Факторы, влияющие на процессы биоповреждений

 

Анаэробные микроорганизмы, к которым принадлежат многие бактерии и некоторые виды дрожжей, получают необходимую для жизнедеятельности  энергию в процессе брожения.

 

 

Анаэробные микроорганизмы подразделяют на облигатные, или безусловные, анаэробы, для которых кислород не только не нужен, но и вреден, и факультативные, или условные, анаэробы, среди которых  различают два типа. Одни лучше  развиваются в анаэробных условиях, хотя могут жить в присутствии  кислорода, но не способны его использовать (например, молочно-кислые бактерии). Другие факультативные анаэробы (например, дрожжи) способны в зависимости от условий развития переключаться с анаэробного на аэробный тип получения энергии.

 

Для аэробных микроорганизмов  характерно приостановление жизнедеятельности  при недостатке кислорода. Например, в результате нехватки кислорода  дереворазрушающие и деревоокрашивающие грибы сравнительно быстро погибают в древесине при ее затоплении во время сплавов. На этом принципе основано предохранение древесины  от загнивания методом дождевания.

 

Аэробы полезно используют примерно половину энергии и остальная теряется в виде тепла. Этим и объясняется явление самосогревания недостаточно просушенных кип хлопка, шерсти и других материалов, когда вследствие повышенной влажности в них обильно развиваются различные микроорганизмы. Такое самосогревание хлопка или шерсти может привести к их самовозгоранию.

 

У некоторых микроорганизмов  наблюдается выделение неиспользованной энергии в форме световой. Такой  способностью обладают некоторые бактерии и грибы. Свечение морской воды, гниющего дерева, рыбы объясняется присутствием в них светящихся микроорганизмов.

 

Кислотность среды. Реакция  среды (рН), т.е. степень ее щелочности или кислотности оказывает большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Многие непродовольственные материалы (бумага, стекло, пергамент и др.) могут быть кислыми и щелочными в зависимости от их состава и назначения. Так, водная пленка, находящаяся всегда на поверхности стекла во влажной атмосфере, в зависимости от химического состава стекол имеет рН от 5,5 до 9,0.

 

Величина рН среды влияет:

на ионное состояние  среды, следовательно, на доступность  многих метаболитов и неорганических ионов для организма;

активность ферментов, в связи с чем может меняться биохимическая активность микробов;

электрический заряд  поверхности клетки, что обусловливает  изменение проницаемости клетки для отдельных ионов;

морфологию, например мицелия, на размножение и образование  грибами пигментов.

 

Жизнедеятельность каждого  вида микроорганизмов возможна при  прочих благоприятных условиях лишь в более или менее определенных границах рН среды, выше и ниже которых она

 

 

угнетается. Большинство бактерий лучше растет в зоне рН, равной 6,8 - 7,3, т.е. в нейтральной или слабощелочной среде. За небольшим исключением, они не развиваются при рН ниже 4,0 и выше 9,0, но многие могут длительно сохранять жизнеспособность.

 

У гнилостных бактерий наибольшая протеолитическая активность проявляется  при рН выше 7,0.

 

Для некоторых видов  бактерий кислая среда более губительна, чем щелочная. Вегетативные клетки обычно менее устойчивы, чем споры. Особенно неблагоприятна кислая среда  для гнилостных бактерий и бактерий, вызывающих пищевые отравления. Бактерии, которые в процессе жизнедеятельности  образуют кислоту, более выносливы  к снижению рН. Одни микроорганизмы, например молочно-кислые бактерии, при накоплении в среде известного количества кислоты постепенно погибают. Другие способны регулировать реакцию среды, образуя в таких условиях соответствующие вещества, которые либо подкисляют, либо подщелачивают среду, препятствуя сдвигу рН в сторону, неблагоприятную для их развития.

 

Мицелиальные грибы могут развиваться в широком диапазоне рН от 1,2 до 11,0. Споры грибов прорастают в более узком интервале рН по сравнению с мицелием.

 

Для большинства мицелиальных грибов и дрожжей наиболее благоприятна слабокислая среда с рН 5,0 - 6,0. Например, оптимальный рост дереворазрушающих грибов наблюдается при рН 3,0, тогда как верхняя граница их жизнедеятельности лежит в области рН 7,0 - 7,5. Как правило, грибы испытывают угнетение, если рН отклоняется в ту или другую сторону от оптимума. Очень кислая и очень щелочная реакции среды токсичны для большинства грибов.

 

В большинстве случаев  микроорганизмы изменяют рН среды, в которой они развиваются. В одних случаях это связано с потреблением определенных компонентов среды, в других - с образованием продуктов жизнедеятельности (органические кислоты, аммиак). Интенсивное потребление аниона NO3- из соли KNO3 неизбежно приводит к подщелачиванию среды. Рост грибов на белоксодержащих субстратах (кожа, шерсть и др.) сопровождается сдвигом рН среды в щелочную сторону в результате образования аммиака. При выращивании некоторых грибов на субстратах, содержащих глюкозу, происходит снижение рН среды, так как в результате сбраживания глюкозы накапливаются органические кислоты, увеличивающие концентрацию водородных ионов. Подобный сдвиг рН в кислую сторону наблюдается при росте Chaethomium globosum и Trichoderma viride на среде, содержащей бумагу.

 

Неодинаковое отношение  микроорганизмов к реакции среды  является одной из причин наблюдаемой  в природных условиях

 

 

смены одних форм микроорганизмов  другими. Зная реакцию различных  микроорганизмов на рН среды и регулируя последнюю, можно подавлять или стимулировать их развитие, что имеет большое практическое значение.

 

До сих пор накоплено  мало сведений о микроорганизмах, живущих  как при высоких, так и при  низких значениях рН, немного известно и о механизмах, обеспечивающих выживаемость в этих условиях. Однако возрастание загрязнения окружающей среды за счет промышленных вод, участившихся "кислых" дождей, в будущем может привести к появлению новых местообитаний организмов, способных переносить подобного рода экстремальные условия. Это повлечет за собой и увеличение опасности микробного повреждения различных объектов.

 

Концентрация растворенных веществ в среде. В природе микроорганизмы живут на субстратах с разнообразным содержанием растворенных веществ, а, следовательно, и с различным осмотическим давлением. Соответственно среде обитания у микроорганизмов изменяется и внутриклеточное осмотическое давление.

 

Нормальное развитие микроорганизма происходит, когда его  внутриклеточное осмотическое давление несколько выше, чем давление в  питательном субстрате. В этом случае в клетку извне поступает вода, цитоплазма плотно прилегает к стенке, слегка растягивая ее. Такое состояние  клетки называют тургорным.

 

При попадании микроорганизма в субстрат с ничтожно малым содержанием  веществ (например, в дистиллированную воду) наступает плазмоптис клетки - цитоплазма быстро переполняется водой и клеточная стенка разрывается.

 

Многие микроорганизмы весьма чувствительны даже к небольшому повышению концентрации веществ в среде. Превышение осмотического давления субстрата над внутриклеточным вызывает обезвоживание - плазмолиз клеток, при этом поступление в них питательных веществ приостанавливается. В плазмолизированном состоянии одни микроорганизмы могут длительно сохранять жизнеспособность, другие более или менее быстро погибают.

 

Большинство бактерий малочувствительны  к концентрации NaCl в пределах 0,5 - 2 %, но 3 %-е содержание этого вещества в среде неблагоприятно действует на многие микроорганизмы.

 

При концентрации поваренной соли около 3 - 4 % размножение многих гнилостных бактерий подавляется, а  при концентрации NaCl 7 - 10 % их размножение прекращается. Палочковидные гнилостные бактерии менее стойки, чем кокки.

 

Угнетающее воздействие  соли на рост микроорганизмов обусловлено  не только повышением осмотического  давления, но и тем, что при высоких  концентрациях в субстрате поваренная соль оказывает токсическое действие на микроорганизмы, подавляя процессы дыхания, нарушая функции клеточных  мембран и др.

 

 

Химические вещества. Действие химических веществ на микроорганизмы может быть различным. Среди химических веществ могут быть такие, которые  способны задерживать развитие микроорганизмов  и даже вызывать их гибель.

 

Вещества, губительно действующие  на микроорганизмы, называют антисептиками. Характер действия их разнообразен. Одни подавляют жизнедеятельность или  задерживают размножение чувствительных к ним микробов; такое действие называют бактериостатическим (в отношении  бактерий), или фунгистатическим (в отношении мицелиальных грибов). Другие вещества вызывают гибель микроорганизмов, оказывая на них бактерицидное или фунгицидное действие. В очень малых дозах многие химические яды оказывают даже благоприятное действие, стимулируя размножение или биохимическую активность микробов.

 

Чувствительность различных  микроорганизмов к одному и тому же антисептику неодинакова. Споры  устойчивее вегетативных клеток.

 

Из неорганических соединений наиболее сильнодействующими являются соли тяжелых металлов. Ионы некоторых  тяжелых металлов, золота, меди и  особенно серебра, присутствующие в  растворах даже в ничтожно малых  концентрациях, не поддающихся непосредственному  определению, оказывают, тем не менее, губительное действие на микроорганизмы.

 

Бактерицидное действие проявляют многие окислители (хлор, йод, перекись водорода, марганцовокислый калий); минеральные кислоты (сернистая, борная, плавиковая).

 

Воздействуют на микроорганизмы сероводород, окись углерода, сернистый  газ.

 

Многие органические соединения ядовиты для микробов. В различной степени губительно воздействие фенолов, альдегидов, особенно формальдегида, спиртов, некоторых  органических кислот (салициловая, уксусная, бензойная, сорбиновая). Воздействие этих кислот связано, главным образом, не со снижением рН среды, а с проникновением в клетку недиссоциированных молекул этих кислот. Бактерицидным действием обладают эфирные масла, смолы, дубильные вещества, многие красители (бриллиантовая зелень, фуксин).

 

Механизм действия антисептиков различен. Многие из них повреждают клеточные стенки, нарушают проницаемость  цитоплазматической мембраны. Проникая в клетку, они вступают во взаимодействие с теми или иными ее компонентами, в результате чего значительно нарушаются обменные процессы. Соли тяжелых металлов, формалин, фенолы воздействуют на белки  цитоплазмы и являются ядами для  ферментов. Спирты, эфиры растворяют липиды клеточных мембран.

 

Антисептические вещества используют для защиты текстильных  материалов, древесины, бумаги, изделий  из нее и других материалов и объектов от микробных поражений.

 

1.2.2. Физические факторы

 

Среди физических факторов окружающей среды, определяющих жизнедеятельность  микроорганизмов, наиболее важными  являются влажность, температура, освещенность и некоторые другие. Воздействие  физических факторов на грибы определяется многими причинами, в том числе  климатическими условиями, условиями  хранения и эксплуатации материалов.

 

Задача состоит в  том, чтобы на основании знания физиологических  особенностей микроорганизмов-биодеструкторов определять условия, препятствующие их росту, и сводить к минимуму являющийся нежелательным процесс деструкции субстрата.

 

Влажность среды. Влажность  среды оказывает огромное влияние  на развитие микроорганизмов. В клетках  большинства микроорганизмов содержится до 75 - 85 % воды, с которой в клетку поступают питательные вещества и удаляются из нее продукты жизнедеятельности.

 

Потребность во влаге  у различных микроорганизмов  колеблется в широких пределах. По величине минимальной потребности  во влаге для роста различают  следующие группы микроорганизмов: гидрофиты - влаголюбивые, мезофиты - средневлаголюбивые и ксерофиты - сухолюбивые. Преобладающее большинство бактерий - гидрофиты. Многие мицелиальные грибы и дрожжи мезофиты, но имеются гидрофиты и ксерофиты.

 

Для большинства грибов минимальный уровень относительной  влажности воздуха равен 70 %; для  бактерий - 95 %.

 

Относительная влажность  воздуха изменяется в зависимости  от температуры: с понижением температуры  воздуха уменьшается его влагосодержание, и наоборот. Поэтому при снижении температуры в процессе хранения материалов имеющееся количество водяных  паров в воздухе может оказаться  выше предела его насыщения, что  приводит к увлажнению поверхности  материала и способствует развитию находящихся на нем микроорганизмов.

 

Любой субстрат (материал), способный к поглощению влаги, находится  в состоянии влажностного равновесия с воздухом. Если влажность воздуха  повышается, материал впитывает влагу, если уменьшается - отдает.

 

В настоящее время  для большинства материалов не установлены  точные границы их влажности, при  которых наблюдается разрушающая  деятельность микроорганизмов. Объясняется  это тем, что до сих пор простейшим способом измерения обводненности субстрата было определение в нем общего содержания воды (влагосодержание).

 

Влагосодержание - это  суммарное количество воды в материале, выраженное в процентах от массы  абсолютно сухого субстрата. Такое  определение не дает представления  о доступности данной

 

 

воды для микроорганизмов, так как оно включает как связанную, так и свободную воду субстрата. Первая форма воды определяет свойства материала. Например, в бумаге она  водородными связями прочно связана  с волокнами и не может быть использована микроорганизмами. В связи  с этим материалы одинакового  влагосодержания, но разной доступности  воды, при прочих одинаковых условиях будут повреждаться грибами неодинаково. Микроорганизмы могут использовать только свободную или слабосвязанную воду. Начало роста микроорганизмов  на гигроскопичном материале происходит при таком его влагосодержании, когда появляется несвязанная вода. Древесина при влажности ниже точки насыщения волокна (30 %) грибами  не повреждается. Рост микроскопических грибов на бумаге происходит только после  того, как общее влагосодержание  бумаги достигнет 8 - 10 %, так как при  этом появляется капиллярная (свободная) вода. Считается, что минимальная  влажность субстрата, при которой  возможно развитие бактерий, составляет 20 - 30 %, а для грибов - 13 - 15 %.