II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

АНТИБИОТИКИ ПРИРОДНЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВЫХ СУЩЕСТВ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дмитриева П.А. 1

---

1

Сидорова Н.Л. 1

---

1

Работа в формате PDF

246.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Антибиотики — это вещества, выделяемые бактериями, плесневыми грибами, растениями и животными и обладающие способностью препятствовать размножению микробов и вызывать их гибель (anti — против, bios — жизнь). Значение антибиотиков в современной медицине трудно переоценить. Их с большим успехом применяют для лечения и профилактики инфекционных болезней животных и человека. Практически нет ни одной отрасли медицины, где бы ни применялись антибиотики. Антибиотики спасли и спасают миллионы человеческих жизней, облегчают страдания людей и укорачивают длительность течения болезни. Поэтому тему своей работы мы считаем актуальной.

То, что первые антибиотики получали при помощи плесневых грибов – известный факт, как и то, что многие растения вырабатывают соединения, аналогичные по структуре – фитонциды. Эти вещества растения начали вырабатывать в процессе эволюции для борьбы с собственными болезнями. Человек же получил прекрасную возможность воспользоваться уже готовым продуктом.

Цель: Изучить биологические особенности природных и искусственных антибиотиков, их влияние на плесневые грибы.

Задачи: 1. Изучение научной литературы о фитонцидах – природных антибиотиках, их роли в природе.

2. Выращивание плесени на образцах при различных опытных условиях и воздействие на них фитонцидами и современными лекарственными антибиотиками.

3. Изучение строения плесени на различных стадиях её развития, а также в результате влияния на неё растений и растительных веществ, содержащих фитонциды.

Объект исследования: фитонциды и искусственные антибиотики.

Предмет исследования: воздействие антибиотиков на живые организмы.

Глава 1. Медицина до пенициллина

Человечество всегда имело дело с инфекциями и никогда не умело их толком лечить. Вирусы и бактерии до XIX века включительно были основными агентами смерти. Сейчас большая часть смертельно опасных инфекционных болезней излечима либо предотвратима.

До 20 века многие болезни были неизлечимы, а лечение других требовало недюжинных способностей как врача, так и пациента, и изрядной доли везения. Медики, всерьёз озабоченные проблемами выживаемости своих пациентов, искали решения, которые позволили бы успешно бороться с заболеваниями.

Когда стало известно, что причиной многих заболеваний, а также послеоперационных осложнений (главным образом в военных полевых госпиталях) являются микроорганизмы - бактерии и микробы, начались поиски способов по их обезвреживанию.

Довольно быстро пришли к выводу, что бороться с болезнетворными бактериями можно с помощью других микроорганизмов, враждебным к болезнетворным. Эта идея возникла еще в 19 веке. Так, например, знаменитый французский микробиолог, Луи Пастер открыл, что бациллы сибирской язвы погибают под действием некоторых других микробов.

Антибиотики — вещества, которые способны остановить рост или даже привести к гибели болезнетворных бактерий и микроорганизмов. Считается, что открытие антибиотиков прибавило примерно 20 лет к средней продолжительности жизни человека в развитых странах. В каждой семье есть человек, который остался в живых благодаря антибиотикам. Микробиолог Зинаида Ермольева, получившая в 1942 году первые в СССР образцы пенициллина, объясняла значение антибиотиков так: “Если бы в XIX веке был пенициллин, Пушкин бы не умер от раны”.

Термин “антибиотики” ввел в обращение американский микробиолог З. Ваксман, получивший в 1952 году Нобелевскую премию за открытие стрептомицина. Сам термин антибиос (“анти” – против, “биос” – жизнь), был придуман Л. Пастером, вложившим в него определенный смысл – “жизнь – против жизни” (а не “против жизни”).

Первый антибиотик – пенициллин – был выделен из плесневого гриба пенициллиум нотатум, чему и обязан своим названием. За его создание в 1945 году три ученых Флеминг, Флори и Чейн были удостоены Нобелевской премии. 12 февраля 1941 года пенициллин был впервые применен для лечения человека. Первым пациентом оказался лондонский полицейский, умиравший от заражения крови. После нескольких инъекций ему стало лучше, через день он уже ел без посторонней помощи. Но запас с таким трудом полученного пенициллина закончился, и больной скончался.

Промышленный выпуск препарата был налажен только в 1943 году в США, куда Флори передал технологию получения нового лекарства. Причем американский штамм (подвид) плесени был найден на одной из гнилых дынь, выброшенных на помойку.

В нашей стране пенициллин создали в 1942 году два биолога З.В. Ермольева и Т.И. Балезина с сотрудниками. В одном из московских подвалов они обнаружили штамм пенициллиум крустозум, который оказался продуктивнее английских и американских родичей. Это отметил и Флори, приезжавший в январе 1944 года в СССР с американским штаммом. Он был удивлен и восхищен тем, что у нас есть более продуктивный штамм и уже налажено промышленное производство пенициллина.

Использование антибиотиков отодвинуло на второй план многие ранее смертельные заболевания (туберкулез, дизентерия, холера, гнойные инфекции, воспаление легких и многие другие). С помощью антибиотиков удалось значительно снизить детскую смертность. Большую пользу приносят антибиотики в хирургии, помогая ослабленному операцией организму справляться с различными инфекциями. Знаменитый французский хирург XIX века А. Вельпо с горечью писал: “Укол иглой уже открывает дорогу смерти”. Эпидемии послеоперационной горячки уносили в могилу до 60% всех прооперированных, и такая огромная смертность тяжелым грузом лежала на совести хирургов. Теперь с большинством больничных инфекций можно успешно бороться при помощи антибиотиков. Так началось время, которое врачи справедливо называют “веком антибиотиков”.[2]

Вот только несколько болезней, ежегодно убивающих тысячи людей во всём мире до применения антибиотиков:

1. Чума. Болезнь вызывается бактерией чумной палочки Yersiniapestis. У чумы две основных формы: бубонная и легочная. При первой поражаются лимфатические узлы, при второй — легкие. Без лечения через несколько дней начинается лихорадка, сепсис, в большинстве случаев наступает смерть. Сообщение из какого-нибудь европейского города в 1348 году выглядело бы так: «В Авиньоне мор поразил всех, десятки тысяч, из них никто не выжил. Трупы с улиц убирать некому». Всего в мире во время той пандемии погибли от 40 до 60 миллионов человек. Планета пережила три пандемии чумы: «юстинианову» 551–580 годов, «черную смерть» 1346–1353 годов и пандемию конца XIX — начала XX века. Периодически вспыхивали и локальные эпидемии. Настоящее лечение появилось только после Второй мировой войны, когда советские медики применили свежеизобретённый антибиотик стрептомицин.

2. Холера. Болезньнемытых рук. Холерный вибрион Vibriocholerae попадает в организм с зараженной водой или через контакт с выделениями больных. Болезнь часто не развивается вообще, но в 20% случаев зараженные люди страдают поносом, рвотой, обезвоживанием. В чем победа. Болезнь была страшной. Во время третьей пандемии холеры в России в 1848 году, по официальной статистике, отмечено 1 772 439 случаев, из которых 690 150 смертельных. Вспыхивали холерные бунты, когда испуганные люди сжигали больницы, считая врачей отравителями. До появления антибиотиков серьезного лечения холеры не существовало, но все тот же Владимир Хавкин в 1892 году создал в Париже очень приличную вакцину из прогретых бактерий. Вакцина, правда уже нового поколения, до сих пор предлагается ВОЗ как основное средство против холеры в ее очагах.

3. Туберкулёз. Болезньчаще всего гнездится в легких, иногда в костях и других органах. Кашель, потеря веса, интоксикация организма, ночной пот. В чем победа. Победа над туберкулезом довольно условна. С тех пор как Роберт Кох в 1882 году открыл возбудителя — микобактерию Mycobacterium tuberculosis, — прошло 130 лет. Первую вакцину создали в Институте Пастера в 1921 году и используют до сих пор. Это та самая БЦЖ, которой прививают новорожденных. Настоящий прорыв произошел в 1943 году, когда Зельман Ваксман открыл стрептомицин — первый антибиотик, эффективный против туберкулеза. В мире сейчас испытывают 10 вакцин против туберкулеза и 10 новых препаратов. Тем не менее туберкулез — это болезнь номер два после ВИЧ.

4. Лепра. Болезньизвестна у нас как проказа — от «искажать, обезображивать». Вызывается микобактерией Mycobacterium leprae, родственной туберкулезной. Поражает кожу, нервную систему, уродует человека. Приводит к смерти.

В чем победа. Именно эта болезнь внушала людям ужас. Наверное, своей медлительностью и неотвратимостью. Лепра развивается от трех до сорока лет. Бактерию открыл норвежский врач Герхард Хансен в 1873 году. Главный антибиотик — рифампицин, его открыли итальянцы Пьеро Сенси и Мария Тереза Тимбал в 1957 году.Сегодня, по статистике ВОЗ, лепрой болеют в основном в Индии, Бразилии, Индонезии, Танзании. В прошлом году было поражено 182 тыс. человек. Ежегодно это число уменьшается. Для сравнения: еще в 1985-м проказой болели больше пяти миллионов.

Поэтому значимость антибиотиков в современном мире переоценить крайне сложно, можно лишь сочувствовать нашим предкам, лишённым этого.[6]

Глава 2. Антибиотики природные и синтетические

2.1. Что такое антибиотики

Антибиотики — это вещества, которые подавляют рост живых клеток, чаще всего прокариотических и простейших. Антибиотики могут быть естественными (природного) происхождения и искусственными (синтетическими и полусинтетическими).

Антибиотики природного происхождения чаще всего продуцируются актиномицетами и плесневыми грибами, но их также можно получить из бактерий (полимиксины), растений (фитонциды) и тканей животных и рыб.

Антибиотики, которые подавляют рост и размножение бактерий используются в качестве лекарственных препаратов. Широкое использование антибиотики получили и в онкологической практике, в качестве противоопухолевых препаратов. При лечении заболеваний вирусного происхождения, применение антибиотиков не целесообразно, так как они не способны воздействовать на вирусы. Однако, было отмечено, что ряд антибиотиков (тетрациклины) способны воздействовать на крупные вирусы.

Антибактериальные препараты — это синтетические препараты, не имеющие природных аналогов и оказывающие сходное с антибиотиками подавляющее влияние на рост бактерий.

Классификация антибиотиков по характеру воздействия на бактериальную клетку:

• бактериостатические препараты (останавливают рост и размножение бактерий)

• бактерицидные препараты (уничтожают бактерии)

По способу получения различают антибиотики:

• природные

• синтетические

• полусинтетические

По направленности действия различают:

• антибактериальные

• противоопухолевые

• противогрибковые

По спектру действия различают:

• антибиотики широкого спектра действия

• антибиотики узкого спектра действия[1]

В чем же главное отличие антибактериальной терапии от других видов лечения. Отличие заключается в том, что антибактериальная терапия – это лечение, направленное на устранение причины заболевания - на уничтожение возбудителя, вызвавшего конкретное заболевание.

Ценность антибиотиков как лекарств ни у кого не вызывает сомнения. Но, казалось бы, зачем такое количество лекарств, если достаточно нескольких наиболее активных? А поиски новых антибиотиков все продолжаются и продолжаются. Тому есть несколько очень серьезных причин.

Во-первых, даже наиболее активные антибиотики действуют лишь на ограниченное число микробов, а поэтому могут применяться только при определенных болезнях. Набор микроорганизмов, которые обезвреживаются антибиотиком, называется спектром действия. И этот спектр не может быть бесконечным. Природный пенициллин, например, несмотря на высокую активность, действует лишь на небольшую часть бактерий (преимущественно на грамположительные бактерии). Значительная часть антибиотиков не поражает грибы, среди которых есть достаточное количество болезнетворных.

Вторая причина заключается в том, что антибиотики не обладают абсолютной избирательностью действия. Они уничтожают не только наших врагов, но и союзников, которые охраняют рубежи нашего организма – на поверхности кожи, на слизистых оболочках, в пищеварительном тракте. Это может нанести значительный урон естественной микробной флоре человека. В результате развивается дисбактериоз – нарушение соотношения и состава нормальной микрофлоры. Дисбактериоз может проявиться сравнительно невинно – вздутием живота, небольшим поносом и другими симптомами, но может протекать тяжело и в отдельных случаях даже приводить к смертельному исходу. На фоне дисбактериоза могут проявиться ранее “дремавшие” в организме инфекции, в частности грибковые, устойчивые к антибактериальным средствам. Такие инфекции в ослабленном болезнью организме, в особенности у детей и пожилых пациентов, представляют серьезную проблему. Поэтому вместе с антибиотиками нередко назначают противогрибковые средства.

Третья причина – появление устойчивых к действию антибиотиков разновидностей микроорганизмов. Микробы, обладая очень хорошей приспособляемостью к быстро меняющимся условиям окружающей среды, “привыкают” к антибиотикам. При этом они становятся нечувствительными к антибиотику, в том числе вследствие выработки ферментов, разрушающих его. Одним из методов борьбы с устойчивостью микроорганизмов является создание комбинированных препаратов, содержащих антибиотик и средства, угнетающие активность микробного фермента, разрушающего этот антибиотик.

И, наконец, четвертая причина – побочные действия. Антибиотики, как и другие лекарства, являются чужеродными для человеческого организма веществами, поэтому при их применении возможны различные неблагоприятные реакции. Наиболее частая из них – аллергия: повышенная чувствительность организма к данному препарату, которая проявляется при повторном его применении. Чем дольше существует препарат, тем больше становится пациентов, которым он противопоказан по причине аллергии. Не менее серьезными могут быть и другие побочные эффекты антибиотиков. Например, тетрациклин обладает способностью связываться с кальцием, поэтому может накапливаться в растущих тканях костей и зубов детей. Это приводит к неправильному их развитию, увеличению склонности к кариесу и окрашиванию зубов в желтый или коричневый цвет. Стрептомицин, положивший начало победному наступлению на туберкулез, и другие антибиотики могут вызвать поражение почек и ослабление слуха (вплоть до глухоты). Хлорамфеникол угнетает кроветворение, что может привести к развитию малокровия (анемии). Поэтому применение антибиотиков всегда проводится под наблюдением врача.

2.2. Природные антибиотики - фитонциды

Фитонциды – это летучие, биологически активные вещества, которые вырабатывают растения. Обладают противомикробным действием. Фитонциды выделяются многими растениями. Человек способен ощущать их аромат: слабый или сильный. Фитонциды таких деревьев как пихта, дуб или тополь способны уничтожать бациллы дифтерии. А фитонциды сосны губительны для возбудителя туберкулеза. Фитонциды способны воздействовать и на другие растения. Так, например, если букет ландышей поместить в одной вазе с сиренью, то сирень обязательно завянет. Фитонциды выделяют также низшие грибы и микроорганизмы. Называют их антибиотиками и готовят на их основе большинство сильнодействующих лекарств.[4]

Фитонцидами называют все секретируемые растениями фракции летучих веществ, в том числе те, которые практически невозможно собрать в заметных количествах. Эти фитонциды называют также «нативными антимикробными веществами растений». Характерными представителями фитонцидов являются эфирные масла, извлекаемые из растительного сырья промышленными методами. Существует несколько классификаций фитонцидов. Например, в таблице 1 приведена классификация фитонцидов по направленности воздействия.

Классификация фитонцидов по месту возникновения:

1. Воздушные фитонциды (летучие фракции фитонцидов)

2. Почвенные фитонциды (жидкости и летучие вещества, продуцируемые подземными частями растений)

3. Водные фитонциды (продуцируемые водными растениями)

Таблица 1

Классификация фитонцидов по направленности воздействия

Таким образом, фитонциды создают невосприимчивость, или, как говорят, природный иммунитет растений к различным видам заболеваний. Летучие фитонциды впервые обнаружены в природе в 1928-1930 гг. А.Г. Филатовой и А.Е. Тебякиной. Обширные исследования фитонцидов в растениях были проведены Б.П. Токиным, профессором Томского университета, он же и предложил термин «фитонциды». Лабораторией профессора Б.П. Токина было обнаружено более 500 видов растений, обладающих фитонцидными свойствами. На основании многочисленных исследований было установлено время гибели простейших после бесконтактного воздействия фитонцидных растений.[5]

2.3. Роль природных антибиотиков для живых организмов и человека

Нативные фитонциды играют важную роль в иммунитете растений и во взаимоотношениях организмов в биогеоценозах. Выделение ряда фитонцидов усиливается при повреждении растений. Летучие фитонциды (ЛАВ) способны оказывать своё действие на расстоянии, например фитонциды листьев дуба, эвкалипта, сосны и многих др. Сила и спектр антимикробного действия фитонцидов весьма разнообразны. Фитонциды чеснока, лука, хрена, красного перца убивают многие виды простейших, бактерий и низших грибов в первые минуты и даже секунды. Летучие фитонциды уничтожают простейших (инфузорий), многих насекомых за короткое время (часы или минуты).

Фитонциды — один из факторов естественного иммунитета растений (растения стерилизуют себя продуктами своей жизнедеятельности). Так, фитонциды пихты убивают коклюшную палочку (возбудителя коклюша); сосновые фитонциды губительны для палочки Коха (возбудителя туберкулёза) и для кишечной палочки, берёза и тополь поражают микроб золотистого стафилококка

Фитонциды же багульника и ясенца довольно ядовиты и для человека — с этими растениями следует быть осторожным.

Защитная роль фитонцидов проявляется не только в уничтожении микроорганизмов, но и в подавлении их размножения, в отрицательном хемотаксисе подвижных форм микроорганизмов, в стимулировании жизнедеятельности микроорганизмов, являющихся антагонистами патогенных форм для данного растения, в отпугивании насекомых и т. п.

Гектар соснового бора выделяет в атмосферу около 5 килограммов летучих фитонцидов в сутки, можжевелового леса — около 30 кг/сут, снижая количество микрофлоры в воздухе. Поэтому в хвойных лесах (особенно в молодом сосновом бору) воздух практически стерилен (содержит лишь около 200—300 бактериальных клеток в 1 м³), что представляет интерес для гигиенистов, специалистов по озеленению и др.

В медицинской практике применяют препараты лука, чеснока, хрена, зверобоя и других растений, содержащих фитонциды, для лечения гнойных ран, трофических язв. Фитонциды ряда других растений стимулируют двигательную активность, сердечную деятельность.

На Тайване, в Южной Корее и Японии существует терапевтическая техника, известная, как «купание в лесу», при которой люди активно вдыхают фитонциды, образуемые деревьями и растениями, чтобы улучшить здоровье.

Ботаники рекомендуют шире использовать фитонцидные растения в озеленении города.

Тополь. Для города тополь очень ценное растение, ибо это дерево - самое устойчивое к загрязнениям атмосферы. Тополь выдерживает большие концентрации выхлопных газов автомобилей, производственных выбросов.

Самая главная ценность тополя состоит в очищении воздуха от пыли и оксидов углерода: одно дерево тополя за 5 месяцев (май-сентябрь) поглощает 45 кг углекислого газа, а 300 молодых тополей за лето задерживают на листьях до 400 кг пыли.

Черемуха. Весной кустарники и деревья черемухи усыпаны, как снегом, кистями белых цветов. А осенью с ветвей свисают кисти черных блестящих ягод-костянок, сладких и вяжущих. Сильный, несколько опьяняющий аромат цветков и листьев очищает воздух от микробов. Черемуха выделяет наиболее сильные фитонциды, содержащие синильную кислоту. Простейшие погибают под воздействием фитонцидов черемухи через 5 мин. Кашица из растертых листьев черемухи выделяет вещества, убивающие бактерии и споры плесневых грибов. В стеклянную банку с измельченными листьями черемухи помещали комаров и слепней - через несколько секунд они погибали, а четыре растертые почки черемухи убивали наиболее стойких клещей через 15 мин. Особенно много фитонцидов выделяют молодые листья весной и летом, осенью фитонцидов выделяется значительно меньше.

Фитонциды - один из многих факторов, влияющих на воздух закрытых помещений, который насыщен микроорганизмами, в том числе и болезнетворными. Для оздоровления воздушной среды применяют комнатные растения, многие из которых обладают высокой фитонцидной активностью.

Глава 3. Исследование воздействия фитонцидов на плесень

Эксперимент №1. Воздействие фитонцидов (летучих веществ) на плесень.

Цель: определить степень влияния фитонцидов на плесневые грибы живыми растениями

Фото 1. Наблюдение за плесенью и чесноком

Плесень сначала погибла возле чеснока, а через неделю чеснок также покрылся плесенью, как и кусочки хлеба

Вывод: Летучие вещества фитонциды лука и чеснока на плесень оказывают воздействие. Пока чеснок и лук были свежими, они выделяли фитонциды, губящие плесень, через неделю растения начали погибать, что привело к массовому расселению плесени.

Эксперимент №2. Воздействие соками фитонцидных растений на плесень.

Цель: определить степень влияния фитонцидов на плесневые грибы

Вывод: сок фитонцидных растений лука и чеснока оказали губительное воздействие на плесень. Быстрее погибла плесень в образце с соком лука.

В природе у растений воздействует не сок растений, а лишь эфирные масла, выделяемые ими.

Заключение

Мы изучили биологические особенности природных и искусственных антибиотиков, их влияние на плесневые грибы и это позволяет нам сделать некоторые выводы:

• До 20 века многие болезни были неизлечимы, так как антибиотики были открыты позднее;

• Первый антибиотик – пенициллин – был выделен из плесневого гриба пенициллиум нотатум, чему и обязан своим названием. За его создание в 1945 году три ученых Флеминг;

• Антибиотики — это вещества, которые подавляют рост живых клеток. Антибиотики могут быть естественными (природного) происхождения и искусственными (синтетическими и полусинтетическими).

• Фитонциды – это летучие, биологически активные вещества, которые вырабатывают растения, готовят на их основе большинство сильнодействующих лекарств

• Нативные фитонциды играют важную роль в иммунитете растений и во взаимоотношениях организмов в биогеоценозах. Ботаники рекомендуют шире использовать фитонцидные растения в озеленении города

• По результатам исследования выявили: летучие вещества фитонцидов лука и чеснока на плесень оказывают воздействие, Быстрее погибла плесень в образце с соком лука.

Источники информации

1. http://gn24.net/publ/pharmacology/antibiotiki-klassifikatsiya-antibiotikov.html

2. http://www.policlinica.ru/sovet_vrachadcfb.html

3. http://elhow.ru/ucheba/biologija/biologicheskie-terminy/chto-takoe-fitoncidy

4. http://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2012/12/19/vliyanie-fitontsidov-razlichnykh-vidov-rganizmov-na-prosteyshikh

5. http://www.examen.ru/add/School-Subjects/Human-Sciences/Ecology/12541/12563

6. http://expert.ru/russian_reporter/2013

Литературные источники

7. Я познаю мир: Дет. Энцикл.: Экология / Авт.-сост. А. Е. Чижевский; Худож. В. В. Николаев, А. В. Кардашук, Е. В. Гальдява. Под общ. Ред. О. Г. Хинн-М.: ООО «Фирма «Издательство АСТ», 1998.-432 с.

8. Регистр лекарственных средств России РЛС Пациент 2003. - Москва, Регистр Лекарственных Средств России, 2002.