ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. П.А. СТОЛЫПИНА»
(ОмГАУ им П.А. Столыпина)
Кафедра «Микробиологии, инфекционных
и инвазионных заболеваний»
Реферат
Тема: «Действие физических
и химических факторов на микроорганизмы»
Выполнила: студентка ФЗТС 2 курса 212
группы
Гоева Е.В.
Проверила:Алексеева И.Г.
Омск 2014 г.
Содержание
1)Введение 3стр.
2)Физические факторы,
их виды 3-5стр.
2)Ионизирующие излучения 5стр.
3)Механизмы действия ионизирующих
излучений на живые организмы 5-7стр
4)Практическое использование ионизирующих
излучений 7стр.
5)Химические факторы 7-8стр.
6)Виды химических факторов 8-10стр.
7)Заключение 10стр.
8)Список литературы 11стр.
Введение
Микроорганизмы лучше адаптируются к
экстремальным физическим и химическим
факторам окружающей среды, чем животные
и растения. Некоторые бактерии сохраняют
жизнеспособность при температуре до
+104°С, в диапазоне рН от 1 до 13, давлении
от 0 до 1400 атм., длительно живут в бидистиллированной
воде и в насыщенных растворах солей, не
погибают при интенсивном облучении, в
присутствии тяжелых металлов, антисептиков,
антибиотиков, дезинфектантов. В то же
время для каждого вида есть наследственно
обусловленные оптимальные уровни и критические
границы толерантности микробов к физическим,
химическим и биологическим факторам.
Все существующие микроорганизмы живут
в непрерывном взаимодействии с внешней
средой, в которой они находятся, поэтому
подвергаются разнообразным влияниям.
В одних случаях они могут способствовать
лучшему развитию, в других подавлять
их жизнедеятельность. Необходимо помнить,
что изменчивость и быстрая смена поколений
позволяет приспосабливаться к разным
условиям жизни. Поэтому быстро закрепляются
новые признаки.
Находясь в процессе развития в тесном
взаимодействии со средой, микроорганизмы
не только могут изменяться под её воздействием,
но могут изменять среду в соответствии
с особенностями. Так микробы в процессе
дыхания выделяют продукты обмена, которые
в свою очередь изменяют химический состав
среды, поэтому меняется реакция среды
и содержание различных химических веществ.
Все факторы, влияющие на развитие микробов,
делят на:
- Физические;
- Химические;
- Биологические.
1)Физические факторы, их виды
Из физических факторов наибольшее
влияние на микроорганизмы оказывают
температура, влажность, излучение.
1.Температура
По отношению к температурным условиям
микроорганизмы разделяют на термофильные,
психрофильные и мезофильные.
- Термофильные виды. Зона оптимального роста равна 50-60°С, верхняя зона задержки роста - 75°С. Термофилы обитают в горячих источниках, участвуют в процессах самонагревания навоза, зерна, сена.
- Психрофильные виды (холодолюбивые) растут в диапазоне температур 0-10°С, максимальная зона задержки роста 20-30°С. К ним относит большинство сапрофитов, обитающих в почве, пресной и морской воде. Но есть некоторые виды, например, иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонад, вызывающие заболевания у человека.
- Мезофильные виды лучше растут в пределах 20-40°С; максимальная
43-45°С, минимальная 15-20°С. В окружающей
среде могут переживать, но обычно не размножаются.
К ним относится большинство патогенных
и условно-патогенных микроорганизмов.
2.Влажность
При относительной влажности окружающей
среды ниже 30% жизнедеятельность большинства
бактерий прекращается. Время их отмирания
при высушивании различно (например, холерный
вибрион - за 2 суток, а микобактерии - за
90 суток). Поэтому высушивание не используют
как метод элиминации микробов с субстратов.
Особой устойчивостью обладают споры
бактерий.
Широко распространено искусственное
высушивание микроорганизмов, или лиофилизация.
Метод включает быстрое замораживание
с последующим высушиванием под низким
(вакуумом) давлением (сухая возгонка).
Лиофильную сушку применяют для сохранения
иммунобиологических препаратов (вакцин,
сывороток), а также для консервирования
и длительного сохранения культур микроорганизмов.
Влияние концентрации растворов на рост
микроорганизмов опосредовано изменением
активности воды как меры доступной для
организма воды. И если содержание солей
вне клетки окажется выше их концентрации
в клетке, то вода будет выходить из клетки.
Угнетение патогенных бактерий хлористым
натрием обычно начинается при его концентрации
около 3%.
3.Излучения
Солнечный свет губительно действует
на микроорганизмы, исключением являются
фототрофные виды. Наибольший микробицидный
эффект оказывает коротковолновые УФ-лучи.
Энергию излучения используют для дезинфекции,
а также для стерилизации термолабильных
материалов.
4.Ультрафиолетовые
лучи (в первую очередь коротковолновые,
т.е. с длиной волны 250-270 нм) действуют на
нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие
основано на разрыве водородных связей
и образовании в молекуле ДНК димеров
тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных
мутантов. Применение ультрафиолетового
излучения для стерилизации ограничено
его низкой проницаемостью и высокой поглотительной
активностью воды и стекла.
5.Рентгеновское и g-излучение в больших дозах также
вызывает гибель микробов. Облучение вызывает
образование свободных радикалов, разрушающих
нуклеиновые кислоты и белки с последующей
гибелью микробных клеток. Применяют для
стерилизации бактериологических препаратов,
изделий из пластмасс.
6.Микроволновое
излучение применяют для быстрой повторной
стерилизации длительно хранящихся сред.
Стерилизующий эффект достигается быстрым
подъемом температуры.
7.Ультразвук.
Определенные частоты ультразвука
при искусственном воздействии способны
вызывать деполимеризацию органелл микробных
клеток, под действием ультразвука газы,
находящиеся в жидкой среде цитоплазмы,
активируются и внутри клетки возникает
высокое давление ( до 10 000 атм). Это приводит
к разрыву клеточной оболочки и гибели
клетки. Ультразвук используют для стерилизации
пищевых продуктов (молока, фруктовых
соков), питьевой воды.
8.Давление.
Бактерии относительно мало чувствительны
к изменению гидростатического давления.
Повышение давления до некоторого предела
не сказывается на скорости роста обычных
наземных бактерий, но в конце концов начинает
препятствовать нормальному росту и делению.
Некоторые виды бактерий выдерживают
давление до 3 000 – 5 000 атм, а бактериальные
споры - даже 20 000 атм. В условиях глубокого
вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна.
9.Фильтрование.
Для удаления микроорганизмов применяют
различные материалы (мелкопористое стекло,
целлюлоза, коалин); они обеспечивают эффективную
элиминацию микроорганизмов из жидкостей
и газов. Фильтрацию применяют для стерилизации
жидкостей, чувствительных к температурным
воздействиям, разделения микробов и их
метаболитов (экзотоксинов, ферментов),
а также для выделения вирусов.
10.Высушивание.
Обезвоживание вызывает нарушение функций
большинства микроорганизмов. Наиболее
чувствительны к высушиванию патогенные
микроорганизмы (возбудители гонореи,
менингита, холеры, брюшного тифа, дизентерии
и др.). Более устойчивыми являются микроорганизмы,
защищенные слизью мокроты.
Высушивание под вакуумом из замороженного
состояния — лиофилизацию — используют
для продления жизнеспособности, консервирования
микроорганизмов. Лиофилизированные культуры
микроорганизмов и иммунобиологические
препараты длительно (в течение нескольких
лет) сохраняются, не изменяя своих первоначальных
свойств.
2)Ионизирующие излучения
Потоки фотонов или частиц, взаимодействие
которых со средой приводит к ионизации
ее атомов или молекул. Различают фотонное
(электромагнитное) и корпускулярное.
К фотонному И.и. относят вакуумное УФ
и характеристическое рентгеновское излучения,
а также излучения, возникающие при радиоактивном
распаде и др. ядерных реакциях (гл. обр.
g-излучение) и при торможении заряженных
частиц в электрическое или магнитное
поле - тормозное рентгеновское излучение, синхротронное
излучение.
К корпускулярному И.и. относят потоки
a- и b-частиц, ускоренных ионов и электронов,
нейтронов, осколков деления тяжелых ядер
и др.
3)Механизмы действия ионизирующих излучений
на живые организмы
Процессы взаимодействия ионизирующего
излучения с веществом в живых организмах
приводят к специфическому биологическому
действию, завершающемуся повреждением
организма. В процессе этого повреждающего
действия условно можно выделить три этапа:
- первичное действие ионизирующего
излучения;
- влияние радиации на клетки;
- действие радиации на целый
организм.
Первичным актом этого действия
является возбуждение и ионизация молекул,
в результате чего возникают свободные
радикалы (прямое действие излучения)
или начинается химическое превращение
(радиолиз) воды, продукты которого (радикал
ОН, перекись водорода — H2O2 и др.) вступают
в химическую реакцию с молекулами биологической
системы.
Первичные процессы ионизации не вызывают
больших нарушений в живых тканях. Повреждающее
действие излучения связано, по-видимому,
со вторичными реакциями, при которых
происходит разрыв связей внутри сложных
органических молекул, например SH-групп
в белках, хромофорных групп азотистых
оснований в ДНК, ненасыщенных связей
в липидах и пр.
Влияние ионизирующего излучения на клетки
обусловлено взаимодействием свободных
радикалов с молекулами белков, нуклеиновых
кислот и липидов, когда вследствие всех
этих процессов образуются органические
перекиси и возникают быстропреходящие
реакции окисления. В результате перекисного
окисления накапливается множество измененных
молекул, в результате чего начальный
радиационный эффект многократно усиливается.
Все это отражается прежде всего на структуре
биологических мембран, меняются их сорбционные
свойства и повышается проницаемость
(в том числе мембран лизосом и митохондрий).
Изменения в мембранах лизосом приводят
к освобождению и активации ДНК-азы, РНК-азы,
катепсинов, фосфатазы, ферментов гидролиза
мукополисахаридов и ряда других ферментов.
Высвобождающиеся гидролитические ферменты
могут путем простой диффузии достичь
любой органеллы клетки, в которую они
легко проникают благодаря повышению
проницаемости мембран. Под действием
этих ферментов происходит дальнейший
распад макромолекулярных компонентов
клетки, в том числе нуклеиновых кислот,
белков. Разобщение окислительного фосфорилирования
в результате выхода ряда ферментов из
митохондрий в свою очередь приводит к
угнетению синтеза АТФ, а отсюда и к нарушению
биосинтеза белков.
Таким образом, в основе радиационного
поражения клетки лежит нарушение ультраструктур
клеточных органелл и связанные с этим
изменения обмена веществ. Кроме того,
ионизирующая радиация вызывает образование
в тканях организма целого комплекса токсических
продуктов, усиливающих лучевой эффект
— так называемых радиотоксинов. Среди
них наибольшей активностью обладают
продукты окисления липидов— перекиси,
эпоксиды, альдегиды и кетоны. Образуясь
тотчас после облучения, липидные радиотоксины
стимулируют образование других биологически
активных веществ — хинонов, холина, гистамина
и вызывают усиленный распад белков. Будучи
введенными необлученным животным, липидные
радиотоксины оказывают действие, напоминающее
лучевое поражение. Ионизирующее излучение
оказывает наибольшее воздействие на
ядро клетки, угнетая митотическую активность.
Ионизирующее излучение действует
на клетки тем сильнее, чем они моложе
и чем менее дифференцированны. На основании
морфологических признаков поражаемое
органы и ткани распределяются в следующем
нисходящем порядке: лимфоидные органы
(лимфатические узлы, селезенка, зобная
железа, лимфоидная ткань других органов),
костный мозг, семенники, яичники, слизистая
оболочка желудочно-кишечного тракта.
Еще меньше поражаются кожа с придатками,
хрящи, кости, эндотелий сосудов. Высокой
радиоустойчивостью обладают паренхиматозные
органы: печень, надпочечники, почки, слюнные
железы, легкие.
Повреждающее действие ионизирующего
излучения на клетки при достаточно высоких
дозах завершается гибелью. Гибель клетки
в основном является результатом подавления
митотической активности и необратимого
нарушения хромосомного аппарата клетки,
но возможна и интерфазная гибель (вне
периода митоза) из-за нарушения метаболизма
клетки и интоксикации упомянутыми выше
радиотоксинами. В результате происходит
опустошение тканей из-за того, что не
восполняется естественная убыль клеток
за счет образования новых.
Гибель клеток и опустошение тканей играют
важную, роль в развитии общих поражений
организма от ионизирующего излучения
— лучевой болезни.
4)Практическое использование ионизирующих
излучений.
Область применения ионизирующих
излучений очень широка:
в промышленности – это гигантские реакторы
для атомных электростанций, для опреснения
морской и засолённой воды, для получения
трансурановых элементов; также их используют
в активационном анализе для быстрого
определения примесей в сплавах, металла
в руде, качества угля и т.п.; для автоматизации
различных процессов, как то: измерение
уровня жидкости, плотности и влажности
среды, толщины слоя;
- на транспорте – это мощные реакторы для надводных
и подводных кораблей;
- в сельском хозяйстве
– это установки для массового
облучения овощей с целью предохранения
их от плесени, мяса – от порчи; выведение
новых сортов путём генетических мутаций;
- в геологии – это нейтронный каротаж для
поисков нефти, активационный анализ для
поисков и сортировки металлических руд,
для определения массовой доли примесей
в естественных алмазах;
- в медицине – это изучение производственных
отравлений методом меченых атомов, диагностика
заболевания при помощи активационного
анализа, метода меченых атомов и радиографии,
лечение опухолей γ-лучами и β-частицами,
стерилизация фармацевтических препаратов,
одежды, медицинских инструментов и оборудования γ-излучением и
т.д.
Применение ионизирующих излучений
имеет место даже в таких сферах деятельности
человека, где это, на первый взгляд, кажется
совершенно неожиданным. Например, в археологии.
Кроме того, ионизирующие излучения используются
в криминалистике (восстановление фотографий
и обработка материалов).
5)Химические факторы
Химические
вещества могут оказывать различное действие
на микроорганизмы: служить источниками
питания; не оказывать какого-либо влияния;
стимулировать или подавлять рост. Химические
вещества, уничтожающие микроорганизмы
в окружающей среде, называются дезинфицирующими.
Антимикробные химические вещества могут
обладать бактерицидным, вирулицидным,
фунгицидным действием и т.д.
Химические вещества, используемые для
дезинфекции, относятся к различным группам,
среди которых наиболее широко представлены
вещества, относящиеся к хлор-, йод- и бромсодержащим соединениям и
окислителям.
Антимикробным действием обладают также
кислоты и их соли (оксолиновая, салициловая,
борная); щелочи (аммиак и его соли).
Стерилизация – предполагает полную инактивацию микробов
в объектах, подвергшихся обработке.
Дезинфекция — процедура,
предусматривающая обработку загрязненного
микробами предмета с целью их уничтожения
до такой степени, чтобы они не смогли
вызвать инфекцию при использовании данного
предмета. Как правило, при дезинфекции
погибает большая часть микробов (в том
числе все патогенные), однако споры и
некоторые резистентные вирусы могут
остаться в жизнеспособном состоянии.
Асептика – комплекс
мер, направленных на предупреждение попадания
возбудителя инфекции в рану, органы больного
при операциях, лечебных и диагностических
процедурах. Методы асептики применяют
для борьбы с экзогенной инфекцией, источниками
которой являются больные и бактерионосители.
Антисептика – совокупность
мер, направленных на уничтожение микробов
в ране, патологическом очаге или организме
в целом, на предупреждение или ликвидацию
воспалительного процесса.
Способность ряда химических веществ
подавлять жизнедеятельность микроорганизмов
зависит от концентрации химических веществ
и времени контакта с микробом. Дезинфектанты
и антисептики дают неспецифический микробицидный
эффект. Бактерицидным действием обладают
химические вещества различных групп:
кислоты, щелочи, спирты, поверхностно-активные
вещества, фенолы и их производные, соли
тяжелых металлов, окислители, группа
формальдегида, газообразные вещества
и др. Большое разнообразие природы и химической
структуры указанных веществ обусловливает
и различные механизмы их бактерицидного
действия на микробную клетку.
Бактерицидное действие кислот зависит
от их электролитической диссоциации,
то есть концентрации Н-ионов в растворах
и их окисляющего действия. Чувствительность
к кислотам различна у разных микроорганизмов.
Так, показано, что если оптимальная концентрация
Н-ионов для CI. botulinum соответствует 7,6, то
при доведении рН до 4,6 наступает гибель
этих бактерий. Самое низкое значение
рН, при которой еще наблюдался рост, --
это 4,8; при рН 4,7 могут прорастать только
споры, а при рН 4,6 наступает прекращение
роста вообще.
Бактерицидная активность едких щелочей
зависит от степени диссоциации и концентрации
ОН-ионов. Наибольшей бактерицидной силой
обладает КОН, затем следуют NaOH и другие
щелочи. Так же как и в отношении кислот,
бактерии обладают определенной щелочной
устойчивостью.
6)Виды химических факторов
- Спирты, или алкоголи (этанол, изопропанол и др.).
Как антисептики, наиболее эффективны
в виде 60-70%-ных водных растворов. Спирты
денатурируют белки и растворяют липиды.
Эффективны в отношении вегетативных
форм большинства бактерий, однако споры
бактерий и грибов, а также некоторые вирусы
к ним устойчивы.
При разведении спирт приобретает бактерицидные
свойства, причем наибольшей бактерицидностью
обладает 70 %-ный спирт. Более высокие концентрации
свертывают белок, который выпадает на
поверхности бактерий и уменьшает проникновение
спирта в глубь клетки. Бактерицидность
спиртов увеличивается с возрастанием
молекулярной массы в ряду: метиловый
-- этиловый -- пропиловый -- бутиловый --
амиловый и т.д.
- Поверхностно-активные
вещества - это жирные кислоты, мыла, детергенты. Все они изменяют энергетические соотношения на поверхности раздела, устремляются к поверхности раздела клетки и повреждают клеточную оболочку, не затрагивая внутренних структур клетки. Включают анионные (мыла) и катионные детергенты.
Мыла обеспечивают механическое удаление
микроорганизмов с поверхностей кожи
и объектов внешней среды. Из катионных
детергентов наиболее широко используются
четвертично-аммониевые соединения (ЧАС),
обладающие антимикробной активностью
- они взаимодействуют с фосфолипидами
мембран, нарушая их функции. Применяют
для дезинфекции и антисептики.