Bài giảng vi sinh vật đại cương TS nguyễn thị tuyết lê

9/11/2017 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP ViỆT NAM KHOA CHĂN NUÔI VÀ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Vi sinh vật đại cương Giáo viên: TS Nguyễn Thị Tuyết Lê Bộ môn: Dinh dưỡng & Thức ăn Tel 0912 563 942 Email: tuyetle.hua@gmail.com Nội dung môn học: Tài liệu tham khảo Giáo trình chính: - Vi sinh vật học Nguyễn Khắc Tuấn, NXBNN 1996 - Vi sinh vật đại cương Nguyễn Như Thanh, Nguyễn Đường, Nguyễn Khắc Tuấn, Nguyễn Thị Bích Lộc, Nguyễn Bá Hiên NXBNN 2004 Giáo trình tham khảo: - Vi sinh vật học Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty, NXB Giáo dục (1997) Website: https://sites.google.com/site/tuyetlenguyenthi/  Chương I MỞ ĐẦU  Chương II Đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh sản VSV  Chương III Sinh lý học vi sinh vật  Chương IV Ảnh hưởng yếu tố ngoại cảnh đến vsv  Chương V Di truyền vi sinh vật  Chương VI Sự phân bố vi sinh vật tự nhiên Chương I MỞ ĐẦU Giáo trình 1.1 Khái niệm  Vi sinh vật thuật ngữ miêu tả nhóm sinh vật có kích thước nhỏ bé, quan sát sử dụng kính hiển vi Vi khuẩn Virus Vi sinh vật Xạ khuẩn Tảo Nấm Protozoa 9/11/2017 4.2 Giai đoạn phát vi sinh vật 1.2 Phân ngành vi sinh vật học Giai đoạn gắn liền với việc phát minh kính hiển vi Vi sinh vật học môn học nghiên cứu hoạt động sống vi sinh vật • Vi sinh đại cương: Nghiên cứu quy luật chung giới vsv • Các mơn chun ngành: VSV học (nhân) y, VSV học thú y, VSV học thuỷ hải sản, VSV học công nghiệp, VSV học nơng nghiệp, VSV chăn ni…  VSV học ngồi trái đất (Astro-(exo)-microbiology): nghiên cứu tồn vsv trái đất Dựa vào đối tượng nghiên cứu: Vi khuẩn học (Bacterialogy); Nấm học (Mucology); Tảo học (Algology); Virus học (Virology) Robert Hooke (16351703): quan sát tế bào Xuất sách “Hình ảnh vi thể” micrographia Antony van Leeuwenhoek (1632-1723): sử dụng thấu kính phóng đại, quan sát vsv (protozoa, tảo, số vi khuẩn) => Người quan sát vi sinh vật 10 1.3 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.3.1 Giai đoạn trước phát vi sinh vật: - Tín ngưỡng ngự trị - Thuyết Tự sinh (Spontaneous Generation): sống bắt nguồn từ vật thể khơng sống - Ứng dụng VSV đời sống: +Nghề nấu rượu xuất cách 4000 năm +2500 năm trước người Ai cập sản xuất bánh mì bia phương pháp lên men +Sách cổ Trung Quốc mô tả phương pháp trồng xen, luân canh họ đậu đất khai hoang Từ 1767 đến 1838 có khoảng 600 loại phát hiện, song miêu tả đơn mặt hình thái, người ta gọi giai đoạn giai đoạn hình thái học Các thí nghiệm VSV học tiến triển chậm, vấn đề tạp nhiễm Carolus Linnaeus (1735): phân loại vsv định danh theo tên giống + tên loài 11 12 9/11/2017 Thí nghiệm chống lại thuyết tự sinh: - 1668 Francesco Redi: thí nghiệm phát sinh giịi thịt để ôi theo thuyết tự sinh  Thí nghiệm chứng minh miếng thịt khơng tự sinh giịi 13 16 a Một số cống hiến quan trọng Louis Pasteur (1822-1895) 1861: Thí nghiệm bình cổ cong Louis Pasteur • 1857: Xác định chất trình lên men nhờ vi sinh vật (lên men rượu nấm men, lên men lactic vk lactic thực hiện) VSV có mặt khơng khí nguyên nhân gây ô nhiễm nước thịt  VSV giống SV khác: có sinh trưởng phát triển di truyền bảo tồn nịi giống ngự Khơng có tự sinh VSV đánh đổ thuyết tự sinh 14 trị nhiều năm 1.3.2 Giai đoạn hình thành mơn học (Kỷ nguyên vàng vsv học 1857-1914) Là giai đoạn bùng nổ nghiên cứu vsv Kéo dài 60 năm (1857-1914)  kỷ nguyên vàng vsv học Nhiều lĩnh vực nghiên cứu vsv học thành lập sở cho ngành vsv học đại Chiến tranh giới I năm 1914 kết thúc kỷ nguyên vàng vsv học  Kỷ nguyên hóa học trị liệu di truyền vi sinh vật bắt đầu 15 • 1857-1859: Trong khơng khí có nhiều vsv sống  gây ô nhiễm dung dịch rượu, sữa, dấm… • 1861: Đánh đổ thuyết tự sinh; Hiệu ứng Pasteur (Pasteur effect) • 1862: Đề Học thuyết mầm bệnh • 1866: Tìm ngun nhân làm chua rượu vang  đề phương pháp khử trùng nhờ nhiệt độ (Pasteurization) 17 • 1873: Tìm vi khuẩn gây bệnh nhiệt thán đề biện pháp khử trùng; Tìm vaccine phịng bệnh (1882) • 1880: Vacxin chống bệnh dịch tả gà • 1881: Vacxin phịng bệnh nhiệt thán • 1883-1885: Nguyên nhân gây bệnh dại vacxin phòng dại Đề học thuyết mầm bệnh (Germ theory of disease): Dịch bệnh gây nhiễm vi sinh vật gây bệnh  Cùng với Robert Koch Ferdinand Cohn, coi ông tổ ngành vsv học 18 9/11/2017 1.3.3 Giai đoạn phát triển VSV học đại  Thế kỷ 20: VSV đạt thành tựu to lớn 19 b Một số cống hiến quang trọng Robert Koch (1843-1910) lĩnh vực: di truyền vsv, sinh học phân tử, liệu pháp kháng sinh, phát triển môi trường phân lập, chọn lọc vsv; virus học… Phân loại vsv có bước tiến lớn: mơ tả hình thái đơn dựa vào đặc điểm trao đổi chất Phân loại lại số loài dựa vào trình tự gen chúng Sự phát kháng sinh liệu pháp kháng sinh Xác định vai trò chất DNAnghiên cứu đột biến kháng kháng sinh vk  Những thành tựu virus học: sử dụng trứng gà để nuôi cấy virus, kỹ thuật ni cấy mơ, chế tạo kính hiển vi điện tử, kỹ thuật chẩn đoán virus, sản xuất vaccine… 22  Năm 1928, Alexander Fleming (1881 - 1955) phát chất kháng sinh penicillin từ nấm Penicillium notatum  1876 - Chứng minh nhiệt thán vk Bacillus anthracis gây  1877- Sáng tạo phương pháp nhuộm màu chụp ảnh tiêu  Năm 1942: Florey Chain: sản xuất Penicillin G quy mô công nghiệp  1881- Phát minh môi trường đặc (môi trường rắn)  1882- Phân lập vk gây bệnh lao Mycobacterium tuberculosis  1883- Phân lập vi khuẩn gây dịch tả Vibrio cholera  1884- Đề định đề Koch 1905 Nobel Prize lĩnh vực Sinh lý Y học cho nghiên cứu bệnh lao  Fleming,H W Florey E B.Chain đạt giải Nobel năm 1945 cho việc phát phương pháp sản xuất penicillin 20 Định đề Koch: chuỗi thí nghiệm xác minh lại Học thuyết mầm bệnh Pasteur  Các bước tiến hành trở thành tiêu chuẩn để xác định mầm bệnh Mầm bệnh phải ln tìm thấy động vật bệnh không ĐV khỏe Mầm bệnh phân lập ĐV bệnh phải nuôi cấy môi trường nhân tạo VSV phân lập phải nguyên nhân gây bệnh ban đầu gây nhiễm cho động vật thí nghiệm Mầm bệnh phải phân lập lại từ động vật thí nghiệm Hạn chế? 21 23 1.3.4.Vi sinh vật học kỷ 21  Thách thức mới: bùng nổ nhiều bệnh truyền nhiễm đe dọa sức khỏe cộng đồng: • 2001- khủng bố Anthrax USA ; 2003-SARS epidemic; • 2004- 2014 Salmonellosis Mỹ (756 ca nhiễm Salmonella từ cà chua); Cúm gia cầm H5N1 Trung quốc, Indonesia…; Cúm lợn H1N1 Mexico, Đức, Úc, Mỹ, Ai cập…; Dịch tả châu phi (Cameroon, Haiti…); E coli type O104:H4 outbreak Đức, Pháp Tây ban nha ; Ebola outbreak Ugandans, Guinea, Liberia… • 3/5/2013: Trung Quốc xác nhận >300 ca nhiễm cúm, 37 ca chết chủng virus gây H7N9 • 5/2/2014: chủng virus cúm H10N8 bệnh nhân Trung quốc  Sự phát triển công nghệ mới: Công nghệ thông tin (tin y, tin sinh…), kỹ thuật hình ảnh (novel imaging techniques), hệ gen học (genomics), proteomics, nanotechnology, rapid DNA sequencing…  giúp cho nhà khoa học tiếp cận lĩnh vực chưa khám phá 24 9/11/2017 1.4 VỊ TRÍ CỦA VSV TRONG TỰ NHIÊN ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VSV Carolus Linnaeus (1707 -1778 Kích thước nhỏ bé : micromet (1μ= 1/103mm hay 1/106m) hay nanomet virus (1nm=1/106mm hay 1/109m) Sinh trưởng, phát triển vơ nhanh chóng: TB nấm men sau 24 lên men khoảng 109 tế bào Hấp thu chuyển hóa nhanh: tốc độ tổng hợp protein nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương gấp 100 000 lần so với trâu bị Khả thích nghi biến dị cao Chủng loại đa dạng, phân bố rộng rãi tự nhiên Là sinh vật xuất trái đất 25 28 1.5 VAI TRÒ CỦA VSV TRONG TỰ NHIÊN VÀ ĐỜI SỐNG Vi sinh vật sinh giới thuộc giới nào? Tóm tắt hệ thống phân loại vi sinh vật Vai trị có lợi:  Trong tự nhiên  Trong công nghiệp, chế biến thực phẩm  VSV có vai trị quan trong sx lượng sinh học  Trong y học  Trong nông nghiệp: Chăn ni? Thú y? ???? Vai trị có hại: Vi sinh vật có hại thường gây bệnh cho người, cho gia súc, gia cầm, tôm cá trồng  ???? 26 29 Ơn tập chương I • Thí nghiệm bình cổ cong L Pasteur  giải thích thí nghiệm đánh đổ thuyết Tự sinh • Những đóng góp bật L Pasteur Robert Koch • Đặc điểm chung vi sinh vật • Vai trị vi sinh vật tự nhiên đời sống 27 30 Nội dung chương Chương II ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI - CẤU TẠO – SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT 2.1 NHÓM NHÂN SƠ - Là vsv đơn bào, nhân chưa hoàn chỉnh, sinh sản theo phương pháp trực phân Thuộc nhóm nhân sơ Prokaryot Các nhóm hình thái chính: - Hình cầu (cocci) - Hình gậy, que (bacilli) - Hình xoắn (spirilli)  Các nhóm vi khuẩn khác phân biệt dựa số tiêu chí sau: - Hình thái, cách thức xếp ; Tính chất bắt màu nhuộm - Nhu cầu dinh dưỡng; Đặc tính sinh hóa - Nguồn lượng sử dụng - Cầu trực khuẩn - Dấu phẩy Đọc thêm: Có vi khuẩn hình vng (Square bacteria) hay khơng? • • • Phân lập hồ muối gần biển Đỏ vào năm 1980  Số lượng đông đảonguyên nhân gây màu đỏ hồ Cấu tạo tế bào vi khuẩn khác thích khắc nghiệt (extremophile) thích ứng để sống nước muối bão hịa Thuộc nhóm Archaea (cổ khuẩn) 2.1.1.1 Hình thái, kích thước vi khuẩn 2.1.1 VI KHUẨN - 2.1 Đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh sản vai trị nhóm nhân sơ Prokaryot: - Vi khuẩn - Vi khuẩn lam - Xạ khuẩn 2.2 Đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh sản vai trị nhóm nhân thật Eukaryot: - Nấm men - Nấm mốc - Vi tảo 2.3 Đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh sản, vai trị Virus (khơng có cấu tạo tế bào) a Cầu khuẩn (cocci) • Hình cầu dạng cầu, kích thước từ 0,51m • Tuỳ theo vị trí mặt phẳng cắt đặc tính rời dính sau phân cắt mà tạo thành giống khác nhau: b Trực khuẩn (Bacilli)  Là nhóm vi khuẩn hình que, hình gậy, kích thước từ 0,5-1 x 1-4 m Các dạng trực khuẩn: c Xoắn khuẩn Một số giống điển hình: Bacillus (Bac): Gram dương, hiếu khí/yếm khí tuỳ tiện, sinh nha bào có kích thước nhỏ tế bào sinh dưỡng (trực khuẩn nhiệt thán Bac.anthracis) Là nhóm vi khuẩn có từ hai vịng xoắn trở lên, kích thước 0,5-3 m x 5-40 m, nhuộm màu Gram âm Khó bắt màu nhuộm Gram thường dùng phương pháp Fantana-Tribondeau hay Warthin-Starry silver stain – Brachyspira, Leptospira Bacterium (Bact): Gram âm, sống hiếu khí tuỳ tiện, khơng có nha bào, thường có lơng (trực khuẩn đường ruột E coli, Salmonella, Shigella…) Clostridium (Cl): Gram dương, sống kị khí tuyệt đối, có nha bào nha bào có kích thước lớn kích thước TB  biến đổi hình dạng TB (hình thoi, hình dùi trống, hình vợt ) Đại diện: Clostridium perfringens, Cl botulinium, Cl tetani… Cầu trực khuẩn 2.1.1.2 Cấu tạo tế bào vi khuẩn Là dạng trung gian cầu khuẩn trực khuẩn, kich thước 0,25-2,3m x 0,4-1,5m, số bắt màu hai đầu (vi khuẩn lưỡng cực) –Brucella, Pasteurella…  Cấu tạo chung: - Màng tế bào (Thành/vách -Cell wall, cell membrane) Màng nguyên sinh chất (cytoplasmic membrane) Nguyên sinh chất (cytoplasm) Thể nhân (nucleoid)  Một số nhóm vi khuẩn cịn có số phận cấu tạo đặc biệt khác: Phẩy khuẩn Là nhóm có dạng uốn cong dấu phẩy, lưỡi liềm, có tiêm mao Phần lớn sống hoại sinh số multocidaVibrio cholerae gây bệnh phẩy khuẩn Pasteurella tả Vibrio cholerae 10 11 Giáp mô/Vỏ nhầy (capsule) Nội bào tử (endospore) Lông (Tiên mao-Flagella, khuẩn mao- Pili) 12 a Màng (thành/vách) tế bào Cấu trúc tế bào vi khuẩn  Màng tế bào bọc quanh vi khuẩn; nằm bên màng nguyên sinh chất; chiếm 10-40% trọng lượng khô TB Độ dày màng tế bào vi khuẩn gram âm 10nm, vi khuẩn gram dương 14-18nm  Thành phần cấu tạo màng tế bào vi khuẩn khác vk Gram dương vk Gram âm 13 14  PG chiếm 5-10% trọng lượng khô màng  Lipopolysaccharit (LPS) chiếm 1-50% trọng lượng khô màng Phần lipid LPS nội độc tố vi khuẩn (viêm, sốt, shock)  Protein màng: protein chất (porin protein) protein màng ngoài: vận chuyển  lớp màng: màng màng ngồi Khoảng khơng lớp màng màng ngoài: khoang chu chất 15 16 Thành phần cấu tạo hoá học màng TB Vi khuẩn gram dương Peptidoglycan (hay Murein) chiếm 95% trọng lượng khô màng tế bào Cấu trúc PG gồm thành phần: N-acetyl-glucosamine, N-acetyl-muramic galactosamine axit teichoic gắn với PG hay màng tế bào protein màng: chức vận chuyển Vi khuẩn gram âm: Vai trò màng tế bào: Cấu trúc peptidoglycan Vk Gram âm  Duy trì hình dạng áp suất thẩm thấu tế bào, bảo vệ tế bào khỏi tác động tác nhân có hại  Điều tiết xâm nhập số chất trao đổi chất  Có vai trị quan trọng q trình phân chia tế bào  Có vai trị định khả gây bệnh; Là nòng cốt kháng nguyên thân (Kháng nguyên O)  Quyết định tính chất bắt màu nhuộm Gram Cấu trúc peptidoglycan Vk Gram dương 17 18 Đọc thêm: Một số dạng tế bào khơng có màng (Wall-less forms of Bacteria)  b Màng sinh chất (Màng tế bào chất) - Trong tự nhiên: Vi khuẩn: Mycoplasma; Cổ khuẩn; Thermoplasma  TB dạng L (L-form): Khi vi khuẩn xử lý với (1) enzyme dung giải vách tế bào ví dụ lysozyme (2) với kháng sinh (penicillin) làm ức chế trình tổng hợp peptidoglycan xuất hiện tượng vi khuẩn không vỏ (mất màng TB) Là lớp màng bao bọc khối nguyên sinh chất, kích thước từ 5-10nm Cấu trúc thành phần hoá học: - Cấu tạo gồm 40% phospholipid 60% protein + lớp phospholipid (PL kép): Là phân tử lưỡng cực gồm phần đầu phosphat tích điện, phân cực, ưa nước phần hydrocarbon khơng tích điện, không phân cực, kỵ nước + Các protein: gồm protein cấu trúc enzyme enzyme (vận chuyển, enzyme chuỗi hô hấp tham gia vào tổng hợp số thành phần màng tế bào) Dạng L-form vi khuẩn Bacillus 19 20  • Chức màng sinh chất: Khống chế qua lại chất dinh dưỡng, sản phẩm trao đổi chất • Là nơi sinh tổng hợp lipid màng (bao gồm lipopolysaccharide vk Gram âm) murein (peptidoglycan màng TB) • Là nơi tiến hành q trình phosphoryl hố q trình quang phosphoryl hóa (ở vi khuẩn quang tự dưỡng) • Là nơi tổng hợp nhiều enzyme đặc hiệu, protein chuỗi hơ hấp • Cung cấp lượng cho hoạt động tiên mao 21 c Nguyên sinh chất 22 d Thể nhân (Nucleoid)  Là khối chất dạng keo đồng tế bào non cấu trúc lổn nhổn tế bào già  80% NSC vk cấu tạo từ nước  Thành phần NSC gồm phận: - Cơ chất bào tương: Là chất khơng có cấu trúc, chứa chủ yếu enzyme, nơi thực trình trao đổi chất tế bào - Các quan thể vùi (các hạt dự trữ)  Là sợi ADN kép, xoắn lại khép kín thành hình cầu, hình que, hình tạ hay hình chữ V Vì chưa có màng nhân nên gọi thể nhân (Nucleoid)  Vì nhân vi khuẩn nhiễm sắc thể nên phân chia cách thắt lại cách đơn giản mà khơng có gián phân  Vai trị: Mang thơng tin di truyền vi khuẩn  Một số vk có Plasmid: vật chất mang thơng tin di truyền nằm ngồi NST  Chức năng:  Là nơi diễn trình trao đổi chất TB: • VSV tiết enzyme ngoại bào  thủy phân phân tử lớn thành phân tử nhỏ  vận chuyển qua màng NSC  Tại NSC diễn phản ứng hóa học kiểm soát enzyme nội bào 23 24 e Giáp mô - vỏ nhầy Chức giáp mô:  Độ dày giáp mô khác tùy thuộc vào loài vi khuẩn  Tăng cường bảo vệ tế bào chống lại thực bào tác động nhân tố hoá học  Tăng cường sức gây bệnh số vi trùng Bacillus anthracis, Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae…  Là lớp dịch nhầy mucoid suốt bao quanh phía ngồi số vi khuẩn Chỉ xuất số loài vi khuẩn (nhân thật-một số loại nấm)  Sự xuất giáp mô phụ thuộc vào điều kiện sống  Thành phần hố học: chủ yếu nước (98%) cịn lại polysaccharide gắn vào thành TB qua liên kết hóa trị phân tử phospholipid lipid-A  Ngăn cản thất thoát chất dinh dưỡng tế bào  Giúp vk bám dính bề mặt TB tổ chức (ống thông, TC cấy ghép…)  Đối với ngành chế biến thực phẩm:  Làm tích chất nhầy dụng cụ thiết bị lọc, ống dẫn;  Làm hỏng thực phẩm chế biến (làm sữa dính quánh, dịch đường bị biến nhầy hay bành mỳ bị keo dính) Giáp mơ tế bào Klebsiella pneumoniaeare , nhuộm với India ink (1000x) 25 26 f Nội bào tử (endospore – nha bào)  Bào tử VK thường hình thành điều kiện bất lợi ngoại cảnh (thiếu dinh dưỡng đặc biệt nguồn dinh dưỡng C N; tích tụ chất có hại, biến đổi nhiệt độ, độ pH khơng thích hợp)  Mỗi TB tạo thành bào tử Thường gặp chủ yếu hai giống trực khuẩn Bacillus Clostridium  Hình thái bào tử : trịn, thoi bầu dục…Vị trí: nằm tâm, lệch tâm đầu  Kích thước nhỏ, lớn chiều ngang tế bào Khi kích thước > TB  gây biến dạng TB: hình dùi trống, hình vợt, hình thoi  Cấu trúc nha bào: Gồm nhiều lớp vỏ bao bọc thể nhân, số ribosome, rRNA enzymes 27 28 Vai trò bào tử vi khuẩn:  Giúp VK đề kháng với kháng sinh, chất sát trùng, yếu tố vật lý (phóng xạ, đun sơi, khơ hạn…) hóa chất  VK hình thành bào tử tồn lâu mơi trường: vi khuẩn nhiệt thán  Sự hình thành bào tử vi khuẩn gây nhiều khó khăn cơng tác phịng bệnh bảo quản chế biến thực phẩm  Nha bào bị tiêu diệt nhờ phương pháp Tiệt trùng nước cao áp 121oC/1atm/30 phút 29 30 f Các muối Amonium bậc hệ I e Focmandehit • Là chất khí bền vững nồng độ nhiệt độ cao, độc kích thích mạnh niêm mạc Dung dịch có chứa 37-40% focmaldehyt gọi focmol (focmalin) • Dung dịch focmon có tác dụng khử trùng mạnh focmaldehyt làm bất hoạt số thành phần tế bào (protein, axit nucleic) • Có tác dụng hấu hết vi khuẩn, vi khuẩn sinh bào tử, virus • Sử dụng để khử trùng dụng cụ, chuồng trại, phòng ốc, lò ấp, bảo quản mẫu bệnh phẩm điều chế vaccine Lưu ý: Do độc tính sinh hơi, kích ứng niêm mạc, làm chết biểu mơ, cảm giác, có nguy gây ung thư nên dùng phải đeo găng, trang 25 Có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt làm tăng tính thấm tế bào, gây phá huỷ màng tế bào dẫn đến làm vỡ tế bào, nguyên sinh chất bị biến tính Thành vi khuẩn hấp phụ hóa chất cao, nơi phát sinh tác dụng 99% vi khuẩn bị tiêu diệt, nhiên vi khuẩn co cụm phía phát sinh tính đề kháng Tác dụng sát khuẩn vi khuẩn G+, G- khơng có hiệu virus, bào tử vi khuẩn lao Nhóm có độc tính thấp, khơng ăn mịn, thường sử dụng sát trùng chuồng trại thời điểm khơng có dịch vùng bị dịch đe doạ Các loại thuốc thuộc nhóm Bestaquam, TH4, Bioxide, Pacoma, BKC, BKA (Benzalkonium) 26 4.2.5 Các chất hóa học trị liệu - Là chất tổng hợp phương pháp hoá học dựa cấu trúc tương tự với thành phần quan trọng cho sinh trưởng VSV (coenzyme, protein, axit nucleic)  cạnh tranh chỗ chất phản ứng sinh tổng hợp  hình thành nên hợp chất khơng cần thiết làm cho phản ứng sinh hố TB bị kìm hãm  gây ức chế trình sinh trưởng, phát triển VSV gây bệnh - Ví dụ: Sulfonamide - Sulfonamides chất kháng khuẩn phổ rộng, tổng hợp có cấu trúc tương tự PABA (para aminobenzoic acid) vi khuẩn 27 28 4.3 Ảnh hưởng yếu tố sinh học Sulfonamide PABA thành phần tham gia tổng hợp nên axit folic, tiền chất coenzyme tham gia vào trình tổng hợp purin, axit amin 4.3.1 Mối quan hệ với VSV sinh vật khác Quá trình sinh trưởng vsv cịn phụ thuộc vào có mặt sinh vật khác VSV khơng có mối quan hệ tương hỗ chúng với mà với thực vật động vật Có kiểu quan hệ tương hỗ sau: a Quan hệ cộng sinh (symbiosis): tác dụng hiệp đồng (synergism), đơi bên có lợi (mutualism) b Quan hệ hội sinh (commensalism) c Quan hệ đối kháng (antagonisms) d Quan hệ cạnh tranh (competition) e Quan hệ ký sinh (parasitism) Do hoạt tính cao, Sulfonamides chiếm chỗ PABA  ngăn cản trình tổng hợp axit folic  trình sinh trưởng vi khuẩn bị ức chế 29 30 a Quan hệ cộng sinh (symbiosis): Là mối quan hệ hợp tác hai hay nhiều lồi sinh vật tất lồi có lợi  Mối quan hệ khơng thể tách rời Ví dụ: Cộng sinh tảo + nấm vk lam + nấm tạo thành địa y; cộng sinh vi khuẩn nốt sần rễ họ đậu (chi Rhizobium); cộng sinh vk lam bèo hoa dâu; VSV có lợi đường ruột ĐV (Lactobacillus sp., VSV cỏ…) b Quan hệ hội sinh: Quan hệ lồi sv mà bên có lợi khơng làm ảnh hưởng đến bên Ví dụ: - VSV bình thường đường ruột người động vật (E coli hoại sinh)  không ảnh hưởng tới vật chủ - Thực khuẩn thể ơn hịa kí sinh vi khuẩn E coli  ứng 31 dụng di truyền (chuyển gen) c Quan hệ đối kháng: Nhóm vsv tiêu diệt ức chế nhóm vsv Ví dụ: - xạ khuẩn sản sinh kháng sinh, ức chế phát triển loại VK mẫn cảm với kháng sinh xạ khuẩn tiết - Vi khuẩn lactic lên men đường sản sinh axit lactic làm giảm pH môi trường, đồng thời sinh bacteriocin  ức chế sinh trưởng vi khuẩn gây thối/gây hại d Quan hệ cạnh tranh: xảy nhóm vsv có nguồn dinh dưỡng/mơi trường sống: Ví dụ: Cạnh tranh nhóm VSV có lợi có hại đường ruột người động vật e Quan hệ ký sinh: Vsv sống ăn bám vsv Sự phát triển loài ức chế gây hại cho lồi Ví dụ: -Virus kí sinh TB vật chủ  phá hủy TB vật chủ  gây bệnh 32 b Cơ chế tác động kháng sinh 4.3.2 Tác động kháng sinh/các hoạt chất kháng khuẩn, kháng nấm có nguồn gốc từ VSV a Nguồn gốc - Kháng sinh từ vi khuẩn: Bacitracin (từ Bacillus licheniformis); Polymyxin (từ Bac Polymixa); Tyrothricin (từ Bac brevis) - Kháng sinh từ xạ khuẩn: Streptomycin (từ Streptomyces griceus); Neomycin (từ Strep fradiae); Kanamycin (từ Strep kanamyceticus); Chlortetracycline (từ Strep aureofaciens); Oxytetracycline (từ Act rimosus); Tetracycline (từ Strep aureofaciens, phương pháp khử clo chlortetracycline); Chloramphenicol (từ Streptomyces venezuela xạ khuẩn khác) - Kháng sinh từ nấm mốc: Penicillin : sản phẩm trao đổi chất thứ cấp nấm mốc Penicillium notatum (penixilin G, ampicillin, amoxicillin (amox) Penicillin có hoạt tính mạnh vi khuẩn Gram dương, 33 khơng có tác dụng với vi khuẩn Gram âm 34 Ức chế trình tổng hợp màng/ vách tế bào Các kháng sinh thuộc nhóm tác động màng: Nhóm β-lactam penicillin, ampicillin, amoxicillin, vancomycin… Cơ chế : • Giai đoạn 1: - KS gắn vào thụ thể PBPs (penicillin binding proteins)  phong bế transpeptidase (là enzyme liên kết mạch oligopeptide cấu trúc peptidoglycan thành TB)  ngăn cản trình tổng hợp peptidoglycan - Có - thụ thể PBPs - Những thụ thể khác có lực khác loại thuốc  tác dụng thuốc khác • Giai đoạn 2: Hoạt hóa enzym tự dung giải  ly giải tế bào môi trường đẳng trương 35 36 Ức chế trình tổng hợp màng TB: VD: KS thuộc nhóm beta-Lactam Nhóm β- lactam: penicillin, vancomycin, bacitracin, cephalosporin, cycloserine, rostocetin 37 Ức chế nhiệm vụ màng tế bào 38 Ức chế q trình tổng hợp nucleic acid • Mất toàn vẹn màng tế bào  đại phân tử ion thoát khỏi tế bào  tế bào chết KS thuộc nhóm : • Amphotericin B (thuốc kháng nấm): gắn vào sterol (chủ yếu ergosterol) màng tế bào nấm làm biến đổi tính thấm màng • Nystatin (thuốc kháng nấm): Liên kết với sterol màng tế bào nấm nhạy cảm nên nystatin làm thay đổi tính thấm màng nấm • Imidazole (kháng nấm):C3H4, ức chế trình tổng hợp ergosterol, sterol chủ yếu màng TB nấm làm biến đổi tính thấm màng • Polymyxin (kháng khuẩn gram âm): Gắn vào màng lipopolysaccharide (LPS) VK Gram âmphá hủy màng màng ngồi • Colistin (polymyxin E) 39 Ức chế trình tổng hợp protein • Aminoglycosides: Gắn vào thụ thể tiểu đơn vị 30S  thông tin mRNA bị đọc sai  acid amin không phù hợp  làm vỡ polysomes thành monosomes  khơng có chức tổng hợp protein - Aminoglycosides gồm kháng sinh: amikacin, gentamicin, kanamycin, streptomycin, neomycin… • Tetracyclines: Gắn vào tiểu đơn vị 30S  ngăn chặn amino acid gắn vào chuỗi peptid thành lập • Chloramphenicol: Gắn vào tiểu đơn vị 50S  ức chế peptidyl-transferase  ngăn amino acid gắn vào chuỗi peptid thành lập • Macrolides, Lincomycin: Gắn vào tiểu đơn vị 50S  ngăn cản thành lập phức hợp để tổng hợp chuỗi peptid 41 • Rifampin: tác động đến RNA polymerase tế bào nhân sơ ức chế q trình phiên mã (transcription) • Actinomycin: gắn vào DNA polymerase  ức chế enzyme ngăn tổng hợp RNA (mRNA) • Fluoroquinolones: ức chế enzyme DNA gyrase, enzyme mở xoắn DNA để chuẩn bị cho trình chép phiên mã vi khuẩn • Mitomycin: gắn vào chuỗi DNAngăn chuỗi tách rời  khơng chép Các q trình ngăn cản phân chia trình sinh sản vi khuẩn 40 Ức chế trình trao đổi chất • Sulfonamides: Sulfonamides có cấu trúc tương tự PABA  cạnh tranh  ức chế trình tổng hợp acid folic cản trở phát triển VK • Trimethoprim: ức chế dihydrofolat reductase  ức chế trình tổng hợp tetrahydrofolic acid, tiền chất tổng hợp Thymidine monophosphate (dTMP) ức chế tổng hợp DNA 42 VK c.Tính kháng thuốc vi sinh vật Hiện tượng kháng thuốc vi sinh vật • Ngay sau bắt đầu sử dụng penicillin, số chủng Staphylococcus xác định kháng lại Penicillin Ngày nay, 80% chủng Staphylococcus kháng penicillin • Từ 1940s đến đầu 1950s: streptomycin, chloramphenicol, and tetracycline phát – 1953, chủng Shigella kháng lại kháng sinh sulfanilamides – 1970s: chủng lậu cầu khuẩn Gonorrhea kháng lại kháng sinh • Những năm 1990s: VK kháng lại hầu hết kháng sinh – Hy vọng cuối cùng: Vancomycin, KS mạnh Hiện chủng Enterococci kháng lại Vancomycin • Các chủng lao đa kháng (Multi-drug resistant tuberculosis strains) xuất hiện: 1940s -1950s: loại KS Streptomycin khơng cịn tác dụng điều trị lao 43 Cơ chế hình thành tính kháng thuốc vi sinh vật Q trình hình thành tính kháng thuốc vi sinh vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Nồng độ chất chất kháng sinh - Cách sử dụng (tiêm, uống…) thời gian tác động - Cơ chế tác dụng kháng sinh - Đặc tính vi sinh vật nhiều nhân tố khác Mặc dù có tác động kháng thuốc khác chất kháng sinh chế hình thành tính kháng thuốc qui lại hai chế sau: • Biến đổi máy di truyền vi sinh vật • Nhân tố kháng thuốc (R plasmid) 45 Các chế làm lan truyền tính kháng thuốc • Vấn đề đặt ra: ngun nhân gây nên tính kháng thuốc vi sinh vật? Vì tính kháng thuốc vi sinh vật ngày lan truyền rộng mức độ nặng nề? Vì chủng vi sinh vật kháng lại lúc với nhiều loại kháng sinh? 44 Ở vi khuẩn khơng có nhân tố kháng thuốc R: Các gen đạo việc kháng thuốc nằm nhân tế bào; Sự kháng thuốc chọn lọc tự nhiên (đột biến) truyền tính kháng thuốc cho TB khác đường tiếp hợp có kèm theo truyền nhiễm sắc Ở vi khuẩn có nhân tố kháng thuốc R: Các gen kháng thuốc nằm NST (ở gen R-plasmid ); Sự kháng thuốc khơng phải q trình chọn lọc tự nhiên (đột biến) chúng có sẵn nhân tố kháng thuốc này; Sự truyền tính kháng thuốc cho TB khác đường tiếp hợp, không kèm theo truyền nhiễm sắc thể tế bào; đường truyền ngồi nhân, nhờ nhân tố di truyền tế bào chất - Episome 46  Các phương tiện làm lây lan nhanh tính kháng thuốc vi khuẩn: - Plasmid: thêm vào gen kháng thuốc, plasmid mang gen thúc đẩy trao đổi gen vi khuẩn - Transposon (gen nhảy): gen có khả di chuyển Các transposon có mang gen kháng kháng sinh nhảy từ plasmid đến plasmid khác từ plasmid qua nhiễm sắc thể Một số transposon kháng thuốc tìm thấy vi khuẩn Gram âm mang gen thúc đẩy lây truyền - Các integron vector mang gen kháng kháng sinh, integron chèn vào vị trí định nhiễm sắc thể • Sự lan rộng tính kháng thuốc nhiều lồi vi khuẩn chuyển gen ngang (horizontal gene transfer) gồm chế: - Tải nạp (Transduction), - Biến nạp (transformation) - Tiếp hợp (conjugation) 47 48 Biện pháp đối phó với tính kháng thuốc • Phịng bệnh tốt: để tránh lây nhiễm, lây lan vi trùng gây bệnh có khả kháng thuốc cao vi trùng lao, thương hàn phó thương hàn, vi trùng gây bệnh đường ruột • Tìm kiếm loại kháng sinh nghiên cứu sử dụng phối hợp nhiều loại kháng sinh điều trị • Làm thay đổi chất plasmid ngăn ngừa tái sinh truyền plasmid tế bào • Trong điều trị bệnh: Chỉ sử dụng KS có nhiễm khuẩn - Dùng kháng sinh từ đầu có phổ hẹp Phối hợp KS - Dựa vào kết kháng sinh đồ để lựa chọn kháng sinh cho phù hợp - Xác định bệnh để chọn kháng sinh phù hợp, dùng đủ liều lượng thời gian Chữa dứt bệnh nên dừng thuốc tránh vi khuẩn kháng lại kháng sinh • Hạn chế sử dụng kháng sinh chăn ni • Sử dụng biện pháp thay kháng sinh: chế phẩm sinh học… 49 Câu hỏi ôn tập chương Kháng sinh đồ 50 When antibiotics don’t work!!! Các yếu tố ngoại cảnh có tác động đến trình sinh trưởng vi sinh vật? Ứng dụng thực tiễn đời sống chăn nuôi - thú y? - Cơ chế tác động - Ứng dụng Cho biết chế hình thành tính kháng thuốc VSV? Q trình lây lan tính kháng thuốc VK diễn nào? Biện pháp hạn chế tính kháng thuốc VSV 51 52 5.1 Vật chất di truyền VSV 5.1.1 Vi khuẩn Chương V DI TRUYỀN HỌC VI SINH VẬT Vật chất di truyền (DNA) vi khuẩn DNA genom TB nhân sơ tìm thấy hai dạng cấu trúc: nhiễm sắc thể plasmid a Nhiễm sắc thể • Thể nhân VK NST cấu tạo từ phân tử DNA xoắn kép (gồm hai mạch xoắn), khép kín (khơng có đầu tự do), phân bố tế bào chất • Mỗi tế bào VK có thể nhân • Cấu trúc DNA VK gồm hai chuỗi polymer Mỗi chuỗi cấu tạo từ bốn loại monomer có cấu trúc tổng quát gồm ba thành phần: bazơ nitơ dị vòng (dẫn xuất purine pyrimidine), đường deoxyribose (C5) Acid phosphoric • Ở DNA, có bốn loại nucleotide: adenine (A), thymine (T), guanine (G) cytosine (C) (hay xitơzin) b Plasmid Plasmid b • cấu trúc gồm chuỗi ADN xoắn kép khép vòng tách rời với cấu trúc nhiễm sắc thể tế bào • Kích thước plasmid giao động từ – 400 kilo base pairs (kbp) Số lượng plasmid giao động từ -hàng trăm copy tế bào • Plasmid chứa gen nhóm gen mang ưu chọn lọc tế bào vi khuẩn mang chúng, ví dụ gen kháng kháng sinh Prokaryotic chromosomes Vai trị plasmid • Một số loại plasmid:  Mang gen sx kháng sinh, đồng thời sản sinh gen kháng lại kháng sinh  lây lan tính kháng thuốc cộng đồng  Mang gen liên quan đến chuyển hóa/phân hủy chất thải môi trường  Ở số VK gây bệnh cho người động vật, plasmid chứa số gen sản xuất loại độc tố protein có hoạt tính cao có chức tăng cường độc lực cho vi khuẩn  Nhiều plasmid có lợi ví dụ plasmid có vi khuẩn cố định nốt sần họ đậu, có khả tạo cho vi khuẩn nốt sần thu nhận nitơ khí trời để sản xuất protein  Sử dụng liệu pháp gen: chuyển gen thay gen bệnh điều trị bệnh người  Sử dụng công nghệ tái tổ hợp DNA: vận chuyển thuốc (insulin) - Plasmid kháng thuốc R-plasmid (Resistance plasmid), mang gene có khả kháng lại kháng sinh hay chất độc - Plasmid giới tính (Fertility plasmid): mang gene vận chuyển có vai trị quan trọng q trình tiếp hợp  chuyển gen VK - Col-plasmid: chứa gene mã hóa cho tổng hợp colicin  protein giết chết vi khuẩn khác - Plasmid phân hủy (Degradative plasmid): giúp phân hủy hợp chất hữu chết từ động, thực vật  sử dụng dụng sinh tổng hợp để tạo lượng - Plasmid mang độc tính (Virulence plasmid):giúp cho vi khuẩn có khả gây bệnh Plasmid episome c Episome • Episomes plasmid có khả gắn xen vào DNA nhiễm sắc thể sinh vật chủ • Nhờ khả này, chúng tồn thời gian dài, chép lúc với DNA nhiễm sắc thể tế bào phân chia, trở thành phần máy di truyền tế bào • Episome có trọng lượng phân tử lớn, tối thiểu 62kbp • Virus coi episome • F factor (Fertility factor- F plasmid) tồn dạng: F+, Hfr F primer • Các gen nhảy (transposons)  Mỗi loại virus chứa loại acid nucleic: DNA RNA, chuỗi đơn hay chuỗi kép, dạng sợi thẳng hay dạng vòng  Virus bé khoảng gene lớn khoảng vài trăm gene  Bản chất tượng di truyền ADN ARN có khả tự nhân lên, trình gọi q trình tự chép Sau ADN dùng để làm khn tổng hợp ARN q trình phiên mã  Một số loại virus thông tin di truyền nằm ARN để lắp genom thân vào NST TB, virus phải tổng hợp ADN trung gian từ sợi khuôn ARN Quá trình gọi trình phiên mã ngược, cuối cùng, sinh tổng hợp protein diễn phức hợp bao gồm sợi mARN, ribosome 10 5.1.2 Vật chất di truyền virus 5.1.3 Vật chất di truyền VSV nhân thật  Là acid nucleic DNA, RNA: DNA mang mật mã thông tin di truyền RNA tham gia chuyển hóa mật mã thành protein mà thể tính trạng  Điểm khác biệt lớn VSV nhân thật VSV nhân sơ nhân thật có màng nhân genome thường gồm hai (lưỡng bội) nhiều nhiễm sắc thể (ở thực vật: tam bội, tứ bội, đa bội) cấu tạo từ DNA xoắn kép khơng khép kín (có đầu tự do)  Tuy nhiên nhiều nấm thực vật NST thể đơn bội Thể đơn bội nhiều nấm tồn song song với thể lưỡng bội dạng tế bào song nhân - có hai nhân đơn bội riêng rẽ  Bên cạnh genome nhiễm sắc thể (ở nhân), eukaryote cịn có hệ thống tín hiệu di truyền khác DNA 11 ty thể lạp thể 5.2 Các phương phức vận chuyển thông tin di truyền 5.2.1 Ở vsv nhân thật  Khi thụ tinh, gen đơn bội kết hợp với  hợp tử lưỡng bội Qua trình nguyên phân liên tiếp, hợp tử diễn tái tổ hợp hai gen (hình thành bắt chéo, xảy NST tương đồng tiếp hợp) Trong trình này, NST đứt nối điểm tương ứng  Vì nguyên liệu di truyền trao đổi nhiễm sắc tử với Trao đổi chéo kiện ngẫu nhiên dẫn đến tái tổ hợp di truyền làm nảy sinh hệ gen  Trao đổi chéo xẩy nơi NST Các giao tử chứa tổ hợp gen gọi kiểu tái tổ hợp với giảm phân (phân bào giảm nhiễm) thành gen đơn bội (giao tử) 12 5.2.2 Ở vi khuẩn • Chỉ phần phân tử ADN chuyển từ TB cho sang TB nhận, xuất hợp tử phần • ADN TB nhận phần ADN TB cho ghép đôi trao đổi đoạn Khi phân chia nhân phân bào xuất TB chứa nhiễm sắc thể tái tổ hợp • Tùy theo cách vận chuyển ADN, ta phân biệt ba kiểu vận chuyển tính trạng di truyền vi khuẩn: biến nạp, tải nạp tiếp hợp, sau ADN chuyển, tế bào nhận diễn tái tổ hợp ADN TB cho lắp vào ADN TB nhận (sự tái tổ hợp) 13 14 a Biến nạp (Transformation) • Là vận chuyển ADN hòa tan NST thể từ vk cho sang vk nhận • Khi tế bào vk bị vỡ bị dung giải (lysis), ADN dạng vịng trịn chúng môi trường thành đoạn thẳng với chiều dài khác nhau, có khả gây biến nạp cho tế bào nhận khác • Griffith năm 1928 khám phá biến nạp phế cầu thí nghiệm sau chuột nhắt Thí nghiệm Griffith: Tiêm cho chuột chủng phế cầu khuẩn độc lực S (có giáp mơ) chủng khơng có độc lực dạng R (khơng có giáp mơ) 15  Một số nhân tố gọi “nhân tố biến nạp” truyền từ phế cầu khuẩn dạng S sang PCK dạng R, làm biến đổi TB R thành TB dạng S, có độc lực 17 16 • 1944 O T Avery, McCleod McCarty làm lại thí nghiệm Griffith phát rằng, chuột tiêm vi khuẩn R trộn lẫn với giáp mô vi khuẩn dạng S xử lý chuột chuột khơng chết Nhưng tiêm vk dạng R trộn lẫn với NST vk dạng S chuột chết NST phế cầu khuẩn dạng S nguyên nhân biến nạp giáp mô  Sự biến nạp vi khuẩn liên quan đến truyền phần DNA từ tế bào vk chết (tb chodonor) cho tb vk sống (tb nhận-recipient) Quá trình gọi tái tổ hợp 18 • Điều kiện để có biến nạp: Các giai đoạn trình biến nạp  Vi khuẩn cần chuyển nạp phải tình trạng sinh lý đặc biệt gọi khả nạp (competence)  Sau xâm nhập, phân tử ADN sợi kép bị enzyme endonuclease cắt màng tế bào thành đoạn ngắn sợi đơn vào nguyên sinh chất  Đoạn ADN sợi đơn kết đôi với ADN TB nhận đoạn tương đồng tái tổ hợp; cách ADN biến nạp kết hợp vào NST TB nhận  NST tái tổ hợp phân tử ADN sợi kép TB nhận đoạn ngắn sợi thay đoạn ADN TB cho Ơ vi khuẩn, bình thường không xẩy biến nạp cảm ứng phịng thí nghiệm xẩy biến nạp Ví dụ: vi khuẩn E coli xử lý dung dịch CaCl2 bảo quản lạnh xẩy biến nạp  Kích thước số lượng ADN: tượng chuyển nạp xẩy với đoạn ADN có trọng lượng phân tử vừa phải, từ 105 -107 Mỗi đoạn ADN chuyển nạp tương đương với đoạn 1/200-1/500 hệ gen tế bào cho Có nghĩa phải chia nhỏ chuỗi ADN tế bào cho 200-500, đoạn nhỏ đoạn có khả chuyển nạp  Thành phần môi trường ảnh hưởng đến tần số chuyển nạp Ví dụ có albumin phosphat môi trường làm tăng tần số chuyển nạp, trái lại casein làm giảm tần số chuyển nạp  Nhiệt độ thích hợp 29-32oC 19 20 Các kiểu tải nạp b Tải nạp (Transduction) • Tải nạp vận chuyển ADN từ vi khuẩn vi khuẩn nhận nhờ phage (thực khuẩn thể) • Thí nghiệm Zinder Lenderberg chứng minh phage nhân tố chuyển gen Tải nạp chung hay tải nạp không đặc hiệu • Xảy phage tải nạp mang gen từ VK cho chuyển sang cho VK nhận Tải nạp đặc hiệu • Đó tải nạp mà phage có khả tải nạp tính trạng di truyền, ADN phage tải nạp kết hợp với đoạn xác định hệ gen vi khuẩn • Ví dụ: phage λ E coili K12, phage làm tan nịi dại E coli K12 tải nạp đoạn DNA xác định hoạt tính tạo thành enzyme lên men galactoza (Gal+) từ nòi E coli Gal+ sang nòi E coli Gal- TN Zinder Lederberg: Nhánh A: VK Salmonella khơng bị đột biến có genotype Trp+ (có khả tổng hợp Tryptophan) Nhánh B: VK Salmonella đột biến có genotype Trp- (khơng có khả tổng hợp Tryptophan) Sau thời gian nuôi nhánh B xuất vk có khả tổng hợp tryptophan Trp+ 21 22 c Tiếp hợp (Conjugation) • Tiếp hợp tượng vận chuyển vật chất thông tin di truyền từ VK cho sang VK nhận hai VK tiếp xúc với • Tiếp hợp đơn giản qua pili giới tính (sex pili) vi khuẩn mang F+ plasmid truyền vật chất di truyền cho vi khuẩn nhận F• Tiếp hợp thường xảy VK loài xảy VK khác 23 24 b Biến dị dạng khuẩn lạc 5.3 BIẾN DỊ - Được coi biến dị gây điều kiện mơi trường 5.3.2 Biến dị kiểu hình • Là biến dị tính trạng bên ngồi, tạm thời, thuận nghịch khơng ổn định quần thể vsv • Biến dị xuất tác động nhân tố ngoại cảnh • Những biến dị xuất chậm yếu tố làm xuất chúng biến dị khơng di truyền a Biến dị hình thái vsv Hình thái vsv thay đổi ảnh hưởng yếu tố khác nhau: - Thành phần hóa học mơi trường - Điều kiện nuôi cấy (pH, nhiệt độ, áp suất…) - Những chất độc (chất sát trùng, kháng sinh…) 25 5.3.3 Biến dị kiểu gen • Là biến đổi đột ngột xảy vật chất di truyền ADN (Thay cặp nucleotide; Mất Nucleotide; Chèn thêm nucleotide; Đảo trình tự Nucleotide) NST (mất đoạn; đảo đoạn; lặp đoạn; chuyển đoạn tương hỗ) - Đột biến xảy đột ngột, không xảy liên tục, độc lập với mơi trường xung quanh có tính di truyền cố định - Hậu đột biến gen  gây nên biến đổi kiểu gen kiểu hình - Có hai loại đột biến: Đột biến ngẫu nhiên Đột biến cảm ứng (có mặt tác nhân gây đột biến) 27 - Tần số xuất thể đột biến tỷ lệ cá thể đột biến thời điểm quần thể vsv không cao, phụ thuộc vào: Tần số đột biến khả điều chỉnh tỷ lệ tế bào đột biến + Tần số đột biến: xác xuất mà TB hệ có đột biến gen Đột biến tính trạng (tự phát): 10-4 – 10-5 Đột biến kép (2 tính trạng): 10-9 + Sự điều chỉnh tỷ lệ thể đột biến: Xuất thể đột biến ngược hệ để giữ cho tỷ lệ thể đột biến cố định 29 - Do tổn thương cấu trúc TB vi khuẩn tạo nên biến dạng khuẩn lạc Ví dụ: Những vi khuẩn lồi phát triển mơi trường đặc hình thành khuẩn lạc láng (dạng S) nhám (dạng R) Trong số điều kiện nuôi cấy tạo khuẩn lạc trung gian không ổn định khuẩn lạc con, KL lùn nhỏ, khuân lạc G mọc mặt, khuẩn lạc L mọc rìa khuẩn lạc bình thường, khuẩn lạc lớn nhầy… - Một số vsv có biến dị màu sắc khuẩn lạc nuôi cấy môi trường chọn lọc (Serratea marcesceus) sinh sắc tố làm biến đổi màu sắc mơi trường 26 • Đột biến tự phát (ngẫu nhiên) - đột biến xuất môi trường nuôi cấy cách tự nhiên, không cần có nhân tố cảm ứng - Đột biến khơng đồng loạt, khơng xác định thời gian, có tỷ lệ thấp - Tác nhân gây đột biến: thay đổi môi trường khơng kiểm sốt (sự tích lũy sản phẩm trao đổi chất…) • Đột biến cảm ứng - Xuất tác nhân cảm ứng vật lý, hóa học… - Có biến đổi trình tự xắp xếp axit nucleic - Có tần số biến dị cao 28 • Nguyên nhân gây đột biến + Ngẫu nhiên: chưa biết rõ nguyên nhân này, có lẽ sai sót ngẫu nhiên liên kết nu bị thay đổi cách ngẫu nhiên + Tác nhân Vật lý: tia tử ngoại (UV)  gây thymine dimer; tia phóng xạ  Đột biến ADN + Tác nhân Hóa học: Thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, chì, thủy ngân …  gây rối loạn cấu trúc NST + Tác nhân virus: Một số virus gây đột biến NST Sarcoma virus, Herpes virus gây đứt gãy NST 30 5.4 Vai trò di truyền vsv  Giải mã gen VSV sinh vật khác (genetic mapping)  Có vai trị lây lan plasmid kháng thuốc vi khuẩn  Nghiên cứu đặc tính chức vi khuẩn mà khơng thể nghiên cứu tiếp hợp Ví dụ: phát kiểm sốt gen hình thành giáp mô, đề kháng với kháng sinh, nghiên cứu trình hình thành nha bào, …  Gây đột biến cảm ứng VSV  tạo chủng vi sinh vật có khả sản xuất nhiều loại sản phẩm sinh học như: axitamin, protein, vitamin, enzyme, hoocmon, kháng sinh qui mô công nghiệp  Ứng dụng sản xuất sản phẩm y dược: vaccine, 31 kháng thể đơn dòng… b Tạo giống trồng, vật nuôi để nâng cao suất chất lượng sản phẩm 32 Ôn tập chương Cơ sở vật chất thông tin di truyền Vi khuẩn Phương thức vận chuyển vật chất thông tin di truyền vi khuẩn Biến dị kiểu hình biến dị kiểu gen: đặc điểm, nguyên nhân, ví dụ Vai trị di truyền vi sinh vật 33 Chương VI 6.1 Vi sinh vật khơng khí Sự phân bố vi sinh vật tự nhiên • Mơi trường khí khơng phải mơi trường đồng nhất, tuỳ vùng khác nhau, môi trường khơng khí khác thành phần loại khí (oxy, nitơ, CO2 hợp chất bay khác H2S, SO2 v.v ) • Mơi trường khơng khí khác nhiệt độ, độ ẩm ánh sáng Ở vùng khơng khó lành vùng núi, tỷ lệ khí O2 thường cao Ở vùng khơng khí bị nhiễm, tỷ lệ khí độc H2S, SO2, CO2 thường cao (các thành phố khu công nghiệp) 6.1.1 Nguồn gốc vsv khơng khí 6.1.2 Sự tồn vi sinh vật khơng khí - Khơng khí khơng phải môi trường sống vi sinh vật Tuy nhiên khơng khí có nhiều vi sinh vật tồn - Số lượng vsv: phụ thuộc vào yếu tố - Quần thể vsv: đa dạng ~ đất - Nghiên cứu đa dạng vsv khơng khí cịn  số lượng vk gây bệnh? biến đổi khí hâu? Vk từ đâu tới? a Vị trí địa lý - Từ đất - Từ nước - Hoạt động người, động vật  Vsv theo gió, bụi, nước vào khơng khí b Thời tiết khí hậu - Khí hậu nóng, khơ, gió nhiều, mưa  số lượng vsv khơng khí nhiều so với lúc mưa nhiều, đất ẩm, bụi - Gió yếu tố quan trọng việc gây biến động số lượng vsv không khí, lan truyền mầm bệnh - Số lượng vsv khơng khí biến động theo mùa: Mùa hè> mùa xn > mùa thu > mùa đông (Theo kết nghiên cứu Omelansku 10 năm)  Vị trí địa lý nguồn gây biến động số lượng vsv quan trọng thời tiết - Vùng núi cao, mặt biển, rừng : khơng khí  vi sinh vật - Vùng nơng thơn xa thành phố lượng vi sinh vật khơng khí không lớn Tuy nhiên, lượng vi sinh vật gần khu quốc lộ có nhiều xe qua lại nhiều vi sinh vật khơng khí vùng nơi khác - Tầng khơng khí: khơng khí gần mặt đất số lượng lớn c Hoạt động sống người Con người động vật nguyên nhân gây nạn ô nhiễm vsv khơng khí - Ý thức người - Các hoạt động sản xuất: + Chăn nuôi + Trồng trọt + Các hoạt động khác…  Vệ sinh hàng ngày nơi công cộng, nơi làm việc, nơi làm giảm lượng vsv đáng kể khơng khí 6.1.3 Vai trị vi sinh vật khơng khí - Sự tồn vsv có hại gây bệnh khơng khí có ảnh hưởng lớn cộng đồng ngành chăn nuôi: + Trong chế biến thực phẩm: ô nhiễm thực phẩm (bụi, bào tử vi khuẩn…) + Ô nhiễm sản phẩm chăn nuôi: sữa, thịt … + Gây bệnh đường hô hấp cho người động vật cúm, lao… + Làm lây lan dịch bệnh: nhiều bệnh có khả lây lan qua khơng khí - Một số vsv khơng khí sử dụng làm vũ khí sinh học: Francisella tularensis gây bệnh Tularemia (bệnh sốt loài gặm nhấm) Đọc thêm: Các vi khuẩn gây bệnh lây truyền qua khơng khí Ở khoảng cách ngắn (vài mét): - Actinobacillus pleuropneumoniae  viêm phổi xuất huyết - Pasteurella multocidia  gây viêm teo mũi truyền nhiễm (lợn) - Các loài Pasteurella spp liên quan đến viêm phổi - Haemophilus parasuis  glässers disease (lợn) - Mycoplasma hyosynoviae  viêm khớp (arthritis) - Streptococcus suis  viêm viêm màng não (meningitis)  Khoảng cách tới 3km - Nguyên nhân gây cúm, viêm phổi địa phương: Mycoplasma hyopneumoniae - Porcine reproductive and respiratory syndrome (PRRS) virus - Porcine respiratory coronavirus (PRCV)  Khoảng cách xa >9km - Aujeszky's disease - Foot-and-mouth disease (FMD): theo gió tới 12km 6.2 Vi sinh vật đất Mơi trường đất: thích hợp sống nhiều loài vi sinh vật khác (thành phần, số lượng) Thành phần khoáng, chất hữu Các khí H2, CO2, O2, N2 Khu hệ vi sinh vật đất: gồm nhóm có đặc tính hình thái, sinh lý sinh hoá khác - Các nhóm vsv cư trú đất: Vk, Vi nấm, Xạ khuẩn, Virus, Tảo, Nguyên sinh ĐV - Vi khuẩn nhóm chiếm nhiều số lượng: gồm vk hiếu khí, kị khí, tự dưỡng, dị dưỡng (Nếu chia theo nguồn dinh dưỡng lại có nhóm tự dưỡng cacbon, tự dưỡng amin, dị dưỡng amin, vi khuẩn cố định nitơ v.v ) Số lượng câu trúc nhóm vsv thường xuyên biến đổi theo:  Tầng đất: Quần thể vsv thường tập trung nhiều tầng canh tác (nơi tập trung rễ cây, chất dinh dưỡng, có cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm thích hợp nhất) Số lượng vsv giảm dần theo tầng đất, xuống sâu vi sinh vật  Thành phần vsv thay đổi theo tầng đất: VK hiếu khí, vi nấm, xạ khuẩn thường tập trung tầng mặt tầng có nhiều oxy Càng xuống sâu, nhóm vsv hiếu khí giảm mạnh Ngược lại, nhóm vk kị khí vi khuẩn phản nitrat hoá phát triển mạnh độ sâu 20 - 40cm  Chế độ canh tác: cày xới, phân bón, chế độ nước, luân canh  Độ ẩm nhiệt độ đất: thời tiết khí hậu, loại hình chế độ canh tác  Vị trí địa lý: đất ơn đới, nhiệt đới 11 10 Ý nghĩa khu hệ vsv đất: - Vai trò quan trọng hệ sinh thái đất: tạo kết cấu đất, làm cho đất phì nhiêu, màu mỡ - Phân giải hợp chất hữu đất - Cung cấp sản phẩm sinh học có giá trị cao: kháng sinh, kháng nấm, enzyme, axit hữu cơ… thu từ xạ khuẩn, nấm mốc - Đối với ngành chăn nuôi: vsv ô nhiễm nguyên liệu TACN ngơ có nguồn gốc từ đất (E.coli, Salmonella nấm mốc Fusarium nivale)  gây hư hỏng/biến chất nguyên liệu sản sinh độc tố nguy hiểm Deoxynivalenol – Vomitoxin; Alatoxin, Ochratoxin) - Gây bệnh cho trồng, người, vật nuôi: số xạ khuẩn, nấm mốc, vi khuẩn đường ruột… 12 Đọc thêm: NHỮNG TÁC HẠI CỦA ĐỘC TỐ NẤM MỐC GÂY RA - Gây thương tổn tế bào gan - Thận bị sưng to  tiết giảm - Làm giảm khả đề kháng động vật, ức chế hệ thống sinh kháng thể - Tổn thương hệ tiêu hóa: Bào mịn niêm mạc ống tiêu hóa - gây rối loạn sinh sản: sảy thai, chết thai… - Ung thư Vulvar prolapse caused by ZON contamination 13 1.1.3 Vi sinh vật nước a Nguồn gốc: Vi sinh vật nước đưa từ nhiều nguồn khác nhau: • Từ đất bụi bay lên, nguồn nước chủ yếu bị nhiễm vi sinh vật bề mặt • Nước mưa, lũ lụt theo nhiều vi sinh vật nơi nước chảy qua • Nước thải cơng nghiệp, sinh hoạt • Nước ô nhiễm với phân gia súc, người… 15 Vi sinh vật nước mặn • Nước biển có hàm lượng muối cao áp suất thẩm thấu lớn, nhiệt độ thấp hệ vsv tương đối lớn thích nghi với mơi trường sống nguồn dinh dưỡng • Số lượng chủng loại vsv biển thay đổi theo chiều sâu, khoảng cách so với bờ, vị trí, thời tiết khí hậu (vsv mặt biển nhiều lớp nước sâu, hải cảng nhiều bờ biển…) • Vsv biển chịu mặn tốt (nồng độ muối 3,5%) chịu lạnh tốt (nhiệt độ 20-25oC, số ưa lạnh 4oC) • Hệ vsv: vk gram âm chiếm 80%, vk có tiên mao chiếm 80% tổng số, vi khuẩn sinh sắc tố chiếm 70% Kích thước vi khuẩn nhỏ vk đất 17 Blood in urine associated with 14 Orchratoxin A contaminated feed b Sự phân bố vi sinh vật môi trường nước Vi sinh vật ao, hồ, sơng ngịi • Số lượng lớn vsv (do ao hồ chứa nhiều chất hữu muối khống) Số lượng: hàng triệu/lit nước • Hệ vsv chủ yếu: vsv hoại sinh sống hiếu khí, hiếu khí tuỳ tiện kỵ khí • Các vsv gây bệnh cảm nhiễm từ phân, nước tiểu động vật chất thải khác (E.coli, vi khuẩn tả Vibrio cholerae, lỵ Shigella spp, thương hàn Salmonella typhi tụ cầu khuẩn) • Số lượng thành phần vsv có liên quan chặt chẽ với hàm lượng chất hữu nước biến đổi thời tiết khí hậu, vị trí địa lý 16 Vi sinh vật nước mạch, nước giếng, nước mưa • Có hàm lượng chất hữu chất khoáng thấp  hạn chế phát triển vsv • Nước mạch có số lượng vsv thấm qua tầng đất dầy phần lớn chất hữu vi sinh vật bị giữ lại • Trong nước giếng, số lượng vsv phụ thuộc vào vị trí giếng, kỹ thuật xây giếng cách sử dụng nước Trong lít nước giếng chứa hàng chục vạn tế bào vsv • Nói chung nước máy khơng có vi sinh vật xử lý theo quy trình nghiêm ngặt, nhiên bị nhiễm vsv đường ống bị rị rỉ 18 • Vi sinh vật nước thải Các vi sinh vật diện nước thải bao gồm vi khuẩn, virus, nấm, tảo, nguyên sinh động vật + Vi khuẩn: nhóm : cầu khuẩn (cocci), trực khuẩn (bacilli), phẩy khuẩn xoắn khuẩn Phân hủy hợp chất hữu tự nhiên bể xử lý có khả gây bệnh sử dụng làm thông số thị cho việc ô nhiễm nguồn nước phân + Nấm: Phân hủy hợp chất hữu nước thải 19 Vai trị vsv có hại nhiễm nước: Các vi sinh vật nước thải + Tảo: phát triển nhanh bao phủ bề mặt ao hồ dòng nước gây nên tượng "tảo nở hoa" Tảo làm giảm giá trị nguồn nước sử dụng cho mục đích cấp nước chúng tạo nên mùi vị + Các nguyên sinh động vật quan trọng trình xử lý nước thải bao gồm loài Amoeba, Flagellate Ciliate  ăn vi khuẩn vi sinh vật khác đó, đóng vai trò quan trọng việc cân hệ vi sinh vật hệ thống xử lý sinh học Một số nguyên sinh động vật gây bệnh cho người Giardalamblia Cryptosporium + Vi rus: Một số loài có khả sống đến 41 ngày nước nước thải 20oC ngày nước sông bình thường 20 Ơn tập chương 6:  Sự nhiễm vi sinh vật nước ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước sử dụng chăn nuôi Nguồn gốc vsv khơng khí/đất/nước Hệ vsv khơng khí/đất/nước Các yếu tố ảnh hưởng đến tồn vsv khơng khí/đất/nước Vai trị vsv khơng khí/đất/nước đời sống chăn nuôi ?  Gây bệnh cho người vật nuôi làm lây lan dịch bệnh : - Bệnh đường tiêu hóa: nguồn nước nhiễm với E coli, Salmonella, Vibrio cholera, Shigella, Rotavirus… gây viêm ruột, tiêu chảy vật nuôi - Viêm gan nhiễm Hepatitis A, E; bại liệt nhiễm Polio virus - Sản sinh độc tố gây ngứa, trúng độc cho động vật vi khuẩn lam 21 22 ... hiệu (vitamin, kháng sinh? ??) 9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Nguồn C vi sinh vật sử dụng 9/12/2017 TS Nguyễn. .. 9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 29 9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 30 Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 b3: Sự chuyển vị nhóm (group translocation) Video: chuyển vị nhóm vi khuẩn... nuôi: lên men cám gạo, bột ngô với nấm men… - Xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi … 9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 59 9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 60 10 Vi sinh vật đại