В естественной среде микроорганизмы развиваются в сложных сообществах, состоящих из различных видов, между которыми устанавливаются определенные взаимоотношения. Характер этих взаимоотношений зависит от биологических особенностей развивающихся видов, количества и доступности питательных веществ, физического состояния среды. Взаимоотношения между микроорганизмами могут быть разделены на симбиотические — симбиоз, метабиоз, сателлитизм и конкурентные — антагонизм, паразитизм, хищничество. ,
Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов.
Симбиоз — это взаимоотношения двух различных видов, которые при сожительстве поддерживают развитие друг друга и совместно развиваются лучше, чем каждый в отдельности. Примером бактериального симбиоза является совместное развитие аэробов и анаэробов в естественной среде. Аэробные микроорганизмы поглощают кислород и тем самым создают условия для развития анаэробов.
Метабиоз — взаимоотношения, при которых продукты обмена одного вида микроорганизмов служат питательным материалом для другого. Так, аммиак, выделяющийся в результате жизнедеятельности аммонификаторов, представляет собой необходимый субстрат для развития нитрификаторов.
Сателлитизм — взаимоотношения между видами, когда микроорганизм-сателлит выделяет в среду ростовые вещества — витамины, аминокислоты, стимулирующие развитие другого вида.
Классическим примером симбиотических взаимоотношений является совместное существование в кефирных зернах молочнокислых бактерий и молочных дрожжей. Кефирные зерна применяют для получения кефира. Совместное существование дрожжей и молочнокислых бактерий не случайно. Дрожжи лучше развиваются в слабокислой среде, к тому же они используют для своей жизнедеятельности продукт обмена молочнокислых бактерий — молочную кислоту. Это благоприятно отражается и на развитии молочнокислых бактерий, так как снижается чрезмерная кислотность среды. Дрожжи, кроме того, обогащают среду витаминами, а из отмирающих дрожжевых клеток в субстрат переходят продукты автолиза — азотистые вещества, необходимые для молочнокислых бактерий.
Конкурентные взаимоотношения микроорганизмов. Антагонизм — взаимоотношения между микроорганизмами, когда один микроорганизм подавляет развитие или вызывает полную гибель другого. В основе антагонизма микроорганизмов лежат разные причины: недостаток питательных веществ, физико-химическое изменение среды (подкисление или подщелачивание, потребление кислорода), выделение в среду токсических веществ. Существует три формы антагонизма: пассивный, насильственный и активный.
Пассивный антагонизм — взаимоотношения между микроорганизмами, когда при использовании одних и тех же питательных веществ преимущество получает тот вид микроорганизма, который обладает большей биологической активностью. Так, при одновременном высеве в среду бактерий и актиномицетов первые подавляют развитие вторых.
Насильственный антагонизм — взаимоотношения между микроорганизмами, когда при недостатке питательных веществ бактерии, образующие протеолитические ферменты, используют в качестве пищи клетки других бактерий. Так, Lactobacteriumacidophilum при недостатке углеводов в питательной среде выделяла протеолитические ферменты, лизирующие (растворяющие) Streptococcuslactis.
Активный антагонизм подразделяется на два вида. Первый вид характеризуется накоплением в среде продуктов обмена (спиртов, кислот, щелочей) , которые резко изменяют активную кислотность среды и тем самым подавляют развитие других видов микроорганизмов. Например, некоторые микроскопические грибы образуют лимонную кислоту, которая подавляет жизнедеятельность большинства сапрофитных бактерий. Молочнокислые бактерии являются антагонистами по отношению к гнилостным микроорганизмам, так как продукт их жизнедеятельности — молочная кислота вызывает гибель возбудителей гниения.
Второй вид характеризуется выделением во внешнюю среду специфических антибиотических веществ — антибиотиков, которые губительно действуют на рост и размножение других микроорганизмов. Действие антибиотиков может быть бактериостатическим (в отношении бактерий) и фунгистатическим (в отношении грибов), т. е. задерживающим рост, и бактерицидным или фунгицидным, т. е вызывающим гибель клеток. Взаимодействие антибиотика с клеткой микроорганизмов может изменить проницаемость клеточной стенки, вызвать лизис (растворение) клетки в результате нарушения ее осмотического барьера, нарушить один или несколько ферментативных процессов, оказывающих влияние на обмен веществ. К настоящему времени открыто, выделено и изучено свыше трех тысяч различных антибиотиков.
Способностью вырабатывать антибиотики обладают некоторые виды микроорганизмов (грибы, актиномицеты, бактерии), животных, растений. Так, широко известный антибиотик пенициллин получают из микроскопических грибов рода Penicilliurn. Наибольшее число антибиотиков с широким спектром действия (способные вызывать гибель разных групп микроорганизмов) обнаружено у актиномицетов. Одним из них является биомицин, который используется в рыбной промышленности для увеличения сроков хранения охлажденной рыбы.
К антибиотикам бактериального происхождения относится низин, выделенный из Streptococcuslactis. Низин активен по отношению ко многим грамположительным бактериям. Его используют в пищевой и рыбной промышленности, в частности в качестве консерванта при производстве икры рыб и других продуктов.
Антибиотики растительного происхождения называются фитонцидами. Так, антибиотик аллицин, выделенный из чеснока, подавляет развитие грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов. Фитонцидной активностью в отношении разных групп микроорганизмов обладают вещества, содержащиеся в пряностях.
Из антибиотиков животного происхождения наибольшее применение получили лизоцин, обладающий литическим действием на грамположительные болезнетворные и сапрофитные бактерии, и экмолин, выделенный из тканей рыб, активный в отношении возбудителей пищевых отравлений.
Паразитизм подразделяется на два вида: без контакта с клеткой-жертвой и при контакте с клеткой-жертвой. К первому виду относится лизис грибов микобактериями под действием гидролитических экзоферментов. Второй вид характеризуется обязательным внедрением паразита в другой организм, например бактериофагия. В последнее время выделены новые внутриклеточные паразиты микроорганизмов.
Хищничество — взаимоотношения между микроорганизмами, когда одни хищники умерщвляют других (жертву) в течение короткого времени. К ним относятся хищные грибы — нематофаги, которые ловят нематод (беспозвоночных животных) с помощью специальных ловчих колец (колец мицелия).