Применение и польза агар-агара в микробиологии

XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Применение и польза агар-агара в микробиологии

Садреева А.И. 1
1МБОУ Татарская гимназия №14 имени Хади Атласи, 2 А класс
Нигматуллина Г.Р. 1
1МБОУ Татарская гимназия №14 имени Хади Атласи, 2 А класс
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Не все дети и даже взрослые осознают необходимость подержания чистоты и соблюдения личной гигиены.

Задумались ли вы, сколько бактерий обитает на ваших ладонях? А на крышке телефона? А на каком-нибудь предмете, которым вы пользуетесь каждый день, и который, как вам кажется, содержите в чистоте?

Микроорганизмы распространены повсеместно. И взаимодействие человека с бактериальной микрофлорой неизбежно. Микроорганизмы, которые нас окружают, могут быть как полезными, так и опасными для жизни и здоровья человека.

Проблема заключается в том, что микроорганизмы в окружающей нас среде невидимы. Поэтому важным вопросом является необходимость их изучения, чтобы извлечь полезную информацию, которая сможет помочь сохранить жизнь и здоровье человека, внедрить новые технологии в современные производства. Микробиология до сих пор еще не научилась выращивать бо́льшую часть известных видов бактерий. Именно получение нужных питательных сред и создание оптимальных условий, которые позволяют обеспечивать рост микроорганизмов в искусственных условиях, является одной из основных задач этой науки. Одним из самых важных и широко используемых материалов при создании питательных сред является агар-агар, который является желирующим веществом растительного происхождения. Это делает актуальной выбранную тему по изучению применения и пользы агар-агара для микробиологии.

Тип проекта: Исследовательский.

Цель исследования:

  • Изучение возможности использования агар-агара при создании питательной среды для выращивания микроорганизмов.

Задачи исследования:

  • Изучить теоретический материал по данной теме;

  • Провести практическую работу в домашних условиях;

  • Выявить наличие микроорганизмов (бактерий) на различных предметах, которые нас окружают;

  • Сделать выводы по работе.

Объект исследования: Агар-агар

Гипотеза: Агар-агар используется для приготовления плотной питательной среды и очень ценен для микробиологии при изучении микроорганизмов.

Методы и инструменты исследования:

  • Сбор информации об агар-агаре (беседы со взрослыми, работа с литературой и иными источниками информации);

  • Проведение эксперимента в домашних условиях;

  • Изучение полученной информации.

Основная часть

Глава 1. Общие сведения об агар-агаре

  1. Понятие «агар-агар» и история его появления

Агар-агар – это желирующее вещество растительного происхождения, которое обладает уникальными свойствами, благотворно  влияет  на  здоровье человека и широко применяется в различных областях деятельности человека.

Агар-агар производится из красных или бурых водорослей, которые растут в Чёрном море, Белом море и Тихом океане.

В готовом виде они представляют собой пищевой загуститель (порошок или стружка) белого или желтого оттенка. 

Агар является растительным заменителем желатина.

По качеству агар подразделяется на два сорта:

  • высший – цвет белый или светло-жёлтый, иногда с сероватым оттенком;

  • первый – цвет от жёлтого до тёмно-жёлтого.

Впервые агар-агар получили в Японии, его использовали в кулинарии[2].

Немецкий микробиолог Вальтер Хессе был первым, кто использовал агар-агар как компонент питательной среды для выращивания бактерий и написал об этом в 1884 году[2].

Главными центрами добычи производства и продажи агар-агара являются такие страны, как Китай, Япония и США[3].

  1. Состав агар-агара

Агар-агар содержит следующие вещества:

  1. полисахариды (агароза, агаропектин и прочие) – 70-80%;

  2. вода – 10-20%;

  3. минеральные соли (йод, кальций, железо, магний, фолиевая кислота) – 1,5-4%;

  1. Свойства агар-агара

  1. Агар-агар не имеет ни вкуса, ни запаха;

  2. Если залить порошок почти кипящей водой, а затем охладить до 40 градусов, он превращается в плотный гель;

  3. Гель агар-агара является термообратимым, т.е. его можно снова нагреть и при охлаждении он опять застынет;

  4. Агар-агар не растворяется в холодной воде.

  1. Области применения агар-агара

Несмотря на то, что агар-агар, в основном, принято считать растительным заменителем желатина, область его применения достаточна разнообразна. Так, агар-агар используется в следующих областях:

  • Пищевая промышленность;

  • Микробиология;

  • Косметология;

  • Диетология;

  • Медицина.

Следует отметить, что агар-агар идеально соответствует принципам здорового питания. Он не перегружает организм трудными для усвоения компонентами, способствует избавлению от лишнего холестерина и жиров.

Глава 2. Применение агар-агара для микробиологических целей

  1. Использование агар-агара в микробиологии

Агар используется множеством способов в таких областях как микробиология, биохимия и молекулярная биология.

В микробиологии он является одним из самых важных и широко используемых материалов. Поскольку большинство микробов не способны его усваивать, при условии добавления к нему подходящих биологически значимых компонентов (или по-другому нутрие́нтов) он может служить средой для роста бактерий, грибков и других микроорганизмов.

Микробы кормятся добавленными питательными веществами, но не усваивают агар, который остается нетронутым и позволяет легко наблюдать за колониями микроорганизмов.

Агар-агар очень ценен для микробиологии и не имеет сто́ящих аналогов. Он сверхустойчив к расщеплению биологических веществ. Гели, произведенные на его основе, имеют ряд уникальных свойств: оптимальные температуры образования гелевой формы и плавления, а также их обратимость.

Поэтому, агар-агар применяют для самых разнообразных целей: выращивание эритроци́тов (это красные кровяны́е клетки, которые доставляют кислород в ткани человека или животных), дрожжей, бактерий или пле́сневых грибов.

Агар-агар для микробиологических целей используется в следующих исследованиях:

  • при диагностике таких болезней как саркома, рак и желчнока́менная болезнь;

  • при иммунном электрофоре́зе;

  • для изготовления бактериологических сред;

  • при приготовлении агар-вазели́новой эмульсии;

  • при биохимическом анализе крови;

  • для изготовления таблеток, капсул и препаратов для больных диабетом.

  1. Польза агар-агара при микробиологических исследованиях

Агар-агар обычно используют при приготовлении полужидких и плотных питательных сред для выращивания микроорганизмов.

Для культивирования (роста, размножения и создания условий для размножения) микроорганизмов необходимы особые питательные среды. На средах микроорганизмы осуществляют все жизненные процессы (питаются, дышат, размножаются).

Питательные среды широко применяют в повседневной микробиологической практике для следующих целей[4]:

  • постановки лабораторного диагноза инфекционных заболеваний,

  • для выделения микробов из различных предметов внешней среды с целью выяснения источников заражения,

  • при исследовании вспышек болезней людей и животных для выяснения носительства возбудителей инфекционных заболеваний;

  • для получения микробных масс, используемых при приготовлении вакцин, в производстве антибиотиков.

Агар-агар, несмотря на огромную конкуренцию множества искусственных гелеобразователей, не имеет достойной замены для микробиологии.

Наряду с агар-агаром при приготовлении полужидких и твердых питательных сред в качестве желирующего вещества используют также желатин. Однако учитывая, что желатин является продуктом животного происхождения, многие бактерии также потребляют его. В связи с чем со временем питательная среда, приготовленная с использованием желатина, превращается в жидкую, что усложняет проведение исследования.

В то же время агар-агар не является для микроорганизмов питательным веществом и служит только для уплотнения среды. Кроме того, агар-агар прозрачен, имеет хорошую всхожесть, а его расход достаточно экономичен, поэтому его широко используют для бактериологических исследований[4].

Необходимо отметить, что из изучения информации о бактериях можно извлечь массу практической пользы, чем научное сообщество и занимается вот уже более ста лет.    

Учёные прогнозируют, что результаты изучения жизни бактерий в будущем приведут к:

  • открытию секрета долголетия и даже бессмертия (во льдах найдены бактериальные сообщества, в которых обнаружены представители возрастом более миллиона лет);

  • получению альтернативных источников энергии, в том числе и пищи;

  • получение новых материалов биологического происхождения;

  • формированию новых экологических систем.

 Любое открытие в микробиологии сразу же подхватывается промышленниками, которые внедряют новые технологии в современное производство и предлагают результаты рынку.

Это еще раз подтверждает важность изучения микроорганизмов, их выращивания в лабораторных условиях с использованием питательных сред, ценным компонентом для которых выступает агар-агар.

  1. Описание процесса приготовления питательной среды с использованием агар-агара

Твердые (плотные) среды очень удобны для выращивания бактерий и грибов. Их готовят путем смешивания жидкого питательного раствора с гелеобразующим компонентом (обычно агаром) в концентрации 1-3 процента. При этом получается питательный агар. Агар плавится при 90-100 градусах и застывает примерно при 44 градусах. Агар можно предварительно простерилизовать нагреванием и затем остудить[5].

Микроорганизмы рассевают по поверхности агара после его застывания, либо, если они выдерживают температуру около 44 градусов, добавляют к агару непосредственно перед застыванием, тогда они равномерно распределяются по всей среде.

Для получения полужидкой питательной среды агар добавляют в конечной концентрации от 0,3 до 0,7 процентов.

Этапы приготовления питательной среды с использованием агар-агара для выращивания бактерий схематично представлены в Приложении № 1.

Глава 3. Изучение возможности использования агар-агара при создании питательной среды для выращивания бактерий в домашних условиях

С целью изучения возможности использования агар-агара при выращивании микроорганизмов, я провела эксперимент в домашних условиях.

Эксперимент по использованию агар-агара при создании питательной среды для выращивания бактерий начался 5 января 2025 года, протекал в течение 4 дней и закончился 8 января 2025 года.

Чтобы достичь поставленной цели, я определила, что:

  • для создания питательной среды буду использовать мясной бульон и пищевой агар-агар;

  • для выявления наличия бактерий и исследования возможности их выращивания на агаризированной питательной среде буду использовать четыре предмета:

  • № 1 – «Немытые руки»;

  • № 2 – «Ручка входной двери»;

  • № 3 – «Мобильный телефон»;

  • № 4 – «Грязное яблоко».

  • выращивание бактерий на питательной среде буду осуществлять в специальной посуде – чашках Петри.

Последовательность действий для проведения эксперимента в домашних условиях я разделила на 2 основных этапа:

Этап 1. Подготовка питательной среды на агар-агаре.

Для приготовления питательной среды на 1 чашку Петри я использовала:

  • Агар-агар – 1/2 чайной ложки;

  • Мясной бульон – 60 мл или 1/4 стакана.

Для приготовления бульона использовали кусок мяса говядины (50г) и воду (1/2 литра), который варили чуть больше одного часа.

Процесс подготовки питательной среды у меня получился следующим:

  1. В мясной бульон добавляем агар-агар и тщательно перемешиваем;

  2. Раствор ставим на огонь и кипятим в течение одной минуты до полного растворения;

  3. Выключаем огонь, даем массе немного остыть и выливаем питательную среду в нижнюю половинку чашки Петри тонким слоем (чтобы лишь покрыть дно);

  4. Быстро закрываем крышкой чашку Петри (чтобы не допустить попадания в агар бактерий из воздуха) и охлаждаем питательную среду пока не остынет и не затвердеет (готовая питательная среда будет напоминать желе).

Этап 2. Выращивание бактерий.

  1. Отбираем образцы микроорганизмов с предметов (проводим отдельной ватной палочкой по яблоку, телефону и ручке двери – берём 3 образца);

  2. Осторожно проводим тем же концом палочки отдельно по поверхности питательной среды и подсаживаем микроорганизмы в разные чашки Петри при комнатной температуре (для исследования бактерий на руках используем прямой контакт с питательной средой, слегка коснувшись пальцами поверхности);

  3. Быстро закрываем чашки Петри крышкой, подписываем их маркером (что и откуда растет в каждой конкретной чашке) и запечатываем скотчем;

  4. Переворачиваем чашки Петри кверху дном (чтобы случайные капли конденсата, падающие с крышки, не испортили колонии микроорганизмов) и помещаем их в теплое и темное место (чтобы не замедлялся рост бактерий);

  5. Проводим наблюдения в течение нескольких дней.

Признак жизнедеятельности бактерий появился на третий день после начала эксперимента на всех четырёх образцах. Выражался он в том, что невооруженным глазом можно было наблюдать появление колонии бактерий в виде небольшого пятна (или нескольких пятен) на поверхностях питательной среды, на некоторых из которых внешне напоминающем плесень. В течение последующих трех дней пятно быстро увеличивалось в размерах, что говорит об активном размножении бактерий.

Выводы по итогам домашнего эксперимента:

  • Агар-агар является гелеобразующим компонентом для создания плотной питательной среды;

  • Агар-агар не разлагается при появлении и выращивании бактерий;

  • На всех предметах, которые нас окружают, присутствуют бактерии;

  • Бактерии размножаются очень быстро в течение достаточно короткого времени.

Учитывая, что мой эксперимент связан с выращиванием бактерий, после его проведения я решила соблюсти меры предосторожности и безопасно уничтожить выращенные материалы специальным средством.

В качестве дезинфицирующего средства я использовала хлорку. Для своей защиты при работе с хлоркой и выращенными бактериями я использовала защитную одежду.

Последовательность моих действий при уничтожении выращенных бактерий следующая:

  1. Надеваем защитную одежду (фартук, маску и резиновые перчатки);

  2. Заливаем чашки Петри небольшим количеством хлорного раствора и оставляем на несколько минут;

  3. Выливаем содержимое, складываем чашки Петри в пакеты и выбрасываем всё это в мусорное ведро.

Заключение

Прочитав научную литературу и проведя домашние исследования, я узнала, что агар-агар является одним из самых важных материалов, который широко используется в микробиологии. Поскольку большинство микробов не способны его усваивать, при условии добавления к нему подходящих биологически значимых компонентов он служит средой для роста бактерий, грибков и других микроорганизмов.

В результате проведенного мною исследования я узнала, что агар-агар обычно используют при приготовлении полужидких и плотных питательных сред для выращивания микроорганизмов.

Питательные среды широко применяют в повседневной микробиологической практике для постановки лабораторного диагноза инфекционных заболеваний, для выделения микробов из различных предметов внешней среды с целью выяснения источников заражения, а также при исследовании вспышек болезней людей и животных для выяснения носительства возбудителей инфекционных заболеваний. Питательные среды применяют также для получения микробных масс, используемых при приготовлении вакцин, в производстве антибиотиков и прочего.

Проведя собственные опыты с агар-агаром, я узнала, что это вещество является гелеобразующим материалом для создания плотной питательной среды, а на всех предметах, которые нас окружают, присутствуют бактерии.

Таким образом, выводы доказывают, что агар-агар обладает многочисленными ценными свойствами для микробиологии, является важным компонентом для выращивания микроорганизмов, поэтому его широко используют для бактериологических исследований, моя гипотеза подтвердилась.

Помимо огромной пользы применения агара в микробиологии, рассмотренной в данной работе, по моему мнению, в дальнейшем было бы интересно более подробно изучить его использование в медицине при лечении различных заболеваний или косметологии при создании очищающих и омолаживающих масок.

Результаты исследования заставили меня по-новому осознать слова моих родителей и учителей о необходимости мыть руки перед едой, фрукты и овощи перед их употреблением, а также содержать в чистоте предметы, которыми я пользуюсь.

Библиографический список

  1. Агар-агар // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: 82 т. – СПб., 1890-1907.

  2. Агар-агар // Википедия (https://ru.wikipedia.org/)

  3. https://www.liveinternet.ru/

  4. Егоров Н.С. Руководство к практическим занятиям по микробиологии // М.: МГУ, 1995 – 224 с.

  5. Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 2 // M.: Мир, под редакцией Сопера Р., 2004 – 436 с.

Приложение 1. Проведение эксперимента по выращиванию микроорганизмов в питательной среде на основе агар-агара

Подготовка к проведению эксперимента

Этап 1. Создание питательной среды на основе агар-агара

Этап 2. Внесение микроорганизмов с различных поверхностей

Результат высеивания

Просмотров работы: 6