VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Антибиотикорезистентность бактерий
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ.
Выбранная нами тема актуальна потому, что проблема резистентности бактерий на протяжении вот уже 90 лет, со времён изобретение человеком пенициллина, интересовала и интересует учёных в области микробиологии и фармакологии. Эта глобальная проблема, так как каждый человек сталкиваемся с бактериями повсеместно и не застрахован от инфекционного заболевания вызванное бактериальными клетками. Человек создал пенициллин на такие случаи, но он уже не помогает убить патогенные бактерии. Человек начал создавать антибиотики, но уже сейчас некоторые из них абсолютно бесполезны в борьбе против этих микроорганизмов. И сейчас поиск нового способа борьбы против патогенных бактерий стоит остро во всей здравоохранительной сфере мира. Ведь, если человек не найдёт способ противостоять бактериям, мы можем вернуться в век до антибиотиков, где от той же чумы погибло больше 100 млн человек.
Цель: выяснить основные факторы резистентности бактерий и возможные способы борьбы с ней.
Задачи:
Узнать, кто такие бактерии (понятие, форма, строение, физиология, химический состав, размножение, их роль в природе и жизнедеятельности человека)
Узнать, что такое антибиотик и резистентность (история, роль, формирование резистентности)
Cделать анализ по статистическим данным, показать чувствительность некоторых бактерий к различным антибиотикам, предложить одни из способов профилактики, борьбы.
Гипотеза: возможно ли формирование антибиотикорезистентности, если пить часто антибактериальные препараты?
Объект исследования: бактерии и антибиотики
Предмет исследования: резистентность бактерий и её формирования
Методы исследования проблемы: эмпирический (наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент), теоретический (анализ, синтез, индукция)
Практическая значимость: результаты данной проблемы будут полезны людям, находящиеся в зоне риска заражения различными бактериальными инфекциями, по возможности, микробиологам и фармакологам.
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1.1 Кто такие бактерии?
Бактерии - одноклеточные живые организмы, не обладающие оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами. Для клеток прокариот характерно отсутствие ядерной оболочки, ДНК упакована без участия гистонов.
Формы бактерий:
Кокки (от лат «coccus»-ягода) - бактерии шаровидной формы. Различают абсолютно круглые и слегка вытянутые по форме бактерии.
Палочковидная форма (от лат. βακτήριον «палочка»). Концы их могут быть закруглёнными, обрубленными, заострёнными или утолщёнными. После деления бактерии могут располагаться попарно, цепочкой, иногда под углом к друг другу или крест на крест. Большинство бактерий располагаются беспорядочно.
Среди бактерий также есть и изогнутые формы-вибрионы.
Извитые формы. Форма данных бактерий напоминает спираль. К ним относят спириллы и спирохеты. Большая часть спирилл непатогенные (Приложение 1).
Строение бактериальной клетки:
Бактериальная клетка состоит из следующих частей: трехслойной оболочки, цитоплазмы с различными включениями и ядерного вещества (нуклеоида). Дополнительными структурными образованиями являются капсулы, споры, жгутики, пили (Приложение 2).
Физиология бактерий:
В основе физиологических функций лежит метаболизм. Сущность метаболизма составляют два противоположных и вместе с тем взаимосвязанных процесса: анаболизм (здесь происходит усвоение питательных веществ и использование их для синтеза клеточных структур), катаболизм (разложение веществ и их окисление, при этом идёт выделение энергии для поддержания жизнедеятельности бактериальной клетки)
Химический состав клетки:
Важнейшими элементами являются органогены (углерод, водород, кислород, азот), которые используются для построения сложных органических веществ: белков, углеводов, липидов. Микроорганизмы содержат также зольные и минеральные элементы. Большая часть их химически связана с органическими веществами, остальные присутствуют в клетке в виде солей.
В количественном отношении самым значительным веществом является вода (75%-85%); на долю сухого вещества, который состоит из органических соединений (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты) и минеральных соединений приходится 15%-25% (Приложение 3).
Питание:
Процесс питание имеет ряд особенностей:
1.Поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки.
2. Микробная клетка характеризуется исключительной быстротой обмена веществ.
3. Микроорганизмы способны быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания и внешним воздействиям.
Это обуславливает различные типы питания:
По усвоению углерода микроорганизмов делят на две группы: автотрофы, гетеротрофы (паразиты и сапрофиты)
По источникам энергии: фототрофых, хемотрофы.
Размножение:
Под размножением понимают способность микроорганизмов к самовоспроизведению, в результате чего увеличивается число особей в популяции. Основной способ размножение у бактерий поперечное деление: перед делением происходит репликация молекул ДНК. Каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК. Процесс считается законченным, когда цитоплазма дочерних клеток разделена перегородкой.
1.2 Значение в природе и жизнедеятельности человека.
В природе:
Усвоение молекулярного азота. Вследствие чего в атмосфере поддерживается уровень озонового слоя, служащего для защиты всего живого от солнечной ультрафиолетовой радиации.
Бактерии участвуют в таких реакциях как ОВР, брожение, гниение, фотосинтез и хемосинтез.
Плодородие почвы напрямую зависит от количества в ней бактерий, которые участвуют в перегное почвы.
Бактерии участвуют в формировании минеральных ресурсов, нефти, уголь, горных пород и др.
В результате фотосинтеза бактерии создают пищу для всех других живых организмов.
Участники естественного отбора в природе
В жизнедеятельности человека:
Некоторые непатогенные бактерии живут в кишечном тракте, на руках, в волосах человека, поддерживая нормальную микрофлору кишечника, перерабатывая продукты питания, не дают сохнуть рукам, волос и др.
На основе ферментов бактерий получают антибиотики.
Являются возбудителями холеры, «чахотки» (туберкулёза), сибирской язвы, чумы, дифтерии, столбняка, коклюша, абсцесса, сифилиса, гастрита и др.
Широко применяется деятельность ксенобактерий для очистки почв и водоемов, загрязненных нефтепродуктами.
Обогащение урановых, медных руд и других руд.
1.3 Антибиотики и их роль в жизни человека.
Антибиотик — вещество микробного, животного или растительного происхождения, способное подавлять рост определённых микроорганизмов или вызывать их гибель.
История антибиотиков берёт своё начало с 1928 года, когда Александр Флеминг открыл «пенициллин», обнаружив плесень гриба Penicillium на колонии стафилококков, угнетавшую размножение бактерий.
Положительные моменты:
Активно используется в медицине для лечения больных.
Активно используется в промышленности, в частности в сельском хозяйстве, в животноводстве.
Для перевозок и хранении фруктов, овощей, ягод и др.
В ветеринарии.
Но наряду с неоспоримой пользой вред антибиотиков для организма также очевиден и проявляется в агрессивном вмешательстве не только в жизнедеятельность болезнетворных микробов, но и в тотальном устранении полезной микрофлоры, в первую очередь кишечника.
Особенно сложными последствиями специалисты считают:
раздражение слизистых оболочек желудка и кишечника;
сложные нарушения баланса микрофлоры ЖКТ;
нарушения в работе почек, печени, желчного пузыря;
выраженные аллергические реакции;
расстройства нервной системы, проявляющиеся в вестибулярных нарушениях.
1.4 Антибиотикорезистентность бактерий, её механизмы.
Резистентность - феномен устойчивости штамма возбудителей инфекции к действию одного или нескольких антибактериальных препаратов, снижение чувствительности (устойчивость, невосприимчивость) культуры микроорганизмов к действию антибактериального вещества.
Бактерии, обладающие резистентностью к антибиотикам, предшествуют медицинскому применению антибиотиков людьми; тем не менее, широкое применение антибиотиков сделало бактерии более резистентными в процессе давления эволюционного отбора.
Механизмы резистентности бактерий (Приложение 5):
У микроорганизма может отсутствовать структура, на которую действует антибиотик (например, бактерии рода микоплазма (лат. Mycoplasma) нечувствительны к пенициллину, так как не имеют клеточной стенки).
Микроорганизм непроницаем для антибиотика (большинство грамотрицательных бактерий невосприимчивы к пенициллину G, поскольку клеточная стенка защищена дополнительной мембраной).
Микроорганизм в состоянии переводить антибиотик в неактивную форму (многие стафилококки (лат. Staphylococcus) содержат фермент β-лактамазу, который разрушает β-лактамовое кольцо большинства видов пенициллинов).
В результате генных мутаций, обмен веществ микроорганизма может быть изменён таким образом, что блокируемые антибиотиком биохимические реакции больше не являются критичными для жизнедеятельности данного микроорганизма.
Выработка активного эффлюкса.
ГЛАВА II. Экспериментальные аспекты исследования.
2.1 Анализ графика «Чувствительность бактерии Klebsiella pneumoniae».
(Приложение 6)
Проанализировав график «Чувствительность бактерии Klebsiella pneumoniae» (приложение 6), делаем вывод, что бактерия Klebsiella pneumoniae (палочка Фридлендера) чувствительна, т.е. не проявляет антибиотикорезистентность к следующим препаратам: авибактамам, к группе карбапенемов, фосфомицинам и другим, но устойчива к антибиотикам группы полусинтетических пенициллинов, цефалоспоринам, пиперациллинам, антибиотикам из группы цефалоспоринов III поколения, цефалоспориновым антибиотикам IV поколения и к другим антибиотикам широкого спектра действия. Данная бактерия не проявляет антибиотикорезистентность к препаратам широкого спектра действия на β-лактамазу и резистентна к классу β-лактамных антибиотиков. Это объясняется тем, что Klebsiella pneumoniae очень быстро формирует различные механизмы резистентности к большинству антибиотиков. В феврале 2017 года ВОЗ причислила клебсиеллы к наиболее опасным бактериям.
2.2 Анализ Статистики «ТОП 10 микроорганизмов по РФ.
Проанализировав график ТОП 10 микроорганизмов, которыми чаще всего заражаются в РФ, можно сделать вывод то, что на первом месте стоит Синегнойная палочка, на втором и на третьем палочка Фридлендера и Золотистый стафилококк. Данные бактерии превалируют в больницах России, являясь соответственно возбудителями опасных заболеваний. По статистике, более опасны внутрибольничные штаммы, так как в больницах используют в большом количестве широкий спектр антибактериальных препаратор на различные бактериальные организмы, тем самым формируя антибиотикорезистентность у данных видах патогенных бактерий, а бактерии одного вида в свою очередь могут передать ген резистентности другим бактерия, давая им выработать различные механизмы резистентности к большому спектру антибактериальных препаратор.
2.3 Результат эксперимента на антибиотикорезистентность.
(Приложение 7)
Мы сходили в «Центр гигиены и эпидемиологии в Сахалинской области» лабораторию особо опасных инфекций, где нам был представлен метод на чувствительность некоторых бактерий (MRSA, синегнойная палочка, кишечная палочка). В результате метода было обнаружено, что MRSA резистентен к четырём из шести антибактериальным препаратам; кишечная палочка не была резистентна ни к одному из пяти антибиотиков; синегнойная палочка к одному из шести. Можно сделать вывод то, что самой резистентной бактерией оказалась MRSA, а самой чувствительной кишечная палочка. MRSA-золотистый стафилококк со множественной лекарственной устойчивостью, или оксациллинустойчивый золотистый стафилококк. Метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA)-любой штамм бактерии золотистого стафилококка, который устойчив к большой группе антибиотиков бета-лактамов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Таким образом, резистентность бактерий к антибактериальным препаратам очень серьёзная проблема. Сейчас остро стоит во всей здравоохранительной сфере поиск новых путей борьбы с патогенными бактериями. Каждый человек может помочь в противодействии данной проблеме, если хотя бы будет выполнять технику гигиены и соблюдать курс, прописанный лечащим врачом, тем самым приостанавливая процесс формирования антибиотикорезистентности. Также рекомендуется поднимать собственный иммунитет: вести активный образ жизни, правильно питься и т.п.
Литературные приложения:
1. Черкес, Ф.К. Микробиология: учебная литература для учащихся медицинских училищ и колледжей / Л. Б. Богоявленская, Н. А. Бельская. – Москва: издательство «Медицина», 1986. – 511 с.
2. Викторов Д. П. Биология: учебное пособие для слушателей подготовительных отделений вузов / В.А.Иванова, О. А. Лакомкина. – Москва: издательство «Высшая школа», 1981. – 128 с.
3. Нейман, Б. Я. Индустрия микробов / Нейман, Б. Я. – Москва: издательство «Знание», 1983. - 208 с.
4. Лабинской, А. С. Медицина / Л. П. Блинковой, А. С. Ещиной. – Москва: 2004.
Интернет-ресурсы:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Бактерии
https://ru.wikipedia.org/wiki/Антибиотикорезистентность
http://www.antibiotic.ru/
https://www.youtube.com/watch?v=HEx_KxlP6zM
https://www.youtube.com/watch?v=WxaskfLbU3U
http://map.antibiotic.ru/
http://fb.ru/article/173051/rol-bakteriy-v-jizni-chelicera-i-v-prirode
ПРИЛОЖЕНИЕ.
Приложение 1
Форма бактерий
Приложение 2
Строение бактерии
Приложение 3
Химический состав бактериальной клетки
Приложение 4
Размножение
Приложение 5
Механизмы антибиотикорезистентности бактерии
Приложение 6
Анализ графика «Чувствительность бактерии Klebsiella
pneumoniae».
Приложение 7
Результат эксперимента на антибиотикорезистентность
Кишечная палочка
Золотистый стафилококк
Синегнойная палочка