Микроорганизмы осуществляют процессы жизнедеятельности в условиях различной кислотности или щелочности среды, но реакция внутри клетки поддерживается на уровне близком к нейтральной. Это достигается благодаря наличию в цитоплазме клеток буферных систем и низкой полупроницаемости мембраны для ионов водорода.

Действие кислотности среды на микробы

Кислотность питательной среды – один из наиболее важных факторов влияющих на рост и размножение микробов, в том числе и бактерий.

Кислотность среды (концентрация ионов водорода) в питательной среде действует на микробы по нескольким направлениям:

  1. Непосредственно – оказывает влияние на полупроницаемость цитоплазматической мембраны.
  2. Косвенно или опосредовано:
    • влияя на ионное состояние и доступность метаболитов и ионов;
    • оказывая влияние на стабильность макромолекул;
    • поддерживая или нарушая равновесие зарядов на поверхности клетки.

Низкие значения кислотности среды – кислая среда (рН 0–6,9):

  • понижают растворимость углекислого газа (источника углерода для автотрофных бактерий);
  • повышают растворимость катионов меди (Cu2+), молибдена (Mo2+), марганца (Mg2+), алюминия (Al3+) до токсических для клетки уровней;
  • поддерживают многие органические кислоты в недиссоциированной форме, позволяющей легко проникать в микробную клетку, оказывая при этом на нее токсическое действие;
  • увеличивают суммарный положительный заряд на поверхности клетки;
  • разрушают ДНК и АТФ.

Высокие значения кислотности среды – щелочная среда (рН 7,1–14):

  • резко понижают растворимость многих катионов необходимых клетке, в частности, железо (Fe2+), кальций (Ca2+), марганец (Mn2+), выпадают в осадок и остаются недоступными для микробов;
  • увеличиваются суммарный отрицательный заряд на поверхности клетки;
  • разрушаю РНК и фосфолипиды.

Группы бактерий по отношению к кислотности среды

В зависимости от отношения к кислотности среды бактерии делят на несколько групп:

  1. Нейрофилы – рост и развитие возможны в диапазоне рН 4–9, оптимум рН 6 – 8.
  2. Ацидофилы – оптимальная кислотность среды для роста ниже рН 4, различают:
  • факультативные ацидофилы – интервал развития рН 1–9, оптимум рН 2–4;
  • облигатные ацидофилы – интервал развития рН 1–5, оптимум рН 2–4.

3. Алкалофилы – обитатели щелочных почв, мест скопления экскрементов животных, оптимальные значения развития рН 9,0–10,5, различают:

  • факультативные алканофилы – интервал для роста рН 5–11, оптимум рН 9,0–10,5;
  • облигатные алканофилы – интервал для роста рН 8,5–11, оптимум 9,0–10,5.

4. Ацидотолерантные – кислотоустойчивые микроорганизмы, не растут при показателе кислотности ниже рН 4,5, но переносят реакцию среды на уровне рН 1 или рН 0,1, не подвергаясь сколько-нибудь заметному угнетению.

Отмечается, что способность ацидофилов и алкалофилов к росту и развитию при низких или высоких значениях кислотности среды обеспечивает микроорганизму некоторые преимущества, поскольку в экстремальных условиях кислотности конкуренция со стороны других организмов сводится к минимуму.

Механизм устойчивости микробов к кислоте или щелочи

Механизм устойчивости микроорганизмов к экстремальным условиям кислотности среды малоизученны. Каких-либо специальных структурных или физиологических свойств связанных с устойчивостью к кислоте или щелочи у ацидофилов и алкалофилов не обнаружено.

Параллельно установлено, что изменение кислотности среды вызывает у микроорганизмов компенсаторные ферментативные сдвиги. В частности, кишечная палочка реагирует на повышение кислотности среды синтезом декарбоксилаза аминокислот, а на повышение щелочности среды – синтезом дезаминаз, вызывающим декарбоксилирование или дезаминирование аминокислот. Продукты указанных реакций нейтрализуют повышенную кислотность или щелочность питательной среды.

(c) Справочник AgroXXI