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…
Nhân tố vật lý
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 20oC-45oC, nhóm ưa lạnh có nhiệt độ tối ưu dưới 20oC và nhóm ưa nóng có nhiệt độ tối ưu trên 45oC. 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 56-60oC trong 30 phút là chết và ở 1000C thì chết ngay. Thể nha bào chịu được nhiệt độ cao hơn và lâu hơn ở 1210C trong 15-30 phút ở nồi hấp mới chết hoặc ở 1700C 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.
Các nhân tố hóa học
Các hóa chất ở trong môi trường có ảnh hưởng hoặc kích thích hoặc ức chế sự phát triển của vi khuẩn. Các hóa chất có tác dụng kích thích sự phát triển vi khuẩn được ứng dụng ở trong nuôi cấy vi khuẩn… Các hóa chất có tác dụng ức chế hoặc tiêu diệt vi khuẩn được sử dụng làm chất tẩy uế, chất khử khuẩn hoặc sát khuẩn tùy theo mục đích sử dụng và nồng độ sử dụng.
Chất tẩy uế, chất khử khuẩn
Chất tẩy uế là những hóa chất có khả năng giết chết các vi khuẩn gây bệnh và vi sinh vật khác, còn đối với nha bào thì tác dụng giết khuẩn một phần. Chất tẩy uế sử dụng trên bề mặt các đồ dùng, các dụng cụ y tế, các chất thải của bệnh viện…
Chất khử khuẩn là những hóa chất có tác dụng ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn, chất này chỉ có tác dụng giết chết vi khuẩn một phần nhưng có tác dụng ức chê vi khuẩn rất mạnh. Chất khử khuẩn có thể dùng để vô khuẩn vết mổ, nơi tiêm chích…Thực ra chất tẩy uế và khử khuẩn chỉ khác nhau về nồng độ khi sử dụng. Ví dụ: phênol ở nồng độ 2-5% thì dùng để tẩy uế, còn khi ở nồng độ thấp hơn 100 -1000 lần thì dùng làm chất khử khuẩn.
Chỉ số phenol là tỉ lệ giữa nồng độ tối thiểu của chất tẩy uế có tác dụng diệt khuẩn và nồng độ tối thiểu của phenol khi sử dụng đối với một chủng vi khuẩn nhất định. Chỉ số này được dùng làm đơn vị đánh giá tác dụng diệt khuẩn của một hóa chất.
Các nhân tố hóa học ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn
Axit và bazơ
Axit và bazơ có khả năng phân li thành ion H+ và OH– rất mạnh, làm cho pH của môi trường thay đổi và có tác dụng diệt khuẩn hoặc ức chế sự phát triển của vi khuẩn.
Các muối kim loại
Khi hòa tan vào trong nước thì muối của nhiều kim loại nặng có khả năng phân li thành ion và có tac dụng diệt khuẩn, khả năng diệt khuẩn của các muối kim loại nặng có thể do sự kết hợp của các ion kim loại với những nhóm -SH của protein tế bào. Hoạt tính diệt khuẩn theo thứ tự Hg, Ag, Cu, Zn. Ví dụ :
Muối thủy ngân: được dùng nhiều nhất để tẩy uế như sublimê (HgCl2),…
Muối bạc: có tác dụng sát khuẩn như nitrat bạc (dung dịch argyrol).
Muối đồng: sunphát đồng dùng để chữa bệnh nấm ngoài da.
Muối vàng: được dùng để điều trị các bệnh do vi khuẩn kháng cồn- axit dưới dạng muối thiosunphát.
Nhóm Halogen
Tác dụng diệt khuẩn do phản ứng oxy hoá và halogen hoá các chất hữu cơ. Phản ứng oxy hoá xảy ra nhanh và không thuận nghịch, còn halogen hoá thì chậm hơn và không mạnh bằng. Những phản ứng này xảy ra với nhiều chất hữu cơ khác nhau, do đó sẽ làm giảm hoạt tính diệt khuẩn trong những dung dịch có nhiều chất bẩn hữu cơ hay các chất oxy hoá và halogen hoá khác, nhất là amoniac.
Iốt: Cồn iốt (7% I, 3% KI…) thường được sử dụng để sát trùng da, có chỉ số phenol cao.
Clo: thường được dùng ở dạng khí nguyên chất và dạng hợp chất hữu cơ hay vô cơ. Clo dùng để khử khuẩn nước sinh hoạt, nước bể bơi.
Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO
2HClO ↔ 2HCl + O2
(HClO có hoạt tính giải phóng oxy, nhưng không diệt được các vi khuẩn lao và virus đường ruột).
Chlorua vôi thường được sử dụng nhất để khử trùng chất nôn, chất thải và dụng cụ thô hoặc rắc hố xí. Chloramin tinh khiết 1% trong nước có khả năng khử trùng bàn tay bằng cách ngâm 5 phút trong dung dịch này và có thể khử khuẩn dụng cụ bằng cách ngâm 20 phút.
Phenol
Là một chất tẩy uế tốt được sử dụng từ rất sớm. Tuy nhiên phenol độc với da, niêm mạc và gây độc thần kinh.
Nồng độ: khoảng 1% có thể giết chết vi khuẩn ở trạng thái sinh trưởng
Nồng độ 5% có thể giết chết vi khuẩn ở trạng thái nha bào.
Cồn
Rượu ethylic có tác dụng sát trùng da. Tác dụng diệt khuẩn tùy theo nồng độ, cao nhất là dung dịch ethanol 70% và nồng độ thấp hơn thì tác dụng diệt khuẩn giảm. Cồn tuyệt đối thì tác dụng diệt khuẩn kém. Ngoài dung dịch ethanol, dung dịch isopropanol 70% cũng thường được sử dụng.
Andehyt (các tác nhân ankyl hóa)
Rất độc đối với tế bào vi khuẩn. Formol là chất diệt khuẩn mạnh nhất của nhóm này, nó được sử dụng để phá huỷ hiệu lực của độc tố hoặc của virus mà không phá huỷ khả năng sinh kháng, có thể sử dụng để tẩy uế các phòng bệnh, quần áo, chăn màn…
Các chất oxy hoá khác và các thuốc nhuộm:
H2O2, KMnO4, thuốc nhuộm thường pha thành dung dịch lỏng dùng làm chất sát khuẩn. Thuốc nhuộm thường được dùng để ức chế sự phát triển của tạp khuẩn trong các môi trường chọn lọc.
Các tác nhân có hoạt tính bề mặt
Những hợp chất này được gọi là thuốc tẩy tổng hợp. Diệt khuẩn mạnh mẽ nhất là những thuốc tẩy cation trong đó hiệu quả hơn cả là những hợp chất amonium bậc 4 như benzalkonium chlorua. Những hợp chất này được sử dụng rộng rãi để khử khuẩn. Chúng tác động bằng cách làm tan màng tế bào vi khuẩn do hòa tan màng lipit che chở vi khuẩn và làm biến thể protein.
Cơ chế tác động của các hóa chất đối với tế bào vi khuẩn.
Phá hủy màng tế bào: do ion hóa, thay đổi sức căng bề mặt, làm tan màng lipit che chở vi khuẩn…
Biến đổi chức năng của protein và các axit nucleic…
Tác động hóa học làm giải phóng oxy phân tử, clo… có tác dụng giết chết vi khuẩn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng của các chất tẩy uế và sát khuẩn.
Nồng độ của hóa chất: nồng độ càng cao thì tác dụng càng mạnh.
Thời gian tiếp xúc: tiếp xúc càng lâu thì tác dụng càng mạnh.
Nhiệt độ
Thành phần của môi trường xung quanh: do các chất hữu cơ có tác dụng bảo vệ vi khuẩn hoặc tác dụng với hóa chất làm giảm hiệu lực.
Mật độ vi sinh vật tại nơi khử trùng
Khả năng đề kháng của vi sinh vật (virus có lớp vỏ lipit sẽ nhạy cảm với chất hoà tan lipit như cồn, phenol hơn là những virus không có vỏ).
Nhân tố sinh vật
Trong quá trình tồn tại của vi sinh vật nếu chúng phải sống trong điều kiện có vi sinh vật khác thì chúng có thể bị cạnh tranh sinh tồn, bị tiêu diệt hoặc song song tồn tại.
Chất đối kháng (bacterioxin)
Nhiều loại vi khuẩn khi phát triển thì tổng hợp các chất đối kháng có tác dụng ức chế các vi khuẩn cùng loài hoặc các loài lân cận. Ví dụ : Colixin của E.coli, Staphylococxin của Tụ cầu…Chúng có bản chất protein hoặc phức hợp gluxit-lipit-protein, có tác động đặc hiệu với các vi khuẩn nhạy cảm.
Phage
Là virus của vi khuẩn, phage xâm nhập các vi khuẩn đặc hiệu, nhân lên và phá vỡ tế bào vi khuẩn. Phage cũng có thể cùng tồn tại và nhân lên với vi khuẩn ở trạng thái ôn hòa.
Interferon
Là chất do tế bào sản sinh ra khi bị virus xâm nhập, có bản chất glycoprotein, có tác dụng ức chế sự nhân lên của virus.
Chất kích thích
Một số vi khuẩn khi phát triển sản sinh ra một chất làm thuận lợi cho vi khuẩn khác phát triển. Ví dụ như Hemophilus mọc tốt xung quanh khuẩn lạc Tụ cầu (do Tụ cầu sinh ra yếu tố V cần thiết cho Hemophilus phát triển) …
