Влияние физических, химических и биологических факторов на микроорганизмы. (Лекция 5)

1.

Влияние физических,
химических и
биологических
факторов на
микроорганизмы.
Понятие об асептике и
антисептике.
Стерилизация и
дезинфекция.
1

2.

Введение.
1. Физические факторы, влияющие на
микроорганизмы.
2. Химические факторы.
3. Биологические факторы.
4. Приспособляемость микроорганизмов к неблагоприятным факторам
окружающей среды.
5. Уничтожение микроорганизмов во
внешней среде.
2
Заключение.

3.

1. Ветеринарная микробиология и иммунология:
Учебник /Под ред. Н.А.Радука. - М.: Агропромиздат.1998.
2. Колычев Н.М., Госманов Р.Г. Ветеринарная
микробиология и иммунология: Учебник.- М.: КолосС.2006.
3. Костенко Т.С., Родионова В.Б., Скородумов Д.И.
Практикум по ветеринарной микробиологии и
иммунологии.- М.: Колос.- 2001.
4. Поздеев О.К. Медицинская микробиология:
Учебник для вузов.- М.: Геотар-Мед.- 2001.
5. Павлова И.Б., Ленченко Е.М., Банникова Д.А. Атлас
морфологии популяций патогенных бактерий.- М.: 3
3
Колос. 2007.

4. Антимикробные факторы окружающей среды

физические
химические
биологические
Результаты действия факторов внешней
среды на микроорганизмы:
1. Благоприятные.
2. Неблагоприятные (бактериостатическое,
бактерицидное действие).
3. Изменяющие свойства микроорганизмов.
4. Индифферентные.
4

5.

5

6.

Физические факторы, влияющие на
микроорганизмы
1. Температура.
2. Высушивание (лиофильная сушка).
3. Лучистая энергия (СВЧ-энергия,
ультрафиолетовые лучи, ионизирующая
радиация).
4. Ультразвук.
5. Давление (атмосферное, гидростатическое,
осмотическое).
6. Электричество.
7. Кислотность среды (рН среды).
8. Наличие кислорода.
6
9. Влажность среды обитания (вязкость).

7. Влияние температуры на бактерии

1. Способность микроорганизмов
к выживанию после длительного
нахождения в экстремальных
температурных условиях.
2. Способность микроорганизмов
к росту в экстремальных температурных условиях.
7

8. ПСИХРОФИЛЫ

Иерсини
Псевдомонады
Клебсиеллы
Листерии и др.
00С 100С 200С 350С
8

9. МЕЗОФИЛЫ

• Патогенные
• Условнопатогенные
100С 300С 400С
500С
9

10. ТЕРМОФИЛЫ

Сапрофиты
Санитарнопоказательные
бактерии
400С 500С 600С
800С
10

11. Температурные диапазоны гибели микроорганизмов

60 С
0
0
80 С
0
100 С
Вегетативные формы
0
170 С
Споры
11

12. Высушивание.

Для нормальной жизнедеятельности
микроорганизмов нужна вода. Высушивание
приводит к обезвоживанию цитоплазмы,
нарушается целостность цитоплазматической
мембраны, что ведет к гибели клетки.
Некоторые микроорганизмы под влиянием
высушивания погибают уже через несколько
минут: это многие виды кокков.
12

13.

Высушенные диплококки
13

14.

Лиофильная сушка.
Сущность метода состоит в том, что
микроорганизмы сначала замораживают
до -25 - 73°С, а потом высушивают при
положительной температуре в условиях
вакуума. При этом цитоплазма бактерий
замерзает и превращается в лед, а потом
этот лед испаряется и клетка остается
жива (переход воды из замороженного
состояния в газообразное, минуя жидкую
фазу - сублимация).
14

15.

Замораживание бактерий при лиофильном высушивании
15

16.

16

17.

17

18.

Лиофильно высушенные
бактерии
18

19.

Лучистая энергия.
Существуют различные формы лучистой
энергии,
характеризующиеся
различными
свойствами, силой и характером действия на
микроорганизмы.
19

20.

Бактерицидные
лампы
20

21.

Рентгеновское излучение, α-, β- и γ-лучи оказывают
губительное действие на микроорганизмы только в больших
дозах. Эти лучи разрушают ДНК клетки. В последние годы
радиационным
методом
стерилизуют
изделия
для
одноразового использования — шприцы, шовный материал,
чашки Петри.
СВЧ-энергия.
Вызывая нагрев среды, действует губительно на
микроорганизмы, при этом - происходит повреждение
клетки;
- влияет на генетические признаки микроорганизмов;
- на изменение интенсивности деления клетки;
- активность некоторых ферментов;
- гемолитические свойства.
Ионизирующая радиация. Характерной особенностью
этих излучений является их способность вызывать процесс
ионизации.
21

22.

Ультразвук
Неся с собой большой запас энергии,
ультразвуковые волны вызывают ряд
физических,
химических
и
биологических явлений. С помощью
ультразвуковых
(УЗ)
волн
можно
вызвать
инактивацию
ферментов,
витаминов,
токсинов,
разрушить
разнообразные материалы и вещества,
многоклеточные
и
одноклеточные
организмы.
22

23.

Ультразвуковой
дезинтегратор
23

24.

Влияние осмотического давления на микробную клетку
1. Плазмолиз (потеря воды и гибель клетки) происходит с
микроорганизмами, если их помещают в среду с более высоким
осмотическим давлением.
2. Плазмоптиз (поступление воды в клетку и разрыв клеточной
стенки) происходит с микроорганизмами при перемещении их в
среду с низким осмотическим давлением.
Осмофильные микроорганизмы - развиваются в среде с высоким
осмотическим давлением.
Галофилы (солелюбивые) микроорганизмы - развиваются в
24
среде с высокой концентрацией солей.

25.

Классификация микроорганизмов
по отношению к концентрации
водородных ионов в среде
(рН среды)
Ацидофилы - 6,0-7,0;
Алкалофилы - 9,0-10,0;
Нейтралофилы - 7,5.
25

26.

Содержание растворенного кислорода –
обеспечивает
метаболические
процессы
аэробов, являясь акцептором ионов Н+;
замедляет или полностью подавляет развитие
анаэробов.
Содержание
растворенного
диоксида
углерода – необходимо для метаболизма
автотрофов, для гетеротрофов может как
стимулировать,
так
и
подавлять
метаболические процессы.
Вязкость среды – определяет диффузию
питательных веществ из объема среды к
поверхности клетки.
26

27.

27

28.

использование
асептика
антисептика
терапия
дезинфекция
стерилизация
Бактериостатическое действие регистрируется в
том случае, если химическое вещество подавляет
размножение бактерий, а после его удаления
процесс размножения восстанавливается.
Бактерицидное действие вызывает необратимую
гибель микроорганизмов.
28

29. Дезинфекция

(Обеззараживание объектов
окружающей среды) это комплекс мероприятий, направленный на
уничтожение патогенных микроорганизмов
во внешней среде с помощью химических
веществ, обладающих антимикробным
действием
29

30.

Химические вещества, действующие на
микроорганизмы
1. Окислители.
2. Поверхностно-активные вещества (ЧАС).
3. Галогены.
4. Соли тяжелых металлов.
5. Кислоты.
6. Щелочи.
7. Спирты.
8. Фенолы, крезолы и их производные.
9. Альдегиды (формальдегид, формалин).
10. Красители.
30

31. Механизм действия противомикробных химических веществ

Денатурирующие (коагулирующие)
белки.
Омыляющие (растворяющие) белки.
Окисляющие белки.
Реагирующие с фосфатнокислыми
группами нуклеиновых кислот.
Поверхностно активные вещества.
31

32. Денатурирующие вещества

Свертывают белок
Фенол
Спирты
Соли тяжелых металлов
(сулема, мертиолат)
32

33. Омыляющие вещества

Приводящие к набуханию и
растворению белков
Щелочи
Гашеная известь
33

34. Окислители

Повреждают сульфгидрильные
группы активных белков
Хлор
Бром
Йодосодержащие
Перекись водорода
Перманганат калия
34

35. Поверхностно-активные

Вызывают повреждения клеточной
стенки
Жирные кислоты
Мыла
Моющие средства
Четвертичные аммониевые
соединения
35

36. Красители

Обладают сродством к фосфорно-кислым
группам нуклеиновых кислот, нарушают
процесс деления микроорганизмов
Бриллиантовый зеленый
Этакридин лактат
Трипофлавин
36

37.

ВЕЛТОЛЕН (Veltolen) жидкий концентрат на основе уникальной отечественной субстанции
«ВЕЛТОН».
В состав Велтолена в качестве действующего вещества
входит клатрат четвертичного аммониевого соединения
с карбамидом (20%), а также
этиловый или изопропиловый спирт (20%), технологические компоненты и вода
(до 100%).
37

38. Механизмы противомикробного действия ВЕЛТОЛЕНА

38

39.

Антимикробное
действие 0,5%-ного
раствора препарата
«ВЕЛТОЛЕН» на
B.аnthracis, штамм СТИ
(экспозиция 5 мин.)
Вакуолизация цитоплазмы,
отслоение клеточной стенки
у бактерий
(Ув. Х 30000)
39

40.

Антимикробное
действие 0,5%-ного
раствора препарата
«ВЕЛТОЛЕН» на
B.аnthracis, штамм СТИ
(экспозиция 15 мин.)
Отслоение клеточной стенки у
бактерий и ее разрыв,
вакуолизация цитоплазмы.
(Ув. Х 16000)
40

41.

Антимикробное действие
0,5%-ного раствора
препарата «ВЕЛТОЛЕН» на
B.аnthracis, штамм СТИ
(экспозиция 60 мин.)
Большая часть бактериальных
клеток разрушена с потерей
клеточной стенки и выхода наружу
клеточного детрита.
Часть спор под действием препарата
формирует миелиновые фигуры.
(Ув. Х 32000)
41

42. Стерилизация

обеспложивание –
полное уничтожение
вегетативных форм
микроорганизмов и их спор
в различных материалах
42

43.

Физический метод стерилизации
Методы стерилизации высокой
температурой:
1. Фломбирование.
2. Стерилизация сухим жаром (в печи
Пастера).
3. Кипячение.
4. Стерилизация текучим паром в
аппарате Коха.
5. Тиндализация.
6. Автоклавирование.
43
7. Пастеризация.

44.

Классификация мембранных методов в
зависимости от размеров фильтруемых частиц
и размеров пор в мембранах
1 нм
Ионы
102 нм
Молекулы
Ультрафильтрация
104 нм
Частицы
Микрофильтрация
Фильтрация
Обратный
осмос
1 нм
102 нм
10 4 нм
Физический метод стерилизации - фильтрующая
стерилизация
44

45.

Химическая стерилизация — этот вид
стерилизации применяется ограниченно. Чаще
всего используют химические вещества для
предупреждения бактериального загрязне-ния
питательных сред и иммунобиологических
препаратов.
При химической стерилизации возможно
использование двух токсичных газов: окиси
этилена и формальдегида. Эти вещества в
присутствии воды могут инактивировать
ферменты, ДНК и РНК, что приводит
бактериальные клетки к гибели. Стерилизация
газами осуществляется в присутствии пара при
50—80°С в специальных камерах.
45

46.

Асептика – это комплекс профилактических мероприятий, направленных на
предупреждение попадания микроорганизмов в рану или макроорганизм.
Антисептика — это комплекс мероприятий, направленных на уничтожение
микробов в ране или организме в
целом, на предупреждение и ликвидацию воспалительного процесса.
Антисептики — это противомикробные вещества, которые используются
для обработки биологических
46
поверхностей.

47.

47

48.

Биологические факторы, негативно
воздействующие на микроорганизмы
1. Микроорганизмы-антагонисты.
2. Антибиотики и бактериоцины.
3. Пробиотики.
4. Бактериофаги.
5. Клеточные и гуморальные защитные
факторы организма (иммунитет).
48

49. Виды взаимодействия микроорганизмов

Антагонизм
Метабиоз
Комменсализм
Мутуализм
Сателлизм
Синергизм
Нейтрализм
Хищничество
49

50. Антогонистический симбиоз

Конкуренция
Паразитизм
Антибиоз
50

51. Конкуренция

Один микробный вид обладает
большей приспособляемостью к
условиям среды и при
интенсивном размножении
вызывает истощение
питательной среды, тем самым
препятствует росту др. м\о
Конкуренция за источник питания
51

52. Паразитизм

Пользу от сожительства
получает лишь паразит,
нанося вред хозяину
Гибель хозяина
52

53. Антибиоз

Способность одного вида м\о
выделять токсические
вещества, угнетающие
жизнедеятельность других
АНТИБИОТИКИ
53

54. Метабиоз

Один из микробов использует
продукт жизнедеятельности
другого, создает условия для
его развития
Аммонификаторы
Целлюлозоразлагающие бактерии
аммиак
углеводы
Нитрификаторы
Азотофиксирующие
54

55. Комменсализм

Один микроб живет за счет
другого, не причиняя ему вреда
Нормальная микрофлора
животных
Эпифитные микробы
55

56. Мутуализм

Взаимовыгодное сожительство
микроорганизмов
Ризобии
(клубеньковые
бактерии)
Атмосферный
азот, белки
Термофильные
бактерии
56

57. Сателлизм

Стимуляция роста и
размножения одного микроба
продуктами жизнедеятельности
другого
Сенная
палочка
Фактор роста –
витамины гр.В
Гемофильные
бактерии
57

58. Синергизм

Усиление физиологических
функций и свойств при
совместном выращивании
Сенная
палочка
Активизация
молочнокислого
брожения
Молочнокислые
бактерии
58

59.

Хищничество – нападение одного вида
бактерии на другой с целью использования
другого вида в качестве пищи.
Жизненный цикл бделловибрионов – хищных бактерий
59

60.

Bdellovibrio bacteriovorus проникает в сальмонеллу
60

61. Антибиотики

Anti-против, bios-жизнь
продукты метаболизма живых
организмов или их аналоги,
получаемые синтетическим путем,
способные избирательно
подавлять рост микроорганизмов.
61

62.

Ингибиторы
синтеза клеточной
стенки
ИНГИБИТОРЫ СИНТЕЗА БЕЛКА
Пенициллины
Монобактамы
Цефалоспорины
Карбапенемы
Гликопептиды
Бацитрацин
Циклосерин
Ингибиторы
30S-субъединиц
рибосом
Ингибиторы
50S-субъединиц
рибосом
Тетрациклины
Аминогликозиды
Макролиды
Хлорамфеникол
Линкомицин
Ингибиторы
синтеза
нуклеиновых
кислот
Ингибиторы
функций
цитоплазматическо
й мембраны
Полимиксины
Антиметаболиты
(метаболизм
фолиевой кислоты)
ДНК
ПАБК
Сульфонамиды
Триметоприм
Цитоплазма
-тическая
мембрана
иРНК
Рифампицин
(ингибитор ДНКзависимой РНКполимеразы;
нарушение
транскрипции)
Хинолоны
(ингибитор ДНКгиразы; нарушение
репликации ДНК)
Периплазма
(бета-
Клеточная лактамаза,
стенка
аминогликозидмодифицирующие
ферменты)
Механизм действия
антибиотиков на бактерии
62

63.

Воздействие антибиотиков на микроорганизмы
«Феномен жемчужного
ожерелья» у возбудителя
сибирской язвы при
выращивании его на
питательной среде с
пенициллином
Воздействие пенициллина
на кишечную палочку и63
стафилококки

64.

Зоны подавления роста
микроорганизмов антибиотиками
64

65.

Пробиотики – это биопрепараты, которые содержат живые, антагонистически активные в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов «полезные» бактерии (лактобациллы, бифидобактерии и др.),
применяемые для профилактики и лечения инфекционных (в основном,
желудочно-кишечных) болезней человека и животных.
Возможные механизмы действия пробиотиков
1. Подавление живых патогенных и условно-патогенных
микроорганизмов
а) продукция антибактериальных веществ бактериоцинов;
б) конкуренция за источники питания;
в) конкуренция за рецепторы адгезии.
2. Влияние на микробный антагонизм
а) уменьшение ферментативной активности;
б) увеличение ферментативной активности.
3. Стимуляция иммунитета
а) увеличение уровня антител;
б) увеличение активности макрофагов.
65

66.

22
Пробиотические препараты, выпускаемые в странах - членах ЕС и
используемые в них виды микроорганизмов
Препарат
Вид микроорганизмов
Жидкое ацидофильное молоко, продукты класса
йогуртов (повсеместно)
L.acidophilus, B.bifidum, B.longum
Биоград, Бифийогурт Йога-Лайн, Лактоприв,
Эу-галин, Витацидофилюс, Омнифлора
Мутафлор, Коливит, Симбиофлор, Лактана-Б
(Германия)
L.acidophilus, S.thermophilus, B.longum,
B.bifidum, E.coli
Гефилак, Бактолак (Финляндия)
L.rhamnosum, L.casei, S.faecium
Йокульт, Бифидер, Тойоцерин, Лакрис, Грауген,
Кальспорин, Миаризан, Королак, Биофермин,
Балантол, Лактофед (Япония)
L.rhamnosum, L.casei, E.coli, B.cereus, L.sporogenes, B.subtilis, B.thermophilus, C.butyricum,
B.pseudolongum, S.faecalis, L.acidophilus, B.toyo
Биокос (Чехия)
B.bifidum, L.acidophilus, P.acidilactis
Синелак, Ортобактер, Бифидиген, Лиобифидус,
Пробиомин, Нормофлор, Биолакталь (Франция)
L.bulgaricus, L.acidophilus, B.longum E.coli,
S.thermophilus, B.bifidum
Инфлоран (Швейцария)
S.thermophilus, L.bulgaricus, L. acidophilus
Пионер (Испания)
Комплекс кишечной микрофлоры
Вентракс оцидо (Швеция)
L.acidophilus, S.faecium, S.thermophilus
Гастрофарм, Нормофлор (Болгария)
L.acidophilus, L.bulgaricus
Био-Плюс2 (Германия, Дания)
B.subtilis, B.licheniformis
Протексин, Припалак (Голландия)
L.acidophilus
Бактисубтил (Югославия)
B.subtilis
66

67.

24
Метаболиты молочнокислых бактерий и их регуляторные функции
Механизм действия
Биологический эффект
Молочная кислота
Синергизм сочетания с уксусной, пропионовой,
масляной кислотами. Синтез внутри- и внеклеточного лактоферрина.
Ингибиция роста патогенных микроорганизмов.
Снижение синтеза токсинов у плесневых грибов
корма. Ингибиция роста железозависимых бактерий.
Углекислый газ
Поддержание анаэробных условий и высокого
парциального давления.
Снижение дыхательного потенциала у аэробных
кишечных бактерий.
Перекись водорода
Образование гипотиоцината в бактериях.
Повышение лактопероксидазной активности
молока и молозива. Истощение ферментной
системы у каталазозависящих микроорганизмов. Инактивация клеточных энзимов.
Токсическое действие на каталазоположительную
микрофлору. Повышение активности колостраль-ного
иммунитета. Снижение синтеза белков, ограни-чение
передачи генетической информации, снижение
факторов адгезии у грамотрицательных бактерий.
Лизоцим
Связывание антилизоцимного фактора у энтеропатогенных бактерий.Разрушение межклеточных связей у грамотрицательных микроорганизмов. Лизис клеточных стенок бактерий.
Повышение фагоцитарной активности макрофагов.
Снижение колонизационной активности у грамотрицательных бактерий. Неспецифическая стимуляция
макрофагального иммунитета.
Бактериоцины
Ограничение синтеза белков. Нарушение процессов транспорта через клеточную мембрану,
снижение синтеза ДНК, уплотнение ядерного
материала, изменение рибосом и лизосом.
Бактерицидное и бактериостатическое действие.
Сдерживание процессов деления бактерийных клеток, нарушение передачи наследственной информации. Деструкция рецепторных связей. Противоопухо67
левый эффект.

68.

Бактериофаги — это вирусы,
обладающие способностью проникать в
бактериальные клетки, репродукцироваться в
них и вызывать их лизис.
Фаги широко распространены в природе —
в воде, почве, сточных
водах, в кишечнике
животных, человека,
птиц, в раковых опухолях растений. Фаг был
выделен из молока,
68
овощей.

69.

Фаги с более строгой специфичностью,
которые
паразитируют
только
на
определенных представителях данного
вида, называются типовыми.
Фаги,
которые
лизируют
микроорганизмы близких видов, называются
поливалентными.
По
механизму
взаимодействия
с
клетками
фаги
подразделяются
на
вирулентные и умеренные.
69

70.

1) адсорбция — с помощью нитей хвостового отростка;
2) проникновение в клетку;
3) репродукция белка и нуклеиновой кислоты внутри
клетки;
4) сборка и формирование зрелых фагов;
70
5) лизис клетки, выход фага из нее.

71.

71

72.

72

73.

73

74.

ДНК
бактериофага
74
11

75.

75

76.

Лимфоцит и бктерия
76

77.

77

78.

Комплекс антиген-антитело
78

79.

Приспособляемостью
микроорганизмов к неблагоприятным
факторам
внешней
среды
является
изменчивость —
приобретение микроорганизмами
признаков,
позволяющих
им
выжить и отличающих их от
предыдущих поколений.
79

80. Классификация изменчивости

по диапазону
• Внутривидовая
• Видообразующая
80

81. Внутривидовая изменчивость

• Часто встречается
• Сохраняются основные
видовые признаки микробов
•Пример: изменение
чувствительности микробов к
лекарственным веществам
81

82. Видообразующая изменчивость

• Чрезвычайно редко встречается
• Происходят глубокие
изменения наследственной
структуры (генотипа)
• Пример: изменение обмена веществ
82

83. Классификация изменчивости

по виду изменчивости
• Без изменения генотипа
(ФЕНОТИПИЧЕСКАЯ)
• С измененим генотипа
(ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ)
• Промежуточная
(ДИССОЦИАЦИЯ)
83

84. ФЕНОТИПИЧЕСКАЯ изменчивость

•Смена фенотипа происходит
без изменения генотипа
•Возврат к исходному
состоянию (утрачивается
«новый фенотип»)
84

85. ФЕНОТИПИЧЕСКАЯ изменчивость

•МОДИФИКАЦИЯ
–это адаптационная реакция
отдельных микробных клеток
в ответ на измененные
условия окружающей среды
85

86. Диссоциация

• В однородной популяции
появляются различные по
биологическим свойствам
микроорганизмы
• образуются две формы
колоний
86

87. ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ изменчивость

• Смена фенотипа связана с
изменением генотипа
• Передача по наследству
• Нет возврата к исходному
фенотипу
87

88. Генотипическая изменчивость

• Мутация
• Рекомбинация
88

89. Мутация

Стойкое наследственное
изменение свойств микробов,
связанное с реорганизацией
нуклеотидов в молекуле ДНК
«поломка ДНК»
Спонтанные, индуцированные мутации
89

90.

Генетические рекомбинации
Трансформация — передача
генетического материала реципиенту при
помощи изолированной ДНК другой
клетки.
Трансдукция — это перенос
наследственного материала от бактериидонора к бактерии-реципиенту
бактериофагом.
Конъюгация — передача генетического
материала от одной клетки другой путем
непосредственного контакта.
90

91.

На микроорганизмы во внешней
среде воздействует огромное
количество разнообразных
неблагоприятных факторов, что
заставляет их постоянно
совершенствоваться,
приспосабливаться и
эволюционировать.
91