Автор исследовал микроорганизмы на своих руках с помощью микроскопа и метода выращивания микробов на питательной среде. Образцы для исследования приносились на руках из школы, из метро и с детской площадки. Для сравнения взяли пробу с помытых рук.
Обнаружено большое количество микробов на руках после их контакта с предметами окружающей среды.
Огромную роль играют микроорганизмы в жизни природы и человека. Одни из них необходимы нам настолько, что без них невозможно существование людей, другие являются источником опасных заболеваний [2]. В современном обществе, в условиях высокой плотности населения в городах нашей страны, ежегодного увеличения количества учеников в школах, постоянной занятости детей в кружках, секциях, на продленке в школе, а также частых перемещений в общественном транспорте, высоки риски передачи инфекционных заболеваний, в том числе через немытые руки. Повышение уровня грамотности населения, в особенности детей, в вопросах жизни, развития микроорганизмов и их влияния на окружающий мир, позволит оградить нас от опасностей, которые несут в себе многие болезнетворные микробы.
Гипотеза исследования: предполагается, что на руках человека обитает множество микроорганизмов.
Цель исследования: выявить наличие микроорганизмов на руках после контакта с предметами окружающей среды.
Объект исследования: микроорганизмы, живущие на руках человека.
Задачи исследования: изучить образцы с рук автора, принесенные им из школы; изучить образцы с рук автора, принесенные из общественного транспорта; изучить образцы с рук автора, принесенные с детской площадки; изучить образцы с помытых с мылом рук; определить эффективность способа очищения рук от микробов с помощью воды и мыла.
Новизна работы заключается в том, что исследование проводилось в конкретных условиях жизни автора, образцы для исследования собирались в местах его повседневного пребывания, при проведении опыта по выращиванию микробов была применена разработанная нами методика культивирования микроорганизмов на питательной среде в домашних условиях.
Обзор литературы
С древних времен люди всего мира болели опасными болезнями, заражались друг от друга и окружающих предметов, не зная причин. Постоянные эпидемии оказывали огромное влияние на жизнь и развитие целых стран и народов. Единственным способом борьбы с распространением инфекционных заболеваний был огонь: сжигали все, что представляло опасность. В 17 веке голландский ученый Антони ван Левенгук открыл при помощи собственноручно сделанного микроскопа мир невидимых существ (рис. 1).
Рис. 1. Портрет Левенгука, Ян Верколье, 1686г.
Но еще долго после этого никому и в голову не приходило связать существование ничтожно малых существ — микробов — с заразными заболеваниями. Знания о болезнях, о причинах эпидемий и мерах борьбы с ними накапливались медленно и постепенно [1]. С течением времени, медицинская наука установила, что причиной многих болезней являются невидимые микроорганизмы, которые способны передаваться от человека к человеку и влиять на его здоровье [2].
Из литературы известно, что микроорганизмы (микробы) — это мельчайшие живые существа. Невооруженный глаз человека способен видеть предметы диаметром около 0,1 мм — меньше толщины человеческого волоса. Но какими бы крошечными ни казались нам такие объекты, они гораздо крупнее многих живых существ, которые называются микроорганизмами, или микробами. Некоторые из них настолько малы, что увидеть их можно только в микроскоп, дающий 1000-кратное увеличение [2].
Микроорганизмы есть во всех царствах живых существ. К микроорганизмам относят бактерии, вирусы, простейшие, плесневые грибы и др. Многие виды микробов, попадая внутрь человеческого организма, становятся причиной заболеваний [1].
Наука микробиология изучает различные бактерии и вирусы, а также плесени и дрожжи, относящиеся к грибам. Другие микроорганизмы — одноклеточные водоросли и простейших животных — изучают ботаника и зоология [1].
Различают следующие основные методы исследования микроорганизмов: микроскопический — изучение микробов в окрашенном и неокрашенном состоянии с помощью различных типов микроскопов; микробиологический — посев материала на питательные среды; экспериментальный — заражение микробами лабораторных животных; иммунологический — изучение ответных реакций организма на контакт с микробами [9].
Микроорганизмы могут жить практически где угодно. Они поселяются в самых дальних и труднодоступных местах, забиваются в каждую щель человеческих жилищ. Большинство микроорганизмов обитает в воде или сырых местах. Одно из самых излюбленных мест их обитания — почва [2]. В одном грамме почвы может содержаться порядка 10 млрд клеток микроорганизмов, относящихся к тысячам различных видов [3]. Кроме того, они любят селиться на влажных поверхностях, в тканях и органах крупных живых существ. Это прежде всего кожа, рот и зубы, пищеварительный тракт [2].
В человеческом организме, в том числе на руках, обитает до 2 кг микробов. Микробы на руках живут не только на поверхности кожи, но и в глубоких ее слоях. Там, в глубине кожи, находится до 20 % всех микробов, живущих на руках. Микроорганизмы на руках бывают постоянные и временные: постоянные живут и размножаются на коже всегда, а временные попадают на кожу рук при контакте с окружающей средой и могут вызывать разные заболевания. Удалить из глубоких слоев кожи постоянно живущие микроорганизмы с помощью обычного мытья рук с мылом невозможно. Чтобы удалить микроорганизмы с рук полностью, прибегают к специальным способам очистки рук — гигиеническая и хирургическая дезинфекции [7].
Постоянно мы слышим о новых вспышках и эпидемиях заболеваний, вызванных болезнетворными микробами, в странах с разным уровнем развития медицины.
2010 год. Гаити. Разрушительное землетрясение приводит в негодность и без того крайне несовершенную систему предотвращения эпидемий в стране. Прибывшие на помощь солдаты ООН из Непала случайно завозят вибрион холеры. Начинается вспышка заболевания, которая перерастает в эпидемию. Тысячи погибших, десятки тысяч заболевших, по данным ВОЗ [4].
2016 год. Пермь, Россия. Вспышка гепатита А. По данным Роспотребнадзора [5], в Перми за 10 месяцев 2016 года зарегистрировано 348 случаев заболевания. Это в 7 раз больше, чем в 2015 году.
2016 год. Европа. Вспышка сальмонеллеза. С мая по декабрь от острой инфекции пострадали более 450 человек в десяти странах Европы [6].
Холера, гепатит А, сальмонеллез, дизентерия... Список «болезней немытых рук» можно продолжить. Основной путь попадания в организм этих инфекций — через рот: немытые руки, грязная вода.
Приведенные примеры показывают, что каждый человек несет личную ответственность за соблюдение простейших правил гигиены, а общий уровень грамотности населения в вопросах медицины играет огромную роль в предотвращении чрезвычайных ситуаций. Следовательно, тема «чистых рук» приобретает особенную актуальность.
Материалы и методы исследования
Сбор и подготовка исследуемых образцов
С целью сбора образцов для микроскопического исследования мы отправились к ближайшей станции метро — «Бульвар Дмитрия Донского», тщательно помыв руки теплой водой с мылом. Там, спустившись к стеклянным дверям в переход, автор исследования старательно протер пальцами правой руки металлическую ручку двери с внешней и, особенно, с внутренней стороны (рис.2).
Рис. 2. Сбор образцов для исследования под микроскопом
Это действие было совершено во время, когда большое количество людей входило на станцию. Можно было предположить, что множество людей, прикасаясь к ручке двери, оставляло на ней микробный след. Протерев ручку, автор исследования, несомненно, перенес часть микробов себе на пальцы. Сразу на пальцах мы увидели темные серые пятна, которые, вероятно, состояли из пыли, грязи и чего-то подобного (рис.3).
Рис. 3. После сбора образцов с ручки двери в метро
Затем полученный образец автор доставил в домашнюю «лабораторию» и поместил на предметное стекло для исследования. Методика проведения опыта описана в соответствующей главе.
Для проведения опыта на питательной среде мы решили собрать образцы из основных мест пребывания ребенка вне дома: школа, детская площадка, метро. Для сравнения — взяли пробу с чистых рук.
Из школы автор принес образцы для исследования, не прибегая к каким-либо специальным действиям: просто пришел из школы домой и, не помыв руки, поместил образцы на питательный раствор, следуя описанной ниже методике.
Для сбора образцов на детской площадке мы организовали увлекательную осеннюю прогулку по району Северное Бутово, посетив детскую площадку и играя на ней, как обычно. Затем собранные образцы были бережно доставлены домой и сразу помещены на питательный раствор.
В метро образцы для исследования были собраны во время поездки по Серпуховско-Тимирязевской ветке. Автор крепко держался за поручни в вагоне и на эскалаторе, а также не оставил без внимания и металлическую ручку стеклянной двери на входе и выходе со станции, потерев ее с внешней стороны пальцами рук. Собранные образцы, как и в предыдущих случаях, доставлены домой и помещены на питательный раствор.
Каждый раз, отправляясь за сбором образцов для исследования, автор тщательно мыл руки теплой водой с мылом.
Для проведения опыта с чистыми руками, руки помыли в течении двух минут, несколько раз намыливая детским мылом и смывая теплой водопроводной водой. Затем вытерли стерильной сухой марлевой салфеткой и сразу провели пальцами по питательной среде.
Подготовка материалов
Для опыта с использованием микроскопа мы взяли имеющиеся у автора дома микроскопы, достали окуляры, объективы, предметные и покровные стекла, заменили лампочку в настольной лампе на более мощную для лучшего освещения, расположили все эти предметы на большом письменном столе и приступили к исследованию.
Для опыта с использованием питательной среды нам пришлось обратиться в интернет-магазин товаров для лабораторий. Там мы заказали два флакона агара Хоттингера и 10 чашек Петри диаметром 90 мм. Через 7 дней нам доставили приготовленный агар и чашки Петри (рис.4).
Рис. 4. Материалы для исследования методом выращивания микробов на питательной среде
До начала опыта агар и чашки мы поместили в темное место с температурой 20º-23ºС.
Метод микроскопического исследования
Микроскоп — сложный оптико-механический прибор, позволяющий получать увеличенные изображения невидимых человеческому глазу объектов и их деталей. Слово «микроскоп» состоит из двух греческих слов — «маленький» и «смотрю». Микроскоп изобретен в средние века. Многие выдающиеся ученые того времени изучали свойства линз — Галилео Галилей, Леонардо да Винчи, Антони ван Левенгук. Их открытия в этой области привели к созданию оптического микроскопа, который использует лучи видимого света. Со временем ученые изобрели электронный и другие виды микроскопов, которые значительно расширили возможности наблюдения за объектом.
Суть метода исследования с помощью микроскопа заключается в детальном изучении объекта при многократном увеличении его изображения.
Использованная методика
В качестве основного инструмента исследования собранного материала под микроскопом мы использовали бинокулярный микроскоп МБИ-3 (рис.5).
Рис. 5. Исследование с помощью микроскопа
Применялись окуляры с увеличением ×10. Объективы ×8, ×10, ×20, ×40, ×60, ×90, ×190. Для освещения применялась настольная лампа мощностью 80 Вт. Перенос исследуемых образцов с пальцев руки на предметное стекло производили методом соскабливания, применяя в качестве скребка покровное стеклышко. Далее, на предметное стекло с образцами капнули одну каплю чистой кипяченой воды из водопровода и накрыли покровным стеклышком. Подготовленные таким образом образцы поместили на предметный столик микроскопа для исследования с увеличением ×80, ×100, ×400, ×600, ×900, ×1900.
В качестве дополнительного инструмента исследования мы взяли монокулярный микроскоп МБР-1. Окуляры, объективы и освещение использовались те же, что при исследовании с помощью микроскопа МБИ-3.
Метод выращивания микроорганизмов на питательной среде
Для определения наличия, количества и видов микроорганизмов ученые используют метод выращивания, или, как говорят, — культивирования, микробов. Выращивают микробов на специальной питательной среде — на мясных или рыбных бульонах и отварах. Микробы некоторых видов требуют особой питательной среды. В бульон добавляют желатин или агар-агар — в этом случае питательная среда приобретает вид студня. На поверхность студня с помощью специальных петель из проволоки либо ватного тампона помещают микроорганизмы. Эту стадию опыта называют посевом. Микробы, при определенной температуре, начинают размножаться на питательной среде и примерно через сутки вокруг места посева появляются скопления размножившихся микроорганизмов — колонии. Колонии разных видов микробов заметно отличаются друг от друга формой, окраской и плотностью [1].
Использованная методика
Исследование на питательной среде проводилось с применением агара Хоттингера производства ФБУН Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии, г. Оболенск, Московская область, а также чашек Петри диаметром 90 мм.
Следуя указаниям инструкции, мы выдержали флакон с агаром на кипящей водяной бане до полного растворения студня (примерно 25 минут), охладили до температуры 45º-50ºС (около 30 минут) и разлили в стерильные чашки Петри слоем 4–5 мм, после загустения (30–40 минут) подсушили чашки на батарее в течении 45 минут. Таким образом мы приготовили 6 порций раствора и поставили в холодильник, где, согласно инструкции, он может храниться 10 дней.
Для переноса исследуемых образцов на питательную среду автор исследования проводил пальцами по загустевшему питательному раствору в чашке Петри. Это действие совершалось в течении 2–3 секунд и затем чашка сразу закрывалась крышкой для предотвращения попадания микробов из воздуха. Перед нанесением образцов чашка с раствором в течение нескольких минут выдерживалась при комнатной температуре. После нанесения чашка обертывалась тонкой пленкой и сразу ставилась в теплое место (рис.6).
Рис. 6. Методика опыта с питательной средой
С целью создания наиболее благоприятной температуры для размножения микробов, мы использовали батарею центрального отопления. Измерив с помощью медицинского ртутного термометра температуру восходящего потока воздуха на двух батареях в детской комнате, мы выяснили, что у одной батареи она равна 35,9ºС, а у другой — 36,8ºС. Для проведения опыта мы выбрали вторую батарею, так как температура теплого воздуха над ней была наиболее приближена к 37ºС. С помощью многократных измерений, мы выяснили, что, в зависимости от степени проветривания помещения, от расположения окружающих предметов, температура на батарее может меняться. С целью уменьшения колебаний температуры мы отгородили батарею комодом, приставив его задней стороной к батарее. Сверху мы положили кусок картона, оперев его на комод и на подоконник. Восходящие тепловые потоки задерживались картонным ограждением, и температура в области расположения чашки на батарее составила 37ºС. Мы попробовали накрыть термометр, лежащий на батарее, листом бумаги, что привело к повышению температуры под листом до 42ºС. Это оказалось лишним и лист бумаги решили не применять. Таким образом, используя предметы домашнего обихода, мы добились постоянства и нужного значения температуры на батарее. Время выдержки микробов при нужной температуре составляло не менее 20 часов.
Результаты исследования
Опыт с микроскопом
Опыт с микроскопом МБИ-3 позволил нам обнаружить мельчайшие частицы, невидимые невооруженным глазом. Так, в поле зрения при минимальном 80-ти кратном увеличении находилось большое количество черных и темно-серых частиц неправильной формы разного размера, волоски, песчинки и т. п. Но невозможно было понять, где там микробы. При больших увеличениях становилось только темнее, потому что, чем меньше был обозреваемый участок, тем меньше света в него попадало. При увеличении ×1900 крат мы вообще не увидели ничего, кроме темноты. Исследования с помощью микроскопа МБР-1 дали тот же результат. Сделать заключение о наличии микроорганизмов среди наблюдаемых объектов нам не удалось. В то же время, логично было предположить наличие микробов на исследуемом образце, что и подтвердилось впоследствии в опыте на питательной среде, когда принесенные на руках образцы из метро образовали многочисленные колонии.
Опыт с питательной средой
Опыт с питательной средой дал положительный результат.
При исследовании образцов, принесенных на руках из школы, через 20 часов после их нанесения на питательную среду на поверхности раствора в чашке Петри можно было наблюдать белое пятно неправильной формы (рис.7).
Рис. 7. Микробы из школы
Оно заняло всю центральную часть чашки, появившись в местах проведения пальцами и вокруг них, и имело размеры примерно 70 мм × 50 мм. Пятно имело пупырчато-слизистую структуру, причем с одной стороны было больше слизи, а с другой бугорков-пупырышков. Слизистая часть пятна матовая, гладкая, края ровные. Другая часть шероховатая, на ней встречаются бугорки диаметром до 3 мм, края зубчатые. Вокруг пятна можно было увидеть несколько круглых непрозрачных островков, напоминающих пузыри, диаметром 1–3 мм. Из чашки распространялся резкий крайне неприятный запах. Очевидно, что это пятно не что иное, как скопления (колонии) различных размножившихся микроорганизмов. Еще через 12 часов более 80 % площади чашки заняли колонии микроорганизмов.
При исследовании образцов, принесенных из общественного транспорта, через 20 часов после их нанесения на питательную среду на поверхности раствора в чашке Петри наблюдалось большое количество разного диаметра кружков белого и бежевого цвета (рис.8).
Рис. 8. Микробы из метро
Белые кружки имели диаметр до 1 мм, бежевые — до 3 мм. Также примерно треть площади чашки заняло мутное слизистое пятно с прожилками и размытыми краями. Из чашки распространялся резкий неприятный запах. Еще через 12 часов колонии микробов заняли более 90 % площади чашки.
При исследовании образцов, принесенных с детской площадки, через 20 часов после их нанесения на питательную среду на поверхности раствора в чашке Петри мы увидели белое матовое пятно неправильной формы размером 60 мм × 50 мм (рис.9).
Рис. 9. Микробы с детской площадки
Оно имело четкие границы и гладкую поверхность. Вокруг пятна и на нем наблюдались белые матовые островки круглой формы диаметром 0.5–3 мм. Некоторые из них напоминали бугорки. Из чашки распространялся неприятный запах. По истечении еще 12 часов площадь колоний увеличилась незначительно, но многие бугорки стали более выпуклыми и приобрели бежевый оттенок.
После контакта с питательной средой помытой с мылом руки, через 20 часов на поверхности раствора были видны мелкие (менее 0.5 мм) кружки (рис.10).
Рис. 10. Результат посева образцов с помытой руки
Можно было наблюдать их в небольшом количестве в местах проведения пальцами по раствору. Неприятный запах отсутствовал.
Обсуждение результатов
Проведенные опыты значительно расширили наши познания в области медицины и биологии. С целью получения консультации мы обратились к сотрудникам Института общей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук (Рис11).
Рис. 11. За советом к ученым
В Лаборатории генетики микроорганизмов нас ознакомили с методикой выращивания микроорганизмов на питательных средах, показали необходимое оборудование: термостат — для поддержания постоянной температуры, ламинарный шкаф — для создания стерильности при проведении опытов, микроскопы, чашки Петри, а также познакомили с работой других приборов и даже робота, которые неприменимы в нашем исследовании, но очень заинтересовали юного ученого. Мы узнали, что наиболее благоприятной температурой для выращивания микробов является температура 37ºС, что необходимо наносить материал для исследования как можно быстрее, чтобы микробы из воздуха не попали на питательную среду и не исказили результат исследования, что скопления микроорганизмов, образующиеся на питательных средах, называются колониями, и многое другое. В Институте нам посоветовали, на какой питательной среде лучше прорастить микробы с рук: агар Хоттингера. При общении с сотрудниками Лаборатории генетики микроорганизмов Института общей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук мы выяснили, что микробы могут быть настолько малы, что видны только при тысячных увеличениях. Они могут быть прозрачными, и для их выявления используют специальные красители. Мы узнали о существовании электронных микроскопов, которые позволяют наблюдать микромир с увеличением, в тысячи раз превосходящим увеличение светового микроскопа.
Благодаря исследованию с микроскопом, нам удалось наблюдать невидимые невооруженным глазом объекты.
Большое количество колоний микроорганизмов, полученное в результате опыта с питательной средой, наглядно демонстрирует наличие микробов на немытых руках. А очень незначительное количество колоний при контакте чистой руки со средой, убеждает нас в эффективности способа очищения рук от микробов с помощью воды и мыла.
После опыта с чистой рукой у нас возник вопрос: почему, несмотря на тщательную процедуру мытья руки, микробы все же остались в незначительном количестве и образовали маленькие колонии? Вероятная причина этого в невозможности полного удаления микробов с поверхности и из глубоких слоев кожи обычным способом очистки рук, который мы использовали [7].
Замечено, что во всех случаях первые видимые признаки размножения микроорганизмов на питательном растворе появлялись после 12 часов выдерживания при нужной температуре. Однако, интенсивность роста колоний была намного выше в опытах с немытой рукой.
Очевидны различия формы и строения колоний, выросших в опытах с немытой рукой. Вероятная причина этого — разные виды принесенных микроорганизмов.
В процессе исследования, при поиске нужной информации в интернете, мы обратили внимание на подобный нашему опыт, который провела Таша Штурм, техник- лаборант одного из колледжей в США. Она также сумела размножить микроорганизмы с руки своего сына после прогулки и создала очень интересный набор фотографий на эту тему [8].
Выводы
По результатам исследования можно сделать следующие выводы:
- Множество микроорганизмов появляется на руках человека после контакта рук с предметами окружающей среды: в школе, в общественном транспорте, на детской площадке.
- Большинство микробов, находящихся на руках человека, смываются при обработке рук водой и мылом.
- Обработка рук водой и мылом является эффективным способом очищения рук от микробов.
- Заботясь о чистоте рук, мы уменьшаем риски попадания в наш организм болезнетворных микробов.
Заключение
Невидимый мир приоткрыл нам свои тайны. Мы убедились в наличии множества разных микробов на немытых руках и доказали эффективность способа очистки рук от микробов с помощью воды и мыла.
Основываясь на данных медицинской науки, можно предположить, что среди изученных нами микроорганизмов присутствовали болезнетворные микробы. Ответ на вопрос «Зачем мыть руки?» становится очевидным: «Мойте руки, чтобы смывать болезнетворных микробов! Мойте руки, чтобы быть здоровым!»
Автор надеется, что, убедившись в наличии огромного количества «всякой живности» на немытых руках, дети и взрослые не станут забывать мыть руки и вообще следить за своим здоровьем и чистотой окружающего их мира. И пусть твердая привычка к содержанию в чистоте собственных рук станет «питательной средой» для таких замечательных качеств характера как аккуратность, бережливость и ответственность.
Автор и руководитель исследования выражают благодарность за помощь в выполнении работы сотрудникам Института общей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук.
Литература:
- Детская энциклопедия, том 4, Растения и животные, Издательство Академии педагогических наук РСФСР, Москва, 1960г.
- Большая иллюстрированная Энциклопедия живой природы, Москва, «Махаон», 2011г.
- Чернов Т. И. Метагеномный анализ прокариотных сообществ профилей почв европейской части России /Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук, ФГБОУ ВО «МГУ им. М. В. Ломоносова», Москва, 2015г.
- Всемирная Организация Здравоохранения — электронный ресурс/ Холера в Гаити http://www.who.int/csr/don/2010_11_24/ru
- Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Пермскому краю — электронный ресурс/ О введении с 03.11.2016 года ограничительных мероприятий (карантина) на территории г. Перми в связи с ростом заболеваемости гепатитом А http://59.rospotrebnadzor.ru/news/
- Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека — электронный ресурс/ о вспышке сальмонеллеза в Европе http://www.rospotrebnadzor.ru/about/info/news/news_details.php?ELEMENT_ID=7733&sphrase_id=1117026
- Сестринское дело — сайт/ Дезинфекция рук, правила обработки рук http://sestrinskoe-delo.ru/dezinfektsiya-i-sterilizatsiya-v-stomatologii/dezinfektsiya-ruk-pravila-obrabotki-ruk
- Центр дизайна ARTPLAY— электронный ресурс/ Научные фотографии от микробиолога Таши Штурм http://museum-design.ru/germ-handprint-by-tasha-sturm/
- Лекция — сайт/ Предмет и задачи медицинской микробиологии и ее значение в деятельности врача/https://lektsia.com/1x69b1.html
