10.5.1. Механизм действия дезинфицирующих веществ

Существуют вещества, которые замедляют или полностью тормозят рост микроорга­низмов. Если вещество подавляет рост бактерий, а после его удаления или снижения концентрации рост возобновляется вновь, то говорят о бактериостатическом дейст­вии. Бактерицидные вещества вызывают гибель клеток. Различие в эффективности действия дезинфектантов заключается в механизме их действия. Кроме того, прояв­ление того или иного действия дезинфектантов связано с концентрацией химических агентов, с температурой и величиной рН среды. Также имеет значение видовые раз­личия микроорганизмов, возраст вегетативных клеток, спорообразование, причем ве­гетативные клетки более чувствительны к антимикробным веществам.

Эффективность различных агентов, применяемых для уничтожения микроорганиз­мов, характеризуется величиной D10 – это время, необходимое для того, чтобы в опреде­ленной популяции (скоплении клеток) при определенных условиях среды вызвать гибель 90% клеток.

Сильным антимикробным действием обладают соли тяжелых металлов – ртути, меди, серебра; окислители – хлор, озон, йод, пероксид водорода, хлорная известь, перманганат калия; щелочи – каустическая сода (NаОН); кислоты – сернистая, фто­ристоводородная, борная; газы – сероводород, диоксид углерода, оксид углерода, сер­нистый газ.

10.5.1.1. Повреждение поверхностей структур (клеточной стенки и цитоплазматической мембраны)

Клеточная стенка ограничивает содержимое клетки от внешнего воздействия. Она проницаема для солей и низкомолекулярных соединений и содержит некоторые фер­менты, расщепляющие высокомолекулярные соединения. Клеточные мембраны и, в частности, цитоплазматическая мембрана полупроницаема и контролирует проник­новение в клетку и выход из нее растворимых веществ. Клеточные мембраны состоят в основном из липидов и белков.

Синтез клеточных стенок грамположительных и некоторых грамотрицательных бактерий нарушается под действием антибиотиков, например, пенициллина. Однако их бактерицидное действие проявляется только в растущей культуре, в то время как «покоящиеся особи» остаются неуязвимыми.

Фенолы, крезолы, нейтральные мыла и ПАВ действуют на наружные слои клеточной стенки и нарушают избирательную проницаемость плазматической мембраны.

В пивоваренной промышленности активно используют ПАВ, которые имеют по­лярную структуру и содержат как гидрофильные, так и гидрофобные группы. Накап­ливаясь в липопротеиновых мембранах, которые также имеют полярную структуру, детергенты (синтетические моющие средства) нарушают их функции. Эти вещества обладают широким спектром антимикробного действия; их применяют для дезин­фекции поверхностей и одежды. По механизму действия с ПАВ сходны некоторые полипептидные антибиотики (полимиксин, колистин) и антимикробные вещества ра­стительного происхождения.

Асептическое действие популярного в микробиологической практике этанола в кон­центрации 70% направлено на коагуляцию белков и оказывает бактерицидный эффект.

10.5.1.2.Повреждение ферментов и нарушение метаболизма

Действие многих дезинфицирующих веществ основано на ингибировании ферментов клетки (табл. 10.6). Различают ингибирование обратимое и необратимое, конкурент­ное и неконкурентное.

Необратимоеингибирование обычно сопровождается разрушением или модифи­кацией одной или нескольких функциональных групп ферментов (коферментов или простетических групп), при этом наблюдается гибель микроорганизмов. При обрати­момингибировании имеет место бактериостатическое действие антисептиков.

При неконкурентномингибировании ингибитор связывается с ферментом, образуя неактивную форму. Наиболее общий тип неконкурентного ингибирования ферментов – это связывание SН-групп, в результате чего изменяется конформация (пространствен­ная структура) ферментных белков. Такой эффект вызывают тяжелые металлы (медь, серебро, ртуть) как в форме солей, так и в форме органических соединений.

Другой тип неконкурентного ингибирования – связывание коферментов, в роли которых обычно выступают двухвалентные металлы. Например, ингибирующее дей­ствие ЭДТА заключается в обратимом связывании Mg+2 и других двух валентных катионов, в результате чего снижается активность фермента. В настоящее время ис­пользование ЭДТА ограничивают в связи с тем, что это вещество извлекает тяжелые металлы и тем самым увеличивает нагрузку на сточные воды.

В основе конкурентногоингибирования лежит структурное сходство ингибиторов с нормальными клеточными метаболитами. В результате проникший в клетку метабо­лит может изменить ход процессов биосинтеза. В табл. 10.6 приведены примеры анти­метаболитов (структурных аналогов), которые, попадая в клетку, изменяют процессы биосинтеза. Структурные аналоги могут препятствовать включению нормальных ме­таболитов и тем самым синтезу отдельных клеточных компонентов. Они могут приво­дить к снижению и даже к полной инактивации ферментов или нарушать функцию нуклеиновых кислот.

Таблица 10.6

Механизм действия дезинфицирующих веществ

Также инактивируют ферменты такие сильные окислители, как хлор, озон, перо­ксид водорода.

Соли тяжелых металлов и формалин вызывают быструю коагуляцию белков ци­топлазмы, фенолы – инактивацию дыхательных ферментов, в то время как щелочи и кислоты – гидролизуют белки и тем самым влияют на обмен веществ клетки.

10.5.1.3. Подавление синтеза белков и нуклеиновых кислот антибиотиками

Для определенных групп бактерий известны антибиотики, подавляющие синтез белка. При этом действие антибиотиков направлено на нарушение функции рибосом или торможение процесса связывания аминокислот между собой. Такой механизм харак­терен для стрептомицина, неомицина, эритромицина и некоторых других. Другой ряд антибиотиков, например, митомицин и актиномицин D избирательно влияют на синтез ДНК либо РНК.