Wpływ czynników chemicznych i fizycznych na drobnoustroje - Notatki - Mikrobiologia, Notatki'z Mikrobiologia. University of Bialystok
Jakub90
Jakub9026 March 2013

Wpływ czynników chemicznych i fizycznych na drobnoustroje - Notatki - Mikrobiologia, Notatki'z Mikrobiologia. University of Bialystok

PDF (266.5 KB)
13 strona
4Liczba pobrań
1000+Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach wyeksponowane zostają stwierdzenia z zakresu mikrobiologii: wpływ czynników chemicznych i fizycznych na drobnoustroje.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 13
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

WPŁYW CZYNNIKÓW CHEMICZNYCH I FIZYCZNYCH

NA DROBNOUSTROJE

Drobnoustroje, mikroorganizmy, sztuczna grupa nie mająca formalnego charakteru systematycznego, obejmująca drobne, zwykle jednokomórkowe organizmy widoczne pod mikroskopem. Należą do nich bakterie, pierwotniaki, wirusy, liczne glony, niektóre grzyby. Wiele drobnoustrojów pasożytuje w innych organizmach, w tym u człowieka, wywołując choroby zakaźne. Drobnoustroje chorobotwórcze nazywamy zarazkami. Liczne drobnoustroje są niezbędnymi symbiontami organizmów wyższych (np. mikroflora jelitowa i symbiotyczne orzęski pomagają zwierzętom trawić błonnik roślinny). Drobnoustroje są też zasadniczą grupą reducentów w ekosystemach.

Obecnie mikroorganizmy dzieli się na prokariotyczne bakterie (Eubacteria), cyjanobakterie (sinice, Cyanobacteria) i archebakterie (Archaea), oraz eukariotyczne protisty (Protista lub Protoctista), obejmujące dawne pierwotniaki i jednokomórkowe rośliny, niekiedy także najprostsze grzyby. Na pograniczu świata ożywionego umieszcza się Microtatobiotes podzielone na 2 rzędy: riketsje (Rickettsiales) i wirusy (Virales). Nie są zdolne do samodzielnego prowadzenia procesów przemiany materii i wskutek tego mogą się rozmnażać tylko w ścisłym związku z komórkami ustrojów wyższych, wykorzystując ich metabolizm. Są więc ścisłymi pasożytami.

W odpowiednich warunkach mikroorganizmy rozwijają się bardzo dobrze , w niekorzystnych ich rozwój może być zahamowany lub mogą zginąć.

Do czynników decydujących o ich rozwoju zalicza się:

- obecność lub brak wody

- temperaturę

- promieniowanie

- odczyn środowiska (PH)

- ciśnienie

WODA

Bakterie często dobrze znoszą wysuszenie. Usunięcie wody, jako niezbędnego składnika komórki, wstrzymuje metabolizm. W istocie jednak w normalnej temperaturze usunięcie wody nigdy nie jest zupełne. Zachowana zostaje woda związana i hydratacyjna, a zwykle również pewne niewielkie ilości wody wolnej. W rezultacie i zahamowanie metabolizmu nie jest zupełne. Z czasem dochodzi więc do rozregulowania funkcji i rozpadu pewnych struktur oraz śmierci bakterii. Niektóre bakterie, np. krętki, zarazki rzeżączki, pałeczki grypowe i wiele innych form pasożytniczych, są tak wrażliwe, że wysuszenie zwykle je zabija. Większą zdolność przeżywania wykazują nawet i takie wrażliwe bakterie, jeśli wysuszyć je w stanie zamrożenia.

TEMPERATURA

Od temperatury zależna jest szybkość reakcji chemicznych (a więc metabolizmu), a jednocześnie stan fizykochemiczny wielkocząsteczek białkowych i nukleinowych (a więc struktura). Szybkość większości reakcji chemicznych wzrasta dwa do trzech razy przy podniesieniu temperatury o 10°C, oczywiście przy obniżeniu temperatury o 10°C odpowiednio spada dwa do trzech razy. Reakcje zachodzące w organizmie żywym są prawie wyłącznie reakcjami katalizowanymi przez białkowe enzymy, a przebiegającymi w środowisku wody i często przy jej udziale, dlatego też obniżenie temperatury do około 0°C, zmieniając strukturę wody, dodatkowo zwalnia i utrudnia reakcje. Dalszy spadek ciepłoty poniżej 0°, uniemożliwia większość reakcji metabolicznych. Podobnie, podwyższanie temperatury powyżej granicy, przy której naruszana jest struktura białek enzymatycznych (np. ich częściowa lub nieodwracalna denaturacja), nie tylko nie przynosi przyspieszenia reakcji metabolicznych, ale odwrotnie — ich zahamowanie.

Działalność życiowa organizmów, a więc i bakterii, zachodzić zatem może w pewnych określonych granicach, nieco różnych dla różnych gatunków. Zależność szybkości większości procesów biologicznych od wysokości temperatury można scharakteryzować trzema głównymi punktami (ryc. 1). Odpowiadające tym punktom temperatury zostały określone jako minimalne, optymalne i maksymalne. Poniżej temperatury minimalnej wzrost bakterii ulega zupełnemu zahamowaniu. Znacznemu zwolnieniu lub zupełnemu zahamowaniu ulegają inne procesy metaboliczne. Przy temperaturze optymalnej drobnoustroje rozmnażają się najszybciej. Należy pamiętać, że temperatura optymalna dla wzrostu

bakterii często nie pokrywa się z optymalną ciepłotą przebiegu różnych procesów metabolicznych, np. fermentacji, proteolizy lub wytwarzania toksyn. Również temperatura optymalna dla wytwarzania pigmentu, rzęsek czy endospor u wielu gatunków bakterii nie jest identyczna z optymalną temperaturą rozmnażania. Powyżej temperatury maksymalnej bakterie przestają rosnąć i rozmnażać się. Zahamowaniu lub znacznemu zwolnieniu ulega aktywność enzymów. Te trzy temperatury są uzależnione w znacznej mierze od innych warunków środowiskowych, a przede wszystkim od samych bakterii, które różnią się wrażliwością na zmiany w ciepłocie.

Ryc. 1. Temperatury kardynalne bakterii psychro, mezo- i termofilnych. Ma — temperatura maksymalna, powyżej której bakterie nie rosną i zamierają, Mi — temperatura minimalna, poniżej której bakterie są nieaktywne i nie rosną, O — temperatura optymalna, w jakiej aktywność bakterii jest największa

Ze względu na różnice w optimum, minimum i maksimum wzrostu, bakterie

dzieli się zwykle na trzy grupy: a) bakterie psychrofilne — zimnolubne

b) bakterie mezofilne — rosnące w średnich temperaturach

c) bakterie termofilne — ciepłolubne.

Bakterie psychrofilne. Do tej grupy zalicza się bakterie żyjące w zimnych

źródłach, głębokich jeziorach i w morzach. Optimum wzrostu dla tych mikroorganizmów przypada poniżej 20°C. Minimalna temperatura zwykle zbliża się do temperatury zamarzania środowiska. Zamarzanie mechanicznie hamuje rozwój bakterii. Temperatura maksymalna waha się od 25 do 30°C. Należy jednak pamiętać, że wiele bakterii psychrofilnych (np. form morskich) w warunkach laboratoryjnych zachowuje się jak typowe mezofile. Ostatnio czynione są próby wyodrębnienia jako psychrofili tylko tych bakterii, których rozwój jest możliwy poniżej 10°C, a hamowany jest już przy temperaturze około 20°C. Badania nad tym zagadnieniem mają nie tylko wartość teoretyczną, ale również wielkie znaczenie dla chłodnictwa i przechowywania żywności.

Bakterie mezofilne. Do grupy bakterii mezofilnych zalicza się drobnoustroje

pasożytnicze i znaczną większość saprofitów. Optimum wzrostu waha się, w zależności od gatunku bakterii, od 20 do 40 °C. Optimum temperatury wzrostu większości bakterii chorobotwórczych dla człowieka i zwierząt ciepłokrwistych zbliżone jest do temperatury organizmu, tj. około 37°C. Minimalna ciepłota wzrostu mezofilów zwykle waha się od 10 do 25°C, a maksymalna — od 40 do 45 °C. Bakterie pasożytnicze, specjalnie zaś pasożyty bezwzględne, często są wrażliwe na nawet stosunkowo małe wahania temperatury. Przykładem mogą być krętki blade (zarazki kiły) lub gonokoki (zarazki rzeżączki).

Bakterie termofilne. Bakterie termofilne są szeroko rozpowszechnione w

przyrodzie. Żyją one w gorących źródłach, w nawozie, glebie, fermentujących resztkach roślinnych (np. w tytoniu, sianie), w jelitach niektórych zwierząt. Optimum wzrostu waha się od 45 do 60°C, minimum od 25 do 45°C, a maksimum od 70 do 80°C. Najwyższa temperatura, w której żyją formy wegetatywne bakterii, wynosi 98 °C (gorące źródła Islandii). Termo-file dzielą niektórzy badacze na dwie podgrupy: stenotermofile (rosnące tylko przy tem- peraturze 60°C i więcej stopni) i euritermofile (rosnące zarówno w 60, jak i w 30°C).

Inni proponują podział termofili na bezwzględne (o optimum wzrostu przy 65 — 70°C, nie rosnące poniżej 40 — 42 °C), względne (rosnące przy 30°C, o maksymalnej temperaturze wzrostu 50 — 65°C) oraz termo tolerancyjne (dobrze rosnące w 30°C, ale znoszące temperatury 45 — 50°C). Większość bakterii termofilnych tworzy przetrwalniki. Należą tu na przykład Bacillus coagulans, B. stearothermophilus, Clostridium thermosaccharo-lyticum i Desulfomotomaculum nigricans. Znamy jednak też nieprzetrwalnikujące termo- file, np. Lactobacillus thermophilus, o optimum wzrostu przy 50 — 61 °C, a rosnący jeszcze przy 65°C.

Warto podkreślić, że wśród bakterii znajdujemy organizmy zdolne do

wzrostu przy bardzo wysokiej temperaturze (ponad 90°C). Termofilne sinice, jak wiadomo, nie rosną w temperaturze ponad 73 — 75°C, a grzyby i glony ponad 56 — 60°C.

PROMIENIOWANIE

Wpływ promieniowania na przykładzie promieni UV

Osobliwe jest też zachowanie się bakterii w stosunku do różnych rodzajów promieniowania. Bakterie oraz inne drobnoustroje (np. pełzaki) odznaczają się mniejszą wrażliwością na promienie ultrafioletowe i jonizujące niż wyższe Eukaryota. Należy jednak pamiętać, że i wśród bakterii napotykamy na wielkie zróżnicowanie pod tym względem, np. dla jednego z mutantów Escherichia coli śmiertelne jest już naświetlenie promieniami ultrafioletowymi o energii l erg/mm2, a wyjątkowo oporna bakteria, Micrococcus radio-durans, ginie dopiero przy 7•10-4 J/mm2. Ta sama bakteria jest zabijana dopiero przy napromieniowaniu 750 krad promieni jonizujących, podczas gdy Psudomonas ginie już przy 2 krad. Tworzenie dimerów tyminy oraz tyminy i cytozyny nie jest jednak jedynym szkodliwym skutkiem naświetlania bakterii promieniami ultrafioletowymi. W jednoniciowym DNA oraz w RNA dochodzi też do hydratacji cytozyny i uracylu. Uwodnieniu podlega podwójne wiązanie miedzy węglami 6 i 5. Uszkodzenia tego typu usuwane są spontanicznie. Po 48 minutach w 25°C połowa hydratów cytozyny przemienia się w cytozyne. Promienie ultrafioletowe nie powodują pękania nici DNA, natomiast wysokie dawki (tysiące ergów na milimetr kwadratowy) prowadzą do powstania wiązań (krzyżowych połączeń, cross-links) między dwiema nićmi DNA. Przy naświetlaniu promieniami o nieco dłuższej fali (280 nm), pochłanianymi głównie przez białka, dochodzi do tworzenia powiązań pomiędzy tymi ostatnimi a DNA. Śmiertelność M.radioduram pod wpływem promieni o tej długości fali jest pewno powodowana przez tego typu zmiany. Również w niskich temperaturach ( -79°C), kiedy mogą być tworzone jedynie nieliczne dimery tyminy, główna rola przypada połączeniu między białkiem i DNA.

Prawdopodobnie duże znaczenie ma też pośrednie oddziaływanie promieni ultrafioletowych poprzez środowisko. Pod ich wpływem powstają również w podłożu duże zmiany, w wyniku których pojawiają się wolne rodniki (np. [OH] itd.) oraz związki niestałe o charakterze nadtlenków. Związki te działają utleniająco na inne składniki zawarte w środowisku, a ponadto i przede wszystkim, podobnie jak wszelkie substancje utleniające, wywierają wpływ toksyczny na komórki. Dlatego też pożywka, naświetlona w warunkach tlenowych promieniami ultrafioletowymi, staje się nieprzydatna dla hodowli bakterii. Nagromadzone w czasie naświetlania związki o charakterze nadtlenków działają trująco na wprowadzane do podłoża bakterie. Efekt naświetlania zależy zatem również od warunków środowiskowych, przy czym najsilniejszy jest w warunkach tlenowych. Podobnie też dodanie do środowiska związków (np. cysteiny), obniżających potencjał oksydacyjno-redukcyjny, zmniejsza efekt działania promieni ultrafioletowych. O znaczeniu nadtlenków w bakteriobójczym działaniu ultrafioletu świadczy też i to, że bakteria wyjątkowo oporna na to promieniowanie, M. radiodurans, zawiera aż 289,0 jednostek dysmutazy nadtlenków i 7,0 j. katalazy na l mg s.m., podczas gdy znacznie wrażliwsza na ultrafiolet Escherichia coli zawiera jedynie 6,1 j. dysmutazy i 1,8

j. katalazy na l mg s.m. Mechanizmom usuwającym uszkodzenia DNA wywołane przez promienie UV podlegają tylko pewne typy uszkodzeń, np. dimery pirymidyn. Ponieważ są one jednak odpowiedzialne za większość śmiertelnych efektów promieniowania, te mechanizmy naprawy uszkodzeń odgrywają dużą rolę. Fotoreaktywacja usuwa u Escherichia coli najwyżej 50- 80% uszkodzeń. Pozostałe, nie usuwane przez fotoreaktywację, są przypuszczalnie związane z innymi zmianami w komórce niż dimeryzacja pirymidyn. Efekty mutagenne promieni ultrafioletowych już znamy. Z biologicznego punktu widzenia nie mniej ważne jest to, że promienie te wykazują wyraźne właściwości bakteriobójcze. Przy zastosowaniu odpowiednio dobranego czasu oraz natężenia promieniowania może dojść do zupełnego wyjałowienia naświetlanego środowiska. Przy mniejszej intensywności promieniowania procent bakterii, ulegających zabiciu, maleje. Bakteriobójcze działanie fal ultrafioletowych jest różne w zależności od długości fal. Najsilniejsze właściwości bakteriobójcze wykazują fale o długości od około 230 do 275 nm, a więc fale absorbowane przez kwasy nukleinowe i białka. W związku z tym różna jest również ilość energii potrzebnej do wywołania tego samego efektu przy zastosowaniu promieniowania o różnej długości fal. Na przykład promieniowanie o długości fali 267,5 nm zabija 50% komórek Escherichia coli przy natężeniu 88 • 10-7 J/mm2. Przy falach o długości 302 nm ten sam efekt osiąga się dopiero przy natężeniu 3,15 • 10-4 J/mm2, o długości zaś 315 nm — przy 25 • 10-4 J/mm2. Przetrwalniki bakteryjne są około dwukrotnie bardziej oporne na promieniowanie ultrafioletowe niż formy wegetatywne. Promieniowanie ultrafioletowe, poza właściwościami bakteriobójczymi, wykazują również zdolność wywoływania mutacji, unieczynniania surowic swoistych, toksyn bakteryjnych itp.

WPŁYW CIŚNIENIA NA DROBNOUSTROJE

CIŚNIENIE OSMOTYCZNE

Bakterie są mało wrażliwe na zmiany wartości osmotycznej podłoża. Nie oznacza to jednak, że wzrost i czynności fizjologiczne są niezależne od tego czynnika. Wprost przeciwnie, większość bakterii może rosnąć tylko przy określonym ciśnieniu osmotycznym i po przekroczeniu pewnej granicy funkcje ich zostają zahamowane. Tylko nieliczne bakterie glebowe, słodkowodne i pasożytnicze mogą żyć w środowisku zawierającym kilka procent NaCl lub większe stężenie cukru. Zdolne są do tego raczej nieliczne formy, jak np. bakterie mlekowe (Lactobacillus i wiele gatunków Streptococcus) oraz wspom- niane już bakterie osmofilne. Te ostatnie, żyjące w solankach, zwykle nie znoszą obniżenia stężenia soli. Również liczne bakterie morskie wymagają dodatku soli do zwykłego podłoża odżywczego.

CIŚNIENIE MECHANICZNE

Bakterie są niewrażliwe na znaczne nawet podwyższenie ciśnienia mechanicznego. Escherichia coli, Salmonella typhii, niektóre ziarniaki nie giną poddane ciśnieniu nawet 5 000 atmosfer. Przetrwalniki są jeszcze mniej wrażliwe na podwyższone ciśnienie. Na przykład endospory Bacillus subtilis nie tracą zdolności kiełkowania po zadziałaniu na nie ciśnieniem 20 000 atmosfer przez okres 45 minut. Próby wykonywane na preparatach enzymatycznych wykazały, że enzymy są jeszcze mniej wrażliwe na ciśnienie mechaniczne niż komórki bakterii. Na przykład diastaza nie ulega inaktywacji przy ciśnieniu 13 000 atmosfer, trypsyna zaś zachowuje aktywność jeszcze pod działaniem 17 000 atmosfer. Toksyny bakteryjne (tężcowa i błonicza) są zupełnie unieczynniane dopiero przy ciśnieniu ponad 12 000 atmosfer. Niewiele można dziś powiedzieć o mechanizmie uszkadzającego działania wysokich ciśnień na bakterie. Wiąże się ono ze zmianami natury chemicznej i fizycznej (np. zmniejszenie objętości, zmiany w szybkości zachodzenia reakcji chemicznych itd.).

Wzrost większości bakterii ustaje jednak zwykle przy ciśnieniu większym niż 600 atmosfer. Oporniejsze na działanie ciśnienia są bakterie morskie. Niektóre z nich rosną lepiej przy ciśnieniu 600 atmosfer niż w warunkach normalnego ciśnienia atmosferycznego. Bakterie takie nazywa się barofilnymi.

WPŁYW PH NA DROBNOUSTROJE

Zakres pH, w którym bakterie mogą żyć, nie jest jednakowy dla wszystkich gatunków. Większość jednak bakterii najlepiej rozwija się przy obojętnej lub słabo alkalicznej reakcji podłoża. Odmiennie niż bakterie, drożdże i inne grzyby wykazują najlepszy wzrost przy pH od około 4 do 6. Również niektóre bakterie rosną jednak lepiej przy kwaśnym odczynie podłoża. Tu należą między innymi bakterie fermentacji octowej, bakterie fermentacji mlekowej, a przede wszystkim prawie wszystkie gatunki rodzaju Thiobacillus. Dla pewnych bakterii natomiast optimum wzrostu obserwujemy w środowisku alkalicznym. Do takich zalicza się przecinkowca cholery, paciorkowca zapalenia płuc, drobnoustroje z grupy pleuropneumonii, azotobakter i wiele innych. Różne wymagania bakterii w stosunku do stężenia jonów wodorowych (pH) podłoża ilustruje tabela 1

Tabela 1

Minimalne, optymalne i maksymalne pH dla bakterii Według Portera (uproszczono)

Gatunek Minimum Optimum Maksimum

Mycobacterium tuberculois 4,0-5,0 7,3-7,9 7,9-8,6

Thiobacillus thiooxidans ±0,0 2,0-2,8 4,0-4,6 Lactobacillus bifidus 3,8-4,4 5,4-6,4 7,2

Escherichia coli 4,4 6,0-7,0 9,0 Brucella melitensis 6,3 6,6-8,0 8,4 Alcaligenes faecatis 6,4 8,5 9,7

Vibrio cholerae 5,6 6,2-8,0 9,6 Streptococcus pneumoniae 7,2 7,8 8,2

STERYLIZACJA

Zabijanie mikroorganizmów, czyli nieodwracalnie pozbawiane ich zdolności do wzrostu, jest podstawową częścią metod mikrobiologicznych i konserwacji żywności, wymaga więc dokładnego omówienia. Sterylizacja albo wyjaławianie jest procesem polegającym na pozbawianiu dowolnego materiału wszystkich żywych organizmów oraz ich form przetrwalnych. Należy odróżniać sterylizację od częściowej sterylizacji (np. pasteryzacji) oraz konserwacji. Jeżeli sterylne podłoże lub takie, które ma być zaszczepione pewnym typem mikroorganizmów, zostanie zanieczyszczone innymi, nie dodanymi specjalnie drobnoustrojami, mówi się wówczas o zakażeniu lub kontaminacji. Takie pojęcia jak dezynfekcja (zabicie wszystkich patogennych mikroorganizmów), aseptyka, antyseptyka i infekcja są częściej używane w higienie niż w mikrobiologii. Mikroorganizmy różnią się wrażliwością na różne metody sterylizacji. Różnice te są związane z gatunkiem, lecz zależą także od zawartości wody, pH środowiska, wieku komórek, przetrwalników itp. Szybkość zamierania zależy więc od pewnej liczby czynników zarówno środowiskowych, jak i związanych z typem mikroorganizmu. Zamiast określenia szybkości zamierania stosuje się często określenie stopnia uśmiercenia danej populacji w danych warunkach, co wyraża się wartością Dm, czyli czasem niezbędnym do zabicia 90% komórek, zwanym też czasem dziesięciokrotnej redukcji D10 (tab. 6.5). Sterylizację lub częściową sterylizacjęmożna przeprowadzić stosując „wilgotne gorąco", „suche gorąco", filtrację, promieniowanie lub metody chemiczne.

„Wilgotne gorąco". Komórki wegetatywne większości bakterii i grzybów giną w temperaturze ok. 60°C w ciągu 5-10 minut, formy przetrwanie drożdży i grzybów dopiero powyżej 80°C, natomiast spory bakteryjne wymagają czasu ok. 15 minut w temperaturze 120°C. Czasy dziesięciokrotnej redukcji podane w tabeli 6.5 pozwalają obliczyć niezbędny czas ekspozycji na wilgotne gorąco kilku wytwarzających spory, bardzo ciepłoopornych bakterii. Należy jednak pamiętać, że program sterylizacji zależy także od stopnia skażenia i że większa liczba termoopornych przetrwalników wymaga dłuższego czasu sterylizacji. Aby osiągnąć temperatury powyżej punktu wrzenia wody pod ciśnieniem atmosferycznym, musi być zastosowany autoklaw — pojemnik, który umożliwia ogrzewanie pod zwiększonym ciśnieniem.

(W modyfikacji wg Miller I., Kandler O.: Milchwissensch. 1967, 22, 686)

Aktualna temperatura pary (wytwarzanej z wody) w autoklawie zależy od ciśnienia (tab. 6.15), ale temperatura przy danym ciśnieniu jest znacznie niższa, jeśli znajduje się w komorze jakakolwiek ilość powietrza. Ponieważ efektywność sterylizacji zależy od temperatury, a nie od ciśnienia, należy zapewnić usunięcie powietrza ze sterylizatora. Dokonuje się tego przez otwarcie zaworu podczas początkowego ogrzewania, tak aby usunąć powietrze wraz ze strumieniem pary, lub za pomocą pompy próżniowej. Siedzenie temperatury w autoklawie byłoby właściwsze niż śledzenie ciśnienia, lecz dzięki prostocie i ze względów bezpieczeństwa

temperatura Ryc. 6.15. Ciśnienie nasyconej pary wodnej

bardziej popularne jest rejestrowanie ciśnienia. Niezbędny czas procesu sterylizacji zależy także od wielkości aparatu (pojemności cieplnej) i naczyń, które mają być sterylizowane (odpowiednie dane przytoczono w tab.2)

Tabela 2. Czasy sterylizacji płynów w różnych naczyniach w autoklawie dla 121-123°C

Naczynie Objętość Czas działania (min)

Probówka 20 ml 12-14 Erlenmajerka 50 ml 12-14 Erlenmajerka 200 ml 12-15 Erlenmajerka 1000 ml 20-25 Erlenmajerka 2000 ml 30-35 Butla 9000 ml 50-55

Podobny efekt można uzyskać stosując sterylizację etapową, czyli tyndalizację. Polega ona na ogrzewaniu podłoży i roztworów przez trzy kolejne dni w temperaturze 100°C przez 30 minut i pozostawianie ich w temperaturze pokojowej w okresach pomiędzy ogrzewaniami, tak aby mogło nastąpić kiełkowanie przetrwalników, a powstałe w ten sposób formy wegetatywne mogły być uśmiercone przy kolejnym podniesieniu temperatury do 100°C.

Do wielu celów może być wystarczające zniszczenie tylko wegetatywnych form mikroorganizmów (częściowa sterylizacja). Takim przykładem jest proces pasteryzacji, ogrzewanie w temperaturze 75-80°C przez 5-10 minut. Na przykład mleko jest zazwyczaj pasteryzowane i to nawet przez krótszy czas, aby nie zanikły jego wartości smakowe. Do pasteryzacji mleka stosuje się najczęściej dwie metody: krótkoczasową (20 s, 71,5-74°C) i wysokotemperaturową (2-5 s, 85-87°C). Sterylizację mleka przeprowadza się metodą zwaną UHT (ultra high temperaturę). W metodzie tej przegrzana para jest wtryskiwana do mleka, wytwarzając temperaturę 135-150°C, w której mleko pozostaje przez 1-2 s, a następnie jest rozpylane przez specjalną dyszę z jednoczesnym chłodzeniem, podczas którego zostaje usunięta woda wprowadzona przy wstrzyknięciu pary.

Częściowa sterylizacja zachodzi również podczas konserwacji jagód i owoców pestkowych. Ogrzewanie słoja przeznaczonego do wekowania przez 20 min w temperaturze 80°C zabija wszystkie komórki wegetatywne i spory grzybów, chociaż przetrwalniki bakterii pozostają żywe. Jednakże niskie pH związane z kwasowością pewnych owoców hamuje ich kiełkowanie. Zakonserwowane owoce często utrzymują się przez lata mimo obecności bakteryjnych przetrwalników. Właściwie nie ma takich prze-trwalników bakterii, które mogłyby kiełkować w pH poniżej 4,5. Owoce i warzywa o mniejszej kwasowości (fasola, groszek, marchew, grzyby) także mogą być konserwowane przez pasteryzację, jeśli doda się do nich 1 czy 2 łyżki octu w celu zapewnienia wystarczająco niskiego pH. Truskawkowa pleśń Byssochlamys nivea często jest spotykana w pas- teryzowanych truskawkach. Askospory tego grzyba wytrzymują temperaturę do 86°C. W tej temperaturze ich wskaźnik D]0 wynosi 14 minut.

„Suche gorąco". Zniszczenie bakteryjnych spor przez zastosowanie suchego gorąca wymaga wyższych temperatur i dłuższego czasu ekspozycji niż sterylizacja wilgotnym gorącem. Przedmioty i produkty, które są stosunkowo niewrażliwe na wysokie temperatury, jak szklane naczynia, proszki, oleje itp., mogą być sterylizowane przez ogrzewanie w ciągu 2 godz. w temperaturze 160°C w suchym sterylizatorze lub w suszarce. Dla materiałów o dużej pojemności cieplnej lub właściwościach termoizolacyjnych należy uwzględnić czas konieczny do osiągnięcia temperatury sterylizacji. Zaleca się, aby zawsze obecny był wskaźnik sterylizacji lub próba kontrolna zawierająca glebę z przetrwalnikami. Ogrzewanie w 180°C przez 30 min może być stosowane tylko wówczas, gdy sterylizowane materiały są odporne na tę temperaturę. Doświadczenie wykazuje, że w takich warunkach wszystkie przetrwalniki zostają zabite. Letalne działanie ciepła polega na koagulacji białek komórkowych.

Filtrowanie. Roztwory zawierające związki wrażliwe na temperaturę (witaminy, niektóre aminokwasy, cukry i inne substraty) najwygodniej jest sterylizować przez filtrowanie. Do tego celu już w laboratorium Pasteura była używana nieglazurowana porcelana (świece Chamberlanda). Obecnie w wielu laboratoriach i do sterylizacji wody używa się filtrów z prasowanej ziemi okrzemkowej. Oprócz tego stosuje się też filtry ze spiekanego szkła i filtry membranowe. Filtry membranowe z nitrocelulozy i innych materiałów są wytwarzane o różnej średnicy porów, a więc za ich pomocą mogą być oddzielane mikroorganizmy o różnej wielkości i kształcie. Możliwość przyłączenia jednokierunkowych filtrów membranowych do strzykawki zapewnia szybką rutynową sterylizację roztworów, które nie przetrzymałyby sterylizacji cieplnej. Cząstki wirusowe mają, niestety, zdolność przechodzenia przez filtry membranowe. Należy zwrócić uwagę, że cukry takie jak glukoza i fruktoza w czasie autoklawowania czy nawet gotowania mogą ulegać hydrolizie i innym przekształceniom. Glukoza ma najwyższą stabilność w zakresie pH 3-5, w którym może być autoklawowana w wodnych roztworach. Jednakże w pH8 podczas 30- minutowego gotowania 40% glukozy przekształca się we fruktozę. Sole metali (Fe, Mn, Mo, itp.) przyspieszają tę przemianę. Ponieważ fruktoza w tych warunkach jest następnie przekształcana w kwasy huminowe, pożywka poddana takim zabiegom brązowieje lub czernieje.

Naświetlanie. Spośród wielu różnych rodzajów promieniowania (UV, promienie X i gamma) stosowanych niekiedy do całkowitej lub częściowej sterylizacji, największe zastosowanie w laboratorium ma promieniowanie ultrafioletowe (UV). Większość lamp UV wytwarza promieniowanie w zakresie długości fal ok. 260 nm wybiórczo absorbowane przez kwasy nukleinowe, skutkiem czego jest letalne działanie na bakterie poddane dłuższej ekspozycji. Promieniowanie UV stosuje się do częściowej sterylizacji pomieszczeń, gdzie bakterie zabijane są szybko, lecz zarodniki grzybów, mniej wrażliwe na UV, giną znacznie wolniej. Promieniowanie jonizujące. Promienie X, promieniowanie UV i promienie gamma (np. 60Co) działają dzięki wytwarzaniu rodników hydroksylowych atakujących makrocząsteczki. Nawet bardzo małe dawki promieniowania okazują się wystarczające do zniszczenia komórek. Tłumaczy to fakt, że w większości komórek znajduje się tylko jedna kompletna kopia DNA, podczas gdy większość białek i polisacharydów występuje w wielu kopiach. Tak więc pojedynczy atak na cząsteczkę DNA prowadzi do śmierci komórki bez żadnych obserwowalnych zmian w innych cząsteczkach. Dlatego też promieniowanie jonizujące może mieć zastosowanie do sterylizacji żywności i innych stałych materiałów.

Metody chemiczne. Stwierdzono, że sterylizacja za pomocą tlenku etylenu jest bardzo wygodna do sterylizacji żywności, lekarstw, instrumentów i aparatów. Tlenek etylenu zabija zarówno formy wegetatywne, jak i przetrwalniki, ale jest skuteczny tylko w obecności wody (co najmniej 5-15%). Jest on używany w mieszaninie z azotem lub dwutlenkiem węgla w postaci gazu zawierającego 2- 50% tlenku etylenu.

Inny związek, -propionolakton został wprowadzony do sterylizacji pożywek i termolabilnych materiałów. Jest on znacznie aktywniejszy niż tlenek etylenu, ale uważa się, że jest karcenogenny i wywołuje inne efekty uboczne. Jest on dodawany w końcowym stężeniu 0,2% do pożywki, która jest następnie inkubowana 2 godz. w 37°C. Podczas przechowywania do następnego dnia propiolakton ulega całkowitej degradacji. Węglowodany pozostają nienaruszone. Napoje mogą być sterylizowane z użyciem dietylodiwęglanu (0,003-0,020%).

Tradycyjne środki bakteriobójcze, takie jak woda bromowa (1%), sublimat, czyli HgCl2 (1% roztwór w alkoholu), azotan srebra (0,5%) lub podchloryn wapnia stosuje się do zewnętrznej sterylizacji nasion, z których można wyhodować sterylne rośliny. Zabieg ten trwa 5-30 min, jednakże przed jego zastosowaniem należy doprowadzić powierzchnię nasion do pełnej zwilżalności. Można to osiągnąć przez ich wstępne przemywanie mydłem lub inymi środkami powierzchniowo czynnymi.

Aby umyć szklane naczynie i pozbawić je żywych mikroorganizmów, wystarczy zastosować odpowiedni detergent, np. SDS (sodowy do- decylosiarczan) rozpuszczony w gorącej wodzie, lub nawet zwykły domowy preparat do mycia naczyń. Resztki środków myjących muszą jednak być usunięte, w zależności od planowanego zastosowania szkła, przez wielokrotne płukanie w czystej, najlepiej destylowanej wodzie

BIBLIOGRAFIA

 INTERNET :

www.onet.pl ENCYKLOPEDIA „WIEM”

 „MIKROBIOLOGIA OGÓLNA „ Hans G. Schlegel

 „ŻYCIE BAKTERII” Władysław Kunicki - Goldfinger

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome