VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
" Изучение влияния природных и синтетических антибиотиков на микроорганизмы"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На протяжении многих веков человечество атаковали многочисленные инфекции, унося миллионы жизней. Спасение пришло лишь в двадцатом веке с появлением антибиотиков. Выдающееся открытие А. Флемингом пенициллина привело к тому, что возникла наука об антибиотиках, была создана мощная промышленность по их производству, не имеющая предшественников1. Однако в настоящее время об антибиотиках заговорили как о враге, убивающем все живое. Врачи назначали антибактериальные средства всегда и везде, где был намек на инфекцию. Но практически сразу появились неожиданные проблемы: формирование у бактерий устойчивости, появление нежелательных побочных эффектов - аллергия, дисбактериоз. Поднялась температура - антибиотик, проблемы с кишечником - антибиотик. Антибиотики также назначаются при вирусных инфекциях, при которых они бесполезны. Актуальность: чрезмерное назначение антибиотиков приводит к устойчивости бактерий к препаратам и разрушению собственного иммунитета.
Гипотеза исследования: влияниеприродных антибиотиков на жизнедеятельность микроорганизмов максимально эффективнее, чемдействие синтетических препаратов.
Цель: изучение влияния природных и синтетических антибиотиков на микроорганизмы.
Задачи: анализировать имеющуюся медицинскую литературу по данной теме; выбрать оптимальный метод использования антибиотиков относительно биологических тел; сбор и определение видового состава лишайников природного парка «Иремель»; определить влияние природных и синтетических антибиотиков на микроорганизмы; проведение опроса среди обучающихся о роли бактерий в нашей жизни и влиянии антибиотиков на живые организмы; составить и распространить памятку «Лекарства, подаренные человеку природой».
Практическая значимость работы: нами составлена и распространена памятка «Лекарства, подаренные человеку природой», полезная информация для профилактики и лечения многих болезней человека, причем без побочных воздействий на организм; наши исследования могут использоваться на уроках биологии, химии, географии, ИКБ. Объект исследования: многообразные микроорганизмов, выросшие в чашках Петри.
Предмет исследования: природные и синтетические антибиотики. Методы исследования: изучение и анализ теоретического материала; проведение эксперимента и определение влияния антибиотиков на микроорганизмы; анализ результатов проведение опроса среди обучающихся о роли бактерий в нашей жизни.
Глава 1. Литературный обзор.
1.1. История открытия антибиотиков.
В 1928 году английский врач Александр Флеминг сделал открытие, которое положило начало новой эпохе в медицинской науке. На плотной питательной среде в чашке Петри исследователь выращивал колонии бактерий. Во время эксперимента случайно попавшая из воздуха спора гриба положила начало росту грибной колонии среди бактерий. Вокруг грибковых микроорганизмов бактерии вдруг перестали размножаться. Флеминг предположил, что колония гриба выделяет в питательную среду вещество, препятствующее росту бактерий.
Термин «антибиотик» (в переводе с греческого – «против жизни») предложил в 1942 году американский микробиолог, уроженец России, специалист по микробиологии почвы Зельман Ваксман3. С его именем связано также открытие другого широко известного антибактериального вещества - стрептомицина, по сей день применяемого для лечения туберкулеза. В настоящее время известно около 30 000 антибиотиков природного происхождения, синтезируемых живыми существами различных таксономических групп.
1.2. Классификация антибиотиков.
Огромное разнообразие антибиотиков и видов их воздействия на организм человека явилось причиной классифицирования и разделения антибиотиков на группы3.По характеру воздействия на бактериальную клетку антибиотики можно разделить на три группы: бактериостатические, бактерициды, бактериолитические.Классификация по химической структуре, которую широко используют в медицинской среде, состоит из следующих групп: левомицетины - антибиотики с широким спектром действия; тетрациклины - используются для лечения инфекций дыхательных и мочевыводящих путей, лечения тяжелых инфекций типа сибирской язвы, туляремии, бруцеллёза, противогрибковые - разрушают мембрану клеток грибков и вызывают их гибель.
1.3. Применение антибиотиков в медицине.
Открытие антибиотиков вызвало переворот в медицине. Многие антибиотические вещества оказались незаменимыми лечебными препаратами. Они нашли широкое применение при лечении многих инфекционных заболеваний, которые ранее считались неизлечимыми или сопровождались высоким летальным исходом. К числу таких заболеваний необходимо отнести некоторые формы туберкулеза, чуму, азиатскую холеру, брюшной тиф, бруцеллез, пневмонию, различные септические процессы. К настоящему времени в медицинской практике нашло применение около ста антибиотиков. Поиски новых антибиотических веществ, получение ценных полусинтетических препаратов антибиотиков расширяют возможность их практического применения в медицине 5.
1.4. Антибиотики в пищевой промышленности.
При хранении пищевых продуктов происходит их порча, вызываемая развитием микроорганизмов. Для борьбы с вредной микрофлорой наряду с физическими методами применяют и химические, в том числе с использованием антибиотиков1. Применение антибиотиков позволяет сохранять пищевые продукты без потери их питательной ценности. Наиболее эффективны для этой цели антибиотики с широким спектром действия. Антибиотики используют для консервации мяса, рыбы, птицы, молока, плодов, овощей и др. Сохранение свежего мяса, рыбы и птицы затруднено из-за того, что эти продукты - идеальная среда для развития микроорганизмов. Применение антибиотиков при хранении и транспортировке молока без охлаждения позволяет удлинить сроки хранения до четырех суток при 30 °С. Смесь сложных синтетических антибиотиков предохраняют молоко от порчи в течение 10 суток. В пищевой промышленности желательно использовать антибиотики, не применяющиеся в лечебных целях1.
1.5. Негативное воздействие антибиотиков.
Антибиотики спасают жизнь человеку, но при этом приносят целую гамму побочных явлений и состояний, например дисбактериоз кишечника. Он возникает из-за того, что антибиотики убивают не только вредоносные, но и полезные бактерии, живущие в кишечнике. Как только полезные бактерии гибнут, на их место заселяются все остальные. В итоге нарушается пищеварение, всасывание, развиваются запоры или диарея, а могут развиться и опасные кишечные инфекции. Авитаминоз - частое состояние, развивающееся на фоне дисбактериоза. Именно бактерии в кишечнике вырабатывают целый ряд витаминов, поэтому после назначения антибиотика рекомендуется пройти курс витаминотерапии. Инфекционно - токсический шок. Многие антибиотики разрушают клеточную стенку возбудителя. При этом организм получает в виде бонуса содержимое погибшей бактериальной клетки. Там содержится масса неприятных веществ (ферменты и радикалы и т.п). Нейротоксический эффект характеризуется поражением нервной системы. Легкие формы нейротоксичности проявляются головной болью, головокружениями. Тяжелые случаи нейротоксичности проявляются необратимым повреждением слухового нерва и вестибулярного аппарата, глазных нервов. Прием антибиотика может вызвать аллергические реакции 3.
Глава 2. Морфо-экологическая характеристика.
2.1.Морфо-экологическая характеристика отдела лишайников.
Лишайники — это своеобразная группа живых организмов, тело (слоевище) которых образовано двумя организмами—грибом (микобионт) и водорослью или цианобактерией (фикобионт), находящимися в симбиозе. В составе лишайников обнаружено около 20 тыс. видов грибов и около 26 родов фототрофных организмов. Слоевище лишайников обычно серого, светлого или темно-бурого цвета. По внешнему виду талломы лишайников делятся на накипные, листоватые и кустистые. Кустистые лишайники представляют собой кустики, образованные тонкими ветвящимися нитями или стволиками, прикрепленными к субстрату лишь основанием. Слоевище лишайников очень разнообразно по окраске, размерам, форме и строению. Наши лишайники окрашены в самые различные цвета: беловатый, серый, голубовато-серый, бурый и другие. Окраска слоевища лишайников зависит от наличия пигментов в талломе 7.
2.2. Видовое разнообразие лишайников природного парка «Иремель».
Территория России в лихенологическом отношении пока исследована неравномерно, фактически «белым пятном» в изучении лихенобиоты оставалась и территория Республики Башкортостан. В настоящее время в природном парке Иремель известно 44 вида лишайников из них, внесенных в Красные книги России и Республики Башкортостан, обнаружено шесть видов. Гора Иремель — символ красоты Южного Урала. Восхождение на Иремель - незабываемое ощущение, которое можно получить только в наших горах! 2.3.Изучение влияния антибиотиков на кисломолочные бактерии.
Молочнокислое брожение - процесс анаэробного окисления углеводов в результате жизнедеятельности молочнокислых бактерий, конечным продуктом при котором выступает молочная кислота, которая создает в кишечнике слабокислую среду, что способствует борьбе организма против развития болезнетворных микробов6. Кисломолочные продукты возбуждают аппетит, утоляют жажду, усиливают перистальтику желудочнокишечного тракта, улучшают работу почек. В ряде случаев эти продукты значительно богаче цельного молока витаминами. Под влиянием ферментов, выделяемых молочнокислыми бактериями, белок молока частично разрушается и становится более легко усвояемым. При дисбактериозе же деятельность кисломолочных бактерий подавлена 6.
Глава 3. Организация и результаты исследования.
3.1.Материалы и методы исследования.
В середине сентября мы посетили природный парк и покорили гору Иремель и для исследования собрали эпифитные лишайники разных видов (см.Приложение1). По школьному атласу - определителю определили видовую принадлежность и в нашу коллекцию вошли семь видов лишайников: Уснея длиннейшая (Usnealongissima),Рамалина мучнистая (Ramalina farinacea), Уснея густобородая (Usnea dasypoga), Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes), Уснея жесткая (Usnea hirta), Алектория перепутанная (Alectoria implexa), Эверния сливовая (Evernia prunastri ). Для определения видов лишайников использовали КОН, при котором таллом лишайника менял свой естественный цвет в разные цветовые оттенки7. По литературным данным, максимальное количество усниновой кислоты показывает силу действия антибиотических свойств. Среди всех собранных нами лишайников, количество усниновой кислоты больше всего содержится в уснеи густобородой, поэтому именно этот лишайник мы использовали в наших исследованиях. Действие синтетических антибиотиков на микроорганизмы проверили с антибиотиком левомицетином, так как именно этот препарат имеет широкий спектр действий на микромир. Методы исследования: изучение и анализ теоретического материала по теме исследования, проведение эксперимента и определение влияния антибиотиков на микроорганизмы; анализ результатов проведение опроса среди обучающихся Башкирской гимназии имени Яныбая Хамматова о роли бактерий в нашей жизни и влиянии антибиотиков на живые организмы. Способы исследования: сбор информации о знаниях учащихся о бактериях и их роли в нашей жизни; проведение эксперимента, доказывающего влияние антибиотиков на рост микроорганизмов.
3.2. Результаты влияния антибиотиков на кисломолочные бактерии.
Для исследования интенсивности молочнокислого брожения органолептическим методом мы подготовили образцы для исследования6. В начале опыта, взяли три сосуда, в каждый налили одинаковое количество молока (Приложение 2). Далее, в сосуд №1 мы взяли как контрольный, налили простое молоко, в сосуд №2 положили размельчённую уснею, а в сосуд №3 добавили 5 капель левомицетина. Выдержали молоко при комнатной температуре. На вторые сутки в сосуде №1, который мы взяли как контрольный, молоко без антибиотика свернулось, что является следствием активной деятельности кисломолочных бактерий. В сосуде №2 с природном антибиотиков молоко свернулось через 4 дня и сохранил свежий запах и вид. Значит, природный антибиотик замедлил интенсивность кисломолочного брожения и всей жизнедеятельности в целом, включая рост и деление. В сосуде №3 с синтетическим антибиотиком молоко свернулось на 3 день. Запах молока остался свежим, а вот цвет раствора приобрел желтовато грязный оттенок. В ходе наблюдений, мы обратили внимание на неравномерное отслаивание творожной массы, но нужно отметить, что в сосуде №2 сыворотка была намного прозрачнее, чем в остальных сосудах (Приложение 3). Все наши опыты были рассмотрены под цифровым микроскопом. В контрольной пробе наблюдалось активное движение бактерий, что не наблюдалось в пробах с антибиотиками (Приложение 2). Таким образом, сравнивая с контрольной пробой, мы отметили, что антибиотики влияют на жизнедеятельность кисломолочных бактерий, при этом замедляя кисломолочное брожение и рост микроорганизмов. В пробе с природным антибиотиком творожная масса сохраняла свой товарный вид более двух недель, но известно, что они способны отрицательно сказаться на здоровье человека, подавляя нормальную микрофлору организма.
3.3. Результаты влияния антибиотиков в мясной среде.
Для первого этапа определения влияния синтетических и природных антибиотиков на микроорганизмы в мясной среде, нами был использован холодец домашнего приготовления2. Мы подготовили хорошо освещенное рабочее место, чашки Петри, обработав их медицинским спиртом для стерилизации - это очень важно для того, чтобы вырастить микроорганизмы из определенного источника. Второй этап - это посев микроорганизмов. С помощью ватной палочки мы собрали микроорганизмы из поверхности парт и лестничных перилл и посеяли в чашки Петри при комнатной температуре (Приложение 2). Поместили в пакеты и поставили на батарею2. Далее наблюдали постепенный рост микроорганизмов. На 4 день эксперимента микроорганизмы покрывали всю поверхность среды. Далее выращенные микроорганизмы наблюдали под цифровым микроскопом. Зафиксировали движение микроорганизмов в питательной среде. Третий этап - воздействие на микроорганизмы антибиотиками и оценка этого воздействия. В две чашки Петри с микроорганизмами мы добавили заранее приготовленные антибиотики. Спустя сутки, по нашим наблюдениям, в местах воздействия синтетического антибиотика – левомицетина и природного антибиотика - уснеи, невооруженным глазом наблюдалось отсутствие роста. Повторное изучение микроорганизмов под микроскопом показало, что хаотического движения нет (Приложение 3). И так, мы выяснили, что питательный бульон и теплые условия служат идеальным местом для размножения микроорганизмов и природные антибиотики оказывают сильное действие на микроорганизмы, останавливая их рост.
3.4. Проведение опроса среди учащихся о роли микроорганизмов.
Мы провели опрос среди обучающихся о роли микроорганизмов в нашей жизни и влиянии антибиотиков на живые организмы ( см.Приложение 4). Для анкетирования нами были придуманы следующие вопросы. Знаете ли Вы, кто такие бактерии? Какие болезни у человека вызывают бактерии? Как часто Вы болеете? Назначал ли Вам врач во время болезни лечение антибиотиками? Как Вы думаете, какое значение оказывают антибиотики на бактерии и на наш организм? Какие антибиотики Вы чаще принимаете во время болезни: синтетические (купленные в аптеке), или природные? Всего нами было опрошено 92 учащихся 7-11 классов МОБУ БГ. На первый вопрос большинство опрошенных нами учащихся (96%) знают, что бактерии это группа микроскопических безъядерных организмов. К сожалению, многие учащиеся (85%) нашей гимназии не знают основные болезни, вызываемые бактериями: сифилис, брюшной тиф, дизентерия, холера, чума, туберкулез пневмония, бронхит и др. На третий вопрос 80% детей ответили, что редко болеют. Большинству опрошенных врач во время болезни назначал лечение антибиотиками 87% учащихся. Большинство опрошенных знают, что антибиотики убивают бактерий. Частое принятие антибиотиков может разрушить не только вредную, но и полезную бактериальную флору в организме. Количество учащихся, принимающих во время болезни синтетические, то есть купленные в аптеке и природные антибиотики оказалось примерно одинаковым: 53% и 47%. Дополнительно к вопросам анкетирования 12 учащихся написали, что очень часто после применения синтетических антибиотиков у них наблюдаются аллергические реакции, проблемы с кишечником.
Кроме анкетирования, нами составлена и распространена памятка «Лекарства, подаренные человеку природой», которая очень полезна для профилактики и лечения многих болезней человека, причем без побочных воздействий на организм ( см.Приложение 5).
Выводы:
1) Питательный бульон и теплые условия служат идеальным местом для размножения бактерий. Колонии микроорганизмов быстро росли, становясь видимыми невооруженным глазом в течение относительно короткого промежутка времени.
2) По атласу определителю определили семь видов лишайников: Уснея длиннейшая (Usnealongissima), Рамалина мучнистая (Ramalina farinacea), Уснея густобородая (Usnea dasypoga), Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes), Уснея жесткая (Usnea hirta), Алектория перепутанная (Alectoria implexa), Эверния сливовая (Evernia prunastri).
3) Мы выяснили, что не только синтетические, но и природные антибиотики оказывают сильное действие на микроорганизмы и останавливают их рост. Большинство искусственных антибиотиков направлены на широкий спектр микробов, и они создают условия, неблагоприятные для наших бактерий - симбионтов. Природные же антибиотики, более щадящие к полезным бактериям, у них нет негативных действий на организм.
4) Результаты анкетирования показали, что учащихся нашей гимназии знают, что бактерии это группа микроскопических организмов; не правильно называют основные болезни, вызываемые бактериями; большинство опрошенных лечились купленными в аптеке антибиотиками и плохо представляют действия природных антибиотиков.
5) Нами составлена и распространена памятка «Лекарства, подаренные человеку природой», которая очень полезна для профилактики и лечения многих болезней человека, причем без побочных воздействий на организм.
Заключение
Самая главная задача заключается в том, чтобы и врачи, и больные научились оптимально использовать антибиотики. Есть несколько простых правил, которыми должен руководствоваться каждый человек при приеме антибиотиков: применять антибиотики только в тех случаях, когда они действительно необходимы, выбирать антибиотик, имеющий как можно более узкий спектр действия против выявленных бактерий, бессистемное применение антибиотиков наносит огромный вред организму. Многие люди, даже не задумываясь, начинают лечение именно синтетическими препаратами, а ведь существует хорошая альтернатива - это природные антибиотики. Многие растения обладают антибактериальными и антисептическими свойствами. Во многих случаях такие природные антибиотики могут справиться с болезнью без применения сильнодействующих химических препаратов, тем самым сохраняется микрофлора во внутренних органах и полости рта. Синтетические антибиотики практически полностью уничтожают полезные микроорганизмы в кишечнике и убивают микрофлору. Почему бы не попробовать лечиться с помощью натуральных природных лекарств, которые никогда не окажут негативного воздействия на организм!
Список использованной литературы:
Горбатов В.М., Физико-химические и биохимические основы технологии мяса и мясопродуктов, «Пищевая промышленность», Москва, 1973, с.23-31
Дзержинская И. С. Методы выделения, исследования и определения антибиотической активности микроорганизмов, обладающих антагонистическими свойствами: Методические указания к практическим работам по дисциплине Антибиотики для студентов специальности «Микробиология» / АГТУ. Астрахань,1989, с.72-85
Кашкин П.Н., Безбородов А.М. Антибиотики. Ленинградское отделение: «Медицина», Ленинград,1970, с.127-194
Малахова Г., Самые эффективные природные антибиотики, Санкт-Петербург, Центрполиграф, 2010, с.7-9
Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И., Покровский В.Н. «Практикум по микробиологии» Антибиотики и бактерии. Москва, 2007, с.11-14
Шаргин И. А., Лисеенко И. В. Влияние антибиотиков на кисломолочные бактерии, Москва, 1996, с.47-65
http://www.rus-nature.ru/03lich/index.htm
https://www.kp.ru/best/msk/21-antibiotics/
«Приложение 1»
Сбор и определение видового состава лишайников
Фото 1. Дорога на гору Иремель. Фото 2. Покоряем гору Иремель.
Фото 3. Сбор лишайников. Фото 4.Определение видового состава.
«Приложение 2»
Этапы исследований
Фото 5.Исследования в кисломолочной среде. Фото 6. Образцы исследований.
Фото 7. Сбор микроорганизмов Фото 8. Влияния антибиотиков на молочнокислые для исследований. бактерии.
«Приложение 3»
Результаты исследований
|
Органолептические показатели |
Контрольная проба |
Природный антибиотик |
Синтетический антибиотик |
|
Соотношение творожной массы к сыворотке(%) |
50:50 |
70:30 |
10:90 |
|
Цвет творожной массы |
белый |
чисто белый без примесей |
желтовато грязный оттенок |
|
Цвет сыворотки или прозрачность сыворотки |
слабо мутная |
прозрачная |
сильно мутная |
|
Запах |
свежий |
свежий |
свежий |
Таблица 1. Органолептическая характеристика творожной массы и сыворотки
График 1. Наблюдения под микроскопом до и после воздействия антибиотиков
«Приложение 4»
Результаты анкетирования
Диаграмма 1. Результаты анкетирования.
Диаграмма 2. Результаты анкетирования.
«Приложение 5»
Памятка «Лекарства, подаренные человеку природой»
Памятка «Лекарства, подаренные человеку природой»
«Множество растений обладают антибиотическими свойствами. И у каждого из них свой «спектр действия», как и у синтетических. Продукты питания, созданные природой, не могут нанести такой же сильный вред, как химические препараты. По сути, у них практически нет побочных действий, да и стоят они в разы дешевле медикаментов. И еще у природных антибиотиков есть большой плюс: природа придумала специальные вещества для защиты сразу и от бактерий, и от вирусов, и от грибков. То есть создала более совершенные лекарства, в отличии от лабораторных, которые борются только с определенными группами бактерий или вирусов». (Людмила Денисенко, врач-диетолог)
Лишайники - сильнейшие природные антибиотики, которые обладают противовоспалительным, противомикробным действием, применяются для устранения варикозного расширения вен, трофических язв. Они снимают воспаление, быстро заживляют ожоги. Отвар лишайника рекомендуется применять людям, у которых установлен туберкулез, катары, простуда.
Чеснок - природный антибиотик и биостимулятор, уничтожает вирусы и бактерии, выводит кишечных и прочих паразитов, снижает давление, предотвращает тромбоз. Обладает антиоксидантными свойствами. Чесноком лечат дифтерию, язвенную болезнь, туберкулез. Один зубчик чеснока содержит более 400 полезных соединений. Противопоказания: повышенная кислотность желудка, желчнокаменная болезнь, гастрит, язва желудка или двенадцатиперстной кишки.
Брусника - дикая лесная ягода имеющая целебные ягоды и листья. По содержанию провитамина А брусника превосходит клюкву, лимоны, груши, яблоки, виноград и чернику. А еще в её плодах содержится бензойная кислота (натуральный консервант), благодаря которой болезнетворные бактерии теряют способность к развитию и размножению. Она же превращает бруснику в антибиотик, придавая ей противовоспалительное действие. Часто морс назначают после химиотерапии, при раковой интоксикации. Противопоказания: Язва желудка, гастрит, холецистит, повышенная кислотность желудка, внутренние кровотечения.
Горчица - общеизвестное лекарственное средство, обладающее противовоспалительным действием. Порошок горчицы содержит в своём составе куркумин (это активный ингредиент в куркуме), который не только даёт горчице свой жёлтый цвет, но и все преимущества для нашего здоровья. Кроме того, в горчице найдены аллил изотиоцианаты (AITC), которые способны предотвращать и уменьшать раковые клетки. Противопоказания: раздражения кожи, аллергия.
Лимон - один из лучших природных антисептиков, самый распространенный совет в начале любого простудного заболевания. Основной плюс лимона — способность помогать организму, справляться с вирусами и инфекциями в период простудных заболеваний. Противопоказания: аллергия, гастрит, дуоденит, панкреатит, язва желудка или двенадцатиперстной кишки.
Сок репчатого лука — это настоящий природный антибиотик. Биологически активные вещества, которыми богат лук, помогают повысить иммунитет, убивают патогенные микроорганизмы, нормализуют кишечную флору и восстанавливают микробный баланс полости рта, активирует обмен веществ, способствует кроветворению и очищению крови. Противопоказания: почечные и печёночные заболевания, обострение желудочно-кишечных заболеваний, с осторожностью при гипертонии.
Малина - прекрасное противовоспалительное, антисептическое, антибактериальное и потогонное средство. Она успешно борется с простудой, благотворно влияет на нервную систему, повышает аппетит и является отличным антидепрессантом. Противопоказания: заболевания почек и поджелудочной железы, подагра.