Окислительно-восстановительные условия среды.

Кислород, являясь одним из важнейших факторов внешней среды, необходим микроорганизмам (за исключением анаэробов) для осуществления окислительных процессов, которые дают энергию для жизни. Микроорганизмы при поверхностном росте (на субстрате) получают кислород непосредственно из воздуха. При глубинном росте (внутри субстрата) микроорганизмы могут использовать только растворенный кислород.

Аэробам требуется много кислорода. Например, для окисления 1 г глюкозы до СО₂ и Н₂0 им требуется приблизительно 1 г кислорода:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О

Из-за резких колебаний условий аэрации микроорганизмы должны обладать большой лабильностью и приспосабливаться к разным условиям снабжения кислородом. Микроорганизмы обладают разными потребностями в условиях аэрации. Те из них (а их большинство), которые живут за счет окисления веществ кислородом, называются облигатными аэробами, а те, которые получают энергию без участия кислорода воздуха за счет сопряженного окисления-восстановления веществ субстрата, называются облигатными анаэробами.

Для облигатных анаэробов кислород вреден, так как в его присутствии у них образуются перекиси, которые вызывают нежелательные окисления, в результате чего их жизнедеятельность приостанавливается. Наряду с облигатными анаэробами и аэробами есть промежуточные формы с признаками двух типов:

микроорганизмы, имеющие лабильный обмен веществ, т.е. живущие за счет окисления кислородом воздуха и за счет сопряженных окислительно-восстановительных реакций без участия кислорода воздуха; их называют факультативными аэробами; при недостатке кислорода они могут переходить на анаэробный способ существования;

микроорганизмы, для которых кислород необязателен, так как они живут за счет сопряженного окисления-восстановления; их называют факультативными анаэробами; кислород для них либо неядовит, либо слабо ядовит.

Степень аэробности или анаэробности может быть количественно охарактеризована величиной окислительно-восстановительного потенциала, при которой микроорганизмы могут развиваться. В микробиологии окислительно-восстановительный потенциал выражают через индекс гН₂, который аналогичен рН, но рН выражает степень кислотности и щелочности, а гН2 — степень аэробности.

В водном растворе, насыщенном кислородом, гН₂ = 41, а в условиях насыщения водородом гН₂ = 0. Шкала от 0 до 41 характеризует любую степень аэробности и анаэробности.

Облигатные анаэробы могут жить при гН₂ не выше 18...20, но не размножаться. В этих условиях они выделяют в среду восстановители. Размножаются же они лишь при крайне низких значениях гН₂ — не выше 3... 5 (рис. 3.7).

Для облигатных аэробов нижним пределом жизнедеятельности является гН₂ = 10 (рис. 3.8), а при гН₂ = 30 и выше условия жизнедеятельности являются неблагоприятными.

Облигатные аэробы защищаются от чрезмерного окисления выделением в среду сильных восстановителей.

Факультативно аэробные и анаэробные микроорганизмы живут в широком диапазоне гН₂ — от 0 до 30. Низкие значения гН₂ не оказывают вреда, а высокие неблагоприятны. Микроорганизмы всегда снижают высокие показатели гН₂ в среде, выделяя в среду восстановители.

Сознательно регулируя окислительно-восстановительные условия среды, можно затормозить или активизировать рост тех или иных микроорганизмов. Создавая анаэробные условия хранения пищевых продуктов, можно задержать развитие микроорганизмов, вызывающих их порчу.

Химические вещества, губительно действующие на микроорганизмы (антисептики).

Ряд химических веществ замедляет или полностью тормозит рост микроорганизмов. Если вещество подавляет рост бактерий, но после его удаления рост бактерий возобновляется, то говорят о бактериостатическом действии. Если вещества вызывают гибель клеток, то они называются бактерицидными, или антисептиками. Тот или иной эффект зависит от концентрации действующего вещества. Однако среди микроорганизмов существуют виды, устойчивые к общим клеточным и метаболическим ядам, таким, как сероводород, фенол, окись углерода. Есть даже виды микроорганизмов, способные использовать эти вещества как источник энергии. Для многих антимикробных веществ в той или иной мере удалось выяснить субклеточную мишень и механизм действия.

Виды антисептиков.

Из неорганических соединений наиболее сильнодействующими антисептиками являются соли тяжелых металлов, особенно ртути. При действии ртути концентрацией 1: 1000 в течение нескольких минут большинство бактерий погибает. Более устойчивыми являются споры бактерий.

Губительное действие на микроорганизмы оказывают ионы тяжелых металлов (золота, меди, особенно серебра), присутствующие в растворах даже в ничтожно малых концентрациях. Такое специфическое действие называют олигодинамическим (oligos — малый, dinamys — сила). Например, в воде, в которой находится металлическое серебро, хотя обычными методами даже следы растворившегося серебра не определяются, микроорганизмы погибают. Это объясняется тем, что ионы серебра адсорбируются на поверхности клетки и изменяют свойства и функции цитоплазматической мембраны. Олигодинамическое свойство серебра можно

использовать для дезинфекции питьевой воды. Препараты серебра и посеребренные материалы используют в медицине.

Бактерицидное действие проявляют многие окислители (хлор, йод, перекись водорода, перманганат калия) и минеральные кислоты (сернистая, борная, фтористоводородная).

Губительны для микроорганизмов сероводород, окись углерода, сернистый газ, диоксид углерода.

Ядами для микроорганизмов являются некоторые органические соединения — формалин, фенолы. Вегетативные клетки бактерий погибают в 2...5%-ном растворе карболовой кислоты довольно быстро, а споры даже в 5%-ном растворе карболовой кислоты сохраняют жизнеспособность в течение 2 недель и более.

Губительно действуют на микроорганизмы спирты, органические кислоты (салициловая, масляная, уксусная, бензойная, сорбиновая).

Бактерицидным действием обладают эфирные масла, дубильные вещества, некоторые красители (генцианвиолет, бриллиантовая зелень, фуксин).

Многие из названных антисептиков используют в медицине, сельском хозяйстве, промышленности, в быту как дезинфицирующие средства для борьбы с патогенными микробами. Например, для дезинфекции питьевой воды, тары, оборудования, инвентаря широко используют хлор. Антисептики используют для защиты от микробных поражений текстильных материалов, древесины, бумаги и других материалов и объектов.