Формы взаимоотношений микроорганизмов

В естественных субстратах (почвы, водоемы, растительные и животные остатки, пищевые продукты) микроорганизмы существуют как сложные ассоциации, внутри которых складываются разнообразные взаимоотношения. Эти взаимоотношения определяются физиолого-биохимическими особенностями организмов и соответствующими экологическими факторами (состояния среды, природы, концентрации и доступности субстрата - питательных веществ, определенных видов микроорганизмов, характера их действия и др.).

Большое значение имеют те взаимоотношения между организмами, которые складываются в местах их естественного обитания. Они включают в себя широкий диапазон разнообразных форм: от мирного сожительства до явного антагонизма. Условно все формы взаимоотношений микроорганизмов можно подразделить на несколько типов: метабиоз, симбиоз, комменсализм, паразитизм, антагонизм.

Метабиоз. В природе это явление широко распространено. При метабиозе продукты жизнедеятельности одного микроорганизма, содержащие в себе еще значительное количество энергии, потребляются другими микроорганизмами в качестве питательного материала. Это имеет место при последовательном использовании какого-либо одного сложного субстрата. Например, при использовании белковых веществ последовательно в этом процессе могут принимать участие аммонификаторы, нитрификаторы, денитрификаторы. Те же процессы происходят в пищевых продуктах при их микробной порче.

Симбиоз. Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов характеризуются тем, что два вида микробов или более при совместном развитии создают для себя взаимовыгодные условия. Так, в кефирных зернах одновременно развиваются молочнокислые бактерии и дрожжи, создавая при этом взаимовыгодные условия: молочнокислые бактерии (лактобациллы, стрептококки, микрококки) получают от дрожжей витамины, а дрожжи благодаря подкислению среды молочнокислыми бактериями обретают благоприятные условия для своего развития. Примерно то же самое происходит в «чайном грибе», где совместно развиваются несколько видов уксуснокислых бактерий и дрожжей.

Комменсализм. При комменсализме взаимная польза от совместного сожительства микроорганизмов отчетливо не выражена, но и вреда не приносит. Классический пример комменсализма - нормальная микрофлора желудочно-кишечного тракта человека.

Паразитизм. Паразитизм характеризует такую форму взаимоотношений, при которой развитие некоторых микробов происходит за счет веществ тела (клетки) других организмов. Бактерии-паразиты в своем эволюционном развитии утратили способность синтезировать многие вещества; они получают их в готовом виде за счет своего «хозяина». «Хозяин» же никакой пользы от такого сожительства не получает. Внеклеточными паразитами являются бактерии, а внутриклеточными - риккетсии и фаги (вирусы).

Бактериофаг в клетке бактерии и актинофаг в клетке актиномицета развиваются за счет веществ этих микроорганизмов, приводя своего «хозяина» к гибели. Бактерии паразитируют на гифах грибов, большая группа грибов-паразитов развивается на других грибах.

Антагонизм. В естественных условиях развития микробов довольно часто наблюдаются явления не только взаимно благоприятные, но и такие, при которых один вид микроорганизмов тем или иным способом угнетает или полностью подавляет рост и развитие других видов. Такая форма взаимоотношений называется антагонизмом. Это явление широко распространено среди бактерий, актиномицетов, грибов и других организмов.

Обобщил отдельные факты микробного антагонизма И. И. Мечников. Он предложил пути использования этого явления на практике. И. И. Мечников связывал преждевременное старение человека с постоянной интоксикацией организма продуктами жизнедеятельности гнилостных бактерий кишечника. Он предложил использовать молочнокислые палочки простокваши для вытеснения этих гнилостных бактерий из кишечника человека.

Рассмотренные типы взаимоотношений, существующие в мире микроорганизмов, не исчерпывают все то разнообразие связей, которое существует среди микроорганизмов как в природе, так и на пищевых продуктах. На разных этапах роста микроорганизмов в зависимости от условий их развития один тип взаимоотношения может сменяться другим, взаимодействующие микробы в одном типе могут меняться местами. Все это свидетельствует о наличии довольно сложного и разнообразного характера взаимоотноше­ний организмов, находящихся в естественных местах обитания, в том числе и на пищевых продуктах.

Вопрос. 29 Антибиотики. Фитонциды. Явление антагонизма послужило основанием для возникновения науки об антибиотиках - химических веществах, синтезируемых микроорганизмами, которые задерживают рост других микроорганизмов или вызывают их гибель. Первый антибиотик - пенициллин - был открыт английским микробиологом А.Флемингом в 1929 г. Открытие пенициллина явилось огромной победой современных биологической, медицинской и химической наук в борьбе с различными инфекционными и воспалительными процессами, а также мощным стимулом для поиска новых антибиотиков, синтезируемых различными группами микроорганизмов: бактериями, актиномицетами, дрожжами, плесневыми грибами, высшими грибами, растениями и животными. Действие антибиотиков основано на подавлении ими синтеза белков и нуклеиновых кислот. Такие антибиотики, как стрептомицин и неомицин, тормозят процесс связывания аминокислот между собой. Эритромицин нарушает функцию субъединиц рибосомы. Тетрациклин препятствует присоединению аминоацил т-РНК к рибосомам. Хлорамфеникол (левомицетин) подавляет включение аминокислот в белки. Хлорамфеникол применяется в медицине как весьма действенный бактериостатик, а в биохимических исследованиях - как селективный ингибитор синтеза белка, не влияющий на другие метаболические процессы. Митомицин С избирательно препятствует синтезу ДНК, не оказывая на первых порах влияния на синтез РНК и белков. Актиномицин Д образует с ДНК комплекс и нарушает синтез РНК всех трех типов. Рифамицин действует на ДНК-зависимую РНК-полимеразу и подавляет синтез т-РНК бактерий. Пенициллин нарушает процесс образования клеточной стенки у бактерий. Антибиотики являются незаменимыми лечебными препаратами и используются для лечения большого числа инфекционных заболеваний как людей, так и животных. Кроме того, в сельском хозяйстве отдельные антибиотики используются как стимуляторы роста животных. При широком применении антибиотиков в качестве лечебных препаратов происходит быстрое накопление резистентных (устойчивых) к этим соединениям форм микроорганизмов, а это требует замены одного антибиотика другим, т.е. поиска все новых и новых антибиотиков. Антибиотики используются также в пищевой и консервной промышленности, например при сохранении свежей рыбы (трески, пикши, камбалы и др.) путем погружения ее на 1...5 мин в морскую воду, содержащую хлортетрациклин в концентрации 5...100 мг/л. Хорошие результаты получаются при погружении рыбы и охлажденную до 1...1,5°С морскую воду с содержанием в ней всего 2 мг хлортетрациклина на 1 л. Можно удлинить срок хранения свежей рыбы на 5 дней и более при содержании рыбы на льду, в составе которого имеется 1... 2 мг хлортетрациклина или 25 мг биомицина на 1 л. При этом наиболее угнетается рост бактерий рода Pseudomonas - основных возбудителей порчи охлажденной рыбы. К применению антибиотиков органы здравоохранения относятся с большой осторожностью, поскольку при многократном поступлении с пищей даже ничтожно малых количеств антибиотиков в организме человека могут появиться устойчивые формы болезнетворных микроорганизмов за счет вытеснения антибиотиками полезных микроорганизмов из нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Разрешается использование лишь некоторых антибиотиков (нистатина и биомицина) и только в ограниченных случаях (транспортирование на дальние расстояния сырых продуктов, например мяса, рыбы). Допустимое содержание антибиотиков в продукте строго регламентируется и требуется полное разрушение его в процессе обычной тепловой кулинарной обработки.

Для консервирования пищевых продуктов разрешено использовать специальные антибиотики, не применяемые в медицине. Таким антибиотиком является, например, низин, синтезируемый молочнокислыми стрептококками, который подавляет рост стафилококков, некоторых стрептококков, анаэробных термофильных споровых бактерий - возбудителей порчи консервов и пресервов. Низин, задерживающий прорастание спор, используют при изготовлении сгущенного молока, плавленых сыров. К антибиотикам, синтезируемым животными, относятся лизоцим, эритрин, экмолин. Лизоцим - белковое вещество, вырабатываемое различными тканями и органами животного и человека. Он содержится в слезной и слюнной жидкости человека, в яичном белке, рыбной икре. Лизоцим не только убивает чувствительные к нему бактерии, но и растворяет (лизирует) их. Эритрин - антибиотик, получаемый из красных кровяных шариков (эритроцитов) животных. Эритрин активен против стафилококков и стрептококков. Экмолин - антибиотик, получаемый из тканей рыб. Экмолин активен против бактерий, вызывающих кишечные заболевания.

Фитонциды - летучие вещества, выделяемые некоторыми растениями, а также тканевые соки, которые вызывают гибель инфузорий, бактерий, дрожжей, плесневых грибов. Фитонциды обнаружены у представителей всех групп высших растений. Наибольшими антибиотическими свойствами обладают фитонциды лука, чеснока и некоторых других растений. Фитонциды представляют собой не отдельные вещества, а комплексы соединений. Фитонцидными свойствами обладают бальзамы, смолы, вещества липоидного строения, дубильные вещества, глюкозиды, антоцианы, эфирные масла. Фитонциды могут стимулировать или подавлять развитие других растений на расстоянии. Биологическая активность фитонцидов меняется у одного и того же вида растения в зависимости от сезона года: например, хвоя сосны осенью менее бактерицидна, чем хвоя, собранная в мае или июне. К настоящему времени изучено большое количество различных фитонцидов, некоторые из них получены в химически чистом виде. К их числу относится аллицин, рафинин и др. Аллицин - фитонцид чеснока (А lli ит sativum) - является очень неустойчивым соединением: при комнатной температуре он разрушается в течение нескольких дней. Однако неповрежденный чеснок сохраняет антибиотическую активность в течение года и более. Показано, что в чесноке аллицин содержится не в виде свободного вещества, а в виде соединения, которое может переходить в антибиотик. Аллицин подавляет развитие грамположительных и грамотрицательных микробов и развитие туберкулезной палочки. Аллицин токсичен и не применяется в медицине. Рафинин содержится в семенах редиса (Raphanus sativum), корни и листья редиса не содержат антибиотика. Из 1 кг семян можно получить до 3 г чистого рафинина, который подавляет развитие грамотрицательных и грамположительных бактерий при относительно высокой концентрации - 40...200 мкг/мл. К антибиотическим веществам относятся также фитоалексины, которые образуются в результате проникновения в растение определенного паразита. Процесс образования фитоалексинов стимулируется одним или несколькими продуктами жизнедеятельности, которые паразит вводит в клетки растения-«хозяина». Характерно, что образовавшийся под влиянием определенного паразита фитоалексин обладает антибиотическим действием по отношению к этому паразиту. По-видимому, устойчивость ряда высших растений к некоторым грибным заболеваниям связана с образованием растениями фитоалексинов. В настоящее время изучено строение некоторых фитоалексинов, например 6-метокси-бснзоксазолина, пизатина и фазеолина. Антибиотическое вещество 6-метоксибензоксазолин образуется в поврежденной кукурузе; пизатин - в растениях гороха под влиянием некоторых видов фитопатогенных грибов, развитие которых он и подавляет; фазеолин - в клетках фасоли, в которые попадают фитопатогенные грибы.