В естественных условиях микроорганизмы почти никогда не развиваются изолированно, как это имеет место в чистых культурах. Приспосабливаясь к одинаковым условиям среды, микроорганизмы развиваются совместно, образуя микрофлору этой среды. Комплекс различных видов микроорганизмов, находящихся в определённых отношениях друг с другом и с внешней средой, образует биоценоз.
Изменения во внешних условиях приводят и к изменению в комплексе микроорганизмов, а изменения в составе биоценоза ведут, напротив, к изменению условий среды. Например, в свежевыдоенном молоке преобладают гнилостные бактерии. Но в результате молочнокислого брожения их сменяют молочнокислые бактерии. Затем наступает смена различных молочнокислых бактерий, причём более кислотоустойчивые виды сменяют виды менее стойкие, на их смену приходят дрожжи, плесени и, наконец, снова гнилостные бактерии.
Взаимоотношения между микроорганизмами внутри биоценоза могут носить различный характер.
- Симбиоз. Это — совместная жизнь двух или нескольких организмов, приводящая к взаимной пользе. Примером может служить совместное существование бобовых растений с клубеньковыми бактериями (Bact. radicicola), живущими в клубеньках на их корнях. Эти бактерии, питаясь за счёт бобового растения, дают ему взамен соединения азота, образованные из молекулярного азота воздуха.
Примером симбиоза в растительном мире является лишайник — сообщество гриба и водоросли. Гриб выполняет роль корневой системы, добывая из окружающей среды воду II минеральные соли, за счёт которых водоросль, ассимилируя углекислый газ, создаёт органические вещества, используемые затем не только самой водорослью, но и грибом. Иногда в этом симбиозе участвуют и азотфиксирующие бактерии, связывающие молекулярный азот воздуха.
- Паразитизм. Это такое взаимоотношение, при котором один организм живёт за счёт другого. Примером являются патогенные микроорганизмы, живущие за счёт человека, животных и растений. Паразитами являются также бактериофаги, живущие за счёт бактерий, которые они разрушают. Между симбиозом и паразитизмом часто бывает трудно провести границу. Ведь отношения между организмами — симбионтами— в отдельные моменты переходят в паразитизм. Так, в момент внедрения и первоначального развития клубеньковых бактерий в корнях бобового растения последнее угнетается, так как бактерии на нём паразитируют. Когда же бактерии массово разовьются, растение начинает их угнетать, пользуясь не только их выделениями, но и веществами их тел. В этот период растения как бы паразитируют на клубеньковых бактериях. В их корнях появляется бактериофаг, растворяющий бактерии.
- Метабиоз. При нём жизнедеятельность одного микроорганизма способствует развитию другого микроорганизма. Например, дрожжи, развиваясь в сахаристых жидкостях, превращают сахар в спирт. Этим они создают условия для развития уксуснокислых бактерий, окисляющих спирт в уксусную кислоту. Последняя может быть использована плесенями, которые разлагают её до углекислого газа и воды. Такие же отношения наблюдаются между отдельными группами нитрифицирующих бактерий. Нитрозные бактерии вырабатывают нитриты, необходимые для существования нитратных бактерий.
- Антагонизм. Развитие одного вида микроорганизмов либо тормозит, либо вовсе исключает развитие другого вида. Причины антагонизма могут быть различные: более быстрое развитие одного микроба по сравнению с другим, в результате чего он овладевает средой; изменение химического состава, реакции среды, её окислительно-восстановительного потенциала за счёт накопления продуктов жизнедеятельности микроба-антагониста. Примером микробов-антагонистов могут служить гнилостные и молочнокислые бактерии. Молочная кислота, вырабатываемая молочнокислыми бактериями, препятствует развитию гнилостных бактерий. Антагонистические отношения между этими двумя группами микробов лежат в основе квашения овощей и силосования кормов.
Изучение антагонизма микробов и идея его использования принадлежит И. И. Мечникову. Он предполагал, что продукты жизнедеятельности гнилостных бактерий, живущих в кишечнике человека, постепенно отравляют его организм. Для борьбы с этим вредным явлением Мечников предложил использовать бактерии молочнокислых продуктов, которые способны создавать в кишечнике кислую реакцию и этим оказывать неблагоприятное действие на гнилостные бактерии. Антагонистическое воздействие микробов часто связано с выделением ими в окружающую среду специфических химических веществ, названных антибиотиками (от греческих слов «анти» — против, «биос» — жизнь). Способностью вырабатывать антибиотики обладают многие бактерии, плесени и лучистые грибы (актиномицеты). По химической природе антибиотики очень разнообразны. Они характеризуются специфической сферой действия — одни действуют на бактерии, другие на грибы, а третьи на обе эти группы микробов. Есть антибиотики, действующие лишь на определённые группы бактерий.
Действие антибиотиков на микроорганизмы разнообразно. Одни антибиотики подавляют жизнедеятельность микробов или задерживают их размножение. Такое действие называют бактериостатическим. Другие антибиотики обладают бактерицидным действием, т. е. убивают микробов. Третьи же не только убивают, но и растворяют (лизируют) клетки микроорганизмов. Действие антибиотиков зависит от ряда факторов — концентрации антибиотика, продолжительности его действия, состава и реакции среды.
В 1942 г. советские учёные Гаузе и Бражникова открыли советский грамицидин, более активный в отношении грамотрицательных бактерий. Грамицидин даже в очень больших разведениях обладает способностью убивать стафилококки и стрептококки — возбудители гнойных процессов. Очень чувствительны к нему возбудители сибирской язвы, дизентерии, брюшного тифа.
Ауреомицин — антибиотик, вырабатываемый лучистым грибком Actinomyces aureofacies. Действует на многие грамположительные и грамотрицательные бактерии. Известны и другие антибиотики — ауреомицин, мицетин, неомицин, альбомицин, террамицин. Многие антибиотики, кроме медицинских целей, применяются и для повышения продуктивности скота, урожайности растений, в качестве консервантов пищевых продуктов. Так, например, добавление к молоку небольшого количества ауреомицина или террамицина задерживает скисание более чем на сутки.
В 1928 г. Б. П. Токин открыл антибиотики, вырабатываемые растениями, названные фитонцидами (от греческого «фитон» — растение). Изучив летучие вещества и тканевые соки многих растений, Токин доказал, что они обладают бактерицидным действием. Особенно большой бактерицидностью обладают фитонциды лука, чеснока, крапивы, алоэ, черёмухи. Из лука выделен кристаллический препарат, который в разведении 1:40 000 моментально убивает дифтерийную палочку. Если под стеклянный колпак поместить ветку черёмухи, а рядом стакан с водой, в котором находится множество инфузорий, то через 10—20 минут все инфузории погибают. Достаточно пожевать кусочек лука или чеснока в течение 1—3 минут, чтобы микробы, находящиеся во рту, погибли.
Как и антибиотик, фитонциды характеризуются избирательным действием, убивая только определённые микроорганизмы. Химическая природа фитонцидов очень разнообразна. Бактерицидным действием обладают многие вещества растительного происхождения: эфирные масла, глюкозиды, органические кислоты, дубильные вещества, смолы. Природа многих фитонцидов ещё не выяснена. Фитонциды применяются в медицине и ветеринарии. Ведутся исследования по применению их в качестве консервантов пищевых продуктов.
К антибиотикам животного происхождения относятся: эритрин — вещество, получаемое из красных кровяных шариков (эритроцитов) животных. Эритрин активен в отношении дифтерийной палочки, стафилококков и стрептококков.
Лизоцим — вещество, вырабатываемое различными тканями животных и растений. Он содержится в смоле, слезах, плазме крови, лейкоцитах (белых кровяных шариках), в молоке, курином белке, рыбьей икре, в печени. Лизоцим действует губительно на ряд сапрофитов и патогенных микробов — холерного вибриона, возбудителя сибирской язвы. Он открыт П. Н. Лащенковым в 1909 г. Лизоцим не только убивает микробов, но и растворяет их.
