Рост и размножение микроорганизмов

Как и все живое, одноклеточные микроорганизмы растут. Достигнув определенной величины, клетка перестает расти. Под микроскопом можно наблюдать, как в определенный момент она делится на две части, которые становятся самостоятельными организмами. Так из одной материнской клетки появляются две дочерние. Вырастая, они тоже делятся, образуя четыре клетки, потом восемь, шестнадцать и т.д. в геометрической прогрессии.

Первым ученым, увидевшим под микроскопом, как микроб делится пополам, был Л. Спаланцани (1729-1799). Было это в 1776 г. Время от возникновения клетки до ее деления называется временем генерации. В природе наблюдается определенная закономерность: чем мельче организм, тем скорее появляется у него потомство. Так, время генерации кишечной палочки Escherichia coli и возбудителя холеры Vibrio cholerae составляет всего 20 мин. Пользуясь формулами геометрической прогрессии:

a_n = a₁ q^n-1 и S_n = ,             (3.6)

  где a₁ и a_n  - соответственно первый и любой члены прогрессии, q – знаменатель прогрессии; n – номер взятого члена; S _n – сумма первых n-членов, можно подсчитать количество образующихся бактерий за определенное время.

Подсчеты показывают, что уже через сутки из одной бактерии образуется нереально большое количество клеток. Следовательно, процесс размножения микробов ограничен определенными условиями. Французский ученый Ж. Моно исследовал рост бактерий и установил следующую закономерность. В первое время бактерии приспособляются к среде и размножаются очень медленно. Этот период называют лаг-фазой. Затем следует фаза быстрого размножения по логарифмическому закону (лог-фаза), после чего наступает стационарная фаза, когда среда обогащается продуктами жизнедеятельности бактерий, тормозящими процесс размножения и, наконец, бактерии начинают отмирать (фаза отмирания).

Причиной гибели бактерий являются неблагоприятные условия среды:

1) Обычно микроорганизмы нормально живут при температуре 0-90 ^оС. Для некоторых видов этот предел гораздо шире: от -270 до +400 ^оС.

2) Прямые лучи солнца для большинства бактерий губительны.

3) Микроорганизмы жизнеспособны в условиях очень низкого давления (всего 5 мм. Рт. Ст.) и очень высокого (более 5 атм.).

4) На жизнеспособность микроорганизмов влияет реакция среды pH. Наиболее благоприятна нейтральная (pH =7) или щелочная (pH> 7) среда.

Субстратами (носителями) биологических опасностей могут быть элементы среды обитания (воздух, вода, почва), растения, животные, люди, оборудование, инструменты, сырье, перерабатываемые материалы и т.п.

Бактерии живут в воде, в том числе и в горячих источниках. Во льдах, в воздухе на различной высоте от земли. Особенно много бактерий в почвах. В одном грамме пахотной почвы находится от 1 до 20 млрд. микробов. Микробы сопровождают человека всю жизнь. Без микробов жизнь невозможна. Но патогенные микробы для человека опасны. Поэтому человек настойчиво ищет способы защиты от патогенных микробов. Еще Спаланцани доказал, что при длительном кипячении жидкостей находящиеся в них микробы погибают. Немецкий ученый Шванн установил, что высокая температура убивает и микробы, находящиеся в воздухе. Физик Тиндаль доказал, что микробы в жидкостях гибнут после нескольких повторных кипячений. Повторное кратковременное нагревание жидкости до точки кипения, предложенное Тиндалем, называют тиндализацией. Все методы уничтожения микробов под воздействием высокой температуры имеют общее название – стерилизация. Частичная стерилизация молока нагреванием до 60 ^оС в течении 30 мин называется пастеризацией.

Для улавливания микробов из жидкостей и газо применяют специальные фильтры, которые имеют очень мелкие поры.

Микроорганизмы не бессмертны. Размножение их небезгранично. Многие клетки гибнут, не дожив до деления. Микробы враждуют между собой (антагонизм). Микробы гибнут от солнечного света, ультрафиолета. Некоторые микробы питаются отмершими частями растений. Это сапрофиты. Другие нападают на живые организмы. Это паразиты.

Болезнетворные микробы выделяют ферменты, которые нарушают нормальное состояние человека.

Бактерициды - химические вещества, убивающие бактерии.

Бактериоситаз - временная остановка размножения бактерий под воздействием различных веществ (в том числе лекарств).

Бактериоуловители -  приспособления для отбора проб воздуха с целью определения степени и характера бактериального загрязнения.

Бактерионосительство и вирусоносительство – пребывание возбудителей инфекционных болезней в организме человека или животного при отсутствии признаков заболевания.

               Бактериологическое нормирование

Принцип нормирования бактериологических загрязнений может быть реализован на практике на основе прямых и косвенных показателей.

Прямые методы заключаются в установлении зависимости между фактом заболевания и находкой соответствующих патогенных микробов. Однако в силу длительного инкубационного периода и сравнительно малой частотой заболеваний прямые методы признаны недостаточно надежными.

В связи с этим стали применяться косвенные показатели бактериального нормирования качества воды. Одним из первых косвенных показателей опасного для здоровья бактериального загрязнения воды было предложено считать общее количество бактерий, выращиваемых на питательной среде из 1 мл неразбавленной воды. При решении вопроса о том, какое количество осевших в воде бактерий можно считать безопасным, была выбрана рекомендация Р. Коха, сделанная им на основании изучения холерной эпидемии в Гамбурге в 1892 г. Сопоставляя качество воды, которой снабжалось население Гамбурга, с качеством воды соседнего города Альтона, который оставался свободным от эпидемии холеры, Р. Кох отметил, что очистка воды на фильтрах г. Альтона до содержания в ней не более 100 микробов в 1 мл обеспечивала населению безопасность во время холерной эпидемии.

В 1914 г. в первом стандарте качества питьевой воды в США не более 100 бактерий в 1 мл был использован в качестве норматива допустимого общего бактериального загрязнения. Второй раз в мировой практике это было сделано в СССР в 1937 г. В дальнейшем этот показатель был принят в стандартах почти всех европейских стран.

Вторым косвенным показателем является количество кишечных палочек. Исследованию ученых было доказано, кишечная палочка может служить санитарно-показательным микроорганизмом.

В человеческом организме находятся самые разнообразные микроорганизмы. Одни безвредны, другие даже полезны. Болезнетворные микробы отличаются тем, что выделяют ферменты, которые разлагают кровяные тельца, мышцы, слизистые оболочки, нарушая тем самым нормальное состояние организма. Особую группу образуют болезнетворные микробы, выделяющие сильнодействующие яды (токсины) отравляющие пораженный организм. Разрушающее действие на организм человека оказывают также агрессины, содержащиеся в бактериях. 

Микробы проникают в организм человека в основном тремя путями: через дыхательные органы, пищеварительный тракт и кожу.

Заражение через дыхательные пути называется капельной инфекцией.

Переносчиками болезнетворных микробов являются животные, насекомые.

Местом размножением микробов, вырабатывающих токсины, могут быть продукты питания. Closstridium bowlines размножается в мясной пище и выделяет ботулинический токсин, очень сильный яд. Болезнетворные микробы сохраняют жизнеспособность в воде очень долго. Но человек не может долго обходится без воды. Отсюда постоянная угроза инфекции. Сильная эпидемия холеры разразилась в Петербурге в 1908-1909 гг. Причина – попадание сточных вод из канала в водопроводную сеть.

Человек имеет хорошую естественную защиту от болезнетворных микробов. Первая линия обороны – наша кожа. Но малейшая ранка открывает доступ микробам в организм. В носовой полости микроорганизмы задерживаются мелкими волосиками. В ротовой полости бактерии задерживаются слюной, в которой находится бактерицидное вещество, известное под названием лизоцим. Лизоцим имеется в слезах. Это установил А. Флеминг. В 1965 г. биохимики определи состав лизоцима, в молекуле которого находится 129 различных аминокислотных остатков. Лизоцим растворяет клеточные стенки ряда бактерий, уничтожает бактерии. Но если микробам все- таки удается проникнуть в организм, то их ждет кислая среда желудка, уничтожающая большую часть микроорганизмов. Некоторые микробы все-таки проникают в кишечник. Здесь их ждет очередное препятствие. И. И. Мечников в 1183 г. показал, что белые кровяные тельца (лейкоциты) способны активно захватывать и поглощать проникшие в организм инородные микробы. Это явление Мечников назвал фагоцитозом, а белые тельца – фагоцитами. На основании этих фактов разработана фагоциторная теория иммунитета.

Иммунитет бывает приобретенный и естественный или врожденный.

В 1796 году английский врач Э. Дженнер открыл метод предохранительных прививок, который он назвал вакцинацией, а материал для прививок вакциной (от лат. vacca – корова).

Невосприимчивость к инфекциям, создаваемая искусственным путем, называется иммунизацией. Иммунизация сывороткой является пассивной, вакциной активной.

В борьбе с микробами большое значение имеет гигиена. Пот, пыль, грязь – хорошая питательная среда для микроорганизмов.

Эффективным средством борьбы с микробами является дезинфекция. В качестве дезинфицирующих средств применяются: настойка йода, ультрафиолетовые лучи, хлор и др. Дезинфекция является непосредственным средством борьбы с микробами.

Дезинсекция и дератизация направлены против переносчиков микробов.

Дезинсекция - средство борьбы с насекомыми. Препараты, применяемые при дезинсекции, называются инсектициды. Их много. Все они имеют в качестве составной части хлор.

Борьба с грызунами называется дератизацией. При этом применяют химические, механические и биологические средства.

ГОСТ 12.1.008-76 ССБТ «Биологическая безопасность» обязывает принимать соответствующие меры при работе с биологическими объектами, чтобы предупредить возникновение у работающих заболевания, состояния носительства, интоксикация, сенсибилизация и травм, вызываемых микроорганизмами.

Грибы – обособленная группа низших растений, лишенных хлорофилла и питающихся готовыми органическими веществами. Грибы выделяют в особое царство органического мира. Существует свыше 100 тыс. видов грибов. От бактерий грибы отличает наличие ядра в клетке.

Патогенные грибы вызывают болезни растений, животных и человека.

Наука о грибах – микология.

Микозы(от греч. mykes – гриб) – болезни человека и животных, вызываемые паразитическими грибами. Токсические грибы вызывают пищевые отравления человека и животных, называемые микотоксикозами.

Грибы имеют 3 формы размножения: вегетативное, бесполое и половое.

Остановимся на некоторых грибах. Самый ядовитый гриб на свете – бледная поганка. Яд бледной поганки не разрушается ни при кипячении, ни при жарении, при обработке каким-либо иным способом. Этот гриб представляет собой смертельную опасность для человека. Человек может отравиться красным мухомором, но смертельные исходы редки. Почти каждый съедобный гриб имеет своего несъедобного или ядовитого двойника. Это представляет опасность для неопытного грибника.

На жизнь людей уже много столетий оказывают влияние грибы – паразиты растений. Ежегодно человечество теряет из-за грибов около пятой части мирового урожая растений.

Паразитический гриб фитофтора поражает картофель, обрекая население на голод. Так, например, страшный неурожай картофеля обрушился на Ирландию в 1845 году. Опасен гриб- паразит спорынья. Он растет на колосьях ржи. Содержит знаменитый и очень опасный наркотик ЛСД. У человека вызывает тяжелое заболевание – «антонов огонь».

Растения

Еще в древности люди подметили, что некоторые растения обладают как лечебными, так и ядовитыми свойствами. Как утверждал Парацельс, только одна доза делает вещество ядом или лекарством.

Такие растения, как наперстянки, олеандр, кокаиновый лист, ядовиты, и в тоже из них получают лекарства.

Белена Плоды белены черной представляют опасность. Они содержат алкалоиды, вызывающие помутнение рассудка. Отсюда выражение «белены объелся.

Табак.  Появление в XV в. табака в Европе связывают с именем француза Жана Нико, который якобы привез семена этого растения с острова Тобаго. Отсюда происходит латинское название табака – Nikotiana tabakum.

В табаке присутствует ядовитый алкалоид никотин. Смертельная доза никотина содержится примерно в 20 папиросах, но так как поступает в организм постепенно, смерть курильщика не наступает. Никотин очень быстро разносится по организму курящего. В мозг он попадает через 5-7 с после первой затяжки. Смола, образующаяся при сгорании табака, может стать причиной образования опухолей. Среди курящих рак легких встречается в несколько раз чаще, чем среди некурящих. Один из английских королей так охарактеризовал курение: «обычай, отвратительный для глаз, ненавистный для носа, вредный для груди, опасный для легких». Гете заметил: «Образованный человек не курит». Было время, когда в России за курение наказывали плетьми. Существовал обычай нюхать и жевать табак. Из Америки в Европу завезены многие культуры – картофель, томаты, подсолнечник и др. Табак – самое ненужное из них. Правда, табачную пыль используют с пользой в сельском хозяйстве для борьбы с вредными насекомыми.

Конопля. Из смолистых выделений получают опасные наркотики, известные как гашиш, марихуана, анаша, употребление которых приводит к развитию тяжелейшего заболевания – наркомании.

Крапива. Весной зеленые щи из молодой крапивы помогают восполнить образовавшиеся за зиму недостаток витаминов в организме. Листья крапивы усажены волосками с едким соком. Волоски пропитаны кремнеземом и очень хрупки. При малейшем прикосновении головки волосков обламываются, едкий сок попадает в ранки, вызывая ожоги и раздражение кожи.

В огромном мире растений, кроме растений, представляющих потенциальную опасность для человека, есть растения-хищники и растения-паразиты. Существуют даже легенды о растениях-людоедах. Герберт Уэльс на основе этих легенд написал рассказ «Страшная орхидея»

Существует ряд садовых растений, которые ядовиты или токсичны, что вызывают отравление. Большая часть пострадавших – дети, чьи родители часто не знакомы со свойствами тех или иных растений и поэтому не могут предостеречь детей от опасности.

Дурман. Все части этого растения содержат алкалоид с наркотическим эффектом: лучше выдернуть его с корнем, благо его легко отличить по большим воронкообразным цветкам.

Клещевина. Семена этого кустарника в крапинку белого и коричневого цвета так красивы, что могут использоваться для ожерелья, пояса и т. д. Однако достаточно пожевать одно семечко, чтобы получить смертельное отравление.

Олеандр. Ветки, листья и цветы этого растения содержат смертельный яд.

Белладонна (сонная дурь). Содержит соланин – очень ядовитый даже в небольшом количестве.

Картофель. Кроме клубня, все остальные части, особенно ростки (побеги, семена) ядовиты из-за содержания соланина.

Ревень. Некоторые части этого растения содержат щавелевую кислоту, которая может вызвать нарушение почек

Бузина. Неспелые ягоды, ветки, листья вызывают тошноту, рвоту и понос. Из спелых ягод можно делать варенье, а высушенные цветы используют для приготовления отвара.

Дигиталис (наперстянка). Из этого растения добывается вещество для лечения сердчно-сосудистых заболеваний. Цветки, листья и семена могут вызывать отравление и нарушение работы сердца.

Ландыш. Обладает теми же свойствами и имеет те же эффекты, что дигиталис.

Плющ, волчья ягода, лавр, рододендрон, азалия – растения частично ядовитые.

Животные

Рассмотрим некоторых животных, которые представляют потенциальную опасность для человека.

Медузы. Мрачный факт. На морском побережье Австралии в 1880 г. медуза морская оса стала причиной гибели 60 человек. Ее яд мгновенно парализует сердечную мышцу. Ядовита также и черноморская медуза корнерот, хотя и не смертельна.

Скорпионы. Зловещая слава скорпиона связана с его ядовитостью. Для мелких зверьков укус скорпиона смертелен. Для человека укол скорпионьего жала очень болезнен (возникает опухоль, озноб, повышается температура) но жизни не угрожает. Достоверно известно лишь несколько случаев гибели детей, укушенных крупными тропическими скорпионами.

Пауки. Паук каракурт (в переводе «черная смерть»), длиной чуть больше одного сантиметра, один из самых опасных.. Смертность от его укусов около 4 %. Укус каракурта вызывает психическое возбуждение укушенного, боли во всем теле, нарушение работы сердца и затрудненное дыхание. Специальная противокаракуртовая сыворотка не всегда доступна. В полевых условиях рекомендуется сразу после укуса прижигать ранку спичкой. Яд паука при нагревании разрушается.

Другие опасные пауки (например, тарантул) серьезной угрозы для человека не представляют, хотя укус их болезнен.

Клещи. Мало кто испытывает симпатию к этим маленьким существам. Ведь они питаются кровью крупных зверей и человека. Присосавшего клеща нельзя вытаскивать. Его головка останется в коже и вызовет воспаление, более опасное, чем сам укус. Лучше обильно смочить клеща спиртом или одеколоном, и клещ сам отпадет. Весьма зловредны крошечные чесоточные клещи, вызывающие болезнь чесотку.

Главный вред клещей – не в их укусах, а переносимых ими болезнях, например клещевом энцефалите. Надежной защитой от этой болезни являются прививки.

Электрические рыбы. К ним относятся около 30 видов электрических скатов, электрический угорь, электрический сом. Характерной особенностью этих животных является наличие у них электрических органов.

Электрические органы – это видоизмененные мышцы. Напряжение электрических зарядов достигает 220В, а у электрических угрей – даже 600В. Как известно, такое напряжение опасно для человека.

Земноводные. В джунглях Южной Америки живет лягушка кокои. Это маленькое существо, помещающееся в чайной ложке. Ее яд в тысячи раз сильнее яда среднеазиатской кобры. Яда одной лягушки хватило бы для умерщвления 1500 человек. Это самый сильный яд из известных животных ядов. Через кожу он не проникает, но любая царапина может привести к беде.

Ядовитые ящерицы – ядозубы, или хелодермы, обладают сильнодействующим ядом, от которого быстро погибают мелкие животные. Опасен яд и для человека. Из нескольких десятков укушенных хелодермами людей около трети погибли.

Змеи. Самой ядовитой змеей на земле долгое время считался австралийский тайпан. Все известные случаи укуса человека тайпаном заканчивались гибелью укушенного.

По новым исследованиям более ядовитыми считаются тигровые и морские змеи.

По некоторым данным удавы и питоны опасны для человека. Однако сведения эти носят сомнительный характер.

Гюрза – большая гадюка, длиной до 2 м. Ее укус может быть смертельным для человека.

Королевская кобра, или гамадриад, самая длинная ядовитая змея на Земле. Рекордная длина составляет 5,7 м. Укушенный ею человек может умереть очень быстро, всего через полчаса после укуса.

Интересны плюющиеся кобры Африки. Плюются они ядом, вылетающим тонкими струйками из зубов под давлением мышц. Дальность плевка – 2-3 м, заряд до 4 мг яда, плевки всегда меткие. Подряд кобра может сделать до 30 плевков.

Змей очень много. Лишь небольшая часть из них является ядовитой. Укусить могут только защищаясь. Яд змеи действует только при попадании в кровь. Змеиный яд используется в медицине. Сейчас существуют специальные змеепитмники (серпентарии), где у змей получают яд.

Крокодилы. Среди крокодилов выделяют 3 семейства: аллигаторов, настоящих крокодилов и гавиалов. Крокодилы могут напасть внезапно. Поэтому находиться человеку в непосредственной близости от крокодила очень опасно.

Млекопитающие (звери). Единственными ядоноскими зверями на нашей планете считают ехиды и утконосов.

Хищники – львы, гиены, тигры, леопарды, волки, росомахи, рыси и другие – при определенных условиях могут представлять опасность для человека.