ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

6. РІСТ МІКРООРГАНІЗМІВ

6.1. ДІЯ НА МІКРООРГАНІЗМИ ЗОВНІШНІХ ФАКТОРІВ

6.1.2. Хімічні фактори

Концентрація іонів водню (pH середовища). Іони H- та OН найбільш рухомі з усіх іонів, тому найменші зміни їх концентрації сильно діють на мікроорганізми. У зв'язку з цим встановлення і підтримання оптимального значення pH середовища мас велике значення для росту того чи іншого мікроорганізму.

Більшість організмів найкраще ростуть за нейтрального pH. або в середовищах, значення рН яких близькі до нейтрального (рН 6-7) [табл. 6.1). Такі мікроорганізми називаються нейтрофілами.

Таблиця 6.1.

Відношення мікроорганізмів до pH середовища

Мікроорганізми

рН середовище,

за якого можливий розвиток мікроорганізму

мінімальне

оптимальне

максимальне

Гнильні бактерії

4,5

7,0

9,0

Бульбочкові бактерії

4,5

7,0

10,0

Азотобактерії

5,0

7,0

9,0

Сіркобактерії

1,0-5,0

6,0-7,0

10,0

Актиноміцети

4,0-5,0

6,0-7,0

9,0

Мікроміцети

1,5

5,0- 6,0

9,0

Мікроміцести, дріжджі і деякі бактерії добре розвиваються в кислому середовищі (pH 5-6). їх називають ацидофільними. Серед бактерій - це лактобоцили, бактерії роду Acetobacter, деякі види Thiobacillus. Багато які бактерії (нітрифікатори, актиноміцети) краще ростуть у лужних середовищах, їх називають алкалофільними. Наприклад, холерний вібріон має оптимум pH 9,0.

Підтримання pH під час росту особливо важливе для тих мікроорганізмів, які хоча і синтезують кислоти, але не є толерантними до них (лактобацили: молочна кислота, яку вони синтезують, пригнічує їх ріст). Тому у таких випадках використовують забуферені середовища .

Вплив рН на мікробну клітину може бути як прямим, так і опосередкованим. В останньому випадку pH впливає не на мікроорганізм, а на певні компоненти середовища, дисоціація яких залежить від pH, що впливає на проникнення сполук у клітину. Від величини pH залежить також утворення та активність мікробних ферментів.

Кисень та аерація, окисно-відновний потенціал середо вища. Молекулярний кисень є життєво важливим і необхідним усім мікроорганізмам (але різною мірою). Щодо кисню всі мікроорганізми поділяються на кілька груп:

облігатні аероби — здатні отримувати енергію тітьки шляхом дихання і тому потребують кисень, який є термінальним (кінцевим) акцептором електронів при аеробному диханні. Вони не здатні одержувати енергію у процесі бродіння;

облігaтні анаероби — можуть рости тільки в середовищі, яке не містить кисню. Більше того, кисень для них є токсичним. Багато які ферменти цих мікроорганізмів денатуруються при контакті з молекулярним киснем. Згубна дія кисню на облігатні анаероби зумовлена тим, що в клітині у присутності кисню утворюється перекис водню, який у великих концентраціях може спричинити загибель клітини. У аеробів є ферменти каталаза або пероксидаза, які розкладають перекис водню. У аваеробів ці ферменти відсутні;

факультативні анаероби - ростуть як у присутності кисню, так і без нього. Серед них розрізняють два типи: аеротолерантні молочнокислі бактерії можуть рости в присутності кисню, але не здатні ного використовувати: вони отримують енергію тільки за допомогою бродіння. Факультативні анаероби другого типу (дріжджі, кишкова паличка) можуть переключатися з дихання (у присутності кисню) на бродіння (за відсутності кисню);

мікроаерофіли — живуть за низьких концентрацій кисню. Вони потребують кисень для отримання енергії, але не пере носять того парціального тиску О2, який існує у повітрі (0,02 МПа): їм потрібно від 0,001 до 0,003 МПа.

Аерація. Для облігатних аеробних мікроорганізмів, які ростуть на агиризованих середовищах, кисню достатньо. У рідких середовищах з великим об'ємом рідини аеробні бактерії можуть рости тільки на поверхні, оскільки з віддаленням від поверхні умови наближаються до анаеробних. Дія нормального росту аеробів у глибоких шарах рідкої культури необхідна аерація. Мікроорганізми здатні використовувати тільки розчинений кисень, але розчинність його дуже низька. Так, 1 л води при 20 С за умови рівноваги з атмосферним повітрям містить усього 6,2 мл кисню (0,28 ммоль). Такої кількості кисню достатньо для окиснення всього 8,3 мг глюкози (тобто одніє тисячної від загальної кількості глюкози, яка міститься в нормальному поживному середовищі).

Швидкість розчинення кисню підвищується при збільшенні поверхні розділення між газовою та рідкою фазами, а також із збільшенням парціального тиску кисню в газовій фазі. Для збільшення поверхні розділення фаз застосовують такі прийоми:

культивування в тонкому шарі;

перемішування рідини струшуванням (пряме чи кругове); обертання посудини, цю лежить, навколо поздовжньої осі; пропускання повітря через рідину за допомогою газорозподільника (скляні фільтри, колби Клтюйвера); механічне перемішування.

Вирощування анаеробних культур. Для вирощування строго анаеробних культур необхідно виключити доступ кисню. Техніка анаеробних культур передбачає:

використання прокип'ячених поживних середовищ і посудин, закритих, без бульбашок повітря;

створення безкисневої атмосфери у вакуумних ексикаторах: застосування адсорбентів кисню (пірогалол, дитионіт, хлорид одновалентної міді);

внесення в середовище відновників (аскорбінова кислота, тіогліколят, цистеїн або навіть сульфід, якщо організм його переносить);

безперервне продування азоту чи інертного газу (наприклад, аргону) через культуральні посудини (навіть під час посіву на повітрі можна запобігти контакту середовища а повітрям). Це так звана техніка Хангейта;

використання анаеробних боксів, заповнених азотом, воднем, аргоном;

застосування кольорових індикаторів (ремазурин у присутності кисню має рожеве забарвлення, в анаеробних умовах безбарвний; метиленова синька в анаеробних умовах також знебарвлюється).

Окисно-відновним потенціал. Ступінь аеробності чи анаеробності середовища може бути охарактеризований кількісно за допомогою окисно-відновного потенціалу (rН2). У водному розчині, повністю насиченому киснем, rН2 =41, а в умовах повного насичення середовища воднем — 0. Отже, шкала від 0 до 41 характеризує будь-який ступінь аеробності. Нижньою межею гН для облігатних аеробів с 10, проте величини цокад 30 для них несприятливі. Облігатні анаероби залишаються життєздатними при rH2 не вище 18-20, але розмножуватись вони можуть тільки при значеннях rH2 не вище 3-5. Факультативні анаероби зберігають метаболічну активність у широкому діапазоні rH2 — від 0 до 30.

Хімічні сполуки. Дія хімічних речовин на мікроорганізми може бути стимулювальною (сприяє росту та розмноженню), бактеріостатичною, фунгістатичною (затримує ріст і розмноження бактерій і грибів відповідно) та бактерицидною, фунгіцидною (викликає загибель бактерій і грибів відповідно). Прикладом стимулювальної дії на мікроорганізми може бути дія на них вітамінів та інших ростових факторів.

Багато які хімічні речовини згубно впливають на мікроорганізми. їх називають антимікробними. Вони можуть бути органічної (етиловий спирт, формальдегід, фенол) та неорганічної природи (солі важких металів — свинцю, ртуті, срібла, міді). Антимікробні речовини, які використовуються у практиці для пригнічення патогенних мікробів, називаються дезінфікувальними (0,5-5,0 % не хлорне вапно, 2 %-й розчин йоду, 1-5 %-й розчин фенолу — карболова кислота), а прийом їх використання — дезінфекцією.

Антимікробні речовини спричиняють такі пошкодження клітини:

пошкодження поверхневих структур чи оболонок клітини (етанол, фенол, крезоли, детергенти, поліпептидні антибіотики — поліміксин, бацитрацин, субтілін);

пошкодження ферментів і порушення метаболізму (важкі метали зв’язують SH-групи білків і тим самим глибоко змінюють їх третинну та четвертинну структури; ціанід (дихальний яд), зв’язуючи залізо, блокує функцію цитохромоксидази; арсенат пригнічує фосфорилювання на рівні субстрату; фторацетат блокує цикл трикарбонових кислот);

порушення синтезу клітинних компонентів. Існують сполуки, які називаються структурними а на лозами, або антиметаболітами. Вони схожі за своєю структурою на нормальні клітинні метаболіти. Нормальний метаболіт конкурує зі своїм структурним аналогом за каталітичний центр ферменту. Так, сульфонамід є структурним аналогом n-амінобензойної кислоти, яка в свою чергу входить до складу коферменту тетрагідрофолієвої кислоти. У більшості бактерій тетрагідрофолієва кислота синтезується з простіших компонентів. Проникаючи в клітину, сульфонамід включається у фолієву кислоту. При цьому утворюється кофермент, який не здатний функціонувати, в результаті чого ріст припиняється;

пригнічення синтезу білка антибіотиками. Дія антибіотиків у прокаріот спрямована на функцію 70S рибосом. Стрептоміцин та неоміцин гальмують процес зв'язування амінокислот, еритроміцин порушує функцію субодиниці 50S. Хлорамфенікол (левоміцетин) пригнічує включення амінокислот у білки;

пригнічення синтезу нуклеїнових кислот антибіотиками. Мітоміцин С перешкоджає синтезу ДНК, актиноміцин D порушує синтез РНК, ріфампіцин діє на ДНК-залежну РНК-полімеразу і тим самим пригнічує синтез матричної РНК у бактерій;

гальмування синтезу клітинних стінок. Синтез пептидоглікану пригнічується пеніциліном, цефалоспоринами, бацитрацином.