Бактерии и биосфера. Микроорганизмы в их естественных средах обитания. Микробоценозы воды, почвы, воздуха.
Микробиота мочеполовой системы
Кишечник
Ротовая полость Желудок
Микробиота желудочно-кишечного тракта
Микробиота глаз. Микробиота уха.
| Corynebacterium | Corynebacterium | Candida albicans (грибы) |
| Staphylococcus | Staphylococcus | Aspergillus (грибы) |
| Neisseria | Micrococcus | |
| Micrococcus | Pseudomonas (редко) |
Микробиота носа. Микробиота носоглотки. Микробиота миндалин:
| Micrococcus | Streptococcus | Streptococcus |
| Staphylococcus epidermis | Bacteroides | Staphylococcus |
| Neisseria | Neisseria | Corynebacterium |
| Streptococcus | Иногда встречаются: | |
| Факультативные обитатели: | Proteus | |
| Klebsiella pneumonia | Klebsiella | |
| Staphylococcus aureus | Pseudomonas aeriginosa | |
| Haemopillus influenza | Fusobacterium | |
| Candida sp. | Spirillum | |
| Vibrio |
| Lactobacillus | Candida sp. | Streptococcus |
| Streptococcus | Факультативные обитатели: | Lactobacillus |
| Neisseria | Escherichia | Helycobacter pulori (иногда) |
| Staphylococcus | Klebsiella | |
| Weillonella | Proteus | |
| Corynebacterium | Pseudomonas aeriginosa | |
| Bacteroides | Bacillus | |
| Treponema | Clostridium |
| Streptococcus (S. feacalis) | Bacteroides | Anaerobiospirillum |
| Lactobacillus | Eubacterium | Metanobrevibacter |
| Сем. Enterobacteriaceae | Clostridium | |
| Bifidobacterium | Butyrivibrio | |
| Streptococcus | Грибы: | |
| Staphylococcus | Candida | Geotrichum |
| Turulopsis |
Роль нормальной микрофлоры человека: 1) могут вызывать инфекции (аутоинфекции); 2) конкурируют с патогенными бактериями, попадающими в организм человека; 3) стимулируют иммунную систему человека; 4) обеспечивает организм человека витаминами группы В, витамином К.
Стойкие нарушения качественные и количественные нормальной микрофлоры – дисбактериоз.
Вода природных водоемов содержит большое количество типично водных микроорганизмов (автохтонная микробиота), а также попадающих в нее с осадками, сточными водами и другими загрязнениями аллохтонных микроорганизмов. Количество и видовой состав микробоценоза воды в значительной степени зависят от условий среды (наличие питательных веществ, температура, аэрация, окислительно-восстановительные условия, рН и др.). Основным путем микробного загрязнения водоемов является попадание неочищенных бытовых и промышленных сточных вод. Микробоценоз сточных вод может содержать обитателей кишечника человека и животных, включая представителей нормальной и условно-патогенной микробиоты. Патогенные бактерии слабо приспособлены к существованию в воде, где на них оказывают неблагоприятное воздействие солнечный свет и различные другие факторы, включая конкурентных водных автохтонных микроорганизмов, тем не менее, многие из патогенов могут сохраняться в природных водах достаточно долго.
Микробиологические методы исследования воды сводятся к определению общего количества микроорганизмов в 1 мл воды (микробное число) и выявлению патогенных микроорганизмов (сальмонелл, холерных вибрионов, лептоспир, шигелл и энтеровирусов). Последний анализ производится по эпидемическим показаниям. Кроме того, поскольку прямое выделение патогенных бактерий из воды требует специальных исследований, существуют косвенные методы, позволяющие дать количественную оценку степени фекального загрязнения воды (выявление БГКП) – определение коли-титра и коли-индекса воды.
Коли-титр – минимальное количество воды (мл), в котором обнаруживаются БГКП. Коли-индекс – количество БГКП, содержащихся в 1 л исследуемой воды (по международному и европейскому стандарту - в 100 мл).
Исследованию подлежит вода централизованного водоснабжения, колодцев, открытых водоемов, плавательных бассейнов, сточных жидкостей.
Воздух является неблагоприятной средой для развития и размножения микроорганизмов из-за недостатка в нем питательных веществ, капельно-жидкой воды, губительного действия ультрафиолетовых лучей, резких колебаний температуры и т.п. Микробиота воздуха формируется в основном за счет почвенных микроорганизмов, которые вместе с пылью поднимаются в воздух. Обычно из проб воздуха выделяют представителей рода Micrococcus, Bacillus subtilis, Bacillus cereus var. mycoides, B. mesentericus, различные виды Actinomyces, Penicillium, Aspergillus, Mucor и др. Попадают микроорганизмы в воздух также с растений и животных, с атмосферными осадками, особенно с туманом. Численность бактерий в 1 м3 воздуха может колебаться от нескольких клеток до десятков и даже сотен тысяч.
Микроорганизмы в воздухе распространены неравномерно. Их больше в центре крупных городов, меньше на окраинах, над лесами, полями, озерами, морями, высоко в горах. Кроме того, микробиота воздуха существенно меняется в зависимости от времени года, климатических условий и многих других факторов. Наименьшее количество микроорганизмов содержится в воздухе зимой, наибольшее – летом из-за большого количества пыли. К особенностям микробиоты воздуха можно отнести: 1) большое количество спорообразующих форм; 2) наличие пигментированных бактерий (пигменты каротиноиды – защита от ультрафиолетового излучения); 3) могут находиться патогенные микроорганизмы (например, возбудители туберкулеза, сибирской язвы, стафилококки, стрептококки и т.п.); 4) микроорганизмы, в том числе патогенные, по воздуху могут переноситься на большие расстояния.
Атмосферный воздух и воздух закрытых помещений значительно различаются по количественному и качественному составу микроорганизмов. Бактериальная обсемененность жилых помещений выше плотности бактерий в атмосферном воздухе. Кроме того, в воздухе жилых помещений больше и патогенных видов, попадающих в воздух от больных людей и животных (капельным путем в составе аэрозоля, образующегося при разговоре, кашле, чихании, со слущивающимся эпителием кожных и шерстяных покровов, с пылью загрязненного постельного белья и пр.). В отличие от открытых мест, воздух помещений всегда содержит бактерий больше зимой, чем летом. Особенно много микроорганизмов в помещениях с плохой вентиляцией и освещением.
При оценке санитарного состояния закрытых помещений в зависимости от задач исследования определяют общее микробное число, наличие санитарно-показательных микроорганизмов (стафилококков, гемолитических стрептококков, являющихся показателями контаминации воздуха микробиотой носоглотки человека).
Для снижения количества болезнетворных бактерий в помещениях необходимо проводить влажную уборку, обеспечивать хорошую вентиляцию (проветривание). Для дезинфекции воздуха помещений применяют ультрафиолетовые лампы, распыление химических веществ (например, пропиленгликоля, триэтиленгликоля).
Специфика почвы как среды обитания микроорганизмов состоит в том, что это трехфазная система с очень развитой твердой поверхностью, которая соседствует с жидкой и газовой фазами. Твердые частицы и агрегаты делят почву на многочисленные частично или полностью изолированные микрозоны, в которых создаются резко отличающиеся, а часто противоположные условия. Клетки прокариот имеют микроскопические размеры, и средой их обитания является микросреда. Сотни и тысячи таких микросред сосредоточены в каждом грамме почвы. Итак, почва – это комплекс одновременно существующих, но совершенно различных микросред. Они меняются не только в пространстве, но и во времени. В каждой почвенной микрозоне оказываются микроорганизмы, способные использовать любой органический субстрат, причем в различных условиях, которые возникают в микрозоне (рН, окислительно-восстановительные условия, температура, активность воды и пр.). Это достигается благодаря наличию в почве колоссального запаса разнообразных микроорганизмов – микробного пула. Почвы обладают по сравнению с другими природными средами самым богатым микробным генофондом. В каждый момент времени большая часть микроорганизмов находится в неактивном состоянии. Основными зонами микробной активности являются растительные, животные и микробные остатки, ризосфера и кишечный тракт почвенных животных.
Функции микроорганизмов как живого вещества в биосфере:
1) Энергетическая. Заключается в поглощении и трансформации энергии.
- бактерии аккумулируют солнечную энергию в процессах аноксигенного фотосинтеза (пурпурные и зеленые бактерии) и оксигенного фотосинтеза (цианобактерии);
- бактерии осуществляют трансформацию энергии при окислении органических и неорганических веществ.
2) Концентрационная – избирательное накопление в клетках биогенных элементов (C, N, O, H, S, Na, K, Mg, Ca, P, Cl, Fe), в других случаях – неспецифических элементов (тяжелые металлы, уран, радий и др.).
3) Деструктивная, заключается в разложении органического вещества до неорганических соединений и передача последних в круговороты биогенных элементов. Гетеротрофные микроорганизмы в экосистеме играют роль редуцентов, именно деятельность микроорганизмов обеспечивает замкнутость круговоротов основных биогенных элементов в биосфере.
4) Средообразующая. Заключается в преобразовании физико-химических параметров среды. Особенно ярко выражена при первичной сукцессии и связана с заселением микроорганизмами ранее незаселенных субстратов (вулканическая лава, отвалы земли, песок и т.п.).
5) Транспортная. Незначительно выражена у бактерий. Косвенно проявляется через образование летучих и других подвижных продуктов. Бактерии могут образовывать N2 (денитрификация), сероводород (сульфатредукция, 90 % образуемого на Земле сероводорода – за счет деятельности бактерий), метан (метанобразующие бактерии), Н2 (маслянокислые, молочнокислые бактерии).