Cauza morții microorganismelor atunci când sunt expuse la radiații ionizante. Raze ultraviolete și radiații ionizante. Cum dăunează radiațiile celulelor?

Biologii numesc bacteriile o rețetă evolutivă pentru succes - sunt atât de rezistente la orice condiții de mediu. Unii dintre ei prosperă chiar și cu doze letale de radiații.

Microbiologul John Bautista de la Universitatea din Louisiana a văzut multe. Cu toate acestea, despre prima sa întâlnire cu microbul, poreclit în glumă „Conan superbbagia”, el a spus: „Sincer, mi-a fost greu să cred că un astfel de organism ar putea exista de fapt”.

La începutul anilor 1960, Thomas Brock a descoperit în Parcul Național Yellowstone bacterii care puteau rezista la temperaturi apropiate de punctul de fierbere. După aceasta, microbiologii au început să găsească tot mai multe tipuri noi de microbi extremi. Cu toate acestea, Conan i-a depășit pe toată lumea: cel mai rezistent microorganism, poate rezista înghețului, căldurii sfârâitoare, băilor acide și otrăvurilor. Dar cea mai frapantă dintre toate a fost reacția lui la doze mari de radiații. Chiar și un exces de 1500 de ori al dozei, letal pentru alte organisme, nu a adus niciun rău bacteriilor.

Conan a fost descoperit pentru prima dată în anii 1950 în conserva de carne răsfățată destinată armatei. Pentru a proteja împotriva contaminării bacteriene, conservele din Statele Unite sunt de obicei sterilizate folosind radiații. Oamenii de știință au fost și mai surprinși când au văzut în borcanele mucegai roz cu miros de varză putredă, clar de origine bacteriană. Erau nedumeriti. La urma urmei, radiațiile cauzează de obicei daune profunde materialului genetic din organismele vii. Dacă cantitatea de astfel de daune depășește un anumit nivel critic, microorganismul moare. Dar pentru Conan, legea nu este scrisă. Ce mecanisme salvează un copil discret de la moarte în orice situație?

Microbiologii confuzi au început să dezlege misterul lui Conan. Ei i-au examinat materialul genetic înainte și după expunerea la radiații și au analizat procesele metabolice. Spre surprinderea lor, rezultatele au arătat că și Conan a suferit foarte mult din cauza radiațiilor, dar în același timp a reușit să-și depășească consecințele dezastruoase.

În timp ce unele otrăvuri sau radiații ionizante provoacă daune relativ minore doar uneia dintre cele două catene de ADN ale corpului, radiațiile radioactive cauzează daune ambelor catene de ADN, iar restaurarea lor depășește adesea capacitatea de reparare a organismului. Deci, pentru moartea E. coli care trăiește în intestinul uman, două sau trei astfel de leziuni ale ADN-ului sunt suficiente.

Conan, dimpotrivă, a reparat rapid două sute de astfel de „defecțiuni”. Faptul este că, în procesul de evoluție, a dezvoltat mecanisme eficiente pentru restabilirea daunelor genice - inclusiv apariția unei enzime speciale care găsește „piese de schimb” adecvate în materialul ereditar, le copiază și le introduce în zonele deteriorate.

O altă împrejurare contribuie la restaurarea ADN-ului în Conan: genomul lui Conan este format din patru molecule circulare de ADN, iar în fiecare celulă genomul este prezent nu într-una, ca în majoritatea bacteriilor, ci în mai multe copii. Datorită acestor copii, zonele deteriorate sunt restaurate. Deoarece celula este cea mai vulnerabilă la radiații în momentul divizării, când molecula circulară de ADN trebuie să se deschidă, Conan a dezvoltat o altă metodă de protecție: bacteria lasă trei molecule pliate într-un inel și o folosește pe a patra pentru nevoile de reproducere. Dacă acest cromozom este deteriorat sub influența radiațiilor, cromozomii de rezervă servesc ca șabloane din care organismul copiază secvențele corecte de gene.

În 2007, microbiologul Michael J. Daly a descoperit un alt motiv pentru hiperdurabilitatea lui Conan: bacteria are concentrații intracelulare incredibil de mari de mangan, un element care ajută și la repararea daunelor ADN-ului.

Și totuși, în ciuda descoperirilor făcute, misterul superrezistenței lui Conan la radiații nu a fost încă pe deplin rezolvat. Cercetările sunt în plină desfășurare: oamenii de știință speră să folosească eficient Conan pentru a curăța solul contaminat de radiații.

Temperatura - unul dintre principalii factori care determină posibilitatea şi intensitatea reproducerii microorganismelor.

Microorganismele pot crește și își pot manifesta funcțiile vitale într-un anumit interval de temperatură și în funcţie de relaţia cu temperatura sunt împărțite în psicrofili, mezofili și termofili. Intervalele de temperatură pentru creșterea și dezvoltarea microorganismelor din aceste grupe sunt date în Tabelul 9.1.

Tabelul 9.1 Împărțirea microorganismelor în grupe în funcție de

din raport cu temperatura

microorganisme	T(°C) max.	Separa reprezentanți
1. Psicrofili (iubitoare de frig)		Bacteriile care trăiesc în frigidere, bacterii marine
2. Mezofili		Majoritatea ciupercilor, drojdiilor, bacteriilor
3. Termofile (iubitor de căldură)		Bacteriile care trăiesc în izvoarele termale. Majoritatea formează spori persistenti

Împărțirea microorganismelor în 3 grupe este foarte arbitrară, deoarece microorganismele se pot adapta la temperaturi neobișnuite pentru ele.

Limitele de temperatură pentru creștere sunt determinate de termorezistența enzimelor și a structurilor celulare care conțin proteine.

Printre mezofili, există forme cu o temperatură maximă ridicată și un minim scăzut. Astfel de microorganisme sunt numite termotolerante.

Efectul temperaturilor ridicate asupra microorganismelor. Creșterea temperaturii peste maxim poate duce la moartea celulelor. Moartea microorganismelor nu are loc instantaneu, ci în timp. Cu o ușoară creștere a temperaturii peste maxim, microorganismele pot experimenta"șoc termic"

iar dupa o scurta sedere in aceasta stare pot fi reactivate. Mecanismul efectului distructiv al temperaturilor ridicate este asociat cu denaturarea proteinelor celulare.

Temperatura de denaturare a proteinelor este afectată de conținutul de apă al acestora (cu cât este mai puțină apă în proteină, cu atât temperatura de denaturare este mai mare). Celulele vegetative tinere, bogate în apă liberă, mor când sunt încălzite mai repede decât cele bătrâne, deshidratate. Rezistenta la caldura -

capacitatea microorganismelor de a rezista la încălzirea prelungită la temperaturi care depășesc temperatura maximă a dezvoltării lor.

Moartea microorganismelor are loc la diferite temperaturi și depinde de tipul de microorganism. Astfel, atunci când sunt încălzite într-un mediu umed timp de 15 minute la o temperatură de 50–60 °C, majoritatea ciupercilor și drojdiilor mor; la 60–70 °C – celulele vegetative ale majorității bacteriilor, sporilor fungici și de drojdie sunt distruse la 65–80 °C Celulele vegetative ale termofilelor (90–100 °C) și sporii bacterieni (120 °C) au cea mai mare căldură. rezistenţă.

Rezistența ridicată la căldură a termofilelor se datorează faptului că, în primul rând, proteinele și enzimele celulelor lor sunt mai rezistente la temperatură, iar în al doilea rând, conțin mai puțină umiditate. În plus, rata de sinteză a diferitelor structuri celulare la termofile este mai mare decât rata distrugerii lor.

Diverse metode de distrugere a microorganismelor din produsele alimentare se bazează pe efectele distructive ale temperaturilor ridicate. Acestea includ fierberea, gătitul, albirea, prăjirea, precum și sterilizarea și pasteurizarea. pasteurizare - procesul de încălzire la 100˚C în timpul căruia celulele vegetative ale microorganismelor sunt distruse. Sterilizarea - distrugerea completă a celulelor vegetative și a sporilor de microorganisme. Procesul de sterilizare se efectuează la temperaturi peste 100 °C.

Influența temperaturilor scăzute asupra microorganismelor. Microorganismele sunt mai rezistente la temperaturi scăzute decât la temperaturi ridicate. În ciuda faptului că reproducerea și activitatea biochimică a microorganismelor se opresc la temperaturi sub minim, moartea celulară nu are loc, deoarece microorganismele devin animație suspendată

(viață ascunsă) și rămân viabile mult timp. Pe măsură ce temperatura crește, celulele încep să se înmulțească intens. Motive moartea microorganismelor atunci când sunt expuse la temperaturi scăzute

sunt:

Tulburări metabolice;

O creștere a presiunii osmotice a mediului din cauza înghețului apei;

În celule se pot forma cristale de gheață, distrugând peretele celular.

Temperatura scăzută este utilizată la depozitarea alimentelor în stare refrigerată (la o temperatură de 10 până la –2 °C) sau congelată (de la –12 la –30 °C). Energie radiantă.

În natură, microorganismele sunt expuse constant la radiația solară. Lumina este necesară pentru viața fototrofilor. Chemotrofele pot crește în întuneric, iar cu expunerea prelungită la radiațiile solare, aceste microorganisme pot muri. Impactul energiei radiante este supus legile fotochimiei: modificările în celule pot fi cauzate doar de razele absorbite.

În consecință, capacitatea de penetrare a razelor, care depinde de lungimea de undă și de doză, este importantă pentru eficacitatea iradierii.

Intensitățile scăzute ale luminii vizibile (350–750 nm) și razele ultraviolete (150–300 nm), precum și dozele mici de radiații ionizante fie nu afectează activitatea vitală a microorganismelor, fie conduc la o accelerare a creșterii acestora și la stimularea metabolismului. procesele, care sunt asociate cu absorbția cuantelor de lumină anumite componente sau substanțe ale celulelor și tranziția lor la o stare excitată electronic.

Dozele mai mari de radiații provoacă inhibarea anumitor procese metabolice, iar acțiunea ultravioletelor și a razelor X poate duce la modificări ale proprietăților ereditare ale microorganismelor - mutatii care este utilizat pe scară largă pentru a obţine tulpini foarte productive.

Moartea microorganismelor sub influența razelor ultraviolete legat:

Cu inactivarea enzimelor celulare;

Cu distrugerea acizilor nucleici;

Odată cu formarea de peroxid de hidrogen, ozon etc. în mediul iradiat.

De remarcat că cei mai rezistenți la razele ultraviolete sunt sporii bacterieni, apoi sporii fungici și de drojdie, apoi celulele bacteriene colorate (pigmentate) Cele mai puțin rezistente sunt celulele bacteriene vegetative.

Moartea microorganismelor sub influența radiațiilor ionizante numit:

Radioliza apei în celule și substrat. În acest caz, se formează radicali liberi, hidrogen atomic și peroxizi care, atunci când interacționează cu alte substanțe celulare, provoacă un număr mare de reacții care nu sunt caracteristice unei celule vii în mod normal;

Inactivarea enzimelor, distrugerea structurilor membranare, aparatul nuclear.

Radiostabilitatea diferitelor microorganisme variază foarte mult, iar microorganismele sunt mult mai radiorezistente decât organismele superioare (de sute și mii de ori). Sporii bacterieni sunt cei mai rezistenți la radiațiile ionizante, urmați de ciuperci și drojdie și apoi de bacterii.

Efectul distructiv al razelor γ ultraviolete și razelor X este utilizat în practică.

Razele ultraviolete sunt folosite pentru a dezinfecta aerul camerelor frigorifice, spațiilor medicale și industriale, iar proprietățile bactericide ale razelor ultraviolete sunt folosite pentru dezinfectarea apei.

Procesarea produselor alimentare cu doze mici de radiații gamma se numește radurizare.

Vibrații electromagnetice și ultrasunete. Unde radio- sunt unde electromagnetice caracterizate printr-o lungime relativ mare (de la milimetri la kilometri) si frecvente de la 3·10 4 la 3·10 11 hertzi.

Trecerea undelor scurte și ultra-radio printr-un mediu determină apariția în acesta a curenților alternativi de înaltă frecvență (HF) și ultra-înaltă (microunde). Într-un câmp electromagnetic, energia electrică este transformată în energie termică.

Moartea microorganismelor într-un câmp electromagnetic de mare intensitate are loc ca urmare a efectului termic, dar mecanismul de acțiune al energiei cu microunde asupra microorganismelor nu a fost dezvăluit pe deplin.

În ultimii ani, prelucrarea electromagnetică de ultra-înaltă frecvență a produselor alimentare a fost din ce în ce mai utilizată în industria alimentară (pentru gătit, uscare, coacere, reîncălzire, dezghețare, pasteurizare și sterilizare a produselor alimentare). În comparație cu metoda tradițională de tratament termic, timpul de încălzire cu energie microunde la aceeași temperatură este redus de multe ori și, prin urmare, gustul și proprietățile nutritive ale produsului sunt mai bine păstrate.

Ultrasunete. Ultrasunetele se referă la vibrații mecanice cu frecvențe mai mari de 20.000 de vibrații pe secundă (20 kHz).

Natura efectului distructiv al ultrasunetelor asupra microorganismelor este asociată cu:

CU efect de cavitație. Când undele ultrasunete se propagă într-un lichid, are loc rapid alternarea rarefării și compresiei particulelor lichide. Când mediul este descărcat, se formează spații mici goale - „bule”, care sunt umplute cu vapori și gaze de mediu. În timpul compresiei, în momentul în care „bulele” de cavitație se prăbușesc, apare o puternică undă de șoc hidraulic, provocând un efect distructiv;

Cu acțiunea electrochimică a energiei ultrasonice. Într-un mediu acvatic, moleculele de apă sunt ionizate și oxigenul dizolvat în acesta este activat. În acest caz, se formează substanțe foarte reactive, care provoacă o serie de procese chimice care afectează negativ organismele vii.

Datorită proprietăților sale specifice, ultrasunetele sunt din ce în ce mai utilizate în diverse domenii ale ingineriei și tehnologiei în multe sectoare ale economiei naționale. Se efectuează cercetări privind utilizarea energiei ultrasonice pentru sterilizarea apei de băut, a produselor alimentare (lapte, sucuri de fructe, vinuri), spălarea și sterilizarea recipientelor de sticlă.

Condițiile de mediu în schimbare afectează activitatea de viață a microorganismelor. Factorii de mediu fizici, chimici și biologici pot accelera sau suprima dezvoltarea microbilor, pot modifica proprietățile acestora sau chiar pot provoca moartea.

Factorii de mediu care au cel mai vizibil efect asupra sunt umiditatea, temperatura, aciditatea și compoziția chimică a mediului, efectul luminii și alți factori fizici.

Umiditate

Microorganismele pot trăi și se pot dezvolta numai într-un mediu cu un anumit conținut de umiditate. Apa este necesară pentru toate procesele metabolice ale microorganismelor, pentru presiunea osmotică normală în celula microbiană, pentru a-și menține viabilitatea. Diferitele microorganisme au nevoi diferite de apă. Bacteriile sunt în principal iubitoare de umiditate când umiditatea ambientală este sub 20%, creșterea lor se oprește. Pentru mucegaiuri, limita inferioară a umidității ambientale este de 15%, iar cu umiditate semnificativă a aerului este mai mică. Depunerea vaporilor de apă din aer pe suprafața produsului favorizează proliferarea microorganismelor.

Când conținutul de apă din mediu scade, creșterea microorganismelor încetinește și se poate opri complet. Prin urmare, alimentele uscate pot fi păstrate mult mai mult decât alimentele cu umiditate ridicată. Uscarea alimentelor vă permite să păstrați alimentele la temperatura camerei fără refrigerare.

Unii microbi sunt foarte rezistenți la uscare; unele bacterii și drojdii pot supraviețui în stare uscată până la o lună sau mai mult. Sporii de bacterii și mucegaiuri rămân viabile în absența umidității timp de zeci și uneori sute de ani.

Temperatură

Temperatura este cel mai important factor pentru dezvoltarea microorganismelor. Pentru fiecare microorganism există un regim de temperatură minim, optim și maxim pentru creștere. Pe baza acestei proprietăți, microbii sunt împărțiți în trei grupuri:

psicrofili - microorganisme care cresc bine la temperaturi scăzute cu minim la -10-0 °C, optim la 10-15 °C;
mezofili - microorganisme la care se observă o creștere optimă la 25-35 °C, minim la 5-10 °C, maxim la 50-60 °C;
termofile - microorganisme care cresc bine la temperaturi relativ ridicate cu creștere optimă la 50-65 °C, maxim la temperaturi peste 70 °C.

Majoritatea microorganismelor sunt mezofile, pentru care temperatura optimă este de 25-35 °C. Prin urmare, depozitarea produselor alimentare la această temperatură duce la proliferarea rapidă a microorganismelor în ele și la alterarea alimentelor. Unii microbi, atunci când se acumulează semnificativ în alimente, pot duce la otrăviri alimentare la oameni. Microorganismele patogene, de ex. care provoacă boli infecțioase la oameni sunt, de asemenea, clasificate drept mezofili.

Temperaturile scăzute încetinesc creșterea microorganismelor, dar nu le omoară. În alimentele refrigerate, creșterea microbiană este lentă, dar continuă. La temperaturi sub 0 °C, majoritatea microbilor încetează să se reproducă, adică. Când alimentele sunt înghețate, creșterea microbilor se oprește, unii dintre ei mor treptat. S-a stabilit că la temperaturi sub 0 °C, majoritatea microorganismelor intră într-o stare similară cu anabioza, își păstrează viabilitatea și își continuă dezvoltarea pe măsură ce temperatura crește. Această proprietate a microorganismelor trebuie luată în considerare în timpul depozitării și al prelucrării ulterioare culinare a produselor alimentare. De exemplu, salmonella poate persista mult timp în carnea congelată, iar după dezghețarea cărnii, în condiții favorabile, se acumulează rapid până la o cantitate periculoasă pentru oameni.

Când sunt expuse la temperaturi ridicate care depășesc rezistența maximă a microorganismelor, acestea mor. Bacteriile care nu au capacitatea de a forma spori mor atunci când sunt încălzite într-un mediu umed la 60-70 ° C în 15-30 de minute, la 80-100 ° C în câteva secunde sau minute. Sporii bacterieni au o rezistență mult mai mare la căldură. Sunt capabili să reziste la 100 °C timp de 1-6 ore la o temperatură de 120-130 °C, sporii bacterieni în mediu umed mor după 20-30 de minute. Sporii de mucegai sunt mai puțin rezistenți la căldură.

Prelucrarea termică culinară a produselor alimentare în alimentația publică, pasteurizarea și sterilizarea produselor din industria alimentară duc la moartea parțială sau completă (sterilizarea) a celulelor vegetative ale microorganismelor.

În timpul pasteurizării, produsul alimentar este expus la efecte minime de temperatură. În funcție de regimul de temperatură, se disting pasteurizarea scăzută și înaltă.

Pasteurizarea scăzută se efectuează la o temperatură care nu depășește 65-80 ° C, timp de cel puțin 20 de minute pentru a garanta mai bine siguranța produsului.

Pasteurizarea ridicată este o expunere pe termen scurt (nu mai mult de 1 minut) a produsului pasteurizat la o temperatură de peste 90 °C, care duce la moartea microflorei patogene care nu poartă spori și, în același timp, nu implică modificări semnificative. în proprietăţile naturale ale produselor pasteurizate. Alimentele pasteurizate nu pot fi păstrate fără refrigerare.

Sterilizarea presupune eliberarea produsului de toate formele de microorganisme, inclusiv de spori. Sterilizarea conservelor se realizează în dispozitive speciale - autoclave (sub presiune de abur) la o temperatură de 110-125 ° C timp de 20-60 de minute. Sterilizarea oferă posibilitatea păstrării pe termen lung a conservelor. Laptele este sterilizat prin tratament la temperaturi ultra-înalte (la temperaturi peste 130 ° C) timp de câteva secunde, ceea ce vă permite să păstrați toate proprietățile benefice ale laptelui.

Reacția mediului

Activitatea vitală a microorganismelor depinde de concentrația ionilor de hidrogen (H +) sau hidroxil (OH -) din substratul pe care se dezvoltă. Pentru majoritatea bacteriilor, un mediu neutru (pH aproximativ 7) sau ușor alcalin este cel mai favorabil. Mucegaiurile și drojdiile cresc bine într-un mediu ușor acid. Un mediu foarte acid (pH sub 4,0) inhibă creșterea bacteriilor, dar mucegaiul poate continua să crească într-un mediu mai acid. Suprimarea creșterii microorganismelor putrefactive atunci când mediul este acidulat are aplicații practice. Adaosul de acid acetic este utilizat la decaparea alimentelor, ceea ce previne procesele de putrezire și permite conservarea alimentelor. Acidul lactic format în timpul fermentației inhibă și creșterea bacteriilor putrefactive.

Concentrația de sare și zahăr

Sarea de masă și zahărul au fost folosite de multă vreme pentru a crește rezistența alimentelor la alterarea microbiană și pentru a conserva mai bine produsele alimentare.

Unele microorganisme necesită concentrații mari de sare (20% sau mai mult) pentru dezvoltarea lor. Se numesc iubitoare de sare sau halofili. Ele pot provoca alterarea alimentelor sărate.

Concentrațiile mari de zahăr (peste 55-65%) opresc proliferarea majorității microorganismelor, acesta este folosit la prepararea gemului, gemului sau marmeladei din fructe și fructe de pădure. Cu toate acestea, aceste produse pot fi stricate și de creșterea mucegaiurilor osmofile sau a drojdiilor.

Aprinde

Unele microorganisme necesită lumină pentru dezvoltarea normală, dar pentru majoritatea dintre ele este dăunătoare. Razele ultraviolete ale soarelui au efect bactericid, adică la anumite doze de radiații duc la moartea microorganismelor. Proprietățile bactericide ale razelor ultraviolete ale lămpilor cu mercur-cuarț sunt folosite pentru a dezinfecta aerul, apa și unele produse alimentare. Razele infraroșii pot provoca, de asemenea, moartea microbilor din cauza efectelor termice. Expunerea la aceste raze este utilizată în tratamentul termic al produselor. Câmpurile electromagnetice, radiațiile ionizante și alți factori fizici de mediu pot avea un impact negativ asupra microorganismelor.

Factori chimici

Unele substanțe chimice pot avea un efect dăunător asupra microorganismelor. Se numesc substanțele chimice care au efect bactericid antiseptice. Printre acestea se numără dezinfectanții (înălbitor, hipocloriți etc.) folosiți în medicină, în industria alimentară și alimentația publică.

Unele antiseptice sunt folosite ca aditivi alimentari (acizi sorbic și benzoic etc.) în producția de sucuri, caviar, creme, salate și alte produse.

Factori biologici

Proprietățile antagoniste ale unora se explică prin capacitatea lor de a elibera în mediu substanțe care au efect antimicrobian (bacteriostatic, bactericid sau fungicid) - antibiotice. Antibioticele sunt produse în principal de ciuperci, mai rar de bacterii, ele își exercită efectul specific asupra anumitor tipuri de bacterii sau ciuperci (efect fungicid). Antibioticele sunt utilizate în medicină (penicilină, cloramfenicol, streptomicina etc.), în zootehnie ca aditiv pentru hrana animalelor, în industria alimentară pentru conservarea alimentelor (nizin).

Fitoncidele, substante care se gasesc in multe plante si alimente (ceapa, usturoi, ridichi, hrean, condimente etc.), au proprietati antibiotice. Fitoncidele includ uleiuri esențiale, antociani și alte substanțe. Ele sunt capabile să provoace moartea microorganismelor patogene și a bacteriilor putrefactive.

Albușurile de ou, icrele de pește, lacrimile și saliva conțin lizozim, o substanță antibiotică de origine animală.

Microorganismele, în funcție de sensibilitatea lor la radiații, sunt de obicei clasate în următoarea ordine: - bacteriile sunt cele mai sensibile, apoi mucegaiurile, drojdiile, sporii bacterieni și virușii. Cu toate acestea, această diviziune nu este absolută, deoarece printre bacterii există specii care sunt mai radiorezistente decât virușii.

Radiosensibilitatea microorganismelor este modificată de diverși factori, atât interni: natura genetică a celulei în sine, faza de viață a celulei și altele, cât și externi: temperatura, concentrația de oxigen și alte gaze, compoziția și proprietățile mediului înconjurător în care iradiere se efectuează, precum și tipul de expunere la radiații și puterea acesteia și alți factori. Radiosensibilitatea microorganismelor este semnificativ mai mică decât cea a plantelor și animalelor cu 1-2 ordine de mărime în unele cazuri, efectul bactericid pentru unele specii poate fi realizat doar la doze semnificative: 1-2 Mrad.

Deja în primele etape ale studierii sensibilității la radiații a microorganismelor, s-a demonstrat că la o doză de 5000 R rata de supraviețuire a E. coli a fost redusă semnificativ, iar la o doză de 20 kR 95% din bacterii au murit. Cultura de microorganisme de fiecare tip conține un amestec de celule care diferă ca sensibilitate la radiații. De exemplu, pentru o cultură de Escherichia coli, 66% LD50 corespundea unei doze de 1,2 krad, iar pentru 34% din bacterii - 3,5 krad. Când bacteriile intestinale sunt iradiate cu raze gamma, inactivarea lor are loc în intervalul de la 24 până la 168 krad și moartea tuturor celulelor la doze de aproximativ 300 krad.

Pentru a obține același efect biologic, diferite tipuri de microorganisme necesită doze diferite de radiații. Aceste diferențe depind de o serie de caracteristici biologice ale bacteriilor iradiate, condițiile de iradiere, influențele mediului și alți factori. O importanță deosebită este acordată sensibilității inegale a metabolismului acidului nucleic și ADN-ului diferitelor organisme la expunerea la radiații.

Sensibilitatea bacteriilor la radiații variază semnificativ în cadrul aceleiași specii și chiar în cadrul unei populații de celule bacteriene. Populația de celule este formată din bacterii, dispuse în funcție de rezistența lor la radiații într-o serie variațională, precum și în funcție de alte caracteristici biologice. Prin urmare, celulele deosebit de radiorezistente sunt întotdeauna prezente în populație pentru a le ucide, este necesar să se iradieze cu doze mai puternice decât cele care ucid cea mai mare parte a celulelor mai radiosensibile. Bacteriile gram-pozitive sunt mai puțin sensibile la radiații decât bacteriile gram-negative.

Sporii bacterieni au radiosensibilitate foarte scăzută, dar chiar și printre microorganismele care nu formează spori există organisme a căror radiorezistență o poate depăși pe cea a sporilor. Cel mai adesea aparțin cocasilor sau sarcinelor. Se știe că micrococii au o doză semiletală de 400 krad (4 kGy). În timpul sterilizării prin radiații a cărnii, peștelui și a altor produse, cocii s-au găsit cel mai adesea după iradiere în doze de la 600 la 1500 krad. Un exemplu de rezistență radio ridicată poate fi și bacteriile izolate din apele reactoarelor nucleare.

Pe lângă spori, care sunt foarte rezistenți la radiațiile ionizante, sunt cunoscute bacterii foarte radiorezistente care nu formează spori. Bacteriile foarte radiorezistente sunt cel mai adesea găsit printre coci. Suprafața diferitelor produse medicale, precum și aerul din spațiile în care sunt fabricate aceste produse pot fi contaminate cu diverse bacterii, inclusiv Sarcine, care sunt deosebit de rezistente la radiatii ionizante. Cunoscutul Micrococcus radiodurans, izolat din carnea iradiată de Anderson și colab., aparține de asemenea coci. Analiza spectrofotometrică a pigmentului micrococilor radiorezistenți izolați de Anderson a arătat că majoritatea pigmenților sunt carotenoizi. Pigmentii izolați din celulele radiorezistente au fost sensibili la radiații. Cu toate acestea, variantele de micrococ nepigmentate au prezentat, de asemenea, radiorezistență ridicată. Ulterior, micrococul izolat de Anderson a atras atenția radiobiologilor și a fost numit Micrococcus radiodurance. Era mai rezistent nu numai la razele X sau la radiațiile gamma, ci și la iradierea ultravioletă. Micrococul s-a dovedit a fi de 3 ori mai rezistent la razele ultraviolete decât E. coli. Pentru a întârzia sinteza ADN-ului în celulele micrococcus, sunt necesare fracții de 20 de ori mai mari decât cele care provoacă un efect similar în Escherichia coli.

Se poate presupune că radiorezistența ridicată a micrococului este asociată cu un sistem special pentru repararea daunelor cauzate de radiații. A fost observată natura diferită a reparațiilor deteriorării radiodurantei Micrococcus rezultate din iradierea ultravioletă și acțiunea radiațiilor ionizante.

Bacteriile foarte radiorezistente au fost izolate din praful din fabricile care produc dispozitive medicale din plastic din Danemarca de către Christensen și colab.. Au fost Streptococcus Faccium. S-a dovedit că radiorezistența diferitelor tulpini ale aceluiași tip de microorganisme. Astfel, pentru majoritatea tulpinilor de Sir, faecium, o doză de 20 - 30 kGy este bactericidă și doar câteva tulpini pot rezista la iradiere la o doză de 40 kGy. Tulpini Str. fecale izolate din praful s-a dovedit a fi mai radiorezistent. Deși majoritatea tulpinilor au murit atunci când au fost iradiate la doze de la 20 la 30 kGy, unele tulpini (4 din 28 studiate) au rezistat la iradiere la doze de până la 45 kGy.

Concentrația celulelor microbiene în obiectul iradiat

Unul dintre motivele care joacă un rol semnificativ în eficacitatea sterilizării cu radiații este concentrația de celule microbiene în obiectul iradiat.

În 1951, Hollander și colab. au stabilit că sensibilitatea bacteriilor la iradierea este o funcție a concentrației celulare. Pe măsură ce concentrația în suspensia iradiată scade, radiosensibilitatea acesteia crește 10 7 celulele au fost concentrația optimă de bacterii la care efectul radiațiilor ionizante a fost cel mai eficient asupra densității și volumului suspensiei iradiate (7, 36, 75 , 141 - 143). Când E. coli este iradiată cu raze beta de la un accelerator Van de Graaff (2 MeV ) S-a constatat că doza absolut sterilizantă depinde doar de concentrația suspensiei iradiate. Există o relație direct proporțională între concentrația de microbi și doza care ucide 100% din celule: cu cât densitatea suspensiei iradiate este mai mică, cu atât este mai mică doza de radiație care dă efectul bactericid complet.

Figura 2.1 - Curbele de inactivare ale diferitelor microorganisme.

1 - M. radiodurans R; 2 - Stafilococi; 3 - Micrococi; 4 - Tijă Coryneform; 5 - Spori; 6 - Str. fecium.

La iradierea unei culturi de bacterii Escherichia coli, efectul de sterilizare al radiațiilor gamma pentru suspensii relativ subțiri (8 * 10 5 -10 8 corpi microbieni la 1 ml) a fost realizat la o doză de 2 kGy. Iradierea unei suspensii microbiene mai dense care conține 10 10 corpuri microbiene la 1 ml la o doză de 2 kGy nu a produs un efect bactericid. Chiar și cu iradiere la doze de 4 și 5 kGy, s-a observat uneori creșterea coloniilor individuale. Sterilizarea completă a suspensiilor care conţin 10 10 şi 2 * 10 10 corpi microbieni la 1 ml a fost realizată numai cu iradiere la o doză de 6 kGy. O creștere suplimentară a numărului de corpuri microbiene în 1 ml de mediu iradiat nu a necesitat o creștere a dozei de iradiere pentru un efect bactericid complet. Aşa. o suspensie de bacterii de dizenterie Flexner la o concentraţie de 7*10 10 corpi microbieni în 1 ml a fost complet inactivată printr-o doză de 6 kGy. Sarcina este unul dintre cele mai radiorezistente microorganisme. Când suspensii groase de diferite microorganisme, atât mai radiorezistente, cât și mai puțin radiorezistente, au fost iradiate la doze de 1, 2, 4, 8 kGy și 15 kGy, s-a observat o relație între scăderea numărului de microorganisme supraviețuitoare și creșterea radiației. doza. Cu cât doza de radiații este mai mare, cu atât mai puține microorganisme au supraviețuit după iradiere. Un efect de sterilizare complet a fost obținut prin iradierea microorganismelor la o concentrație de 4 * 10 10 miliarde de corpuri microbiene la 1 ml la o doză de 15 kGy. Această proporție a ucis și cele mai rezistente microorganisme - sarcina și Bacillus subtilis.

Astfel, o creștere a concentrației de microorganisme într-un obiect iradiat crește radiorezistența acestora. Această situație este valabilă pentru microorganismele cu radiosensibilități diferite.

Cu toate acestea, creșterea radiorezistenței suspensiei iradiate nu este o consecință a formării de radiorezistență în celulele iradiate. După iradierea suspensiilor groase în doze bactericide, indivizii singuri supraviețuiesc, formând colonii de microbi atunci când sunt semănați pe agar. Un studiu al radiosensibilității acestor bacterii supraviețuitoare a arătat că nu au devenit mai rezistente la radiații în comparație cu cultura bacteriană originală. Acest fenomen poate apărea atunci când sunt iradiate suspensii de microorganisme cu o densitate semnificativ mai mică. Este cunoscut în literatură sub denumirea de „coadă”. Studiul cozilor a mai arătat că bacteriile care au supraviețuit iradierii la doze letale nu au radiosensibilitate crescută. O explicație pentru fenomenele observate ar trebui căutată printre motivele care provoacă moartea microorganismelor din cauza radiațiilor ionizante. Motivul cel mai probabil pentru creșterea radiorezistenței microorganismelor cu creșterea concentrației este scăderea presiunii parțiale a celulelor în diviziune. În timpul diviziunii celulare, nucleul devine mai vulnerabil la iradiere