Экология микроорганизмов – наука о взаимоотношениях микробов друг с другом и с окружающей средой. В медицинской микробиологии объектом изучения еще служит комплекс взаимоотношений микроба с человеком.

Микроорганизмы в природе заселяют практически любую среду – почву, воздух, вода. Благодаря разнообразию механизмов утилизации источников питания и энергии, а так же выраженной адаптации к внешним воздействиям, микроорганизмы могут обитать там, где другие формы жизни не выживают.

Число микробов обитающих на растениях и в организмах животных на много меньше, чем во внешней среде.

В зонах обитания микроорганизмы образуют биоценозы (bios – жизнь, koinos – сообщество (греч.)) – сложные ассоциации со специфическими взаимоотношениями.

В конкретном биоценозе присутствуют микробы, присущие конкретной области – аутохтонные микробы (auto – свой, chthon – страна, местность (греч.)), и аллохтонные микробы (allos – чужой) – чужие, обычно не встречающиеся.

В природных биоценозах выживают и размножаются лишь те микробы, которым благоприятствует окружающая среда, при изменении условий их рост прекращаются.

Типы взаимодействия микроорганизмов в биоценозах

Симбиоз (совместное проживание) – совместное длительное существование в долгоживущих сообществах.

Симбиотические отношения:

• мутуализм (лат. mutuus – взаимный) – взаимовыгодные отношения

• комменсализм (лат. com – c, mensa – стол: сотрапезники) – выгоду извлекает только один партнер

• паразитизм – антагонистический симбиоз – отношения наносящие хозяину более или менее выраженный вред

• метабиоз – в ряде биотипов, особенно в почве, микробы утилизируют продукты жизнедеятельности других, например, нитрифицирующие бактерии используют аммиак, который образуют аммонифицирующие бактерии.

• сателлизм (лат. сопровождающий) – некоторые микроорганизмы способны выделять метаболиты, стимулирующие рост других микроорганизмов, например, сарцины и стафилококки выделяют ростовые факторы, стимулирующие рост гемофиллов.

• антагонизм (греч. соперничество)– угнетение роста и размножения других микробов.

Микрофлора воздуха

Микроорганизмы в воздухе находятся постоянно, несмотря на то, что атмосфера является неблагоприятной средой для их размножения, что обусловлено отсутствием питательных веществ и недостатком влаги. Жизнедеятельность микроорганизмов в воздухе обеспечивают взвешенные частицы воды, слизи, пыли и т.д. Кроме того, на микробы действует высушивание и ультрафиолетовое излучение солнечного света.

Тем не менее, в воздухе имеется резидентная (постоянно обнаруживаемая) и временная (обнаруживаемая спорадически) микрофлора. Атмосферный воздух и воздух закрытых помещений значительно различаются по количественному и качественному составу микрофлоры. Состав микрофлоры атмосферного воздуха зависит от интенсивности солнечной радиации, ветра, метеоосадков, покрова почвы, плотности населения, климато-географических условий и др. Меньше всего микробов в воздухе над лесами, морями, снегами. Больше приходится на слои воздуха, расположенные над промышленными городами.

В атмосферном воздухе находятся споры грибов, актиномицетов, бацилл, дрожжи, микрококки, сарцины, стафилококки др.

Обсемененность микроорганизмами воздуха закрытых помещений превышает бактериальную загрязненность атмосферного воздуха. Особенно велико число микроорганизмов в многолюдных общественных помещениях.

Источник загрязнения воздуха – это почва, в меньшей степени вода и человек, который при разговоре, кашле, чихании выделяет в воздух более 10000-20000 микробных тел, а больной еще больше. Так же микроорганизмы попадают в воздух со слущивающимся эпителием кожных покровов, пылью из загрязненного белья.

Воздух закрытых помещений содержит в основном микрофлору дыхательных путей и кожи человека, многие представители которой способны переживать в воздухе в течение времени, достаточного для инфицирования людей. Мельчайшие капельки жидкости, внутри которых микробы часами удерживаются в воздухе во взвешенном состоянии, то есть образуют стойкие аэрозоли. Микробы, окруженные белковым субстратом, более устойчивы к высыханию и другим факторам превращаются в своеобразную бактериальную пыль. Микроорганизмы, находящиеся в воздушной среде, могут явиться причиной различных инфекционных заболеваний - гриппа, ангины, кори, скарлатины и др.

Микрофлора воды

Вода является естественной средой обитания разнообразных микроорганизмов. Микрофлора воды делится на две группы: аутохтонную и аллохтонную. Аутохтонная или собственная микрофлора представлена микроорганизмами, постоянно живущими и размножающимися в воде. В состав этой группы входят Micrococcus candicans, Sarcina lutea, Pseudomonas fluorescens, Bacillus cereus, вибрионы, спириллы, спирохеты, различные фотосинтезирующие, грибы, вирусы, простейшие и др. Аллохтонная или заносная микрофлора попадает в открытые водоемы из почвы, воздуха, организмов животных и человека и резко изменяет микробный биоценоз и санитарный режим. Количественный и качественный состав микрофлоры воды зависит от состава и концентрации минеральных и органических веществ, температуры, рН, скорости движения воды, массивности поступления ливневых, фекально-бытовых и промышленных сточных вод. Количество микробов прямо пропорционально степени загрязненности водоемов. Особенно богаты микроорганизмами пруды, ручьи, озера густо населенных районов. В закрытых водоемах (озера, пруды) наблюдается определенная закономерность в распределении бактерий. Состав микроорганизмов различен на поверхности воды и на дне водоемов. Наиболее обильно заселена микроорганизмами вода на глубине 10-100 см. В более глубоких слоях их количество значительно снижается. Ключевые воды и воды артезианских колодцев наиболее чисты. Хотя вода и является неблагоприятной средой для существования условно патогенных и патогенных микроорганизмов, отдельные их представители способны существовать в ней определенное время, а в некоторых случаях и размножаться. Многие годы в воде могут сохраняться споры возбудителя сибирской язвы, несколько месяцев - энтеровирусы, сальмонеллы, лептоспиры, несколько недель - возбудители холеры, дизентерии, бруцеллы.

Количественные и качественные соотношения микробов в биоценозах меняются в зависимости от сапробности – комплекса особенностей водоема, в том числе состав и количество микробов в воде, содержащей в определенных концентрациях органические и неорганические вещества.

По степени загрязненности выделяют три зоны водоема:

Полисапробная зона – зона сильного загрязнения. Богата органическими веществами, бедна кислородом , поэтому преобладающие микробы - анаэробы, грибы, актиномицеты, кишечная палочка, вызывающие процессы гниения, брожения. Количество достигает 1 млн и более в 1 мл.

Мезосапробная зона – зона умеренного загрязнения. В ней активно происходит минерализация органических веществ с процессами интенсивного окисления и нитрификации. Состав – нитрифицирующие бактерии, клостридии, псевдомонады, микобактерии, стрептомицеты, кандиды и др. Количество достигает сотни тысяч в 1 мл.

Олигосапробная зона – зона относительно чистой воды, небольшое содержание органических веществ, окончание процессов минерализации. Количество микробов – десятки или сотни в 1 мл, не более.

Водоемы способны к самоочищению, в основном за счет конкурентной активации сапрофитической микрофлоры, приводящей к быстрому разложению органических веществ и уменьшению численности бактерий, особенно фекального происхождения.

Микрофлора почвы

Почва является главным резервуаром и естественной средой обитания микроорганизмов, которые принимают участие в процессах формирования и очищения почвы, а также круговорота веществ в природе. Жизнедеятельность микроорганизмов в почве, их качественный и количественный состав определяется почвенными условиями: наличием питательных веществ, влажностью, аэрацией, реакцией среды, температурой и т.д. Большое влияние, как на общую численность, так и на соотношение отдельных систематических групп микроорганизмов оказывает тип почвы. Различаясь по физическим и химическим свойствам почва представляет различную среду для жизнедеятельности микроорганизмов. Их больше в увлажненной и обработанной почве (4,2-5,2 млрд/г), меньше в лесной почве, в песках (0,9-1,2 млрд/г). Наиболее обильна микрофлора в верхнем горизонте почвы глубиной 2,5-15 см. В этом слое протекают основные биохимические процессы превращения органических веществ, обусловленные жизнедеятельностью микроорганизмов. На глубине 4-5 м число микроорганизмов значительно снижается, так как уменьшается количество питательных веществ и ухудшаются условия аэрации. В составе микрофлоры почвы выделяют следующие группы микроорганизмов:

• бактерии аммонификаторы, вызывающие гниение трупов животных, остатков растений, разложение мочевины с образованием аммиака и других продуктов: аэробные бактерии - B . subtilis , B . mesentericus , Serratia marcescens ; бактерии рода Proteus ; грибы рода Aspergillus , Mucor , Penicillium ; анаэробы - C . sporogenes , C . putrificum ; уробактерии - Urobacillus pasteuri , Sarcina urea , расщепляющие мочевину;

• нитрифицирующие бактерии: Nitrobacter и Nitrosomonas ( Nitrosomonas окисляют аммиак до азотистой кислоты, образуя нитриты, Nitrobacter превращают азотистую кислоту в азотную и нитраты);

• азотфиксирующие бактерии: усваивают из воздуха свободный кислород и в процессе своей жизнедеятельности из молекулярного азота синтезируют белки и другие органические соединения азота, используемые растениями;

• бактерии, участвующие в круговороте серы, железа, фосфора и других элементов - серобактерии, железобактерии и т.д. (серобактерии окисляют сероводород до серной кислоты, железобактерии окисляют соединения железа до гидрата окиси железа, фосфорные бактерии способствуют образованию легко растворимых соединений фосфора);

• бактерии, расщепляющие клетчатку, вызывающие брожение (молочнокислые, спиртовые, маслянокислые, уксусные, протионовые и др.).

С выделениями человека и животных, с фекально-бытовыми сточными водами в почву могут попадать патогенные и условно-патогенные микроорганизмы (возбудители грибковых заболеваний, ботулизма, столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, бруцеллеза, лептоспироза, кишечных инфекций и др.).