При знакомстве с содержанием мультимедийных подкастов о здоровом образе жизни меня заинтересовала информация о плесневых грибах (плесени), как причине некоторых заболеваний. И, как у будущего врача оториноларинголога, возникли следующие вопросы: вызывают ли плесневые грибы заболевания верхних дыхательных путей и уха человека (ЛОР-органов)? Какие виды плесеней являются причиной таких болезней? В каких условиях возможны вызываемые плесневыми грибами болезни уха, носа, околоносовых пазух и гортани человека?
В поиске ответов на поставленные вопросы мы познакомились со сведениями из научной медицинской литературы [2; 4]. После анализа и обобщения полученной информации были сформулированы следующие выводы:
– некоторые плесневые грибы родов Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus и др. могут вызвать инфекционные заболевания ЛОР-органов взрослых и детей; такие грибы называют условно или потенциально патогенными;
– попадание спор указанных плесневых грибов в нос, околоносовые пазухи, ухо и гортань человека не всегда приводит к болезни;
– вызванные плесневыми грибами заболевания ЛОР-органов человека выявлены при сниженной иммунной защите организма, длительном игнорировании пациентом признаков грибковых заболеваний и возможности получить помощь врача, при некорректном лечении лекарственными препаратами и самолечении;
– в случае своевременного обращения за медицинской помощью и оказания ее с учетом результатов микробиологической диагностики вызвавших заболевание плесневых грибов, прогноз назначенного адресного лечения положительный.
Представленные выводы позволяют указать на зависимость возникновения и развития грибковых заболеваний ЛОР-органов от многих событий и явлений. Наше внимание привлек факт попадания спор плесневых грибов в организм взрослого или ребенка из внешней окружающей среды. По сути, это результат распространения спорангиоспор и конидий, образованных при бесполом размножении указанных микроорганизмов. Известно, что грибы реагируют на воздействия разных факторов среды своего обитания скоростью роста гиф, развитием плодовых тел и другими проявлениями жизненного цикла. Но можно ли регулировать такие ответные реакции?
Проблема исследования: как снизить возможность попадания спор плесени в организм человека?
Цель исследования — изучить зависимость роста и размножения плесневых грибов родов Mucor, Rhizopus, Aspergillus и Penicillium от воздействия факторов окружающей среды.
Задачи исследования: собрать, проанализировать и обобщить информацию об условиях окружающей среды, а) благоприятных для роста и размножения плесневых грибов, б) угнетающих плесень; в экспериментальном исследовании сравнить распространение плесневых грибов родов Mucor и Penicillium в разных питательных средах; сформулировать выводы по результатам исследования.
Объект изучения — плесневые грибы родов Mucor, Rhizopus, Aspergillus, Penicillium.
Предмет исследования — результаты воздействия факторов окружающей среды на плесневые грибы.
Гипотеза исследования: Некоторые факторы окружающей среды затрудняют рост и размножение плесневых грибов. Указать эти факторы возможно с учетом обобщения сведений из достоверных литературных источников и результатов самостоятельно выполненного эксперимента.
Обзор литературы. Из информации о грибах известно, что разные виды плесени успешно существуют в природных экосистемах и местах пребывания людей [5; 6; 8; 10]. При описании и на фотографиях, рисунках плесневых грибов представлены общие сведения об их внешнем виде, питании, строении и размножении; о большом значении плесени для мира живой природы, промышленного пищевого, сельскохозяйственного и других производств; об открытии пенициллина, жизненно важной для людей роли этого антибиотика, о получении из пенициллов других антибиотиков с противогрибковым действием. Следует отметить и некоторые рекомендации для профилактики вызванных плесенью болезненных состояний человека. Например, регулярно выполнять влажную уборку и проветривание жилых помещений, использовать индивидуальные средства защиты при участии в сборе опавших листьев.
Также раскрыты благоприятные для роста плесневых грибов экосистемы больших городов. Указаны особенности их почвенного покрова и атмосферы, причины распространения плесеней внутри жилых и общественных помещений [7; 8]. Отмечены обогащение близлежащих к городским поселениям земель пищевыми и бытовыми отходами, что способствует успешному росту и размножению плесневых грибов; сезонный вывоз из городов опавшей листвы и, как следствие, уничтожение условий обитания целлюлозолитических грибов. В крупных городах и мегаполисах разных стран мира выявлено преобладание среди других потенциально патогенных грибов представителей родов Aspergillus, Penicillium, Alternaria, Cladosporium . Они обнаружены на внешних поверхностях зданий и пешеходных зон, в воздухе, а также во внутренней среде общественных зданий, жилых домов и квартир. Такое явление свидетельствует об особом составе сообщества микроскопических грибов в больших городах и неслучайном их распространении в местах пребывания человека. Мы считаем, что такое неизбежное близкое соседство с плесневыми грибами будет более безопасным для человека при возможности влияния на их распространение и рост. Это подтверждает актуальность нашего исследования.
Методы исследования. Поиск в справочной, научно-познавательной, научной биологической и медицинской литературе сведений о влиянии факторов окружающей среды на рост и размножение плесневых грибов; последующие анализ и обобщение информации; экспериментальное исследование для выявления влияния разных питательных сред на рост и распространение плесневых грибов родов Mucor и Penicillium ; наблюдение за динамикой роста плесени и ее качественная оценка; описание исследования.
Оборудование и материалы: портативный микроскоп MaYuan 10085 100x; фотокамера телефона iphone XR; плесневые грибы рода Mucor , выросшие на смазанной растительным маслом мякоти тыквы, и рода Penicillium, выросшие на зеленом консервированном горошке; чашка Петри диаметром 90 мм — 8 шт.; медицинский пинцет; питательные среды — влажный и маслянистый на ощупь зерновой кофе после размалывания в кофемашине и последующей обработки паровой помпой под давлением 15 Бар; домашний малиновый компот; агар из раздробленного зерна овса и агар-агара; медицинские маски и перчатки.
Экспериментальное исследование
17.11.2023. Подготовили три питательные среды и поместили их в стерильные чашки Петри. Каждую чашку обозначили номером от 1 до 8. Условно расположение питательных сред в чашках 1–8 представлено на рисунке 1. В чашках 1, 2, 4–6 и 8 дно было полностью покрыто слоем питательной среды высотой около 0,4 см. В чашках 3 и 7 кофе находился только в центре. Небольшую часть предварительно выращенных грибов пинцетом аккуратно поместили на питательные среды в середину каждой чашки. Во время эксперимента все чашки Петри с грибами находились в комнате с температурой 24–25° С и естественным освещением.
Рис. 1. Расположение питательных сред в чашках Петри
27.11.2023. Грибы растут, их плодовые тела хорошо заметны.
04.12.2023. В центре чашек 1, 2, 4–6 и 8 увеличилась площадь цветущей плесени. Появились ее точечные рассеивания на поверхностях питательных сред. На агаре грибы растут быстрее, чем на кофе и компоте. В чашках 3 и 7 плесень мало увеличилась.
07.12.2023. В чашках 3 и 7 изменений нет. Аккуратно их открыли. Кофе стал сухим на ощупь. Он рыхлый, поэтому большая поверхность испарения воды. Грибы погибли или замерли и сохранили способность к росту? В каждую из этих чашек добавили по 3 столовые ложки питьевой воды.
12.12.2023. Плесень продолжает расти во всех чашках.
26.12.2023. Грибы хорошо растут в чашках 1, 2, 5, 6 и медленнее в чашках 3 и 7. В чашках 4 и 8 только небольшие островки плесени.
Вывод: при постоянной температуре помещения и естественном освещении рост и размножение плесени зависит от состава питательной среды. В нашем эксперименте грибы родов Mucor и Penicillium хорошо росли и размножались на агаре и влажном кофе. В компоте они росли медленно, мы объясняем это недостаточным содержанием сахара. При испарении влаги из рыхлой среды рост плесени останавливается, а при последующем добавлении воды продолжается.
Результаты и обсуждение
На рост и размножение плесневых грибов влияют многие факторы окружающей среды. Среди них мы выделили наличие питательных веществ, температуру, активность воды, кислотность, световое освещение и движение воздуха, потому что человек может изменять их характеристики в бытовых ситуациях.
Плесневые грибы являются сапротрофами. С помощью образованных клеткой ферментов они расщепляют до доступных для поглощения форм соединения углерода, азота и минеральных веществ из среды своего обитания. Используют для этого почву, растения, древесину, продукты питания, ткани, кожу и другие органические материалы. В условия нашего эксперимента грибы родов Mucor и Penicillium росли на агаре, размолотом кофе и ягодном компоте.
Некоторые факторы окружающей среды и их характеристики, значимые для роста и размножения плесневых грибов родов Mucor, Rhizopus, Penicillium и Aspergillus приведены нами в таблице 1 [3; 9].
Таблица 1
Факторы окружающей среды и их характеристики, влияющие на жизнедеятельность условно патогенных плесневых грибов
|
Параметры среды |
Характеристики факторов окружающей среды при нормальной жизнедеятельности грибов |
|
Температура, °С |
Рост 5,0–38,0 большинство грибов 12,0–48,0 многие виды рода Aspergillus |
|
Размножение 22,0–37,0 разные виды родов Mucor, Rhizopus 26,0–28,0 разные виды рода Penicillium 24,0–40,0 разные виды рода Aspergillus |
|
|
Активность воды, а w |
0,80–0,93 разные виды рода Mucor 0,90–0,98 разные виды рода Rhizopus 0,79–0,84 разные виды рода Penicillium 0,75–0,82 разные виды рода Aspergillus |
|
Кислотная реакция, pH |
4,0–8,0 разные виды рода Mucor 4,5–6,0 разные виды рода Rhizopus 4,0–6,0 разные виды рода Penicillium 3,0–8,0 разные виды рода Aspergillus |
Сравнение указанных диапазонов температуры роста и температуры размножения грибов показало, что при росте гиф не всегда происходит образование и развитие плодовых тел. Кроме того, грибы разных родов неодинаково реагируют на температуру окружающей среды. Например, при 37,0–40,0°С успешно размножаются плесневые грибы рода Aspergillus, но прекращается образование спор у грибов рода Penicillium . Это согласуется со сведениями из использованных нами источников информации.
На примерах роста плесени и образования репродуктивных органов показан общий эффект совместного воздействия факторов среды. А. К. Храмцов и А. И. Стефанович отмечают: «При оптимальной температуре наблюдается отчетливая зависимость роста грибов от концентрации субстрата в среде, однако, при экстремальных условиях такая зависимость почти отсутствует, и температура становится решающим фактором, определяющим рост грибов» [9, с. 6]. Также при благоприятной для размножения температуре рост грибов рода Mucor в бедном питательными веществами субстрате происходит без образования плодовых тел. У плесени Aspergillus terreus при температуре выше 41,0° С и росте в таком же субстрате выявлены нехарактерные для грибов этого вида спороносцы — веточки и кисточки. При росте в богатом питательными веществами субстрате отмечены изменения формы конидиеносцев и укороченные цепочки конидий [9]. Таким образом, характеристики факторов окружающей среды влияют на рост плесневых грибов и особенности формирования их репродуктивных органов.
Замедляет развитие плесени воздействие температур со значениями характеристик меньшими или, наоборот, превышающими температурные границы их роста. Это проявляется в уменьшении сети гифов, недоразвитии спорангиеносцев и конидиеносцев, снижении спорообразования. В таблице 2 мы представили характеристики температуры окружающей среды, при которых ее воздействие приводит к разрушению плесени, а также механизмы разрушения и использование их человеком.
Таблица 2
Механизмы разрушения плесневых грибов и использование их человеком
|
Температура, °С Механизм разрушения плесневых грибов |
Использование разрушения плесневых грибов |
|
от -20°С до -6°С Сжатие цитоплазмы, разрыв вакуолей, повреждение клеточной оболочки кристаллами льда. Разрыв клеточной оболочки при замораживании грибов и быстром их размораживании (оттаивании). |
При хранении продуктов питания в замороженном виде. |
|
от 65°С до 90°С — для вегетативной стадии от 100°С до 120°С — для спор и конидий Денатурация белковых молекул. |
При консервировании продуктов питания и приготовлении пищи. |
Для развития плесневым грибам необходима вода, которая находится в воздухе, почве, на поверхностях разных материалов в виде конденсата. Через клеточную стенку грибы поглощают растворенные в воде питательные вещества. Приведенные в таблице 1 сведения позволяют отметить, что представителям родов Mucor и Rhizopus нужна вода с большей активностью а w , по сравнению с грибами родов Penicillium и Aspergillus. Известно, что грибы родов Mucor, Penicillium и др. выделяют на лозах и ягодах винограда. Наличие Mucor постоянно при любой влажности воздуха. Грибы родов Penicillium хорошо заметны на виноградниках в сырую погоду. Но видимая часть плесени — это ее плодовые тела, поэтому можно указать на их рост при повышенной влажности. Однако, мы нашли сведения о росте Penicillium и в более сухих условиях, а также экспериментально подтвердили способность плесени выживать при недостатке влаги, прекращать рост в сухой рыхлой среде и продолжать его при добавлении воды.
Рост многих видов плесневых грибов родов Mucor, Rhizopus, Penicillium и Aspergillus возможен преимущественно в кислой и слабокислой средах. Также установлено, что плесени образуют щавелевую, глюконовую, яблочную, и др. кислоты. Они выделяют их в среду на разных стадиях своего роста [1]. Некоторые виды указанных выше грибов также устойчивы к нейтральной и щелочной средам. К примеру, существование плесеней Penicillium Freightans и Aspergillus niger в средах с pH от 2,0 до 8,0; рост Aspergillus clavatus в средах с pH от 2,2 до 11,0 и выше. При увеличении щелочности среды рост гиф, спорообразование, прорастание спорангиоспор и конидий замедляются [9]. Показатели кислотности среды для нормальной жизнедеятельности плесневых грибов раскрыты в таблице 1.
Плесневые грибы избегают попадания прямых солнечных лучей и растут в тенистых или темных влажных местах. Это можно объяснить разрушением живых клеток ультрафиолетовыми лучами и приспособлением плесени к более благоприятным условиям жизни. В науке нет единого обоснованного мнения о механизмах и последствиях воздействия на плесневые грибы видимых лучей света. Обсуждаются значение для роста и спорообразования плесневых грибов чередования света и темноты; причины направления роста спорангионосцев и конидиеносцев к источнику света и др. Все это позволяет сделать вывод о том, что влияние на плесневые грибы видимого света изучено недостаточно.
При любой влажности движущийся воздух, ветер осушает с испарением воды все, на что попадает. Мы относим это и к возвышающимся над гифами плодовым телам плесени, и подстилке из органических веществ, наружным поверхностям строений, стенам и различным предметам внутри помещений, на которых она растет. Высушивание уменьшает количество доступной свободной воды, затрудняет питание микроорганизмов и угнетает их. Потоки воздуха оказывают на плесень и механическое действие. Они сдувают и уносят споры с почвы, растений и поверхностей рукотворных предметов. Перемещают их в предпочтительные для прорастания места или туда, где нужно приспосабливаться и выживать. Эта информация доказывает, что воздушные потоки создают и неблагоприятные условия для жизнедеятельности плесеней, и способствуют распространению их спор в пространстве.
Все изложенное выше позволяет указать следующее. При определении влияния условий окружающей среды на жизнедеятельность плесневых грибов необходимо учитывать эффекты их совместного действия при разных значениях характеристик.
Выводы. Рост и размножение условно патогенных плесневых грибов родов Mucor, Rhizopus, Penicillium и Aspergillus можно замедлить или прекратить при обеднении питательной среды; снижении количества свободной воды; соблюдении температурного режима хранения пищевых продуктов, использовании высоких температур для их приготовления и консервирования; повышении уровня щелочности среды; обеспечении доступа ультрафиолетовых лучей и потоков воздуха.
Литература:
- Баринова К. В., Щипарёв С. М. Особенности выделения органических кислот микромицетами в зависимости от возраста культуры / К. В. Баринова, С. М. Щипарёв // Проблемы медицинской микологии. 2009. Т.11, № 2 С. 55–56
- Безшапочный, С. Б. Оппортунистические микозы ЛОР-органов. Часть 2. / С. Б. Безшапочный, С. В. Зачепило, В. П. Полянская, Н. А. Боброва, В. И. Федорченко // Вестник оториноларингологии. 2019. № 84(3). — С.74‑81.
- Благник, Р. Микробиологическая коррозия: Пер. с чеш. / Р. Благник, В. Занова; Под ред. проф. Ф. В. Хетагуровой. — М. — Л.: Химия. 1965. — 222 с.
- Еремеева, К. В. Микозы в оториноларингологии: диагностика, профилактика, лечение // Медицинский совет. 2016. № 18. — С. 14–17.
- Жизнь растений: в 6-ти томах. Т. 2. Грибы. Под ред. проф. Горленко М. В. — М.: Просвещение. 1976. — 488 с.
- Исакова, Е. А. Оппортунистические грибы прибрежных территорий Кольского залива Баренцева моря / Е. А. Исакова, М. В. Корнейкова // Микология и фитопатология. 2021. T. 55, № 3. С. — 165–177.
- Кряжев, Д. В. Условно-патогенные плесневые грибы в воздушной среде городских помещений (аналитический обзор) // МедиАль. 2020. № 2(26). С. — 35–44.
- Марфенина, О. Е. Многоликая плесень / О. Е. Марфенина, А. Иванова // Наука и жизнь. 2009. № 10. С. — 16–24.
- Микология: метод. указания к спецкурсу по разделу «Экология грибов и грибоподобных организмов» / авт.-сост.: А. К. Храмцов, А. И. Стефанович. — Минск: БГУ, 2011. — 45 с.
- Jerrett, Adrianne. Does Mold Grow Faster in the Light or Dark? Sciencing.com.
