Ảnh hướng của nhân tố vật lý đến sự phát triển của vi sinh vật

Sự tồn tại và phát triển của vi sinh vật chịu ảnh hưởng trực tiếp của các nhân tố của môi trường xung quanh như nhiệt độ, ánh sáng, hóa chất, các bức xạ, pH...Các nhân tố này có thể chia làm 3 nhóm lớn: các nhân tố vật lý, các nhân tố hóa học và các nhân tố sinh học. Hiểu được ảnh hưởng của các nhân tố này đối với sự phát triển của vi sinh vật để ứng dụng trong công tác tiệt trùng, khử trùng các dụng cụ y tế, dược phẩm, tẩy uế môi trường, phòng mổ, phòng bệnh nhân, nghiên cứu vi sinh vật...

Vận động cơ giới

Vi sinh vật chịu ảnh hưởng của các tần số rung động của môi trường, yếu tố này có thể có tác dụng kích thích hay ức chế sự phát triển của vi sinh vật và tiêu diệt vi sinh vật.

Khi lắc canh khuẩn với tần số vừa (1-60 lần / phút ) thì có tác động tốt đến sự phát triển của vi khuẩn do tăng khả năng thông khí, thúc đẩy sự phân bào...

Khi lắc mạnh thì lại ức chế sự phát triển của vi khuẩn, nếu lắc kéo dài thì có thể tiêu diệt các vi sinh vật.

Vận động cơ giới thường được ứng dụng khi nuôi cấy vi sinh vật để làm tăng sinh khối hoặc thu nhận số lượng lớn sản phẩm do vi khuẩn bài tiết ra...

Làm mất nước

Nước cần thiết cho hoạt động sống của vi sinh vật, làm mất nước thì vi sinh vật sẽ chết. Tốc độ chết tùy thuộc vào môi trường vi khuẩn sống.

Huyền dịch vi khuẩn ở trong nước nếu đem làm khô thì vi khuẩn chết rất nhanh.

Huyền dịch vi khuẩn trong thể keo khi làm khô vi khuẩn chết chậm hơn.

Huyền dịch vi khuẩn nếu làm đông băng nhanh trước rồi mới tiến hành làm mất nước thì vi khuẩn chết rất ít. Phương pháp này được áp dụng để làm đông khô vi khuẩn nhằm bảo quản vi khuẩn trong thời gian dài.

Trạng thái nha bào là trạng thái mất nước tự nhiên của vi khuẩn. Nha bào chịu được khô hanh lâu dài.

Hấp phụ

Than họat, gel albumin, màng lọc sứ... có khả năng hấp phụ vi khuẩn và sự hấp phụ này làm thay đổi khả năng sống của vi khuẩn. Được áp dụng để làm vô khuẩn các sản phẩm của huyết thanh, các sản phẩm không chịu nhiệt...

pH

Độ pH của môi trường có ảnh hưởng đến họat động sống của vi khuẩn do làm thay đổi sự cân bằng về trao đổi chất giữa môi trường và vi khuẩn có thể giết chết vi khuẩn. Mỗi loại vi khuẩn chỉ thích hợp với một giới hạn pH nhất định (từ 5,5 đến 8,5), đa số là ở pH trung tính (pH=7), bởi vì pH nội bào của tế bào sống là trung tính. Ở môi trường kiềm, Pseudomonas và Vibrio phát triển tốt, đặc tính này rất hữu ích để phân lập chúng. Trong khi đó Lactobacillus phát triển tốt hơn ở pH=6 hoặc thấp hơn. Trong quá trình điều chế các môi trường nuôi cấy phải đảm bảo pH thích hợp thì vi khuẩn mới phát triển tốt. Trong tiệt khuẩn hoặc khử khuẩn người ta có thể sử dụng các hóa chất có pH rất axit hoặc rất kiềm để loại trừ vi khuẩn.

Áp suất

Áp suất thủy tĩnh (áp suất cơ giới)

Vi khuẩn có khả năng chịu được áp suất cao của không khí, thường từ 2000-5000 atm đối với virus, phage; từ 5000-6000 atm đối với các vi khuẩn không có nha bào; từ 17000-20000 atm đối với các vi khuẩn có nha bào. Cơ chế tác động của áp suất cơ giới đối với vi khuẩn chưa được rõ.

Áp suất thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu của môi trường xung quanh có tác động mạnh đến tế bào vi khuẩn do tính thẩm thấu của màng nguyên tương. Đa số các vi khuẩn phát triển thích hợp khi môi trường có áp suất thẩm thấu bằng 7 atm (dung dịch  NaCl 0,9%).

Trong dung dịch nhược trương, do áp suất thẩm thấu bên trong tế bào cao hơn môi trường nên nước bị hút vào tế bào vi khuẩn làm tế bào phình to lên và vỡ.

Trong dung dịch ưu trương, áp suất thẩm thấu ở môi trường cao nên nước bị hút ra môi trường làm tế bào bị teo lại.

Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của vi khuẩn. Mỗi loại vi sinh vật phát triển trong một giới hạn nhiệt độ nhất định, dựa vào khoảng nhiệt độ phát triển tối ưu, vi khuẩn có thể được chia làm 3 nhóm: nhóm ưa ấm có nhiệt độ tối ưu giữa 20­⁰C-45⁰C, nhóm ưa lạnh có nhiệt độ tối ưu dưới 20⁰C và nhóm ưa nóng có nhiệt độ tối ưu trên 45⁰C. Ở nhiệt độ quá thấp vi khuẩn không phát triển được nhưng có thể còn sống; còn ở nhiệt độ cao hoặc rất cao thì vi khuẩn bị tiêu diệt.

Nhiệt độ thấp: Ở nhiệt độ thấp các phản ứng chuyển hóa của vi khuẩn bị giảm đi, có thể bị ngừng lại. Một số vi sinh vật bị chết nhưng đa số vẫn sống trong thời gian dài. Lúc làm đông băng vi sinh vật thì một số bị chết, nhưng nếu làm đông băng rất nhanh thì số vi sinh vật sống sót nhiều hơn. Người ta sử dụng đặc điểm này để bảo quản các chủng vi khuẩn ở nhiệt độ thấp.

Nhiệt độ cao: Nhiệt độ cao có khả năng giết chết vi khuẩn. Sức đề kháng của vi khuẩn với nhiệt độ cao tùy từng chủng loại và tùy theo ở trạng thái sinh trưởng hay ở trạng thái nha bào. Đa số các vi khuẩn ở trạng thái sinh trưởng ở nhiệt độ 56-60 ⁰C trong 30 phút là chết và ở 1000C thì chết ngay. Thể nha bào chịu được nhiệt độ cao hơn và lâu hơn ở 121 ⁰C trong 15 - 30 phút ở nồi hấp mới chết hoặc ở 170 ⁰C trong 30 phút - 1 giờ ở nhiệt khô mới bị tiêu diệt.

Cơ chế tác dụng của nhiệt độ cao đối với vi khuẩn:

Protein bị đông đặc.

Enzyme bị phá hủy.

Tổn thương màng nguyên tương làm thay đổi tính thẫm thấu.

Phá hủy cân bằng lý - hóa trong tế bào do tăng tốc độ phản ứng sinh vật hóa học.

Giải phóng axit nucleic.

Bức xạ

Ánh sáng mặt trời: ánh sáng mặt trời do có tia cực tím có bước sóng từ 200-300 nm, nhất là 253,7nm, có tác dụng sát khuẩn.

Tia Rơnghen: có hiệu ứng diệt khuẩn và gây đột biến đối với vi sinh vật

Nguyên tố phóng xạ: tạo ra các bức xạ a, b và g trong đó tia a, b có tác dụng diệt khuẩn hay ức chế vi khuẩn phát triển. Còn tia g ít có tác dụng.

Cơ chế tác dụng của bức xạ: Do nguyên tương của vi khuẩn có thành phần cấu tạo bằng các phân tử rất phức tạp, các phân tử này có khả năng hấp thụ một cách chọn lọc những tia bức xạ có bước sóng khác nhau. Thí dụ như axit nucleic của vi khuẩn có khả năng hấp thụ tia bức xạ dài 253,7nm, lúc đó quá trình sao chép của DNA bị biến đổi hoặc bị ức chế hoặc DNA bị phá hủy không thuận nghịch làm vi khuẩn chết.

Siêu âm

Khi những tần số của chấn động vượt quá 20.000 lần/1 phút thì gọi là siêu âm (do tai ta không nghe được nữa). Siêu âm có khả năng giết chết vi khuẩn do những chấn động có tần số cao phát sinh ra áp suất co giãn cao làm cho tế bào vi khuẩn bị xé tan; cũng có thể nước trong tế bào vi khuẩn dưới tác dụng của siêu âm phát sinh ra H2O2 có tác dụng giết chết vi khuẩn; siêu âm cũng có thể phá hủy hệ thống keo làm cho chất keo đông lại.

Tia laser

Tia laser do năng lượng cao và tập trung nên trong một thời gian cực kỳ ngắn có thể làm cho vật chất nóng chảy và bay hơi, có thể tăng nhiệt độ, áp suất tại chỗ lên rất cao nên cũng có tác dụng giết chết vi khuẩn.