80. Значення бактерій
Матеріал
Урок №80. Значення бактерій
- Пізнання світу природи засобами наукового дослідження.
- Опрацювання, систематизація та представлення інформації природничого змісту.
- Усвідомлення розмаїття і закономірностей природи, ролі природничих наук і техніки в житті людини; відповідальна поведінка для сталого розвитку суспільства.
Мета уроку: ознайомити учнів із роллю бактерій у природі, житті людини та екосистемах, формувати розуміння їх позитивного і негативного впливу, розвивати практичні навички культивування бактерій у контрольованих умовах, виховувати екологічну свідомість та критичне мислення.
Цілі сталого розвитку:
Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:
- Ціль 3: Забезпечення здоров’я та благополуччя.
- Ціль 15: Захист і відновлення екосистем.
Ключові слова: бактерії, мікроорганізми, колообіг речовин, симбіоз, біотехнології, патогенні бактерії, пробіотики, екосистема, здоров’я, мікрофлора, культивування, агар, колонії бактерій.
План уроку:
- Мотивація.
- Теоретичний матеріал.
- Життєва ситуація.
- Завдання з учителем.
- Рефлексія.
- У вільний від відпочинку час.
Очікувані результати для вчителя:
Очікувані результати для учнівства:
Бактерії, такі як Streptococcus pneumoniae, викликають пневмонію, яка, за даними Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ), спричиняє приблизно 3,2 мільйона смертей на рік https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death
Уявіть собі світ, де немає бактерій.
Спочатку, здавалося б, чудово! Ніяких хвороб, ніякого псування продуктів. Але заглибмося.
Перш за все, ми б потонули в горах трупів тварин і рослин.
А як щодо нашого власного тіла? Можливо, гриби давно б перемогли нас у боротьбі за виживання, якби не бактерії, які першими заселили наш організм, створивши складну екосистему, що захищає нас від патогенів.
А як щодо нашого харчування? Молоко, йогурт, сир — ці продукти, які відіграли таку важливу роль у розвитку людства, могли б ніколи не з’явитися. Адже без бактерій не було б ферментації, яка перетворює молоко на ці смачні та корисні продукти.
І навіть молока б не було, бо корови не змогли б перетравлювати траву без допомоги бактерій у їхньому рубці.
Без азотфіксуючих бактерій тофу та соєве молоко могли б ніколи не з’явитися на наших столах, а вегетаріанцям було б проблематично знаходити джерела білка.
Як бактерія, що викликає смертельно небезпечний правець, пов’язана з популярними ін’єкціями для розгладження зморшок?
А як щодо медицини? Ліки, які рятують мільйони життів, вакцини, які навчили нас стримувати поширення небезпечних хвороб, — багато з них виготовляються за допомогою трансгенних бактерій.
Відео
Бактерії — захисники тварин: скільки свиней колись забивали, щоб отримати інсулін для діабетиків, і як це змінилося завдяки бактеріям?
Отже, бактерії — це не просто мікроскопічні істоти, які викликають хвороби.
Вони невід’ємна частина життя на Землі, без якої наш світ був би зовсім іншим.
Сьогодні ми дізнаємося більше про їхнє значення, про їхню роль у природі та в нашому житті.
Бактерії допомагають у боротьбі із пластиком
Відео
Дружня порада вчителю
Згадати про фотосинтез, хімічно неактивний азот повітря, ціну добрив, родючі й бідні ґрунти.
Бактерії відіграють надзвичайно важливу роль у природі та житті людини.
І. Позитивне значення бактерій
1) Бактерії є основою екосистем, забезпечуючи колообіг поживних речовин.
Вони розкладають мертві організми та відходи, повертаючи в ґрунт вуглець, азот і фосфор, що є критично важливими для росту рослин.
Наприклад, бактерії, такі як Rhizobium, живуть у кореневих вузлах бобових культур (горох, квасоля, конюшина) і фіксують атмосферний азот, роблячи його доступним для рослин, що сприяє збагаченню ґрунту.
2) Бактерії використовуються для виробництва ферментованих ними продуктів:
Ферментація у бактерій — це процес, під час якого мікроорганізми (зокрема бактерії) переробляють органічні речовини, такі як цукри, у енергію без використання кисню. Ферментація є анаеробним (безкисневим) процесом і є важливою для багатьох бактерій, які живуть у середовищах з обмеженим доступом до кисню.
Типи ферментації:
- Молочнокисла ферментація: бактерії перетворюють глюкозу на молочну кислоту. Це типова ферментація для лактобактерій, які використовуються у виробництві йогуртів, сиру та квашених овочів.
- Етанолова ферментація: тут бактерії перетворюють глюкозу на етанол (спирт) і вуглекислий газ. Цей процес характерний для деяких видів дріжджів і використовується в виробництві алкоголю.
Ферментація дозволяє бактерії виживати в анаеробних (безкисневих) умовах, наприклад, у шлунку, кишківнику або ґрунті.
Вона також сприяє циклу вуглецю та розкладу органічних матеріалів у природі.
- Молочні продукти (ферментація лактози):
Йогурт — виготовляється за допомогою бактерій Lactobacillus bulgaricus та Streptococcus thermophilus.
Сир — різні види сирів виробляються за допомогою молочнокислих бактерій (Lactococcus, Lactobacillus, Propionibacterium тощо).
Кефір — виготовляється за участі молочнокислих бактерій та дріжджів.
Сметана, кисле молоко — також утворюються завдяки молочнокислим бактеріям. - Кисломолочні напої та продукти:
Айран, мацоні, ряжанка — традиційні напої, отримані шляхом ферментації молока. - Кисломариновані продукти (молочнокисле бродіння):
Квашена капуста, солоні огірки, кімчі — готуються за допомогою молочнокислих бактерій. - Соєві продукти (ферментація):
Соєвий соус, місо, натто — виробляються завдяки бактеріям Bacillus subtilis та різним молочнокислим бактеріям.
- Хліб та випічка:
Закваски для хліба — використовують молочнокислі бактерії, що покращують смак і текстуру. - Напої:
Комбуча (чайний гриб) — ферментується бактеріями та дріжджами.
Квас — утворюється завдяки діяльності молочнокислих бактерій і дріжджів.
- Спиртове бродіння (частково завдяки бактеріям):
Деякі процеси бродіння включають діяльність оцтовокислих бактерій (наприклад, виготовлення оцту).
- Пробіотичні добавки:
Йогурти та капсули із живими бактеріями для підтримки здоров’я кишківника.
- М’ясні продукти (ферментовані):
Салямі, пепероні — деякі види ковбас виробляються за допомогою молочнокислих бактерій, а також Pediococcus spp, Staphylococcus spp.
3) Мікробіом людини, зокрема бактерії в кишечнику, є життєво важливим для здоров’я.
Дослідження свідчать, що в середньому доросла людина має приблизно 0,2 кг мікробної біомаси, переважно в шлунково-кишковому тракті, на шкірі, верхніх дихальних шляхах і статевих органах. Ці бактерії допомагають розщеплювати їжу, роблять поживні речовини доступними, нейтралізують токсини та захищають від інфекцій, перешкоджаючи розмноженню патогенів.
Staphylococcus epidermidis допомагає зберігати баланс мікрофлори шкіри й може запобігати інфекціям.
Lactobacillus і Streptococcus сприяють зниженню ризику розвитку карієсу, змащуючи зуби та утворюючи середовище, що допомагає підтримувати баланс між корисними та шкідливими бактеріями.
4) Бактерії і ліки:
За допомогою бактерій і рекомбінантних бактерій отримують багато ліків:
- Антибіотики:
Стрептоміцин, еритроміцин, тетрациклін — продукуються різними бактеріями, зокрема актиноміцетами (наприклад, Streptomyces).
- Інсулін:
Раніше отримували з підшлункових залоз тварин, але сьогодні виробляють за допомогою генетично модифікованих бактерій (найчастіше Escherichia coli), які містять людський ген інсуліну.
- Гормони та інші білки:
Гормон росту, еритропоетин (для стимуляції вироблення еритроцитів) — також виробляються трансгенними бактеріями. - Вакцини:
Деякі вакцини створюються за допомогою бактерій або очищених бактеріальних компонентів, наприклад, проти дифтерії, правця, кашлюка.
Генетично модифіковані бактерії використовують для виробництва вакцинних білків. - Ферменти для фармацевтики:
Ліки для лікування травних розладів (наприклад, лактаза для людей з несприйняттям лактози).
Протеїнази, ліпази та інші ферменти для спеціалізованих медичних застосувань.
- Вітаміни:
Вітамін B12 та рибофлавін (B2) виробляються бактеріями в промислових умовах.
Бактерії допомогли перетворити науку про ліки на високотехнологічну індустрію, що стоїть в основі економік багатьох країн.
ІІ. Негативне значення бактерій
Бактерії є основною причиною багатьох інфекційних захворювань у людей та тварин.
Вони викликають широкий спектр хвороб, від легких інфекцій до смертельних станів.
| Шлях передачі | Характеристика | Приклади захворювань | Типові збудники | Наявність вакцин |
|---|---|---|---|---|
| Водний і харчовий | Через забруднену воду або їжу | Холера, дизентерія | Vibrio cholerae, Shigella spp. | Так (холера – є; дизентерія – ні) |
| Крапельно-повітряний | Через краплі слизу або аерозолі | Туберкульоз, коклюш | Mycobacterium tuberculosis | Так (БЦЖ для туберкульозу, коклюш – АКДП) |
| Ґрунтовий | Через контакт із забрудненим ґрунтом | Правець, ботулізм | Clostridium tetani | Так (правець – є; ботулізм – ні) |
| Контагіозний | При прямому контакті, зокрема статевим шляхом | Сифіліс, гонорея | Treponema pallidum | Ні (немає для сифілісу чи гонореї) |
| Трансмісивний | Через переносників (комах, кліщів) | Чума, висипний тиф | Yersinia pestis | Так (чума – є, але обмежено; тиф – ні) |
| Вертикальний | Від матері до дитини (вагітність, пологи, годування) | Вроджений сифіліс | Treponema pallidum | Ні (немає вакцини проти сифілісу) |
| Ятрогенний | Через медичні процедури | Стафілококові інфекції | Staphylococcus aureus | Ні (немає ефективної вакцини) |
| Зоонозний | Від тварин до людини | Бруцельоз, лептоспіроз | Brucella spp., Leptospira spp. | Так (бруцельоз – для тварин; лептоспіроз – обмежено) |
| Аерогенний (повітряно-пиловий) | Через вдихання пилу зі збудниками | Сибірка, легіонельоз | Bacillus anthracis | Так (сибірка – є; легіонельоз – ні) |
Бактерії можуть викликати захворювання у популяціях тварин, наприклад, туберкульоз у диких тварин або лептоспіроз у морських ссавців, що може призвести до зменшення чисельності видів.
Хвороби рослин: бактеріальні патогени, такі як Ralstonia solanacearum (викликає бактеріальну в’ялість), вражають важливі культури, як картопля та томати, знижуючи врожайність. Інший приклад — Candidatus Liberibacter asiaticus, який викликає хворобу грейпфрута, що спустошила цитрусову промисловість у деяких регіонах (Bacterial plant diseases).
Антибіотикорезистентність: еволюція бактерій, стійких до антибіотиків, ускладнює лікування інфекцій, що є значною глобальною проблемою. Наприклад, резистентні штами, як MRSA (метицилінрезистентний золотий стафілокок), викликають важкі інфекції, які важко лікувати.
Біотероризм: деякі бактерії, як Bacillus anthracis (сибірка), були використані в біотерористичних атаках, викликаючи масові жертви та страх (https://uk.m.wikipedia.org/wiki/Сибірка).
Псування продуктів (гниття): бактерії, такі як Salmonella та E. coli, можуть забруднювати їжу, викликаючи харчові отруєння та псування продуктів. Це призводить до економічних втрат через зняття продуктів із продажу та медичні витрати.
Економічні втрати: хвороби рослин, спричинені бактеріями, можуть призвести до значних втрат урожаю, що впливає на продовольчу безпеку та доходи фермерів.
Евтрофікація: надмірна діяльність бактерій у розкладанні органічної речовини у водоймах може призвести до нестачі кисню, що шкодить водному життю. Наприклад, бактерії розкладають мертві водорості під час цвітіння, споживаючи кисень і створюючи гіпоксійні зони.
Виробництво парникових газів: деякі бактерії, як метаногенні, виробляють метан в анаеробних умовах, що сприяє зміні клімату.
Встановлення відповідності: бактерії та хвороби
У таблиці подано назви бактерій латинською мовою, зображення або посилання на зображення бактерій та назви хвороб, які вони викликають. Ваше завдання — правильно поєднати ці елементи.
Інструкція:
- Уважно розгляньте таблицю.
- Запишіть номери завдань та відповідності у форматі:
Назва бактерії — Фото — Хвороба.
Таблиця для завдання:
| Номер | Назва бактерії (латинською) | Фото | Хвороба, яку викликає бактерія | Шлях передачі | Де можна заразитися |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Mycobacterium tuberculosis | Фото | ? | ||
| 2 | Streptococcus pyogenes | Фото | ? | ||
| 3 | Escherichia coli | Фото | ? | ||
| 4 | Vibrio cholerae | Фото | ? | ||
| 5 | Clostridium tetani | Фото | ? | ||
| 6 | Yersinia pestis | Фото | ? | ||
| 7 | Borrelia burgdorferi | Фото | ? | ||
| 8 | Neisseria meningitidis | Фото | ? | ||
| 9 | Salmonella enterica | Фото | ? | ||
| 10 | Helicobacter pylori | Фото | ? |
- Чому вакцинація від правця обов’язкова навіть для тих, хто не контактує з іншими людьми?
- Якби ти був лікарем у регіоні з частими випадками черевного тифу, як би ти організував профілактику серед населення?
- Як би ти пояснив людині, яка відмовляється від вакцинації проти пневмококової інфекції, важливість цього щеплення?
- Як виникнення антибіотикорезистентності може вплинути на ефективність вакцинації проти бактеріальних захворювань?
- Як розвиток нових технологій може змінити підхід до створення вакцин проти бактеріальних інфекцій?
- Як би ти пояснив принцип дії вакцини проти дифтерії учням молодшої школи?
- Уяви, що ти працюєш у медичному центрі. Як ти організуєш інформаційну кампанію для профілактики коклюшу серед населення?
- Як можна використовувати інформацію про вакцини для створення освітнього відеоролика про боротьбу з бактеріальними інфекціями?
- Якби тобі довелося обрати лише одну вакцину для масової імунізації в надзвичайній ситуації (наприклад, у таборі для біженців), яку б ти вибрав і чому?
Завдання 1
Опишіть, як азотфіксуючі бактерії в бульбочках бобових рослин сприяють родючості ґрунтів.
Поясніть, як ця властивість може бути використана в сівозмінах для зменшення залежності від синтетичних добрив. Обговоріть, як коливання цін на добрива можуть вплинути на вибір фермера між використанням бобових культур і застосуванням добрив.
Завдання 2
Фермер має поле площею 100 гектарів і розглядає дві стратегії на три роки:
Стратегія А: Вирощувати кукурудзу щороку, використовуючи синтетичні азотні добрива.
Стратегія Б: Вирощувати кукурудзу перший рік, сої другий рік, а третій рік знову кукурудзу, використовуючи азот, залишений соєю.
Дано:
Кукурудза потребує 180 кг азоту на гектар щороку.
Соя фіксує достатньо азоту для себе і залишає 60 кг азоту на гектар для наступної культури.
Вартість синтетичного азотного добрива: x доларів за кг азоту.
Витрати на вирощування кукурудзи на гектар (без добрив): 1000 доларів на рік.
Витрати на вирощування сої на гектар (без добрив): 800 доларів на рік.
Врожайність кукурудзи: 10 тонн на гектар на рік.
Ціна кукурудзи: 300 доларів за тонну.
Врожайність сої: 3 тонни на гектар на рік.
Ціна сої: 500 доларів за тонну.
- Обчисліть загальний прибуток для кожної стратегії на три роки.
- Визначте значення x (вартість азотного добрива за кг), при якому прибуток від обох стратегій буде однаковим.
- Обговоріть, як ваші висновки впливають на вибір фермера, враховуючи поточні ціни на добрива (приблизно 1 долар за кг азоту) і практики сталого землеробства.
Завдання 3
Використовуючи таблицю нижче, проаналізуйте, як сівозміни з бобовими можуть зменшити економічні витрати на добрива порівняно з неперервним вирощуванням кукурудзи. Обговоріть, які фактори (клімат, тип ґрунту, ціни на культури) можуть вплинути на ефективність цієї стратегії.
| Система | Витрати на добрива ($/акр) | Додаткові витрати ($/акр) | Приблизний внесок азоту (фунти/акр) | Економічний ефект |
|---|---|---|---|---|
| Неперервна кукурудза | 150 | 300 (інші витрати) | 0 (залежить від добрив) | Вищий чистий дохід, але вищі витрати на добрива |
| Ротація з бобовими | 100 (зменшення на 50 фунтів) | 350 (додаються витрати на бобові, $50) | 50–90 (з бобових) | Потенційні заощадження, але залежить від урожайності |
Завдання 4
Створіть план сівозміни для ферми площею 50 гектарів, яка включає бобові культури (наприклад, соя, горох), з метою максимізації родючості ґрунту та мінімізації витрат на добрива.
Врахуйте роль азотфіксуючих бактерій і поясніть, як ваш план може вплинути на ціну добрив для фермера. Презентуйте свій план у вигляді таблиці або схеми, включаючи очікувані витрати та врожайність.
- Що спільного між препаратами Лантус, Бетаферон та бактеріями?
- Чому бактерії мають значення навіть для тих, хто ніколи не хворів на інфекційні хвороби?
- Чи змогли б ми отримувати йогурт, сир або антибіотики без бактерій, наприклад, додаючи лимонну кислоту?
- Бактерії — це маленькі невтомні прибиральники, які живуть усюди: у ґрунті, у воді, навіть у нас на шкірі. Їхнє завдання — розкладати все мертве й перетворювати його на прості речовини.
Але на Евересті вони наче стають безпорадними. Чому?
- Ви захворіли на ангіну. Лікар призначив антибіотики, але попередив, що вони можуть вплинути на вашу мікрофлору. Що це означає і як діяти?
- Уяви, що бактерії могли б вирішити проблему пластикових відходів у твоєму місті, як би це працювало?
- Дізнатися про одну корисну та одну шкідливу бактерію, записати їхні назви та функції.
- Дослідіть, які бактерії використовуються у вашій кухні (наприклад, у йогуртах чи квашеній капусті).
- Спробуйте знайти інформацію про те, як бактерії використовуються у біотехнологіях для створення ліків?
Урок №80. Значення бактерій
Мета уроку: ознайомити учнів із роллю бактерій у природі, житті людини та екосистемах, формувати розуміння їх позитивного і негативного впливу, розвивати практичні навички культивування бактерій у контрольованих умовах, виховувати екологічну свідомість та критичне мислення.
Цілі сталого розвитку:
Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:
- Ціль 3: Забезпечення здоров’я та благополуччя.
- Ціль 15: Захист і відновлення екосистем.
Ключові слова: бактерії, мікроорганізми, колообіг речовин, симбіоз, біотехнології, патогенні бактерії, пробіотики, екосистема, здоров’я, мікрофлора, культивування, агар, колонії бактерій.
План уроку:
- Мотивація.
- Теоретичний матеріал.
- Життєва ситуація.
- Завдання з учителем.
- Рефлексія.
- У вільний від відпочинку час.
Очікувані результати для учнівства:
Бактерії, такі як Streptococcus pneumoniae, викликають пневмонію, яка, за даними Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ), спричиняє приблизно 3,2 мільйона смертей на рік https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death
Уявіть собі світ, де немає бактерій.
Спочатку, здавалося б, чудово! Ніяких хвороб, ніякого псування продуктів. Але заглибмося.
Перш за все, ми б потонули в горах трупів тварин і рослин.
А як щодо нашого власного тіла? Можливо, гриби давно б перемогли нас у боротьбі за виживання, якби не бактерії, які першими заселили наш організм, створивши складну екосистему, що захищає нас від патогенів.
А як щодо нашого харчування? Молоко, йогурт, сир — ці продукти, які відіграли таку важливу роль у розвитку людства, могли б ніколи не з’явитися. Адже без бактерій не було б ферментації, яка перетворює молоко на ці смачні та корисні продукти.
І навіть молока б не було, бо корови не змогли б перетравлювати траву без допомоги бактерій у їхньому рубці.
Без азотфіксуючих бактерій тофу та соєве молоко могли б ніколи не з’явитися на наших столах, а вегетаріанцям було б проблематично знаходити джерела білка.
Як бактерія, що викликає смертельно небезпечний правець, пов’язана з популярними ін’єкціями для розгладження зморшок?
А як щодо медицини? Ліки, які рятують мільйони життів, вакцини, які навчили нас стримувати поширення небезпечних хвороб, — багато з них виготовляються за допомогою трансгенних бактерій.
Відео
Бактерії — захисники тварин: скільки свиней колись забивали, щоб отримати інсулін для діабетиків, і як це змінилося завдяки бактеріям?
Отже, бактерії — це не просто мікроскопічні істоти, які викликають хвороби.
Вони невід’ємна частина життя на Землі, без якої наш світ був би зовсім іншим.
Сьогодні ми дізнаємося більше про їхнє значення, про їхню роль у природі та в нашому житті.
Бактерії допомагають у боротьбі із пластиком
Відео
Бактерії відіграють надзвичайно важливу роль у природі та житті людини.
І. Позитивне значення бактерій
1) Бактерії є основою екосистем, забезпечуючи колообіг поживних речовин.
Вони розкладають мертві організми та відходи, повертаючи в ґрунт вуглець, азот і фосфор, що є критично важливими для росту рослин.
Наприклад, бактерії, такі як Rhizobium, живуть у кореневих вузлах бобових культур (горох, квасоля, конюшина) і фіксують атмосферний азот, роблячи його доступним для рослин, що сприяє збагаченню ґрунту.
2) Бактерії використовуються для виробництва ферментованих ними продуктів:
Ферментація у бактерій — це процес, під час якого мікроорганізми (зокрема бактерії) переробляють органічні речовини, такі як цукри, у енергію без використання кисню. Ферментація є анаеробним (безкисневим) процесом і є важливою для багатьох бактерій, які живуть у середовищах з обмеженим доступом до кисню.
Типи ферментації:
- Молочнокисла ферментація: бактерії перетворюють глюкозу на молочну кислоту. Це типова ферментація для лактобактерій, які використовуються у виробництві йогуртів, сиру та квашених овочів.
- Етанолова ферментація: тут бактерії перетворюють глюкозу на етанол (спирт) і вуглекислий газ. Цей процес характерний для деяких видів дріжджів і використовується в виробництві алкоголю.
Ферментація дозволяє бактерії виживати в анаеробних (безкисневих) умовах, наприклад, у шлунку, кишківнику або ґрунті.
Вона також сприяє циклу вуглецю та розкладу органічних матеріалів у природі.
- Молочні продукти (ферментація лактози):
Йогурт — виготовляється за допомогою бактерій Lactobacillus bulgaricus та Streptococcus thermophilus.
Сир — різні види сирів виробляються за допомогою молочнокислих бактерій (Lactococcus, Lactobacillus, Propionibacterium тощо).
Кефір — виготовляється за участі молочнокислих бактерій та дріжджів.
Сметана, кисле молоко — також утворюються завдяки молочнокислим бактеріям. - Кисломолочні напої та продукти:
Айран, мацоні, ряжанка — традиційні напої, отримані шляхом ферментації молока. - Кисломариновані продукти (молочнокисле бродіння):
Квашена капуста, солоні огірки, кімчі — готуються за допомогою молочнокислих бактерій. - Соєві продукти (ферментація):
Соєвий соус, місо, натто — виробляються завдяки бактеріям Bacillus subtilis та різним молочнокислим бактеріям.
- Хліб та випічка:
Закваски для хліба — використовують молочнокислі бактерії, що покращують смак і текстуру. - Напої:
Комбуча (чайний гриб) — ферментується бактеріями та дріжджами.
Квас — утворюється завдяки діяльності молочнокислих бактерій і дріжджів.
- Спиртове бродіння (частково завдяки бактеріям):
Деякі процеси бродіння включають діяльність оцтовокислих бактерій (наприклад, виготовлення оцту). - Пробіотичні добавки:
Йогурти та капсули із живими бактеріями для підтримки здоров’я кишківника.
- М’ясні продукти (ферментовані):
Салямі, пепероні — деякі види ковбас виробляються за допомогою молочнокислих бактерій, а також Pediococcus spp, Staphylococcus spp.
3) Мікробіом людини, зокрема бактерії в кишечнику, є життєво важливим для здоров’я.
Дослідження свідчать, що в середньому доросла людина має приблизно 0,2 кг мікробної біомаси, переважно в шлунково-кишковому тракті, на шкірі, верхніх дихальних шляхах і статевих органах. Ці бактерії допомагають розщеплювати їжу, роблять поживні речовини доступними, нейтралізують токсини та захищають від інфекцій, перешкоджаючи розмноженню патогенів.
Staphylococcus epidermidis допомагає зберігати баланс мікрофлори шкіри й може запобігати інфекціям.
Lactobacillus і Streptococcus сприяють зниженню ризику розвитку карієсу, змащуючи зуби та утворюючи середовище, що допомагає підтримувати баланс між корисними та шкідливими бактеріями.
4) Бактерії і ліки:
За допомогою бактерій і рекомбінантних бактерій отримують багато ліків:
- Антибіотики:
Стрептоміцин, еритроміцин, тетрациклін — продукуються різними бактеріями, зокрема актиноміцетами (наприклад, Streptomyces).
- Інсулін:
Раніше отримували з підшлункових залоз тварин, але сьогодні виробляють за допомогою генетично модифікованих бактерій (найчастіше Escherichia coli), які містять людський ген інсуліну.
- Гормони та інші білки:
Гормон росту, еритропоетин (для стимуляції вироблення еритроцитів) — також виробляються трансгенними бактеріями. - Вакцини:
Деякі вакцини створюються за допомогою бактерій або очищених бактеріальних компонентів, наприклад, проти дифтерії, правця, кашлюка.
Генетично модифіковані бактерії використовують для виробництва вакцинних білків. - Ферменти для фармацевтики:
Ліки для лікування травних розладів (наприклад, лактаза для людей з несприйняттям лактози).
Протеїнази, ліпази та інші ферменти для спеціалізованих медичних застосувань.
- Вітаміни:
Вітамін B12 та рибофлавін (B2) виробляються бактеріями в промислових умовах.
Бактерії допомогли перетворити науку про ліки на високотехнологічну індустрію, що стоїть в основі економік багатьох країн.
ІІ. Негативне значення бактерій
Бактерії є основною причиною багатьох інфекційних захворювань у людей та тварин.
Вони викликають широкий спектр хвороб, від легких інфекцій до смертельних станів.
| Шлях передачі | Характеристика | Приклади захворювань | Типові збудники | Наявність вакцин |
|---|---|---|---|---|
| Водний і харчовий | Через забруднену воду або їжу | Холера, дизентерія | Vibrio cholerae, Shigella spp. | Так (холера – є; дизентерія – ні) |
| Крапельно-повітряний | Через краплі слизу або аерозолі | Туберкульоз, коклюш | Mycobacterium tuberculosis | Так (БЦЖ для туберкульозу, коклюш – АКДП) |
| Ґрунтовий | Через контакт із забрудненим ґрунтом | Правець, ботулізм | Clostridium tetani | Так (правець – є; ботулізм – ні) |
| Контагіозний | При прямому контакті, зокрема статевим шляхом | Сифіліс, гонорея | Treponema pallidum | Ні (немає для сифілісу чи гонореї) |
| Трансмісивний | Через переносників (комах, кліщів) | Чума, висипний тиф | Yersinia pestis | Так (чума – є, але обмежено; тиф – ні) |
| Вертикальний | Від матері до дитини (вагітність, пологи, годування) | Вроджений сифіліс | Treponema pallidum | Ні (немає вакцини проти сифілісу) |
| Ятрогенний | Через медичні процедури | Стафілококові інфекції | Staphylococcus aureus | Ні (немає ефективної вакцини) |
| Зоонозний | Від тварин до людини | Бруцельоз, лептоспіроз | Brucella spp., Leptospira spp. | Так (бруцельоз – для тварин; лептоспіроз – обмежено) |
| Аерогенний (повітряно-пиловий) | Через вдихання пилу з збудниками | Сибірка, легіонельоз | Bacillus anthracis | Так (сибірка – є; легіонельоз – ні) |
Бактерії можуть викликати захворювання у популяціях тварин, наприклад, туберкульоз у диких тварин або лептоспіроз у морських ссавців, що може призвести до зменшення чисельності видів.
Хвороби рослин: бактеріальні патогени, такі як Ralstonia solanacearum (викликає бактеріальну в’ялість), вражають важливі культури, як картопля та томати, знижуючи врожайність. Інший приклад — Candidatus Liberibacter asiaticus, який викликає хворобу грейпфрута, що спустошила цитрусову промисловість у деяких регіонах (Bacterial plant diseases).
Антибіотикорезистентність: еволюція бактерій, стійких до антибіотиків, ускладнює лікування інфекцій, що є значною глобальною проблемою. Наприклад, резистентні штами, як MRSA (метицилінрезистентний золотий стафілокок), викликають важкі інфекції, які важко лікувати.
Біотероризм: деякі бактерії, як Bacillus anthracis (сибірка), були використані в біотерористичних атаках, викликаючи масові жертви та страх (https://uk.m.wikipedia.org/wiki/Сибірка).
Псування продуктів (гниття): бактерії, такі як Salmonella та E. coli, можуть забруднювати їжу, викликаючи харчові отруєння та псування продуктів. Це призводить до економічних втрат через зняття продуктів із продажу та медичні витрати.
Економічні втрати: хвороби рослин, спричинені бактеріями, можуть призвести до значних втрат урожаю, що впливає на продовольчу безпеку та доходи фермерів.
Евтрофікація: надмірна діяльність бактерій у розкладанні органічної речовини у водоймах може призвести до нестачі кисню, що шкодить водному життю. Наприклад, бактерії розкладають мертві водорості під час цвітіння, споживаючи кисень і створюючи гіпоксійні зони.
Виробництво парникових газів: деякі бактерії, як метаногенні, виробляють метан в анаеробних умовах, що сприяє зміні клімату.
Встановлення відповідності: Бактерії та хвороби
У таблиці подано назви бактерій латинською мовою, зображення або посилання на зображення бактерій та назви хвороб, які вони викликають. Ваше завдання — правильно поєднати ці елементи.
Інструкція:
- Уважно розгляньте таблицю.
- Запишіть номери завдань та відповідності у форматі:
Назва бактерії — Фото — Хвороба.
Таблиця для завдання:
| Номер | Назва бактерії (латинською) | Фото | Хвороба, яку викликає бактерія | Шлях передачі | Де можна заразитися |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Mycobacterium tuberculosis | Фото | ? | ||
| 2 | Streptococcus pyogenes | Фото | ? | ||
| 3 | Escherichia coli | Фото | ? | ||
| 4 | Vibrio cholerae | Фото | ? | ||
| 5 | Clostridium tetani | Фото | ? | ||
| 6 | Yersinia pestis | Фото | ? | ||
| 7 | Borrelia burgdorferi | Фото | ? | ||
| 8 | Neisseria meningitidis | Фото | ? | ||
| 9 | Salmonella enterica | Фото | ? | ||
| 10 | Helicobacter pylori | Фото | ? |
- Чому вакцинація від правця обов’язкова навіть для тих, хто не контактує з іншими людьми?
- Якби ти був лікарем у регіоні з частими випадками черевного тифу, як би ти організував профілактику серед населення?
- Як би ти пояснив людині, яка відмовляється від вакцинації проти пневмококової інфекції, важливість цього щеплення?
- Як виникнення антибіотикорезистентності може вплинути на ефективність вакцинації проти бактеріальних захворювань?
- Як розвиток нових технологій може змінити підхід до створення вакцин проти бактеріальних інфекцій?
- Як би ти пояснив принцип дії вакцини проти дифтерії учням молодшої школи?
- Уяви, що ти працюєш у медичному центрі. Як ти організуєш інформаційну кампанію для профілактики коклюшу серед населення?
- Як можна використовувати інформацію про вакцини для створення освітнього відеоролика про боротьбу з бактеріальними інфекціями?
- Якби тобі довелося обрати лише одну вакцину для масової імунізації в надзвичайній ситуації (наприклад, у таборі для біженців), яку б ти вибрав і чому?
ЗЗавдання 1
Опишіть, як азотфіксуючі бактерії в бульбочках бобових рослин сприяють родючості ґрунтів.
Поясніть, як ця властивість може бути використана в сівозмінах для зменшення залежності від синтетичних добрив. Обговоріть, як коливання цін на добрива можуть вплинути на вибір фермера між використанням бобових культур і застосуванням добрив.
Завдання 2
Фермер має поле площею 100 гектарів і розглядає дві стратегії на три роки:
Стратегія А: Вирощувати кукурудзу щороку, використовуючи синтетичні азотні добрива.
Стратегія Б: Вирощувати кукурудзу перший рік, сої другий рік, а третій рік знову кукурудзу, використовуючи азот, залишений соєю.
Дано:
Кукурудза потребує 180 кг азоту на гектар щороку.
Соя фіксує достатньо азоту для себе і залишає 60 кг азоту на гектар для наступної культури.
Вартість синтетичного азотного добрива: x доларів за кг азоту.
Витрати на вирощування кукурудзи на гектар (без добрив): 1000 доларів на рік.
Витрати на вирощування сої на гектар (без добрив): 800 доларів на рік.
Врожайність кукурудзи: 10 тонн на гектар на рік.
Ціна кукурудзи: 300 доларів за тонну.
Врожайність сої: 3 тонни на гектар на рік.
Ціна сої: 500 доларів за тонну.
- Обчисліть загальний прибуток для кожної стратегії на три роки.
- Визначте значення x (вартість азотного добрива за кг), при якому прибуток від обох стратегій буде однаковим.
- Обговоріть, як ваші висновки впливають на вибір фермера, враховуючи поточні ціни на добрива (приблизно 1 долар за кг азоту) і практики сталого землеробства.
Завдання 3
Використовуючи таблицю нижче, проаналізуйте, як сівозміни з бобовими можуть зменшити економічні витрати на добрива порівняно з неперервним вирощуванням кукурудзи. Обговоріть, які фактори (клімат, тип ґрунту, ціни на культури) можуть вплинути на ефективність цієї стратегії.
| Система | Витрати на добрива ($/акр) | Додаткові витрати ($/акр) | Приблизний внесок азоту (фунти/акр) | Економічний ефект |
|---|---|---|---|---|
| Неперервна кукурудза | 150 | 300 (інші витрати) | 0 (залежить від добрив) | Вищий чистий дохід, але вищі витрати на добрива |
| Ротація з бобовими | 100 (зменшення на 50 фунтів) | 350 (додаються витрати на бобові, $50) | 50–90 (з бобових) | Потенційні заощадження, але залежить від урожайності |
Завдання 4
Створіть план сівозміни для ферми площею 50 гектарів, яка включає бобові культури (наприклад, соя, горох), з метою максимізації родючості ґрунту та мінімізації витрат на добрива.
Врахуйте роль азотфіксуючих бактерій і поясніть, як ваш план може вплинути на ціну добрив для фермера. Презентуйте свій план у вигляді таблиці або схеми, включаючи очікувані витрати та врожайність.
- Що спільного між препаратами Лантус, Бетаферон та бактеріями?
- Чому бактерії мають значення навіть для тих, хто ніколи не хворів на інфекційні хвороби?
- Чи змогли б ми отримувати йогурт, сир або антибіотики без бактерій, наприклад, додаючи лимонну кислоту?
- Бактерії — це маленькі невтомні прибиральники, які живуть усюди: у ґрунті, у воді, навіть у нас на шкірі. Їхнє завдання — розкладати все мертве й перетворювати його на прості речовини.
Але на Евересті вони наче стають безпорадними. Чому?
- Ви захворіли на ангіну. Лікар призначив антибіотики, але попередив, що вони можуть вплинути на вашу мікрофлору. Що це означає і як діяти?
- Уяви, що бактерії могли б вирішити проблему пластикових відходів у твоєму місті, як би це працювало?
- Дізнатися про одну корисну та одну шкідливу бактерію, записати їхні назви та функції.
- Дослідіть, які бактерії використовуються у вашій кухні (наприклад, у йогуртах чи квашеній капусті).
- Спробуйте знайти інформацію про те, як бактерії використовуються у біотехнологіях для створення ліків?
Ділись та обговорюй важливе