Проекты

По стопам великих микробиологов: хочу открыть мир сам

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Первые шаги в науку» среди работ учащихся 3−4-х классов

Направление работы: Микробиология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 117
Предметы: Биология
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» 17 апреля 2019 года

Введение

Прочитав книгу Поля де Крюи «Охотники за микробами» и продолжив затем изучение развития микробиологии (с этого я начал свою работу), я узнал, какие актуальные направления выделились как самостоятельные (биоинженерия, биотехнология, биоинформатика, генетика, протеомика и др.) и какие актуальные задачи стоят перед микробиологами сегодня. На сайте Всемирной организации здравоохранения опубликована информация про «непобеждённые» болезни 21 века, среди которых рак и диабет. Между этими болезнями, оказывается, существует связь: эпидемиологи сделали потрясающее открытие: обнаружили, что среди больных диабетом 2 типа заболеваемость некоторыми видами рака меньше. Оказалось, метформин, вещество, содержащееся в некоторых препаратах от диабета, оказывает воздействие на раковые клетки, подавляя их метаболизм и пролиферацию.Проблемой является то, что после некоторого времени применения препарата, раковые клетки теряют чувствительность к нему. Если бы эту чувствительность научились восстанавливать, то это было бы победой над некоторыми видами рака (например, рака молочной железы).

Гипотеза

Восстановление чувствительности клеток рака молочной железы к метформину возможно при изменении уровня глюкозы в питательной среде.

Цель

Цель 1 этапа исследования – получение новых знаний в области микробиологии и вирусологии и получение собственного опыта проведения экспериментов.

Для достижения цели 1 этапа были сформулированы и решены следующие задачи.

  • Ознакомиться с историей микробиологии.
  • Самостоятельно повторить доступные мне эксперименты.
  • Составить фотобанк вирусов и бактерий.
  • Узнать об актуальных проблемах медицины XXI века.

Цель 2 этапа исследования – восстановление чувствительности клеток рака молочной железы к метформину.

Для достижения цели 2 этапа были сформулированы и решены следующие задачи.

  • Освоить методику ведения клеточных культур.
  • Научиться подготавливать питательные среды для культур in vitro.
  • Освоить метод MTT-теста для оценки метаболической и пролиферативной активности клеток.
  • Подобрать условия для восстановления (повышения) чувствительности резистентных клеток рака молочной железы к метформину.

Описание работы

Удивительным является тот факт, что, казалось бы, человек, страдающий сахарным диабетом, сам того не подозревая, при приёме некоторых препаратов получает некоторый «иммунитет» от онкологических заболеваний. Предполагаемый противоопухолевый потенциал некоторых антидиабетических препаратов (бигуанидов) и возможность их использования в превентивных и терапевтических целях является актуальным направлением исследований, где требуется ещё много экспериментов (серий экспериментов).

Я провёл эксперимент, показавший возможность восстановления чувствительности раковых клеток к воздействующему препарату при понижении уровня глюкозы в среде с 4,5 г/л до 1 г/л. Выживаемость клеток рака молочной железы сравнивалась в двух клеточных линиях – контрольной и резистентной (полгода применения метформина) – для указанных уровней содержания глюкозы в питательной среде. Думаю, что этот результат надо будет повторить, а также провести серию аналогичных экспериментов, варьируя уровень глюкозы, дозы метформина, длительность периода воздействия, а потом даже попробовать повтор экспериментов с другими препаратами из семейства бигуанидов. Важно попытаться количественно определить возможный положительный эффект снижения уровня глюкозы в питательной среде (эффект восстановления чувствительности клеток рака молочной железы).

Неожиданным оказалось, что в 21 веке, когда применение химии давно «затмило» возможности применения лекарственных растений, именно медицина лекарственных растений «открыла» козлятник аптечный, который содержит в себе аналог метформина. Здесь интересным представляется получить ответ на вопрос, а можно ли принимать это лекарственное средство, по какой схеме и в каком количестве, чтобы козлятник эффективно «работал» как лекарство.

При выполнении 2 этапа исследования я освоил методику ведения клеточных культур (для постоянного воспроизводства раковых клеток, необходимых для проведения экспериментов с ними). Очень важно в экспериментах использовать клетки из одной линии (контрольной), для корректности результатов экспериментов.

Методика ведения клеточных культур подразумевает необходимость уметь подготавливать питательные среды для культур in vitro. Я культивировал клетки в питательной среде при температуре 37 °C, в стандартной среде с 5 % бычьей сыворотки, с содержанием глюкозы 4,5 г/л, в чашках Петри d 5 см с добавлением антибиотика для стерильности (гентамицин). Для оценки метаболической и пролиферативной активности клеток я освоил и применял метод MTT-теста, при котором клетки восстанавливают пурпурный цвет красителя, и по интенсивности окрашивания можно судить о количестве жизнеспособных клеток.

Результаты

1. Я изучил ход развития науки микробиологии, основные открытия великих микробиологов прошлого, узнал о современных актуальных направлениях исследований.

2. Я самостоятельно повторил те опыты, которые мне были доступны (морфология различных объектов – повтор опытов А. Левенгука; повтор опытов Л. Пастера от подготовки питательных сред до проведения пастеризации). При изучении морфологии отдельных объектов, в основном, из проб речной воды, я научился определять размер объекта, исходя из кратности увеличения микроскопа. При проведении опытов Л. Пастера я убедился, что при нагревании примерно до 60 °C бактерии гибнут.

3. Я составил фотобанк вирусов и бактерий-возбудителей опасных болезней (поскольку повтор опытов с вирусами и опасными бактериями был для меня недоступен, они опасны). Научился определять многие вирусы и бактерии по внешнему виду.

4. Освоил методику ведения клеточных культур.

5. Получил навык подготовки питательных сред для культур in vitro.

6. Освоил современный метод оценки количественного показателя жизнеспособных клеток – MTT-тест.

7.По результатам самостоятельно проведённых экспериментов было установлено, что восстановление чувствительности резистентных линий рака молочной железы к метформину происходит при понижении концентрации сахара в питательной среде.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

На первом этапе исследования (повтор доступных мне опытов) применялось следующее оборудование:

- микроскоп с выводом изображения на экран компьютера (повтор опытов А. Левенгука);

- чашки Петри, агар-агар, среда Прата, горелка (повтор опытов Л. Пастера).

На втором этапе исследования применялось следующее оборудование:

- СО2-инкубатор;

- термостат;

- спектрофотометр «Мультискан»;

- пипетки «Эппендорф» (от 1 до 5000 мкл);

- типсы для пипеток (от 1 до 5000 мкл);

- чашки Петри (диаметр 3−10 см);

- многолуночные планшеты (24−98 лунок);

- пробирки (0,5−50 мл);

- весы;

- микроскоп;

- ламинарный шкаф;

- автоклав.

Награды/достижения

-

Сотрудничество с научно-исследовательскими организациями при создании работы

НИИ канцерогенеза ФГБУ РОНЦ им. Н.Н. Блохина;

Аналитическая лаборатория ГПБУ «Мосэкомониторинг».

Перспективы развития результатов работы

Результаты работы могут помочь усовершенствовать противоопухолевую терапию в клинических условиях метформином при сочетании с сахароснижающими препаратами и/или особой диетой.

Особое мнение

Для меня Курчатовский проект и конкурс научно-исследовательских работ стали стимулом, который увлечённость книгой превратил в итоге в самостоятельное исследование. Проект помогает реализовывать то, что очень интересно, но что на уроках в рамках стандартной школьной программы не проходят, или для чего не всегда есть время