 |
Vi. Основы экологической микробиологии
|
|
|
|
Экология микроорганизмов
Слово «экология» образовано от греческого oikos – что означает дом или жилище, logos – учение. Экология изучает сложные взаимоотношения микроорганизмов между собой и внешней средой, которые обусловливают их размножение, развитие и выживание.
Под экологической системой понимают совместное функционирование различных биоценозов, т.е. биотического сообщества, включающего все популяции, занимающие данную изучаемую площадь и неживую окружающую природу – биотоп.
Основным положением экологической микробиологии является концепция о доминировании микробов в создании биосферы Земли и последующем поддержании ее экологического баланса. Данная концепция базируется на представлении о микробах как исходно единственных живых обитателях Земли, на повсеместном распространении микробов в биосфере, преобладании биомассы микробов над совокупной биомассой растений и животных, способности микробов участвовать в процессах круговорота веществ, поддерживать радиационный баланс. Такая важная роль микробов обеспечивается многочисленными их популяциями, высокими темпами размножения, способностью переходить на длительное время в состояние покоя, разнообразием в физиологических потребностях, небольшими размерами и массой, определяющими возможность их миграции с воздухом и водой.
Задачи экологии, которые решает медицинская микробиология:
1. Углубленное изучение закономерностей воздействия различных факторов окружающей среды на человека, на его нормальную микрофлору.
2. Разработка методов индикации микробного загрязнения окружающей среды, в том числе в условиях сопутствующего химического, биологического, радиоактивного загрязнения.
|
|
|
3. Определение распространения в окружающей среде микробов-продуцентов биологически активных веществ (и продуктов их жизнедеятельности – токсинов) и оценка их роли в патологии человека.
4. Изучение процессов самоочищения окружающей среды.
5. Дальнейшее совершенствование методов борьбы с внутрибольничной инфекцией.
Биоценоз – микробное сообщество, ассоциация – совокупность популяций разных видов микроорганизмов, обитающих в определенном биотопе (например, в полости рта, в кишечнике, водоеме).
Биотоп – место обитания популяции. Для паразитов – это место их локализации в организме хозяина.
Эковар – это вариант какого-либо микроорганизма, приспособленного жить в определенной экосистеме.
Экологические связи в микробиоценозах
Существующие типы взаимоотношений между микробами в биоценозах разделяются на симбиотические (благоприятные) и антагонистические (конкурентные).
Симбиоз включает следующие основные формы взаимоотношений: нейтрализм – вид отношений, когда обитающие популяции не оказывают друг на друга ни стимулирующего, ни подавляющего действия; комменсализм – вид сожительства, при котором один из симбионтов живет за счет другого и не причиняет ему вреда. К комменсалам относят представителей нормальной микрофлоры организма человека. Они питаются остатками пищи хозяина, которые в его рационе не имеют значения. Например, аутохтонные бактерии и грибы питаются слущенным эпителием или остатками органических кислот. Мутуализм – взаимовыгодное сожительство – клубеньковые бактерии обладают способностью фиксировать свободный азот воздуха и создают азотистые соединения, необходимые для бобовых растений. Сателлизм – стимуляция размножения микроба другим, сопутствующим видом: сарцины, дрожжи выделяют факторы роста, необходимые для коклюшной палочки. Синергизм – усиление физиологических функций и свойств бактерий при их совместном культивировании. Например, спирохеты, превотеллы, фузобактерии в ротовой полости совместно могут вызывать язвенно-некротический стоматит (ангину Симановского-Плаут-Венсана). Паразитизм – один вид живет за счет другого и наносит ему вред (типичным примером являются паразиты бактерий – бактериофаги).
|
|
|
Антагонистические или конкурентные взаимоотношения лежат в основе инфекции, инвазии, антибиотикотерапии. Антагонизм бывает явный, когда антагонист выделяет антибиотические вещества постоянно, независимо от того, есть конкурент или нет; вынужденный – антибиотические вещества выделяются только в присутствии конкурента; насильственный – когда микробы не являются антагонистами, но при культивировании на голодных средах микроб с большей ферментативной активностью использует другой как продукт своего питания.
Механизмы антагонизма: истощение питательной среды; изменение рН, осмотического давления, дефицит кислорода; образование антибиотических веществ, губительно действующих на микробов-конкурентов. К таким веществам относятся антибиотики, бактериоцины (Соl -фактор, киллер-плазмида у дрожжей), органические и жирные кислоты и т.д.
Микрофлора почвы
Микрофлора почвы характеризуется разнообразием микроорганизмов, которые принимают участие в процессах самоочищения почвы, круговорота в природе азота, углерода, серы, железа и других элементов. В почве обитают бактерии, грибы, лишайники (симбиоз грибов с цианобактериями) и простейшие. Количество микробов в 1 г почвы измеряется сотнями, тысячами и миллионами клеток.
На поверхности микроорганизмов относительно мало, так как губительно действуют ультрафиолетовые лучи и высушивание.
Наибольшее число микроорганизмов содержится в верхнем слое толщиной до 10 см. По мере углубления в почву количество микроорганизмов уменьшается и на глубине 4-5 м они практически отсутствуют. Наиболее богат микробами слой на глубине 5-15 см.
Состав микрофлоры почвы меняется в зависимости от типа и состояния почвы, состава растительности, температуры, влажности. Большинство микроорганизмов почвы способны развиваться при нейтральном рН, высокой относительной влажности, при температуре от 25 до 45°С.
|
|
|
В почве живут бактерии, способные усваивать молекулярный азот (азотфиксирующие), нитрифицирующие бактерии (Nitrosomonas и Nitrobacter), способные окислять аммиак до азотной кислоты, образуя нитриты; бактерии-аммонификаторы, которые вызывают гниение остатков растений, трупов животных, разложение мочевины; бактерии, расщепляющие клетчатку, вызывающие различные виды брожений (молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое и др.). Кишечная палочка, возбудители брюшного тифа, сальмонеллезов, дизентерии могут попадать в почву с фекалиями, но в почве отсутствуют условия для их размножения, и они постепенно отмирают. Обнаружение кишечной палочки и протея в значительных количествах является показателем загрязнения почвы фекалиями человека и животных и свидетельствует о санитарно-эпидемиологическом неблагополучии.
Патогенные палочки (возбудитель сибирской язвы, ботулизма, столбняка, газовой гангрены) способны длительно сохраняться в почве (споры Bacillus anthracis сохраняются более 15 лет). Поэтому почва играет основную роль в эпидемиологии столбняка, газовой гангрены (особенно в военных условиях), ботулизма.
Почва играет значительную роль в распространении лептоспирозов, бруцеллеза, пищевых токсикоинфекций, энтеровирусных инфекций.
Для возбудителей актиномикоза, глубоких микозов, микотоксикозов почва является естественной средой обитания.
Микрофлора воды
Вода является естественной средой обитания микроорганизмов, она отражает микробный пейзаж почвы, так как микроорганизмы попадают в воду с частичками почвы. В воде формируются биоценозы с преобладанием микроорганизмов, которые адаптировались к определенным условиям. В 1 мл воды количество микробов может превышать несколько миллионов.
Количественный и качественный состав микробиоценозов зависит от физико-химического состояния, температуры, рН, от концентрации минеральных и органических веществ, кислорода, углекислого газа, скорости движения воды, от массивности поступления ливневых и сточных вод.
|
|
|
С экологической точки зрения всю микрофлору водоемов разделяют на две группы: автохтонную (или водную) и аллохтонную, попадающую извне. Автохтонная флора – это микроорганизмы, живущие и размножающиеся в воде. К ним относятся аэробные кокки: микрококки, сарцины; бактерии рода Proteus, рода Pseudomonas; представители рода Leptospira. Анаэробных бактерий в чистых незагрязненных водоемах мало. Микроорганизмы воды играют важную роль в круговороте веществ в природе. Они выполняют роль мусорщиков, расщепляют клетчатку, органические отходы. Вместе с загрязненными ливневыми, талыми и сточными водами в озера и реки попадают представители нормальной микрофлоры человека и животных (кишечная палочка, цитробактер, энтеробактер, энтерококки, клостридии) и возбудители кишечных инфекций – брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры, лептоспироза, энтеровирусных инфекций и др., поэтому вода является фактором передачи многих инфекционных заболеваний. Некоторые возбудители могут даже размножаться в воде (холерный вибрион, легионеллы).
Вода артезианских скважин практически не содержит микроорганизмов. Микрофлора воды океанов и морей содержит различные микроорганизмы, например, галофильные вибрионы, поражающие моллюски и некоторые виды рыб, при употреблении которых в пищу развивается пищевая токсикоинфекция.
По степени микробного заражения воды различают три зоны: полисапробная зона – сильно загрязненная вода, бедная кислородом, богатая органическими веществами, в 1 мл ее содержание бактерий достигает 1 млн; мезосапробная зона – умеренно загрязненная вода, в ней происходит минерализация органических веществ с активными процессами нитрификации и окисления; олигосапробная зона чистой воды, в ней количество микроорганизмов в 1 мл воды составляет десятки и сотни, E.coli встречается в количестве нескольких клеток в 1 л воды.
Микрофлора воздуха
Микрофлору воздуха можно условно разделить на постоянную, часто встречающуюся, и переменную, представители которой, попадая в воздух из свойственных им мест обитания, недолго сохраняют жизнеспособность. Постоянно в воздухе обнаруживаются пигментообразующие кокки, палочки, дрожжи, грибы, актиномицеты, спороносные бациллы и клостридии и др., т.е. микроорганизмы, устойчивые к свету, высыханию. В воздухе крупных городов количество микроорганизмов больше, чем в сельской местности. Над лесами, морями воздух содержит мало микробов (в 1 м3 – единицы микробных клеток). Дождь и снег способствуют очищению воздуха от микробов.
В воздухе закрытых помещений микробов значительно больше, чем в открытых воздушных бассейнах, особенно зимой, при недостаточном проветривании. Состав микрофлоры и количество микроорганизмов, обнаруживаемых в 1 м3 воздуха (микробное число воздуха), зависят от санитарно-гигиенического режима, числа находящихся в помещении людей, состояния их здоровья и других условий.
|
|
|
При чихании, кашле, разговоре в воздух выбрасывается множество капелек жидкости, внутри которых содержатся микроорганизмы. Мелкие капельки образуют стойкие аэрозоли и могут часами удерживаться в воздухе во взвешенном состоянии. Заражение бактериями в этом случае происходит воздушно-капельным путем, так передаются грипп, корь, коклюш, легочная форма чумы и др.
При заражении «пылевым» путем микроорганизмы находятся в выделениях больных (мокроте, слизи) и окружены белковым субстратом, поэтому они более устойчивы к высыханию. Когда такие капли высыхают, они превращаются в бактериальную пыль, которая имеет диаметр от 1 до 100 мкм. У частиц диаметром более 100 мкм сила тяжести превышает сопротивление воздуха, и они быстро оседают. Пылевой способ играет важную роль в эпидемиологии туберкулеза, дифтерии, туляремии и др.
|
|
|
