В общем плане реакция организмов на неблагоприятные внешние воздействия подчиняется правилу доза-эффект: чем выше доза, тем сильнее эффект. Для дозы применяется понятие L1/2, или половина летальной дозы, которая соответствует дозе, обуславливающей половину эффекта. Отмирание организмов происходит по экспоненциальному закону, предполагающему гибель постоянной части определенной популяции:
где k - константа, зависящая от качества агента и его интенсивности и, естественно, от свойств популяции, например, вегетативных клеток или спор.
117
Возникновение устойчивости к тяжелым металлам, антибиотикам, дезинфектантам, которые широко применяются на практике, включает генетические изменения, часто обусловленные плазми-дами и составляющие специальный раздел молекулярной генетики.
В природных условиях приходится рассматривать способы подавления микробной деятельности путем стерилизации, дезинфекции, избирательного ингибирования групп организмов или их функций антибиотиками. Под стерилизацией подразумевается полная гибель организмов и отсутствие жизнеспособных клеток. Под дезинфекцией - сильное снижение численности, как правило, под воздействием химических агентов. Различают бактерио-статическое, бактериоцидное, бактериолитическое действие, которое соответственно останавливает рост бактерий, убивает клетки, разрушает их.
Механическая стерилизация фильтрованием пригодна лишь для чистых жидкостей и газов. В большинстве случаев достаточно пользоваться фильтрами с порами размером 0,45 мкм, но для мелких форм приходится применять фильтр с размером пор 0,2 мкм, который требует значительно больших усилий при фильтровании. Особые предосторожности следует принимать, работая с "ультрамикробами", для которых эти размеры критичны. Фильтрование удобно для отделения эукариот, которые обычно имеют размеры около 10 мкм, и этим способом можно разделить микроорганизмы на размерные группы. В природе фильтрование происходит при движении воды через пористые среды, например, через песок, как это применяется при подготовке питьевой воды. Движение воды через пористые среды служит важным фактором в гидрогеологии. Механическое разрушение части клеток вызывается резким перепадом гидростатического давления, которое достигается разными способами, в том числе кавитацией при обработке ультразвуком.
Термическая стерилизация служит наиболее распространенным способом стерилизации. Обычно применяется нагревание выше 120 °С, приводящее к денатурации белков или разрушению других компонентов среды, например, к карамелизации Сахаров. При работе с гипертермофилами и некоторыми споровыми организмами полная стерилизация при этих условиях может быть не
118
достигнута. Тем не менее это универсальный метод стерилизации, от которого приходится отказываться только в некоторых специальных ситуациях.
К физическим методам стерилизации относится и облучение ультрафиолетом в области поглощения нуклеиновых кислот 250-280 нм, достигаемой кварцевыми "бактерицидными" лампами. От этого воздействия бактерии защищает даже небольшая тень, в которой их достигают лишь фотохимически образуемые окислители. Для защиты от радиации у бактерий выработаны антиокислительные механизмы, например, каротиноиды, а также система генетической репарации поврежденных участков ДНК. Такими механизмами особенно славится Deinococcus radiodurans, а также ряд термофильных эу- и архебактерий.
Химическая дезинфекция связана с применением сильных окисляющих агентов, таких как: хлор, озон, 3%-ная перекись .водорода. С SH-группами реагируют соединения, содержащие ртуть. Йод служит окислителем, а также образует соединение с тирозином и в виде слабого раствора в KI (раствор Люголя) подавляет развитие бактерий. 70%-ный спирт денатурирует белки и растворяет некоторые липиды. Фенолы денатурируют белки. Газообразная окись этилена служит алкилирующим агентом и применяется для стерилизации пластмасс. Применение химических агентов требует внимательного анализа условий, необходимо учитывать взаимодействие химического агента с компонентами среды, например бессмысленно применять окислительные агенты для богатых органическими веществами или восстановителями жидкостей, или же сулему в сероводородной среде.
Ингибирование антибиотиками и химиотерапевтическими агентами обусловлено тем, что они имеют в клетках определенную мишень, например пенициллины - синтез клеточной стенки; хлорамфеникол, стрептомицин, тетрациклин, эритромицин действуют на синтез белка на бактериальных рибосомах, а циклогексимид - на эукариотных; синтез ДНК ингибирует налидиксовая кислота. В настоящее время получены очень детальные сведения о действии таких агентов, что позволяет использовать их как для ингибиторного анализа функций клеток, так и избирательного подавления групп организмов.
119
В природе антибиотики служат естественным средством межвидовой борьбы у бактерий; обычным методом их распознавания служит появление зоны ингибирования роста тест-организма вокруг колонии на чашке. Такое же подавление может быть вызвано конкуренцией за субстрат, образованием токсичного продукта обмена, как, например, кислоты, действием хищников, фагов. Чтобы различить эти явления, пользуются фильтратом культу-ральной жидкости. Очевидно, что антибиотики представляют очень специфические по воздействию агенты, которые не должны действовать на организм-продуцент.
120
