Влияние магнитных полей на микроорганизмы

Ультразвук.

Ультразвук – это высокочастотные (16кГц и более) механические колебания упругой среды не воспринимаемые ухом человека.

Ультразвук, действуя на микроорганизмы создает большую разницу в давлениях и повреждает клетку. Часть микробов погибает очень быстро, другие подвергаются сильному механическому сотрясению. В результате цитоплазма разжижается и вспенивается, разрывается клеточная стенка и содержимое клеток выходит во внешнюю среду.

На этом принципе основано использование ультразвука для извлечения токсинов, ферментов и антигенов.

У микробов, как и у других живых существ, установлен магнитотропизм, то есть движение происходит по магнитному меридиану (в северном полушарии на север, а в южном – на юг). Микроскопические грибы растут по силовым линиям магнитного поля.

В клетках магниточувствительных микробов обнаружены органеллы магнитосомы, состоящие из биогенного магнетита, которых составляет до 2% сухого вещества. Микробы реагируют на напряжение геомагнитного поля, что приводит к изменению морфологических, культуральных и биохимических свойств. При этом клетки увеличиваются в размерах, образуют длинные нити, иногда повышается вирулентность и устойчивость к антибиотикам.

Химические факторы.

Микроорганизмы, как и все живые организмы высокочувствительны к химическим факторам среды. Микробы приспособились к определенной среде обитания. Так ацидофильные организмы (к ним относят плесневые грибы) живут в кислой среде. Алкалифильные организмы (холерный вибрион) живут в щелочной среде.

Большинство же микроорганизмов предпочитает нейтральную среду с pH от 6,5 до 7,5. Оптимальную среду обитания в естественных условиях микробы делают сами. Например, молочнокислые бактерии, сбраживая лактозу (молочный сахар, состоящих из глюкозы и галактозы), образуют молочную кислоту (оксикислота), в результате чего понижается pH и среда становится более благоприятной для их развития и наоборот, гнилостные микробы, разлагая белки и мочевину, образуют аммиак, который повышает pH.

Таким образом, реакция среды в жизни микробов имеет большое значение и поэтому для выращивания микробов в лабораторных условиях, необходимо знать оптимальную pH.

Знание действия химических веществ на микроорганизмы имеет практическое значение, так как многие из них используются для провидения дезинфицирующих мероприятий. Наибольшее применение получили щелочи, кислоты, хлорсодержащие препараты, а также фенолы и соли тяжелых металлов.

Щелочи оказывают губительное действие на бактерии и вирусы. При соединении с белками вызывают денатурацию белков, разрушают углеводы и омыляют жиры.

Кислоты являются протоплазматическими ядами и свертывают белки. С повышением температуры на 10°С, их действие на микробы возрастает в 2-3 раза.

Фенолы действуют на окислительно-восстановительные процессы.

Хлорная известь. Активный хлор, соединяясь с влагой, образует хлористоводородную и хлорноватистую кислоты, а выделяющийся при этом кислород окисляет компоненты микробной клетки и наступает её гибель.

Окислители. Перманганат калия и перекись водорода разлагаясь выделяют кислород, вызывающий гибель бактерий.

Формалин, вступая в реакцию с белком, вызывает его денатурацию. Губительно действует на вегетативные формы, споры, вирусы и грибы.

Действие химических веществ зависит от состава, концентрации экспозиции, температуры и других факторов. Более устойчивы к действию химических веществ из неспорообразующих шаровидные формы, а палочковидные и извитые формы микробов при прочих равных условиях погибают быстрее.

Биологические факторы.

В природе все живые существа объединены в устойчивые экологические системы – биоценозы. Между микроорганизмами и другими существами проявляются самые разнообразные взаимоотношения. Они могут проявляться в форме симбиоза, метабиоза, антагонизма, паразитизма и других взаимоотношений.

Симбиоз – это сожительство двух или более видов микробов между собой или с другими существами. Например, азотфиксирующие микроорганизмы, находящиеся в клубеньках корней бобовых растений; целлюлозоразлагающие микробы в рубце жвачных животных – это пример симбиоза микробов и животных.

Метабиоз – это форма взаимоотношений, когда один вид микробов использует продукты жизнедеятельности другого и тем самым создает благоприятные условия для его развития. Например, молочнокислые бактерии, в результате молочнокислого брожения, выделяют молочную кислоту, которая служит питательной средой или субстратом для молочной плесени.

Антагонизм – это враждебное взаимоотношение, когда продукты жизнедеятельности одного микроба губительно действуют на другой микроорганизм. Например, актиномицеты и плесневые грибы выделяют вещества-антибиотики, губительно действующие на многие виды бактерий; гнилостные микробы не могут жить вместе с молочнокислыми бактериями, так как молочная кислота понижает pH и губительно действует на гнилостные микроорганизмы. На этом принципе основано молочнокислое брожение и силосование кормов.

Паразитизм – это такое отношение между микроорганизмами, когда пользу от сожительства получает лишь паразит, нанося вред хозяину, что приводит к гибели хозяина. Строгими паразитами являются вирусы и болезнетворные бактерии.

Микробиологическое производство витаминов и каротиноидов.

Витамины – это группа низкомолекулярных органических веществ, которые в очень низких концентрациях оказывают сильное и разнообразное биологическое действие. Витамины необходимы для нормального функционирования всех органов и систем.

Некоторые организмы, в том числе и человек не способны самостоятельно синтезировать витамины, поэтому должны получать их в готовом виде из внешних источников. Недостаток витаминов или нарушение их ассимиляции приводит к развитию патологических процессов в виде:

1. Гиповитаминозы – болезней, связанных с недостаточным поступлением витаминов с пищей или плохим их усвоением.

2. Авитаминозы – болезни, возникающие при полном отсутствии витаминов, или полном нарушении усвоения какого-либо витамина

3. Гипервитаминозы – болезни, связанные с поступлением в организм чрезвычайно больших количеств витаминов.

Действие витаминов основано на том, что поступая в организм они превращаются в свои активные формы, которые являются ко-ферментами или простетическими группами ферментов. Поэтому при недостатке или отсутствии витаминов нарушается нормальное функционирование организма человека и животных, и жизненно важные процессы приостанавливаются или не протекают совсем. Таким образом, витамины в составе ферментов регулируют обмен веществ живых организмов.

В природе источником витаминов являются главным образом растения и микроорганизмы. Витамин В12, ответственный за кроветворение синтезируется исключительно микроорганизмами. И хотя химический синтез в производстве витаминов занимает ведущее положение, микробиологические методы так же имеют большое практическое значение. Микробиологическим путем получают эргостерин (витамин D) и витамин В12. Микроорганизмы также используются как селективные окислители сорбита в сорбозу, при получении витамина С, а также для производства витаминных концентратов, витамина В2 и каратиноидов.

С помощью микроорганизмов получают биотин, используемый в рационе кур и свиней. В настоящее время на западе в комбикорма для свиней включают биотин, полученный химическим синтезом. Однако, в результате химического зинтеза образуется рацемическая смесь, однако, биологической активностью обладает только D-форма, которая синтезируется микроорганизмами.

В мире существует 40 крупных промышленных производителей витаминов, из них 18 в США, 8 в Японии, 14 в западной Европе. Ведущее место в производстве витаминов занимает Швейцарский концерн, выпускающих от 50 до 70% всех витаминов.

Витамин B12.

Витамин В12 (цианкоболамин или антианемический ветомин) в структуре молекулы содержит трехвалентный атом кобальта. Он является единственным витамином, в состав которого входит металл. Витамин В12 имеет розовую окраску. Недостаток витамина В12 у человека и животных приводит к злокачественной анемии, так как этот витамин участвует в образовании красных кровяных телец крови эритроцитов.

Витамин В12 – единственный, синтез которого осуществляется только микроорганизмами. В организме человека этот витамин накапливается в печени, в которую он поступает с животной пищей или синтезируется микрофлорой кишечника, при условии, что кобальт поступает в организм человека с пищей.

Активно вырабатывается витамин В12 пропионовыми бактериями, а также актиномицетами и метаногенными бактериями. Этот витамин синтезируют и строго анаэробные микроорганизмы (например, некоторые кластридии). Продуценты витамина В12 культивируют в средах, приготовленных на основе пищевого сырья (соевой муки, рыбной муки, мясного и кукурузного экстракта). В последние годы обнаружены микроорганизмы, образующие витамин В12 при утилизации непищевого сырья.

Мировая продукция витамина В12 составляет от 9 до 11 тонн в год. 6,5 тонн потребляется на медицинские цели, остальная часть уходит на животноводство.

Производство витамина В12 основана главным образом на культивировании пропионовокислых бактерий (Россия, Великобритания, Венгрия), мезофильных и термофильных метаногенных бактерий (Россия и Венгрия), а также актиномицетов (Италия).

Для получения витамина В12, пропионовокислые бактерии культивируют периодическим методом в анаэробных условиях в среде, содержащей кукурузный экстракт, глюкозу, соли кобальта и сульфат аммония. Далее, через 72 часа, в среду вносят предшественник (азотистое основание диметилбензимидазол). Ферментацию заканчивают через 72 часа. Витамин сохраняется в клетках бактерий, поэтому после окончания брожения, биомассу сепарируют и экстрагируют из неё витамин водой, подкисленной до pH 4,5-5 при температуре 85-90°С в течение 60 минут с добавлением стабилизатора. Далее раствор многократно очищают.

В Японии витамин В12 получают с использованием иммобилизованных клеток пропионовокислых бактерий, которые в результате мутации выделяют витамин в среду.

Рибофлавин (витамин В2)

Этот витамин является компонентом флавиновых нуклеотидов. В молекулу рибофлавина входит гетероциклическое соединение изоалоксозин, к которому присоединен пятиатомный спирт рибид.

При недостатке витамина наблюдается ухудшение аппетита, снижение веса, выпадение волос. Специфическими для В2-авитаминоза являются воспалительные процессы слизистых оболочек языка, губ, особенно в уголках рта и ухудшение зрения.

Рибофлавин широко распространен в природе. Он содержится почти во всех животных тканях и растениях. Особенно много его в хлебопекарных и пивных дрожжах. Его продуцентами являются также мицелиальные грибы и бактерии. Большинство микроорганизмов образуют свободный рибофлавин и две его ко-ферментные формы ФМН (флавинмононуклеотид) ФАД (флавинадениндинуклеотид).

Значительные количества рибофлавина синтезируют микобактерии, ацетонобутиловые бактерии; из актиномицетов – нокардии, а из плесневых грибов – род аспергиллус. Использование мицелия грибов как препарата флавинов экономично, поскольку мицелий является отходом антибиотической промышленности. Процесс производства рибофлавина в настоящее время нуждается в усовершенствовании по следующим направлениям:

1. Селекция мутантных штаммов

2. Оптимизация состава и удешевление сред

3. Оптимизация условий культивирования продуцента

Среда для культивирования рибофлавина с помощью плесневого гриба содержит свекловичных сахар или дрожжевой экстракт. Культивирование ведут в ферментере до начала лизиса клеток и появления спор. Для получении кормового препарата, культуральную жидкость упаривают под вакуумом, высушивают, дробят до состоянии порошка и расфасовывают.

В медицине применяют витамин В2 в виде витаминных препаратов при лечении дистрофии сетчатки глаз, заболеваниях печени и поджелудочной железы. Добавка витамина В2 в корма обеспечивает нормальный рост животных, высокую яйценоскость кур и выживаемость циплят.

Эргостерин.

Эргостерин – это исходный продукт производство жирорастворимого витамина D2 и кормовых препаратов, обогащенных витамином D2. Это группа соединений обладает антирахитичным действием.

Источником эргостерина являются фитопланктон, бурые и зеленые водоросли, но особенно богаты эргостерином дрожжи и плесневые грибы, которые служат сырьем для его промышленного получения. Наибольшее количество стеринов содержат пекарские и пивные дрожжи.

Для биосинтеза стеринов дрожжами важно, чтобы среда содержала большой избыток углеводов и мало азота. Необходима хорошая аэрация. Установлено, что при действии на дрожжи рентгеновского излучения, содержание эргостерина увеличивается в 2-3 раза. Как правило, облучение проводят ультрафиолетовыми лучами и с большой осторожностью.

Российская промышленность производит выпуск препарата под названием «Кормовые гидролизные дрожжи, обогащенные витамином D2», который используют в животноводстве, как кормовую добавку. Эргостерин является так же исходным продуктом для получения некоторых стероидных гормонов, лечебных и пищевых препаратов. Количество производимого сегодня эргостерина недостаточно для нужд народного хозяйства.

Каротиноиды.

Это наиболее многочисленная и широко распространенна группа природных пигментов. Их образуют высшие растения, водоросли, фототрофные бактерии и ряд хемотрофных бактерий. Кроме того каротиноиды синтезируют некоторые мицелиальные грибы и дрожжи. Каротиноиды присутствуют также в организме некоторых членистоногих, рыб, птиц, млекопитающих, но самостоятельно эти пигменты не образуются, а поступают с пищей и служат источником обогащения витамином А.

Витамин А (ретинол, антиксерофтальмический витамин) участвует в синтезе зрительного пурпура в сетчатке глаза, а при недостатке развивается так называемая куриная слепота.

Каротиноиды находятся у растений и микроорганизмов в следующих формах:

1. В свободной форме

2. Могут образовывать гликозиды (простые эфиры со спиртами)

3. Могут образовывать каротино-белковые комплексы

4. Встречаются в виде эфиров длинноцепочечных жирных кислот

Локализация и функция каротиноидов. У фотосинтезирующих организмов каротиноиды расположены в фотосинтезирующем аппарате. У большинства хемотрофных микроорганизмов каротиноиды ассоциированы с клеточной мембраной, у микрококков они локализованы в клеточной стенке. У грибов сосредоточены в липидных глобулах цитоплазмы.

Функции каротиноидов:

1. Они являются дополнительными светособирающими пигментами

2. Они служат протекторами, защищающими клетки от окисления молекулярным кислородом и даже от вредного действия озона

Синтез каротиноидов зависит от:

1. интенсивности света

2. наличия некоторых органических соединений

3. содержания кислорода

Продуценты и промышленное получение каротиноидов. Каротиноиды получают с помощью химического синтеза и путем выделения из природных источников (растений и микроорганизмов). Традиционными источниками получения каротиноидов служат некоторые растения: морковь, тыква, шиповник, облепиха и другие. Однако, все больше в качестве продуцентов используют мицелиальные грибы, дрожжи, бактерии и водоросли. Например, биомассу пурпурных бактерий, богатую каротиноидами, используют в качестве добавок в рацион кур и это способствует более интенсивному окрашиванию желтка.

Среди хемотрфов для получения каротиноидов используют дрожжи рода торула, рода споридиум, а также актиномицеты, микобактерии, грибы и флавобактерии. В последние годы проводятся исследования, направленные на дальнейшее удешевление стоимости каротиноидов, получаемых микробиологическим путем; ведется поиск дешевого сырья (отходы целлюлозных производств), а также поиск высокопродуктивных культур.

Использование каротиноидов в народном хозяйстве. Каротиноиды широко применяются в сельском хозяйстве, в медицине и пищевой промышленности. В пищевой промышленности их используют как красители, придающие окраску пищевым пастам, кексам, леденцам и другим кондитерским изделиям, а также сливочному маслу и макаронным изделиям. Использование каротиноидов в пищевом рационе кур и молочного скота улучшает товарные качества мяса и положительно влияет на размножение.

Каротин оказывает терапевтический эффект на развитие рака кожи, индуцированного ультрафиолетовым излучением. В настоящее время витамин А и его производные применяют для профилактики и лечения некоторых раковых заболеваний.

Дата добавления: 2014-01-04