Типы взаимоотношений микроорганизмов в биоценозах

Совместное существование двух различных организмов называют симбиозом (от гр. symbisis — совместное проживание).

Распространенной формой взаимоотношений микроорганизмов яв­ляется комменсализм (от лат. сит — с + menza — стол), т. е. сожительство особей разных видов, при котором выгоду из симбиоза извлекает один вид, не причиняя вреда другому. Например, комменсалами являются бактерии — представители нормальной микрофлоры животных и чело­века.

Сосуществование бактерий с вирусами называют вирофорией или вирогенией. В качестве примера можно указать на длительное пребывание умеренного бактериофага в бактериальной клетке без причинения ей вреда. Известно о возможности совместного существования дрожже­вых клеток и вируса оспы, стафилококка и вируса гриппа, кишечной палочки и энтеровирусов.

В мире микробов известны антагонистические отношения, которые заключаются в неблагоприятном воздействии одного вида микроорга­низмов на другой, что приводит к угнетению развития и даже гибели последнего.

Впервые основы учения об антагонизме микроорганизмов заложил И.И. Мечников.

Микробы-антагонисты широко распространены в окружающей сре­де. Хорошо известна антагонистическая активность нормальной мик­рофлоры толстой кишки человека — бифидобактерий, лактобацилл, кишечной палочки и др., которые являются антагонистами гнилостной микрофлоры.

Распространенной формой антагонистических взаимоотношений двух видов микроорганизмов является паразитизм. Паразиты-мик­робы встречаются во многих семействах прокариот и эукариот, а царство Вирусы представлено ими полностью. В качестве примера можно указать на паразита бактерий Bdellovibrio bacteriovorus (бделло-вибрионы). Они мелкие (0,3-0,45 мкм), грамотрицательные, очень подвижные, обладают полярным жгутиком. Эти бактерии атакуют и приводят к гибели других грамотрицательных микроорганизмов. Бделловибрионы прикрепляются к бактериальной клетке, пробурав­ливают ее стенку, проникают в периплазматическое пространство, где интенсивно размножаются. Весь период паразитирования длится около 4 ч, заканчивается лизисом клетки-хозяина с освобождением потомства паразита.

Механизм антагонистических взаимоотношений разнообразен. Одна из форм антагонизма — образование антибиотиков, которые по­давляют развитие микроорганизмов других видов. Некоторые виды бактерий продуцируют бактериоцины — специфические белки, подав­ляющие жизнедеятельность бактерий других штаммов того же вида. Антагонизм может проявляться за счет большей скорости размноже­ния, продукции органических кислот и других веществ, изменяющих рН среды. Бактериоцины участвуют в формировании и поддержании стабильных бактериальных сообществ. Образование бактериоцинов (бактериоциногения) в большей степени выражено у грамотрицатель­ных бактерий. Известно около 200 различных бактериоцинов. Их обыч­но обозначают по родовому или видовому названию бактерий-проду­центов, например колицины {Escherichia coli), пестицины {Yersinia pestis), стафилоцины (вид Staphylococcus) и т. д. Некоторые бактериоци­ны ингибируют синтез белка.

Форма антагонизма, при которой микроорганизм использует другой организм как источник питания, называется паразитизмом. Примером паразитизма может быть взаимоотношение бактериофага и бактерии. Своеобразной формой паразитизма является хищничество. Например, амеба, обитающая в толстой кишке, захватывает и переваривает бакте­рии кишечника.

Паразитизм как форма взаимоотношений наблюдается между мик­робами-паразитами и макроорганизмами (животные, человек). Эти микробы питаются компонентами тканей хозяина, причиняют ему вред, вызывая инфекционную болезнь. Такие микробы называются па­тогенными. Многие патогенные микроорганизмы, попадая в организм животного или человека, не оказывают влияния друг на друга. В этом случае говорят о нейтрализме их взаимоотношений.

Микрофлора почвы

Почва состоит из минеральных и органических веществ. Она заселе­на разнообразными микроорганизмами (амебы, грибы, инфузории, водоросли, актиномицеты, спирохеты, микоплазмы), которые участву­ют в процессах почвообразования, самоочищения, круговорота в при­роде углерода, азота, серы, железа и других элементов. Число бактерий в 1 г почвы может достигать 10 млрд. Поверхностный слой почвы беднее микробами, так как на них губительно действуют ультрафиолетовые лучи, высушивание, повышенная температура и другие факторы. На­ибольшее число микробов содержится в слое почвы толщиной до 10 см, а по мере углубления их количество уменьшается. В верхних слоях поч­вы обитают актиномицеты и аэробы, в нижних — грибы и анаэробы. Состав микрофлоры почвы зависит от ее типа и состояния, состава растительности, температуры, влажности и т. д. На микробиоценоз почвы существенное влияние оказывают ее обработка, внесение удоб­рений, мелиорация, загрязнение отходами производства. Большинство почвенных микробов {Вас. subtilis, С. tetani, С. perfringens, С. botulinum и др.) способны развиваться при нейтральном значении рН, высокой относительной влажности, при температуре от 25 до 35 "С. Наиболее густо всегда заселена околокорневая (ризосферная, от гр. rhiza — ко­рень)) зона растений. В этой зоне преобладает грибная флора. Коли­чество микробов околокорневой зоны в тысячи раз превышает их чис­ло в почве, не занятой растениями. Почва является резервуаром многих патогенных микробов, которые попадают в нее с отходами животно­водства (навоз, моча), боенского производства, трупами животных. Патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, а также вирусы могут не терять своей жизнеспособности, пребывая в почве от нескольких дней до нескольких месяцев. Почва может служить естественным местом обитания возбудителей многих инфекционных болезней: клостридиозов, сибирской язвы, листериоза, туберкулеза, псевдотуберку­леза, лептоспироза, рожи, иерсиниоза, сальмонеллеза, пастереллеза и т. д. Споры возбудителя сибирской язвы, анаэробных инфекций мо­гут выживать в почве десятилетиями, не теряя своих вирулентных свойств.

Кроме бактерий в почве обитают простейшие. Их количество может колебаться от 500 до 500 000 в 1 г почвы. Они питаются бактериями и ор­ганическими останками, вызывая изменения в составе органических веществ почвы. Микробы, находящиеся в почве, попадают в воду и воз­дух.

Обезвреживание почвы, обсемененной патогенными микробами, проводят механической обработкой и посевом растений. Примене­ние химических веществ недопустимо в связи с утратой почвой пло­дородия.

Микрофлора воды

Микрофлора воды отражает микробный пейзаж почвы, так как ос­новная масса микробов попадает в воду из почвы. Микроорганизмы поступают в открытые водоемы (реки, озера, пруды и др.) не только из почвы, но и из воздуха с оседающей пылью, со сточными водами жи­вотноводческих комплексов, ферм, кожевенных предприятий, боен и т. п. Загрязнение воды органическими веществами увеличивает число в ней анаэробных, аэробных бактерий, грибов. Вместе с ливневыми, талыми и сточными водами в водоемы попадают условно-патогенные и патогенные микробы: кишечная палочка, энтерококки, клостридии, лептоспиры, сальмонеллы, эшерихии, возбудители энтеровирусных инфекций и многие другие.

Вода может быть фактором передачи возбудителей многих инфекци­онных болезней. Некоторые патогенные микробы могут даже размно­жаться в воде, например легионеллы, лептоспиры. К типичным водным микроорганизмам, постоянно живущими в воде, относят Azotobakter, Nitrobakter, Micrococcus roseus, Proteus vulgaris и др. Способность воды к самоочищению намного ниже, чем у почвы.

Вода не является благоприятной средой для патогенных бактерий, но многие из них сохраняются в ней довольно длительно, например возбудитель сибирской язвы — годами, сальмонеллы — месяцами, возбудитель бруцеллеза — неделями. У берегов водоемов микробов боль­ше, чем дальше от них, а на дне с помощью бактерий происходят гни­ение, брожение и другие процессы.

Микрофлору водоемов формируют две группы микроорганизмов — аутохтонные (собственно водные) и аллохтонные (попадающие в воду извне).

К аутохтонной микрофлоре относят Micrococcus candicans, Sarcina lutea, Pseudomonasfluorescens, различные виды рода Proteus и др. Аллохтонная микрофлора представляет собой совокупность микробов, слу­чайно попавших в воду и пребывающих в ней непродолжительное время. По загрязненности водоемов в них различают полисапробные (сильного загрязнения — в 1 см³ воды содержится 1 млн и более мик­робов), мезосапробные (умеренного загрязнения — в 1 см³ воды коли­чество бактерий достигает сотни тысяч), олигосапробные (зоны чис­той воды — количество микробов колеблется от 10 до 1000 в 1 м³). Ис­точник воды для поения животных не должен содержать патогенных микробов яиц и личинок гельминтов. Вода артезианских скважин практически не содержит микробов и считается вполне пригодной для удовлетворения самых различных хозяйственно-производственных нужд.

Оценку качества воды производят на основании определения бро­дильного титра, общего микробного числа, коли-титра и коли-индекса.

Бродильный титр — это наименьший объем воды, при посеве кото­рой на глюкозную среду обнаруживают газообразование.

Общее микробное число — количество микроорганизмов, содержа­щихся в 1 см³ воды. Водопроводная вода считается хорошей, если чис­ло микробов в 1 см³ не превышает 100 клеток. Воду колодцев и откры­тых водоемов считают удовлетворительной, если количество микроор­ганизмов не превышает 1 тыс. в 1 см³.

Коли-титром называют наименьший объем воды, в котором обна­руживают хотя бы одну кишечную палочку. Коли-титр выражают в мил­лилитрах (мл) или в граммах (г).

Коли-индексом называют число кишечных палочек, обнаруженных в 1 л воды. Воду считают качественной, если коли-индекс ее не более 3, а коли-титр — 300.

Для обеззараживания воды применяют отстаивание с применением коагулянтов (сернокислый глинозем, сульфат железа и др.), аэрацию, хлорирование, биологическую очистку на полях орошения, воздейс­твие ультрафиолетовыми лучами и другие методы.

Микрофлора воздуха

В воздух микробы попадают из почвы и воды вместе с пылью и ка­пельками влаги, а также из естественных отверстий здоровых животных и человека (слюной, мочой, калом), особенно при различного рода воз­никшей инфекционной патологии. В воздухе обнаруживают кокковидные и палочковидные бактерии, бациллы, клостридии, актиномицеты, грибы и вирусы. По воздуху происходит их распространение на боль­шие расстояния. Большое количество бактерий регистрируют в возду­хе крупных городов, их меньше в сельской местности над полями, ле­сами и совсем мало над горами и морями. Наибольшее количество микробов обнаруживают в воздухе летом, а наименьшее — зимой.

Сильно загрязненным считают воздух животноводческих помеще­ний, в 1 см³ которого может находиться до двух и более миллионов микробных тел, в том числе и патогенных. Воздушным путем переда­ются возбудители гриппа, ящура, туберкулеза, сибирской язвы и др. В легкие животных и человека обычно проникает аэрозоль с частицами размером 0,5-1 мкм, более крупные капли аэрозоля оседают на слизис­той верхних дыхательных путей, которые со слизью выводятся затем во внешнюю среду.

Аэрозоль — это коллоидная система, состоящая из воздуха, капелек жидкости или твердых частиц, включающая различные микроорганиз­мы. Мелкие капельки аэрозоля под названием капельные ядрышки, высыхая, остаются в воздухе во взвешенном состоянии, образуя устой­чивую аэродисперсную систему. Размер аэрозольных частиц варьирует от 10 до 2000 нм.

Необходимо отметить, что воздух — неблагоприятная для микроорга­низмов среда, так как в нем отсутствуют питательные вещества и к тому же солнечные лучи и высушивание вызывают быструю гибель микробов.

Постоянная микрофлора воздуха представлена следующими микро­организмами: Micrococcus roseus, М. flavus, M. candicans, Sarcina flava, S.albus, S.rosea, Bacillus subtilis и др. Временная микрофлора формиру­ется за счет бактерий почвы и воды. Необходимо отметить, что микро­флора воздуха весьма динамична, постоянно меняется и обновляется.

Микробиологическое исследование воздуха проводят седиментационными и аспирационными методами. Самым простым и доступным методом является седиментационный метод Коха. Для определения обсемененности воздуха в закрытых помещениях по методу Коха пос­тупают следующим образом. Чашку Петри со стерильной плотной пи­тательной средой открывают в местах отбора проб воздуха и выдержи­вают в течение 5—30 мин, а затем закрывают и помещают в термостат на 24 ч. По количеству выросших колоний определяют микробную обсемененность, учитывая то, что за 5 мин на поверхность агара пло­щадью 100 см² оседает столько микробов, сколько их содержится в 10 л (1 л = 10~³м³) воздуха. Зная количество колоний и время экспозиции, вычисляют количество микробов, содержащихся в 1 м³ воздуха.

Санитарно-микробиологическую оценку воздуха помещений про­водят на основании общего количества микроорганизмов в 1 м³ возду­ха и наличия в нем санитарно-показательных бактерий: зеленящего и ге­молитического стрептококка, кишечной палочки, золотистого стафи­лококка.

Обеззараживают воздух с помощью газов (фенол, С₅Н₆0₅), аэрозолей (формалин с креолином), ультрафиолетовыми лучами в животновод­ческих помещениях, в лабораториях, в цехах биологической промыш­ленности. Для дезинфекции воздуха применяют лампы низкого давле­ния: БУВ-15, БУВ-30, БУВ-30П и др.