Экология микроорганизмов

Эпифитной называется микрофлора, находящаяся  на поверхности надземных частей растений. По качественному составу она довольно однообразна и не зависит ни от вида растений, ни от их географического произрастания. Типичными представителями эпифитной микрофлоры является Xanthomonas herbicola aureum -грамотрицательная короткая подвижная палочка и Pseudomonas fluorescens - грамотрицательная палочка, образующая на агаре флюоресцирующие колонии. Эти два вида бактерий сопутствуют растению на протяжении всей его жизни. Растение для них, особенно для первого, - основное местообитание. К эпифитной микрофлоре относятся и другие бактерии, встречающиеся на здоровых растениях. Это Beijerinkia, Enterobacter, Zymomonas, Acetobacter, Gluconobacter, Methylobacterium, Frateuria, Rhodotorula и др. Однако они не столь специфичны, как X. herbicola aureum, и могут развиваться в иных условиях. Эпифитная микрофлора сохраняется на семенах и при их прорастании переходит на поверхность растений.

Большой интерес представляют взаимоотношения  между эпифитной микрофлорой  и растением. Имеющийся небольшой  экспериментальный материал показывает, что среди эпифитных бактерий встречаются такие, которые образуют антимикробные вещества, действующие отрицательно на фитопатогенные бактерии, и тем самым предохраняют растения от заболеваний. Так, X. herbicola способна подавлять рост возбудителя бактериоза фасоли X phaseoli. Антагонистическим действием обладают и некоторые культуры Ps. fluorescens. Но наряду с этим отмечается также способность отдельных представителей эпифитных бактерий поражать растения.

Наряду с пользой, приносимой растениям  ризосферными и эпифитными бактериями, последние причиняют и большой вред, вызывая различного рода заболевания их. Заболевания растений, вызываемые бактериями, называются бактериозами. Бактерии в этом случае считаются фитопатогенными.

Основные возбудители бактериозов  растений относятся преимущественно к родам Pseudomonas, Xanthomonas, Erwima, Agrobacterium, Corynebacterium. Фитопатогенные бактерии обладают различной степенью патогенности. Одни из них вызывают общее или сосудистое поражение растении, другие - местное паренхиматозное,  третьи  образуют  опухоли.  

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ  С ЧЕЛОВЕКОМ И ЖИВОТНЫМИ

Человек и животные с момента  своего рождения попадают в микробное  окружение, которое сопутствует  им на всем жизненном пути. Микробы  поселяются не только на поверхности  тела макроорганизма, но и проникают внутрь, заселяя различные органы и ткани.

Между микро- и макроорганизмами устанавливаются определенные взаимоотношения, характер которых определяется биологической природой организмов и условиями их развития.

Микрофлора, постоянно обитающая  в организме человека и животных и не вызывающая нарушений его  физиологических функций, называется нормальной. Нормальная микрофлора должна рассматриваться в единстве с  целостным организмом. Она сформировалась в процессе эволюции животных н человека как симбиотическая микрофлора.

Нормальная микрофлора представлена преимущественно бактериями. Они  обитают на поверхности кожи, в  полости рта, в желудочно-кишечном тракте и дыхательных путях. На поверхности  кожи содержатся в основном кокковые формы: стафилококки, стрептококки, сарцины. Но наряду с ними могут быть палочковидные бактерии и дрожжевые грибки. Источником питания для них служат выделения потовых и сальных желез. Поэтому загрязненная кожа в большей степени обсеменена микроорганизмами. Микрофлора ЖКТ представлена большим разнообразием бактерий. Среди них молочнокислые стрептококки, энтерококки, сардины,  спороносные палочки, аэробактер, кишечная палочка, актиномицеты, целлюлозо-разрушающие бактерии и др. встречаются так же дрожжи (Candida). Нормальная микрофлора играет в организме положительную роль, что обусловлено ее антагонистической, ферментативной и витаминообразующей функциями.

Возможны и другие варианты симбиоза микро- и макроорганизмов. Многие микробы, сожительствуя с животными, снабжают их необходимыми питательными веществами. Например, для многих малоподвижных животных (асцидий, губок, коралловых полипов и др.) сожительство с фото- и хемоавтотрофными микроорганизмами расширяет их возможности получения органического питательного вещества и избавления от агрессивных продуктов метаболизма (производных мочевой кислоты, мочевины). Термиты могут питаться таким веществом как целлюлоза только в симбиозе с микробным сообществом. Многие моллюски, глубоководные рыбы и другие животные имеют светящиеся органы, в которых находятся фотобактерии.

Так же между организмами  возможен паразитизм. Паразитический симбиоз – это совместное существование, при котором один из партнеров (паразит) живет за счет другого (хозяина) и  может наносить ему вред. Значительную часть паразитических симбиозов  формируют микроорганизмы, обладающие свойством вызывать болезнь (патогенностью). Болезнетворные (патогенные) микроорганизмы имеются среди вирусов, бактерий, грибов и простейших. Микроорганизмы-возбудители  одного вида могут различаться по степени патогенности (вирулентности). Авирулентные штаммы могут не причинять вреда организму хозяина, тогда как высоковирулентные представители, отличающиеся значительной агрессивностью, всегда вызывают заболевание. Для большинства болезнетворных микроорганизмов характерна специфичность действия: определенный вид возбудителя обычно вызывает конкретное инфекционное заболевание. Для осуществления агрессии паразит должен обладать особыми соединениями и структурами – факторами патогенности, каждый из которых отвечает за конкретную стадию развития инфекционного процесса. Прикрепление паразита к клеткам макроорганизма, последующие размножение и расселение возбудителя обеспечиваются факторами адгезии и колонизации, представленные поверхностными структурами микробной клетки или вирусной частицы. С помощью факторов инвазии, часто являющихся белками наружной мембраны возбудителя, осуществляется его проникновение в ткани и клетки хозяина. За «сдерживание» иммунных реакций хозяина ответственны защитные факторы, способствующие уменьшению фагоцитоза и обеспечивающие молекулярную мимикрию возбудителя путем имитации некоторых метаболитов и структур клеток макроорганизма. Факторы агрессии (ферменты, токсины) разрушают защитную систему хозяина, ослабляют макроорганизм и способствуют распространению возбудителя.

Антимикробные мероприятия в профилактике и лечении инфекционных заболеваний

 В основе методов профилактики  и борьбы с инфекционными болезнями  лежат прямые, косвенные и комплексные  методы уничтожения или подавления  жизнедеятельности патогенных и  условно-патогенных для человека  микроорганизмов. Главная цель  проводимых мероприятий – прерывание  возможной передачи возбудителей  от источника их выделения  (больных или практически здоровых  носителей) к восприимчивым индивидуумам.

 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. Может быть выделено два принципиально различных типа деконтаминации:

Микробная деконтаминация объектов внешней среды: стерилизация, дезинфекция;

Микробная деконтаминация живых организмов: антисептика, химиотерапия.

Стерилизация – освобождение объекта  внешней среды от всех микроорганизмов (в том числе споры бактерий) с помощью физических и/или химических способов. Основные цели стерилизации: предупреждение заноса микробных клеток в организм человека при медицинских  вмешательствах; исключение контаминации питательных сред и культур клеток при диагностических исследованиях; предупреждение микробной биодеградации  материалов, в том числе диагностических  и лекарственных средств. Различают  следующие методы стерилизации :физические (термический, радиационный и механический) и химические.

Дезинфекция– мероприятия направленные на уничтожение или резкое подавление численности патогенных и условно-патогенных микроорганизмов во внешней среде. Для обеззараживания объектов в ЛПУ и в микробиологической лаборатории используют механические, физические и химические методы и средства. Механический метод дезинфекции не убивает микроорганизмы, он основан на удалении микроорганизмов, включая патогенные и условно-патогенные, с объектов. Это достигается путем фильтрации. Физический метод обеспечивает гибель микроорганизмов за счет антимикробного действия физических дезинфицирующих агентов. К ним относятся высокая температура, ультрафиолетовое и ионизирующее излучения.  Химический метод дезинфекции основан на применении химических дезинфицирующих средств, содержащих активно действующие вещества (ДВ).

Химиотерапия – лечение инфекционных и паразитарных заболеваний химиотерапевтическими  средствами, которые избирательно подавляют  развитие и размножение инфекционных агентов в организме человека. Антимикробные агенты действуют только на вегетативные клетки, но не на споры или цисты. Выбор препарата для химиотерапии определяет спектр его активности и чувствительности к нему микроорганизмов. Препараты по специфической активности включают антибактериальные, противогрибковые, антипротозойные и противовирусные препараты. Антибиотики – химические вещества биологического происхождения избирательно тормозящие рост и размножение или убивающие микроорганизмы.

Антисептика – совокупность способов уничтожения и подавления роста  и размножения потенциально опасных для здоровья человека микроорганизмов в ранах, на коже, слизистых и полостях.

Асептика – совокупность прямых и косвенных методов воздействия  на микроорганизмы с целью создания безмикробной зоны или зоны с резко сниженной численностью микроорганизмов. Асептическая практика применяется в операционных, родильных залах, лабораторных и инфекционных боксах, в абактериальных палатах для лиц с трасплантационными органами, в кювезах для недоношенных детей и др. 

Медицинская дезинсекция – это  методы, средства и способы регулирования  численности и уничтожения членистоногих  – переносчиков возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний.

 Дезинсекционные мероприятия  по своему характеру разделены  на профилактические и истребительные.

 К профилактическим мероприятиям  относятся соблюдение правил личной гигиены, санитарных и санитарно-технических мероприятий, направленных на предупреждение размножения членистоногих и на защиту от них человеческих жилищ: соблюдение чистоты в жилых и кухонных помещениях, содержание в чистоте территории двора, уборка общественных уборных и т.д.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДЫ

В природных условиях микроорганизмы никогда не существуют в виде чистых культур. Разнообразие микробных функций в природе  определяется их повсеместным распространением и широтой метаболических возможностей. Каждый вид в природе занимает определенное местообитание с конкретным набором абиотических и биотических факторов и выполняет определенную функцию. Функциональное и пространственное положение вида в экосистеме называют его экологической нишей.  Для успешного сосуществования виды, занимающие одинаковое местообитание, должны различаться функциональными характеристиками.

Микробные местообитания  имеют сложный и постоянно  меняющийся характер и зависят от градиентов концентраций питательных  и токсических веществ и значений лимитирующих факторов (температуры, рН, света, доступности воды и т.д.). Для точной характеристики местообитания микроорганизма нужно учитывать его микроокружение, т.е. комплекс факторов в непосредственной близости от микробных клеток. Многие специализированные группы микроорганизмов существуют в таких условиях микроокружения, что испытывают минимальную конкуренцию со стороны других микроорганизмов.

В среде обитания микроорганизмы могут находиться как в свободном (взвешенном в воде), так и в  прикрепленном состоянии

МИКРОФЛОРА ПОЧВЫ

Жизнедеятельность микроорганизмов  в почве, их численность и разнообразие всецело определяются почвенными условиями: наличием и доступностью питательных  веществ, влажностью, аэрацией, реакцией среды, температурой и т. д. Почва  как среда обитания весьма гетерогенна. Составными частями ее служат органические и минеральные вещества, почвенный раствор, воздух. Химический состав и соотношения данных компонентов непостоянны в разных типах почв и даже в одних и тех же горизонтах. Все это определяет разнообразие микроорганизмов, населяющих почву.

По сравнению с другими природными средами (водой, атмосферой), почва чрезвычайно  богато населена микроорганизмами, особенно ее верхний горизонт глубиной 2,5-15 см. Здесь на 1 г почвы приходится от нескольких десятков миллионов до миллиардов микробных клеток. С глубиной число их уменьшается, так как снижается количество питательных веществ и ухудшаются условия аэрации.

Преобладающим микронаселением почвы являются бактерии и бациллы. Они составляют 70-90 % всей микрофлоры. Второе место по численности занимают актиномицеты - 10-30 %. Численность грибов невысокая - до 1 %, хотя биомасса их за счет мицелия может быть очень значительной, особенно в целинных кислых почвах.

Большое влияние как на общую численность, так и на соотношение отдельных систематических групп микроорганизмов, оказывает тип почвы. Различаясь по физическим и химическим свойствам, почвы арктические и заболоченные (зона тундры), дерново-подзолнстые (зона тайги), сероземы, черноземы, каштановые (зоны лесостепи, степи и пустынь) представляют весьма различную среду для жизнедеятельности микроорганизмов. Развивающаяся микрофлора в разных типах почв имеет значительные различия как в качественном, так и в количественном отношении. Наибольшее количество бактерий и актиномицетов находится в черноземах, сероземах и каштановых почвах. Дерново-подзолнстые почвы характеризуются более низким содержанием микроорганизмов (в 10-100 раз).

Положительное влияние на развитие почвенных микроорганизмов оказывает окультуривание почв. Агромероприятия, проводимые в земледелии, - обработка почвы, внесение удобрений, известкование, мелиорация - способствуют изменению почвенных условий в благоприятную для микроорганизмов сторону. Поэтому в окультуренных почвах численность микроорганизмов значительно выше, чем в целинных (в 2-10 раз).

Микроорганизмы первыми поселяются на материнской горной породе и обусловливают  почвообразовательные процессы. Образуя  в процессе жизнедеятельности минеральные  и органические кислоты, микроорганизмы ускоряют процессы растворения и  выветривания горных пород, вовлечения освобожденных минералов в биологический  круговорот. Кроме разрушения горной породы, микроорганизмы дают начало образованию  перегноя, или гумуса, определяющего  основное свойство почвы - плодородие. Особенно велика здесь роль водорослей, которые вместе с хемосинтези-рующими бактериями являются пионерами освоения горных пород. Это главные накопители органического вещества, способствующие превращению горной породы в почву.

В сформировавшейся почве некоторые  микроорганизмы (капсулыше бактерии, актином ицеты, мицелиальные грибы) участвуют в образовании прочной комковатой структуры, что улучшает водно-воздушный режим ее.