Рататуй. Навчальний посібник для студентів, що навчаються у вищих навчальних закладах іii1V рівнів акредитації за напрямом Ветеринарна медицина
 Скачать 5.29 Mb.
|
|
Таблиця 10.6 Концентрація кухонної солі, при якій зупиняється ріст мікроорганізмів 249 Мікроорганізми Концентрація хлористого натрію, % Молочнокислий стрептокок 2-5 Болгарська паличка 2-3 Кишкова паличка 6-8 Протей 7-10 Сінна паличка 10-15 Сардина жовта 10-12 Плісеневі гриби роду аспергіліус 17-18 Плісеневі гриби роду пеніциліум 20 Мікрокок рожевий 20-25 При консервуванні, для отримання більш надійних результатів, м'ясо солять у 30 %-ному розчині солі, рибу - у 15-20 %-ному або натирають сухою сіллю при укладанні в тару. На концентрацію солі, яка необхідна для призупинення розвитку мікроорганізмів, значно впливає реакція середовища та температура. В солоних продуктах у кислому середовищі (рН 2,5) ріст дріжджів призупиняється при концентрації солі 14 %, а у нейтральному (рН 7,0) – при 20 %. Для пригнічення росту плісеневих грибів при температурі 0°С достатньо 8 % солі, а при 20°С необхідно 12 %. Вплив солі на мікроорганізми підсилюється за наявності нітратів і нітритів. У розчинах цукру мікроорганізми гинуть лише при концентрації його 65-70%. Зустрічаються осмофільні дріжджі й гриби, які живуть у середовищах з концентрацією цукру до 80 %. Вони є причиною пліснявіння і зброджування варення, повидла, джему, меду, цукрового сиропу, згущеного молока. 250 Підвищити стійкість консервованих товарів можна шляхом термічної обробки їх у герметичній тарі (пастеризація, стерилізація) та наступним зберіганням при знижених температурах. 10.4. Вплив біологічних факторів на мікроорганізми У природних умовах мікроорганізми живуть не ізольовано, а разом з усім населенням оточуючого середовища. При сумісному існуванні мікроби вступають у певну взаємодію між собою, а також з рослинами, тваринами і людьми. Симбіоз - це взаємокорисне співіснування організмів різних видів. Вони разом розвиваються краще, ніж кожний з них окремо. Наприклад, у кефірних зернах одночасно живуть молочнокислі бактерії та дріжджі, у чайному грибі - кілька видів оцтовокислих бактерій і дріжджів, бульбочкові бактерії співіснують разом із бобовими рослинами, азотофіксуючі мікроби - з целюлозорозкладаючими. Різновидами симбіотичного типу взаємовідношень є синергізм, сателізм і вірогенія. Синергізм характеризується підсиленням фізіологічних функцій при сумісному розвитку мікроорганізмів. Наприклад, вітаміни, що синтезуються дріжджами, стимулюють розвиток молочнокислих бактерій, а молочна кислота створює сприятливе середовище для розвитку дріжджів. Різні види гнильних бактерій, що розвиваються у харчових продуктах, розкладають білки інтенсивніше, ніж окремі мікроби. Сателізм – це співжиття мікроорганізмів, коли один з них стимулює розвиток іншого. Так, дріжджі і сарцини продукують вітаміни, амінокислоти та інші речовини , стимулюють розвиток більш 251 вимогливих до поживних середовищ бактерій. Азотобактер синтезує вітаміни та біологічно активні речовини, які перетворюють органічні форми азоту в неорганічні, що, в свою чергу, позитивно впливає на розвиток вищих рослин. Вірогенія – це взаємовідношення деяких бактерій, дріжджів і простіших з вірусами. Мутуалізм – це співжиття, яке ґрунтується на взаємній вигоді. Наприклад, аеробні мікроорганізми, поглинаючи кисень із середовища, створюють сприятливі для анаеробів відновлювальні умови. Коменсалізм – це чітко виражена форма мирного співжиття різних видів мікроорганізмів або мікро- і макроорганізмів. Такі взаємовідношення характерні для дріжджів, молочнокислих та інших бактерій, що знаходяться на рослинах. До коменсалів відносять більшість представників "нормальної" мікрофлори тварин і людей, які постійно живуть у шлунково-кишковому тракті, на шкірі і слизистих оболонках. Кишкові палички і молочнокислі бактерії при розвитку у товстому відділі кишечнику отримують від макроорганізму всі речовини, які необхідні для їхньої життєдіяльності, і не шкодять йому, а навіть приносять деяку користь, тому що створюють у кишечнику кисле середовище й пригнічують розвиток гнильних та патогенних бактерій. Метабіоз– це форма взаємовідношень, при якій у результаті життєдіяльності одних мікроорганізмів створюються умови для розвитку інших. Такі взаємовідношення спостерігаються між дріжджами і оцтовокислими бактеріями. Дріжджі, зброджуючи цукор в етиловий спирт, створюють умови для розвитку оцтовокислих 252 бактерій, а оцтову кислоту, що вони утворюють, використовують плісеневі гриби, окиснюючи її у вуглекислий газ і воду. Паразитизм – це тип взаємовідношень, при якому сумісне існування приносить одному користь, а іншому – шкоду, яка з часом призводить до загибелі. Паразитами є збудники інфекційних хвороб людей і тварин. Бактеріофаги розвиваються за рахунок живих клітин бактерій, які в результаті цього руйнуються і гинуть. Хижацтво – це позаклітинний паразитизм. Деякі мікроорганізми поглинають клітини інших видів і використовують їх як поживний матеріал. Мікроорганізми-хижаки зустрічаються серед бактерій, грибів, найпростіших, що живуть у прісних водоймищах і мулах. Антагонізм– це взаємини, при яких один вид мікроорганізмів (антагоніст) несприятливо впливає на інші, послаблює або повністю припиняє їх ріст і розвиток чи викликає загибель. Так, молочнокислі бактерії послаблюють розвиток гнильних мікробів. На цьому явищі ґрунтується квашення, виробництво кисло- молочних продуктів, сирів. Антагоністичні форми зустрічаються у багатьох плісеневих грибів, спороутворюючих бактерій (сінна паличка, картопляна паличка та ін.) і неспороутворюючих бактерій (синьогнійна паличка, чудесна паличка). В залежності від виду мікроорганізмів, середовища існування і ряду інших факторів причинами антагоністичної дії мікробів-антагоністів може бути виснаження поживного середовища, зміна його фізико-хімічних властивостей, виділення у середовище мікробами-антагоністами специфічних токсичних продуктів життєдіяльності, які згубно впливають на інші мікроби. 253 Антагоністичні взаємовідношення у світі мікробів є одним із важливих факторів, що обумовлюють склад мікрофлори природних субстратів. Конкуренція – одна з форм антагонізму, коли конкурентоспроможні види мікроорганізмів швидко споживають із середовища поживні речовини або кисень, у результаті чого й швидше розмножуються. Цей тип взаємовідношень широко розповсюджений у технологічних процесах між промисловими чистими культурами та інфікуючою мікрофлорою. Антибіотики – це специфічні хімічні речовини біологічного походження, що мають антимікробну дію. За походженням, їх умовно поділяють на антибіотики мікробного походження, антибіотичні речовини тваринного і рослинного походження (фітонциди). Антибіотики мікробного походження виділяють живі клітини мікробів-антагоністів. Бактерії продукують такі антибіотики, як граміцидин, субтилін, поліміксин, нізин, піоціанін, дипломіцин, колоформін, бацитрацин; плісеневі гриби – пеніцилін, аспергілін, фумагілін, клавіміцин, цефалоспорин, гризеофульвін; актиноміцети – стрептоміцин, хлорміцетин, біоміцин, ауреоміцин, тетрациклін, хлорамфенінол, актидіон, ністатин, неоміцин, канаміцин, новобіоцин та інші. Зустрічаються мікроорганізми, що виділяють декілька антибіотиків. Напівсинтетичними антибіотиками є такі похідні антибіотиків мікробного походження, як ампіцилін, метицилін, клоксацилін, левоміцетин, саназин, оксацилін та ін. Хімічна природа антибіотиків дуже різноманітна. Так, антибіотики грибного і актиноміцетного походження відносять до складних циклічних сполук, бактеріального – до поліпептидів. 254 На мікроорганізми антибіотики діють вибірково, тобто кожний антибіотик діє тільки на певні види мікроорганізмів і не впливає на інших. Антибіотики з вузьким спектром дії є ефективними до обмеженого числа бактерій. Так, на грампозитивні бактерії діють пеніцилін, біцилін, бацитрацин, новобіоцин, еритроміцин, олеандоміцин, на плісеневі гриби - ністатин, трихоцетин, гризеофульвін, на найпростіші - фумагілін. Антибіотики широкого спектру дії (тетрациклін, стрептоміцин, неоміцин, поліміксин, гігроміцин, граміцидин С, ампіцилін та ін.) є активними по відношенню до значної кількості мікроорганізмів. Характер дії антибіотиків на мікроорганізми може бути різним. Одні затримують розмноження чутливих до них мікроорганізмів, тобто діють бактеріостатично, інші спричиняють їх загибель - діють бактерицидно. Деякі антибіотики розчиняють мікробні клітини. Активність антибіотиків дуже висока, однак ефективність їх дії може змінюватися в залежності від різних факторів, наприклад, від кон-центрації антибіотика, тривалості його дії, складу середовища, температури, світла та ін. В основі механізму дії антибіотиків на мікроорганізми лежить їхня здатність уражати певні ферментні системи, що веде до порушення процесів дихання, живлення, біосинтезу білків, розмноження. Деякі антибіотики пошкоджують генетичний апарат клітини, порушують синтез нуклеїнових кислот і функції цитоплазматичної мембрани, пригнічують синтез клітинної стінки. Встановлено, що деякі мікроорганізми за умови багаторазової дії на них антибіотика набувають певної стійкості до нього, тобто адаптуються, в результаті чого виникають стійкі (нечутливі) до нього форми. 255 Антибіотики широко використовують для боротьби з мікро- організмами у медицині, ветеринарії та сільському господарстві. Такі антибіотики як пеніцилін, ауреоміцин, біоміцин, гризін, бацитрацин стимулюють ріст тваринних організмів, підвищують їх продуктивність. Деякі антибіотики використовують як консерванти харчових продуктів, враховуючи при цьому їх безпечність, доступність і ефективність. Так антибіотик нізин використовують при консервуванні зеленого горошку, томатів та при виробництві сиру плавленого і сирів дозріваючих . У травному тракті нізин швидко руйнується і не впливає на нормальну мікрофлору кишечника людини. . Антибіотиками тваринного походження є лізоцим, що міститься у яєчному білку, слині, сльозах, селезінці, сироватці крові, нирках, плаценті, печінці, легенях; еритрин, що міститься в еритроцитах крові; екмолін, виділений з тканин риб. Лізоцим не тільки вбиває бактерії, але й лізує їх. За хімічною природою він є полісахаридом. Еритрин, який отримують з червоних кров'яних кульок крові тварин, виявляє бактеріостатичну активність стосовно дифтерійної палички, стафілококів і стрептококів. Памалін виділяють із слинних залоз великої рогатої худоби. Він має бактерицидну і фунгіцидну активність. Екмолін - речовина з тканин риб, що пригнічує бактерії, які викликають кишкові захворювання. Фітонциди- антибіотичні речовини, які виділяють рослини, були відкриті Б.П.Токіним у 1928р. До рослин, що виділяють активні фітонциди, відносять часник, цибулю, хрін, листя кропиви, алое, бруньки берези, листя і квіти черемхи, насіння гірчиці, мускатного горіха, редьки, ялівця. 256 Хімічна природа фітонцидів дуже різноманітна і ще повністю не вивчена. Відомо, що антимікробну дію виявляють ефірні олії, глю- козиди, алкалоїди, органічні кислоти, антоціани, дубильні речовини, смоли та ін. З часнику виділено антибіотик алліцин, з насіння редису – рафанін, з листя томатів – томатин, з коріння ріпи - рапін, із звіробою – іманін, із злакових і бобових культур – фітоалексини. З цибулі виділено кристалічну речовину, яка у розведенні 1: 40000 миттєво вбиває дифтерійну паличку. Гіркі речовини хмелю – гумулон і лупулон – пригнічують роз- виток грампозитивних бактерій, а при високих концентраціях - грамнегативних. На дріжджі вони не впливають. Фітонциди характеризуються тими ж основними властивостями, що й антибіотики мікробного походження. Дія їх на мікроорганізми також є вибірковою. Фітонциди одних рослин тільки пригнічують ріст чутливих до них мікробів, інших - вбивають їх. Порівняльна дія антибіотиків і фітонцидів наведена у табл.5. 8. Таблиця 10.8 Порівняльна дія антибіотиків і фітонцидів часнику на бактерії (в перерахунку на 10 мкг) Діаметр стерильної зони, см Назва Стафілокок золотистий Протей Кишкова паличка Анти- біотики 257 Пеніцилін 3,57 0,0 0,0 Стретоміцин 4,20 2,07 0,0 Еритроміци н 2,16 1,20 0,98 Тетрациклін 1,02 0,33 0,0 Мономіцин 1,39 0,74 0,29 Фітонциди Часнику 0,86 0,65 0,66 Цибулі-пера 0,36 0,41 0,34 Хрону 0,58 0,56 0,42 Антимікробні властивості речовин використовують у медичній і ветеринарній практиці, в сільському господарстві для боротьби з хворобами рослин, стимуляції їх росту.Обробка препаратами з хвої ялини і сосни, листя лавра, евкаліпта, кропиви і деревію, яблук та моркви знижує їх втрати від ураження мікроорганізмами на 10 - 23%. Із плодів грецького горіха отримують фітонцидний препарат юглон,який досить ефективний при дерматомікозах . Бактеріофаги (віруси бактерій). Вперше спонтанний лізис бактерій описав М.Ф. Гамалія в 1898 р. Детальніше явище розчинення дизентерійних батерій якимось невідомим агентом дослідив канадський мікробіолог Ф. д'Ерелль у 1917 р. Він назвав цей агент бактеріофагом (bacteriophaga – той, який руйнує бактерії). На основі вивчення феномена бактеріофагії були вирішені дуже важливі проблеми молекулярної біології та генетики. Бактеріофаги виявились основною моделлю для 258 дослідження тонкої структури гена, універсального генетичного коду, впливу радіації на спадкові структури організмів. Морфологія фага. Більшість бактеріофагів мають форму сперматозоїда (рис. 15). Вони складаються з гексагональної головки, в якій міститься ДНК (або РНК), хвостового відростка (стержня, оточеного білковим чохлом), базальної пластинки з фібрилами - рецепторами. Розмір головки 60-100 нм, її двошарова оболонка утворена капсомерами, які оточують одну щільно скручену молекулу ДНК. Порожнистий відросток довжиною 100-200 нм служить для прикріплення до поверхні бактерійної клітини та її інфікування. Адсорбується фаг на клітині за допомогою базальної пластинки та фібрил - рецепторів. Існує шість морфологічних типів фагів: нитчасті, без відростка, з аналогом відростка, коротким відростком, з чохлом відростка, що не скорочується й з чохлом відростка, що скорочується. Хімічний склад фагів, як і інших вірусів, представлений нуклеїновою кислотою, білками, невеликою кількістю ліпідів у оболонці. Переважна більшість бактеріофагів містить ДНК і лише окремі – РНК. За своїм складом фагові нуклеїнові кислоти не відрізняються від аналогічних структур інших мікроорганізмів і вірусів. Всередині головки є невелика кількість "внутрішнього білка". В дистальній частині відростка, під чохлом, міститься фермент лізоцим, який відіграє велику роль у проникненні фагової нуклеїнової кислоти в бактеріальну клітину. У мікроорганізмів, виявляється, також існують "інфекційні хвороби" і викликають їх бактеріофаги. При цьому лізис бактерій під впливом фагів характеризується суровою специфічністю. Для кожного виду як патогенних, так і сапрофітних мікроорганізмів існує індивідуальний бактеріофаг, який вибірково діє лише на "свій" мікроб. 259 Ця вибіркова спеціалізація дії може бути спрямована тільки на певну різновидність (або навіть певний штам), що має велике значення для ідентифікації збудників інфекційних хвороб, їх окремих фаговарів. Це допомагає епідеміологам і клініцистам встановити джерело інфекції та визначити раціональні шляхи для її профілактики. Такі високо спеціалізовані бактеріофаги називають монофагами. Але в природі існують і поліфаги, які здатні лізувати кілька близьких між собою видів бактерій. Бактеріофаги стійкі до дії багатьох факторів зовнішнього середовища. Зокрема, вони витримують високий тиск, зберігають активність при дії іонізуючого та рентгенівського випромінювання, а також при значеннях рН - 2,5-8,5. Однак вони швидко втрачають свої властивості при кип'ятінні, дії дезінфікуючих розчинів та ультрафіолетових променів. Феномен бактеріофагії можна спостерігати як на рідких, так і на щільних живильних середовищах. Якщо в пробірку з МПБ, де росте кишкова паличка, додати декілька крапель відповідного бактеріофагу, то через певний час відбувається просвітління мутної суспензії бактерій за рахунок дії фагів. Для вивчення лізису клітин на щільних живильних середовищах їх попередньо засівають мікроорганізмами, а потім наносять бактеріофаги. Через добу на фоні суцільного газону бактерій утворюються зони, де ріст відсутній. Такі зони мають, як правило, круглу форму і виникають внаслідок літичної дії бактеріофагів. Їх називають негативними колоніями, або бляшками бактеріофагів. Залежно від наслідків взаємодії фагів з бактеріальною клітиною вони поділяються на вірулентні та помірні. 260 Вірулентні бактеріофаги проникають всередину клітини, спричиняючи її лізис. Взаємодія їх з клітиною складається з ряду етапів, притаманних практично всім вірусам. Спочатку відбувається адсорбція фагів на поверхі клітини внаслідок взаємодії їх рецепторного апарату з рецепторами клітини. Представлено його позитивно зарядженими аміногрупами білків та карбоксильними групами, які мають негативний заряд. Адсорбція залежить від багатьох чинників, зокрема, температури, складу середовища, де вона відбувається, кон-центрації іонів кальцію та магнію. Завдяки ферментам (наприклад, лізоциму) головки бактеріофага руйнується клітинна стінка бактерії, хвостовий відросток бактеріофага скорочується, анауклеїнова кислота вводиться в клітину. Оболонка фага при цьому залишається назовні. На наступних етапах відбувається синтез "ранніх" ферментів, які забезпечують відтворення (реплікацію) фагової ДНК та матричної РНК. Згодом на рибосомах та полісомах спрацьовує механізм синтезу білка вірусів. При появі в клітині достатньої кількості фагових нуклеїнових кислот та необхідного білка відбувається збирання фагових корпускул та вихід їх із клітини. При цьому клітинна стінка руйнується і сотні бактеріофагів виходять назовні. Коли з клітиною взаємодіють помірні бактеріофаги, частина клітин залишається неушкодженою ними, тому що спостерігається явище лізогенії - інтеграції генома бактеріофага в геном клітини. Такий фаг, який вмонтовано в хромосому клітини, називається профагом. Мікроорганізми з профагом називаються лізогенними бактеріями, і при дії деяких факторів (іонізуючого й ультрафіолетового випромінювання, мутагенів) вони здатні до продукції помірного фагу, втрачаючи свою лізогенність. Лізогенізація 261 має велике біологічне значення й широко розповсюджена у мікробному світі, тому що під впливом бактеріофагів можуть суттєво змінюватись біологічні властивості бактерій. Таке явище називають фаговою конверсією. Доведена можливість перетворення нетоксигенних дифтерійних паличок у токсигенні під впливом лізогенізації їх помірним бактеріофагом, який несе в своєму геномі tох+-гени. Саме вони забезпечують синтез дифтерійними паличками сильного екзотоксину. Доведена роль бактеріофагів у забезпеченні продукцією токсинів збудників ботулізму, стафілококів та інших бактерій. У деяких випадках під впливом помірних бактеріофагів можуть змінюватись антигенні властивості бактерій кишкової групи, вібріонів, ферментативна активність мікробів, їх резистентність до антибіотиків. Помірні бактеріофаги відіграють роль типових плазмід, їх використовують як моделі для вивчення актуальних проблем генетики мікроорганізмів, в генно-інженерних дослідженнях і біотехнологічних процесах. Бактеріофаги широко розповсюджені у природі. Вони зустрічаються в будь-яких середовищах довкілля: ґрунті, воді, стічних водах - всюди, де є відповідні їм види мікроорганізмів. Фаги знайдено в кишечнику та виділеннях людей, тварин, птахів, плазунів, риб. Відповідно звідси в навколишнє середовище потрапляють бактеріофаги численних збудників інфекційних захворювань: черевного тифу та сальмонельозів, ешерихіозів, дизентерії, холери та ін. Одержують бактеріофаги з лізогенних культур мікроорганізмів, або з навколишнього середовища, заражаючи матеріалом відповідні бактерії. Активність бактеріофагів визначають при їх титруванні на 262 живильних середовищах, використовуюфагчи відповідну тест- культуру. З а титр бактеріофага беруть найбільше його розведення, яке викликає лізис мікроорганізмів. Феномен бактеріофагії використовують у гуманній та ветеринарній медицині. У ветеринарній медицині застосовують частіше колі-гертнер аг (суміш фагів , лікуючих збудника колібактеріозу та сальмонельозу). Оскільки фаги мають специфічну літичну дію на мікроорганізми, їх можна використовувати для фагоіндикації – визначення відповідних бактерій в патологічному матеріалі та об'єктах зовнішнього середовища , а також з метою ідентифікації патогенів, зокрема збудника сибірки. Нарешті, їх застосовують для фаготипування. Фаги можуть завдавати великої шкоди, зокрема при виробництві біологічних препаратів, молочнокислих продуктів, бактеріальних добрив ,пригнічуючи розвиток корисних мікроорганізмів. У ґрунті азотофіксуючі бактерії, заражені фагами , втрачають можливість зв'язувати молекулярний азот, що негативно впливає на урожайність рослин. |