Які фактори сприяють росту і розвитку бактерій

Зміст

  • Основні поняття
  • Життєвий цикл бактеріальної клітини
  • Вологість як необхідна умова життєдіяльності мікроорганізмів
  • Вплив кислотності середовища на життєздатність бактерій
  • Що відбувається з мікроорганізмами під час бактерицидної фази?
  • Чого бояться мезофіли?
  • Clostridium botulinum, або Ще один привід для ретельної теплової обробки продуктів
  • Як бактерії розмножуються в їжі?
  • Як домогтися збереження чисельності популяції мікроорганізмів в акваріумі

Існує цілий ряд факторів, які мають істотний вплив на ріст і розвиток усіх бактерій. Серед основних причин можна назвати:

температуру;
хімічний склад середовища;
кислотність (рівень, pH);
вологість;
світло.
Різноманітність бактерій у продуктах

Зміна якого-небудь одного або цілого ряду умов може придушити або прискорити розвиток бактерії, змусити її підлаштуватися під нове середовище проживання або призвести до загибелі.

Основні поняття
Для прокариотов поняття росту і розвитку майже тотожні. Під ними розуміється те, що в процесі життєдіяльності окремий мікроорганізм або група бактерій синтезують клітинний матеріал (білок, ДНК, РНК), за рахунок чого відбувається збільшення цитоплазматичної маси. Зростання триває ще якийсь час, поки клітина не стає здатною до розмноження, і тоді розвиток бактерій зупиняється.

Розмноження характеризується здатністю до самовідтворення. Результатом цього процесу є збільшення числа мікроорганізмів на одиницю об’єму, тобто відбувається зростання популяції.

Всі речовини і структури клітини можуть рости і розвиватися пропорційно. У цьому випадку мікробіологи говорять про збалансованому зростанні. Він таким не є, якщо змінюються особливості середовища. Тоді починають переважати певні продукти метаболізму, а вироблення інших речовин припиняється. Знаючи про таку закономірності, вчені роблять процес зростання навмисно незбалансованим, щоб виробляти синтез корисних сполук.

Життєвий цикл бактеріальної клітини
Поділ клітини мікроорганізму, за рахунок якого і здійснюється розмноження, характеризується досить коротким тимчасовим циклом. На швидкість утворення колонії мікробів впливають всі перераховані вище фактори. У досить живильному середовищі з потрібним рівнем pH і при оптимальній температурі час генерації може становити від 20 хвилин до півгодини. У проточній воді цикл розвитку може скорочуватися до 15-18 хвилин.

умови для розмноження бактерій

Ідеальні умови, що гарантують таке швидке зростання, досить рідко зустрічаються: харчування в потрібному обсязі відсутня, заважають накапливающиеся продукти розпаду. Якби втілився в життя сценарій з виникненням найкращих умов для циклу розмноження бактерій, то за добу тільки одна клітина кишкової палички утворила б обширну колонію вагою в кілька десятків тисяч тонн!

Зростання мікроорганізмів досліджувався в умовах замкнутих резервуарів, де, перебуваючи у воді, бактерії не відразу починали розвиватися і розмножуватися. Тільки потрапивши в живильне середовище, вони деякий час пристосовувалися до нових умов. Розмноження проходило поступово, поки не стало спадати і не припинилося зовсім. Ці спостереження дозволили виділити деякі фази розвитку, що складаються в загальний життєвий цикл існування бактерій.

Вихідна фаза характеризується відсутністю зростання і ділення клітин. Йде процес адаптації (від 1 до 2:00).
Період інтенсивного росту отримав назву лаг-фаза. Починається поділ клітин, але поки дуже повільно. Тривалість цього етапу розвитку індивідуальна у різних видів бактерій. До того ж на час її протікання впливають умови середовища.
Для третьої фази характерно початок інтенсивного розмноження, швидкість якого зростає по експоненті.
Період генерації починає збільшуватися до початку четвертої фази. Але поживна середу виснажується, в ній зростає концентрація продуктів обміну. Швидкість розмноження знижується, а деякі клітини гинуть.
Цій фазі циклу властиве збереження знака рівності між знову з’являються клітинами і кількістю загиблих мікроорганізмів. Популяція продовжує ненабагато збільшуватися.
Шоста і сьома фази завершують цикл розвитку. Це час відмирання клітин, число тих, хто гине починає домінувати.
На фінальній восьмий стадії цикл життя бактерій завершується. Швидкість відмирання зменшується, але під впливом несприятливих факторів середовища загибель триває.
розмноження бактерій

Описані стадії відповідають непроточной культурі бактерій. Щоб зростання не сповільнювався, в середу постійно можна вводити нові порції поживних речовин, виводячи з неї продукти обміну. Це дозволяє домогтися того, щоб потрібні мікроорганізми постійно перебували в періоді розвитку. Такий принцип проточного культивування мікроорганізмів використовується, наприклад, в акваріумі.

Вологість як необхідна умова життєдіяльності мікроорганізмів
Для росту і розвитку бактеріям потрібно, щоб рівень вологості в місці їх існування підтримувався на певному рівні. Воді відводиться важлива роль при здійсненні обміну речовин, вона допомагає підтримувати нормальний осмотичний тиск у клітині бактерії, робить її життєздатною. Тому майже всі прокаріоти вологолюбні, а падіння цього показника до значення нижче 20% відносять до деструктивних для зростання факторам.

Чим менше води міститься в середовищі, тим пассивнее йде процес розмноження. На продуктах харчування це твердження перевіряється найлегше: сухими вони зберігаються набагато довше. Але такий спосіб обробки та зберігання не є універсальним. Сушка затримує ріст деяких бактерій і мікробів, але є й ті, хто збереже свою дієздатність.

Вплив кислотності середовища на життєздатність бактерій
Кислотність середовища відносять до одного з найважливіших показників для росту і розвитку мікроорганізмів. Її позначають символом pH і розглядають в інтервалі від 0 до 14. кислому середовищі відповідають значення від 0 до 6, для лужних показник коливається від 8 до 14, а нейтральною точкою вважається рівень pH 7,07. Оптимумом для розвитку мікроорганізмів є цифри, що характеризують нейтральне середовище.

Різноманітність мікробів

Інтервал pH від 1 до 11 – це граничні показники, при яких вдалося вижити деяким бактеріям. Але в основній масі їх ріст припиняється при рівні кислотності, рівному 4. Якщо значення pH визначається як 9, то практично всі відомі мікроорганізми перестають розмножуватися. Тобто для розвитку і зростання бактерій важливо, щоб кислотність перебувала в рамках від 4 до 9.

Існує вид прокариотов, для яких життєво важливо, щоб pH якнайбільше відповідав кислим середах. Їх називають ацидофільними і відносять до виду молочнокислих бактерій. Коли вони опиняються в молоці, то починають переробляти містяться в ньому вуглеводи в молочну кислоту. Вони є важливими учасниками процесу отримання пробіотичних продуктів.

кефір

Корисні властивості молочнокислих ацидофільних мікроорганізмів використовуються і для того, щоб створити лікарські препарати. Вони роблять благотворний вплив не тільки на функцію кишечника, але і допомагають впоратися з низкою інших захворювань. Зниження рівня pH з метою збереження заготовок на зиму використовує кожна господиня. Додавання оцту створює кисле середовище, в якому патогенні мікроорганізми не виживають.

Для деяких молочнокислих бактерій в процесі росту і розвитку характерний синтез кислоти в такій великій кількості, що pH падає до критичного рівня, і вони припиняють розвиватися або гинуть. Трапляються і справжні рекордсмени з виживання і успішному функціонуванню в кислих середовищах. Так, при оптимальному значенні pH, рівному 2,5, молочнокислая ацидофильная бактерія Thiobacillus thooxidans може розвиватися при показнику кислотності 0,9.

Що відбувається з мікроорганізмами під час бактерицидної фази?
Якщо бактерії при ідеальних умовах здатні дуже швидко розвиватися, то чому, наприклад, у щойно отриманому молоці їх зростання деякий час не відбувається? Середа досить сприятлива, і навіть асептичні умови доїння не виключають наявність великого числа мікроорганізмів. Але у свіжому молоці є лактеніни – бактерицидні речовини, здатні певний період часу стримувати розвиток бактерій.

Дія лактенінов настільки сильно, що багато мікроорганізми не просто сповільнюють ріст, але і гинуть. Період їх дії, названий бактерицидної фазою, поступово закінчується. Це залежить від початкової кількості бактерій в молоці і підвищення температури продукту. Вплив лактенінов може тривати від 2 до 40 годин. Бактерицидну фазу намагаються продовжити і молоко охолоджують. За її закінчення зростання мікробів і бактерій поновлюється.

Свіже коров’яче молоко

Навіть якщо спочатку в молоці була невелика кількість молочнокислих мікроорганізмів, то вони поступово починають переважати. І для того щоб запобігти скисання і позбутися від шкідливих бактерій, застосовують теплові способи обробки. Нагрівання, кип’ятіння та інші види теплової обробки відносять до ще одного способу усунення небажаної мікрофлори в продуктах. І можна назвати ще одну важливу складову середовища, що робить вплив на ріст і розвиток бактерій, – температуру.

Чого бояться мезофіли?
Особливості будови бактерій виключають у них наявність механізмів, які могли б регулювати температуру. Тому вони дуже залежать від того, наскільки охолоджується або нагрівається середу їх проживання. За температурними перевагам прокариотов прийнято ділити на:

Псіхрофілов – любителів низьких показників (діапазон від 0 до 35 ° C, оптимум 5-15 ° C).
Термофіли – вони воліють високі температури (40-80 ° C допустимі умови для існування, але оптимальний показник від 55 до 75 ° C).
Мезофілов. До них відносять більшість бактерій, у тому числі і хвороботворних. Їх ріст і розвиток вимагають температури в 30-45 ° C. Діапазон для їх виживання набагато ширше (від 40 до 80 ° C), але тільки при оптимумі життєдіяльність протікає найбільш активно.
температурні норми для бактерій

Прямий вплив підвищення або зниження температури на розвиток мікрофлори допомагає боротися з її присутністю на продуктах. Особливе значення ця міра обробки набуває в рамках запобігання ботулізму.
Clostridium botulinum, або Ще один привід для ретельної теплової обробки продуктів
У процесі росту і розвитку деякі мікроорганізми здатні виробляти особливо небезпечні для здоров’я людини речовини – токсини. Бактерія Clostridium botulinum є причиною виникнення ботулізму, при якому найбільш вірогідний летальний результат. Виділяють два різновиди існування бактерії:

вегетативну;
спорову.
Вегетативний варіант ботулізму не так небезпечний. Мікроорганізм з такою формою існування гине вже після того, як продукт піддався кип’ятіння протягом 5 хвилин. А ось суперечки ботулізму загинуть тільки після п’ятигодинний обробки, при цьому температура повинна досягати певної позначки. Спори – це своєрідні захисні оболонки, які зберігають дрімаючу бактерію тривалий час. Через кілька місяців відбувається їх проростання, і ботулізм «прокидається».

спори бактерій

Спори надійно зберігають свій цінний вантаж і в умовах холоду, і під дією ультрафіолету. Критичною виявиться температура в 80 ° C для вегетативної різновиди ботулізму і більш тривала обробка при 120 ° C для спорової форми. Ці умови не завжди дотримуються господинями при консервуванні заготовок, тому заразитися можна і від неправильно приготованих домашніх консервів.

Для ботулізму властиві такі перші ознаки:

болі в центральній частині живота;
напади діареї (від 3 до 10 разів на добу);
головний біль;
відчуття слабкості, нездужання і швидка стомлюваність;
періодична блювота;
висока температура тіла (до 40 ° С).
хвороби, викликані бактеріями

Початок ботулізму дещо рідше, але все-таки може супроводжуватися розладом зору, розпливчастим баченням предметів, наявністю туману або мушок перед очима і не проявлявшейся раніше далекозорістю. Дихальні збої і утруднене ковтання – ще один можливий симптом.

Ускладнення ботулізму проявляються у вигляді вторинних бактеріальних інфекцій, наприклад, пневмонії, пієлонефриту, сепсису, гнійного трахеобронхіту. Може розвиватися аритмія, відбувається ураження міозитом литкових і стегнових м’язів. Хвороба протікає близько трьох тижнів, а в результаті грамотного та своєчасного лікування ботулізму відновлюються втрачені функції зору, дихання і повертається здатність ковтати.

Як бактерії розмножуються в їжі?
Будь-які продукти, що вживаються людиною в їжу, мають власну мікрофлору. Її можна розділити на два види:

специфічну – це мікроорганізми, які були додані навмисно для того, щоб надати певні смакові або ароматичні якості;
неспецифічну – її складають бактерії, що потрапили на продукт випадково (не був дотриманий санітарний режим на виробництві або в магазині, порушувалися терміни зберігання, правила обробки).
При цьому різні представники хвороботворних прокариотов воліють свій певний тип продуктів. Сальмонели, наприклад, завзяті любителі яєць, м’яса і молока. Небезпека зараження полягає в тому, що в чистоті продукту не можна переконатися за його зовнішнім виглядом. Сальмонели в зараженому м’ясі, субпродуктах або фарші ніяк не міняють їх колір, смак чи запах. Якщо приготовані з такої сировини страви не пройдуть правильну теплову обробку, то захворювання неминуче.

м’ясо

Паличкам сальмонели для розвитку потрібна температура в 37 ° C, спор і капсул вони не утворюють, але до умов зовнішнього середовища досить стійкі. Навіть в охолодженому до 0 ° C м’ясі вони здатні виживати до 140 діб. При цьому здатність до поділу не втрачається. У відкритих водоймах сальмонели залишаться життєздатними близько 4 місяців, а в яйцях птахів приблизно рік. Велика частина штамів здатна виживати після впливу антибіотиків і дезрастворов.

Сальмонели, службовці збудниками інфекції, найчастіше живуть в організмі сільськогосподарських тварин. Хвороба у корів, коней, овець, свиней чи птахів протікає без симптомів. Збудники виділяються разом з сечею, слиною, випорожненнями і слизом з носа, але люди заражаються найчастіше через молоко, м’ясо або яйця (харчової спосіб). Сальмонели можуть передаватися і від вже хворого людини (контактно-побутовий шлях передачі).

Salmonella
Бактерія Сальмонела (Salmonella)

М’ясо птахів або тварин може бути заражене під час транспортування або обробки. Щоб сальмонели не стали причиною захворювання, в домашніх умовах можна тільки дотримуватися простих правил профілактики будь-яких кишкових інфекцій.

якісна обробка м’яса, риби, яєць і молока;
покупка м’ясних напівфабрикатів, необробленої продукції з приватних фермерських господарств тільки за наявності висновку СЕС про безпеку;
виконання правил особистої гігієни;
окремий інвентар для оброблення сирих і варених продуктів допоможе не стати носіями сальмонели.
З боку фермерських господарств та відповідних наглядових органів повинен вестися постійний моніторинг умов утримання тварин, їх здоров’я та якості продукції (особливо м’яса) на виході.

профілактика сибірки

Хвороба протікає так. Палички сальмонели потрапляють в травний тракт. У верхніх відділах кишечника вони знищують частину корисної мікрофлори, потім починають розмножуватися в тонкій кишці. При цьому порушується робота цього відділу ШКТ, страждає перистальтика. Потім хвороба переходить у гостру форму, починається інтоксикація організму, зневоднення, судоми і гостра ниркова недостатність. Так що недооцінювати сальмонельоз дуже необачно.

Як домогтися збереження чисельності популяції мікроорганізмів в акваріумі
Як уже згадувалося, у воді чисельність бактерій може різко збільшуватися. І не завжди це корисна мікрофлора. Щоб риби і рослини в акваріумі не хворіли, а вода залишалася чистою і нескаламученої, існують спеціальні препарати, що допомагають функціонувати корисним мікроорганізмам або містять потрібні бактерії.

Акваріумісти прагнуть до того, щоб у водному середовищі завжди були присутні найпростіші, що відповідають за азотний цикл. Препарати, спрямовані на підтримку такої мікрофлори, відповідають за те, щоб у воді акваріума восполнялись природні ферменти і колоїди. Пошкоджені або хворі мікроорганізми при наявності такої підтримки приходять у норму і повертають свої втрачені здібності.

В акваріумі каламутна вода

Препарати, що поліпшують стан води в акваріумі, розщеплюють органічні речовини, зупиняють розмноження і зростання водоростей. Є й такі розчини, яким під силу відновити кислотність і підтримувати її на потрібному рівні. Але вони будуть ефективні тільки в тому випадку, якщо акваріум не перебуває у занедбаному стані, а фільтруючі матеріали замінені новими.
Прискорити перехід азоту в просту форму, знизити жорсткість води також під силу спеціальним препаратам.

Посилання на основну публікацію