Психрофільні мікроорганізми та їх використання (стр. 1 из 5)
Реферат на тему:
«Психрофільні мікроорганізми та їх використання»
Вступ
В даному рефераті мова піде про психрофільні мікроорганізми, що широко представлені в тваринному світі. До них належать представники про – та еукаріотів, а також багато видів грибів, дріжджів та навіть комах і хребетних. В останні роки вплив даних мікроорганізмів широко вивчається оскільки область їх застосування досить різноманітна, від харчової промисловості до генної інженерії. Дослідженням даного питання займаються по всьому світу: в Індії, Росії, Японії, США, Канаді, Норвегії, Україні та інших країнах. Це пов’язано не тільки з науковою цікавістю, а насамперед, через можливість використання психрофільних організмів в умовах холодного, та помірного клімату, де температура опускається нижче 0 °С. Останні дослідження у галузі генетики виявили амінокислотні послідовності білків, що знаходяться і являються структурною складовою психрофілів та їх ферментів, що дозволяє проаналізувавши дану інформацію, виявити які конкретні гени відповідають за стійкість до досить низьких температур. Це в свою чергу призводить до використання таких особливостей в багатьох різних сферах, зокрема і в сільському господарстві, яке кожний рік зазнає втрат через морози. Також можливе використання можуть набути антибіотики виділені з психрофілів, так як вони ще не використовувались людьми, оскільки патогенні мікроорганізми не мали можливості пристосуватися оскільки вони раніше не були відомі, і виділяли їх вкрай рідкі види що зустрічаються тільки в Антарктиці.
Не дивлячись на важливість психрофільних організмів, вони вивчені вкрай недостатньо, оскільки сповільнене зростання робить їх незручними лабораторними об'єктами. Саме тому у даній роботі я намагатимусь дати уявлення про те якими особливостями вони володіють, і як ці особливості впливають на їх подальше застосування у сферах науки та техніки.
1. Основні чинники довкілля, що впливають на мікроорганізми. Вплив гідростатичного тиску
Вплив довкілля на живі організми включає ряд чинників, які обумовлюють фенотипічні особливості кожного виду і мікроорганізмів зокрема. До таких чинників відносяться:
· Гідростатичний тиск
· Сонячна активність
· Значення рН
· Кількість кисню
· Температура
1.1 Вплив гідростатичного тиску
Бактерії відносно мало чутливі до зміни гідростатичного тиску. Підвищення тиску до деякої межі не позначається на швидкості росту звичайних наземних бактерій, але врешті-решт починає перешкоджати нормальному зростанню і діленню. Життєдіяльність деяких бактерій пригнічується вже при 100 атм, але підвищення тиску до 200 атм навіть стимулює зростання бактерій таких як Е. coli. Слід зазначити, що різні процеси клітинного метаболізму різною мірою чутливі до підвищення тиску. Проте при тиску в 400 атм Е.coli починає утворювати нитчасті клітини, зростання яких сповільнене. При тиску в 1000 атм за 48 ч гинуло 90% клітин, а через 5 – 7 діб спостерігали їх повну загибель.
Барофільні бактерії розвиваються краще при тиску вищому, ніж тиск на земній поверхні, причому оптимальні значення тиску для різних штамів неоднакові. Зниження тиску наводить до уповільнення зростання таких штамів і порушення процесів ділення. При цьому утворюються ниткоподібні клітини.
Баротолерантні та барофільні бактерії зазвичай психрофільні, оскільки температура в глибинах океану низька. Підвищення тиску, так само як пониження температури, знижує текучість ліпідного біошару мембран. У глибоководних бактерій збереження оптимальної текучості мембран забезпечується своєрідним жирнокислотним складом їх ліпідів. Ці ліпіди характеризуються значним вмістом (до 20%) довголанцюгових поліненасичених жирних кислот, причому при підвищенні тиску вміст цих кислот зростає.
Поліенові кислоти мають відносно низьку температуру плавлення і відповідно не замерзають при значному підвищенні тиску. У складі мембран більшості вивчених бактерій подібні жирні кислоти не зустрічаються. При тиску, який значно нижче атмосферного, життєздатність бактерій зазвичай не порушується, проте при падінні тиску неминуче зменшується вміст в середовищі О2, Н2, С02 і інших газоподібних речовин, що може значно впливати на зростання бактерій.
В умовах глибокого вакууму субстрат висихає і життя неможливе[1].
1.2 Вплив сонячної активності і освітлення
Істотним чинником, що впливає на фізичні умови проживання організмів на Землі, є сонячна активність. Її зміна впливає на інтенсивність електромагнітного випромінювання Сонця. Короткохвильове випромінювання майже повністю поглинається у верхніх шарах атмосфери, впливаючи на стан іоносфери Землі і на фонові електромагнітні поля на поверхні Землі. Встановлений непрямий вплив сонячної активності на взаємодію патогенних мікроорганізмів з їх господарями. Наприклад, прослідивши зв'язок між проходженням сонячних плям через центральний меридіан Сонця, посиленням південно-західних вітрів і частотою виявлення збудника чуми в Ілі-Карательському межиріччі виявлено, що викликані змінами сонячної активності північно-західні вітри приносять значне пониження температури повітря; це, у свою чергу, призводить до посилення процесів обміну речовин в організмі звірів і підвищує їх сприйнятливість до збудника чуми, поширеність якого відповідно збільшується. [1]
Сонце впливає не лише побічно, змінюючи клімат, але і прямо. Під дією потоків заряджених часток, що викидаються з Сонця під час сонячних бурь, змінюється магнітне поле Землі. Його зміна впливає безпосередньо на клітини рослин. Проникність клітинних мембран збільшується, а ефективність змінних процесів із зовнішнім середовищем зростає. Значить, в цей час є можливість інтенсивніше «забирати» потрібні живильні речовини. Залежно від сонячної активності змінюється і чисельність різних мікроорганізмів, таких як амоніфікуючі і нітрифікуючі бактерії. Інакше кажучи, сонячна активність сама «здобрює» грунт. [2]
1.3 Вплив значення рН
Кислотність середовища є важливим чинником, що визначає існування в ній прокаріотів. Концентрація іонів водню в довкіллі діє на організм безпосередньо або побічно, через вплив на іонний стан і доступність багатьох іонів і метаболітів. Так, наприклад, при низьких значеннях рН знижується розчинність вуглекислоти – джерела вуглецю для автотрофних прокаріот, а розчинність таких катіонів, як Cu2+, Mo2+, Mg2+, Ar+, зростає і досягає токсичних рівнів. Навпаки, при високих значеннях рН розчинність багатьох катіонів, необхідних клітині (Fe2+, Са2+, Mg2+, Mn2+), різко знижується, і вони стають недоступними для організму. Від значення рН залежить стан речовин в довкіллі. Багато органічних кислот в кислому середовищі знаходяться в недисоційованій формі і легко проникають в клітини, стаючи токсичними для неї.
Граничні розміри значень рН, оптимальні для зростання різних представників прокаріот, знаходяться в межах від 1 до 11. Залежно від відношення до кислотності середовища прокаріоти можуть бути розділені на декілька груп. Для зростання переважної більшості прокаріот оптимальним є середовище, близьке до нейтральної. Такі організми називають нейтрофілами. Проте зростання багатьох нейтрофілів можливе в середовищах, значення рН яких лежить в діапазоні від 4 до 9. Типовими нейтрофілами є штами Е.coli, Стsubtilis, Streptococcus faecalis. Багато нейтрофілів здатні зростати або виживати при значеннях рН, що лежать за межами вказаного діапазону. Такі прокаріоти вважаються кислото – або лужно-толерантними. До кислототривких відносяться багато бактерій, що продукують органічні кислоти, наприклад оцтовокислі, молочнокислі та ін. Лужнотолерантні, тобто стійкі до значень рН близьким до 9–10, багато з ентеробактерій.
У деяких видів бактерій адаптація до певних значень рН середовища призвела до того, що оптимальним рН для зростання перемістився в кислу (рН 4 і нижче) або лужну (рН від 9 і вище) області. Такі прокаріоти названі ацидо – або алкалофільними (кислото – або луго любивими) відповідно.
Здібність до зростання при низьких або високих значеннях рН забезпечує організму певні переваги, оскільки в цих умовах мала конкуренція з боку більшості інших організмів. Проте деякі бактерії – облігатні форми – не просто переносять високі концентрації Н+ або ОН-, але і потребують цих іонів для зростання і стабільності[1].
1.4 Вплив кількості кисню
Кисень широко поширений в природі, знаходячись як в зв'язаному, так і вільному стані. У першому випадку він входить до складу молекул води, органічних і неорганічних сполук. У другому – присутній в атмосфері у вигляді молекулярного кисню (О2), об'ємна доля якого складає 21%.
Кисень є обов'язковим хімічним компонентом будь-якої клітини. Переважна більшість організмів задовольняють свої потреби в цьому елементі, використовує обидві форми кисню. При вирощуванні Pseudomonas у присутності 18О2 і 18Н2О джерелом приблизно 10% кисню, що входить до складу клітинного матеріалу, служив газоподібний кисень, 50–60% клітинного кисню походило з води. Останній кисень в клітини поставляли органічні і неорганічні компоненти живильного середовища (глюкоза, фосфати, нітрати, сульфати і ін.).
Серед прокаріотів існують значні відмінності у відношенні до молекулярного кисню. За цією ознакою вони можуть бути розділені на декілька груп (рис. 1).
Рис. 1. Класифікація за споживанням кисню
Прокаріоти, для зростання яких О2 необхідний, називають облігатними аеробами. До них відносяться більшість прокаріотних організмів. Серед облігатних аеробів виявлені істотні відмінності у відношенні до рівня молекулярного кисню в середовищі. Деякі представники цієї групи не здатні до зростання при концентрації О2, рівній атмосферній, але можуть зростати, якщо вміст О2 в довкіллі буде значно нижчий (приблизно 2%). Такі облігатні й аеробні прокаріоти отримали назву мікроаерофілів.