Электромагнитные излучения. 
Микробиология: теория и практика

Электромагнитные излучения подразделяются в зависимости от длины волны на ионизирующее и ультрафиолетовое излучения, видимую область, инфракрасное излучение и радиоволны (рис. 11.8).

Рис. 11.8. Спектр электромагнитных излучений.

В зависимости от длины волны и дозы излучения могут оказывать тепловое, механическое, физиологическое действие, вызывать мутации и гибель клеток. Ближний ультрафиолет, видимый свет и инфракрасные лучи являются движущей силой фотосинтеза. Разные фототрофные микроорганизмы поглощают свет различной длины волны в соответствии с максимумами поглощения их пигментов (350—400—800—1100 нм). Поскольку при фотосинтезе световая энергия преобразуется в энергию химических связей, то энергии излучения должно хватать на возбуждение молекулы фотосинтетического пигмента, но при этом она не должна быть избыточной, чтобы не повредить фотосинтетический аппарат. Электромагнитные волны важны для проявления фототаксиса. У некоторых микроорганизмов, не способных к фотосинтезу, обнаружены светозависимые синтезы. Например, микобактерии при росте в освещенном месте формируют колонии, окрашенные в яркие желто-красные цвета из-за синтеза каротиноидов.

Свет таких длин волн не всегда оказывает положительное действие. Под действием инфракрасных лучей может происходить перегрев клетки, а видимый свет в аэробных условиях приводит к образованию синглетного кислорода, повреждающего клеточные ферменты. Ультрафиолет в зависимости от длины волны и дозы может вызывать как летальный, так и мутагенный эффект у микроорганизмов. При этом наблюдается повреждение, прежде всего, молекул ДНК (особенно при 260 нм). В молекуле возникают тиминовые димеры, ингибирующие репликацию. Эти повреждения могут быть устранены двумя путями: фотореактивацией и темновой репарацией. При фотореактивации на поврежденное место «садится» фермент, активируемый синим (видимым) светом, и исправляет структуру ДНК, расщепляя тиминовые димеры. В случае темновой репарации свет не требуется. Ферментный комплекс, содержащий эндонуклеазу, полимеразу и лигазу, последовательно вырезает поврежденный участок, синтезирует правильную структуру по комплементарной цепи и сшивает синтезированные последовательности с молекулой ДНК. Воздействие ультрафиолета с длиной волны 325—400 нм приводит, наряду с образованием тиминовых димеров, к разрушению триптофана с образованием токсичных фотопродуктов, которые действуют как химические мутагены.

Ионизирующее излучение представлено очень короткими волнами с высокой энергией. Низкие уровни такого излучения могут вызывать у микроорганизмов мутации, а высокие — почти всегда приводят к гибели. Следствием такого облучения являются разрывы водородных связей, окисление двойных связей, разрушение кольцевых структур, полимеризация некоторых молекул. Присутствие кислорода усиливает эти эффекты, возможно, из-за генерации гидроксил-радикалов (ОН*). Но главная причина гибели, конечно, деструкция ДНК.

Микроорганизмы весьма существенно различаются по устойчивости к радиации. Так, для микроорганизмов, выделенных из облученных продуктов и из воды атомных реакторов (Deinococcus radiodurans, Shizosaccharomyces pombe, жгутикового простейшего Boda marina), смертельная доза радиации в десятки тысяч раз превышает дозу для высших организмов. Устойчивость, по-видимому, связана с высокой эффективностью репарационных систем. Однако для большинства микроорганизмов ультрафиолет и ионизирующие излучения в определенных дозах губительны и поэтому могут использоваться для стерилизации. При этом следует помнить о возможности появления устойчивых к облучению форм. В свете этих данных перенесение микроорганизмов (особенно спор) через космическое пространство не кажется таким уж невероятным.