Научно-исследовательская работа "Антибиотики: за и против!"
творческая работа учащегося по биологии (8 класс) по теме

Научно-исследовательская работа

«Антибиотики: за или против!»

(на примере влияния антибиотиков на зародыш семени)

Содержание

1. Цели и задачи работы                                                                          2
2. История открытия и получения антибиотиков                                 2                          
3. Классификация антибиотиков                                                            4
4. Производство антибиотиков (на примере террамицина)                 4
5. Действие антибиотиков на организм                                                  5
6. Применение антибиотиков                                                                  7
7. Исследование                                                                                         8
8. Результаты                                                                                              8
9. Вывод                                                                                                      8
10. Литература                                                                                              9

Цель работы:

1. Выявить и проанализировать действие антибиотиков на всхожесть семян пшеницы.

Задачи работы:

2. Изучить литературу по данной теме;
3. Исследовать действие антибиотиков на рост растений;
4. Проанализировать все результаты, сделать выводы.

Объект исследования: Антибиотики

Предмет исследования: Пенициллин

Опытные образцы: Пшеница

История открытия и получения антибиотиков

АНТИБИОТИКИ, вырабатываемые микроорганизмами химические вещества, которые способны тормозить рост и вызывать гибель бактерий и других микробов. (Приложение). Противомикробное действие антибиотиков имеет избирательный характер: на одни организмы они действуют сильнее, на другие – слабее или вообще не действуют. Избирательно и воздействие антибиотиков и на животные клетки, вследствие чего они различаются по степени токсичности и влиянию на кровь и другие биологические жидкости. Некоторые антибиотики представляют значительный интерес для химиотерапии и могут применяться для лечения различных микробных инфекций у человека и животных.

Одним из первых пионеров науки стал Луи Пастер. В 1877 году он и его сотрудник обнаружили, что рост болезнетворной бактерии можно остановить, если запустить к ней другую бактерию. Они показали, что огромные количество бацилл сибирской язвы не причинят никакого вреда животным, если их давать вместе с бактериями сапрофитами. Исследования, проведенные другими учеными в последующие годы окончательно подтвердили вердикт: материалы на основе бактерий могут убивать болезнетворные микроорганизмы.

В 1928 году Александр Флеминг сделал один из самых значительных вкладов в области антибиотиков. Проведение им различных экспериментов привело к разработке антибиотика новой эры – пенициллина, который был   получен из плесневого гриба.  Двумя годами позже в 1932 году была напечатана инструкция, как лечить инфицированные раны при помощи пенициллина. Но, все же, невзирая, на эффективность первых результатов с пенициллином, на него пока нельзя было надеяться, и понадобились новые разработки в этой сфере. Улучшения не заставили себя ждать, и в сороковых годах Говард Флори (Howard Florey) и его соратники представили новый более плодовитый штамм пенициллиновых бактерий, который позволил заняться промышленным производством антибиотика.

1937 г. – М. Вельш описал первый антибиотик стрептомицетного происхождения – актиномицетин.
1939 г. – Н.А. Красильников и А.И. Кореняко получили мицетин;
Р. Дюбо – тиротрицин.
1940 г. – Э. Чейн выделил пенициллин в кристаллическом виде.
1942 г. – З. Ваксман впервые ввел термин "антибиотик".

Таким образом, к моменту получения пенициллина в очищенном виде было известно пять антибиотических средств (микофеноловая кислота, пиоцианаза, актиномицетин, мицетин и тиротрицин). В последующем число антибиотиков быстро росло и к настоящему времени их описано почти 7000 (образуемых лишь микроорганизмами); при этом только около 160 используется в медицинской практике.

В настоящее время различают три способа получения антибиотиков: биологический, метод получения полусинтетических препаратов и синтез химических соединений — аналогов природных антибиотиков.
1. Биологический синтез. Одним из главных условий получения антибиотика в большом количестве является продуктивность штамма, поэтому используются наиболее продуктивные мутанты «диких штаммов», полученные методом химического мутагенеза. Продуцент выращивают в жидкой оптимальной среде, в которую и поступают продукты метаболизма, обладающие антибиотическими свойствами. Антибиотики, находящиеся в жидкости, выделяют, используя ионообменные процессы, экстракцию или растворители.  За Международную единицу активности антибиотика (ЕД) принимают специфическую активность, содержащуюся в 1 мкг чистого препарата пенициллина Международная единица активности равна 0,6 мкг.
2. Полусинтетические антибиотики. Их готовят комбинированным способом: методом биологического синтеза получают основное ядро молекулы антибиотика, а методом химического синтеза, путем частичного изменения химической структуры — полусинтетические препараты.
препарат.
3. Синтетические антибиотики. Изучение химической структуры антибиотиков дало возможность получать их методом химического синтеза. Одним из первых антибиотиков, полученных таким методом, был полевомицетин. Большие успехи в развитии, химии привели к созданию антибиотиков с направленно измененными свойствами, обладающих пролонгированным действием, активных в отношении устойчивых к пенициллину стафилококков.

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 бактериям:

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.

Производство антибиотиков (на примере террамицина)

1.В колбе проращивают споры тщательно отобранных, высоко продуктивных штаммов плесневых грибков.2. Поскольку количество выращенной в колбе плесени невелико, ее продолжают выращивать в большей емкости – малом ферментере.3. Тем временем большой ферментер заполняют стерильной питательной средой, содержащей в нужном соотношении необходимые для роста плесени вещества.4. Поскольку плесень для своего роста нуждается в кислороде, через ферментер пропускают стерильный воздух.5. Содержимое малого ферментера переносится в производственный ферментер. Любые другие добавки предварительно стерилизуют, чтобы избежать загрязнения микробами, которые могут снизить выход антибиотика.6. Когда выход антибиотика достигает максимума, содержимое ферментера поступает на вращающийся фильтр, где плесень отфильтровывается.7. Фильтрат, содержащий террамицин, поступает в емкость, куда добавляют химические реагенты, осаждающие антибиотик.8. Затем смесь под давлением фильтруют, отделяя частично очищенный осажденный антибиотик от примесей, остающихся в растворе.9. Осадок террамицина подвергают дальнейшей обработке для удаления оставшихся примесей.10. Очищенный кристаллический антибиотик центрифугируют и высушивают.11. Теперь его можно расфасовывать и использовать.

Действие антибиотиков на организм

Пенициллин широко применяется в лечении стафилококковых инфекций – остеомиелита, инфекционного артрита, пневмонии, бронхита, эмпиемы, эндокардита, фурункулеза, ларинготрахеита, мастита, менингита, воспаления среднего уха, перитонита, инфицированных ран и ожогов, септицемии, синусита, тонзиллита и многих других заболеваний. Его с успехом используют при различных инфекциях, вызываемых гемолитическими и анаэробными стрептококками, пневмококками, гонококками, менингококками, дифтерийными палочками, возбудителями сибирской язвы, спирохетами и многими другими бактериями. Однако при смешанных инфекциях, вызываемых грамотрицательными бактериями, а также при малярии, туберкулезе, вирусных инфекциях, грибковых и некоторых других заболеваниях пенициллин неэффективен. Токсическое действие пенициллина проявляется главным образом в виде аллергических реакций (даже на минимальные дозы) и судорожных припадков (при введении очень больших доз).

Цефалоспорины по химической структуре близки к пенициллину, но обладают высокой устойчивостью к действию разрушающих ферментов (бета-лактамаз), которые вырабатываются рядом бактерий для защиты от пенициллина. Поэтому цефалоспорины высокоактивны по отношению к бактериям кишечной группы, в норме населяющим толстый кишечник. В настоящее время получено большое число цефалоспоринов, среди них – применяемые в клинике цефалотин, цефазолин, цефалексин, цефамандол, дефокситин и цефтриаксон. Эти соединения представляют особую ценность в случаях тяжелых внутрибольничных инфекций, когда высока вероятность заражения устойчивыми штаммами, а также в случаях доказанной резистентности возбудителя к более старым и менее эффективным антибиотикам.

Стрептомицин применяется при многих инфекциях. Это эффективное средство лечения менингита, эндокардита, ларинготрахеита, а также заболеваний мочевых путей и легких, вызываемых бациллой Пфейфера (Hemophilus influenzae). Кроме того, стрептомицин применяется при перитоните, абсцессах печени, инфекциях желчных путей и эмпиеме, вызываемых чувствительными к нему микроорганизмами, туберкулезе, хронических легочных инфекциях, обусловленных преимущественно грамотрицательными бактериями, и эндокардите, причиной которого служат устойчивые к пенициллину, но чувствительные к стрептомицину бактерии. В то же время стрептомицин обладает некоторой токсичностью и может обусловливать головокружение, глухоту и другие нежелательные явления.

Помимо стрептомицина в медицине применяется ряд других аминогликозидов (гентамицин, тобрамицин, канамицин). Как видно из их родового названия, все они содержат аминосахара, соединенные гликозидной связью. Антибиотики этой группы, как и стрептомицин, обладают выраженной токсичностью, особенно в отношении слуховой и вестибулярной (обусловливающей чувство равновесия) систем, но нередко и в отношении почек. Действию этих антибиотиков поддается в основном аэробная грамотрицательная флора, тогда как большинство грамположительных бактерий проявляет высокую устойчивость к ним.

Хлорамфеникол и тетрациклины эффективны при приеме внутрь (перорально) и широко применяются при многочисленных инфекционных заболеваниях, вызываемых бактериями и некоторыми крупными вирусами. К таким заболеваниям относятся брюшной тиф, различные формы сыпного тифа, пятнистая лихорадка, гонококковые инфекции, сифилис, бруцеллез, инфекции мочевых путей, венерическая лимфогранулема и многие другие. Эти антибиотики эффективны также при большинстве заболеваний, для лечения которых показан пенициллин, и их часто назначают при устойчивых к пенициллину инфекциях, а также в тех случаях, когда предпочитают пероральную терапию.

Эритромицин и другие антибиотики (например, карбомицин, олеандомицин), имеющие особую химическую структуру, а также новобиоцин характеризуются широким спектром действия – примерно таким же, как у пенициллина, но охватывающим и некоторые грамотрицательные бактерии. Их преимущества заключаются в возможности приема внутрь и низкой токсичности; они относительно редко вызывают желудочно-кишечные расстройства.

К другим клинически важным антибиотикам относятся тиротрицин, полимиксин (аэроспорин) и бацитрацин. Будучи сравнительно токсичными, они применяются главным образом наружно и перорально (например при грибковых инфекциях).

Для того чтобы антибиотики давали терапевтический эффект, необходимо соблюдать определенные правила:
1) правильный выбор антибиотика со знанием спектра действия;
2) введение в организм антибиотика в терапевтической концентрации, т. е. в дозах, необходимых для подавления роста и размножения микробовозбудителя;
3) определение антибиотикограммы возбудителя, т. е. чувствительности к применяемому лечебному препарату;
4) правильный выбор способа введения антибиотика;
5) создание активной концентрации антибиотика в организме и поддерживание этой концентрации в течение всего курса лечения, до ликвидации инфекционного процесса;
6) правильное сочетание антибиотиков при комбинированном их применении;
7) комбинация антибиотиков с сывороточными и вакцинными препаратами.

Применение антибиотиков

       Антибиотики используются для предотвращения и лечения воспалительных процессов, вызванных бактериальной микрофлорой. По влиянию на бактериальные организмы различают бактерицидные (убивающие бактерий, например, за счёт разрушения их внешней мембраны) и бактериостатические (угнетающие размножение микроорганизма) антибиотики.

Антибиотики широко применяются в ветеринарной практике, для борьбы с рядом болезней растений (груш, бобов и перца) и для очистки вирусных препаратов. Фермеры добавляют антибиотики в корм для ускорения роста домашней птицы, свиней и коров. Эта практика вызывает определенные возражения: многие ученые считают, что она способствует распространению болезнетворных микроорганизмов, резистентных к действию антибиотиков, и тем самым угрожает здоровью человека.

Некоторые микроорганизмы вырабатывают вещества, тормозящие размножение вирусов или разрушающие их; в частности, эти вещества активны в отношении бактериофагов и вирусов, вызывающих болезни растений и животных. Другие сходные с антибиотиками продукты жизнедеятельности микробов уничтожают или препятствуют размножению опухолевых клеток, в ряде случаев действуя как истинные антибиотики. Некоторые соединения, в частности актиномицин, азасерин, саркомицин и митомицин, обладают специфической противоопухолевой активностью и находят применение в лечении рака у человека.

Антибиотики произвели революцию в лечебной практике. Среди многочисленных антибиотиков, широко применяемых в качестве химиотерапевтических средств, в наибольших количествах используются пенициллины, цефалоспорины, стрептомицин и другие аминогликозиды, хлорамфеникол, тетрациклины и эритромицин. Кроме того, важное значение имеют бацитрацин, полимиксин, неомицин, нистатин и гризеофульвин. В определенных случаях используют также и другие антибиотики.

Исследование

1. Постановка опыта [1]     

Опытные образцы:  пшеница

Место проведения: кабинет биологии     

2. Ход опыта

       Для опыта было взято 3 фарфоровых  чашки, 450 семян пшеницы. В каждую чашку посадили по 150 семян. Первую поливали обыкновенной водой, вторую раствором пенициллина, а третью раствором просроченного пенициллина. Наблюдения велись в течение месяца.

Результаты

В результате исследований были получены следующие данные: из 150 зерен пшеницы при поливе раствором антибиотика – пенициллина примерно 125 проросли, при поливе водой – около 100, а просроченным пенициллином – около 55 зерен.  

Вывод:

     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.

Полив семян раствором просроченного антибиотика – пенициллина, замедлил всхожесть и прорастание семян пшеницы.

1  Идеей опыта послужила основа работы руководителя проекта «Влияние антибиотиков на всхожесть и рост растений» Коропатовой Светланы Александровны, учителя химии. Фестиваль  педагогических идей «Портфолио», 2009 г.

Литература

1. И.М.Абдуллин Антибиотики в клинической практике, Саламат, 1997;
2. Гаузе Г. Ф., Лекции по антибиотикам, 3 изд., М., 1958;
3. Шемякин М. М. [и др.], Химия антибиотиков, 3 изд., т. 1—2, М., 1961;       
4. Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. Мир микробов, тт. 1–3. М., 1979;
5. Мецлер Д. Биохимия, тт. 1–3. М., 1980;
6. Ресурсы сети Интернет.

Подготовила научно-исследовательскую работу:

Буглак Виктория , ученица 8 А класса

Руководитель научно-исследовательской работы:

Стром Ирина Алексеевна