Взаимоотношения микроорганизмов в окружающей среде

В естественных условиях обитания, в том числе и на товарах, всегда присутствуют и совместно развиваются различные микроорганизмы. Взаимоотношения, устанавливающиеся между ними, могут быть безразличны для участников, приносить пользу или вред одному или всем. Основными из них являются следующие, хотя иногда взаимоотношения микроорганизмов сложно охарактеризовать одним термином.

• 1. Нейтрализм (от лат. neutralis — не принадлежащий ни тому, ни другому) — взаимоотношения, при которых микроорганизмы не оказывают друг на друга никакого влияния.
• 2. Конкуренция (от лат. сопсипеге — сталкиваться) — взаимоотношения, при которых микроорганизмы конкурируют (соревнуются) между собой за питание. Конкуренция бывает активная и пассивная.
• 3. Ассоциация — взаимоотношения, когда одни микроорганизмы создают благоприятные условия для существования других. Жизнедеятельность одних микробов способствует развитию других или один живет за счет другого (или других), не причиняя вреда. Например, микроорганизмы, расщепляющие белки на более простые соединения, создают возможность для развития других микробов, которые сами белок разлагать не умеют, а продукты его распада усваивают хорошо.
• 4. Сиитрофия (от греч. syn — вместе + trophe — пища) — взаимоотношения, когда микроорганизмам приходится работать вместе, так как по одиночке они не могут выполнить необходимые для каждого процессы.
• 5. Симбиоз (от греч. symbiosis — совместная жизнь) — тип взаимоотношений, когда совместная жизнь двух или нескольких видов приводит к взаимной пользе и вместе они развиваются лучше, чем порознь. Симбионты как бы обмениваются продуктами жизнедеятельности. Пример симбиоза — совместное развитие дрожжей и молочнокислых бактерий: бактерии, продуцируя молочную кислоту, создают условия, благоприятные для роста дрожжей, а продукты жизнедеятельности дрожжей (например, витамины) используются бактериями. Кроме того, дрожжи потребляют молочную кислоту, а снижение кислотности среды благоприятно для развития молочнокислых бактерий. Кефир и кумыс являются продуктами симбиотических взаимоотношений микроорганизмов.

В настоящее время выделяют несколько типов симбиоза:

• • комменсализм (от лат. сот — вместе + mensa — трапеза) — взаимоотношения, когда взаимная польза не выражена отчетливо, но совместное сосуществование не приносит микроорганизмам вреда. Примерами являются нормальная микробиота организма человека, эпифиты наземных частей растений;
• • мутуализм (от лат. mutulus — взаимный) — взаимоотношения, при которых оба участника извлекают пользу из взаимного существования, но при этом не могут существовать раздельно. Примером являются взаимоотношения молочнокислых бактерий и дрожжей, клубеньковых бактерий с бобовыми растениями;
• • паразитизм (от греч. parasitos — нахлебник) — взаимоотношения, когда совместное существование выгодно только одному микроорганизму, а другому приносит вред. Паразитами являются патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания растений, животных, в том числе человека. Примером паразитизма служит развитие бактериофага за счет живых бактерий, клетки которых он разрушает;
• • синергизм — взаимоотношения, когда совместное существование приводит к активизации всех или одного микроорганизма;
• • метобиоз — взаимоотношения, когда один из симбионтов существует за счет продуктов жизнедеятельности другого, но вреда ему не причиняет.
• 6. Хищничество — это взаимоотношения, когда один микроорганизм использует другого в качестве нищи. Примерами являются некоторые бактерии, грибы и др.
• 7. Антагонизм (от греч. antagonisma — борьба) — вид взаимоотношений, когда один вид микробов угнетает другой или вызывает его гибель. Губительное воздействие микробов-антагонистов связано с выделением ими в среду продуктов своей жизнедеятельности и (или) особых биологически активных химических веществ, называемых антибиотиками (от греч. anti — против + bios — жизнь).

Эти вещества (полипептиды, аминогликозиды и др.), синтезируемые многими микроорганизмами, характеризуются неблагоприятным действием на другие микроорганизмы. Микроорганизмы, выделяющие антибиотики, широко распространены в природе. Этой способностью, позволяющей некоторым микроорганизмам выживать в естественной среде, защищаться, обладают многие грибы, бактерии, особенно актиномицеты. Некоторые микроорганизмы образуют не один, а несколько антибиотиков.

Антагонизм в мире микробов нередко определяет состав микробного сообщества субстратов. Известно, что молочнокислые бактерии являются антагонистами гнилостных, так как молочная кислота тормозит их развитие. Антагонистические взаимоотношения между этими группами микроорганизмов используют при переработке ряда пищевых продуктов (при квашении овощей, изготовлении кисломолочных продуктов и др.). Идея использования антагонизма между молочнокислыми и гнилостными бактериями принадлежит И. И. Мечникову.

Наглядно увидеть действие антибиотиков можно при культивировании микробов на искусственных средах. Вокруг колонии микроба-антагониста образуется стерильная зона — зона отсутствия роста микроорганизма, чувствительного к данному антагонисту (рис. 4.4). Диаметр стерильной зоны менее 10 мм свидетельствует об отсутствии активности данного антибиотика, 10—15 мм — активность слабая, более 20 мм — высокая.

Рис. 4.4. Стерильные зоны вокруг дисков с антибиотиками на бактериальном.

газоне в чашке Петри Выделено и изучено большое количество антибиотиков, каждый из которых характеризуется своим антимикробным спектром действия. Характерным свойством антибиотиков является их избирательное действие — каждый действует только на определенные микроорганизмы, т. е. характеризуется специфическим антимикробным спектром действия. Одни антибиотики активно действуют на грибы, другие — на бактерии.

Имеются антибиотики, действующие на многие микроорганизмы, так называемого широкого спектра действия.

Механизм повреждения антибиотиками микробных клеток разнообразен и полностью не изучен. Известно, что они разрушают клеточные структуры, инактивируют ферменты, подавляют синтез нуклеиновых кислот и др. Некоторые антибиотики способны лизировать (растворять) микробные клетки. Активность антибиотиков очень высока, она в десятки тысяч раз превышает активность самых сильнодействующих антисептиков. Эффективность действия зависит от концентрации, температуры и состава среды и др.

Антимикробное действие антибиотиков проявляется в очень малых концентрациях, но микроорганизмы способны адаптироваться к антибиотикам, в результате чего возникают нечувствительные, резистентные (от лат. resistentia — противодействие) к ним виды.

Промышленное производство антибиотиков открыло эру антибиотикотерании. Антибиотики достаточно успешно используются в борьбе со многими опасными микроорганизмами, но, к сожалению, оказывают негативное действие на макроорганизмы. Кроме гибели возбудителей заболевания, могут погибать и представители нормальной микробиоты. Могут возникать дисбактериозы, токсические реакции вплоть до шокового состояния, может происходить поражение печени, почек, слухового аппарата и др. Применение антибиотиков может приводить к снижению иммунитета.

Антибиотики используются в сельском хозяйстве для борьбы с возбудителями заболеваний растений и животных, в качестве стимуляторов их роста, для сохранения продовольственных и непродовольственных товаров. Однако при этом возникают определенные проблемы, связанные с неконтролируемым воздействием антибиотиков на макроорганизмы, особенно из-за их малых доз. Это направление использования нуждается в серьезных исследованиях, прежде чем будет активно развиваться.

Многократное поступление в организм человека даже малых количеств антибиотиков приводит к появлению устойчивых форм патогенных микроорганизмов. С одной стороны, это ведет к потере лечебного действия данного антибиотика, с другой — антибиотики вытесняют полезные микроорганизмы из нормальной микробиоты желудочно-кишечного тракта человека. Поэтому постоянно ведется изучение действия на макроорганизмы все новых антибиотиков перед началом их широкого использования.

В настоящее время в пищевой промышленности разрешается использование таких антибиотиков, как нистатин и биомицин. Они используются при транспортировании в холодных условиях сырых мясных и рыбных продуктов при условии их полного разрушения в процессе обычной тепловой кулинарной обработки.

Широкое использование находит низин, вырабатываемый молочнокислыми стрептококками. Он является ингибитором роста патогенных стафилококков, стрептококков и анаэробных спорообразующих термофилов — частых возбудителей порчи консервов и пресервов. Низин используется в консервной промышленности, при изготовлении сгущенного молока и плавленых сыров. Низин воздействует на споры бактерий, задерживая их прорастание. Наиболее активно действие этого антибиотика проявляется в кислых субстратах.

Но антибиотики — это не только продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Они также вырабатываются растениями и животными.

Фитонциды (от греч. Jitov — растение + лат. caedo — убиваю) — антибиотические вещества растительного происхождения. Были открыты в 1928 г. советским ученым-биологом Б. П. Токиным, который обнаружил, что некоторые растения вызывают гибель определенных микроорганизмов.

Фитонциды широко распространены в мире растений, они природой предназначены в качестве средства борьбы макроорганизмов с микробами. Действие фитонцидов на микроорганизмы избирательно: сок того или иного растения губителен для одних микробов и безвреден для других. Антимикробным действием обладают многие вещества, находящиеся в чесноке, луке, эфирных маслах, многих лекарственных растениях и пряностях.

Химическая природа фитонцидов разнообразна: это гликозиды, антоциапы, дубильные вещества и др. Примером фитонцидов является аллицин — фитонцид чеснока. Это очень неустойчивое соединение, которое при комнатной температуре разрушается за нескольких дней. Но в чесноке аллицин содержится не в виде свободного вещества, а в виде соединения, переходящего в антибиотик, и чеснок сохраняет антибиотическую активность до года. Аллицин подавляет развитие многих микроорганизмов, в том числе патогенных.

Ведутся исследования по использованию фитонцидов (в виде препаратов или измельченной растительной массы) в практике хранения продовольственных товаров, прежде всего плодоовощных. Так, пересыпка в хранилище клубней картофеля измельченной растительной массой (полынью, коноплей, чешуями луковиц репчатого лука, хвоей пихты и др.) снижает поражение клубней фомозом и сухой гнилыо.

Примерами антибиотиков животного происхождения являются такие соединения, как лицоцим, эритрин и экмолип. Лизоцим (от греч. lisic — растворение) растворяет клетки микроорганизмов. Он имеет белковую природу, вырабатывается различными тканями и органами животных и человека, содержится в слезах, слюне, присутствует в яичном белке, рыбной икре. Эритрин (от греч. erytros — красный) — вещество, получаемое из эритроцитов животных. Эритрин активен против стафилококков и стрептококков. Экмолин (белковый антибиотик) выделен из молок осетровых рыб, губительно действует на патогенные бактерии, особенно кишечные.