Чому ультрафіолет вбиває бактерій?

Відомо, що ультрафіолет має бактерицидну властивість, проте не багато хто знає, чому він такий ефективний у боротьбі з бактеріями.

Що таке ультрафіолет? Це невидимий для людського ока спектр сонячного випромінювання. Його діапазон - від 10 до 400 нм і названі "ультрафіолетові" хвилі так, тому що знаходяться поза видимого фіолетового світла. І хоча ми його не бачимо, вплив ультрафіолету на наше життя та наше здоров'я величезний.

Але яким чином світлові хвилі здатні знищувати бактерії і віруси? Виявляється, при проникненні в ДНК і РНК бактерій ультрафіолет пошкоджує їх генетичний матеріал, що перешкоджає подальшому розмноженню мікроорганізмів, а потім поступово призводить до їх загибелі. Відбувається це тому, що ультрафіолетове світло взаємодіє з одним із головних нуклеотидів – тиміном, склеюючи його між собою у подвійні одиниці – димери. Чим більший ультрафіолет впливає на мікроорганізм, тим більше виникає димерів. В результаті система самозахисту перестає справлятися з ситуацією і мікроорганізм спочатку мутує і перестає розмножуватися, а потім взагалі гине.

Таким чином, дія ультрафіолету виявляється згубною для бактерій та вірусів. А як справи з людиною? У певних обсягах ультрафіолет нам просто необхідний (наприклад, для синтезу вітаміну D або знезараження поверхні шкіри). Тим не менш, наша шкіра також чутлива до ультрафіолету і при тривалому його впливі без спеціального захисту (у вигляді крему або одягу) отримає опік та пошкодження.

XV Міжнародна студентська наукова конференція Студентський науковий форум – 2023

Сонячне випромінювання, що проходить через верхні шари атмосфери і досягає поверхні Землі, складається з електромагнітних хвиль різної довжини.

75% падаючого на Землю світла - це видима частина спектру - охоплює діапазон 390-760 нм. Ця частина сприймається людським поглядом.

20% - інфрачервоне випромінювання (ближнє) з довжиною хвиль від 790 нм і далі (790-1100).

5% – ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвиль 300-380 нм.

Озоновий шар поглинає хвилі із довжиною 220-300 нм. Видиме світло використовується фотосинтезуючими мікроорганізмами. Спектральний склад фотосинтетично активної радіації (ФАР) є різним для різних груп мікроорганізмів і залежить від набору пігментів. Оксигенний фотосинтез (ціанобактерії, прохлорофіти) можливий у діапазоні від 300 до 750 нм. У цих бактерій хлорофіл а і b, з максимумом поглинання 680-685 та 650-660 нм, відповідно. У ціанобактерій фікобіліпротеїди (червоні та сині пігменти) поглинають світло з довжиною 450-700 нм. Аноксигенний фотосинтез (пурпурні, зелені бактерії) – у діапазоні від 300 до 1100 нм. Бактеріохлорофіл b поглинає світло з довжиною хвилі 1020-1040 аж до 1100 нм.

У всіх фотосинтезуючих прокаріотів додаткові світлозбираючі пігменти - каротиноїди, що поглинають світло в синій та синьо-зеленій частині спектру (450-550 нм). Фототрофні бактерії живуть в анаеробній зоні водойм, де є H₂S. На глибину 10-30 м інфрачервоне випромінювання не проникає, максимум енергії посідає світло з довжиною хвиль 450-500 нм [1].

Видимий світло впливає поведінка фототрофних бактерій. Спостерігається явище фототаксису. Фототаксис – це реакція бактерій зміну спектрального складу світла чи освітленості. У еубактерій фоторецепторами є бактеріохлорофіли і каротиноїди.У архей виявлені спеціальні сенсорні пігменти. Позитивний фототаксис – рух бактерій до світла, негативний рух клітин у бік зменшення освітленості.

Для деяких бактерій, що не використовують енергію світла, він служить в якості регулятора певних процесів обміну. цією гетеротрофною бактерією [2].

Для деяких нефотосинтезирующих бактерій характерна фотохромность - це залежність утворення пігментів від освітлення. захищати ці мікроорганізми від впливу видимого кольору.

Сонячне світло має сильну антимікробну дію. .Світлі хвилі довжиною 550. нм, і особливо 410 нм, викликають фотолізис Myxococcus xanthus.

Існують речовини фотосенсибілізатори, в молекулі яких є хромофор, що поглинає світло і передає його енергію іншим молекулам, не здатним поглинати світло. Через безбарвні клітини світло проходить без наслідків.Природні фотосенсибілізатори – хлорофіл, фікобіліни, порфірини та ін.

Для випромінювання з довжиною хвилі більше 1100 нм до теперішнього часу не зареєстровано жодних біологічних ефектів. Основна дія інфрачервоного випромінювання – нагрівання.

Для мікроорганізмів найнебезпечніше УФ-випромінювання. Розрізняють ближній, середній та далекий ультрафіолет [4].

Близький УФ – це випромінювання із довжиною хвилі 400-320 нм.

Середній УФ - = 320-290 нм.

Далекий УФ-λ = 290-200 нм.

Близький УФ у невеликих дозах порушує механізми руху та таксису. У сублетальних дозах викликає уповільнення зростання, швидкість розподілу клітин, пригнічується індукція ферментів, здатність бактерій підтримувати розвиток фага.

Ці ефекти визначаються тим, що у бактерій у т-РНК у 8-й позиції присутня незвичайна основа 4-тіоурідін (відсутня у еукаріотів). Ця основа інтенсивно поглинає УФ, найбільший ефект має світло з довжиною хвилі 340 нм. Збуджений світлом 4-тіоурідін зв'язується з цитозином, що знаходиться в 13-му положенні в т-РНК, що перешкоджає зв'язуванню т-РНК з амінокислотами, і, отже, веде до припинення синтезу білка.

При відносно високих дозах ближнього УФ – мутагенний та летальний ефект. Порушення ДНК при цьому викликають не стільки самі УФ-промені, скільки інші збуджені світлом молекули. Також у цих ефектах має значення поглинання ближнього УФ 4-тіоуридіном. Мутагенна та летальна дія залежить від присутності кисню. Летальний ефект пов'язаний не тільки з пошкодженнями ДНК, але й з мембран (їх транспортних систем) [5].

Біологічні ефекти середнього та далекого УФ подібні. ДНК інтенсивно поглинає УФ області 240-300 нм., тобто. в області середнього та далекого УФ з піком поглинання в області 254 нм.У лабораторних УФ-лампах переважає випромінювання в області 260 нм. Середній та далекий УФ викликають мутагенний та летальний ефекти. Основний механізм дії, що ушкоджує, - утворення піримідинових димерів. До складу димерів можуть входити дві сусідні тімінові (Т-Т) або цитозинові (С-С) основи або тіміновий і цитозиновий (Т-С). Утворення димерів відбувається за рахунок ковалентних взаємодій між основами ДНК. Крім цього, відбувається розрив водневих зв'язків у ДНК. Також під дією УФ відбувається гідроксилювання цитозину та урацилу, утворення зшивок ДНК з білком, формування поперечних зшивок ДНК, денатурація ДНК.

У зв'язку з ушкоджувальною та летальною дією УФ-промені, незважаючи на те, що це найбільш багаті на енергію промені, у процесі фотосинтезу не використовуються. Нижня межа фотосинтезу – використання хвиль з довжиною 450 нм [6].

Нетрусов, А.І. Мікробіологія: Підручник/А.І. Нетрусів. – М.: Academia, 2016. – 416 c.

Бєляєв, С.А. Мікробіологія: Навчальний посібник/С.А. Бєляєв. – СПб.: Лань П, 2016. – 496 c.

Мартінчик, О.М. Мікробіологія, фізіологія харчування, санітарія: Підручник/О.М. Мартинчик. – М.: Academia, 2017. – 480 c.

Ємцев, В.Т. Мікробіологія: Підручник для бакалаврів/В.Т. Ємцев. – Люберці: Юрайт, 2016. – 445 c.

Світло вбиває бактерії

З розповіді про фотосинтезі ми знаємо, що життя зелених рослин залежить від Сонця, що дає їм енергію. Але більшість бактерій інакше реагує на сонячне світло. Прямі промені сонця їм згубні.

Дуже показовий приклад шкідливого впливу світла на патогенні мікроби навів німецький лікар та філософ Людвіг Бюхнер. На живильне середовище у чашці Петрі він посіяв культуру Salmonella typhi, збудника черевного тифу.На кришку чашки він приклеїв напис великими чорними літерами «ТІФ» і потім виставив чашку на сонячне світло. Через годину він помістив її в темний термостат, де протримав 24 год. Наступного дня культура була вже добре видно неозброєним оком, але росла вона тільки на тих місцях, які були прикриті від сонячного світла чорними літерами, і на поверхні середовища виникла така ж напис.

Ще з курсу фізики ми пам'ятаємо, що біле денне світло при проходженні через скляну призму розкладається на складові — від фіолетового до червоного. Найбільш згубною для бактерій виявилася ультрафіолетова частина спектра. На цьому ґрунтується і застосування ультрафіолетових променів для знищення бактерій.

Але існують бактерії, які для своєї нормальної життєдіяльності вимагають світла, наприклад, пурпурові серобактерії, що мають здатність до фотосинтезу. Потрібне світло і водоростям, а з найпростіших — зеленим джгутиковим. Краще розвиваються при світлі деякі гриби.

На кінському гною виростає мікроскопічний гриб Pilobolus, якому світло необхідне освіти спор. У природних умовах цей гриб щодня створює групу спорангієносців із спорангіями. Спорангієносці формуються з полудня і аж до вечора.

Подальший розвиток та утворення спорангіїв відбувається у нічний час. На ранок спорангії вже бувають сформовані. Чорний спорангій, у якому утворюються суперечки, схожий на маленьку чорну шапочку, що сидить на трохи здутому спорангієносці і звернена до сонця. До полудня в бульбашці, що знаходиться під спорангієм, виникає високий тиск, і він лопається прямо під спорангієм, викидаючи його в напрямку джерела світла на відстань до двох з половиною метрів.Спорангій зазвичай приклеюється до трави і разом із нею потрапляє у шлунковий тракт травоїдних тварин. Там спорангій відкривається, і спори, що висипалися з нього, разом з гноєм виходять назовні.

Читайте також

Місячне Світло

Місячне Світло Місячне Світло (Lunnyi Svet). Група Жакмана. М. Волосенко-Валеніс. 1958 р. Одна з перших гібридних форм клематису селекції ГНБС. Квітки розкриті, зазвичай зібрані по 3-5 штук, 8-12 см діам. Чшл. 4, рідше 5, вони лавандові, що переходять у блакитні, блискучі, часто з

Живе світло

Живе світло Ще Аристотель у IV столітті до зв. е. писав, що «деякі тіла здатні світитися у темряві, наприклад гриби, м'ясо, голови та очі риб». Світяться бактерії випромінюють зелене або блакитне світло, добре помітне в темряві. Свічення це можливе лише у присутності

Шкідливе світло

Шкідливе світло Про шкідливу дію радіаційного випромінювання чули всі. Однак якщо не брати до уваги фонову радіацію, то опромінення все ж таки є досить екзотичним ударом для будь-якого живого організму. Справжня проблема полягає в тому, що

Що таке зодіакальне світло?

Що таке зодіакальне світло? Зодіакальним світлом називають слабке сяйво, яке можна бачити у безмісячні ночі у південних широтах. У поодиноких випадках це світло видно і в середніх широтах (у лютому - березні ввечері на заході після настання темряви і у вересні - жовтні на

Які частини світу не враховуються при розподілі земної суші на Старе Світло та Нове Світло?

Які частини світу не враховуються при розподілі земної суші на Старе Світло та Нове Світло? Старе Світло – це загальна назва трьох, відомих ще давнім людям частин світу: Європи, Азії та Африки. Виникла ця назва після відкриття Америки, яку назвали Новим Світом.

Світло

Світло Сонячне світло - джерело життя на Землі. Саме завдяки йому здійснюється процес фотосинтезу - базового процесу підтримки життя в біосфері. Не менше значення має світло для регуляції добової та сезонної активності організмів, де він виступає в ролі

3.2. Світло

3.2. Світло 3.2.1. Сонячна радіація Всім живим організмам реалізації процесів життєдіяльності необхідна енергія, що надходить ззовні. Основним джерелом її є сонячна радіація, на яку припадає близько 99,9% у загальному балансі енергії Землі.

3.2.3. Світло як умова орієнтації тварин

3.2.3. Світло як умова орієнтації тварин Для тварин сонячне світло не є таким необхідним фактором, як для зелених рослин, оскільки всі гетеротрофи, зрештою, існують за рахунок енергії, накопиченої рослинами. Проте й у житті тварин

Світло

Світло Для чого тільки багато вчинених дослідів у фізиці та в хімії, для чого тільки великих чоловіків були праці та життя небезпечні випробування? Чи для того тільки, щоб, зібравши безліч різних речей і матерій в безладну купу, дивитися і дивуватися їх безлічі, не розмірковуючи про

I. Світло та пітьма для ока

I. Світло і пітьма для ока 5 Ретина в залежності від того, чи діє на неї світло чи темрява, знаходиться в двох різних станах, зовсім протилежних друг

VII. Слабодіюче світло

VII. Слабодіючий світ 81 Яскраве світло здається завжди чисто-білим, і це враження воно справляє і при вищому ступені сліпучості. Ослаблене світло також може ще за різних умов залишатися безбарвним. Деякі натуралісти та математики – Ламберт, Буге,

Світло в безодні

Світло в безодні А кальмари? Кальмари і риби — у глибинах моря звичайнісінькі світлоносці.Пристрій та ефект дії їх органів, що виробляють холодний вогонь, дуже цікаві та розносортні.Фотофор за конструкцією нагадує прожектор або автомобільну фару. І форма у нього

Світло в печерах

Світло в печерах Порівнюючи, знаходять чимало спільних рис в умовах життя в глибинах океану та в печерних надрах землі. Вічна морока, рівні, без різких коливань температури, мізерність місцевих харчових ресурсів (повна залежність від принесених ззовні продуктів).