XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Многообразие микроорганизмов в смывах с рук школьников и влияние различных антисептиков на рост колоний бактерий и грибов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
С древних времен люди используют микроорганизмы в домашнем хозяйстве, но узнали о том, что существуют очень маленькие живые организмы сравнительно недавно. После изобретения микроскопа около 500 лет назад начала появляться наука о микромире – микробиология, которая и сейчас является важной и нужной, а ученые, которые ей занимаются – микробиологи – изучают различные бактерии и их свойства. Бактерии живут вместе с нами и бывают полезными и наоборот – болезнетворными, т.е. вызывают болезни у человека и других животных. Бактерии очень быстро размножаются и живут в различных частях тела и даже во внутренних органах. Любое количество микроорганизмов в одной части тела называется микрофлорой. Больше всего бактерий живет в кишечнике и помогает нам переваривать пищу, а еще бактерии живут на коже, больше всего их на руках, так как руки (особенно пальцы) больше всего контактируют с различными предметами.
Актуальность. На руках остаются разные бактерии, среди которых могут быть и очень опасные, поэтому мы всегда моем руки перед едой или после прихода с улицы. Так, для борьбы с инфекциями появилась наука гигиена, которая актуальна и важна и по сей день. В обычной жизни нельзя полностью избавляться от микрофлоры, так как бактерии, живущие на коже, помогают нам защищаться от других опасных микроорганизмов, например, различных вирусов или других опасных бактерий. Но очень много людей пользуются различными дезинфицирующими средствами и не думают, что происходит с их микрофлорой.
Цель проекта. Мы решили посмотреть и показать, какие бактерии живут на грязных руках, на руках, помытых с мылом и обработанными дезинфицирующими средствами, а также сколько бактерий до и после мытья рук.
Задачи исследования.
-
Взять отпечатки пальцев грязных рук и помытых с мылом на чашки Петри с агаром.
-
Взять смывы с грязных рук и помытых с мылом в питательную среду.
-
Обработать грязные руки популярными дезинфицирующими растворами и взять отпечатки пальцев на чашки Петри с агаром.
Объект: микрофлора рук.
Предмет: руки школьников (грязные, помытые с мылом или обработанные дезинфицирующими средствами).
Научная гипотеза: мытье рук с мылом уменьшит количество микроорганизмов на них, но не полностью, а дезинфицирующие средства полностью уничтожат микрофлору.
Методика исследования: выращивание микроорганизмов на твердой и в жидкой питательной среде.
Теоретическая часть
Микробиология – это современная и очень интересная наука, она изучает различные микроорганизмы, которые нельзя увидеть глазами, потому что они слишком маленькие. Чтобы понять, на сколько микробы маленькие, можно представить бактерию в виде апельсиновой косточки, тогда человек был бы ростом 10 км. С древних времен люди пользовались микроорганизмами в повседневной жизни, но не знали почему происходят эти явления. Например, превращение молока в простоквашу и получение различных кисломолочных продуктов (кефир, йогурт, сметана, ряженка и другие), брожение, получение уксуса, выпечка хлеба, замачивание семян и многое другое.
Но кроме полезных свойств микроорганизмов, люди сталкивались и с заболеваниями, которые тоже вызывают микробы. В древности и средние века прошло много страшных эпидемий, например, бубонной чумы и холеры. Но сейчас ученые научились бороться со многими болезнями и придумали несколько способов, чтобы нас защитить от инфекций. В первую очередь это прививки, которые нужны для того, чтобы у человека появился иммунитет к определенному микробу, который защитит организм при встрече с ним. А также ученые придумали различные лекарства против микробов – это антибиотики, про которые знает каждый человек, бактериофаги, и другие антимикробные средства, которые обычно применяются в больницах врачами.
Любую болезнь всегда легче предотвратить, чем лечить, это называется профилактика. Когда люди осознали, на сколько важна чистота, появилась наука - гигиена, и даже врачи-гигиенисты.
Первые научные труды по гигиене появились ещё в Древней Греции и их автор - самый известный в мире врач Гиппократ. Он написал свой труд «О здоровом образе жизни», который читают до сих пор. Постепенно люди накапливали знания о гигиене и в 19 веке учёный Макс фон Петтеркофер основал гигиена как отдельную науку со своими лабораторных исследованиями. В России в то же время появились ученые, которые стали активно развивать гигиену, самые известные это Алексей Петрович Доброславин и Фёдор Фёдорович Эрисман.
Современная гигиена занимается условиями сохранения здоровья человека в различных ситуациях. Мы, конечно, знакомы с правилами гигиены в обычной жизни и первое, чему нас всегда учат это мыть руки с мылом перед едой, после прихода с улицы домой, после посещения туалета. А все потому, что руками мы трогает все вещи и поверхности, если задуматься и посчитать, сколько раз за час мы касаемся пальцами или ладошками различных предметов и поверхностей, то выйдет примерно 1000 касаний. Также мы знаем, что бактерии живут везде, и мы всегда с ними соприкасаемся, поэтому так важны правила бытовой гигиены и первое из них - мыть руки с мылом.
История микробиологии начинается с нидерландского ученого Антони ван Левенгука, который открыл микробы в 1674 году после того, как собрал собственный микроскоп с 300-кратным увеличением. После этого многие ученые и врачи стали активно заниматься микробиологией и постепенно накапливать знания и описание различных микробов. И в 19-м веке французский ученый Луи Пастер и немецкий исследователь Роберт Кох совершили много новых открытий в мире микроорганизмов. Так, Пастер обнаружил, что причиной процессов брожения являются различные бактерии, и это открытие повлияло на развитие молочной промышленности. Сейчас мы можем выбирать на полках магазинов множество кисломолочных продуктов: и кефир, и ряженку, и йогурт, и творог и множество всего другого, благодаря открытию Луи Пастера.
Роберт Кох сделал важное доказательство, что причиной серьезной инфекционной болезни – сибирской язвы – является бактерия, и это открытие также оказало огромное влияние на развитие микробиологии в медицине. А еще он изобрел способ выделения отдельных бактерий на твердых питательных средах, и сейчас в современных лабораториях до сих пор используют этот способ для определения новых видов микроорганизмов. В нашей работе мы тоже использовали такую среду – специальный микробиологический агар, на котором хорошо растут практически все микробы, если в него не добавлять специальных компонентов.
В нашей стране тоже был великий ученый, известный микробиолог и иммунолог Илья Ильич Мечников, в 1908 году ему присудили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Его вклад в микробиологию огромный, в первую очередь его интересовали эпидемии бактериальных инфекционных заболеваний (брюшной тиф, холера, туберкулёз и другие) и методы борьбы с ними.
После открытий Пастера и Коха множество ученых по всему миру стали исследовать разные бактерии и могут ли они вызывать инфекционные заболевания. Наиболее интересными казались микробы, живущие у человека (рисунок 1). Оказалось, что большинство бактерий, которые живут на коже человека не опасны для него, а иногда даже могут и помогать поддерживать баланс. Но при этом ученые и врачи доказали, что бактерии при попадании в кровь могут вызвать серьезное инфекционное заболевание, поэтому любые ранки на коже, мы тщательно обрабатываем специальными средствами, убивающими микробы.
Рисунок 1. Бактерия золотистого стафилококка. [с сайта цнмвл.рф]
После открытия микробов, оказалось, что к ним относятся не только бактерии, но и грибы (рисунок 2). Грибы – это тоже микроорганизмы, но они отличатся от бактерий, например, тем, что процесс их роста гораздо медленнее, а убить их сложнее чем бактерии – противогрибковых средств значительно меньше, чем антибактериальных.
Рисунок 2. Грибы Кандида [с сайта gemotest.ru].
Таким образом, микробиология – очень интересная наука и в ней до сих пор много неизученного, а наука гигиена тесно связана с микробиологией и ее применением в повседневной жизни. Поэтому мы решили посмотреть и наглядно показать, что за микроорганизмы живут на грязных руках, помытых с мылом и обработанными дезинфицирующими средствами, а также сколько бактерий до и после мытья рук присутствует у школьников и постараемся выяснить, какие средства лучше всего применять в повседневной жизни.
Практическая часть
Объектами исследования выступили 10 детей разного возраста от 2 до 14 лет.
Материалы исследования
Материалы, которые использовались в нашей работе:
Реагенты: ГМФ-агар и LB-medium.
Лабораторная посуда: чашки Петри, серологические пипетки, пипетор, автоматический дозатор, носы для дозатора, эппендорфы, шпатели Дригальского.
Лабораторное оборудование:
-
термостат химический Binder, использовался для выращивания бактерий;
-
бокс биобезопасности II типа (ламинар), использовался для проведения стерильных работ;
-
холодильник лабораторный с температурой +4ºС, для хранения чашек Петри с выросшими бактериями.
Методы исследования:
Выбор методов исследования нам помогли сделать родители и сотрудники отделов микробиологии и вирусологии им.А.А.Смородинцева Института Экспериментальной Медицины. Для исследования микрофлоры рук, мы решили использовать специальные питательные среды:
Твердую – она называется ГМФ-агар,
Жидкую – она называется LB-medium.
ГМФ-агар, подготовленный заранее в стерильных условиях, расплавляли в микроволновке (работы с горячими банками делали взрослые), затем заливали по 20 мл расплавленного агара в чашки Петри одноразовой стерильной серологической пипеткой. После того, как агар остывал, мы закрывали чашки Петри и хранили их в холодильнике до начала эксперимента.
Чтобы взять отпечаток пальца, его просто прикладывали к чашке с агаром к заранее размеченному месту.
Смыв с пальцев и ладони брали стерильной ватной палочкой, смоченной в питательной среде, после этого опускали кончик палочки в подготовленный эппендорф с 1мл такой же питательной среды. Для того, чтобы посчитать количество бактерий, мы применили метод, который использовал Роберт Кох, в лаборатории он называется метод последовательных разведений. Заключается он в том, чтобы переносить в пробирку небольшую часть питательной среды с бактериями из предыдущей пробирки, чтобы уменьшить количество бактерий, чтобы их можно было посчитать. С помощью взрослых мы сделали 3 последовательных разведения: переносили по 100 мкл из предыдущей пробирки в новую, где было 900 мкл среды, поэтому получалось, что мы уменьшали каждый раз количество бактерий в 10 раз. После 100 мкл из каждого разведение мы наносили каплями на агар в чашке Петри и растирали шпателем Дригальского, для того, чтобы бактерии остались в определенном месте и не плавали по чашке – так из каждой бактерии образуются отдельные колонии, которые можно посчитать.
Мытье рук с мылом проводилось в обычных условиях туалетным мылом, полотенцем руки не вытирали, а только сушили на воздухе и ничего не касались, чтобы не перенести лишние бактерии в чашку с агаром.
В качестве дезинфицирующих средств были выбраны хлоргексидин и 70% спиртовой раствор. Их наносили детям на руки каплями по 1 мл и затем они растирали средство по всем ладошкам и после высыхания снова прикладывали к агару.
Чашки Петри со взятым материалам инкубировали 72 часа в термостате при температуре 37ºС, при которой микроорганизмы быстро и хорошо растут.
Результаты исследования
Смывы грязных рук
На рисунке 3 представлена фотография чашки Петри с первым последовательным разведением смыва с грязной руки на ней выросло 61 колония бактерий и 1 колония гриба. Так как мы взяли всего 100 мкл из 1000 мкл, которые были в пробирке, значит всего в пробирке с первым разведением было в 10 раз больше микробов – 610 бактерий 10 грибов, а в самом смыве еще в 10 раз больше. Таким образом, на грязной руке было около 6100 бактерий и 100 грибов. Еще мы обратили внимание, что на чашке есть бактерии разного цвета и, скорее всего, это бактерии разных видов.
Рисунок 3. Первое последовательное разведение смыва с грязной руки
На рисунке 4 показана фотография чашки Петри с первым последовательным разведением смыва с руки, помытой с мылом, на ней выросло 4 колони бактерий и совсем не выросло грибов. Так как мы взяли всего 100 мкл из 1000 мкл, которые были в пробирке, значит всего в пробирке с первым разведением было в 10 раз больше микробов – 40 бактерий, а в самом смыве еще в 10 раз больше. Т.е. на помытых с мылом руках было около 400 бактерий и не было грибов.
Рисунок 4. Первое последовательное разведение смыва с руки, вымытой с мылом
Результаты нашего эксперимента показывают, что после мытья рук на них осталось примерно в 15 раз меньше бактерий и совсем не осталось грибов.
Отпечатки грязных рук
На отпечатках грязных рук мы увидели большое количество бактерий (рисунок 5)
Рисунок 5. Пример отпечатков грязных рук на чашках Петри.
Подсчитать количество выросших колоний на грязных руках практически невозможно, так как их наросло очень много, однако взрослые помогли нам оценить примерно их количество и оказалось, что бактерий не меньше 200. А еще мы заметили, что на отпечатках левых рук колоний выросло визуально меньше, чем на отпечатках правых. Провели опрос и выяснили, что все участники нашего эксперимента правши. Таким образом оказалось, что на рабочей руке бактерий больше. Также мы обратили внимание, что у 7 из 10 детей за 3 дня успели вырастить и грибы, а не только бактерии – сотрудники института рассказали и показали нам, чем отличаются выросшие грибы от бактерий на чашках Петри.
Отпечатки рук, вымытых с мылом
На рисунке 6 показаны наглядные результаты после мытья рук с мылом.
Рисунок 6. Пример чашей Петри с отпечатками рук после мытья рук с мылом
Как видно на фотографиях, колоний с бактериями стало значительно меньше и их даже можно было посчитать, их количество было от 5 до 80. Еще мы заметили, что после мытья рук с мылом ни у кого из детей не выросло грибов на чашках с агаром.
Отпечатки рук, обработанных хлоргексидином и 70% спиртом
На следующих рисунках (7 и 8) можно видеть примеры чашек с отпечатками пальцев, обработанными хлоргексидином и 70% спиртом
Рисунок 7. Пример чашек Петри с отпечатками пальцев после обработки хлоргексидином.
На фотографиях мы видим, что 1 мл хлогексидина не оказал видимого воздействия на грязные детские руки и выросло множество бактериальных колоний. Во всех случаях их было больше 200, а на некоторых чашках еще больше. Мы снова заметили, что у 2 из 10 детей выросли еще и грибы, кроме бактерий.
Рисунок 8. Примеры чашек Петри с отпечатками пальцев после обработки 70% спиртом
Самый лучший эффект мы увидели после обработки рук 70% спиртом. Выросло значительно меньше колоний, чем при мытье рук с мылом или обработкой хлоргексидином – у всех детей от 0 до 20 колоний. Также мы не нашли на этих чашках грибов.
По результатам нашей исследовательской работы мы сделали такие выводы:
-
Мытье рук с мылом убивает или смывает большую часть бактерий и полностью убирает грибы. Бактерий становится примерно в 10-15 раз меньше;
-
Растирание хлоргексидина на грязных руках не снизило количества бактерий;
-
Обработка рук 70% спиртом дает самые лучшие антибактериальные результаты – количество бактерий снижается в 50-100 раз и полностью убивает грибы.
Заключение
В заключение нашей исследовательской работы можно сформулировать практические рекомендации для детей по гигиене рук:
-
Мойте руки с мылом в течение 20 секунд для удаления с кожи основных бактерий и грибов.
-
Если вам нужно обработать руки хлоргексидином, сначала помойте руки с мылом, а затем обработайте хлоргексидином.
-
Если вам нужно обработать рану, царапину или любое кожное повреждение, сначала хорошо помойте руки с мылом, высушите на воздухе без использования полотенца, обработайте 70% спиртом, а затем приступайте к обработке ранки.
Микробиология - очень интересная наука, и нам хотелось бы узнать, как выглядят микроорганизмы на наших руках под микроскопом, какие именно это бактерии и грибы, а также насколько они опасны.
Список литературы
-
Современная микробиология: Прокариоты. В 2-х томах. М., 2005.
-
Шлегель Г. Общая микробиология. М., 1987.
-
Научная электронная библиотека elibrary.ru
-
https://gamaleya.org/about/elektronnaya-biblioteka/istoriya-nauchnykh-dostizheniy/1363/
Проверка на антиплагиат: