WPŁYW CZYNNIKÓW ŚRODOWISKOWYCH NA DROBNOUSTROJE

DROBNOUSTROJE

żyją w tak różnych i ekstremalnych warunkach, że wyznaczają granice

ziemskiego życia.

Drobnoustroje to najbardziej zmienne organizmy na Ziemi. Spektrum ich możliwości

jest szersze od spotykanego u organizmów wyższych.

Kontakt drobnoustrojów ze środowiskiem jest znacznie większy niż u organizmów wyższych. Wynika to z małych rozmiarów drobnoustrojów

oraz z dużego stosunku powierzchni do objętości komórki.

Te 2 czynniki sprawiają trudności z utrzymaniem HOMEOSTAZY.

Co jest absolutnie niezbędne do życia drobnoustrojów?

TLEN? Organizmy żywe radzą sobie bardzo dobrze bez tlenu, o czym świadczą wspaniale rozwijające się beztlenowe drobnoustroje. Życie na Ziemi zaistniało w warunkach beztlenowych.

ZAPOTRZEBOWANIE NA TLEN

Drobnoustroje zużywają tlen w swych procesach metabolicznych.

Jeżeli zużycie tlenu

nie jest wyrównywane

to powstają

warunki beztlenowe.

Naturalne środowiska beztlenowe:

• osady denne,

• bagna,

• moczary,

• podmokłe gleby,

• przewód pokarmowy.

CIŚNIENIE? Jest raczej nieistotne, niektóre bakterie rosną w warunkach bliskich próżni lub przy olbrzymim ciśnieniu hydrostatycznym na dnie rowów oceanicznych.

Czynniki fizyczne

mające wpływ na drobnoustroje: - dostępność wody, - ciśnienie osmotyczne i hydrostatyczne, - promieniowanie, - fale dźwiękowe, - odczyn, - potencjał oksydoredukcyjny, - związki powierzchniowo czynne.

MIKROORGANIZMY

mogą żyć wszędzie pod warunkiem

występowania wody w stanie płynnym!

WODA stanowi uniwersalny rozpuszczalnik, bez niej zanika aktywność wszystkich organizmów.

Przyjmuje się, że:

BAKTERIE - nie rozwijają się w środowisku o wilgotności mniejszej niż 30 %.

GRZYBY - są bardziej wytrzymałe od bakterii na wysuszenie, gdyż rozwój ich ustaje dopiero przy wilgotności mniejszej niż 15 %.

Wśród drobnoustrojów istnieją duże różnice w wytrzymałości na wysychanie środowiska. Najbardziej wrażliwe na nieznaczne zmniejszenie ilości wody, poniżej optymalnej są:

1. krętki,

2. dwoinki rzeżączki,

3. wirusy grypy.

Niektóre mikroorganizmy giną po kilku minutach wysuszenia, inne po kilku godzinach, a jeszcze inne po kilku tygodniach.

Niektóre mogą przetrwać

całe miesiące lub nawet lata.

Do tych ostatnich należą

przetrwalnikujące laseczki

Bacillus anthracis

Clostridium tetani

Od czasów prehistorycznych ludzie wykorzystywali suszenie jako metodę konserwacji żywności dla ludzi oraz paszy dla zwierząt.

Suszenie

nie niszczy wszystkich mikroorganizmów,

powoduje jedynie zahamowanie ich wzrostu i aktywności!

LIOFILIZACJA

To działanie niskich temperatur z równoczesnym odwodnieniem.

Metoda stosowana do konserwacji: szczepionek, surowic, szczepów drobnoustrojów, niektórych produktów spożywczych.

Produkty liofilizowane można przechowywać nawet kilka lat bez utraty ich wartości.

CIŚNIENIE OSMOTYCZNE Dodanie do środowiska płynnego dużej ilości soli kuchennej lub cukru, powoduje wzrost ciśnienia osmotycznego.

Przy wysokim ciśnieniu osmotycznym -

pomimo obecności wody - drobnoustroje nie będą mogły z niej korzystać,

gdyż ciśnienie osmotyczne ich soku komórkowego jest niższe od ciśnienia na zewnątrz komórki.

Stan taki nazywamy SUSZĄ FIZJOLOGICZNĄ.

Ze względu na wymagania odnośnie ciśnienia osmotycznego wyróżnia się:

1.OSMOFILE - mogące rozwijać się w roztworach o dużym stężeniu soli lub cukru,

2.HALOFILE - mogące rozwijać się w roztworach o dużym stężeniu soli (w szczeg. NaCl – nawet powyżej 10 %).

Halofile, których reprezentantem jest np. Halobacterium salinarum, zamieszkują środowiska silnie zasolone. Bakterie te szczególnie chętnie zasiedlają naturalne jeziora słone.

TEMPERATURA

Wszystkie reakcje chemiczne i procesy biochemiczne zachodzące w naturze są zależne od temperatury.

Mikroorganizmy mogą być aktywne w bardzo szerokim przedziale temperatur: od kilku stopni poniżej zera

do ponad 100oC.

PSYCHROFILE

Psychrofile lubią zimno. Najlepiej czują się w antarktycznym lodzie. Występująca tam bakteria Polaromonas vacuolata rozmnaża się w +4oC. Szkodzi jej już wzrost temperatury do +12oC.

Podobno Collwellia psychrerythraea przeżywa w ciekłym azocie.

TERMOFILE

Termofile żyją w temperaturze powyżej 45oC. Pyrolobus fumarii najlepiej rozmnaża się w 105oC. Tego typu bakterie zamieszkują np. gorące źródła Parku Narodowego Yellowstone w Wyoming

Wysoka temperatura niszczy struktury komórkowe poprzez denaturację białka.

Niska temperatura, zabija ponieważ:

1. tworzące się lodowe igiełki niszczą system delikatnych błon komórkowych,

2. lód wiążąc wodę powoduje wytrącanie się różnych substancji z roztworu, które mogą uzyskać letalne stężenia.

STĘŻENIE JONÓW WODOROWYCH

Wpływ odczynu środowiska na rozwój drobnoustrojów jest bardzo duży.

Poszczególne rodzaje,

a nawet gatunki

i szczepy drobnoustrojów

mają ściśle określoną wartość pH,

przy której ich rozwój jest najefektywniejszy.

Zwykle środowisko kwaśne sprzyja rozwojowi grzybów.

Środowisko o odczynie obojętnym lub lekko zasadowym jest zazwyczaj odpowiednie

dla rozwoju bakterii.

KWASOWOŚĆ?

pH – 2-3, (jak słaby kwas siarkowy o stężeniu 0,1-0,2 %)

- nie stanowi żadnego problemu,

ACIDOFILE

BAKTERIE SIARKOWE - rozwijają się całkiem dobrze przy pH poniżej 1, (Ferroplasma acidar-manus).

Występują również w hałdach przy kopalniach węgla i niektórych gorących źródłach. Dobrze się czują we wszystkich tych miejscach, gdzie pH wynosi znacznie mniej niż 5.

ZASADOWOŚĆ?

Nawet znaczna (pH = 11-12 –np. 3% NaOH) nie wpływa negatywnie na drobnoustroje;

ALKALOFILE

BAKTERIE NITRYFIKACYJNE i bakterie brodawkowe współżyjące z roślinami motylkowymi, rozwijają się dobrze, nawet przy pH powyżej 11.

jeziora w Afryce o wysokim pH wody odznaczają się największą aktywnością biologiczną na Ziemi

Alkalofile żyją w glebach przesyconych węglanami oraz w tzw. jeziorach sodowych, występujących w Egipcie, w Rift Valley w Afryce i na zachodzie USA. Lubią środowiska zasadowe o pH powyżej 9. Przykładem jest Natronobactericum gregoryi.

FALE DŹWIĘKOWE

Dźwięki słyszalne przez człowieka nie działają szkodliwie na komórki drobnoustrojów.

Dezintegrację komórek drobnoustrojów wywołują

FALE ULTRADŹWIĘKOWE

Wynika to z występowania zjawiska

KAWITACJI

Kawitacja polega na powstawaniu w roztworze pęcherzyków gazu

(zachodzi zmiana fazy - z cieczy w gaz), co prowadzi do mechanicznego rozrywania komórek od wewnątrz.

PROMIENIOWANIE

Warunkiem działania dowolnego typu promieniowania na żywą komórkę jest jego pochłonięcie.

Wchłonięte kwanty energii powodują wzbudzenie cząsteczek substancji chemicznych, które ulegają aktywacji i łatwiej wchodzi w różnego rodzaju reakcje chemiczne.

Pełne widmo promieniowania obejmuje:

• ultrakrótkie promieniowanie kosmiczne,

• promienie X,

• widzialną część widma słonecznego,

• podczerwień,

• długie fale radiowe.

Wszystkie rodzaje promieniowania dzielimy na dwie grupy:

•PROMIENIOWANIE NIEJONIZUJĄCE

•PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE

PROMIENIOWANIE NIEJONIZUJĄCE

-światło słoneczne (wywiera słabe działanie bakteriobójcze),

- promieniowanie ultrafioletowe (ma silne działanie biologiczne na wszystkie organizmy).

PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE

- promienie X,

- promienie ,

- promieniowanie kosmiczne,

- promieniowanie korpuskularne,

- promieniowanie katodowe (β),

Te rodzaje promieniowania wywierają bardzo silne działanie na wszystkie organizmy żywe

(bakteriobójcze, mutagenne i rakotwórcze).

CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE

Drobnoustroje, które mogą żyć w warunkach wysokiego ciśnienia nazywa się

DROBNOUSTROJAMI BAROFILNYMI

W warunkach naturalnych takie ciśnienia panują tylko w głębinach mórz i oceanów.

Większość bakterii jest niewrażliwa na znaczne podwyższenie ciśnienia mechanicznego.

Ale wzrost większości mikroorganizmów

ustaje przy ciśnieniu większym niż 60 MPa.

Przetrwalniki bakterii są jeszcze mniej wrażliwe na podwyższone ciśnienie, np. przetrwalniki Bacillus anthracis nie tracą zdolności kiełkowania po zadziałaniu na nie ciśnieniem wynoszącym 2000 MPa przez 45 minut.

Escherichia coli,

Salmonella typhi

nie giną nawet przy 500 MPa

CZYNNIKI CHEMICZNE

W naturalnych środowiskach drobnoustroje są w stałym kontakcie z bardzo różnorodnymi czynnikami natury chemicznej.

Wiele z nich stanowi:

1. źródło pożywienia,

2. substraty energetyczne.

Czynniki chemiczne mające wpływ na drobnoustroje :

- sole mineralne,

- alkohole,

- barwniki,

- chemioterapeutyki,

- pestycydy,

- metale ciężkie,

- mikotoksyny,

- nitrozoaminy.

SOLE MINERALNE

Wszystkie organizmy, w tym drobnoustroje,

wymagają w pożywieniu soli mineralnych.

Ich obecność jest niezbędna dla prawidłowego wzrostu i rozwoju.

W pewnych stężeniach mogą być szkodliwe dla wielu mikroorganizmów.

Obecność w podłożu więcej niż jednej soli może powodować:

1.DZIAŁANIE ANTAGONISTYCZNE (antagonizm jonowy) - które najczęściej neutralizuje szkodliwe działanie jednego z jonów przez drugi.

2.DZIAŁANIE SYNERGISTYCZNE - wzajemne potęgowanie działania dwu lub więcej jonów.

Sole metali ciężkich wywierają toksyczny wpływ na drobnoustroje przez:

•wiązanie się z białkami,

•inaktywację licznych enzymów,

•zmianę właściwości błon cytoplazmatycznych,

•zastępowanie jonów niezbędnie potrzebnych do życia,

•blokadę syntezy DNA i RNA.

ALKOHOLE

Działanie alkoholi na mikroorganizmy rośnie

ze wzrostem ich masy atomowej.

BARWNIKI

Od dawna znany jest fakt hamowania wzrostu drobnoustrojów

przez naturalne barwniki,

Najbardziej popularne są fiolet goryczki (krystaliczny, gencjana)

oraz pochodne akrydyny.

Mechanizm bakteriobójczego działania barwników polega na ich zdolności do tworzenia pseudozasad.

Barwniki reagują wewnątrz komórki drobnoustrojów,

np. z kwasami nukleinowymi - zakłócając rozmnażanie i procesy metaboliczne.

DZIAŁANIE BARWNIKÓW

•FIOLET KRYSTALICZNY - hamuje syntezę ściany komórkowej, bardziej wrażliwe są bakterie gramdodatnie niż gramujemne.

•POCHODNE AKRYDYNY - hamują syntezę RNA.

CHEMIOTERAPEUTYKI

to związki chemiczne, które wchodzą wybiórczo w połączenia z bakteriami działając na nie toksycznie, przy równoczesnym braku szkodliwości dla organizmów wyższych, w których bakterie pasożytują.

ANTYBIOTYKI

to produkty przemiany materii (metabolity wtórne) niektórych mikroorganizmów.

Mogą wykazywać działanie bakteriobójcze, bakteriostatyczne lub grzybobójcze.

Działanie antybiotyków zazwyczaj jest wysoce specyficzne.

MIKOTOKSYNY

wtórne metabolity niektórych grzybów pleśniowych określanych mianem grzybów toksynotwórczych.

PESTYCYDY

różnorodne preparaty chemiczne stosowane w rolnictwie, ogrodnictwie i leśnictwie do zwalczania chorób, szkodników, chwastów, itp.

INNE ZWIĄZKI

-substancje chemiczne służące do zabezpieczenia żywności i pasz przed zepsuciem,

-preparaty służące do dezynfekcji i odkażania, mogące mieć postać:

•kwasów organicznych,

•kwasów mineralnych,

•zasad,

•H2O2 i inne nadtlenków,

•chloranów,

•fenoli,

•krezoli.