Проекты

Влияние глутаминовой кислоты на интенсивность выработки паутинного секрета у пауков (на примере Brachypelma albopilosum)

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Зоология в медицине»

Направление работы: Зоология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 444
Предметы: Биология
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину» 2020 года

Актуальность

Паутинная нить находит применение во многих областях современной медицины и биоинженерии. Фиброин, составляющий основу паутинной нити, используется при получении скаффолдов (клеточных матриц) для регенерации костной ткани. Спидроин, входящий в состав каркасной нити паутины, и фиброин используются для изготовления фотоотверждаемых гидрогелей, находящих применение в биомедицинских исследованиях. Однако этот материал является достаточно труднодоступным из-за низкой скорости плетения паутины, поэтому вопрос получения его в промышленных масштабах в наши дни стоит достаточно остро. В настоящее время учёным не удалось смоделировать природный процесс прядения паутинной нити.

Глутаминовая кислота является важнейшим возбуждающим нейромедиатором у беспозвоночных. Поэтому можно предположить, что именно она регулирует интенсивность работы паутинных желёз у пауков.

Цель

Выявить влияние глутаминовой кислоты на интенсивность выработки паутинного секрета у пауков (на примере Brachypelma albopilosum).

Задачи

1. Определить максимально допустимую массу глутаминовой кислоты для разового введения, наносящую минимальный вред объекту исследования.

2. Измерить количество паутинного секрета, вырабатываемого пауками в течение семи суток до введения глутаминовой кислоты и через три недели после первого введения.

3. Определить зависимость интенсивности выработки паутинного секрета у пауков от глутаминовой кислоты.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Вибрационный микромотор с фиксированной частотой колебаний 130 ГЦ.

• Металлическая ступка.

• Химические реактивы.

• Лекарственный препарат «Глутаминовая кислота» (в таблетках).

• Инсулиновые шприцы.

• Фотометр «SPECORD 250».

Описание

В качестве объектов исследования были выбраны пауки вида Brachypelma albopilosum, которые могут содержаться в неволе. Нейротоксины, присутствующие в яде данных пауков, не приносят вреда человеку. В работе были использованы 2 особи: пауки, претерпевшие 8 линек. Возраст примерно одинаковый – 1 год и 2 месяца, масса около 30 г. Эксперимент был проведён в соответствии
с нормами, установленными в целях защиты здоровья объекта исследования. Для установления верхней границы допустимой дозировки препарата использовался метод проверки возбудимости центральной нервной системы (ЦНС), основанный на законе длительности действия раздражителя.

Каждый день фиксировалось время рефлекса объекта исследования на раздражитель одинаковой силы – вибрационный микромотор с фиксированной частотой колебаний
130 Гц. На основании полученных результатов был построен график зависимости быстроты реакции на раздражитель от количества введённой глутаминовой кислоты.
Далее были собраны образцы паутинной нити, выработанной пауками за 7 суток до начала проведения эксперимента и за последние 7 суток (с 28-го по 35-й день).

Для определения количества вещества паутинного секрета в образцах была использована методика приготовления коллоидных растворов из паутинной нити в водном растворе бромида лития с молярной концентрацией 6 моль/л при 60 °C. Затем растворы подвергались спектрометрическому анализу на длине волны потока излучения 250–350 нм. Подобный диапазон длины волны был выбран в связи с тем, что в состав фиброина и серицина, составляющих основу паутинного волокна, входят тирозин и фенилаланин, а поглощение ими ультрафиолетовой части спектра наиболее эффективно при длине волны примерно 280 нм. В результате проведённого спектрометрического исследования были получены графики зависимости оптической плотности от длины волны светового излучения, воздействующего на кюветы с растворами.

Автором была создана таблица с результатами исследования и определено отношение оптической плотности раствора, приготовленного из материала, собранного с 1-го по 7-й день наблюдения, к оптической плотности раствора из материала, собранного с 28-го по 35-й день. Таким образом удалось проследить зависимость интенсивности выработки паутинного секрета от дозы применённого глутамата.

Результаты

1. Установлено, что предел оптимальной допустимой дозы глутаминовой кислоты равен 4 мг. Избыточное действие глутаминовой кислоты влечёт за собой повышение возбудимости ЦНС. Полученные результаты представлены в виде графика: на вертикальной оси отмечено количество секунд, на горизонтальной – дни эксперимента. Цвета маркеров обозначают количество введённого препарата.

2. В результате стимуляции глутаминовой кислотой у первой особи количество вырабатываемого паутинного секрета возросло в среднем в 4,7 раза, а у второй особи в 1,5 раза.

3. Разницу между средним отношением оптической плотности раствора, приготовленного из материала, собранного с 1-го по 7-й день наблюдения, к оптической плотности раствора из материала, собранного с 28-го по 35-й день наблюдения, первой особи и второй особи можно объяснить нормой реакции каждой из них.

Выводы

1. Дополнительные дозы глутаминовой кислоты способны стимулировать работу паутинных желёз у Brachypelma albopilosum. При этом количество вырабатываемого секрета увеличивается.

2. Максимально допустимой дозировкой для безопасного введения является 4 мг глутаминовой кислоты для особи массой 30 г.

Перспективы использования результатов работы

Полученные в ходе исследования данные могут быть в дальнейшем использованы в целях создания паучьей фермы, а также полезны в сфере образования.

Сотрудничество с вузом при создании работы

ФГАОУ ВО Первый МГМУ им И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет).

Мнение автора

«В этом году участникам конференции пришлось работать в новом формате. Это, по моему мнению, было непривычно, однако, безусловно, полезно для развития критического мышления.

Конференция “Старт в медицину” дала мне возможность попробовать себя в исследовательской деятельности, что способствовало приобретению незаменимого опыта. Я надеюсь, что смогу ещё поучаствовать в мероприятиях подобного рода и продолжить работу над данным проектом и исследованиями в других направлениях».