Урок. Біологічні мутагени. Цитогенетичні наслідки інфекційних і паразитичних захворювань. 

Цілі уроку: ознайомити учнів із основними біологічними мутагенними факторами та їх класифікацією; розвивати навички порівняння й аналізу на основі фактів; виховувати інтерес до біології та проблем збереження життя.

Обладнання й матеріали: рисунки й фотографії із зображенням нормальних і мутантних особин різних видів, таблиця зі схемою класифікації мутагенних факторів.

Базові поняття й терміни: мутагени, фізичні, хімічні й біологічні мутагени.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

 

Дати відповіді на питання:

1. Які види хімічних мутагенів вам відомі?

2. Які ви можете навести приклади різноманітності дії хімічних мутагенів?

3. Які генетичні ефекти хімічних мутагенів на статеві і соматичні клітини?

III. Вивчення нового матеріалу                   Розповідь учителя з елементами бесіди

1.    Біологічні фактори небезпеки.

       Одним із видів мутагенів виступають біологічні речовини - це збудники інфекційних захворювань. До них належать різні види мікроорганізмів - бактерії, віруси, грибки тощо.

а) характерними властивостями цих речовин є:
– висока ефективність зараження людей;
– здатність викликати захворювання у результаті контакту здорової людини із хворою або з певними зараженими предметами;
– наявність певного інкубаційного періоду, тобто з моменту зараження до прояву певного захворювання (від декількох годин до десятків днів);
– певні труднощі з визначенням окремих видів збудників;
– здатність проникати в негерметизовані приміщення, інженерні споруди і заражати в них людей тощо.
б) шляхи потрапляння збудників інфекцій в організм людини можуть бути такими:
– через верхні дихальні шляхи (повітрям);
– через шлунково-кишковий тракт (повітряно-капельним);
– через проникнення у кров (в основному передаються кровоносними паразитами);
– через шкіру;
– через слизові оболонки.
в) основними інфекційними захворюваннями в наш час вважають: чуму, сибірську язву, сап, холеру, лихоманку, віспу, ботулізм, грип тощо.

г) наслідки проникнення інфекції в організм людини:

  Проникаючи у внутрішні органи людини, збудники інфекційних захворювань можуть викликати різні розлади як клінічного, так і анатомічного характеру. Деякі із збудників захворювань можуть спричиняти інфекційні хвороби через харчі (воду, молоко, продукти), вживаючи які, людина хворіє. Поширенню багатьох інфекцій сприяють і комахи, а також недотримання правил особистої гігієни.
     Дуже велика кількість інфекційних захворювань передається через дихальні шляхи. Збудники цих захворювань паразитують на слизових оболонках носа, горла, гортані, тобто на слизових так званих верхніх дихальних шляхах. Під час спілкування хворого із здоровою людиною збудник захворювання передається під час розмови – з носа і рота найдрібніші частки слизу розбризкуються і внаслідок цього відбувається ураження здорової людини. Патогенні мікроорганізми легко проникають у верхні дихальні шляхи здорової людини. Внаслідок цього відбувається поширення епідемій, особливо в місцях скупчення людей. Боротьба з цими захворюваннями ведеться шляхом ізоляції хворих людей, за допомогою правил особистої гігієни та безпеки, а також при використанні різних видів гігієни.
    Під час кров’яних інфекцій, що передаються в момент укусу комахами, необхідно використовувати такі засоби, як ізоляція інфікованих людей, їх лікування, захист неінфікованих людей від укусів комах, знищення збудників інфекційних захворювань тощо.
   Якщо хворий уражений інфекцією зовнішніх покривів, то його необхідно повністю ізолювати, створити замкнене коло передачі інфекцій, зробити родичам та близьким потерпілого в момент ураження певні види щеплення.
2. Загальна характеристика біологічних об’єктів.
Патогенність – здатність живих істот (як правило, мікроорганізмів) викликати захворювання інших організмів.
Отруйні рослини  Близько 700 видів рослин можуть викликати важкі чи смертельні отруєння людей. Токсичною речовиною отруйних рослин є різні сполуки, що належать переважно до алкалоїдів, глюкозидів, кислот, смол, вуглеводнів тощо (див. табл. 1).
За ступенем токсичності рослини поділяють на:
отруйні (біла акація, бузина, конвалія, плющ тощо) ;
сильноотруйні (наперстянка, олеандр тощо);
смертельно отруйні (белена чорна, беладонна, дурман звичайний).

Таблиця 1  Характеристика дії отруйних рослин на організм людини

Назва отруйної рослини	Час початку  дії	Характеристика дії на  організм людини
Белена чорна	Через 30 – 40 хв.	Почервоніння обличчя і шиї, збуджений стан, судоми рук та ніг, галюцинації, слинотеча, а згодом сухість у роті тощо
Цикута	Через 5 хв.	Часте блювання, сильна  слинотеча, запаморочення, блідість шкіри, сильні судоми
Гриби	від 15 хв. до 2 – 3 діб	Нестерпний біль під грудьми, постійне блювання, згущення  крові, судоми, летальні випадки

Отруйні тварини Серед тваринних організмів отруйні форми зустрічаються частіше, ніж у рослинних організмах. Отрути, що виробляються тими чи іншими організмами, є хімічними чинниками, які беруть участь у міжвидових взаємодіях. Приклади використання хімічних речовин для нападу або захисту зустрічаються на всіх етапах еволюційного розвитку. Наведемо приклади деяких небезпечних тварин (див. табл. 2)

Таблиця 2   Характеристика дії отруйних тварин на організм людини

Назва тваринного організму	Дія на організм людини
Павук (тарантул)	Надзвичайно сильні больові відчуття, головний біль, слабкість, порушення свідомості, судоми, тахікардія, підвищення тиску, летальні випадки
Кліщі	Укуси, почервоніння, стан загального отруєння
Комахи (оси, бджоли, мурашки, жуки )	Алергічні реакції, анафілактичний шок, неврози шкіри, запалення, больові відчуття, ле­­­­­­т­­­альні наслідки
Риби (скати, морські дракони, скорпени)	Уколи, слабкість, деколи втрата свідо­­­­­мос­­­­­ті, діарея, судоми, порушення дихання, зни­­­­­­­­­­­­­­­­­­­жен­­­­­­ня тиску, летальні випадки
Рептилії (кобри, змії)	Параліч скелетної й дихальної муску­­­ла­­­­­­ту­­­­­ри, пригнічення функцій ЦНС та дихальної системи, в’я­лість, апатія, гальмування реф­­­­­лексів,  пато­логічний сон, летальні випадки

Патогенні організми.  Особливу небезпеку для здоров’я становлять патогенні організми – збудники хвороб людей, тварин, рослин, а також токсини – продукти життєдіяльності деяких мікробів. Залежно від розмірів, будови та властивостей ці організми поділяються на бактерії, віруси, рикетсії, гриби тощо. Розглянемо характеристику цих представників (див. табл. 3).

Таблиця 3  Характеристика дії патогенних організмів на організм людини

Збудники	Хвороби	Дія на організм людини
Бактерії	Чума	Морозить, підвищується температура, сильний головний біль, втрата свідомості
	Сибірська  виразка	Підвищення температури, специфічні карбункули на шкірі та слизових оболонках, сепсис, смерть
	Холера	Дія на клітини слизової оболонки, втрата води та солей призводить до шоку
	Ботулізм	Зниження температури, нудота, блювота,  в очах двоїться,  порушується  мова та дихання
Віруси	Натуральна віспа	Підвищення температури, сильний Головний  біль, блювота, набухання слизової обо ­лонки очей та ротової порожнини, висип, гнійні пухирці
	Жовта  лихоманка	Підвищення температури, сильний головний біль, болі у м’язах та кістках, у печінці , жовте забарвлення шкіри, кровотеча з носа, блювота, кривавий пронос
Рикетсії	Висипний тиф	Підвищення температури, сильний голов­ний біль, морозить, втрата  свідомості, ли­хоманка
Грибки	Бластомікоз	Ураження шкіри та легень, кісток, внутрішніх органів, мозкових оболонок
	Кокцидіодо мікоз	Нагадує грип, розповсюдження по всьому тілу, сухоти, вражає ЦНС

3. Біологічна зброя
    Біологічна (або бактеріологічна) зброя – це спеціальний вид зброї, зарядженої біологічними засобами, призначений для масового ураження живих організмів (людей, тварин, рослин), а також для пошкодження військових об’єктів. Основу такого виду зброї становлять патогенні організми (бактерії, віруси, грибки, рикетсії) та токсини, що виробляють бактерії.

4. Особливих методів захисту від негативної дії отруйних рослин і тварин не існує. Лише необхідно досконало знати симптоми їх дії, вміти відрізняти їх серед інших і якомога менше з ними “зустрічатися”.
   Одним із найбільш ефективних методів боротьби з інфекційними захворюваннями виступає специфічна профілактика. Вона заснована на створенні штучного імунітету шляхом випереджувальних щеплень. У наш час широкого вжитку набули щеплення проти чуми, туляремії, бруцельозу, туберкульозу, сибірської виразки, стовбняка, дифтерії, черевного тифу, висипного тифу, натуральної віспи, коклюшу тощо. Проти деяких захворювань випереджувальні щеплення провадяться за певним розробленим планом (проти віспи, дифтерії, туберкульозу). Проти інших інфекцій щеплення проводять лише в тих випадках, коли виникає небезпека їх виникнення та поширення.
    Для успішної боротьби з інфекційними захворюваннями, навіть в умовах мирного часу, у багатьох випадках необхідно здійснювати масові щеплення в дуже короткі терміни.
     У наш час існує дуже велика кількість захворювань, збудники яких можуть бути використані ворогом в якості бактеріальних засобів. Зробити щеплення проти всіх цих захворювань неможливо, тому що жодна людина не витримає такої їх кількості. У цих випадках, особливо для встановлення виду використаного збудника, застосовують антибіотики та інші спеціальні препарати. Вони забезпечують загибель вірусу у незахищеному щепленням організмі, а також допомагають організму, якому зроблено щеплення, легше подолати збудники захворювання.  Також для лікування використовуються бактеріофаги та лікувальні сироватки. Бактеріофаги викликають в організмі людини розчинення хвороботворних мікробів та попереджують розвиток хвороби або забезпечують лікувальний ефект. Сироваткам властиве швидке створення в організмі штучної несприйнятливості до того чи іншого інфекційного захворювання.
     Для захисту від проникнення в організм людини використовують такі засоби, як і для захисту від радіоактивних та хімічних отруйних речовин. Ці засоби захисту поділяють на:
– індивідуальні (протигази, захисні маски і засоби захисту шкіри);
– колективні (спеціально обладнані інженерні споруди).
   У комплексі заходів протибіологічного захисту обов’язковою складовою частиною є дезинфекція, дезинсекція і дератизація.
Дезинфекція – це знищення або вилучення хвороботворних мікробів у зовнішньому середовищі. Поряд із дегазацією та дезактивацією, дезинфекція входить у поняття спеціальної обробки різних об’єктів з метою ліквідації наслідків застосування бактеріологічної зброї.
Дезинсекція проводиться для знищення шкідливих для людини комах та кліщів – збудників інфекційних захворювань.
Дератизація проводиться для боротьби з гризунами, що можуть бути джерелом або переносником інфекцій.

4. Різноманітність біологічних мутагенів.  До біологічних мутагенів відносять віруси і токсини ряду організмів, особливо цвілевих грибів. У ряді вітчизняних і закордонних лабораторій було встановлено велику кількість хромосомних аберацій у культурах мікроорганізмів та клітин тварин і людини, які були вражені вірусами. Виявилось також, що віруси викликають у евкаріотичних організмів. При цьому мутагенну дію мають не тільки патогенні для даного організму віруси. Так, у дрозофіли отримали ряд мутацій дією вірусу лейкозу мишей. Причина  цього явища, мабуть, криється у здатності вірусів вбудовуватися в геном і викликати глибокі зміни метаболізму клітини. Таким чином, роль вірусів у природі полягає у тому, що вони є не тільки збудниками багатьох хвороб рослин, тварин і людини, але і причиною багатьох спонтанних мутацій.

5. Тератогенні вірусні інфекції: вірус краснухи є найбільш сильним тератогенним вірусом, тобто він служить причиною великої кількості вроджених дефектів.

Трансплацентарне інфікування плоду вірусом під час першого триместру вагітності, коли плід розвивається найбільше активно, приводить до розвитку великої кількості вроджених аномалій. Найбільш виражений ризик (близько 70%) у перші 8 тижнів вагітності. Вірус краснухи порушує синтез білків у тканинних культурах. Синдром краснухи поєднує тріаду уроджених аномалій: пороки серця, глухоту і катаракту, що дуже часто спостерігаються в хворих дітей. Також були описані випадки мікроцефалії, розумовій відсталості і мікрофтальмії. Ризик інфікування плоду вірусом краснухи різко знизився в результаті імунізації проти цієї інфекції.

   Тератогенний ефект інших вірусних інфекцій дискутується. Маються повідомлення про тератогенну дію вірусів грипу,паротиту (свинки) і вітряної віспи.

   Тератогенну дію мають найпростіші із класу споровиків – токсоплазма гонді. Якщо мати хвора на токсоплазмоз, то через плаценту токсоплазми можуть потрапити у зародок і викликати ураження мозку і очей.

 

           Повідомлення учнів (опереджувальне завдання)

№1. Захворювання, які викликаються живими організмами

Демодекоз - захворювання людини, збудник кліщ - залізниця вугрева. Пошкоджуються сальні залози і волосяні мішечки обличчя, шиї, тулуба. Спостерігається поява вугрів, висипів, запалення шкіри.

Короста - інвазійне заразне захворювання людини, збудником якого є

коростяний кліщ. Пошкоджує роговий шар епідермісу певних ділянок шкіри

(міжпальцеві, пахові…). Супроводжується свербінням, пухирцями на шкірі, папули, везикули, запалення шкіри

Ріккетсіози - трансмісивні захворювання, які викликаються ріккетсіями

(облігатними внутрішньоклітинними паразитами). Переносниками є іксодові і інші кліщі:

- кліщеві плямисті лихоманки (плямиста лихоманка Скельних гір) - при

захворюванні пошкоджуються стінки кровоносних судин з утворенням некротичних ділянок. Висока температура, шкірні і внутрішні крововиливи;

- пневмотропні ріккетсіози (Q-лихоманки) - при захворюванні проявляється

висока температура, сильні головні болі, болі у суглобах, у м’язах, пневмонія.

Туляремія - інфекційне захворювання, яке викликає бактерія Francisella

tularensis передається людині від хворих тварин, трансмісивно (переносники - кровосисні комахи: іксодові і аргазові кліщі, воші, двокрилі) або перорально. Для Т. характерна лихоманка, пошкодження лімфовузлів, шкіри, легень, серцево-судинної системи. Виділяють форми: бубонна, шкірна, легенева, кишкова.

Тайговий енцефаліт - весняно-літній кліщовий енцефаліт - гостре інфекційне захворювання, яке викликається вірусом. Резервуаром віруса в природі є дикі тварини: гризуни, їжаки, білки … Переносниками - іксодові кліщі. При захворюванні вражається нервова система, спостерігається лихоманка, головні болі, нудота, паралічі, приступи.

Бруцельоз - гостре інфекційне захворювання тварин, яке викликається

мікробами бруцелами. Переносником цього захворювання можуть бути кліщі.

Сибірська виразка - інфекційне захворювання, збудником якого є бактерія

Bacillus anthracis. Проявляється лихоманка, утворення карбункулів, іноді,

пошкодження легень і кишечнику.

Тиф: висипний і поворотній тиф - небезпечні інфекції, дуже важкі

захворювання людини. Характеризуються лихоманками з високою температурою, появою висипів на спині, грудях і животі.

Сипний тиф - викликають рікетсії Провачека. Спостерігається порушення

кровообігу, головні болі, страта свідомості. Переносники - блохи, воша платтяна.

Вошивий поворотний тиф - інфекційне захворювання людини збудником якого є спірохети. Переносники - воші, шлях зараження контамінативний, при втиранні збудників в місця розчісувань і при роздавлюванні вошей.

Кліщовий поворотній тиф - інфекційне захворювання, збудник - спірохета.

Переносники - аргазові кліщі. Резервуари: собаки, кішки, гризуни… Характерна лихоманка, приступи з високою температурою, пошкодження дихальної системи і ЦНС.

Міази - захворювання людини і тварин, які викликають личинки деяких мух

(ларвальний паразитизм):

- кишкові міази - захворювання, які виникають при випадковому проковтуванні личинок мух з їжею. У осіб з низькою кислотністю шлункового соку личинки залишаються живими і розвиваються. Симптоми: болі в животі, блювота, розлади стулу, подразнення і запалення слизової кишечнику;

- тканинні міази - захворювання, які викликаються личинками деяких мух і

оводів (Н., вольфартової мухи). Личинки поражають тканини і підшкірну клітковину, вуха, ніс, ясна, очі і лобні пазухи - розвивається міаз з некрозом і гангренозним процесом. Розповсюджені в південних районах, які розводять худобу.

Чума - гостре інфекційне захворювання, збудником якого є паличка чуми Pasteurella pestis, при якому проявляються запальні процеси в лімфовузлах, легенях і інших органах (форми: бубонна, легенева, кишечна).

 

№2. Живі організми, що спричиняють

тяжкі інфекційні захворювання людиин

Блохи (Aphaniptera) - ряд кровосисних комах з повним метаморфозом.

Ектопаразити ссавців, птахів і людини. Переносники чуми, збудники якої

розповсюджені в природі серед гризунів. При живленні на гризунах (крисах, мишах) Б. заражаються, а живлячись на людині передають йому збудників захворювань: чуми, щурячого висипного тифу.

Воші (Anoplura) - ряд дрібних, вториннобезкрилих комах-ектопаразитів людини і тварин, з неповним метаморфозом. Паразитами людини є: платтяна, головна і лобкова воші. Життєвий цикл В. проходить на людині. Переносять висипний і зворотній тифи.

Вошивість - зараженість людини вошами.

Педикульоз - захворювання людини, яке викликається головною і платтяною вошами.

Двокрилі (Diptera) - ряд Комахи, самі високоорганізовані, представники мають одну пару крил (задні крила - редуковані).

Комарі (Culicidae) - родина Двокрилі. Багато представників - кровососи (самки). Переносники малярії (малярійний комар - анофелес), туляремії, сибірської виразки, багатьох вірусів і філяріозів.

Москіти (рід Phlebotomus) - род. Psychodidae - дрібні комахи довжиною тіла 1,3 - 3,5 мм. Коричневого або жовтуватого забарвлення, тіло покрите дрібними волосками. Укуси викликають сильне свербіння, появу пухирів, підвищення температури. Переносники збудників москітної лихоманки, лейшманіозів.

Мошки (Simuliidae) - родина Двокрилі, довжина 2-4 мм, самки багатьох видів - кровососи птахів і ссавців. Укуси викликають локальні папули, пухлини і загальні реакції: набряки, гіперемію, іноді високу температуру. Переносники онхоцеркозов, механічні переносники туляремії, сибірської виразки.

Мухи - комахи ряду двокрилі. Переносники - сибірської виразки, туляремії,

трипаносом (муха це-це), яєць гельмінтів, цист найпростіших. Деякі викликають міази у людини і тварин.

Оводи - двокрилі з рудиментарними ротовими органами. Личинки паразитують на ссавцях (ларвальний паразитизм).

Ґедзі ( Tabanus ) - родина двокрилі, великі мухи з дуже великими райдужними очима. Механічні переносники інфекційних захворювань, особливо туляремії і сибірської виразки.

Гризуни - представники ряду ссавців. Є природними резервуарами багатьох

природно-осередкових захворювань (лейшманії, збудники чуми і туляремії).

 

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. Які види біологічних мутагенів вам відомі?

2. Які ви можете навести приклади різноманітності дії біологічних мутагенів?

3. Які цитогенетичні наслідки інфекційних і паразитичних захворювань. 

 

Творче запитання. Порівняйте фотографії  і передбачте які мутагени могли спричинити такі мутації.