Жизнь микроорганизмов в природных условиях обычно протекает совместно с другими живыми существами — микробами, растениями, животными. Взаимоотношения между этими организмами носят весьма разнообразный характер и существенно сказываются на их развитии.

Основными типами взаимоотношений являются симбиоз, метабиоз, паразитизм, антагонизм.

Симбиоз — это взаимоотношения, устанавливающиеся при совместном обитании в одной и той же среде двух или более видов микробов, при которых они не мешают друг другу в развитии, или когда такое совместное обитание является даже необходимым для них. Примером могут служить отношения при одновременном нахождении на пищевых продуктах анаэробных и аэробных микробов. Поглощая кислород, аэробы создают благоприятные условия для развития анаэробов. В этой связи понятно, почему иногда продукты, хранящиеся в обычных условиях, подвергаются анаэробной порче и становятся даже ядовитыми (ботулизм).

Взаимополезные отношения устанавливаются между дрожжами и молочно-кислыми бактериями в опаре и тесте при производстве хлеба, в молоке при производстве кефира, кумыса. Молочная кислота необходима для дрожжей, а дрожжи обеспечивают молочно-кислых бактерий ростовыми веществами. Симбиотические взаимоотношения устанавливаются между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями. Используя готовые органические вещества растений, клубеньковые бактерии взамен снабжают их азотистыми веществами, синтезируемыми из азота воздуха.

Метабиоз — форма сожительства, близкая к симбиозу. При метабиотических взаимоотношениях один вид микроорганизмов в процессе жизнедеятельности создает благоприятные условия для другого. Так, многие сапрофиты в процессе питания способны превращать белки в пептоны, полипептиды и аминокислоты. Другие же микробы, неспособные использовать белки, хорошо усваивают эти вещества. Первые создают продукты питания для вторых, продукты жизнедеятельности вторых могут служить пищей для третьих и т. д.

Отношения метабиоза способствуют быстрой порче квашеных и соленых овощей, кисломолочных продуктов, если они хранятся открытыми. Молочнокислые бактерии продуцируют молочную кислоту, ее потребляют плесневые грибы и подготавливают таким образом субстрат для гнилостных бактерий.

Дрожжи, продуцируя, спирт при развитии в средах, содержащих сахар, например во фруктовых соках, подготавливают условия для уксусно-кислых бактерий, вслед за которыми этот субстрат могут использовать плесневые грибы, превращая уксусную кислоту в углекислый газ и воду. Метабиозом объясняется быстрая минерализация всех органических веществ, попадающих в почву. Принцип метабиоза лежит в основе всего круговорота веществ в природе.

Паразитизм — форма взаимоотношений, когда один из организмов развивается за счет другого. Примером паразитизма могут служить взаимоотношения между бактериофагами и бактериями. Бактериофаги, питаясь веществами живых бактерий, разрушают их.

Антагонизм — это такие взаимоотношения, при которых совместно обитающие виды микроорганизмов оказывают угнетающее действие друг на друга.

Механизм подавления сожительствующих микробов бывает различным: быстрое потребление питательных веществ или кислорода из субстрата одним из видов; выделение в субстрат кислот и других продуктов обмена, затрудняющих развитие прочих микроорганизмов или делающих его совершенно невозможным.

На использовании антагонизма между молочнокислыми и гнилостными микробами основаны квашение овощей, сквашивание молока. И. И. Мечников предложил использовать молочно-кислые бактерии для борьбы с гнилостными бактериями, обитающими в кишечнике человека и постоянно отравляющими его продуктами своей жизнедеятельности.

В природных средах обитания и различных субстратах тот или иной тип взаимоотношений между микроорганизмами устанавливается не изолированно от других типов, а во взаимосвязи с ними, образуя сложные системы влияний и зависимостей. 

Конкурентоспособность в антагонистических взаимоотношениях у некоторых микроорганизмов находится в тесной зависимости от их способности продуцировать и выделять в среду обитания особые вещества, сильно угнетающие другие виды — антибиотики («анти» — против, «биос» — жизнь). Этих веществ известно довольно много. Те из них, которые оказались практически безвредными для человека, но очень бактерицидными (убивающими бактерий), широко применяются в медицине, в животноводстве, как лечебные и стимулирующие средства. Некоторые из них обладают не бактерицидным, а бактериостатическим действием (останавливают развитие бактерий). Характерным свойством антибиотиков является их избирательность, заключающаяся в том, что каждый из них действует только на определенную группу микроорганизмов. Имеются и такие, спектр действий которых достаточно широк.

У многих микроорганизмов при длительном многократном воздействии на них небольших доз антибиотиков вырабатывается устойчивость к препаратам. Антибиотики — вещества малостойкие, активность их снижается под действием нагреваний, Кислот, света и других факторов.

Пенициллин — антибактерийное вещество, выделяемое плесневыми грибами из группы пеницилловых. Наиболее чувствительны к пенициллину стрептококки, стафилококки и пневмококки. Палочковидные формы более устойчивы. Устойчивость к пенициллину некоторых бактерий объясняется тем, что они продуцируют фермент пенициллиназу, разрушающий этот антибиотик.

Стрептомицин вырабатывается актиномицетами. Обладает свойством подавлять рост многих микроорганизмов. Применяется при лечении острой формы бруцеллеза, кишечных заболеваний и др.

Грамицидин вырабатывается почвенной бациллой бревис. Действует на стафилококков, стрептококков, пневмококков, возбудителей газовой гангрены, дизентерии, брюшного тифа, а также на сибиреязвенную бациллу.

Биомицин продуцируется актиномицетами. Подавляет рост многих бактерий.

К числу антибиотиков, вырабатываемых микроорганизмами, относятся также тетрациклин (группа близких по свойствам веществ) и другие соединения.

Антибиотические вещества используются в основном в лечебных целях. Широкого применения для подавления микробиологических процессов в пищевых продуктах они не получили, так как спектр действия каждого из них сравнительно узок, а микрофлора, обсеменяющая пищевые товары, очень разнообразна. Кроме того, широкое применение их в практике хранения очень быстро могло бы привести к потере ими лекарственного значения в связи с неизбежным появлением устойчивых к ним разновидностей микробов.

Лабораторные исследования ряда антибиотических веществ, тем не менее, показали, что в будущем, с расширением числа изученных антибиотиков, некоторые могут быть применены для обработки пищевых товаров. В промышленных масштабах уже применялась обработка биомицином рыбы южных районов рыболовства. Установлена пригодность пенициллина, низина, хлортетрациклина для борьбы с микробами — вредителями дрожжевого производства.

Вещества, близкие по характеру действия к антибиотикам, способны продуцироваться и высшими организмами — животными и растительными. Такие вещества, открытые в 1928 г. советским исследователем Б. П. Токиным, были названы фитонцидами.

Фитонциды выделяют растения, они обладают губительным действием на бактерии, грибы. Особенно большой бактерицидностью обладают фитонциды лука, чеснока, алоэ, крапивы, листьев черемухи, можжевельника. Фитонциды, полученные из лука в виде кристаллического порошка в разведении 1:40 000, моментально убивают дифтерийные бактерии. На действии фитонцидов основано лечение ран травами. Фитонциды являются веществами летучими и оказывают влияние на микрофлору на расстоянии.

Фитонциды характеризуются менее выраженной специфичностью действия по сравнению с антибиотиками микробного происхождения. По химическим свойствам они представляют собой вещества, относящиеся к различным группам.

Удалось точно установить химическую природу некоторых фитонцидов. Из чеснока, например, выделен аллицин — маслянистая жидкость, растворимая в спирте. Он не обладает запахом чеснока, который появляется лишь при расщеплении аллицина соответствующим ферментом. Из лишайника «испанский мох» выделена и идентифицирована усниновая кислота, угнетающая рост туберкулезных бактерий.

Фитонциды удлиняют срок хранения пищевых продуктов.

Из веществ животного происхождения, обладающих свойствами антибиотиков, известны лизоцим и эритрит.

Лизоцим — белок со щелочными свойствами, обнаружен во многих веществах и продуктах животного происхождения — в молоке, белке куриного яйца. Находится он также в слюне, слезах, сыворотке крови, рыбьей икре, лейкоцитах. Лизоцим губителен для многих бактерий. Вызывает одновременно и растворение микробных клеток. Опыты по обработке икры осетровых рыб лизоцимом для повышения ее устойчивости к микробной порче дали положительные результаты.

Эритрин получен из красных кровяных шариков крови животных. Обладает бактериостатическими свойствами по отношению к возбудителю дифтерии стафилококкам, стрептококкам.