Биологический DIY, что-почём? И ТБ

В последние годы особую популярность набирает т.н. DIY — Do It Yourself. На ютубе можно найти массу каналов с подобным контентом от откровенного треша до настоящего искусства (думаю, не стоит называть конкретные имена, вы и сами всё прекрасно понимаете). Но на ютубе практически нет биологического DIY. А как показывает практика офлайн общения, большая масса людей заинтересована именно в том, чтобы попробовать сделать что-либо своими руками.



Автор этого очерка свято верит в кустарей-одиночек и гаражную науку, так что решил попробовать заполнить пробел в данном контенте. Потому, если этот опус, что называется, зайдёт, то периодически в Биореакторе будут публиковаться материалы с практическими рекомендациями по биологическому DIY.

Лирическое отступление

Главный вопрос, который встаёт перед человеком, который хочет попробовать себя в гаражной науке, это цена вопроса. Походив по этим вашим интернетам, интересант впадёт в уныние и ничтожество, поскольку выясняет, что для проведения исследований нужна большая лаборатория с дорогим оборудованием («И вообще, хочешь заниматься наукой – делай это в НИИ!!!111»). Но в действительности всё совсем не так, как на самом деле. И для организации своего маленького НИИ с блэкджеком и кокотками совсем не нужно брать кредит под конский процент.



Строго говоря – стоимость лаборатории будет определяться только тем, каким направлением читатель планирует в ней заниматься. В связи с этим цена может колебаться от нуля (если интересуют исключительно описательные области биологии) до бесконечности (если предметом интереса являются биотехнологии или молекулярная биология). Но мы попробуем найти некую среднюю, приемлемую сумму, а большую часть оборудования попытаемся сделать своими руками или использовать «подножный корм».



Относительно простым, но в тоже время затратным из направлений в биологии, является микробиология. Вот с неё и начнём. Во-первых, это одна из самых интересных областей естествознания, а во-вторых, многие из приборов и материалов, применяемых в исследованиях микробов, можно применять в других областях.

Ну, а теперь к делу

Главным и основным инструментом исследователя-микробиолога является микроскоп. Самое важное в нём при биологическом исследовании – его оптическая часть. Она состоит из окуляра, объективов и осветительного устройства. Подробнее об устройстве микроскопа, выборе, цене и покупки этого инструмента, есть целый отдельный очерк на Хабре от Евгения Лотоша. Поэтому разбирать эту тему подробно мы не будем, тем более что с покупкой микроскопа сейчас проблем нет.

А потому будем считать, что статью Евгения вы прочитали и микроскоп у вас уже есть (кстати, это будет основной графой трат при организации уютненького):


Бинокуляр Swift 350B автора Евгения Лотоша

Что же ещё необходимо для DIY-бактериолога?

Начнём с того, что придётся приобрести. В первую очередь – с т.н. расходников. Самым ходовым предметом в лаборатории будут предметные стёкла. В настоящее время их можно найти не только в специализированных торговых площадках, но и на обычных маркетплейсах.

В зависимости от производителя и количества стёкол цена вопроса – до 1500 рублей:



Следующее, что потребуется – это бактериологические красители для окраски препаратов по Граму. Сюда входят генцианвиолет, фуксин и раствор Люголя. В принципе, сейчас продают уже готовые наборы, но стоят они совершенно отдельных денег, поэтому, по мнению автора, целесообразней приобрести сухие красители и реактивы и приготовлять растворы по мере необходимости (стандартной навески в 20-50 гр. гаражному исследователю хватит до конца жизни. Найти эти реактивы можно на площадках, торгующих химическими товарами. По финалу, стоимость такого набора обойдётся в 1000-1500 родных деревянных.

Для начинающих микробиологов не рекомендуется сразу связываться с карболовым фуксином, а обойтись спиртовым раствором:


Но предположим, что наблюдение не удовлетворяет интерес кустаря-одиночки, и он желает выделить чистую культуру. Для этого понадобятся ещё несколько компонентов. Культивирование как бактерий, так и плесневых грибков осуществляется на твёрдых питательных средах (ТПС) в чашках Петри. В принципе, ТПС можно сделать своими руками, тогда они будут иметь стоимость по цене продуктов, но тут есть два серьёзных препятствия: первое – создать в домашних условиях идеальный состав для культивирования бактерий будет довольно сложно, и второе – это будет отнимать большое количество времени, которого у DIYвайщика, как правило не так много.
Для начала рекомендуется обзавестись двумя типами питательных сред: сухим мясо-пептоным агаром (для бактерий) и агаром Сабуро (для грибов). Стоимость сред зависит от объёма, но в среднем составляет от 1 до 1,5 т.р. :



Теперь по чашкам Петри. Во-первых, чашки Петри различаются по материалу, из которого сделаны. Условно их можно разделить на пластиковые и стеклянные. Во-вторых, по размеру.

Пластиковые чашки несколько дешевле и продаются в индивидуальных стерильных упаковках:



Казалось бы – идеальный вариант, но, как обычно, тут нас поджидает засада – эти чашки одноразовые, т.е. их нельзя стерилизовать по второму кругу. В том случае, если они выдерживают кипячение.

А, как правило, это не так, ибо они необратимо мутнеют и становятся непригодным для повторного использования:



В свою очередь стеклянные чашки можно не только мыть агрессивными растворами, но и повторно стерилизовать. Однако у них есть один значимый недостаток – они бьются, и в некоторых случаях среда с культурой может оказаться на рабочем столе и/или на полу, что, в общем, совсем не хорошо (вопросы ТБ мы ещё обсудим). Так что решать в каждом отдельном случае нужно исследователю. Если это одноразовая «акция», то, пожалуй, оптимальными будут пластиковые ёмкости, в том случае, если это всерьёз и надолго – лучше остановиться на стеклянных.

Второе, чашки Петри различаются по своему диаметру от 50 до 100 мм:


Для культивирования в кустарных условиях наиболее подходят 100 мм чашки.
Но питательную сферу надо на чём-то «варить» и стерилизовать (да и чашки Петри стоит «прогнать» через стерилизацию). Варить среду можно на обычной конфорке, но исследователю стоит помнить, что при приготовлении она обладает довольно специфическим запахом, с которым готовы мириться не все домочадцы («Вали в свой НИИ!!!111»).

Поэтому стоит обзавестись простейшей индивидуальной электроплиткой (от 700 рублей) и не менее индивидуальной ёмкостью для варки (ковшик 300 мл – 300 р.). Итого – 1000:

⠀⠀⠀⠀
⠀⠀⠀⠀

Но среду мало приготовить – её нужно ещё простерилизовать. В профессиональных лабораториях для этого используются автоклавы, но стоят они как чугунный мост, да и расположить автоклав в домашних условиях будет проблематично. Из этой ситуации есть два выхода: микроволновка и скороварка.
Поэтому во избежание конфликтов и сохранения мира в семье, а также для обеспечения безопасности, целесообразно обзавестись собственной небольшой скороваркой. Она вполне справляется с функцией автоклава. Новая, как правило, стоит немалых денег, но тут на помощь любителям гаражной науки приходят площадки с б/у товарами.

Там можно найти советскую скороварку с полным фаршем за приемлемые 700-800 рублей:



В скороварке можно стерилизовать как среды, так и чашки Петри. Однако, опираясь на свой опыт, перед заливкой чашки имеет смысл протереть 70% спиртом или прокипятить в дистиллированной воде (на манер приготовления крышек для закатывания консервов).
Плесневые грибки с удовольствием растут в домашних условиях, для роста бактерий оптимальной температурой является 37℃, т.е. нам необходим термостат. Самый простой термостат на одном китайском сайте стоит 15 000. Но его можно сделать и своими руками примерно за 3000. О чем и будет (если будет), один из следующих рассказов.

Техника безопасности

Строго говоря, именно с этой темы стоило бы начать обсуждение обустройства своей собственной лаборатории с блэкджеком и… всем, чем положено. Но случилось, как случилось. А меж тем, даже на каналах и в группах, посвящённых увлечениям, связанным с разного рода самоделками, такую информацию встретить непросто. Однако именно благодаря соблюдению ряда несложных правил, можно сохранить пару бесценных ресурсов – конкретно – время и здоровье. Так что перед автором стоит не тривиальная задача сформулировать правила ТБ для биологического DIY в виде простых, лапидарных формул.
Первые правила безопасности касаются рабочего места: оно должно быть хорошо освещено, и там не должно быть лишних предметов. Но какие основные опасности могут подстерегать биолога-лабораторщика?

Может показаться, что гаражные учёные этого типа по уровню безопасности догоняют филологов и математиков, оставляя далеко позади историков-экспериментаторов, однако это не так. На тернистом пути познания такого человека поджидают два типа опасностей – общелабораторные и специальные.

Начнём с общелабораторных. На самом деле, таковых всего три:

• Уязвление током
• Ожог огнём
• Изъедение кислотами и щелочами

Пойдём по порядку. Несмотря на то, что в большинстве исследований живых объектов напряжение не превышает 9 В, а сила тока исчисляется миллиамперами (иначе исследуемый объект превратится пепел до завершения эксперимента), без подключения к бытовой сети (220 В, 1,5 А, чего вполне достаточно для личинки учёного) чаще всего не избежать.


Дело в том, что в большинстве случаев в биологических экспериментах применяется вода, и она непременно будет разлита. Обязательно. Без исключений. И, согласно Закону, попадёт именно на розетку или удлинитель, от которого запитан тот или иной прибор.


Если это невозможно (чаще всего так и бывает), то «мокрую» часть опыта необходимо проводить на поддоне. В случае, если электрический прибор запитан от удлинителя, место соединения вилки и розетки нужно приподнимать над уровнем пола. Для этого подходит деревянный брусок или скамейка.

Раз уж мы заговорили о нагревательных приборах, то совершенно очевидно, что следующая опасность, которая ожидают исследователя, – это ожоги:

⠀⠀⠀⠀⠀⠀

Как в профессиональной, так и в любительской лаборатории нагревание производится тремя основными способами: на спиртовке, на газовой горелке и на электрической плитке. Все три способа легко доступны, но в качестве хобби оптимальными будут первый и третий. Газовая горелка Бунзена в гаражных условиях скорее вредна, чем полезна, тем более что едва ли кто-то планирует заниматься стеклодувным искусством.

В спиртовке в качестве горючего топлива, как и следует из названия, применяется этиловый спирт. Она нужна для фиксации микробиологических мазков (профессионалы с лёгкостью используют для этого зажигалки, но, по мнению автора, на предметных стёклах после этого всё-таки остаются частицы копоти).

Электрическая плитка наиболее универсальный «инструмент», поскольку позволяет путём минимальных затрат проапгрейдитить её до уровня песчаной или водяной бани, и, кроме того, отличается большей пожаробезопасностью.Но оба способа нагревания могут привести к ожогам.
Проще и безопасней всего делать это тыльной стороной ладони. Ну и последняя опасность – взаимодействие с химическими реактивами. Для этого пункта, в целом, справедливо утверждение, касающееся электричества – в биологии крайне редко применяются концентрированные растворы. Тем не менее, держать растворы необходимой концентрации – не самая светлая идея, поэтому их периодически придётся делать самим из сухих веществ или насыщенных растворов.

Тут есть целый ряд простых правил:

• Все емкости с растворами должны быть подписаны по следующей форме: название, формула, концентрация и дата приготовления (для растворов);
• Никогда и ни при каких обстоятельствах не наклоняться над горлышком тары;

  
  Колбы, склянки, бутылки. Не имеет значения, ибо наклоняться нельзя
  
• Для того, чтобы узнать запах, направляем пары из тары к себе рукой;

  ⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀
  Не стоит занюхивать прямо из ёмкости, если вы не дурак
  
• Льём кислоту в воду, а не наоборот;
• Кислоту нейтрализуем гидрокарбонатом натрия (пищевой содой), щёлочь – 9% раствором уксусной кислоты;
• Никогда и ни при каких обстоятельствах не пробуем вещества на вкус;
• Никогда и ни при каких условиях не храним реактивы вместе с пищевыми продуктами;
• Никогда и не при каких условиях не используем пищевую посуду для проведения опытов;

На этом с «общелабораторными» опасностями, пожалуй, всё.
Перейдём к специфическим опасностям

Поскольку в начале мы говорили о микробиологии, то с неё и начнём. Как мы помним, нет безопасных микроорганизмов. В ходе беспощадного естественного отбора они приобрели фантастические приспособления для уничтожения ближнего своего.
Отсюда правило – с любыми микроорганизмами необходимо работать, как с бактериями высшего класса патогенности. Все питательные среды с культурами, перед утилизацией должны быть обеззаражены химическим путём (замачивание в растворе гипохлорита натрия «Белизна» на 12–24 часа) или пропущены через автоклав (скороварку).

Ещё одна опасность, с которой может встретиться исследователь-любитель, – аллергическая реакция. Многие из микроорганизмов, особенно это относится к плесеням, обладают высоким аллергенным потенциалом. Поэтому, если эксперимент подразумевает работу с культурой плесневых грибков, необходимо обеспечить себя средствами индивидуальной защиты органов дыхания.

Оптимально проходит респиратор типа М3 (М-три, а не эМ-Зэ):



Любые лабораторные работы следует проводить только в очках (подойдут даже очки с диоптриями), а вот контактным линзам не место в лаборатории. В случае, если что-либо попадет в глаза, оперативно снять линзы и обеспечить промывание достаточным объёмом воды будет проблематично.

Ну и пару слов для тех, кто планирует исследовать животных и растений

В целом, к ним применимы все те же правила, что и к микроорганизмам. Но, кроме этого, любое растение следует рассматривать как ядовитое, а любое животное – как ядовитое и/или потенциальный источник инфекции. Посему, кроме очков и респиратора потребуются дополнительные средства защиты.
Во-первых, его не жалко испачкать/прожечь/обесцветить, а во-вторых – это гарантия, что плесень или бактерии не будут разнесены по всему жилому помещению, в т.ч. и месту принятия пищи.



А вот сейчас, самый сложный и не однозначный вопрос – перчатки. В большинстве случаев, при проведении опытов рекомендуется использовать латексные или нитриловые перчатки. Однако, у автора на этот счёт есть своя точка зрения, полученная как эмпирическим путём, так и от старших коллег – перчатки, чаще всего, приводят к увеличению числа несчастных случаев. Во-первых – перчатки снижают чувствительность (да, да, да без… лучше), поэтому риск получить порез/прокол/ожог – возрастает.

Во-вторых, перчатки внушают ложную безопасность, в результате чего, человек начинает работать менее аккуратно, что, в конечном итоге приводит к большему числу травм, и в-третьих, люди, которые пользуются перчатками, часто «забывают» помыть руки, после работы в лаборатории, что в целом, тоже часто несёт за собой негативные последствия (Альберт Хофман не даст соврать).

Кроме того, это не самое дешёвое удовольствие, а наша задача сделать домашнюю лабораторию по минимальным ценам. Так что надевать перчатки или нет каждый должен сам, однозначно необходимо это только в случае работы с материалом подозрительным в отношении патогенности (впрочем, ещё в начале ХХ века трупы чумных больных иногда вскрывали голыми руками и периодически умирали).

Думаю, излишне писать тут о недопустимости употребления пищи в лаборатории и обязательном мытье рук как до, так и после проведения опыта (да, да, любознательный школьник, это для тебя написано).



Засим, на сегодня всё, а в следующий раз поговорим о том, какие реактивы нужны для домашней лаборатории, где их взять, и вообще, где обустроить себе теплый, ламповый уголок, не привлекая внимания семьи и санитаров.