Научная работа по биологии " Влияние антибиотиков на биологические объекты"

Российская Федерация

Забайкальский край

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 8»

Тема:

«Влияние антибиотиков на биологические объекты»

                                                               Жаргалова Наталья Витальевна,

                                                               учитель химии

                                                               МБОУ «СОШ № 8»                                                                                

Чита, 2018

 

«Влияние антибиотиков на биологические объекты»

РФ, Забайкальский край, город Чита, МБОУ «СОШ № 8»,  

Краткая аннотация

В исследовательской  работе «Влияние антибиотиков на биологические объекты» выявлены их возможности, опасность, значение  для живых организмов.

«Влияние антибиотиков на биологические объекты»

РФ, Забайкальский край, город Чита, МБОУ «СОШ № 8»,

Аннотация

На протяжении многих веков человечество атаковали многочисленные инфекции, унося миллионы жизней. Спасение пришло лишь в двадцатом веке с появлением антибиотиков. Однако спустя некоторое время об антибиотиках заговорили как о враге, убивающем все живое. И до сих пор ученые умы не могут прийти к однозначному мнению, что же такое антибиотики - добро или зло. Заболевания, вызываемые микроорганизмами, долгое время были бичом всего человечества. И после того, как было доказано, что инфекционные заболевания вызываются болезнетворными бактериями, еще почти сто лет не существовало хороших антибактериальных средств. Препараты, которые использовались в тот период, отличались токсичностью и низкой эффективностью. Лишь в тридцатые годы нашего столетия были синтезированы сульфаниламидные препараты, а спустя десять лет - антибиотики. Появление этих препаратов произвело настоящую революцию в медицине, так как врачи впервые получили возможность эффективно лечить инфекционные заболевания[1].

Однако у любой медали, как известно, есть и обратная сторона. Из лучших побуждений, чтобы вылечить больше, быстрее, эффективнее, 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. Все это способствовало возникновению различных заблуждений относительно антибактериальных препаратов. И сегодня мы постараемся развеять некоторые из них, понять, когда антибиотики действительно нужны, а когда без них лучше обойтись.

Цель исследования: определение влияния антибиотиков на биологические объекты.

            Задачи:

·                    проанализировать имеющуюся информацию по данной теме;

·                    выбрать оптимальный метод по использованию антибиотиков относительно биологических тел;

·                    определить влияние антибиотиков на биологические объекты (семена овощей);

·                    сделать выводы по проведенному эксперименту;

·                    составить и распространить памятку «Лекарства, подаренные человеку природой».

           Предмет исследования - воздействие антибиотиков на живые системы.

Объект исследования - пенициллин

Гипотеза:  если чрезмерно использовать антибиотики, то это негативно повлияет на организм.

Методы исследования:

·                    накопление теоретического материала;

·                    проведение эксперимента;

·                    анализ результатов эксперимента;

·                    проведение опроса среди обучающихся.

«Влияние антибиотиков на биологические объекты»

РФ, Забайкальский край, город Чита, МБОУ «СОШ № 8»,

План исследования

Многие из нас постоянно используют антибиотики и никогда не задумываются о том, какое влияние они оказывают на живой организм. В настоящее время  видов антибиотиков очень большое количество, поэтому я решила узнать, какие из них самые безопасные.

Опираясь на это, мы выдвинули гипотезу: если чрезмерно использовать антибиотики, то это негативно повлияет на организм.

Для начала нами был осуществлен обзор литературных источников об антибиотиках и некоторая историческая справка.

Мы провели исследования в области  определения физико-химических свойств антибиотиков, а также  их влияние на биологические объекты.

В результате проведенных исследований мы узнали не только многое об антибиотиках, но и о том, какая опасность может нас подстерегать,  используя их.

Научная статья

Историческая справка

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. Но самое важное заключалось в том, что вокруг грибковых микроорганизмов бактерии вдруг перестали размножаться. Флеминг предположил, что колония гриба выделяет в питательную среду вещество, препятствующее росту бактерий. Его догадка полностью подтвердилась. Позднее сотрудникам Оксфордского университета Говарду Флори и Эрнсту Чейну удалось выделить и определить структуру первого в мире антибактериального вещества, названного пенициллином по имени гриба-продуцента, относящегося к роду пенициллов. Так человечество приобрело орудие борьбы со многими смертельно опасными бактериальными инфекциями. За пенициллином последовали открытия других антибактериальных веществ[3].

Термин «антибиотик» (в переводе с греческого – «против жизни») предложил в 1942 году американский микробиолог, уроженец России, специалист по микробиологии почвы Зельман Ваксман. С его именем связано также открытие другого широко известного антибактериального вещества - стрептомицина, по сей день применяемого для лечения туберкулеза. И пенициллин, и стрептомицин вырабатываются почвенными микроорганизмами. Но существуют и другие организмы - продуценты антибактериальных веществ. В настоящее время известно около 30 000 антибиотиков природного происхождения, синтезируемых живыми существами различных таксономических групп.

Согласно наиболее распространенному в научном сообществе определению, антибиотиками называются вырабатываемые различными живыми организмами вещества, которые способны уничтожать бактерии, грибы, вирусы, обычные и опухолевые клетки или подавлять их рост. Но это не означает, что все существующие ныне антибиотики произведены живыми клетками. Химики давно научились улучшать, усиливать антибактериальные свойства природных веществ, модифицируя их с помощью химических методов. Полученные таким образом соединения относятся к полусинтетическим антибиотикам. Из огромного количества природных и полусинтетических антибиотиков в медицинских целях используют всего лишь около ста[2].

Классификация антибиотиков

       Огромное разнообразие антибиотиков и видов их воздействия на организм человека явилось причиной классифицирования и разделения антибиотиков на группы.

По характеру воздействия на бактериальную клетку антибиотики можно разделить на три группы:

1)                      Бактериостатические (бактерии живы, но не в состоянии размножаться)

2)                      Бактерициды (бактерии умертвляются, но физически продолжают присутствовать в среде)

3)                      Бактериолитические (бактерии умертвляются, и бактериальные клеточные стенки разрушаются)

Классификация по химической структуре, которую широко используют в медицинской среде, состоит из следующих групп:

Макролиды - антибиотики со сложной циклической структурой. Действие – бактериостатическое.

Тетрациклины - используются для лечения инфекций дыхательных и мочевыводящих путей, лечения тяжелых инфекций типа сибирской язвы, туляремии, бруцеллёза. Действие – бактериостатическое.

Аминогликозиды - обладают высокой токсичностью. Используются для лечения тяжелых инфекций типа заражения крови или перитонитов.

Левомицетины - Использование ограничено по причине повышенной опасности серьезных осложнений - поражении костного мозга, вырабатывающего клетки крови. Действие – бактерицидное.

Противогрибковые - разрушают мембрану клеток грибков и вызывают их гибель. Действие - бактериолитическое. Постепенно вытесняются высокоэффективными синтетическими противогрибковыми препаратами[6].

Механизм действия антибиотиков

          По характеру действия антибиотиков на бактерии их можно разделить на две группы:

1.Антибиотики бактериостатического действия;

2.Антибиотики бактерицидного действия.

Бактериостатические антибиотики задерживают рост микробов, но не убивают их, тогда как воздействие бактерицидных антибиотиков в аналогичных концентрациях приводит к гибели клетки. Однако в более высоких концентрациях бактериостатические антибиотики могут оказывать также и бактерицидное действие. К бактериостатическим антибиотикам относятся макролиды, тетрациклины, левомицетин и другие, а к бактерицидным - пенициллины, цефалоспорины, ристоцетин, аминогликозиды и другие.

За последние годы были достигнуты большие успехи в изучении механизма действия антибиотиков на молекулярном уровне. Пенициллин, ристомицин (ристоцетин), ванкомицин, новобиоцин, D-циклосерин нарушают синтез клеточной стенки бактерий, то есть эти антибиотики действуют лишь на развивающиеся бактерии и практически неактивны в отношении покоящихся микробов. Конечным результатом действия этих антибиотиков является угнетение синтеза муреина, который  является одним из основных компонентов клеточной стенки бактериальной клетки[5].

Так как все вышеперечисленные антибиотики поражают лишь делящиеся клетки, то бактериостатические антибиотики (тетрациклины, левомицетин), останавливающие деление клеток, снижают активность бактерицидных антибиотиков.

Механизм действия других антибактериальных антибиотиков – левомицетина, макролидов, тетрациклинов – заключается в нарушении синтеза белка бактериальной клетки на уровне рибосом.

Противогрибковые антибиотики полиены нарушают целостность цитоплазматической мембраны у грибковой клетки, в результате чего эта мембрана теряет свойства барьера между содержимым клетки и внешней средой, обеспечивающего избирательную проницаемость. В отличии от пенициллина, полиены активны и в отношении покоящихся клеток грибков.

Действие антибиотиков на биологические объекты

Влияние антибиотиков на прорастание семян фасоли и рост проростков

Для опыта взяли семена фасоли. 10 семян положили на влажную вату, смоченную раствором пенициллина в емкость, в другую емкость положили 10 семян на вату смоченную водой. Вели наблюдение в течение 7 дней. Результаты наблюдений представлены в таблице 1 .

     Таблица 1

№ пробы	10.10	11.10	12.10	13.10	14.10	15.10	16.10
№1 – раствор пенициллина	-	Семена набухли	Появление     проростков	Проросло 6 семян	18 проростков	30 проростков	Проростки круп.,с хор.разв. корн.сист.
№2-водопроводная вода	-	Семена набухли	-	Появление проростков	Проросло 6 семян	9 пророст.	9 проростков ср. размера.

Пророщенные семена посадили в почву и поливали раствором пенициллина и водой. Результаты наблюдений представлены в таблице 2.

Таблица2

№ пробы	16.10	17.10	18.10	19.10	20.10	21.10	22.10
№1 – раствор пенициллина	Начало опыта	-	Появление проростков	Развитие проростков	7 проростков	7 проростков ярко зелёного цвета	Ростки крупные, с хорошо развитой корневой системой и надземной частью
№2 – водопроводная вода	Начало опыта	-	Появление 4 проростков.	5 проростков семядольные листья	Развитие проростков	Рост и развитие проростков	5 молодых проростков.

При дальнейшем поливе раствором пенициллина наблюдаем истончение листьев, усыхание их краев, вытягивание междоузлий стебля. Проростки поливаемые водой развиваются нормально.

Вывод: Пенициллин повышает всхожесть семян, ускоряет прорастание семян, проростки крупные, с  хорошо развитой корневой системой. Всхожесть семян замоченных в пенициллине 100%, в воде 90%. Антибиотики  проникают в растения через корни и листья и распространяются по тканям, значительно повышая устойчивость растений к грибным и бактериальным болезням. В определённой концентрации антибиотики способны увеличивать всхожесть семян, ускорять развитие растения, стимулировать корнеобразование.

Влияние антибиотика на взрослое растение - хлорофитум хохлатый

Для опыта взяли два растения хлорофитум хохлатый одного возраста и в течение 8 недель поливали одно растение отстоянной водопроводной водой, а другое раствором пенициллина. Получили следующие результаты: оба растения развивались нормально, лишь на восьмой недели стало наблюдаться истончение листовых пластинок и подсыхание кончиков листьев. Возможно, антибиотик угнетает деятельность почвенных бактерий.

Вывод: пенициллин оказывает «мягкое» воздействие, постепенно угнетая растение.

Влияние антибиотика на свойства слюны

Можно приготовить 3-мя способами. В любом случае нужно ополоснуть рот 2-3 раза водой для удаления остатков пищи, затем выполнить одно из трех действий:

1)                 Набрать в рот 10 мл дистиллированной воды, подержать полминуты и собрать полученный раствор в пробирку, доведя объем с помощью дистиллированной воды до 10 мл;

2)                 Собрать порцию концентрированной слюны и разбавить её дистиллированной водой до 10 мл. Аккуратно перемешать раствор слюны, не вспенивая ( вспенивание может привести к инактивации фермента), чуть наклонив пробирку и поворачивая её вокруг оси.

3)                 Отмерить 20-25 мл дистиллированной воды и слить её в стакан. Из этого стакана ополаскивать рот в течение 1-2 минут и сливать жидкость в другой стакан. Повторить операцию 2-3 раза. Собранную жидкость профильтровать через вату.

Приготовление раствора крахмала.

½ чайной ложки пищевого или растворимого крахмала взбалтывают в стакане с небольшим количеством холодной воды (1/3 стакана). Образовавшуюся суспензию вливают в 200 мл воды, доведенной до кипения. Раствор хорошо размешивают и охлаждают.

Приготовление раствора Йода.

Аптечный 5%-ый спиртовой раствор йода (йода настойка) разбавляют в воде до цвета некрепкого чая.

Приготовление раствора антибиотика.

1 таблетку антибиотика (тетрациклина, диоксициклина, эритромицина), растолченную между ложками, помещают в стакан с 20-50 мл чистой воды. Смесь взбалтывают и дают отстояться. Используют раствор, который может быть слегка мутным.

Ход работы:

1.                 Пронумеровать пробирки.

2.                 Налить в первую пробирку на ¼ объема раствор крахмала, добавить столько же раствора слюны и 2-3 капли раствора йода. Содержимое пробирки перемешать. Поставить пробирку в стакан с тёплой водой на 10 минут, после чего наблюдать за изменением окраски.

3.                 Налить во вторую пробирку на ¼ объема раствор крахмала, добавить столько же раствора слюны, затем столько же раствора антибиотика и 2-3 капли раствора йода. Содержимое пробирки перемешать. Поставить пробирку в стакан с тёплой водой на 10 минут, после чего наблюдать за изменением окраски.

4.                  

Таблица 3

Исходное вещество	Добавляемое вещество	Цвет полученного раствора
Раствор крахмала (1/4 объема пробирки)	Раствор слюны (¼ объема пробирки)	Немного мутный, бесцветный
Раствор крахмала и слюны (2/4 объема пробирки)	Раствор йода (2-3 капли)	Светло - фиолетовый
Нахождение пробирки с раствором в стакане с теплой водой в течении 10 мин.
Раствор крахмала, слюны и йода	( 10 минут в тёплой воде)	Кристально прозрачный

Исходный раствор	Добавляемый раствор антибиотика	Цвет полученного раствора
Раствор крахмала, слюны и йода	Раствор амоксициллина	Прозрачный с желтым оттенком
	Раствор доксициклина	Синий
	Раствор эритромицина	Фиолетово - синий

Результаты исследований:

1)При исследовании влияния антибиотиков на амилазу слюны мы получили желто-коричневое окрашивание в контроле при добавлении йода, что свидетельствует о том, что под действием фермента слюны α – амилазы произошло расщепление крахмала до мальтозы.

2)При действии антибиотика (эритромицина) мы наблюдали стойкое фиолетовое окрашивание, при действии доксицеклина – синее, при действии амоксициллина – желтоватое, которые показывают, что крахмал не расщепился.

3)Таким образом, мы выяснили, что антибиотики вызывают снижение активности ферментов слюны амилаз к гидролитическому расщеплению крахмала.

4)Различный цвет жидкостей обусловлен неодинаковой степенью гидролиза крахмала и свидетельствует об активности влияния на фермент α – амилазу слюны.

Заключение

Таким образом, в ходе проведенной работы, выдвинутая нами гипотеза подтвердилась.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Антибиотики широко используются в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве и пищевой промышленности.

2. В определённой концентрации антибиотики способны увеличивать всхожесть семян, ускорять развитие растения, стимулировать корнеобразование.

3. На взрослые растения пенициллин действует угнетающе, вызывает истончение листьев, усыхание их краев, вытягивание междоузлий стебля.

6. При лечении антибиотиками нужно соблюдать правила приёма лекарственных препаратов.

Не занимайтесь самолечением, т.к. самолечение антибиотиками чревато не только неэффективностью терапии неправильно подобранным препаратом, но и развитием побочных и токсических эффектов вследствие  неправильной дозировки и отсутствия адекватного прикрытия, развитием устойчивости микроорганизмов к антибиотику из-за несвоевременной отмены препарата.

                                            Список литературы

1.                      Абдуллин И. М. Антибиотики в клинической практике, Саламат, 2007;

2.                      Крицман В.А. Энциклопедический словарь юного химика.- М.: Педагогика, 2000.

3.                      Крылов Ю.Ф. Удивительный мир лекарств.- М.: Знание, 1995.

4.                      Макаров К. А. Химия и здоровье: Книга для внеклассного чтения. - М.: Просвещение, 2005. 

5.                      Мецлер Д. Биохимия, тт. 1–3. М., 1980;

6.                      Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. Мир микробов, тт. 1–3. М., 1979;

7.                      Шемякин М. М. [и др.], Химия антибиотиков, 3 изд., т. 1—2, М., 1961;       

8.                      http://www.wikipedia.ru

9.                      http://www.antibiotic.ru

10.                   http://www.bibliofond.ru

11.                  http://doktorland.ru

12.                  http://zdravotvet.ru/11-pravil-kak-pravilno-prinimat-antibiotiki/

13.                  http://www.doctorate.ru/antibiotiki-v-medicine/