким способом стерилізують середовища з вуглеводами, молоко, середовища з желатином, тобто субстрати, які не витримують нагрівання більше 1000С, тривалої дії пара або сухого спека.

5. тиндалізація – це подрібнена стерилізація в водяній бані при 56 … 580С протягом 5 … 6 діб: в перший день прогрівають протягом 2 годин, в наступні дні – по 1 годині. Метод використовується для стерилізації матеріалів, які руйнуються при температурі вище 58 … 600С – речовин, що містять білки (сироватка крові).

6. Пастеризація – це метод не повною стерилізації, використовувані з метою збереження поживної цінності харчового продукту, яка може знижуватися при кип’ятінні. Продукт нагрівають при 800С протягом 30 хвилин, а потім різко охолоджують до 4 … 80С. Різке охолодження перешкоджає проростанню спор і подальшому розмноженню бактерій.

7. Стерилізація парою під тиском (автоклавування). Це найефективніший метод стерилізації. Принцип стерилізаціїзаснований на те, що чистий насичений водяну пару при високому тиску, конденсуючись, підвищує температуру всередині автоклава вище температури кипіння. При підвищенні тиску пари відповідно підвищується і температура в стерилізаційної камері: 50,6 кПа (0,5 атм.) – 110 … 1120С, 101,3 кПа (1 атм.) – 120 … 1210С, 151,9 кПа (1,5 атм.) – 124 … 1260С, 202,6 кПа (2 атм.) – 132 … 1330С. Конструкції і обсяг стерилізаційної камери автоклавів можуть бути різними (горизонтальні і вертикальні), але принцип дії залишається таким же. В автоклаві стерилізують живильні середовища, що витримують температуру вище 1000С, скляний посуд, загорнуту в папір, перев’язувальний матеріал, халати (в біксах). Крім того, знезаражують мікробні культури, відпрацьовані поживні середовища, посуд. Режими роботи автоклава потребують постійного контролю. Для цього використовують хімічні і біологічні методи.

8. Стерилізація фільтруванням. Здійснюється пропускання матеріалу через бактеріологічні фільтри. Фільтрація пов’язана з механічною затримкою бактерій дрібнопористими фільтрами і з адсорбційної здатністю матеріалу з якого виготовлений фільтр. Фільтрації зазвичай піддають рідини не витримують нагрівання. Розрізняють фільтри:

· Керамічні – їх виготовляють з каоліну або кварцового піску;

· Азбестові – фільтри Зейтца (пластини з суміші азбесту з целюлозою);

· Мембранні – мають вигляд тонких листків білого паперу, їх готують з геміцелюлози, обробленої відповідними реактивами, температурою і пресуванням. Ці фільтри розрізняють по діаметру і величиною пір, мають найбільш точну калібрування.

Стерильність фільтратів контролюють висівом на поживні середовища з термостатуванням.

9. Стерилізація ультрафіолетовим випромінюванням. У лабораторії джерелом ультрафіолетового випромінювання зазвичай служать бактерицидні лампи, які використовуються для знезараження повітря.

ПОДІЛИТИСЯ: