Роль бактерій і бактеріальні хвороби людини

Бактерії — найдавніші мешканці Землі, і без них неможливе існування жодної екосистеми. Їхня роль у природі надзвичайно різноманітна: від розкладання мертвої органіки до фіксації атмосферного азоту й утворення ґрунту.

Редуценти: гнильні бактерії

Гнильні бактерії разом із грибами виконують роль редуцентів — організмів, що розкладають рештки й виділення інших організмів до неорганічних речовин. Білки вони розщеплюють до амоніаку (амоніфікація), а потім інші бактерії окиснюють амоніак до нітратів. Якби не редуценти, рештки накопичувалися б на поверхні, а ґрунт утратив би родючість, бо елементи не поверталися б у колообіг.

Учасники колообігу речовин

Бактерії забезпечують колообіг Нітрогену (азотфіксація, нітрифікація, денітрифікація — ці процеси ти вже вивчив у попередньому уроці), Карбону й Сульфуру. Вони беруть участь в утворенні гумусу й ґрунтоутворенні. У далекому минулому ціанобактерії накопичили кисень в атмосфері, а залізобактерії сформували поклади залізних руд.

Типи взаємозв’язків бактерій з іншими організмами

Бактерії вступають у різні стосунки з іншими організмами. Розрізняють три основні типи:

Одна й та сама бактерія може бути в різних стосунках залежно від місця перебування. Наприклад, кишкова паличка в кишечнику корисна (мутуалізм), а в сечових шляхах спричиняє запалення (паразитизм). Золотистий стафілокок роками живе на шкірі без шкоди (коменсалізм), але в рані спричиняє нагноєння (паразитизм). Докладніше про типи взаємодій популяцій і форми симбіозу — у курсі «Екологія і біосфера».

Мікрофлора кишечника людини

У кишечнику людини живе величезна кількість бактерій — мікрофлора. Вона синтезує вітаміни K і групи B, допомагає травленню й витісняє хвороботворні бактерії. Тривалий прийом антибіотиків може порушити цей баланс, спричиняючи дисбактеріоз.

Людина здавна використовує бактерії у своїх цілях — від приготування їжі до виробництва ліків. Розгляньмо найважливіші напрями.

Молочнокисле бродіння

Молочнокислі бактерії перетворюють цукри (лактозу) на молочну кислоту. Цей процес лежить в основі виробництва кислого молока, кефіру, йогурту, ряжанки, сметани, сиру й твердих сирів. Квашення капусти й огірків, а також силосування кормів для худоби теж засновані на молочнокислому бродінні: кисле середовище пригнічує гнильні бактерії й консервує продукт. Хімізм цього бродіння ти вивчаєш в уроці «Гліколіз і бродіння».

Біотехнологія

Оцтовокислі бактерії перетворюють етанол на оцтову кислоту — так отримують оцет. За допомогою мікробіологічного синтезу бактерії продукують амінокислоти, вітаміни (наприклад, B₁₂), ферменти й антибіотики. Стрептоміцин отримують зі стрептоміцетів — ґрунтових бактерій. Людський інсулін виробляють генетично модифіковані кишкові палички (методи генної інженерії — у курсі «Мінливість, селекція і біотехнологія»).

Довкілля й сільське господарство

На очисних спорудах стічні води очищають за допомогою активного мулу — спільноти бактерій, що розкладають органічні забруднення. Бактерії беруть участь у розкладанні сировини для отримання біогазу (метан утворюють археї). У сільському господарстві застосовують бактеріальні добрива з бульбочковими бактеріями, які збагачують ґрунт азотом. Для біологічного захисту рослин використовують препарати на основі бацил: їхній токсин убиває гусениць шкідників.

Шкода від бактерій у господарстві

Бактерії можуть завдавати й шкоди: спричиняють гниття й прокисання продуктів, хвороби рослин (бактеріози) і тварин (наприклад, сибірку). Щоб продукти не псувалися, їх охолоджують, сушать, солять, маринують і консервують — ці методи пригнічують ріст бактерій.

Бактерії спричиняють низку небезпечних хвороб людини. Важливо знати їхніх збудників, шляхи зараження й основні симптоми, щоб відрізняти бактеріальні інфекції від вірусних.

Респіраторні бактеріальні хвороби

Стрептококова ангіна — запалення мигдаликів, спричинене переважно стрептококом групи A. Важливо пам’ятати: не кожен тонзиліт бактеріальний, можливі вірусні причини. Скарлатина — теж стрептококова інфекція, що проявляється дрібним висипом і «малиновим» язиком. Дифтерію спричиняє дифтерійна паличка: у зіві утворюються щільні плівки, а токсин уражає серце й нерви. Кашлюк викликає кашлюкова паличка; характерні напади судомного кашлю, особливо в дітей.

Туберкульоз

Збудник туберкульозу — паличка Коха (відкрита Р. Кохом 1882 року). Передається через інфекційний аерозоль у повітрі (повітряно-крапельний шлях). Уражає переважно легені, а також кістки, нирки, лімфовузли. Перебіг тривалий, лікування потребує багатомісячного курсу антибіотиків.

Кишкові інфекції

Зараження відбувається через воду, їжу або брудні руки. Холера (збудник — холерний вібріон) проявляється сильним проносом і блюванням, що призводить до небезпечного зневоднення. Черевний тиф (сальмонела тифу) супроводжується гарячкою й ураженням кишечника. Сальмонельоз (сальмонели) передається через недостатньо проварені яйця й м’ясо птиці. Висипний тиф теж бактеріальний, його збудника передають воші.

Правець і ботулізм

Правець: спори правцевої палички потрапляють із ґрунтом у глибокі забруднені рани. Без кисню бактерії розмножуються, а їхній токсин спричиняє судоми м’язів. Ботулізм: ботулінічна паличка — анаероб, розмножується в герметичних домашніх консервах (гриби, м’ясо, риба). Її токсин уражає нервову систему й спричиняє паралічі. Здуті кришки банок — ознака небезпеки ботулізму, але токсин може бути й у консервах без цієї ознаки. Тому домашні гриби й м’ясо консервують із суворим дотриманням рецептури й стерилізації.

Бактеріальні хвороби можна попередити або вилікувати за допомогою різних методів. Розгляньмо основні заходи профілактики й лікування.

Вакцинація

Вакцинація за календарем щеплень — найефективніший спосіб запобігти багатьом бактеріальним хворобам. АКДП (адсорбована кашлюково-дифтерійно-правцева вакцина) захищає від кашлюку, дифтерії й правця. БЦЖ (бацила Кальметта — Герена) — вакцина від туберкульозу. При глибокій забрудненій рані лікар вирішує про екстрену профілактику правця. Як формується імунітет після вакцинації — у курсі «Людина: системи життєзабезпечення і розмноження».

Пастеризація та стерилізація

Пастеризація (метод, запропонований Л. Пастером у 1860-х роках) — нагрівання за визначених температури й часу, що знижує кількість патогенів у молоці, соках та інших продуктах. Однак пастеризація не знищує спори бактерій, тому пастеризоване молоко треба зберігати в холодильнику. Стерилізація знищує всі мікроорганізми разом зі спорами: її проводять в автоклаві (пара під тиском) або сухим жаром. Звичайне кип’ятіння спор ботулінічної палички не знищує.

Гігієна

Дотримання гігієни запобігає багатьом кишковим інфекціям: миття рук, вживання кип’яченої води, ретельна термічна обробка м’яса, яєць і птиці, правильне домашнє консервування, провітрювання приміщень, санітарний контроль води й харчових підприємств, ізоляція хворих.

Антибіотики

Антибіотики — речовини, що вбивають бактерії або пригнічують їхній ріст. Пеніциліни порушують синтез муреїнової стінки бактерій. Стрептоміцин і тетрациклін порушують роботу рибосом 70S. Перший антибіотик, пеніцилін, отримали з гриба пеніцилу (про це — в уроці «Цвілеві гриби і дріжджі»). На віруси антибіотики не діють.

Антибіотикорезистентність

Бактерії з мутаціями або плазмідами стійкості виживають під дією антибіотика й передають стійкість нащадкам та іншим бактеріям (через кон’югацію). Цьому сприяють непотрібне чи неправильне застосування антибіотиків, прийом антибіотиків «від застуди» (вірусні хвороби антибіотиками не лікують), неконтрольоване використання у тваринництві. Щоб запобігти резистентності, приймай антибіотики лише за призначеною лікарем схемою, не скорочуй і не подовжуй курс самостійно.

Розгляньмо типові завдання НМТ на тему бактерій і бактеріальних хвороб.

Приклад 1. Логічні пари: хвороба → шлях зараження

Установи відповідність між хворобою (1–4) і найімовірнішим шляхом зараження (А–Д).

1 ботулізм, 2 правець, 3 холера, 4 туберкульоз

А домашні консерви в герметичних банках, Б глибока рана, забруднена ґрунтом, В вода, забруднена виділеннями хворих, Г повітряно-крапельний шлях, Д переливання крові (зайве).

Розв’язання: ботулізм (1) — токсин у домашніх консервах → А. Правець (2) — спори з ґрунту потрапляють у глибоку рану → Б. Холера (3) — зараження через воду, забруднену виділеннями хворих → В. Туберкульоз (4) — повітряно-крапельний шлях → Г. Переливання крові (Д) — зайве, бо жодна з цих хвороб так не передається.

Відповідь: 1 → А, 2 → Б, 3 → В, 4 → Г.

Чому інші варіанти неправильні: якщо приписати ботулізм до рани (Б) — помилка: ботулізм найчастіше виникає після вживання домашніх консервів, у яких бактерія розмножилася й утворила токсин; рановий ботулізм можливий, але трапляється рідко, тож найімовірніший шлях — А. Якщо приписати правець до консервів (А) — помилка, бо правець потребує глибокої рани без кисню.

Приклад 2. Вибір однієї відповіді: яка хвороба бактеріальна?

Яка з перелічених хвороб є бактеріальною?

А грип, Б кір, В дифтерія, Г епідемічний паротит.

Розв’язання: грип, кір і епідемічний паротит (свинка) — вірусні хвороби. Дифтерію спричиняє дифтерійна паличка (Corynebacterium diphtheriae) — бактерія.

Відповідь: В (дифтерія).

Чому інші неправильні: грип (А) — вірус грипу; кір (Б) — вірус кору; епідемічний паротит (Г) — вірус паротиту. Усі вони не лікуються антибіотиками.

Приклад 3. Вибір однієї відповіді: тип взаємозв’язку

Який тип взаємозв’язку існує між бульбочковими бактеріями й конюшиною?

А коменсалізм, Б мутуалізм, В паразитизм, Г конкуренція.

Розв’язання: бульбочкові бактерії фіксують атмосферний азот і постачають його рослині, а рослина дає бактеріям органічні речовини. Обидва партнери отримують користь — це мутуалізм.

Відповідь: Б (мутуалізм).

Чому інші неправильні: коменсалізм (А) — користь одному, другому байдуже, а тут обидва мають користь; паразитизм (В) — шкода хазяїну, а рослина не страждає; конкуренція (Г) — обидва змагаються за ресурс, а тут вони співпрацюють.

Приклад 4. Вибір однієї відповіді: два твердження

Оціни правильність тверджень.

I. Пастеризація знищує спори бактерій.

II. Невиправдане застосування антибіотиків сприяє добору стійких бактерій.

А правильне лише I, Б правильне лише II, В обидва правильні, Г обидва неправильні.

Розв’язання: твердження I хибне — пастеризація знижує кількість патогенів, але не знищує спори (для цього потрібна стерилізація). Твердження II правильне — невиправдане застосування антибіотиків створює середовище, в якому виживають і розмножуються стійкі бактерії.

Відповідь: Б (правильне лише II).

Чому інші неправильні: А (лише I) — I хибне; В (обидва правильні) — I хибне; Г (обидва неправильні) — II правильне.

Ось помилки, яких легко припуститися в цій темі.

• Відносять грип, кір чи паротит до бактеріальних хвороб, а дифтерію й кашлюк — до вірусних. Запам’ятай: грип, кір, паротит — вірусні; дифтерія, кашлюк — бактеріальні.

• Вважають усі бактерії шкідливими, забуваючи про редуцентів, азотфіксаторів і мікрофлору кишечника. Більшість бактерій нешкідливі або корисні.

• Вважають, що пастеризація й кип’ятіння знищують спори. Насправді для знищення спор потрібна стерилізація (автоклав, сухий жар).

• П’ють антибіотики від вірусних хвороб або кидають курс, щойно полегшало. Антибіотики не діють на віруси, а передчасне припинення курсу сприяє антибіотикорезистентності.

• Думають, що стійкість до антибіотиків виникає в людини. Насправді стійкими стають бактерії — вони набувають мутацій або плазмід стійкості.

• Плутають мутуалізм (користь обом) і коменсалізм (користь одному, другому байдуже). Приклад мутуалізму: бульбочкові бактерії й бобові. Приклад коменсалізму: бактерії на шкірі людини.

Тема 3.3 програми НМТ з біології вимагає знати бактеріальні хвороби: ангіна, дифтерія, кашлюк, туберкульоз, холера, тиф, скарлатина, ботулізм, сальмонельоз, правець. Також треба встановлювати тип взаємозв’язків бактерій з іншими організмами, обґрунтовувати профілактику бактеріальних хвороб і оцінювати використання бактерій у біотехнологіях.

У демоваріанті НМТ-2026 завдання з основною темою 3.3 немає. Офіційного розподілу тем за формами немає, тож тема може трапитися в таких форматах:

• Вибір однієї відповіді з чотирьох (завдання 1–24, 0 або 1 бал) — наприклад, «яка хвороба бактеріальна?» або «який тип взаємозв’язку?».

• Логічні пари (завдання 25–28, 1–4 → А–Д, одна буква зайва, до 4 балів) — наприклад, «хвороба → шлях зараження чи профілактика».

• «Три групи» (завдання 29–30) — як частина комплексного завдання.

Форми симбіозу й типи взаємодій популяцій програма перевіряє й у темах 5.2 і 5.4. У демо 2026 завдання № 29 («три групи», основна тема 3.5, додаткові 1.2 і 5.2) дає комплексну характеристику рослини разом із її зв’язком зі шкідником.

Стратегія підготовки: розсортуй хвороби з програмного переліку на вірусні й бактеріальні й учи їх зв’язками «хвороба → шлях зараження → профілактика». Для бактеріальних хвороб запам’ятай, які з них запобігаються вакцинацією (АКДП, БЦЖ), а які — гігієною, пастеризацією чи стерилізацією.

• Бактерії — редуценти й учасники колообігу речовин; без них ґрунт утратив би родючість.

• Молочнокислі бактерії дають кисломолочні продукти, квашені овочі й силос; бактерії — основа багатьох біотехнологій (інсулін, антибіотики, амінокислоти, вітаміни).

• Взаємозв’язки: мутуалізм (бульбочкові бактерії й бобові), коменсалізм (бактерії шкіри), паразитизм (хвороботворні бактерії).

• Бактеріальні хвороби програми: стрептококова ангіна, дифтерія, кашлюк, туберкульоз, холера, тиф, скарлатина, ботулізм, сальмонельоз, правець.

• Профілактика: вакцинація (АКДП — кашлюк, дифтерія, правець; БЦЖ — туберкульоз), пастеризація, стерилізація, гігієна, правильне консервування.

• Антибактеріальні антибіотики діють на бактерії, а не віруси; неправильне застосування сприяє добору й поширенню стійкості.