XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние среды на развитие микроорганизмов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Данная тема была и будет актуальна всегда, с увеличением численности населения и изменением климата становится всё более важным понимать, как окружающая среда влияет на развитие и распространение микроорганизмов.
Эта тема имеет большое значение для медицины, поскольку понимание влияния среды на микроорганизмы помогает бороться с инфекционными заболеваниями. Кроме того, она также важна для сельского хозяйства и пищевой промышленности, так как микроорганизмы могут влиять на качество и безопасность продуктов питания.
Исследования в этой области могут помочь в борьбе с загрязнением окружающей среды и разработке новых методов очистки воды и почвы.
Цель работы: выступает анализ наиболее и наименее благоприятных сред распространения микроорганизмов.
Задачи:
-
Изучить влияние среды на развитие микроорганизмов.
-
Найти материал по книгам.
-
Проанализировать проблемы, связанные с микроорганизмами.
-
Определить какими путями возможно решить данные проблемы.
Объект исследования: микроорганизмы
Предмет исследования: размножение микроорганизмов под влиянием различных факторов.
Гипотеза: предполагается, что среда, в которой находятся микроорганизмы, оказывает значительное влияние на их развитие и функционирование.
Обоснование: микроорганизмы способны адаптироваться и реагировать на изменения в окружающей среде. Различные условия, такие как температура, влажность, pH, питательные вещества и наличие токсинов, оказывают значительное влияние на рост, метаболизм и способность микроорганизмов вызывать заболевания. Например, некоторые бактерии могут расти только при определенных условиях pH и температуры, а некоторые бактерии могут вырабатывать токсины только при определенных концентрациях питательных веществ.
Исследования показывают, что изменение условий среды может привести к трансформации состава и функций микроорганизмов. Например, в пищевого производства изучается влияние различных методов консервации на микробиологическую стабильность продуктов. Также изучается влияние условий окружающей среды на развитие болезнетворных бактерий, что имеет важное значение для контроля за инфекционными заболеваниями.
Методы исследования: измерение, наблюдение, эксперимент.
Проблема: быстрое распространение вредоносных микроорганизмов в окружающей среде.
Теоретическая основа исследования: труды Луи Пастера, Роберта Коха, Сергея Виноградского, Александра Флеминга.
Методика выполнения работы: для посева будут использованы бактерии, которые окружают нас в повседневной жизни. Мазки взяты с дверной ручки, стола, воздуха, ключей и телефона.
Для посевов используются чашки Петри диметром 90мм, в качестве среды используется порошок сухого агара.
Место выполнения работы: теоретическая часть работы была проведена в библиотеке школы №554, а практическая в лаборатории школы№554.
Сроки выполнения работы 20.10.2023-01.02.2024
Глава 1.
В наши дни микробиология является неотъемлемой частью нашей жизни. Данная наука применяется во многих сферах, таких как пищевой промышленности, домашнем хозяйстве, микробиологической промышленности для получения аминокислот, ферментов, органических кислот. А теперь перейдём к самой микробиологии и познакомимся с ее основами.
Микробиология — наука, изучающая микроорганизмы, их систематику, морфологию, физиологию, биохимию, генетику, распространение и роль в круговороте веществ в природе, микроорганизмы, вызывающие болезни человека, животных и растений [1].
Основные вопросы микробиологии:
1. Молекулярная структура и метаболизм микробов.
2. Регуляция их метаболизма и влияние факторов внешней среды на функции бактерий.
3. Изучение генетики и биохимии микроорганизмов.
4. Изучение вирусов.
5. Расшифровка генетического кода и выявление механизмов мутации.
6. Изыскание средств борьбы с инфекционными болезнями.
7. Микробиологический синтез новых препаратов.
1.1 Общая характеристика микроорганизмов
Микроорганизмы присутствуют абсолютно во всех средах существования (наземно-воздушной, водной, почвенной), но человек не может увидеть их невооруженным глазом, отсюда и вытекает одна из главных особенностей микроорганизмов- их маленькие размеры.
Вторая их особенность- их способность к размножению. Они размножаются во много раз быстрее чем растения и животные, некоторые представители могут делиться каждые 8 минут.
Ещё микроорганизмы являются самым огромным царством живых существ, их число колеблется от 1,4-1,9 миллиона видов, разнообразие которых продолжает расти на протяжении последнего миллиарда лет.
1.2.История развития микробиологии
Тысячелетия люди жили в окружении микроорганизмов, не подозревая о том, что пользуются продуктами их жизнедеятельности, страдают и гибнут от болезней, вызываемых ими.
Самым первым о существовании микроорганизмов высказал Гиппократ. Он предположил, что причиной болезней являются какие-то невидимые существа. Этих существ он назвал “миазмами” [2].
Уже в VI - V вв. до н.э. человек использовал плоды деятельности микроорганизмов. Виноделие, хлебопечение, сыроделие, выделка кож - всё это процессы, проходящие с участием микроорганизмов. Минимальные размеры предмета, который может видеть человек (в виде точки), 0,07 - 0,08 мм. Размеры микроорганизмов значительно меньше, они исчисляются микрометрами (мкм) и нанометрами (нм). Поэтому открытие и изучение микромира стало возможным только после возникновения и последующего усовершенствования технологий оптических устройств. [4]
1.3 Открытие микроорганизмов
В XVI - XVII вв. в связи с бурным развитием астрономии были созданы первые подзорные трубы и телескопы. Один из первых микроскопов был изобретен в 1610 г. Г. Галилеем при помощи того, что он расположил линзы телескопа иным образом и получил увеличение мелких предметов. Позже английский физик Р. Гук создал микроскоп, дающий увеличение в 30 раз, и, рассматривая в этом микроскопе срезы пробки, обнаружил ячеистое строение древесной ткани. Впоследствии он ввел термин «клетка» для структурных единиц, из которых построены живые организмы.
Но приоритет в открытии микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту-любителю Антони ван Левенгуку (1632 - 1723 гг.). Он открыл инфузории и описал их, открыл лейкоциты.
Его открытия и суждения до сих пор являются актуальными. В 1674 году Антони ван Левенгук установил, что вещество, находящееся внутри клетки, определенным образом организовано, он первым обнаружил клеточные ядра. [4]
1.4 Основные этапы развития микробиологии
По ходу развития технологий, совершенствовалась и микробиология. В основном принято выделять пять основных этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический.
Теперь о каждом подробнее:
Эвристический период (IV - III вв. до н.э. - XVI в.)
Связан скорее с логическими и методическими приемами нахождения правды, то есть эвристикой, чем с какими-либо экспериментами и доказательствами. Мыслители этого периода (Гиппократ, римский писатель Варрон, Авиценна и др.) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных. Эти представления были сформулированы в стройную гипотезу спустя многие столетия в сочинениях итальянского врача Д. Фракасторо (1478 - 1553 гг.), высказавшего мысль о живом возбудителе, который вызывает болезни.
МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (XVII - ПЕРВАЯ ПОЛОВИНА XIX вв.)
Начинается с открытия микроорганизмов А. Левенгуком. На этом этапе было подтверждено всеобщее распространение микроорганизмов, описаны формы клеток, виды движения, места обитания многих представителей микромира. Окончание этого этапа знаменательно тем, что полученные к этому времени знания о микроорганизмах и научно методический уровень позволили ученым разрешить три очень важные для всех естественных наук проблемы: изучение природы процессов брожения и гниения, причины возникновения инфекционных заболеваний, проблему самозарождения микроорганизмов.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (ВТОРАЯ ПОЛОВИНА XIX в.) Бурное развитие микробиологии в XIX в. привело к открытию многих микроорганизмов: клубеньковых бактерий, нитрифицирующих бактерий, возбудителей многих инфекционных болезней (сибирская язва, чума, столбняк, дифтерия, холера, туберкулез и др.), вируса табачной мозаики, вируса ящура и др. Открытие новых микроорганизмов сопровождалось изучением не только их строения, но и их жизнедеятельности, то есть на смену морфолого-систематическому изучению первой половины XIX в. пришло физиологическое изучение микроорганизмов, основанное на точном эксперименте.
ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (НАЧАЛО ХХ в.)
С наступлением ХХ века микробиология вступила в новую эру, замыкающую в себе научные открытия XIX века. На протяжении этого периода Луи Пастер своими исследованиями в области вакцинации, Илья Мечников, вкладывая свои усилия в изучение фагоцитоза, а также Пауль Эрлих, развивая теорию гуморального иммунитета, сыграли ключевую роль в развитии этой науки. Этот этап получил название иммунологической эпохи и стал основной составляющей в истории микробиологии.
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (С 50-х гг. ХХ в.)
Он характеризуется рядом принципиально важных научных достижений и открытий:
1. Расшифровка молекулярной структуры и молекулярно-биологической организации многих вирусов и бактерий; открытие простейших форм жизни - «инфекционного» белка приона.
2. Расшифровка химического строения и химический синтез некоторых антигенов. Например, химический синтез лизоцима (Д. Села, 1971 г.), пептидов вируса СПИДа (Р.В. Петров, В.Т. Иванов и др.).
3. Расшифровка строения антител-иммуноглобулинов (Д. Эдельман, Р. Портер, 1959 г.).
4. Разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивание в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов.
5. Получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов.
6. Создание гибридом путем слияния иммунных В-лимфоцитов - продуцентов антител и раковых клеток - с целью получения моноклональных антител (Д. Келлер, Ц. Мильштейн, 1975 г.).
7. Открытие иммуномодуляторов - имунно-цитокинов (интерлейкины, интерфероны, миелопептиды и др.) - эндогенных природных регуляторов иммунной системы и их использование для профилактики и лечения различных болезней.
8. Получение вaкцин с помощью методов биотехнологии и приемов генетической инженерии и биологически активных пептидов (интерфероны, интерлейкины, ростовые факторы и др.).
9. Разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов.
10. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты.
11. Разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных. [4]
Таким образом мы можем заметить, что микробиология прошла огромный путь и получила невероятное развитие. При помощи которой мы научились решать проблемы, связанные с возбудителями инфекционных заболеваний и способами борьбы с ними.
1.5 Виды и разделы микробиологии
Область микробиологии включает несколько специализированных дисциплин и видов исследования. Например, существуют общая и отраслевая микробиология. Отраслевая микробиология, в свою очередь, подразделяется на такие направления, как медицинская, ветеринарная, техническая и сельскохозяйственная микробиология.
Медицинская микробиология занимается изучением микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания у человека. Она разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих заболеваний с использованием специализированных препаратов, таких как сыворотки и вакцины. Кроме того, данная дисциплина изучает роль нормальной микрофлоры в функционировании человеческого организма, влияние условий окружающей среды на сохранение патогенных микробов, их пути распространения и механизмы передачи инфекций.
Ветеринарная микробиология занимается исследованием микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания у сельскохозяйственных, промысловых и диких животных, а также птиц, рыб и пчел. Она также изучает микрофлору кормов и организма животных, а также разрабатывает препараты для диагностики, профилактики и лечения инфекций, поражающих животных и птиц.
Промышленная (техническая) микробиология направлена на исследования микроорганизмов, применяемых в различных сферах промышленности. Ее целью является получение пищевых продуктов, спиртов, ферментов, аминокислот, витаминов, антибиотиков, кормового белка и других биологически активных веществ с использованием микроорганизмов. Кроме того, данная дисциплина разрабатывает способы сохранения продуктов и сырья от порчи микроорганизмами.
Сельскохозяйственная микробиология изучает микроорганизмы, которые содействуют формированию почвенных структур и повышению плодородия почв. Она также занимается разработкой бактериальных удобрений и исследованием мер по борьбе с фитопатогенными микроорганизмами, вызывающими заболевания сельскохозяйственных культур. Данная дисциплина также разрабатывает методы консервирования кормов при помощи бактериальных препаратов.
Благодаря изучению различных видов микробиологии человечество получает такие важные вещества, как антибиотики, белки, витамины, органические кислоты и полисахариды [2].
Все эти виды микробиологии основаны на изучении биологических свойств микроорганизмов, но на практике применяются в разных сферах человеческой деятельности и вносят огромный вклад в сельское хозяйство, медицину и машиностроении.
-
-
Проблемы, связанные с микроорганизмами
-
На протяжении истории человечества, микроорганизмы являлись незаменимыми спутниками нашей цивилизации. Эти маленькие существа играют невероятно важную роль в нашей жизни. Они помогают в разложении органических веществ, способствуют питанию растений, улучшают плодородность почвы, а также служат источником множества лекарственных препаратов.
Особый вклад микроорганизмов можно наблюдать в пищевой промышленности, где они используются для производства насущных нам продуктов, таких как йогурт, сыр и квашеная капуста. Кроме того, микроорганизмы сыграли важную роль в разработке антибиотиков и других медицинских препаратов, которые служат спасением для множества людей.
Однако, следует помнить, что микроорганизмы могут также причинить вред человечеству. Некоторые бактерии и вирусы способны вызывать опасные заболевания, такие как грипп, туберкулез и дизентерия. Они также могут разрушать пищевые продукты и материалы, что негативно сказывается на качестве нашей жизни.
Таким образом, микроорганизмы играют сложную и двойственную роль в жизни человечества, и их влияние может быть как положительным, так и отрицательным. Понимание и управление этими невидимыми, но важными существами имеют огромное значение для нашего благополучия и успеха как виду.
Практическая часть
Аннотация: в своей практической части был проведен эксперимент, связанный с влиянием определенных факторов на развитие микроорганизмов. На основе данных экспериментов можно будет сделать вывод о влияниях среды на развитие микроорганизмов.
Цель работы: выступает анализ наиболее и наименее благоприятных сред распространения микроорганизмов.
Задачи:
Найти материал по книгам.
Проанализировать проблемы, связанные с микроорганизмами.
Определить какими путями возможно решить данные проблемы.
Изучить влияние среды на развитие микроорганизмов.
Объект исследования: микроорганизмы
Предмет исследования: размножение микроорганизмов под влиянием различных факторов.
Гипотеза: предполагается, что среда, в которой находятся микроорганизмы, оказывает значительное влияние на их развитие и функционирование.
Обоснование: микроорганизмы способны адаптироваться и реагировать на изменения в окружающей среде. Различные условия, такие как температура, влажность, pH, питательные вещества и наличие токсинов, оказывают значительное влияние на рост, метаболизм и способность микроорганизмов вызывать заболевания. Например, некоторые бактерии могут расти только при определенных условиях pH и температуры, а некоторые бактерии могут вырабатывать токсины только при определенных концентрациях питательных веществ.
Исследования показывают, что изменение условий среды может привести к трансформации состава и функций микроорганизмов. Например, в пищевого производства изучается влияние различных методов консервации на микробиологическую стабильность продуктов. Также изучается влияние условий окружающей среды на развитие болезнетворных бактерий, что имеет важное значение для контроля за инфекционными заболеваниями.
Методы исследования: измерение, наблюдение, эксперимент.
Эксперимент номер 1
Для него нам понадобятся питательная среда, ватные палочки и перчатки.
Берем пробу с дверных ручек на кабинете биологии и в лабораторной. Сами чашки кладем в холодильник под одинаковой температурой. В двух чашках петри мы наблюдаем различный результат. В первой, проба которой была взята из кабинета биологии, находилось значительно больше микроорганизмов, чем на второй, проба которой была взята из лаборатории.
Из данного эксперимента можно сделать вывод, что в местах массового скопления людей микроорганизмы живут и развиваются лучше и быстрее.
Эксперимент номер 2
Для него нам понадобятся питательная среда, ватные палочки и перчатки.
Берем пробу с воздуха в кабинете биологии и в лабораторной. Сами чашки кладем в холодильник под одинаковой температурой. В двух чашках петри мы наблюдаем различный результат. В первой, проба которой была взята из кабинета биологии, находилось значительно больше микроорганизмов, чем на второй, проба которой была взята из лаборатории.
Из данного эксперимента можно сделать вывод, что в местах массового скопления людей микроорганизмы живут и развиваются лучше и быстрее.
Оба данных эксперимента были направленны на проверку того, что в местах массового скопления людей микроорганизмы чувствуют себя намного лучше, чем в местах малолюдных местах.
Эксперимент номер 3
Для него нам понадобятся питательная среда, ватные палочки и перчатки.
Берем пробу со стола в кабинете биологии и производим посев в одну чашку петри и помещаем в помещение с температурой равной 10°C, а вторую- с температурой 30°C. Через несколько дней наблюдаем более активный рост микроорганизмов во второй чашке, чем в первой.
Из данного эксперимента можно сделать вывод, что микроорганизмам легче развиваться при более высоких температурах.
Эксперимент номер 4
Для него нам понадобятся питательная среда, ватные палочки, перчатки и антисептик.
Берем пробу со стола в кабинете биологии. Сами чашки кладем в холодильник под одинаковой температурой. Через несколько дней смотрим на результат. В чашках примерно одинаковые колонии микроорганизмов. В одну из чашек брызгаем антисептиком и наблюдаем реакцию. В местах попадания антисептика микроорганизмы погибали. Из данного эксперимента можно сделать вывод, что микроорганизмы не могут жить и развиваться под влиянием кислого ph раствора антисептика.
При помощи этих экспериментов можно сделать вывод о том, что влияние среды на развитие микроорганизмов является одним из ключевых факторов, определяющих их жизнедеятельность и способность к росту. Среда, в которой находятся микроорганизмы, представляет собой комплекс физико-химических условий, которые могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на развитие и функционирование микроорганизмов. Эти эксперименты дали нам решение ключевой проблемы, поставленной выше (страница 4). Решение проблемы заключается в проветривании помещений с массовым пребыванием людей, регулярная дезинфекция оборудования и помещений.
Список литературы
Источник 1- Большой энциклопедический словарь
Источник 2- Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Уральская государственная медицинская академия” Министерства здравоохранения Российской Федерации Кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии Литусов Н.В. ИСТОРИЯ МИКРОБИОЛОГИИ
Источник 3- Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Мичуринский филиал ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Микробиология, санитария и гигиена в пищевом производстве Учебное пособие 2015
Источник 4- Федеральное агентство по образованию Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет О.В. ПРУНТОВА, О.Н. САХНО, М.А. МАЗИРОВ КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ОБЩЕЙ МИКРОБИОЛОГИИ И ОСНОВАМ ВИРУСОЛОГИИ
Источник 5- Медицинская микробиология, вирусология и иммунология Под. ред. А. А. Воробьева
Источник 6- Учебник для общеобразовательных организаций Углубленный уровень Под редакцией В.К. Шумного
Приложения к работе