Химическая стерилизация
Известно, что многие химические вещества тормозят или полностью подавляют рост микроорганизмов. С позиций решаемой нами задачи интерес представляют только вещества, обладающие бактерицидными свойствами и вызывающие гибель клеток.
Эти вещества по химической структуре исключительно неоднородны. Известны попытки классифицировать их по механизму 43 действия [146], однако при этом отмечается определенная условность такого подхода, не охватывающего соединения с неизвестным или недостаточно ясным механизмом действия. Тем не менее мы рассмотрим этот подход, опираясь преимущественно на данные, опубликованные в работах [146, 148].Главным объектом действия антимикробных веществ на микроорганизмы является ДНК. Первая группа таких веществ включает соединения, химически изменяющие основания в молекуле ДНК. Например, под действием азотистой кислоты происходит окислительное дезаминирование некоторых оснований ДНК. В результате аденин превращается в гипоксантин, цитозин — в урацил, гуанин — в ксантин. Гидроксиламин и гидразин реагируют преимущественно с цитозином. К этой же группе соединений относятся окись этилена и этилметилсульфонат, алкилирующие атомы азота в основаниях ДНК и вызывающие нарушения в спаривании оснований спирали ДНК. Во вторую группу входят вещества, реагирующие с молекулой ДНК между соседними парами оснований (например, профлавин и бромид этидия).
Бактерицидное действие многих соединений может проявляться н без поступления их внутрь микроорганизма. Они влияют на физиологические функции цитоплазматической мембраны, после чего микробная клетка теряет способность к размножению. Часто действие подобных веществ проявляется в нарушении осмотического барьера микробной клетки. Таким действием обладают фенолы, крезолы, нейтральные мыла, ПАВ. Клеточные мембраны состоят в основном из липидов и белка, расположенных послойно. Детергенты имеют полярное строение, их молекулы содержат как липофильные (длинные углеводородные цепочки или ароматические кольца), так и гидрофильные ионизированные группы.
Накапливаясь в липопротеидных мембранах (также имеющих полярную структуру), детергенты нарушают функции последних. С детергентами по действию сходны некоторые полипептидные антибиотики (полимиксин, колистин, бацитрацин, субтилин) и антимикробные вещества растительного происхождения.Некоторые тяжелые металлы (медь, серебро, ртуть и др.) уже в низкой концентрации действуют как сильные ферментные яды (олигодинамическое действие). В виде солей, а также в форме органических соединений они связывают SH-группы ферментов и тем самым изменяют третичную и четвертичную структуру молекулы. Блокируется также функциональная сульфгидрильная группа кофермента А, Фторуксусная кислота блокирует цикл трикарбоно- вых кислот.
Одним из наиболее сложных типов антимикробного действия обладают антиметаболиты. Они представляют собой соединения, которые по структуре настолько близки к предшественникам и промежуточным соединениям, что могут «подменять» их действие и включаться в метаболизм микроорганизма. Механизмы действия антиметаболитов, или антагонистов метаболитов, различные. Некоторые из них связываются с активными центрами ферментов вместо естественного субстрата, хотя сами и не могут участвовать в фер- 44 ментативной реакции. Эта конкуренция с промежуточными соединениями и предшественниками количественно выражается индексом ингибирования, который равен соотношению концентраций антиметаболита и промежуточного соединения (или предшественника), при котором рост микроорганизмов составляет 50% максимальной величины [146]. Одну из наиболее интересных групп антиметаболитов представляют некоторые антибиотики, например азосерин (антагонист глутамина) и циклосерин (антагонист D-аланина).
Как показывают многочисленные экспериментальные данные, влияние изменения концентрации стерилизующего вещества на скорость гибели микроорганизмов можно выразить соответствующим коэффициентом [134]. Чем больше его величина, тем быстрее гибнут микроорганизмы при повышении концентрации стерилизующего вещества.
Отмечается, что, когда этот коэффициент велик, даже незначительное изменение соответствующих условий может привести к резкому изменению эффективности действия стерилизующего вещества. Время, за которое погибает определенная часть культуры, обратно пропорционально концентрации, а величина Спх часто имеет постоянное значение. Таким образом, при равной степени выживания для двух отличающихся режимов
При химических методах деконтаминации вещества, обладающие бактерицидным действием, применяют в газообразном (парообразном) и аэрозольном состояниях, а также в виде пен. Для количественной характеристики бактерицидной активности деконтаминантов часто пользуются величиной Стіоо, т. е. произведением концентрации химического вещества на время, необходимое для уничтожения всех микроорганизмов. В табл. 13 приведены средние расчетные значения Стюо [5].
Остановимся на некоторых деконтаминантах, наиболее широко применяющихся в практике микробиоло- 45
-Таблица 13, Средние расчетные значения С т100 [в мг/(л-ч)]
газообразных деконтаминантов
гических лабораторий и производств. Неоднократно отмечалась эффективность действия окиси этилена против всех видов микроорганизмов. Даже в самых неблагоприятных для деконтаминации условиях полная деструкция спор при действии этой окиси достигается через 18 ч. Экспериментально показано, что бактериальные споры в 100—1000 раз более резистентны к теплу и к обычным химическим деконтаминантам (фенолы, хлорсодержащие вещества), чем вегетативные микробы. При действии окиси этилена эта разница не наблюдается: споры погибают практически за такое же время, что и вегетативные клетки [101].
Весьма эффективным деконтаминантом является р-пропиолактон. В эксперименте показано, что это вещество примерно в 25 раз эффективнее формальдегида, в 4000 раз — окиси этилена и в 50 000 — бромистого метила.
В микробиологической промышленности газовая деконтаминация еще не нашла широкого применения [47], хотя известны случаи успешного ее использования в медицине и пищевой промышленности. Например, с помощью окиси этилена стерилизуют агар, пептон, крахмал, различные сахара, декстрин, гликоген.
Обычно интенсивность распространения паров де- контаминанта оценивают по коэффициенту молекулярной диффузии:
где Dr — коэффициент молекулярной диффузии газа (пара) в воздухе при 0° С и давлении 1015 ГПа; характеризует число молекул 46
■\
газа, проходящих через единицу поперечного сечения объема в единицу времени при градиенте концентрации, равном единице; Мв — молекулярная масса соединения.
Если принять за единицу значение коэффициента диффузии формальдегида, то соответствующие относительные значения Da для паров других контаминантов составят: бромистый метил 0,564; р-пропиолактон 0,648; •окись пропилена 0,723; окись этилена и препараты на ее основе 0,826.
Как показывает опыт, накопленный в микробиологических лабораториях, перечисленные деконтаминанты в зависимости от различных условий можно использовать для стерилизации приборов, малогабаритного оборудования, фильтров для очистки воздуха и жидкостей, различных датчиков, боксов и др. В последние годы весьма интенсивно в практику внедряется применение различных комбинаций антимикробных веществ [5].
3.3.