Биологические факторы

Биологические факторы. Характеристика форм взаимоотношений микроорганизмов, их значение в практической деятельности человека?

Общие сведения. Факторы внешней среды постоянно оказывают влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. При благоприятных условиях микробы быстро растут и размножаются. В неблагоприятных условиях развитие микробов замедляется, и далее может наступить их гибель.

Факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы, подразделяются на физические, химические и биологические.

Биологические факторы. В процессе своей жиз­недеятельности микроорганизмы находятся в различных взаимоотношениях между собой и с други­ми организмами. Эти взаимоотношения на протяжении длительной эволюции складывались в соот­ветствии с общебиологическим законом симбиоза (сожительства) живых существ. В природе взаимо­отношения между микробами и другими организ­мами существуют в виде различных форм симбиоза, метабиоза и антагонизма.

Симбиоз между организмами может прояв­ляться в виде комменсализма, мутуализма и паразитизма.

Комменсализм — такая форма симбиоза, при которой один организм живет и развивается за счет другого, не причиняя ему вреда. Например, кишеч­ная палочка, некоторые виды стафилококков, стрептококков и других микробов обитают на поверх­ности или в полостях человека и животного.

Мутуализм — сожительство, при котором оба организма получают взаимную выгоду, не причиняя друг другу вреда, например сожительство клу­беньковых бактерий с бобовыми растениями.

Паразитизм — симбиоз, когда один организм живет за счет другого, нанося ему вред. Возбудители инфекционных болезней человека, животных и растений являются паразитами. Абсолютными па­разитами являются вирусы, приспособившиеся в процессе эволюции к существованию только в живых клетках человека, животных и растений.

Метабиоз — взаимоотношение между микроор­ганизмами, при котором в процессе последовательного развития одних микробов создаются бла­гоприятные условия для жизнедеятельности дру­гих. Так, многие сапрофиты способны превращать в процессе питания белки пищи в пептоны, полипептиды и аминокислоты. Другие микробы, не спо­собные использовать белки, хорошо усваивают эти вещества. Первые создают продукты питания для вторых, продукты жизнедеятельности вторых могут служить пищей для третьих и т. д.

Отношения метабиоза способствуют быстрой порче квашеных и соленых овощей, кисломолоч­ных продуктов, если они хранятся открытыми. Молочнокислые бактерии продуцируют молочную кислоту, ее потребляют плесневые грибы и подго­тавливают, таким образом, субстрат для гнилост­ных бактерий.

Дрожжи, продуцируя спирт при развитии в средах, содержащих сахар, например во фруктовых соках, подготавливают условия для уксуснокислых бактерий, вслед за которыми этот субстрат могут использовать плесневые грибы, превращая уксус­ную кислоту в углекислый газ и воду.

Метабиозом объясняется быстрая минерализа­ция всех органических веществ, попадающих в почву. Принцип метабиоза лежит в основе всего круговорота веществ в природе.

Антагонизм — это такие взаимоотношения, при которых совместно обитающие виды микроорганиз­мов оказывают угнетающее действие друг на друга, т. е. один вид микроба препятствует росту другого, задерживая его развитие, либо вызывает полную гибель. Явление антагонизма впервые описал рус­ский ученый И. И. Мечников в конце XIX в.

Механизм подавления сожительствующих мик­робов бывает различным: быстрое потребление питательных веществ или кислорода из субстрата одним из микробов; выделение в субстрат кислот и других продуктов обмена, затрудняющих развитие прочих микроорганизмов или делающих его совершенно невозможным.

И. И. Мечников предложил использовать мо­лочнокислые бактерии для борьбы с гнилостными бактериями, обитающими в кишечнике человека и постоянно отравляющими его продуктами своей жизнедеятельности.

В природных средах обитания и различных субстратах тот или иной тип взаимоотношений между микроорганизмами устанавливается не изо­лированно от других типов, а во взаимосвязи с ними, образуя сложные системы влияний и зависи­мостей.

Конкурентоспособность в антагонистических взаимоотношениях у некоторых микроорганиз­мов находится в тесной зависимости от их спо­собности продуцировать и выделять в среду обита­ния особые вещества, сильно угнетающие другие виды. Такие вещества называются антибиотиками (анти — против, биос — жизнь). Этих веществ известно довольно много. Те, которые оказались практически безвредными для человека, но очень бактерицидными (убивающими бактерии), широ­ко применяются в медицине, в животноводстве как лечебные и стимулирующие средства. Некото­рые из них обладают не бактерицидным, бактериостатическим действием (останавливают разви­тие бактерий). Характерным свойством антибиотиков является их избирательность, заключающаяся в том, что каждый из них действует только на какую-либо определенную группу микроорганиз­мов. Имеются и такие, спектр действия которых достаточно широк.

У многих микроорганизмов при длительном многократном воздействии на них больших доз антибиотиков вырабатывается устойчивость к пре­паратам. Антибиотики — вещества малостойкие, активность их снижается под действием нагрева­ния, кислот, света и других факторов.

Пенициллин — антибактерийное вещество, вы­деляемое плесневыми грибами из группы пеницилловых. Наиболее чувствительны к пенициллину стрептококки, стафилококки и пневмококки. Па­лочковидные формы более устойчивы. Устойчи­вость к пенициллину некоторых бактерий объясняется тем, что они продуцируют фермент пенициллиназу, разрушающий этот антибиотик.

Стрептомицин вырабатывается актиномицетами. Обладает свойством подавлять рост многих микроорганизмов. Применяется при лечении острой формы бруцеллеза, кишечных заболева­ний и др.

Грамицидин вырабатывается почвенной бацил­лой бревис. Действует на стафилококков, стрептококков, пневмококков, возбудителей газовой ган­грены, дизентерии, брюшного тифа, а также на сибиреязвенную бациллу.

Биомицин продуцируется актиномицетами. По­давляет рост многих бактерий. К числу антибиотиков, вырабатываемых мик­роорганизмами, относятся также тетрациклины (группа близких по свойствам веществ) и другие соединения.

Антибиотические вещества в основном исполь­зуются в лечебных целях. Широкого применения для подавления нежелательных микробиологичес­ких процессов в пищевых продуктах они не полу­чили, так как спектр действия каждого из них сравнительно узок, а микрофлора, обсеменяющая пищевые продукты, очень разнообразна. Кроме того, широкое применение их в практике хранения очень быстро могло бы привести к потере ими лекарственного значения в связи с неизбежным появлением устойчивых к ним разновидностей микробов.

Вещества, близкие по характеру действия к ан­тибиотикам, способны продуцироваться и высши­ми организмами — животными и растительными. Такие вещества, открытые в 1928 г. советским исследователем Б. П. Токиным, были названы фитонцидами.

Фитонциды выделяются растениями, обладают губительным действием на бактерии, грибы. Особенно большой бактерицидностью обладают фи­тонциды лука, чеснока, алоэ, крапивы, листьев черемухи, можжевельника. Фитонциды, получен­ные из лука в виде кристаллического порошка, в разведении 1:40 000 моментально убивают дифте­рийные бактерии. Фитонциды являются вещества­ми летучими и оказывают влияние на микрофлору на расстоянии. Фитонциды характеризуются менее выраженной специфичностью действия по сравне­нию с антибиотиками микробного происхождения.

Из веществ животного происхождения, облада­ющих свойствами антибиотиков, известны лизоцим и эритрин.

Лизоцим — белок со щелочными свойствами. Он обнаружен во многих веществах и продуктах животного происхождения — в молоке, белке курино­го яйца. Находится он также в слюне, слезах, сыворотке крови, рыбьей икре, лейкоцитах. Лизоцим губителен для многих бактерий. Вызывает одновременно и растворение микробных клеток.

Эритрин получен из красных кровяных шари­ков крови животных. Обладает бактериостатическими свойствами по отношению к возбудителю дифтерии, стафилококкам, стрептококкам.

Одним из важных биологических факторов, влияющих на микробы, является бактериофагия, т. е. способность бактериофага лизировать микроб­ную клетку, приводя ее к гибели.

Бактериофаг — внутриклеточный паразит мик­робов (бактериальный вирус), по внешнему виду напоминает барабанную палочку, т. е. имеет голов­ку и цилиндрический отросток (хвост). Фаговая частица заключена в белковую оболочку, покрыва­ющую головку и хвост. Головка фага заполнена ДНК. Размеры фаговых частиц настолько малы, что их невозможно рассмотреть в обычный мик­роскоп.

Впервые явление лизиса сибиреязвенных бак­терий в питательной среде наблюдал в 1898 г. русский ученый Н. Ф. Гамалея. Позднее, в 1917 г., французский микробиолог Ф. Д'Эрелль выделил и изучил вещество, вызывающее растворение и ги­бель дизентерийных бактерий, и назвал его бакте­риофагом (пожирателем бактерий). Размножение фага возможно только в живой микробной клетке, т. е. фаг является абсолютным паразитом.

Фаги широко распространены в природе. Их можно обнаружить в загрязненных бактериями водоемах, реках, озерах, сточных водах, а также в других средах. Фаги используют в медицине и ветеринарии для профилактики и лечения желу­дочно-кишечных заболеваний, в лабораториях — для определения вида бактерий. В молочной про­мышленности и на предприятиях, изготавливаю­щих антибиотики, бактериофаг наносит вред: сни­жает активность молочнокислых заквасок и анти­биотиков.