XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение способности природных антибиотиков воздействовать на бактерии рода стафилококк и плесень
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Аннотация
Тема исследования:«Изучение способности природных антибиотиков воздействовать на бактерии рода стафилококк».
Авторы: Едакина Евдокия Захаровна, Шестова Александра Александровна, Пчельникова Светлана Денисовна.
Научный руководитель: Зинченко Татьяна Георгиевна, учитель биологии АНОО Гимназия Святителя Василия Великого.
Научный консультант: к.б.н. Смирнов Иван Алексеевич.
Цель исследования: Изучение влияния природных антибиотиков, а именно: грейпфрута, чеснока, клюквы и исландского мха (цетрария) на бактерии рода стафилококк и плесень.
Методы:теоретические (изучение литературы по данному вопросу и интернет-ресурсов, беседы с людьми, имеющими практический опыт); практические (наблюдения, сравнения, эксперимент, обобщение, анализ).
Полученные данные:
- опрос в пятых классах выявил недостаток знаний о действии природных антибиотиков на бактерии рода стафилококк и плесень;
- наиболее эффективными природными антибиотиками оказались исландский мох (цетрария) и клюква;
- препарат Цитросепт, в состав которого входит вытяжка из косточек грейпфрута, глицерин и вода оказался менее эффективным в отношении воздействия на бактерии рода стафилококк и плесень (для чистоты эксперимента мы воздействовали глицерином на бактерии рода стафилококк и плесень; глицерин не оказал никакого влияния на них);
- кожура и сок грейпфрута оказались неэффективными в отношении бактерий рода стафилококк и плесень;
- чеснок оказался неэффективным в отношении бактерий рода стафилококк, но сдержал рост плесени;
- антибиотик пенициллинового ряда, примененный нами в ходе исследования, убил бактерии рода стафилококк и сдержал рост плесени.
Выводы: можно сделать вывод, что природные антибиотики являются эффективным средством в борьбе с эпидермальными и сапрофитными бактериями рода стафилококк и грибами. Природные антибиотики, такие как цетрария, клюква, вытяжка из косточек грейпфрута, могут подавлять рост сапрофитных и эпидермальных бактерий, сдерживать рост грибов. В нашем исследовании отвар цетрарии подействовал на колонии бактерий и грибов аналогично антибиотику пенициллинового ряда.
Мы выполнили поставленные задачи: выяснили, каким образом можно вырастить стафилококковые бактерии, необходимые для эксперимента; узнали, какие природные антибиотики способны убивать стафилококковые бактерии; провели эксперименты с воздействием природных антибиотиков на эпидермальные и сапрофитные бактерии рода стафилококк; выяснили, какие природные антибиотики наиболее эффективны в борьбе со стафилококковыми бактериями; выполнили анализ полученных данных; ознакомили учащихся гимназии с полученными данными.
Введение
Наивысшей ценностью всегда было здоровье человека. В сезон простудных заболеваний очень актуальной является тема защиты себя и других от вирусов и бактерий. Очень опасны для здоровья человека осложнения после простудных заболеваний. На стадионе, где проходят мои тренировки по лыжным гонкам, расположена лавка натуральных продуктов с Алтая. Принадлежит она доктору, потомственному травнику. На мой вопрос, способны ли природные антибиотики эффективно бороться с вирусами и бактериями, доктор ответил утвердительно. При этом сказал, что самый сильный природный антибиотик – исландский мох (цетрария).
На биологическом кружке мы решили проверить, насколько эффективны природные антибиотики в борьбе с бактериями. Для того, чтобы вырастить бактерии, нужна специальная питательная среда. Нам удалось приобрести питательную среду для выращивания стафилококков. Поэтому и работали мы с тем, что выросло в данной среде.
Актуальность: если мы установим эффективность природных антибиотиков в борьбе с бактериями, можно будет принимать их профилактически при отсутствии индивидуальных противопоказаний и тем самым защищать себя от сезонных заболеваний, улучшать свои самочувствие и работоспособность. Нам не придется пропускать занятия в школе и тренировки.
Проблема: антибиотики - необходимое средство для лечения бактериальных инфекций, но в то же время использование лекарственных препаратов кроме лечебного эффекта может нанести вред здоровью. Помимо этого, антибиотики вызывают резистентность у бактерий. Возможно ли использование природных антибиотиков для подавления бактерий рода стафилококк?
Объект исследования: природные антибиотики - грейпфрут, чеснок, клюква, исландский мох (цетрария).
Предмет исследования: способность природных антибиотиков уничтожать бактерии рода стафилококк.
Гипотеза: исследуемые нами природные антибиотики способны подавлять рост бактерий рода стафилококк.
Новизна: в нашей гимназии ранее не проводились аналогичные исследования.
Цель исследования: изучение влияния природных антибиотиков, а именно: грейпфрута, чеснока, клюквы и исландского мха (цетрарии) на бактерии рода стафилококк и плесень.
Задачи исследовательской работы:
Изучить способы культивирования стафилококковых бактерий.
Выяснить, какие природные антибиотики наиболее эффективны в борьбе со стафилококковыми бактериями.
Составить рецепт леденцов из самого эффективного в нашем исследовании природного антибиотика.
Ознакомить учащихся гимназии с полученными данными.
Основные этапы исследования:
1 этап - январь 2023 года (подготовка к исследованию): определение темы работы, ее цели и задач, составление плана работы, сбор информации (интернет-ресурс, изучение литературы по данной теме).
2 этап - февраль 2023 года (проведение исследования): приобретение всего необходимого для проведения опытов; приготовление среды для выращивания бактерий; взятие материала для опытов; воздействие на бактерии природными антибиотиками; наблюдение за полученными результатами; составление рецепта леденцов из отвара исландского мха для поддержания иммунитета.
3 этап - февраль 2023 года (оформление результатов исследования): анализ результатов, полученных в ходе исследовательской работы; оформление результатов исследовательской работы.
Ожидаемый результат: узнаем о свойствах исследуемых природных антибиотиков.
Прикладная ценность и значимость исследования заключается в том, что на основании полученных нами результатов мы сможем точно знать, какие природные антибиотики можно применять без вреда для здоровья в профилактических целях, чтобы предупреждать сезонные заболевания и не допускать развития бактериальных осложнений. Из литературных источников мы узнали о том, что некоторые экстракты растений, эфирные масла и даже пищевые продукты обладают антибиотическими свойствами. Проведен ряд исследований, показывающих, что природные антибиотики могут быть столь же эффективны при уничтожении патогенных бактерий, как и синтетические препараты. Природные антибиотики – это натуральные лекарства, которые обладают широким спектром противомикробной активности и используются при лечении многих воспалительных заболеваний инфекционной природы, не оказывая вредного воздействия на организм человека.
Основная часть
Теоретическая часть
1.1 Природный антибиотик - чеснок
Пожалуй, одним из самых известных средств в борьбе с сезонными заболеваниями является чеснок. В литературных источниках содержатся данные о том, что в разных культурах во всем мире чеснок признан лечебным и профилактическим средством из-за его антибактериальных, противогрибковых и противовирусных свойств. Указывается, что в его состав входит более 400 активных веществ. Сульфиды в его составе эффективно противостоят бактериям, вирусам и развитию опасных инфекционных заболеваний. Самый важный активный компонент чеснока – аллицин, который, помимо борьбы с бактериями и вирусами, способен приводить в норму содержание «плохого холестерина» в крови. Регулярный прием чеснока снижает риск образования атеросклеротических бляшек, развития гипертонии и заболеваний сердца. Биологически активное вещество аджоен, содержащийся в чесноке, разжижает кровь, препятствуя образованию тромбов. Чеснок используется для укрепления иммунной системы, лечения инфекций верхних дыхательных путей. Экстракт чеснока можно использовать как эффективное средство для лечения вирусов герпеса и гриппа, многих форм бактерий, таких как Salmonella и Escherichia coli (E. Coli.).
Природный антибиотик – грейпфрут
В последнее время большую популярность при лечении сезонных заболеваний приобрел препарат, полученный из косточек грейпфрута – «Цитросепт». В инструкции к применению указано, что он оказывает антибактериальное действие. Препарат помогает при простудных заболеваниях и гриппе, очистке организма и аллергии, кожных инфекциях, паразитарных и грибковых инфекциях, воспалениях слизистых, расстройствах желудочно-кишечного тракта.
Но в литературе содержится и другая информация. Несмотря на утверждения, что экстракт обладает антимикробным действием, никаких научных доказательств этому нет. В экстрактах, приготовленных в чистых условиях в лаборатории, заметное антимикробное действие не было отмечено. Хотя экстракт семян цитрусовых продается на рынке здорового питания, убедительных доказательств его антимикробных свойств нет.
1.3 Природный антибиотик - клюква
По утверждению многих медиков, одной из самых полезных ягод является клюква. Клюква не теряет своих полезных свойств даже после заморозки и сушки. Клюква - природный антисептик, а органические кислоты, присутствующие в ее составе, выполняют роль консервантов и не позволяют ягоде испортиться даже в воде. Клюква издавна считалась самой целебной ягодой и служила важным источником витаминов в зимний период. Ею лечили различные простудные и вирусные заболевания, цингу, сахарный диабет и цистит. Некоторые ученые пишут, что, употребляя сырые ягоды клюквы, можно предотвратить развитие рака желудка, варикоза, заболеваний сердца. Аминокислоты в составе клюквы укрепляют сосуды и делают их более эластичными. Наличие в ее составе большого количества витамина С делает эту ягоду непревзойдённым антиоксидантом, способным избавить от многих заболеваний. В клюкве много полезных веществ, которые обладают способностью нарушать прикрепление бактерий к слизистым оболочкам различных органов и препятствовать их росту. В отличие от антибиотиков бактерии не могут создать защитные механизмы против их действия, поэтому на клюкву не вырабатывается устойчивость.
Клюква помогает избавиться от кишечной палочки, бактерий, виновных в воспалении десен и развитии кариеса, а также против микробов, которые вызывают гастрит, язву. Клюква активна даже против вирусов гриппа и герпеса, с которыми аптечные антибиотики могут не справиться.
1.4 Природный антибиотик - исландский мох (цетрария) (CetrariaIslandica)
Наибольший интерес в данном исследовании представляет цетрария, поскольку именно о ней потомственный травник отозвался, как о самом сильном антибактериальном растении. О лечебных свойствах лишайника знали еще в Средневековье. Исландский мох входит в состав множества лекарственных препаратов и считается очень действенным средством против ряда болезней. Исландский мох вырастает всего до 12–16 см и фактически является лишайником, смесью водорослей и грибов зеленого или коричневого цвета. Своим названием, которое уходит корнями в слово сetra (щит), цетрария обязана древним римлянам. В Исландии раньше имелись целые поля с цетрарией и местные жители постоянно добавляли мох в хлеб. До 19-го века исландский мох также широко применялся в медицине, как народной, так и официальной, однако после ряда изменений и прогресса в химии, человечество на время утратило интерес к целебному растению. Исландский мох растет не только в Скандинавии, но и в Европе, Азии, Африке и даже Австралии. Ареал произрастания в России довольно широк – от Карелии до сосновых боров горного Алтая. Лишайник произрастает в тундре, на склонах гор и в сосновых лесах. Хорошо приживается на скалистой почве, богатой торфом, с большим количеством песка. Исландский мох состоит из водорослей и гриба, которые живут во взаимной зависимости друг от друга. Водоросли занимаются фотосинтезом, а грибы поставляют воду и растворяют соли в организме растения. Более половины состава всех углеводов лишайника приходится на лихонин. Именно этот полисахарид при смешивании с водой создает желейную массу. Лишайниковые кислоты придают мху горечь, повышают общий тонус организма и помогают бороться с патогенными бактериями. D-протолихестериновая кислота и усниновая кислота в паре делают лишайник таким ценным. Усниновая кислота является природным антибиотиком и способна бороться даже с палочкой Коха, которая вызывает туберкулез. Все эти компоненты делают лишайник мультифункциональным и абсолютно безопасным природным лекарством.
2. Практическая часть
2.1 Опрос учащихся
Для более полного понимания, насколько актуальной является выбранная нами для исследования тема, был проведен опрос учащихся пятых классов в нашей гимназии. (Приложение 1). Ребятам было предложено ответить на следующие вопросы:
- какие природные антибиотики известны ребятам?
- могут ли природные антибиотики защищать от сезонных заболеваний?
- какие природные антибиотики (клюква, чеснок, грейпфрут и цетрария) наиболее эффективны в борьбе со стафилококковыми бактериями?
2.2 Проведение экспериментов
Для выяснения влияния клюквы, чеснока, грейпфрута и цетрарии на бактерии рода стафилококк нами на биологическом кружке под руководством учителя биологии были проведены эксперименты в гимназической лаборатории. (Приложение 2).
2 февраля 2023 года мы равномерно распределили стерильным шпателем посевной материал по поверхности среды Стафилококкагар, предназначенной для выделения стафилококков из исследуемого материала. Пробы были взяты с парты, раковины, унитаза, телефона, ручки двери, доски, игрушки, напульсника, парика.
Через некоторое время в чашках Петри начали расти колонии стафилококковых бактерий. Больше всего бактерий рода стафилококк выросло из проб, взятых с раковины.
Стафилококки — это бактерии круглой формы, способные жить и размножаться в бескислородной среде и создавать колонии, под микроскопом похожие на гроздья винограда.
Больше всего их было на напульснике и игрушке. Мало на остальных предметах. Из проб, взятых с напульсника и школьного мела, выросли помимо колоний стафилококка колонии грибов.
С помощью инструкции, которая прилагалась к Стафилококкагар, нами было установлено, что в чашках Петри выросло два рода стафилококков: эпидермальный и сапрофитный.
Эпидермальный стафилококк (S. epidermidis) живет на поверхности кожи и слизистых оболочках, при их повреждении он попадает в кровь, а при ослабленном иммунитете может вызывать эндокардит (воспаление внутренней оболочки сердца), суставные инфекции, воспаление мочевыводящих путей и др. Наиболее опасен для пациентов после операций, связанных с протезированием (установкой шунта, клапана, эндопротезированием суставов).
Сапрофитный стафилококк (S. saprophyticus) способен вызывать гнойные осложнения в послеоперационном периоде, локализуется в основном в мочевыводящих и половых органах (может вызывать цистит, уретрит), чаще встречается у женщин.
16 февраля 2023 года нами были внесены реагенты на выросшие бактерии. (Приложение 3).
22 февраля 2023 года нами были оценены первые результаты. (Приложение 4).
В нашем исследовании чеснок оказался неэффективным. Кусочки чеснока положили на колонии стафилококковых бактерий, выросших из проб, взятых с напульсника, игрушки, доски, парты. Никакого изменения в количестве бактерий не произошло. При этом чеснок сдержал рост грибов, выросших из проб, взятых с парты и доски. Можно предположить, что отсутствие какого-либо действия на бактерии связано с тем, что исследование проводили в феврале и чеснок уже был старым.
В связи с этим можно поставить перед собой задачу провести подобное исследование в сентябре, чтобы иметь возможность использовать молодой чеснок.
Соком грейпфрута воздействовали на бактерии, выросшие из проб, взятых со школьного мела, напульсника, ручки, раковины. Кусочки косточек грейпфрута положили на бактерии, выросшие из проб, взятых с напульсника и игрушки. В нашем исследовании грейпфрут оказались неэффективным. Он не подействовал на колонии стафилококковых бактерий, выросших из проб, взятых с напульсника, школьного мела, кармана, раковины. Никакого изменения в количестве бактерий не произошло. Можно предположить, что отсутствие какого-либо действия на бактерии связано с тем, что антибактериальным эффектом обладает выжимка именно из косточек грейпфрута.
Препарат Цитросепт включает в себя выжимку из косточек грейпфрута, глицерин и воду.
Цитросепт не подействовал на бактерии (выросло небольшое количество) и на плесень из проб со школьного мела; убил часть колонии бактерий из проб, взятых с игрушки (грибов не выросло); убил колонию бактерий (выросло много) из проб, взятых с банки (грибов не выросло); убил часть колонии бактерий (много), выросших из проб, взятых с парты (грибы выросли).
Препарат Цитросепт включает в себя выжимку из косточек грейпфрута, глицерин и воду. Для чистоты эксперимента мы воздействовали глицерином на колонии бактерий. Глицерин не оказал никакого влияния на бактерии.
Таким образом, препарат Цитросепт способен незначительно подавлять рост эпидермального и сапрофитного стафилококка.
В связи с этим, можно поставить перед собой задачу научиться получать выжимку из косточек грейпфрута и при проведении следующего исследования проверить эффективность воздействия на колонии бактерий именно выжимки.
С помощью сока клюквы была убита часть колонии бактерий (выросло небольшое количество), выросшая из проб, взятых с доски (плесень не выросла); убита часть колонии бактерий (выросло много), выросшая из проб, взятых из кармана (грибов выросло много); убита колония бактерий (выросло много), выросших из проб, взятых с банки (грибы не выросли); сдержан рост колонии бактерий (выросло мало), из проб, взятых с мела (грибов не выросло).
Отвар цетрарии убил часть колонии бактерий (выросло мало) из проб, взятых с телефона (грибов не выросло); убил колонии бактерий (выросло мало) из проб, взятых с пианино (грибов не выросло); убил колонии бактерий (выросло мало) из проб, взятых с парика (грибы присутствуют) и сдержала рост гриба; убил колонии бактерий (выросло мало) из проб, взятых с дверной ручки.
Для чистоты эксперимента нанесли антибиотик пенициллинового ряда на колонии бактерий (выросло мало) из проб, взятых с телефона (грибов не выросло). Антибиотик убил бактерии. Также убил бактерии (выросло много) из проб, взятых с руки (грибов не выросло). Убил колонии бактерий (выросло много) из проб, взятых с унитаза (грибов не выросло). Убил колонии бактерий (выросло очень мало) из проб, взятых с упаковки сока (грибы не выросли). Таким образом в нашем исследовании отвар цетрарии оказался столь же эффективным, как и антибиотик пенициллинового ряда.
На основании этого мы разработали рецепт леденцов на отваре из цетрарии для поддержания иммунитета. (Приложение 5).
Заключение
В ходе проведения исследования нами были получены следующие результаты.
На питательной среде Стафилококкагар, предназначенной для выделения стафилококков из исследуемого материала, а именно проб, взятых с парты, раковины, унитаза, телефона, ручки двери, доски, игрушки, напульсника, парика выросли колонии эпидермального и сапрофитного стафилококка. Больше всего из проб, взятых на раковине, напульснике и игрушке. Мало на остальных предметах. Из проб, взятых с напульсника, и школьного мела, парика, кармана и банки выросли, помимо колоний стафилококка, колонии грибов.
На колонии грибов, выросших из проб с напульсника, незначительно подействовал препарат Цитросепт. Он же убил часть колонии бактерий, выросших с проб с игрушки и парты. Убил колонии бактерий из проб, взятых с банки. На колонии бактерий из проб, взятых с мела, не подействовал. С помощью сока клюквы была убита часть колоний гриба и бактерий из проб, взятых из кармана. Убиты колонии бактерий из проб, взятых с доски, банки и раковины, сдержан рост бактерий из проб, взятых с мела. Чеснок не подействовал на колонии бактерий, но сдержал рост грибов из проб, взятых с парты. Сок и кожура грейпфрута не подействовали на колонии бактерий и грибов. Глицерин не подействовал на колонии бактерий и грибов. Отвар цетрарии убил колонии бактерий, сдержал рост грибов. Антибиотик убил колонии бактерий. Все данные опытов отражены в таблицах. (Приложение 6).
Выводы:
Мы достигли поставленных задач: узнали какие природные антибиотики способны убивать стафилококковые бактерии; провели эксперименты с воздействием природных антибиотиков на стафилококковые бактерии; выяснили, какие природные антибиотики наиболее эффективны в борьбе со стафилококковыми бактериями; выполнили анализ полученных данных.
1. Выяснили, каким образом можно вырастить стафилококковые бактерии, необходимые для эксперимента.
2. Природные антибиотики являются эффективным средством в борьбе с бактериями рода стафилококк и грибами. Природные антибиотики, такие как цетрария, клюква, вытяжка из косточек грейпфрута, могут подавлять рост сапрофитных и эпидермальных бактерий, сдерживать рост грибов. В нашем исследовании отвар цетрарии подействовал на колонии бактерий и грибов аналогично антибиотику пенициллинового ряда.
3. Составили рецепт леденцов с отваром из исландского мха.
4. Ознакомили учащихся гимназии с полученными данными.
Гипотеза подтвердилась частично. Не все исследуемые нами природные антибиотики оказались эффективными в борьбе с эпидермальными и стафилококковыми бактериями и грибами.
Тема оказалась интересной, познавательной и полезной. Мы планируем продолжить изучение свойств природных антибиотиков как в теоретическом, так и в практическом плане.
Список литературных источников
1. Андреев В. Н. Прирост кормовых лишайников и приемы его регулирования. Труды ботанического института им. В. Л. Комарова
Академия наук СССР, серия III (Гео-ботаника), вып. 9, 1954 г. — стр.11–74
2. Лекарственные травы: Травы, дарующие здоровье: В 2 кн. — М.: ТЕРРА,1996. Василевский И. В. Клиническая фармакология в таблицах и схемах (методическое пособие для студентов педиатрического факультета, врачей педиатров, врачей общей практики, инфекционистов), Минск, 2012.
3. Гилберт Д. Н., Моллеринг С. Р., Элиопулос Д. М., Сэнд А. М. Стэнфордский справочник: антимикробная терапия.- М., ЭКСМО, 2009-288с.
4. Клиническая фармакология: учебник / под ред. В. Г. Кукеса.- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008.- 1056 с.
5. Ключарева А. А., Голобородько Н. В., Оскирко А. Н., Комир В. В. Рациональная антибактериальная терапия (Пособие для практических врачей).- Минск: БелМАПО, 2003.- 60 с.
6. https://tsn.ua/ru/lady/zdorovye/zdorovyi-obraz-zhizni/hren-vam-a-ne-prostuda-prirodnye-antibiotiki-v-deystvii-333618.html
Приложение № 1
Приложение № 2
Приложение № 3
Приложение № 4
Приложение № 5
Приложение № 6