Лекция 6 Экология микроорганизмов
Нормальная микрофлора человека
Экологическая микробиология — раздел общей микробиологии, изучающий взаимоотношения микроорганизмов между собой, с объектами внешней среды и с макроорганизмом.
Основные понятия экологической микробиологии.
Популяция — совокупность особей одного вида, обитающих в пределах определенного биотопа.
Биотоп — территориально ограниченный участок биосферы с относительно однородными условиями жизни.
Микробиоценоз — сообщество популяций микроорганизмов, обитающих в определенном биотопе.
Экосистема — система, состоящая из биотопа и биоценоза.
Биосфера — общая сумма всех экосистем.
Экологические связи в микробиоценозах.
Нейтрализм - обитающие в одном биотопе популяции не оказывают друг на друга ни стимулирующего, ни подавляющего действия.
Симбиоз — обе популяции извлекают для себя пользу.
Мутуализм — полная степень взаимозависимости симбионтов, при которой они выполняют разные, дополняющие друг друга, жизненные функции.
Комменсализм (нахлебничество) — форма сосуществования, при которой микроорганизмы питаются за счет своего хозяина, не нанося ему особого ущерба.
Конкуренция (антагонизм) — подавление одной популяции другой.
Паразитизм — одна популяция (паразит), нанося вред другой популяции (хозяину), извлекает для себя пользу.
Санитарная микробиология - направление медицинской микробиологии, изучающее микрофлору окружающей среды и ее влияние на здоровье человека и состояние среды его обитания.
Задачи санитарной микробиологии:
1. Разработка, совершенствование и оценка микробиологических методов исследования объектов окружающей среды — воды, воздуха, почвы, пищевых продуктов, предметов обихода и т. д.
2. Оценка путей воздействия человека и животных на окружающую среду. Эта проблема интересует санитарных микробиологов прежде всего потому, что и человек и животные являются источниками загрязнения окружающей среды патогенными микроорганизмами.
3.
Разработка ГОСТов и других нормативных документов, определяющих соответствие микрофлоры объектов окружающей среды гигиеническим требованиям, включая микробиологические показатели.4. Разработка рекомендаций и мероприятий по оздоровлению объектов окружающей среды и контроль за их выполнением.
5. Охрана окружающей среды. Эта задача санитарной микробиологии вытекает из предыдущих и является одной из главных.
Микрофлора почвы
Почва является главным резервуаром и естественной средой обитания микроорганизмов в природе. Суммарное количество микроорганизмов в почве составляет 109-1010микробных клеток в 1 г почвы.
Качественный состав микрофлоры почвы очень разнообразен: множество видов бактерий (преимущественно спорообразующих), актиномицетов, спирохет, архебактерий, простейших, синезеленых водорослей, микоплазм, грибов, вирусов. Распределение микробов в почве неравномерно. Наиболее обильна микрофлора на глубине 10-20 см.
В составе микрофлоры почвы принято выделять так называемые физиологические группы микроорганизмов, которые участвуют в различных этапах постепенного разложения органических веществ.
1. Бактерии-аммонификаторы (образуют аммиак из органических соединений).
2. Нитрифицирующие бактерии (окисляют аммиак до нитритов и нитратов).
3. Азотфиксирующие бактерии (усваивают атмосферный азот и синтезируют азотсодержащие органические соединения).
4. Бактерии, расщепляющие клетчатку и вызывающие различные виды брожений (молочнокислое, спиртовое, маслянокислое, уксусное и др.)
5. Бактерии, участвующие в круговороте серы, железа, фосфора и других элементов.
Микрофлора воздуха
Воздух представляет собой среду, в которой микроорганизмы не способны размножаться. Это связано с отсутствием в воздухе питательных веществ и недостатком влаги. Жизнеспособность микроорганизмов в воздухе обеспечивается нахождением их в частицах воды, слизи, пыли.
Воздух закрытых помещений и атмосферный значительно различаются по количественному и качественному составу микрофлоры.
Бактериальная обсемененность жилых помещений всегда превышает обсемененность атмосферного воздуха.
Основным источником загрязнения атмосферного воздуха микроорганизмами является почва.
Микрофлора воздуха:
• пигментообразующие кокки (Micrococcus roseus, M. flavus, M. candicans);
• сарцины (Sarcina flava, S. alba, S. rosea);
• спорообразующие бациллы (Bacillus subtilis, B. mycoides, B. mesentericus);
• актиномицеты;
• грибы (Penicillium, Aspergillus, Mucor).
Микрофлора воды
Микрофлора воды зависит от ее происхождения. Микрофлора подземных вод малочисленна, а в артезианских скважинах в 1 мл воды содержатся единичные бактерии. С экологической точки зрения всю микрофлору водоемов можно разделить на две группы:
1) автохтонную (или водную);
2) аллохтонную, попадающую извне, при загрязнении различных источников.
Автохтонная флора — это микроорганизмы, живущие и размножающиеся в воде. Формируется за счет микрофлоры почвы:
• аэробные кокки (Micrococcus candicans, Micrococcus roseus, Sarcina lutea);
• псевдомонады (Pseudomonas fluorescens);
• протеи;
• лептоспиры;
• анаэробные бактерии (Bacillus cereus, Bacillus mycoides, Chromobacterium violaceum, бактерии рода Clostridium).
Микрофлора пищевых продуктов
В продуктах питания различают специфическую и неспецифическую микрофлору.
Специфическая микрофлора — это культурная раса микроорганизмов, которая используется для приготовления продукта и является обязательным звеном в технологии его получения. Такие микроорганизмы изучаются микробиологами, работающими в лабораториях соответствующих предприятий пищевой промышленности. Санитарный микробиолог должен знать специфическую микрофлору для того, чтобы уметь отличить ее от неспецифической, загрязняющей продукты.
Специфическая микрофлора используется в приготовлении всех кисломолочных продуктов, хлеба, пива, вина, в квашении капусты, овощей.
Неспецифическая микрофлора - микроорганизмы, которые попадают на пищевые продукты случайно из окружающей среды и загрязняют их.
Среди неспецифической микрофлоры различают:1) микробы-сапрофиты;
2) условно-патогенные микроорганизмы;
3) патогенные микроорганизмы;
4) микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов.
Микробиологические аспекты охраны окружающей среды:
• Охрана микробов, участвующих в круговороте веществ
(нитрифицирующих, азотфиксирующих бактерий).
• Охрана микробов, разрушающих ксенобиотики.
• Подавление микробов, наносящих вред хозяйственной деятельности человека.
• Защита биосферы от контаминации патогенными и условнопатогенными микробами.
• Защита биосферы от микробов - искусственных мутантов.
Учение о санитарно-показательных микроорганизмах
Основными источниками распространения возбудителей большинства инфекционных болезней, поражающих человечество, являются люди и теплокровные животные. Наиболее массивное выделение ими микроорганизмов в окружающую среду происходит воздушно-капельным и фекальным путями.
Санитарно-микробиологическое исследование объектов окружающей среды обязано решить вопрос о наличии или отсутствии в них опасных для человека микроорганизмов. Непосредственное обнаружение возбудителей инфекционных болезней в объектах окружающей среды имеет целый ряд трудностей. Основными являются следующие.
Во-первых, патогенные микроорганизмы находятся в окружающей среде непостоянно, сравнительно легко их можно обнаружить в период эпидемии, но очень трудно — в межэпидемические периоды. Основная деятельность санитарных микробиологов направлена на предупреждение эпидемий, поэтому вся работа ведется в межэпидемические периоды.
Во-вторых, количество патогенных микроорганизмов, попавших в окружающую среду, значительно уступает непатогенным и распространение их в загрязненных объектах неравномерно. Трудности возникают и при выделении патогенных микробов при посевах на
питательные среды, даже ингибиторные, поскольку они неизбежно страдают от конкуренции сапрофитной флоры. Отрицательные результаты определения патогенных микроорганизмов в объектах окружающей среды еще не говорят с достоверностью об их отсутствии.
Поэтому приходится подходить к оценке различных объектов непрямым путем, устанавливая факт загрязнения их выделениями человека или теплокровных животных. И чем обильнее это загрязнение, тем более вероятно попадание в объект патогенных микробов.
Сообщающиеся с внешним миром полости тела людей и животных заселены обильной нормальной микрофлорой, довольно постоянной по качественному составу и сравнительно мало изменяющейся при инфекционных заболеваниях. Для многих видов микробов (обитателей тела здорового человека) полость рта или кишечник являются биотопом — единственной природной средой обитания. Поэтому находки таких микробов вне организма свидетельствуют о загрязнении соответствующими выделениями. Находя в исследуемом материале представителей микрофлоры полости рта, мы вправе думать о попадании слизи из дыхательных путей, в которой могут содержаться и возбудители дифтерии, скарлатины, туберкулеза и пр., а обнаруживая нормальных обитателей кишечника, мы делаем заключение о наличии фекального загрязнения и возможной опасности присутствия сальмонелл, шигелл, возбудителей других кишечных инфекций. Выделяемые в этих случаях микробы служат показателями санитарного неблагополучия, потенциальной опасности исследуемых объектов, а потому названы «санитарно-показательными».
Не все микроорганизмы, входящие в состав нормальной флоры тела человека или животных, могут быть признаны санитарно-показательными.
На основании многочисленных исследований были сформулированы требования, которым должны отвечать санитарно-показательные микроорганизмы.
1. Они должны постоянно содержаться в выделениях человека и теплокровных животных и поступать в окружающую среду в больших количествах.
2. Они не должны иметь другого природного резервуара, кроме организма человека и животных.
3. После выделения в окружающую среду они должны сохранять жизнеспособность в течение сроков, близких к срокам выживания патогенных микробов, выводимых из организма теми же путями.
4. Они не должны размножаться в окружающей среде.
5. Они не должны сколько-нибудь значительно изменять свои биологические свойства в окружающей среде.
6. Они должны быть достаточно типичными, с тем чтобы их дифференциальная диагностика осуществлялась без особого труда.
7. Индикация, идентификация и количественный учет должны производиться современными, простыми, легкодоступными и экономичными микробиологическими методами.
Общая характеристика микрофлоры тела человека
Ребенок развивается в полости матки в стерильных условиях и рождается стерильным. С первых минут после рождения он вступает в контакт с микрофлорой окружающей среды, и в течение короткого времени его кожные покровы и слизистые оболочки, сообщающиеся с внешней средой, заселяются разнообразными микроорганизмами. В результате этого формируется новая экологическая система — организм человека + населяющая его микрофлора.
Значение нормальной микрофлоры тела человека.
1. Колонизационная резистентность, антагонизм к патогенным видам (фактор неспецифической резистентности).
2. Способствует организации, созреванию и функционированию
иммунной системы.
3. Участвует в процессах пищеварения в кишечнике (обмен холестерина и желчных кислот, метаболизм ксенобиотиков).
Бактерии кишечника синтезируют витамины, в том числе биотин, рибофлавин, пантотеновую кислоту, пиридоксин, фолиевую кислоту, витамины Е, К, В12. Однако витамины не всасываются в толстом кишечнике, а потому можно рассчитывать только на те из них, которые в небольшом количестве образуются в подвздошной кишке. Их главным источником служит пища.
Микрофлора кожи
Кожные покровы обильно заселены микроорганизмами, особенно места, защищенные от действия света и высыхания (подмышечные впадины, межпальцевые и паховые складки). На кожных покровах условия для размножения бактерий не очень благоприятны, так как на них губительно действуют высыхание, десквамация эпителия, кислая рН и другие антимикробные факторы.
Наиболее частыми представителями кожной микрофлоры являются:
• Staphylococcus epidermidis,
• S. saprophyticus,
• грибы рода Candida,
• коринебактерии (дифтероиды),
• микрококки.
Микрофлора дыхательных путей
Верхние дыхательные пути:
• зеленящие стрептококки,
• коринебактерии (дифтероиды),
• моракселлы,
• псевдомонады,
• стафилококки.
Слизистая оболочка гортани, трахеи, бронхов и альвеолы здорового человека не содержат микроорганизмов.
Микрофлора мочевыделительной системы
Мочевыделительная система в норме стерильна, микроорганизмы присутствуют только в дистальной трети уретры (их видовой состав подобен микрофлоре кожных покровов).
Во влагалище здоровых женщин преобладают молочнокислые палочки Додерлейна и дифтероиды, значительно реже встречаются стрептококки, стафилококки, пептострептококки, клостридии и грамотрицательные палочки. Кислотность влагалищного секрета (рН 4,0-4,6) регулируется молочнокислой палочкой Додерлейна (разные виды рода Lactobacillus) за счет образуемой ею молочной кислоты при расщеплении углеводного компонента слизи, прежде всего гликогена. Кислая среда угнетает рост стафилококков и грамотрицательных бактерий. Полость матки, фаллопиевы трубы обычно микробов не содержат.
Микрофлора желудочно-кишечного тракта
Микрофлора полости рта представлена многочисленными видами аэробных и анаэробных микроорганизмов:
• стафилококки,
• стрептококки,
• грибы Candida,
• лактобактерии,
• нейссерии,
• спирохеты,
• вибрионы,
• вейллонеллы,
• бактероиды,
• пептострептококки.
Пищевод здоровых людей обычно свободен от микроорганизмов.
Желудок. В связи с кислой реакцией среды, неблагоприятной для развития микроорганизмов, в желудке прижилась специфическая микрофлора:
• дрожжи,
• сарцины,
• лактобактерии,
• стафилококки,
• стрептококки.
Тонкий кишечник. Размножению бактерий препятствуют
бактериостатическое действие желчи, секретов слизистой оболочки и секреторные иммуноглобулины класса IgAs. Микрофлора не обильная и довольно однообразная:
• лактобактерии,
• энтерококки,
• бифидумбактерии,
• Е. coli.
Микрофлора толстого кишечника наиболее обильна и многообразна. В толстом кишечнике обнаружено более 260 видов бактерий, общая биомасса их составляет около 1,5 кг.
Микрофлору толстого кишечника можно разделить на 4 группы.
1.Основную массу микрофлоры составляют неспорообразующие строгие
анаэробы: грамположительные бактерии рода Bifidobacterium и
грамотрицательные бактерии семейства Bacteroidaceae. На долю бифидобактерий и бактероидов приходится до 96-99% всей микрофлоры толстого кишечника. Они выделяются из испражнений даже при разведении 10-10-10-12степени.
2. Вторую группу составляют факультативные анаэробы, представленные главным образом грамотрицательной Е. coli и грамположительными энтерококками и молочнокислыми палочками рода Lactobacillus (спор не образуют). На их долю приходится 1 -4% всей микрофлоры.
3. Третью группу составляет так называемая остаточная микрофлора, на которую приходится 0,001-0,01% всех микроорганизмов толстого кишечника. К этой группе принадлежат Staphylococcus, Proteus, Candida, Clostridium, Pseudomonas.
4. К четвертой группе относятся различные другие представители семейства Enterobacteriaceae, которые могут временно или постоянно обнаруживаться в кишечнике и вызывать кишечные инфекции (Salmonella, Shigella, Enterobacter и другие роды).
Дисбактериоз (дисбиоз, дисмикробиоз) — нарушение качественного и количественного состава микробиоценоза.
Причины развития дисбактериоза:
• инфекционные заболевания;
• заболевания органов желудочно-кишечного тракта;
• функциональные нарушения моторики кишечника;
• прием антибиотиков;
• химио-, гормоно- и лучевая терапия;
• стрессовые ситуации;
• физические нагрузки и переутомление;
• социальные факторы (недоедание, несбалансированное питание);
• алкоголизм;
• сезонные факторы (осенний и весенний);
• возраст.
Классификация дисбактериоза кишечника по степени тяжести
I степень тяжести — увеличено или уменьшено общее количество кишечных палочек. Кишечные палочки с атипичными биологическими свойствами отсутствуют. Количество бифидобактерий и лактобацилл не изменено.
II степень тяжести — незначительно снижено количество бифидобактерий (107) и лактобацилл (105). Наблюдаются количественные и качественные изменения кишечных палочек (появление форм с атипичными биологическими свойствами). Высеваются в умеренном количестве условно-патогенные энтеробактерии и золотистые стафилококки.
III степень тяжести — существенное снижение количества бифидобактерий (106 и ниже) в сочетании со снижением количества лактобацилл (105 и ниже) и резким изменением типичных свойств кишечных палочек (преобладание гемолитических и лактозонегативных форм). Значительное увеличение количества условно-патогенных бактерий и дрожжеподобных грибов (родов Candida).
IV степень тяжести — резкое снижение или отсутствие бифидобактерий, значительное уменьшение количества лактобацилл, резкое уменьшение количества или отсутствие кишечных палочек с типичными свойствами, значительное возрастание количества как условно-патогенных энтеробактерий, появление облигатно-патогенных энтеробактерий (сальмонелл, шигелл, иерсиний).
Методы коррекции дисбактериоза
• устранение причины, вызвавшей дисбактериоз
• назначение эубиотиков (препаратов, содержащих живые культуры нормальных обитателей кишечника):
- бифидобактерий - бифидумбактерин,
- лактобактерий - лактобактерин,
- кишечной палочки - колибактерин и др.
• назначение пробиотиков (препаратов, стимулирующих развитие нормальной микрофлоры).
Еще по теме Лекция 6 Экология микроорганизмов:
- Экология микроорганизмов
- Лекция 4 Бактериофаги. Генетика микроорганизмов.
- Лекция 3 Физиология микроорганизмов. Метаболизм бактерий.
- Лекция 1 Микробиология: предмет, задачи, объекты изучения. Исторические этапы развития микробиологии. Систематика, номенклатура, классификация микроорганизмов.
- ГЛАВА Il ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ ХОЛЕРНЫХ ВИБРИОНОВ
- Глава 10. ЭКОЛОГИЯ ВИРУСОВ И ЭПИДЕМИОЛОГИЯ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ
- Дыхание микроорганизмов
- Санитарно-показательные микроорганизмы
- Систематика и номенклатура микроорганизмов
- Особенности генетики микроорганизмов
- 1. КАК МИКРООРГАНИЗМЫ ВЫЗЫВАЮТ БОЛЕЗНИ?
- МОРФОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
- ФИЗИОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ