Экология микроорганизмов.

План лекции:

1.Понятие об экологии. Микробиоценоз почвы, воды, воздуха. Роль почвы, воды, воздуха, пищевых продуктов в распространении возбудителей инфекционных болезней.

2.Влияние физических факторов (температуры, давления, ионизирующей радиации, ультразвука, высушивания), механизм их действия на микроорганизмы.

3. Влияние химических факторов, механизм их действия на микроорганизмы.

4. Понятие о стерилизации. Тепловая, химическая, лучевая стерилизации. Аппараты для тепловой стерилизации.

5. Понятие о дезинфекции. Виды, способы дезинфекция. Средства дезинфекции.

6. Контроль качества стерилизации и дезинфекции. Современные системы экспресс-контроля стерилизации и дезинфекции.

7. Понятие об асептике и антисептике. Методы асептики и антисептики.

1. Экология микроорганизмов изучает взаимоотношения микробов друг с другом и с окружающей средой. Микроорганизмы обитают во всех природных средах и являются обязательным компонентами любой экологической системы и биосферы в целом. Качественный и количественный состав микроорганизмов, обнаруживаемых в почве, воде, воздухе, на растениях, пищевых продуктах, в организме человека и животных, различен. Сообщество микробов, обитающих на определенных участках среды, называется микробиоценозом.

Изучение экологии микроорганизмов служит основой для понимания явлений паразитизма, природно-очаговых и зоонозных заболеваний, а также для разработки противопаразитических мероприятий в борьбе с различными инфекционными болезнями.

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.

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.
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 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 микробов в многолюдных общественных помещениях. Воздух закрытых помещений содержит в основном микрофлору дыхательных путей и кожи человека, многие представители которой способны переживать в воздухе в течение достаточно долгого времени. Микроорганизмы, находящиеся в воздушной среде, могут явиться причиной различных инфекционных заболеваний - гриппа, ангины, кори, скарлатины, дифтерии и др. Санитарно-бактериологическое исследование воздуха. Микробиологическое исследование атмосферного воздуха, а также воздуха жилых помещений, занимает важное место при осуществлении его очистки от бактериального загрязнения, как мера борьбы с аэрогенными инфекциями. Объектами санитарно-бактериологического исследования являются: воздух лечебно-профилактических и детских учреждений, мест массового скопления людей, промышленных районов. Исследование воздуха включает определение общего числа сапрофитных бактерий, стафилококков, стрептококков, которые являются показателями биологической контаминации воздуха микрофлорой носоглотки человека. При исследовании воздуха родильных домов, хирургических клиник определяют УПМ, вызывающие внутрибольничные инфекции. Обнаружение патогенных стафилококков в воздухе закрытых помещений имеет санитарно-показательное значение и свидетельствует об эпидемическом неблагополучии.

Микрофлора пищевых продуктов. Многие пищевые продукты являются благоприятной средой не только для сохранения, но и для размножения микроорганизмов. Всю микрофлору пищевых продуктов условно делят на специфическую и неспецифическую. К специфической микрофлоре относятся штаммы микроорганизмов, применяющихся в процессе технологического производства продуктов питания (молочнокислые продукты, хлебные изделия, пиво, вина и др). К неспецифической микрофлоре относится случайная микрофлора, попадающая в пищевые продукты при их заготовке, доставке, переработке и хранении. Источником этих микробов может быть сырье, воздух, вода, оборудование, животные, человек. Инфицирование пищевых продуктов микроорганизмами может приводить к возникновению у людей пищевых токсикоинфекций и др. заболеваний. Микробиологические критерии безопасности пищевых продуктов делятся на четыре группы:

· Санитарно-показательные микроорганизмы: БГКП (бактерии группы кишечной палочки), при этом учитываются бактерии рода Escherichia, Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter, Serratia.

· Потенциально-патогенные микроорганизмы: коагулазоположительные стафило-кокки, бактерии рода Proteus, сульфитредуцирующие клостридии, B. cereus.

· Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы.

· Микроорганизмы - показатели микробиологической стабильности продукта (дрожжи, грибы-плесени).

Санитарно-бактериологическое исследование пищевых продуктов. Отбор проб проводят стерильно, стерильными приспособлениями, в стерильную посуду. Пробы помещают в соответствующую тару, пломбируют. Транспортировку осуществляют в сумках-холодильниках в кратчайшие сроки.
Санитарно-микробиологическая оценка пищевых продуктов включает определение общего микробного числа и титра санитарно-показательных микроорганизмов. Санитарно-показательные микроорганизмы характеризуют продукт с точки зрения эпидемической опасности. Основными санитарно-показательными микроорганизмами считают БГКП. В оценке пищевых продуктов по микробиологическим показателям необходимо учитывать возможность обнаружения патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Продукты питания анализируют на наличие сальмонелл, сульфитредуцирующих клостридий, стафилококков, протея. При более широком исследовании продукты исследуют на грибковую флору.

2. Микроорганизмы лучше адаптируются к экстремальным физическим и химическим факторам окружающей среды, чем животные и растения. Некоторые бактерии сохраняют жизнеспособность при температуре до +104°С, в диапазоне рН от1 до 13, давлении от 0 до 1400 атм., длительно живут в бидистиллированной воде и в насыщенных растворах солей, не погибают в присутствии тяжелых металлов, антисептиков, антибиотиков, дезинфектантов. В то же время для каждого вида есть наследственно обусловленные оптимальные уровни и критические границы толерантности микробов к физическим, химическим и биологическим факторам.

Из физических факторов наибольшее влияние на жизнедеятельность микробов оказывают температура, высушивание, излучение, ультразвук.

Температурный фактор. Температура имеет важнейшее значение для регуляции интенсивности метаболических реакций в микробных клетках. Представители различных групп микробов развиваются при определенных диапазонах температур. В зависимости от температурных предпочтений выделяют 3 группы микроорганизмов – психрофилы, мезофилы, термофилы.

Психрофилы (холодолюбивые микроорганизмы) растут при температуре от 0-5°С до 25-30°С, оптимальная температура роста в пределах 10-15°С. Психрофилы являются свободно живущими организмами - обитателями почвы, морей, пресных водоемов и сточных вод, а также паразитами холоднокровных животных. Некоторые психрофилы могут вызывать порчу продуктов питания на холоде, вызывать заболевания у человека (иерсинии, клебсиеллы, псевдомонады).

Мезофилы предпочитают средние диапазоны температур. Оптимальная температура их роста колеблется в пределах 35-37°С, максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. Мезофилы включают в себя основную группу патогенных и условно-патогенных бактерий. Они обитают главным образом в организмах теплокровных животных. В окружающей среде могут переживать, но обычно не размножаются. При пониженной температуре подавляется образование факторов патогенности.

Термофилы (теплолюбивые) развиваются при температуре от 40 до 90°С, оптимум роста 50-60°С. Термофилы обитают в горячих источниках, самонагревающихся субстратах (навозе, зерне, сене). В организме теплокровных животных не размножаются, поэтому медицинского значения не имеют.

Действие высокой температуры положено в основу стерилизации. Повреждающее действие высокой температуры связано с необратимой денатурацией ферментов и других белков. Вегетативные формы бактерий мезофилов погибают при температуре 60-80°С в течение 20-30 минут, при 100°С – мгновенно. Споры бактерий устойчивы к температуре 100°С, погибают при 160-170° в течение часа, в автоклаве при 120°С в условиях пара под давлением.

Хорошо выдерживают микроорганизмы действие низкой температуры. При замораживании у них приостанавливаются метаболические процессы, развивается состояние анабиоза. Поэтому многие микробы можно долго хранить в замороженном состоянии, в том числе при температуре жидкого азота. Однако отдельные виды бактерий быстро погибают при понижении температуры, что необходимо учитывать для сохранения их в биологическом материале (менингококк, гонококк, коклюшная палочка, возбудитель сифилиса и др.).

Губительное действие на микроорганизмы оказывает быстрая смена высоких и низких температур – это приводит к разрыву клеточных оболочек.

Высушивание. Рост и размножение микробов происходят во влажной среде. Вода необходима для пассивного и активного транспорта питательных веществ в клетку. Чувствительность микроорганизмов к высушиванию и сроки переживания на объектах внешней среды в этих условиях зависят от вида и формы возбудителя – с одной стороны, и свойств объекта – с другой. Обезвоживание вызывает нарушение функций большинства микробов. Наиболее чувствительны к высушиванию менингококки, гонококки, возбудители холеры, коклюша, сифилиса, брюшного тифа, дизентерии, гриппа, герпесвирусы. Более устойчивы микроорганизмы, защищенные слизью мокроты. Так, микобактерии туберкулеза в мокроте сохраняются в высушенном состоянии несколько месяцев. Долго выживают при высушивании сальмонеллы, актиномицеты, грибы. Наиболее устойчивы споры бактерий. Споры возбудителя сибирской язвы могут сохраняться в почве столетиями.

Для длительного хранения бактерий, грибов и вирусов применяют метод лиофильной сушки. При этом микробы замораживают в специальных средах при -50°С и ниже, затем высушивают в условиях вакуума. Лиофилизированные препараты сохраняются годами и десятилетиями, не изменяя первоначальных свойств.

Излучение. Неионизирующее излучение (ультрафиолетовые и инфракрасные лучи), а также ионизирующее излучение (гамма-излучение радиоактивных веществ) губительно действуют на микробы уже через короткий промежуток времени. Ионизирующая радиация может вызывать повреждения генома бактерий различной глубины – от несовместимых с жизнью дефектов до точечных мутаций. Для микробных клеток летальные дозы в сотни и тысячи раз выше, чем для животных и растений.

Повреждающее действие УФ-излучения, наоборот, в большей мере выражено в отношении микроорганизмов, чем животных и растений. УФ-лучи в относительно небольших дозах вызывают повреждения ДНК микробных клеток, которые приводят к мутациям или их гибели. Световое и инфракрасное излучение при интенсивном и длительном воздействии способно оказать повреждающее влияние лишь на некоторые микроорганизмы.

Ионизирующее излучение применяют для стерилизации одноразовой пластиковой микробиологической посуды, питательных сред, полимерных шприцев, систем для внутривенных инфузий, перевязочных материалов, а ультрафиолетовые лучи –для обеззараживания воздуха и различных предметов в помещениях ЛПУ, микробиологических лабораторий. С этой целью используют бактерицидные лампы УФ излучения с длиной волны 200-450 нм.

Ультразвук. Определенные частоты ультразвука способны вызывать деполимеризацию органелл микробных клеток, а также денатурацию входящих в их состав молекул в результате локального нагревания. Этот феномен используется для получения антигенов путем разрушения микробной клетки.

Давление. Атмосферное давление даже в сотни атмосфер не оказывает существенного влияния на бактерии.

3. Химические вещества могут оказывать различное действие на микробы: служить источниками питания, стимулировать или подавлять рост, вызывать гибель. Антимикробные химические вещества подавляют рост и вызывают гибель микробов. Их используют в качестве антисептических и дезинфицирующих веществ, так как они обладают бактерицидным, вирулицидным, фунгицидным действием.

Противомикробным действием обладают галогены и их соединения (хлор-, йод- и бромсодержащие), окислители, кислоты и их соли, щелочи, спирты, альдегиды, фенол и его производные, соли тяжелых металлов, поверхностно-активные вещества, красители и многие другие химические вещества. Они разрушают важнейшие структурные элементы – клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, нуклеиновые кислоты и инактивируют ферменты.

4. Прямые антимикробные методы обозначают термином микробная деконтаминация, под которой понимают полное или частичное удаление микроорганизмов с объектов внешней среды и биотопов человека с помощью факторов прямого повреждающего действия. Выделяют два различных типа деконтаминации: микробная деконтаминация неживых объектов ( стерилизация и дезинфекция ) и микробная деконтаминация живых организмов ( антисептика и химиотерапия ).