GIÁO TRÌNH VI SINH NÔNG NGHIỆP docx

Người ta nhận thấy trong quá trình lên men rượu có sự tham gia của mốc vàng, như vậy vi sinh vật đã được ứng dụng vào sản xuất, phục vụ cuộc sống từ rất lâu, nhưng người ta chưa hiểu đượ

GIÁO TRÌNH

VI SINH NÔNG NGHIỆP

Vi sinh vật học phát triển rất nhanh và đã dẫn đến việc hình thành các lĩnh vực khác nhau: vi khuẩn học (Bacteriology), nấm học (Mycology), tảo học (Algology) virus học (Virolory), Việc phân chia các lĩnh vực còn có thể dựa vào phương hướng ứng dụng Do đó chúng ta thấy hiện nay còn có y sinh vi sinh vật học, vi sinh vật học thú y, vi sinh vật công nghiệp, vi sinh vật học nông nghiệp.

Ngay trong vi sinh vật học nông nghiệp cũng có rất nhiều chuyên ngành: vi sinh vật lương thực, vi sinh vật thực phẩm, Mỗi lĩnh vực có đối tượng cụ thể riêng, cần đi sâu Tuy nhiên ở mức độ nhất định các chuyên ngành trên đều có những điểm cơ bản giống nhau

Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu những quy luật chung nhất về vi sinh vật

Đối tượng nghiên cứu của vi sinh vật học là vi khuẩn, xạ khuẩn

(Actinomycetes), virus, Bacteriophage (thể thực khuẩn), nấm, tảo, nguyên sinh động vật

Vi khuẩn: là nhóm vi sinh vật có nhân nguyên thủy, cơ thể đơn bào, sinh sản chủ yếu bằng hình thức trực phân, cơ thể nhỏ bé, muốn quan sát được phải

sử dụng kính hiển vi quang học

Virus: là những sinh vật mà kích thước của chúng vô cùng nhỏ bé, ký sinh nội bào tuyệt đối, muốn quan sát chúng phải sử dụng kính hiển vi điện tử.Nấm: trước đây được coi là thực vật bậc thấp nhưng không có diệp lục tố, thường đơn bào, có nhóm giả đa bào, cơ thể phân nhiều nhánh nhưng không

có vách ngăn hoặc vách ngăn nhưng chính giữa có lỗ thông, thuộc tế bào nhân thật

Vi sinh vật tuy có kích thước nhỏ bé và có cấu trúc cơ thể tương đối đơn giản nhưng chúng có tốc độ sinh sôi nẩy nở rất nhanh chóng và hoạt động trao đổi chất vô cùng mạnh mẽ Vi sinh vật có thể phân giải hầu hết tất cả các loại chất có trên thế giới, kể cả những chất rất khó phân giải, hoặc những chất gây hại đến nhóm sinh vật khác Bên cạnh khả năng phân giải, vi sinh vật còn có khả năng tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp, trong điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường

1.2 Sự phân bố của vi sinh vật

Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự nhiên: trong đất, nước, không khí, trên

cơ thể các sinh vật khác, trên lương thực, thực phẩm và các loại hàng hóa Chẳng những thế, sự phân bố của chúng còn theo một hệ sinh thái vô cùng phong phú, đa dạng, từ lạnh đến nống, từ chua đến kiềm, từ háo khí đến kị khí, Do sự phân bố rộng rãi và do hoạt động mạnh mẽ nên vi sinh vật có tác dụng rất lớn trong việc tham gia các vòng tuần hoàn vật chất trên trái đất cũng như tham gia vào các quá trình sản xuất nông nghiệp.

Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu những quy luật chung nhất về vi sinh vật

1.3 Nhiệm vụ của vi sinh vật học

-Nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về hình thái, cấu tạo, di truyền, hoạt động sinh lý hóa học,…của các nhóm vi sinh vật

-Sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên và mối quan hệ giữa chúng với môi trường và các sinh vật khác

-Nghiên cứu các biện pháp thích hợp để có thể sử dụng một cách có hiệu quả nhất vi sinh vật có lợi cũng như các biện pháp tích cực nhằm ngăn ngừa các

vi sinh vật có hại trong mọi hoạt động của đời sống con người

2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC

Căn cứ vào quá trình phát triển có thể chia vi sinh vật học ra làm 4 giai đoạn phát triển

2.1 Giai đoạn trước khi phát minh ra kính hiển vi

Từ thời thượng cổ người ta đã biết ủ phân, trồng xen cây họ đậu với cây trồng khác, ủ men, nấu rượu,… nhưng chưa giải thích được bản chất của các biện pháp Trong quá trình định canh con người đã thấy được tác hại của bệnh cây Đối với bệnh ‘’rỉ sắt’’ ở thời Aristote người ta xem như là do tạo hóa gây ra Ở Hy Lạp bấy giờ người ta cho rằng cây bị bệnh là do đất xấu, phân xấu, gây ra khí hậu không ôn hoà nhưng chủ yếu là do trời đất Trung Quốc vào thế kỷ thứ nhất trước công nguyên trong quyển ‘’Ký thắng Chi thư’’ đã ghi: muốn cho cây tốt phải dùng phân tằm, không có phân tằm thì dùng phân tằm lẫn tạp cũng được Trong sách này cũng đã ghi nhận trồng xen cây họ đậu với các loại cây trồng khác

Trong các tài liệu ‘’Giáp cốt’’ của Trung Quốc cách đây 4000 năm đã thấy

đề cập đến kỹ thuật nấu rượu Người ta nhận thấy trong quá trình lên men rượu có sự tham gia của mốc vàng, như vậy vi sinh vật đã được ứng dụng vào sản xuất, phục vụ cuộc sống từ rất lâu, nhưng người ta chưa hiểu được bản chất của vi sinh vật, mãi đến khi kính hiển vi quang học ra đời, những hiểu biết về vi sinh vật dần dần được phát triển, mở ra trước mắt nhân loại một thế giới mới, thế giới của những vi sinh vật vô cùng nhỏ bé nhưng vô cùng phong phú

2.2 Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi (Phát hiện ra vi sinh vật)

Leewenhoek là người đầu tiên phát hiện ra vi sinh vật nhờ phát minh ra kính hiển vi, Ông là một thương nhân buôn vải, muốn tìm hiểu cấu trúc của sợi vải ông đã chế tạo ra các thấu kính và lắp ráp chúng thành một kính hiển vi

có độ phóng đại 160 lần, Ông đã quan sát nước ao tù, nước ngâm các chất hữu cơ, bựa răng,… Leewenhoek nhận thấy ở đâu cũng có những sinh vật nhỏ bé Rất ngạc nhiên trước những hiện tượng quan sát được ông viết ‘’Tôi thấy trong bựa răng của miệng của tôi có rất nhiều sinh vật tý hon hoạt động, chúng nhiều hơn so với vương quốc Hà Lan hợp nhất’’

Phát minh của Leewenhoek củng cố quan niệm về khả năng tự hình thành của vi sinh vật Thời gian này người ta cho rằng sinh vật quan sát được là từ các vật vô sinh, thịt, cá sinh ra dòi và sau đó người ta cho ra đời thuyết tự sinh (hay thuyết ngẫu sinh)

A- Kính hiển vi đầu tiên của nhân loại

B- Bình cổ ngỗng mà Pasteur đã đánh đổ học thuyết tự sinh

2.3 Giai đoạn vi sinh vật học thực nghiệm với Pasteur

Đến thế kỷ XIX cùng với sự phát triển của chủ nghĩa tư bản, các ngành khoa học kỹ thuật nói chung và vi sinh vật học nói riêng, phát triển mạnh mẽ, nhiều nhà khoa học đã quan sát và nghiên cứu về một số vi sinh vật gây bệnh và sáng tạo ra một số phương pháp mới để nghiên cứu về vi sinh vật Đóng góp cho sự phát triển của vi sinh vật ở giai đoạn này phải kể đến nhà bác học người Pháp Pasteur (1822-1895) Với công trình nghiên cứu của mình ông đã đánh đổ học thuyết tự sinh, nhờ chế tạo ra bình cổ ngỗng

Ông đã chứng minh thuyết tự sinh là không đúng bằng các thí nghiệm sau:TN1: Dùng một cái bình chứa nước thịt đun sôi, để nguội sau một thời gian thì nước thịt đục, quan sát thấy có vi sinh vật

TN2: Tiến hành như thí nghiệm thứ nhất nhưng sau đó ông bịt kín miệng bình lại, để một thời gian nước thịt không bị vẩn đục Lúc này mọi người phản đối, họ nói không có không khí nên vi sinh vật không phát triển được, chưa thuyết phục được họ ông làm thí nghiệm tiếp theo

TN3: Ông uốn cổ bình giống như hình cổ ngỗng kéo dài ra cho thông với không khí, sau khi đun sôi để một thời gian nước thịt không bị đục, khi đó người ta mới công nhận bác bỏ thuyết tự sinh

Pasteur là người đã đề xuất thuyết mầm bệnh, thuyết miễn dịch học, là cơ sở

để sản xuất vaccin trong phòng bệnh Ông đã chứng minh bệnh than ở cừu là

do vi khuẩn gây ra và lan truyền từ con bệnh sang con lành và ông đã tiến hành thí nghiệm tiêm phòng vaccin nhiệt thán cho cừu năm 1881, ông chọn

50 con cừu khỏe mạnh, tương đồng, tiêm vaccin cho 25 con còn 25 con không tiêm vaccin, sau đó cường độc thì 25 con không tiêm vaccin bị chết còn 25 con tiêm vaccin sống bình thường

Thời đó hễ bị chó dại cắn là phải chết, rất thương tâm trước cái chết của

những người bị chó dại cắn, ông đê lao văo nghiín cứu vaccin phòng vă trị bệnh chó dại, thănh công đầu tiín lă cứu một bĩ trai thoât khỏi phât bệnh dại Sau khi thănh công đó câc nhă hảo tđm đê xđy dựng viện Pasteur tại phâp, sau năy nhđn rộng ra, đđy lă thănh công lớn nhất của Pasteur đối với nhđn loại.

L Pasteur tốt nghiệp sinh hóa, ông rất thănh công trong nghiín cứu nhưng gia đình ông rất bất hạnh, anh trai vă câc con của ông đều chết do bệnh tật.Mặc dầu L Pasteur lă người đầu tiín chứng minh cơ sở khoa học của việc chế tạo vaccin nhưng thuật ngữ vaccin lại do một bâc sĩ nông thôn người anh Edward Jenner (1749-1823) đặt ra Ông lă người đầu tiín nghĩ ra phương phâp chủng đậu bằng mủ đậu mùa bò cho người lănh, để phòng bệnh đậu mùa, một căn bệnh hết sức nguy hiểm cho tính mạng thời bđy giờ

2.4 Giai đoạn sau Pasteur vă vi sinh học hiện đại

Tiếp theo sau Pasteur lă Koch (Robert Koch 1843-1910), lă người có công trong việc phât triển câc phương phâp nghiín cứu vi sinh vật Ông đề ra phương phâp chứng minh một vi sinh vật lă nguyín nhđn gđy ra bệnh truyền nhiễm mă ngăy nay mọi nhă nghiín cứu bệnh học phải theo vă gọi lă quy tắc Koch

Ngăy 24-3-1882, Koch công bố công trình khâm phâ ra vi trùng gđy bệnh lao vă gọi nó lă Mycobacterium tuberculosis, lă một bệnh nan y thời đó Khâm phâ năy mở đường cho việc chữa trị bệnh ngăy nay

Kế đó học trò của Koch lă Petri (Juliyes Richard Petri, 1852-1921) chế ra câc dụng cụ nghiín cứu vi sinh vật mă ngăy nay còn dùng tín của ông để đặt cho dụng cụ ấy: đĩa Petri Ông cũng níu ra câc biện phâp nhuộm mău vi sinh vật

Ivanopxki, 1892 vă Beijerrinck, 1896 lă những người phât hiện ra virus đầu tiín trín thế giới khi chứng minh vi sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn, qua được lọc bằng sứ xốp, lă nguyín nhđn gđy bệnh khảm cđy thuốc lâ

Ngăy nay vi sinh vật đê phât triển rất sđu với hăng trăm nhă bâc học có tín tuổi vă hăng chục ngăn người tham gia nghiín cứu, câc nghiín cứu đê đi sđu văo bản chất của sự sống ở mức độ phđn tử vă dưới phđn tử, đi sđu văo kỹ thuật cấy mô vă thâo lắp gen ở vi sinh vật vă ứng dụng kỹ thuật thâo lắp năy

để chữa bệnh cho người, gia súc, cđy trồng vă đang đi sđu văo để giải quyết bệnh ung thư ở loăi người

Hooke (1665) lần đầu tiên quan sát thấy tế bào

Anton van Leewenhoek (1632-1723)

Louis Pasteur (1822-1895)

Robert Koch (1843-1910)

Alexander Fleming (1881-1955)

Watson and Crick (1953) phát hiện ra cấu trúc của DNA

Klug (1982) phát hiện ra cấu trúc virus khảm thuốc lá (TMV)

3 VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG HOẠT ĐỘNG SỐNG CỦA CON NGƯỜI VĂ TRONG NÔNG NGHIỆP

Trong thiín nhiín, vi sinh vật giữ những mắt xích trọng yếu trong sự chu chuyển liín tục vă bất diệt của vật chất, nếu không có vi sinh vật hay vì một

lý do năo đó mă hoạt động của vi sinh vật bị ngừng trệ dù chỉ trong thời gian ngắn, có thể nó sẽ lăm ngưng mọi hoạt động sống trín trâi đất Thật vậy người ta đê tính toân nếu không có vi sinh vật hoạt động để cung cấp CO2 cho khí quyển thì đến một lúc năo đó lượng CO2 sẽ bị cạn kiệt, lúc bđy giờ cđy xanh không thể quang hợp được, sự sống của câc loăi sinh vật khâc không tiến hănh bình thường được, bề mặt trâi đất sẽ trở nín lạnh lẽo

Vi sinh vật còn lă nhđn tố tham gia văo việc giữ gìn tính bền vững của câc

hệ sinh thâi trong tự nhiín

Đối với sản xuất nông nghiệp, vi sinh vật có vai trò rất lớn, vi sinh vật tham gia văo việc phđn giải câc hợp chất hữu cơ, chuyển hóa câc chất khoâng, cố định nitơ phđn tử để lăm giău thím dự trữ nitơ của đất Trong quâ trình sống,

vi sinh vật còn sản sinh ra rất nhiều chất có hoạt tính sinh học cao có tâc dụng trực tiếp đối với quâ trình sinh trưởng, phât triển của cđy trồng, vật nuôi Người ta nhận thấy nếu không có vi sinh vật tiíu thụ câc sản phẩm trao đổi chất do cđy trồng tiết ra quanh bộ rễ thì một số sản phẩm năy sẽ đầu độc trở lại cđy trồng

Trong chăn nuôi vă ngư nghiệp, vi sinh vật cũng có tâc dụng rất to lớn, trong

cơ thể của câc loăi động vật đều có một hệ vi sinh vật rất phong phú, hệ vi sinh vật năy giúp cho quâ trình đồng hóa câc chất dinh dưỡng vă thải câc chất cặn bê trong quâ trình sống

Trong chăn nuôi một vấn đề lớn lă lăm thế năo để phòng chống được câc bệnh truyền nhiễm, môn vi sinh vật thú y đê cùng môn dịch tễ học đê đề ra những biện phâp phòng dịch bệnh của súc vật vă một số bệnh có thể lđy sang người, như dại, lao, nhiệt thân,

Hiện nay vi sinh vật lă một môn khoa học mũi nhọn trong cuộc câch mạng sinh học Nhiều vấn đề quan trọng của sinh học hiện đại như, nguồn gốc sự sống, cơ chế thông tin, cơ chế di truyền, cơ chế điều khiển học vă câc tổ chức sinh vật học, vi sinh vật học đang có những bước tiến vĩ đại, đang trở thănh vũ khí sắc bĩn trong tay con người để nhằm chinh phục thiín nhiín phục vụ đắc lực cho sản xuất vă đời sống

Chương 2: VIRUS MỤC TIÊU:

Sau khi phần học xong phần naỳ sinh viên nắm được:

1 Sự phát triển cuả ngành virut học và tầm quan trong cuả nó

2 Virut là nhóm đối tượng đặc biệt cuả ngành virut học

3 Các đặc điểm cuả virut

4 Cấu taọ cuả virut

5 Các kiểu chu trình sống cuả các virut ở vi khuẩn và ở động, thực vật

6 Virut và bệnh tật

I/ LƯỢC SỬ PHÁT HIỆN VÀ NGHIÊN CỨU VIRUT.

I.1 Phát hiện ra virut là tác nhân gây nhiều bệnh ở các loại cơ thể sống.

Trước khi loài người biết đến bản chất cuả virut, nó đã là tác nhân gây nhiều bệnh truyền nhiễm người ta đã tìm thấy dấu dấu vết gây bệnh virut trên người từ thời thượng cổ năm 1884, Lui Paster khi nghiên cứu bệnh daị đã giả định rằng tác nhân gây bệng daị là một loại tế baò sống nhở hơn vi khuẩn và ông đề nghị sử dụng thuật ngữ virut dành cho loại bệnh không rõ nguồn gốc( virut _ tiến lalinh có nghiã là chất độc).

_Năm 1892, Đ I Ivannôpxkii dã chứng minh rằng dịch qua lọc từ cây thuốc

lá bị bệnh đốm thuốc lá có bản chất sống, có khả năng lây nhiễm và rút ra

kết luận: tác nhân gây bệnh đốm thuốc lá là một loại vi sinh vật đi qua hết thaỷ các loại phểu lọc vi khuẩn.

_Năm 1898, Beijerinck Martinus đã khẳng định kết luận cuả ivanopxkii và

tính kí sinh bắt buộc cuả chúng: nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc là lá do dịch chật độc sớng qua lọc Chất dịch độc này chỉ gây bệnh tr6en mô sống cuả cây thuốc lá, có thể mất hoạt tính khi dun sôi, nhưng nếu sấy khô sẽ vẫn bảo toàn hoạt tính Các vi sinh vật qua lọc này ngaỳ nay được gọi chung là

vi rut

_Tiếp đó, các loại virut gây bệnh trên người, động vật và vi sinh vât cũng đã lần luợc được khám phá, ví dụ virut gây bệnh lở mồm lông mống ở đại gia súc có sừng, virut gây bệng số vàng ở châu phi, virut gây bệnh máu trắng ở

gà, virut gây khối u ở gà Năm 1915,F.W.Twort dã quan sát thất hiện tượng virut làn tan Micrococcus trên môi trường thạch Năm 1917 Fellix D Herelle

đã phân lập được virut làm tan Shigella disenteriae Ông gọi virut kí sinh trên vi khuẩn là thực khuẩn

_Ngày nay danh sách các virut gây bệnh ở người và động thực vật ngaỳ cáng dài thêm, trong đó có hhiều loại virut gây bệnh cực ki nguy hiểm như HIV/AIDS, virut Ebola, virut Sart và cúm gà tuyp A(H5n1), virut ung thư gan, vòng họng, Burkit…

I.2 Nghiên cứu về hình thái, câu tạo hạt virut và xây dựng các phương pháp nghiên cứu virut.

Ngành virut học cũng đã tiến những bước tiến rất dài về xây dựng phương pháp nghiên cứu toàn diện về bản chất virut

+ Năm 1933 bằng phương pháp li tâm đặc biệt, Schllesinger thu được Phage

ở dạng thuần chủng

+Năm 1940 nhờ có sự ra đời cuả kính hiển vi điện tử, người ta đã nhìn thấy virut đốm thuốc lá( Tabaco mosaic virut= TMV) và ngành virut học có những bước phát triển nhanh chóng

+Năm 1935 Stanley tinh thể hóa đuợc TMV

+ Năm 1937 Bawden và Pirie đã thuần chủng TMV và xác điịnh được thành phần cấu trúc cuả hạt TMV gồm có axit nuclêic (ARN) và vỏ protein

+ Mặt dù TMV là virut đuợc phát hiện sớm nhất nhưng các thí nghiệm sinh hoá và di truyền về sau này lại chủ yếu đuợc tiến hành trên phage.

+ Holmos (1929) đã xá định phương pháp đếm đơn vị nhiễm ở thực vât nhờ các vết hoại tử trên cây và lá

+Max Theiler (1937) đã đưa ra phương pháp nuôi cấy virut động vật trong phôi gà mở đầu sự nghiê cứu các virut động vật Sự nuôi cấy thành công các virut trên các mô sống nhân tạo cuả Ender năm 1949 đã cho phép các nghiên cứu virut tiến hành thuận lợi hơn Tiếp đó, năm 1952 Dulbelco đã đưa ra phương pháp đếm đơn vị nhiễm ở động vật nhờ nuôi cấy tế bào một lớp trong hộp petri

+Năm 1941 Hirst đã phát hiện khả năng làm ngưng kết hồng cấu cuả virut cúm đặt nền móng cho phương pháp chuẩn đóan các bệnh virut bằng huyết thanh và miễn dịch học virut

+Từ những năm 1960 các phuơng pháp huyềt thanh và miễn dịch học tiếp tục được phát triển và hoàn thiện

+ Năm 1975 nhờ thành công cuả Kohler và Mils về tạo kháng thể đơn dòng

mở ra một bước tiến mới trong việc hoán thiện các phuơng pháp nghiên cứu virut

II ĐAỊ CƯƠNG VỀ VIRUT

II.1 Tóm tắt về đặc điểm chính (tính chất) cuả virut:

-Virut là một nhánh cuả sự sống, bao gồn nhửng thể sống siêu hiển vi, nằm ở ranh giới giữa phân tử hữu cơ lớn nhất( phân tử albumin 10 nm) và tế bào vi khuẩn nhỏ nhất ( Mycoplasma _ 150nm) đi qua màng lọc vi khuẩn không nhìn thấy dưới kính hiển vi quang học, không lắng đọng trong máy quay li tâm thường

-Virut chỉ có kết cấu đaị phân tử, không có cấu tạo tế bào, thường được gọi

là hạt virut chứ không goị là tế bào virut( virut particles) Thành phần cuả hạt virut chỉ bao gồm vỏ protein và lõi axit nucleic ( môt vài virut phúc tạp

có màng bao bọc chứa thêm polisaccharit hoặc lipopolisaccharic)

-Không có hệ thống trao đổi chất và năng lượng riêng Khác với tất cả các loại vi sinh vật đã biết, hạt virut chỉ chứa một loại axit nucleic hoặc ADN hoặc ARN Chí có axit nucleic mới giử chúc năng di truyền, protein và vỏ bọc chỉ giữ chức năng năng bảo vệ

-Virut là vi sinh vật kí sinh bắt buộc, chỉ sinh trưởng phát triển trong tế bào vật chủ sống Khi ở ngoài cơ thể vật chủ vi rut chỉ có thể tồn tại ở dạng đại phân tử hoá học và có tính truyền nhiễm ( dạng virion)

-Một số virut thực vật có khả năng hình thành tinh thể

Virut là nhóm đặc biệt cuả sinh giới và có khả năng gây bệnh trên tất cả các sinh vật khác từ vi khuẩn , nấm tảo nguyên sinh động vật đến thực vật và con người,

- Vì những tính chất rất đặc biệt như trên virut chưa được xếp vào bất cứ nhóm phân loại naò trong các hệ thống phân loại sinh giới.

II.2 Những đặc điểm đặc trưng cuả virut II.2.1 Hình dạng, kích thước

- Virut chưa có cấu tạo tế bào, mỗi virut không thể gọi là một tế bào mà

được goị là hạt virut hay virion Đó là một virut thành thục có cấu trúc hoàn chỉnh Virut có nhiều dạng hình thái khác nhau

1 hình dạng cầu đối xứng xoắn

Dạng thường hay gập, đa số các virut gây bệnh cho người và động vật thường dạng này như virut cúm, virut quai bị, virut ung thư ở người và gia cầm, kích thước từ 100- 150 nm

Virut quai bị virut ung thư

2 Dạng hình que đối xứng xoắn

Gồm hầu hết các virut gây bệnh cho thực vật như: virut đốm lá cây thuốc lá, virut đốm khoai tây, kích thước từ 15-250 nm

3 Dạng hình khối đối xứng xoắn

Gồm các virut có nhiều góc cạnh, có cấu tạo phức tạp như: virut đậu muà, virut khối u cuả nguời và động vật, virut đường hô hấp, kích thước từ 30-300nm

4 Dạng hình tinh trùng

Gồm hai phần: phần đầu có dạng hình khối saú cạnh, phần sau là đuôi có dạng hình que, goị là thực khuẩn thể (phage, bacteriophage) có kích thưóc biến động từ 10-250nm

Trừ virut đậu mùa có thể quan sát bằng kính hiển vi quang học, còn hầu hết tất cả các virut có kích thước khoảng 1,2 µm thì không thấy được Về độ lớn thì virut họ Poxviridae có kích thước lớn nhất 250 nm và virut nhỏ nhất là virut thuộc họ Piconaviridae có kich thước khoảng 10- 20 nm

Cây đốm thuốc lá

Virut đâu mùa

II.2.2 CÂÚ TRÚC CUẢ VIRUT

Có thể khái quát cấu trúc của viut như sau:

Vỏ Vỏ capsitMàng bọc + gai+enzim(ở một số virut)Hạt virut

Lõi AND hoặc ARN

enzym(ở một số virut)Tất cả các virus đều có cấu tạo gồm hai thành phần cơ bản: lõi là acid nucleic (tức genom) và vỏ là protein gọi là capsid, bao bọc bên ngoài để bảo

vệ acid nucleic Phức hợp bao gồm acid nucleic và vỏ capsid gọi là nucleocapsid hay xét về thành phần hoá học thì gọi là nucleoprotein Đối với virus ARN thì còn gọi là ribonucleoprotein Genom của virus có thể là ADN hoặc ARN, chuỗi đơn hoặc chuỗi kép, trong khi genom của tế bào luôn là ADN chuỗi kép, và trong tế bào luôn chứa hai loại acid nucleic, ADN và ARN

II.2.2.1Vỏ capsid:

- Capsid là vỏ protein được cấu tạo bởi các đơn vị hình thái gọi là capsome -

- Capsome lại được cấu tạo từ 5 hoặc 6 đơn vị cấu trúc gọi là protome Protome có thể là monome (chỉ có một phân tử protein) hoặc polyme (có nhiều phân tử protein)

- Pentame (penton) có 5 protome nằm trên các đỉnh của khối đa diện, còn hexame (hexon) tạo thành các cạnh và bề mặt hình tam giác

- Capsid có khả năng chịu nhiệt, pH và các yếu tố ngoại cảnh nên có chức năng bảo vệ lõi acid nucleic

- Trên mặt capsid chứa các thụ thể đặc hiệu, hay là các gai glicoprotein, giúp cho virus bám vào các thụ thể trên bề mặt tế bào Đây cũng chính là các kháng nguyên (KN) kích thích cơ thể tạo đáp ứng miễn dịch (ĐƯMD)

Vỏ capsid có kích thước và cách sắp xếp khác nhau khiến cho virus có hình dạng khác nhau Có thể chia ra ba loại cấu trúc: đối xứng xoắn, đối xứng hình khối và cấu trúc phức tạp (Hình 1)

Hình 1 Kích thước và hình thái của một số virusđiển hình Theo Presscott L M et al ,

Microbiology 6th ed Intern Ed 2005

1 Cấu trúc đối xứng xoắn:

Sở dĩ các virus có cấu trúc này là do capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic Tuỳ loại mà có chiều dài, đường kính và chu kỳ lặp lại của các nucleocapsid khác nhau Cấu trúc xoắn thường làm cho virus có dạng hình que hay hình sợi ví dụ virus đốm thuốc lá (MTV), dại (rhabdo), quai bị, sởi (paramyxo), cúm (orthomyxo) ở virus cúm các nucleocapsid được bao bởi

vỏ ngoài nên khi quan sát dưới kính hiển virus điện tử thấy chúng có dạng cầu ( chen hinh)

2 Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện 20 mặt

Hình của phòng thí nghiệm

Ở các virus loại này, capsome sắp xếp tạo vỏ capsid hình khối đa diện với 20 mặt tam giác đều, có 30 cạnh và 12 đỉnh Đỉnh là nơi gặp nhau của 5 cạnh thuộc loại này gồm các virus adeno, reo, herpes và picorna Gọi là đối xứng

vì khi so sánh sự sắp xếp của capsome theo trục Ví dụ đối xứng bậc 2, bậc

3, bậc 5, vì khi ta xoay với 1 góc 1800 (bậc 2), 1200 (bậc 3) và 720 (bậc 5) thì thấy vẫn như cũ Các virus khác nhau có số lượng capsome khác nhau Virus càng lớn, số lượng capsome càng nhiều Dựa vào số lượng capsome trên mỗi cạnh có thể tính được tổng số capsome của vỏ capsid theo công thức sau:

Trong đó N- tổng số capsome của vỏ capsid, n-số capsome trên mỗi cạnh

Hình 2.

A Sơ đồ virus hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virus khảm thuốc lá) Capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic

B- Sơ đồ virus đa diện đơn giản nhất Mỗi mặt là một tam giác đều Đỉnh do

5 cạnh hợp lại Mỗi cạnh chứa 3 capsome

C- Sự đối xứng của hình đa diện thể hiện khi quay theo trục bậc 2 (1800), bậc 3 (1200) và bậc 5 (720)

Theo J Nicklin et al., Instant Notes in

Microbiology, Bios Scientific Publisher, 1999

đại diện kiểu cấu trúc khối có các loại: virut đường hô hấp,virut đường ruột, virut khối u…

3 Virus có cấu tạo phức tạp

Một số virus có cấu tạo phức tạp, điển hình là phage và virus đậu mùa Phage có cấu tạo gồm đầu hình khối đa diện, gắn với đuôi có cấu tạo đối xứng xoắn Phage T chẵn (T2, T4, T6) có đuôi dài trông giống như tinh trùng, còn phage T lẻ (T3,T7) có đuôi ngắn, thậm chí có loại không có đuôiVirus đậu mùa có kích thước rất lớn, hình viên gạch ở giữa là lõi lõm hai phía trông như quả tạ Đối diện với hai mặt lõm là hai cấu trúc dạng thấu kính gọi là thể bên Bao bọc lõi và hai thể bên là vỏ ngoài

II.2.2.2 Axit nucleic

Nằm ở giữa hạt virut tạo thành lõi hay hệ gen của virut, chứa axit nucleic, mỗi loại virut đếu có một trong hai axit nucleic hoặc AND hoặc ARN Những virut có cấu trúc AND phần lớn mang AND sợi lép, còn virut mang ARN thì chủ yếu dạng sợi đơn Axit nucleic chủ yếu là vât liệu được mã hoá mang thong tin di truyền của virut, hầu hết các virut thực vật chứa ARn, virut gây bệnh cho người và động vật một số chứa AND, một số chứa ARN, còn thực thể khuẩn(phage) thì luôn luôn chứa AND

Trong dạng virut que, axit nucleic xắp xếp như một mạch xoắn vòng, giống như hình lò xo xoắn ốc.

Trong dạng virut hình khối, hình cầu và phần đầu của phage thì axit nuleic nằm cuộn tròn chính giữa trong như cuộn len rối

Axit nuleic của virut chỉ chiếm từ 1-2% khối lượng của hạt virut,nhưng có chức năng đặc biệt quan trọng:

+ các axit nuleic mang mật mã di truyền đặt trưng cho từng virut

+ axit nuleic quyết định khả năng gây nhiễm trùng của virut trong từng tế bào cảm thụ

+ axit nuleic quyết định chu ki nhân lên cùa virut trong từng tế bào cảm thụ

+ axit nuleic mang tính bán kháng nguyên trong từng tế bào cảm thụ

II.2.2.3 Cấu trúc riêng

1.Cấu trúc bọc ngoài hay vỏ bọc ngoài(envelop)

Một số virut bên ngoài capsit còn có một màng bao, gọi là envelop, cấu tạo bởi lipoprotein, trên màng bao còn có thể có them gai nhú (spike) bám xung quan Màng này thực chất là màng tế bào chất của vất chủ nhưng đã bị virut cải tạo thành và mang tính kháng nguyên đặt trưng cho virut, màng bao có thể bị các dung môi hòa tan virut phá hủy

Cấu trúc vỏ ngoài của virut có một số chức năng sau:

+ Tham gia vào sự của virut trên các vị trí thích hợp của tế bào cảm thụ, như chất hemagglutinin của virut cúm

+ Tham gia vào giai đoạn lắp ráp và giải phóng virut ra khỏi tế bào

+ Vỏ bọc ngoài giúp cho virut giữ được tính ổn định của kích thước

+Tạo nên các kháng nguyên đặcc hiệu trên bề mặt virut

2 Enzym

Trong thành phần cấu trúc của virut có một số enzyme, đó là những enzyme cấu trúc, chúng gắn với cấu trúc của hạt virut hoàn chỉnh Các enzyme cấu trúc thường gặp là Neuraminidaza, AND và ARN polimeraza, men sao chép ngược(reverse transcriptase)

Mỗi enzyme cấu trúc có những chức năng riêng trong chu kì nhân lên của virut trong tế bào cảm thụ và chúng cũng mang tính kháng nguyên riêng đặt hiệu cho mội loại virut

3.Tiểu thể bao hàm(inclusion)

Trong tế bào động vật và thực vật bị nhiễn vi rut, có thể xuất hiện những hạt nhỏ trong nhân hoặc trong tế bào tương, có kích thước và bắt màu đặc trưng nên có thể nhuộm và quan sát dưới kính hiển vi quang học được, đồng thời dựa vào đó có thể dự đoán gián tiếp sự nhiễm virut trong tế bào.Bản chất của các hạt này có thể là do các hạt virut ko6ng giải phóng khỏi tế bào hoặc

có thể là do thành phần cấu trúc của virut chưa được lắp ráp thành hạt virut mới, cũng có thể là các hạt phản ứng của tế bào khi nhiễn virut, những hạt

đó gọi là tiểu thể bao hàm hay thể ẩn nhập(inclusion) Ví dụ trong nguyên sinh chất tế bào của người mắt đậu mùa có tiểu thể bao hàm Guarnieri, ở gà mắt bệnh đậu có tiểu thể bao hàm Bollinge, trong nguyên sinh chất tế bào thần kinh trung ương của người mắt bệnh dại có tiểu thể bao hàm Negri

III Chu trình nhân lên của virut trong tế bào vật chủ

_Virus không có khả năng sống độc lập, chúng sống ký sinh trong tế bào sống Kết quả của quá trình ký sinh có thể xảy ra 2 khả năng:

• Khả năng thứ nhất là phá vỡ tế bào làm tế bào chết và tiếp tục xâm nhập rồi phá vỡ các tế bào lân cận

• Khả năng thứ 2 là tạo thành trạng thái tiềm tan trong tế bào chủ, nghĩa là tạm thời không phá vỡ tế bào mà chỉ hoạt động sinh sản cùng nhịp điệu với tế bào chủ Ở những điều kiện môi trường nhất định, trạng thái tiềm tan có thể biến thành trạng thái tan phá vỡ tế bào

_Những virus có khả năng phá vỡ tế bào gọi virus độc, những virus có khả năng tạo nên trạng thái tiềm tan gọi là virus không độc

Quá trình của virus độc chia làm 4 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Giai đoạn hấp thụ của hạt virus tự do trên tế bào chủ:

Các hạt virus tự do tồn tại ngoài tế bào không có khả năng hoạt động, chúng

ở trạng thái tiềm sinh gọi là hạt Virion Khi gặp tế bào chủ, phụ thuộc vào tần số va chạm giữa hạt virion và tế bào, va chạm càng nhiều càng có khả năng tìm ra các điểm thụ cảm trên bề mặt tế bào gọi là các receptor Lúc đó điểm thụ cảm của tế bào chủ và gốc đuôi của virus kết hợp với nhau theo cơ chế kháng nguyên - kháng thể nhờ có thành phần hoá học phù hợp với nhau Kết quả là virus bám chặt lên bề mặt tế bào chủ Mỗi loại virus có khả năng hấp thụ lên một hoặc vài loại tế bào nhất định Điều này giải thích được tại sao mỗi loại virus chỉ gây bệnh cho một vài loại nhất định

+ Giai đoạn 2:Giai đoạn xâm nhập của virus vào tế bào chủ

Quá trình xâm nhập của virus vào tế bào chủ xảy ra theo nhiều cơ chế khác

nhau phụ thuộc vào từng loại virus và tế bào chủ

Ở thực khuẩn thể T4 sau khi virus bám vào điểm thụ cảm của tế bào chủ, nó tiết ra men Lizozym thuỷ phân thành tế bào vi khuẩn Sau đó dưới tác dụng của ATP - aza bao đuôi của phage co rút làm cho trụ đuôi xuyên qua thành

tế bào và phân tử ADN được bơm vào bên trong tế bào chủ Vỏ capxit vẫn

nằm ở ngoài Người ta chứng minh được cơ chế trên nhờ phương pháp nguyên tử đánh dấu.

Ngoài cơ chế trên còn có một số cơ chế khác: ở một số virus động vật, sau khi tiết ra men phân huỷ thành tế bào chủ, toàn bộ hạt virion lọt vào trong tế bào, sau đó các men bên trong tế bào mới tiến hành phân huỷ vỏ Capxit giải phóng ADN Người ta gọi là quá trình này là quá trình “cởi áo” Một số tế bào chủ lại có khả năng bao bọc virion rồi “nuốt” theo kiểu thực bào Sau đó

có quá trình “cởi áo” giải phóng ADN của virus

+ Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh sản của virus trong tế bào chủ (sao chép và

nhân lên).

Quá trình sinh sản của virus còn gọi là sự nhân lên của chúng Đây là vấn đề

rất hấp dẫn của sinh học phân tử trong thời gian gần đây Bằng các phương pháp hiện đại người ta đã làm sáng tỏ quá trình nhân lên của virus Sau khi phân tử ADN của virus lọt vào tế bào chủ, quá trình tổng hợp ADN của tế bào chủ lập tức bị đình chỉ Sau đó quá trình tổng hợp protein của tế bào cũng ngừng và bắt đầu quá trình tổng hợp các enzym này còn gọi là protein sớm vì nó là những protein được tổng hợp đầu tiên sau quá trình xâm nhập Khi các enzym này được hoàn thành, bắt đầu xúc tác cho quá trình tổng hợp ADN của virus bằng nguyên liệu ADN của tế bào chủ bị phân huỷ Sau khi các phân tử ADN virus được tổng hợp đến một số lượng nhất định quá trình này ngừng và bắt đầu quá trình tổng hợp Protein muộn bao gồm vỏ Capxit của virus và các enzym có trong thành phần của virus trưởng thành Các quá trình này được tiến hành do sự điều khiển của bộ gen virus Như vậy, 2 phần

vỏ và lõi virus được tổng hợp riêng biệt

+ Giai đoạn 4: Giai đoạn lắp ráp hạt virus và giải phóng chúng ra khỏi tế

bào:

Giai đoạn này còn gọi là sự chín của virus Sau khi các bộ phận của virus được tổng hợp riêng biệt (axit nucleic, vỏ capxit, bao đuôi, đĩa gốc, lông đuôi) các thành phần lắp ráp lại với nhau thành hạt virus trưởng thành, kết thúc thời kỳ tiềm ẩn, tức là thời kỳ trong tế bào chưa xuất hiện virus trưởng thành Thời kỳ tiềm ẩn kéo dài bao lâu tuỳ thuộc từng loại virus

Trong nhiều trường hợp các virus trưởng thành tiết men lizozym phân huỷ thành tế bào và ra ngoài, tế bào bị phá vỡ Các virus con tiếp tục xâm nhập vào các tế bào xung quang và phá vỡ chúng Ở một số virus, virus trưởng thành không phá vỡ tế bào mà chui ra qua lỗ liên bào sang tế bào bên cạnh hoặc được phóng thích nhờ quá trình đào thải của tế bào Trong tế bào đầu tiên vẫn tiếp tục quá trình tổng hợp virus mới Ở cả 2 cơ chế, tế bào chủ sớm muộn cũng bị chết hàng loạt Đó là quá trình hoạt động của virus độc Sau đây ta nghiên cứu quá trình hoạt động của virus không độc

 Quá trình hoạt động của virus không độc

Virus không độc còn gọi là virus ôn hoà, hoạt động của nó không làm chết tế bào chủ mà chỉ gây nên trạng thái tiềm tan, gọi là trạng thái Lyzogen Virus sống chung với tế bào chủ, sinh sản cùng nhịp điệu với nó

Hiện tượng Lyzogen được phát hiện trên vi khuẩn, các phage này được gọi

là phage ôn hoà hoặc prophage Tế bào có chứa prophage có khả năng miễn dịch với các phage khác Nguyên nhân của hiện tượng này là do prophage có khả năng tổng hợp nên các protein có tác dụng kìm hãm sự nhân lên của virus lạ cũng như vản thân prophage Một số tác nhân đột biến làm mất hoạt tính hoặc làm ngừng sự tổng hợp chất kìm hãm trên, dẫn đến sự thay đổi trạng thái Lyzogen, tức là biến trạng thái tiềm tan thành trạng thái tan Lúc

đó phage ôn hoà biến thành phage độc và tế bào chủ sẽ bị phá vỡ Quá trình này ngoài tác nhân đột biến còn phụ thuộc vào hệ gen của prophage và trạng thái sinh lý của tế bào cũng như đặc điểm nuôi cấy Bởi vậy, cùng một loài

vi khuẩn, có những chủng cảm ứng với phage, có chủng không Khi nuôi chung hai chủng với nhau trên môi trường thạch đĩa có thể thấy rõ những vệt

bị tan trong thảm vi khuẩn không bị tan Trong điều kiện tự nhiên, tần số biến trạng thái tiềm tan thành trạng thái tan chỉ là 10-2 - 10-5

Chu trình nhân lên của virut trong tế bào bao gồm 5 giai đoạn.

_ Chính vì sự bám đặt hiệu trên mà ỗi loài virut chỉ có thể

kí siinh trên một hoặc một số loài vật chù nhất định

đuôi gắn lại với nhau tạo thành virut hoàn chỉnh

5 Phóng

thích

_ Các virut mới được thạo thành phá bỏ vỏ tế bào chủ ồ at

ra ngoài tạo thành một lổ thủng trên vỏ tế bào chủ và chui

Interference là hiện tượng khi gây

nhiễm một loại virus cho tế bào thì việc gây nhiễm virus khác sẽ bị ức chế Hiện tượng ức chế này không có tính đặc hiệu đối với virus Các virus hoàn toàn khác nhau có thể ức chế nhau, ví

dụ virus AND có thể ức chế sự xâm nhiễm của virus ARN và ngược lại Một virus đã bị làm bất hoại bởi tia cực tím vẫn có khả năng gây ra hiện tượng Interference đối với virus sống Song hiện tượng này lại có tính đặc hiệu đối với loài thuộc tế bào chủ Chất ức chế gọi là Interferon sinh ra bởi tế bào thuộc loài nào thì chỉ có tác dụng đối với các tế bào thuộc loại ấy Ví dụ Interferon sinh ra ở tế bào gà thì không có tác dụng

ức chế ở tế bào bò hoặc lợn

Interferon là một loại protein đặc biệt được sinh ra trong tế bào sau khi bị nhiễm virus Chính nó đã ức chế quá trình tổng hợp ARN của virus lạ,

từ đó không thể có quá trình tổng hợp AND hay protein Bởi vậy mà virus lạ

có thể xâm nhập vào tế bào nhưng không phát triển nhân lên được Cường

độ của hiện tượng này phụ thuộc vào số lượng virus gây nhiễm lần thứ 1 và thời gian từ lúc đó đến lúc gây nhiễm lần thứ 2, thường khoảng 2 giờ thì có tác dụng

Người ta đã ứng dụng hiện tượng Interference trong việc phòng chống bệnh do virus gây nên Chất Interferon có thể ức chế rộng rãi nhiều loại virus khác nhau vì nó không có tính đặc hiệu đối với virus mà chỉ có tính đặc hiệu đối với tế bào chủ

V Virut và bệnh tật

Virut là dạng sống vô bào gây nhiều loại bệnh trên mọi đối tượng sinh vât( từ vi sinh cho đến các động vật bậc cao cấp) là tác nhân gây hơn 500 loại bệnh trên cơ thể người, động vật và hơn 600 bệnh hiện biết trên thực vật Từ năm 1971, người ta còn lien tiếp phát hiện ra các tác nhân gây bệnh

có cấu trúc đơn giản hơn cả virut: đó chính là viriot (virino), prion) và virutoit Ngày nay khi các bệnh dịch virut đã được đẩy lùi, thì các bệnh virut khác lại đang là nguy cơ đe doạ tính mạng của toàn nhân loại:ví dụ virut ebola gây bệnh sốt xuất huyết ác tính ở châu phi, virut gây bệnh viêm phổi cấp( SARS),, virut cúm gia cầm các tính(H5N1), virut B gây viêm gan, virut gây ung thư và virut HIV gây đại AIDS

V.1 Sự lan truyền virut

Bệnh virut có thể lan truyền theo hai cơ chế chính:

+Sự lan truyền dọc( lan truyền di truyền): các tế bào bố mẹ nhiễm virut ở dạng tiền sinh truyền cho con cháu từ thế hệ này sang thế hệ khác Ví dụ các virut thuộc retro, virut gây AIDS, virut rubella.(Togaviridae)

+Lan truyền ngang ) lan truyền tiếp xúc: bao gồm một số con đường chính sau:

- Qua đường hô hấp: qua không khí bẩn chức virut gây bệnh, ví dụ như viirut cúm, quai bi, sởi, đậu mùa…

- Qua đường tiêu hoá( qua thức ăn và nước uống bị nhiễm) ,ví dụ như virut bại liệt(poliomyelite),virut viêm gan A( piconaviridae)

- Qua đường sinh duc và tiết niệu:HIV, HIV…

- Lan truyền do vật trung gin như muỗi, bọ chét, chấy rận….ví dụ các virut gây bệnh sốt vàng da, viêm não, sót vẹt, sốt xuất huyết…

- Lan truyền qua vêt cắn; virut dại(Rhabdoviridae)

- Lan truyền đường truyền máu: HIV ,HBV…

V.2 Virut và bệnh ung thư

Ung thư là căn bệnh nang y nhất hiện nay Người ta biết rắng nguyên nhân chủ yếu gây bệnh ung thư là do thức ăn và môi trường sống( 30%-60% ) Virut chỉ là nguyên nhân của một phần nhỏ các khối u ác tính( chiếm khoảng

Virus bệnh dại

5%) Cho đến nay người ta cho rằng có ít nhất 4 loại virut có lien quan chặt chẽ đến sự tiến triển của ung thư Đó là:

+Virut Epstein (EBV) là virut gây bệnh ung thư được nghiên cứu lĩ nhất chúng gây bệnh máu trắng (ung thư máu dạng burkit),ung thư vòm họng, ung thư vùng bụng,ung thư hàm

+Virut gây viêm gan B(HBV) cũng đã được chứng minh chắc chắn lien quan đến ung thư gan

+Virut Papilona gây ung thư cổ tử cung ở người

+Ít nhất có một loài retro virut gây bệnh ung thư tế bào

limpho ở người

V.3.Virit HIV và hội chứng suy giãm miễn dịch

V.3.1 sơ lược về HIV

HIV (tiếng Anh: human immunodeficiency virus, có nghĩa virus suy giảm miễn dịch ở người) là một lentivirus (thuộc họ retrovirus) có khả năng gây

hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải (AIDS), một hội chứng hệ miễn

dịch trong cơ thể con người bắt đầu bị hỏng, dẫn đến những nhiễm trùng cơ hội có thể làm chết người

Retrovirus là một họ virus phổ biến ở các loài động vật và ít phổ biến hơn ở người

Họ virus này có dạng hình cầu, bên ngoài

có vỏ lớp pepton và bên trong có vỏ capsid, di truyền ARN Vì vậy dòng di truyền của nó là dòng di truyền ngược chiều từ ARN sang ADN chứ không phải thuận chiều ADN sang ARN ARN của virus được phân mã thành ADN nhờ một enzim đặc biệt là một enzim phiên mã ngược ADN của virus di truyền vào trong nhân và lồng ghép với ADN của

tế bào bị nhiễm trở thành ADN tiền virus, tồn tại ở đó một cách thầm lặng Khi tế bào bị nhiễm phân chia, ADN tiền virus cũng được chuyển cho tế bào con ADN tiền virus có thể sản sinh ra các protein virus, tổng hợp các proten

đó và hình thành các virus mới Các virus mới này phá huỷ các tế bảo mẹ và gây nhiễm HIV cho các tế bào lân cận và có thể tiếp tục nhân lên

Virus viêm gan B

V.3.2Cấu trúc HIV:

Bao ngoài là một lớp màng lipid kép, dưới màng có gai là các glycoprotein trọng lượng phân tử 120 kilođanton (KD) ký hiệu là gp120 hay còn gọi là Protein màng ngoài Xuyên qua các lớp lipid kép là các lớp glycoprotein gp41 (Protein xuyên màng) gp120 và gp41 gắn với nhau tạo thành các phân tử gp160

Vỏ Protein: có dạng hình cầu gồm các phân tử Protein có trọng lượng

phân tử 18KD, p18

Lõi: có dạng hình trụ được bao bọc bằng một lớp protein p24 Trong lõi

có hai sợi ARN đơn, có enzym phiên mã ngược và một số phân tử protein

GAG- gen mã hoá cho các protein trong của Virus; gen pol mã hoá cho

gp120

nhiễm trùng HIV được chia theo 4 giai đoạn:

đỏ ngoài da (xuất hiện ở 50% bệnh nhân), hạch to, lách to Một số bệnh nhân

Cấu tạo của virus

có biểu hiện thần kinh như viêm não, viêm màng não, viêm dây thần kinh ngoại biên… Các triệu chứng này hiện diện trong vòng 5-10 ngày và tự khỏi hoàn toàn Còn lại, hầu hết những người nhiễm HIV không có biểu hiện gì khi mới nhiễm.

Trong giai đoạn này, chỉ mới có sự hiện diện của kháng nguyên tức virus HIV trong máu Phải chờ 2-12 tuần sau kháng thể mới xuất hiện và lúc này mới có thể xác định được bằng các thử nghiệm xác định nhiễm HIV thông thường (huyết thanh chẩn đoán) Đây là giai đoạn đặc biệt dễ lây do bệnh nhân không biết mình nhiễm bệnh

2 Nhiễm trùng không triệu chứng

Sau thời kỳ nhiễm trùng cấp, bệnh nhân nhiễm HIV rơi vào giai đoạn dài không triệu chứng lâm sàng, nhưng chẩn đoán huyết thanh lại khá dễ dàng, dựa vào sự hiện diện của kháng thể chống HIV Tức là trong giai đoạn này bệnh nhân sẽ có kết quả chính xác sau khi làm xét nghiệm máu để tìm kháng thể chống virus HIV Sở dĩ, chúng ta phải làm xét nghiệm tìm kháng thể là

vì việc xét nghiệm tìm kháng nguyên (phát hiện virus HIV) đòi hỏi phải có điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị cao cấp Trong khi đó, tình trạng ngân sách của chúng ta thì chưa thể đáp ứng được

3 Hội chứng hạch to toàn thân và kéo dài

Sau khi huyết thanh dương tính, 50-70% trường hợp xuất hiện hội chứng hạch to toàn thân và kéo dài Hội chứng này được chẩn đoán khi có đủ các điều kiện sau:

- Có ít nhất 2 hạch khác nhau (không kể hạch bẹn)

- Mỗi hạch thường có đường kính trên 1 cm

- Hiện diện kéo dài trên 1 tháng

-Không giải thích được lý do nổi hạch

Hay gặp nhất là hạch cổ, rồi đến hạch dưới hàm, hạch nách Một số hạch ít gặp hơn là hạch ở khuỷu tay, trung thất (trong lồng ngực), và trong ổ bụng

4 Biểu hiện lâm sàng thực sự của AIDS

Khi bệnh nhân được chẩn đoán là AIDS nghĩa là đã mắc các bệnh nhiễm trùng cơ hội từ bên ngoài hay nói cách khác là do HIV đã đến giai đoạn cuối

cùng Thời gian từ lúc bệnh nhân được xác định là AIDS đến lúc chết thường không quá 2 năm, trung bình là 18 tháng Riêng đối với trẻ em, thời gian này thường ngắn hơn, khoảng 10-12 tháng Biểu hiện lâm sàng chính thường là nhiễm trùng cơ hội hoặc ung thư Phần lớn là bệnh nhân mắc các bệnh lao đặc biệt là lao phổi, các bệnh đường tiêu hoá, bệnh liên quan đến dây thần kinh và các nhiễm trùng ngoài da Tuy nhiên, nếu được chăm sóc tốt, người bệnh có thể sống hoàn toàn khoẻ mạnh trong vòng 15-17 năm kể

từ khi nhiễm HIV đến khi có biểu hiện của AIDS Ngày nay, với các tiến bộ trong thuốc điều trị, thời gian này còn khả quan hơn nhiều Tuy nhiên, thử thách lớn nhất hiện tại là thuốc điều trị vẫn còn quá đắt và cũng thường không sẵn có

V.3.4 Đường truyền HIV và cách phòng tránh

HIV lây truyền qua ba con đường: Tình dục, đường máu và mẹ truyền sang con (Lúc mang thai, khi sinh hoặc khi cho con bú)

• Tình dục

Virus HIV có rất nhiều trong máu, trong các chất dịch sinh dục Do vậy, virus có thể xâm nhập vào máu bạn tình qua cơ quan sinh dục Việc sinh hoạt tình dục, dù có giao hợp hay chỉ tiếp xúc cơ quan sinh dục, đều dẫn đến nguy cơ lây nhiễm

• Từ mẹ truyền sang con

Cứ một trăm phụ nữ nhiễm HIV sinh con thì khoảng 25-30 trẻ bị nhiễm HIV có thể lây sang bé qua rau thai khi bé ở trong bụng mẹ, qua máu và chất dịch của mẹ khi sinh, hoặc qua sữa mẹ khi mẹ cho con bú Trẻ sơ sinh nhiễm HIV thường không sống được quá ba năm

V.3.4 SARS HỘI CHỨNG HÔ HẤP CẤP

-Hội chứng hô hấp cấp tính nặng (SARS), là bệnh đường hô hấp gây viêm phổi không điển hình ở những người bị nhiễm

-Viêm phổi không điển hình gây sưng và suy yếu phế nang, làm giảm cung cấp máu tại chỗ cũng như ức chế vận chuyển oxy

Mặc dù nguyên nhân chưa được xác định, song các

nhà khoa học cho rằng bệnh do virut mới thuộc họ coronavirus gây ra Cầy hương được coi là thủ phạm truyền virut SARS Cũng có ý kiến cho rằng virut bắt

nguồn từ động vật, nhưng dường như nó không có gì giống với các virut đã thấy ở trên người và động vật

1 Virut đi vào cơ thể qua miệng, mũi và mắt

2 Virut đến phế nang hay là các túi ở trong phổi

3 Khi bị tấn công, phế nang bị sưng lên và suy yếu, làm giảm cung cấp máu và vận chuyển oxy

Các coronavirus là nhóm các virut thường gây ra các bệnh đường hô hấp trên ở mức độ nhẹ và vừa cho người và có liên quan đến các bệnh thần kinh, gan, tiêu hóa và hô hấp trên động vật

Trong khi, ngày càng nhiều các chứng cớ rằng virut là nguyên nhân ban đầu, vẫn còn rất nhiều công việc xét nghiệm để tìm ra các đặc điểm chính xác của nó

*Các triệu chứng:

Các triệu chứng chính gồm:

- Sốt cao trên 38 ° C

- Ho, thở nông, khó thở, đau đầu hoặc đau họng và

- Ði đến những khu vực có các ca bệnh SARS trong vòng 10 ngày gần đây hoặc

- Tiếp xúc trực tiếp trong vòng 10 ngày gần đây với những người có những triệu chứng trên và đã đi đến khu vực bị ảnh hưởng

Nếu có một trong các vấn đề trên, cần đi khám bệnh ngay lập tức Ðể giúp các bác sĩ, bạn cần kể về việc đi lại gần đây của bạn và những người mà bạn đã tiếp xúc gần đây

*Lây nhiễm:

Virus sars

Con cầy hương

- Virut có thể lây lan qua dịch hô hấp do hắt hơi

- Vi rút cũng có thể lây lan gián tiếp như tiếp xúc với những đồ vật có dính dịch bài tiết của cơ thể chứa vi rút như điện thoại, tay xoay cửa bị nhiễm vi rút Bởi vì vi rút có thể sống từ 3-6 giờ ở ngoài cơ thể người

- Bệnh có thể được lây truyền qua không khí

- Vi rút tồn tại trong phân (và nước tiểu) ở nhiệt độ phòng trong ít nhất 1-2 ngày, thậm chí tới 4 ngày

- Vi rút mất hoạt tính gây nhiễm sau khi tiếp xúc với các chất tiệt khuẩn và

có thể bị chết ở 56 ° C

*Tự phòng:

Tránh đi đến các khu vực bị ảnh hưởng

- Tránh tiếp xúc trực tiếp với bệnh nhân SARS

- Thực hiện vệ sinh cá nhân:

+ Ðeo khẩu trang có phần mềm để tiện cho việc hắt hơi

+ Rửa tay nếu bạn tiếp xúc với dịch hô hấp (sau hắt hơi chẳng hạn)

+ Rửa tay trước khi phải đụng, sờ lên mắt hoặc miệng của bạn

+ Thường xuyên vệ sinh nơi ở, bếp và nhà vệ sinh

* Sự nguy hiểm:

Tỷ lệ tử vong khoảng 3-5% Có tài liệu cho rằng có thể lên đến 10%, đặc biệt là ở những người cao tuổi Những người bị nhiễm xảy ra viêm phổi có thể gây nhiều biến chứng Thể trạng suy sụp rất nhanh, trong vòng vài ngày

*Điều trị :

Hiện chưa có thuốc điều trị đặc hiệu, nhưng các bác sĩ đang chữa trị bệnh bằng các thuốc kháng vi rút và steroid Nếu điều trị sớm, phần lớn bệnh nhân không mắc các bệnh khác, có thề hồi phục

V.3.5 VIRUT CÚM VÀ DỊCH CÚM GIA CẦM

Virus cúm thuộc chi Cúm (gồm cúm A, B và C), họ Orthomyxoviridae, là những virus có genome là RNA đối mã (negative-sense RNA) gồm nhiều đoạn (multipartite) Virus cúm thường có hình cầu, với đường kính từ 90 đến 100 nm Genome của nó là tám đoạn RNA mã hóa

virus cúm gia cầm Virus cúm

cho nhiều loại protein khác nhau, trong đó có các protein của enzyme phiên mã trên khuôn RNA (RNA dependent transcriptase) cần thiết cho sự sao chép của loại virus RNA đối mã trong tế bào Virus cúm sau khi đi vào tế bào sẽ đi vào nhân để sử dụng bộ máy phiên mã của nhân cho việc tạo ra các RNA virus mang mã bởi virus cúm không có khả năng “đóng nắp” (capping) ở đầu 5’.

Virus cúm được bao bọc bởi một lớp lipid kép có nguồn gốc từ tế bào vật chủ khi nó bứt ra khỏi tế bào Trên lớp màng này nhô ra các glycoprotein thuộc hai nhóm chính là Hemagglutinin (HA) và Neuraminidase (NA) Vai trò của HA là giúp virus gắn vào thụ thể trên tế bào vật chủ để kích thích tế bào vật chủ “nuốt” virus vào trong (endocytosis) còn vai trò của NA thì không rõ ràng lắm, có lẽ nó giúp virus bứt ra khỏi tế bào vật chủ bằng cách cắt sialic acid khỏi các glycoprotein của virus và tế bào vật chủ Bên trong lớp vỏ lipid kép là lớp protein nền bao quanh vỏ nhân (nucleocapsid) Các loại cúm A, B và C khác nhau về số lượng các đoạn RNA cũng như cấu trúc của protein nền và protein nhân

Cúm A là loại gây ra các đại dịch cho con người và vật nuôi nhiều nhất Sự khác nhau giữa cấu trúc của HA và NA của các chủng virus cúm khác nhau được sử dụng để phân loại chúng Ví dụ chúng ta có các chủng virus cúm từng gây đại dịch cho người như H0N1, H1N1, H2N2, H3N2…H7N7, H5N1 Điều đáng chú ý là đại dịch cúm thường lặp lại có tính chu

kỳ, nhiều khi do cùng một chủng virus cúm gây ra Ví dụ chủng H1N1 gây

ra 3 đại dịch ở các năm 1947, 1977, 1986 và 1995

Cúm B : HA ít thay đối thường chỉ gặp trên người

Cúm C: it gặp và thường chỉ gặp trên người

VI PHÂN LOẠI VIRUT

1 Dựa vào cơ thể bị bệnh do virut

Virut thực vật (phytophagineae)

Virut động vật (zoophagineae)

Virut vi khuẩn (phagineae)

Virut côn trùng

2 Dựa vào tính chất dịch tễ và tính chất lâm sàng của bệnh.

Bệnh do virut đường hô hấp

Bệnh do virut đường ruột

Bệnh do virut hướng bì

Bệnh do virut hướng thấn kinh

Bệnh do virut hướng nội tạng

3 Dựa vào cấu trúc và đặc điểm sinh học.

Họ virut Kiểu đối

xứng của virion

Đường kính của virion

Vỏ bọc của

virion

Dạng và cấu trúc của axt nucleic

Vị trí nhân lên của virut trong tế bào

Phức tạp

Khối

18-26

44-55554570-90

130-300120-150

300-450170_260

20-30

35-4060-80

không

không

AND sợi đơn

AND Sợi kép

AND sợi kép

AND sợi képAND sợi képAND sợi kép

ARNSợi đơnARn sợi kép

Nhân

NhânNhânNhân

Nguyên sinh chatnhân

nguyên sinh chất

nguyên sinh chấtnguyên sinh chất

Trụ

40-70

80-120150

100

130-300

90-100

50-500100

Cócó

có

có

cócó

ARN sợi đơn

ARN sợi đơnARN sợi đơnARN sới đơn

ARN sợi đơn

ARN sợi đơn

ARn sợi đơnARnsợi đơn

nguyên sinh chất

nguyên sinh chấtnguyên sinh chấtnguyên sinh chất

nguyên sinh chất

nguyên sinh chất

nguyên sinh chấtnguyên sinh chất

CHƯƠNG IVSINH LÍ HỌC VI SINH VẬT

4.1 DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT

Các chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật là bất kỳ chất nào được vi

sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm

nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần

của tế bào hoặc để cung cấp cho quá trình trao đổi năng lượng

Quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng để thoả mãn mọi nhu cầu sinh trưởng và phát triển được gọi là quá trình dinh dưỡng Chất dinh dưỡng phải

là những hợp chất có tham gia vào các quá trình trao đổi chất nội bào

Thành phần hoá học của tế bào vi sinh vật quyết định nhu cầu dinh dưỡng của chúng Thành phần hoá học của các chất dinh dưỡng được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, các nguyên tố khoáng đa và vi lượng

Lượng các nguyên tố chứa ở các vi sinh vật khác nhau là không giống nhau Trong các điều kiện nuôi cấy khác nhau, tương ứng với các giai đoạn phát triển khác nhau, lượng các nguyên tố chứa trong cùng một loài vi sinh vật cũng không giống nhau Trong tế bào vi sinh vật các hợp chất được phân thành hai nhóm lớn: (1) nước và các muối khoáng; (2) các chất hữu cơ

90 % khối÷Nước và muối khoáng Nước chiếm đến 70 lượng cơ thể vi sinh vật Phần nước có thể tham gia vào quá trình trao đổi chất của vi sinh vật được gọi là nước tự do Đa phần nước trong vi sinh vật đều ở dạng nước tự

do Nước kết hợp là phần nước liên kết với các hợp chất hữu cơ cao phân tử trong tế bào Nước liên kết mất khả năng hoà tan và lưu động

5 % khối lượng khô của÷Muối khoáng chiếm khoảng 2 tế bào Chúng thường tồn tại dưới các dạng muối sunfat, phosphat, cacbonat, clorua Trong

tế bào chúng thường ở dạng các ion Các ion trong tế bào vi sinh vật luôn luôn tồn tại ở những tỷ lệ nhất định, nhằm duy trì độ pH và áp suất thẩm thấu thích hợp cho từng loại vi sinh vật

Chất hứu cơ trong tế bào vi sinh vật chủ yếu được cấu tạo bởi các nguyên tố:

C, H, O, N, P, S Riêng các nguyên tố C, H, O, N chiếm 97% toàn bộ chất khô của tế bào Đó là các nguyên tố chủ yếu cấu tạo÷tới 90 nên protein, axit nucleic, lipit, hydrat- cacbon Trong tế bào vi khuẩn các hợp chất đại phân tử chỉ chiếm 3,5% , còn các ion vô cơ chỉ có 1%

Vitamin cũng có sự khác nhau rất lớn về nhu cầu của vi sinh vật Có những vi sinh vật tự dưỡng chất sinh trưởng, chúng có thể tự tổng hợp ra các vitamin cần thiết Nhưng cũng

có nhiều vi sinh vật dị dưỡng chất sinh trưởng, chúng đòi hỏi phải cung cấp nhiều loại vitamin khác nhau với liều lượng khác nhau

4.1.1 Nguồn thức ăn cacbon của vi sinh vật

Căn cứ vào nguồn thức ăn cacbon người ta chia sinh vật thành các nhóm sinh lý tự dưỡng và dị dưỡng Tuỳ nhóm vi sinh vật mà nguồn cácbon được

cung cấp có thể là các chất vô cơ (CO2, NaHCO3, CaCO3 ) hoặc chất hữu

cơ Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ các nguồn thức ăn khác nhau phụ thuộc vào hai yếu tố: một là thành phần hoá học và tính chất sinh lý của nguồn thức ăn này, hai là đặc điểm sinh lý của từng loại vi sinh vật

Thường sử dụng đường làm nguồn cacbon khi nuôi cấy phần lớn các vi sinh vật dị dưỡng

Trong các môi trường chứa tinh bột trước hết phải 700C, sau đó đun sôi rồi mới đưa đi÷tiến hành hồ hoá tinh bột ở nhiệt độ 60 khử trùng

Xenluloza được đưa vào các môi trường nuôi cấy vi sinh vật phân giải xenluloza dưới dạng giấy lọc, bông hoặc các dạng xenluloza

Khi sử dụng lipit, parafin, dầu mỏ làm nguồn cácbon nuôi cấy một số loài

vi sinh vật, phải thông khí mạnh để tạo từng giọt nhỏ để có thể tiếp xúc được với thành tế bào của vi sinh vật

Các hợp chất hữu cơ chứa cả C và N (pepton, nước thịt, nước chiết ngô, nước chiết nấm men, nước chiết đại mạch, nước chiết giá đậu ) có thể sử dụng vừa làm nguồn C vừa làm nguồn N đối với vi sinh vật

Trong công nghiệp lên men, rỉ đường là nguồn cacbon rẻ tiền và rất thích hợp cho sự phát triển của nhiều loại vi sinh vật khác nhau

Nguồn C (Carbon sources)

- Tự dưỡng (autotroph) CO2 là nguồn C duy nhất hay chủ

yếu

- Dị dưỡng (heterotroph) Nguồn C là chất hữu cơ

Nguồn năng lượng

- Dinh dưỡng quang năng

(phototroph)

Nguồn năng lượng là ánh sáng

- Dinh dưỡng hoá năng (chemotroph) Nguồn năng lượng là năng lượng hoá

học giải phóng ra từ sự oxi hoá hợp chất hữu cơ

Loại hình dinh dưỡng

Nguồn năng lượng, Hydrogene, điện tử, carbon

Đại diện

- Tự dưỡng quang năng vô cơ

(photolithoautotrophy)

Quang năng; H2, H2S, S hoặc H2O; CO2

Vi khuẩn sulfur, màu tím, màu lục, vi khuẩn lam

- Dị dưỡng quang năng hữu

cơ

(photoorganoheterotrop

hy)

Quang năng; chất hữu cơ

Vi khuẩn phi lưu huỳnh màu tía, màu lục

- Tự dưỡng hoá năng vô cơ

(chemolithoautotrphy)

Hoá năng (vô cơ),

Fe2+, NH3 hoặc NO2-, CO2

Vi khuẩn oxi hoá S,

hydrogene, vi khuẩn nitrat hoá,

vi khuẩn oxi hóa sắt

- Dị dưỡng hoá năng hữu cơ

vi khuẩn gây bệnh)

Nguồn thức ăn nitơ của vi sinh vật

Nguồn nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH3 và NH4+.

Muối nitrat là nguồn thức ăn nitơ thích hợp đối với nhiều loại tảo, nấm sợi

và xạ khuẩn nhưng ít thích hợp đối với nhiều loại nấm men và vi khuẩn Thường sử dụng muối NH4NO3 để làm nguồn nitơ cho nhiều loại vi sinh vật

Nguồn nitơ dự trữ nhiều nhất trong tự nhiên chính là nguồn khí nitơ tự do (N2) trong khí quyển

Vi sinh vật còn có khả năng đồng hoá rất tốt nitơ chứa trong các thức ăn hữu cơ

Nguồn nitơ hữu cơ thường được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật là pepton

loại chế phẩm thuỷ phân không triệt để của một nguồn protein nào đấy

Nhu cầu về axit amin của các loại vi sinh vật khác nhau là rất khác nhau.Nguồn thức ăn khoáng của vi sinh vật

Khi tạo các môi trường tổng hợp (dùng nguyên liệu là hoá chất) bắt buộc phải bổ sung đủ các nguyên tố khoáng cần thiết Nồng độ cần ÷thiết của từng nguyên tố vi lượng trong môi trường thường chỉ vào khoảng 10-6 10-8

M Nhu cầu khoáng của vi sinh vật cũng không giống nhau đối với từng loài, từng giai đoạn phát triển

Nhu cầu về chất sinh trưởng của vi sinh vật

Một số vi sinh vật muốn phát triển cần phải được cung cấp những chất sinh trưởng thích hợp nào đó Đối với vi sinh vật chất sinh trưởng là một khái niệm rất linh động Chất sinh trưởng có ý nghĩa nhất là những chất hữu cơ cần thiết cho hoạt động sống của một loài vi sinh vật nào đó không tự tổng hợp được ra chúng từ các chất khác Như vậy những chất được coi là chất sinh trưởng của loại vi sinh vật này hoàn toàn có thể không phải là chất sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật khác

Thông thường các chất được coi là các chất sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật nào đó có thể là một trong các chất sau đây: các gốc kiềm purin, pirimidin và các dẫn xuất của chúng, các axit béo và các thành phần của màng tế bào, các vitamin thông thường

4.2 HÔ HẤP VÀ CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN

4.2.1 HÔ HẤP HIẾU KHÍ VÀ KỊ KHÍ

Thông thường khi chất nhận electron cuối cùng là oxi phân tử thì người ta gọi là quá trình hô hấp và vi sinh vật thuộc dạng này gọi là vi sinh vật hiếu khí Khi chất nhận electron cuối cùng là một chất khác không phải là oxi tự

do, thì gọi là quá trình lên men và tác nhân gây lên men gọi là vi sinh vật kị khí

Trong số các cơ thể kị khí có loại có thể dùng chất nhận electrron là chất hữu cơ, loại khác – chất vô cơ Đối với loại đầu, người ta gọi là lên men (nghĩa hẹp), đối với loại sau người ta gọi là hô hấp kị khí

- Hô hấp đối với một vi khuẩn là do nó có một chuỗi vận chuyển electron liên kết ở màng tế bào và sự đi vào của một dòng electron theo một chiều và một dòng tương đương các proton theo chiều ngược lại, mà hợp chất làm chất nhận electron cuối cùng có thể là O2, NO3-, hợp chất hữu cơ,

…

- Lên men để chỉ sự có mặt của chuỗi vận chuyển electron nằm trong tế bào chất, không có sự tự động đi qua của dòng electron hoặc proton ở phần bên này và phần bên kia của tế bào Về phương diện chuyển hoá năng lượng, lên men cũng là một quá trình oxi hoá khử, nhung chất nhận electron cuối cùng là các hợp chất hữu cơ, chứ không phải là các phân tử oxi Quá trình này cũng giải phóng năng lượng nhưng ít hơn nhiều so với quá trình hô hấp Oxi hoá hoàn toàn một phân tử glucozơ (hô hấp) thành CO2 và H2O trung bình sinh ra được 2800kJ, trong khi lên men một phân tử glucozơ thành axit lactic chỉ giải phóng được 94kJ

4.3 SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN, PHÂN BỐ

Khi nói về sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn tức là đề cập tới sinh trưởng và phát triển của một số lượng lớn tế bào của cùng một loài Do tế bào vi khuẩn quá nhỏ nên việc nghiên cứu chúng gặp nhiều khó khăn Sự tăng số lượng không phải bao giờ cũng diễn ra cùng với sự tăng sinh khối.Vì vậy cần phải phân biệt các thông số và hằng số khác nhau khi xác định số lượng và khối lượng vi khuẩn.Bảng các thông số và hằng số sử dụng khi xác địnhsố lượng và khối lượng vi khuẩn:

thời gianThời gian cần

thiết cho sự tăng đôi

bào/ ml)Hằng số tốc độ phân chia C (h (h)

khô/ ml)Hằng số tốc độ sinh trưởng đôi (h)

Tuỳ theo tính chất thay đổi của hệ vi khuẩn có hai phương pháp nuôi cấy vi khuẩn cơ bản: nuôi cấy tĩnh và nuôi cấy liên tục.Trong vi sinh vật học khi nói đến sinh trưởng là nói đến sự sinh trưởng của cả quần thể Dưới đây chúng ta khảo sát mẫu thí nghiệm lí tưởng để theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn

Nếu số tế bào ban đầu là No thì sau n lần phân chia số tế bào tổng cộng là N:

N=N o⋅2 n (1.1)

Giá trị n (số thế hệ) có thể tính nhờ logarit thập phân:

logN=logNo+nlog2

Thời gian thế hệ (g) được xác định theo công thức

Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều kiện nuôi cấy tĩnh

Phương pháp nuôi cấy mà trong suốt thời gian đó người ta không bổ sung thêm chất dinh dưỡng và cũng không loại bỏ sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất gọi là nuôi cấy tĩnh (quần thể tế bào bị giới hạn trong một khoảng thời gian nhất định) Sự sinh trưởng trong một “hệ thống động” như vậy tuân theo những quy luật bắt buộc [theo các pha lag (pha mở đầu), pha log, pha

ổn định và pha tử vong]

Pha lag

tot1titr hlog2N12Hình 1.8 .Đồ thị biểu diễn pha lag:1- Đường thẳng lý tưởng;2- Đường thẳng thực tế;(r- Thực tế; i- Lý tưởng)hlog2Ni= log2NrPha này tính từ lúc bắt đầu cấy đến khi vi khuẩn đạt được tốc độ sinh trưởng cực đại Trong pha lag vi khuẩn chưa phân chia nhưng thể tích và khối lượng tế bào tăng lên rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất trước hết là các hợp chất cao phân tử (protein, enzim, axit nucleic) diễn ra mạnh mẽ

Độ dài của pha lag phụ thuộc trước hết vào tuổi của ống giống và thành phần môi trường Thường tế bào càng già thì pha lag càng dài

Việc tìm hiểu độ dài của pha lag là cần thiết trong việc phán đoán đặc tính của vi khuẩn và tính chất của môi trường Để thuận tiện cho việc tính toán người ta chuyển các phương trình này thành các phương trình đường thẳng bằng cách sử dụng logarit:

lnN=Ctln2+lnNo =μt+lnNo

Và log2N=μlog2e+log2N o=Ct+log2 N o

Pha lag được coi như là khoảng cách thời gian giữa đường thẳng thực nghiệm (hoặc thực tế) và đường thẳng lý tưởng song song với nó khi mà vi khuẩn, giả dụ không phải trải qua pha lag Gọi thời gian của pha lag là TL, ta

Trong pha này vi khuẩn sinh trưởng và phát triển theo luỹ thừa, nghĩa

là sinh khối và số lượng tế bào tăng theo phương trình: N = t Trong pha này kích thước của tế bào, thành phần hoá học,µNo.2ct hay X = Xo.C hoạt tính sinh lý không thay đổi theo thời gian

Nếu lấy trục tung là logarit của số tế bào thì đường biểu diễn sinh trưởng theo luỹ thừa của vi khuẩn sẽ là đường thẳng Vì pha sinh trưởng theo luỹ thừa của vi khuẩn được biểu diễn bằng sự phụ thuộc theo đường thẳng giữa thời gian và logarit của số tế bào nên pha này được gọi là pha logarit Thường dùng logarit cơ số 2 là thích hợp hơn cả vì sự thay đổi một

đơn vị của log2 trên trục tung chính là sự tăng đôi số lượng vi khuẩn và thời gian cần để tăng một đơn vị của log2 lại là thời gian thế hệ.

Thời gian thế hệ (hoặc thời gian tăng đôi) g, hằng số là ba thông số quan trọng củaµtốc độ phân chia C và hằng số tốc độ sinh trưởng có thể tính được từ phương trình:µpha log

Trong điều kiện thí nghiệm có thể điều chỉnh sao cho tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn chỉ mẫn cảm, nghĩa là chỉ phụ thuộc vào một yếu tố Trong trường hợp như vậy yếu tố đã cho là yếu tố hạn chế tốc độ sinh trưởng Chất dinh dưỡng hạn chế có thể là đường, axit amin, chất vô cơ

với nồng độ chấtµMối quan hệ giữa các hằng số C và dinh dưỡng hạn chế được biểu diễn qua các phương trình:

C=Cmax

Pha ổn định

Trong pha này quần thể vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động học Số tế bào mới sinh ra bằng số tế bào cũ chết đi Kết quả là số tế bào và cả sinh khối không tăng cũng không giảm

Nguyên nhân tồn tại của pha ổn định là do sự tích luỹ các sản phẩm độc của trao đổi chất và việc cạn kiệt chất dinh dưỡng

Sự tăng sinh khối tổng cộng tỷ lệ thuận với nồng độ ban đầu của chất dinh dưỡng hạn chế

G = K.C

trong đó: G - độ tăng sinh khối tổng cộng;

C - nồng độ ban đầu của chất dinh dưỡng hạn chế;

K - hằng số hiệu suất:

Pha tử vong

Trong pha này số lượng tế bào có khả năng sống giảm theo luỹ thừa Chưa

có một quy luật chung cho pha tử vong Sự chết của tế bào có thể nhanh hay chậm, có liên quan đến sự tự phân hay không tự phân Trong trường hợp môi trường tích lũy các axit là nguyên nhân làm chết tế bào tương đối rõ thì nồng độ chất dinh dưỡng thấp dưới mức cần thiết và hậu quả là giảm hoạt tính trao đổi chất, phân huỷ dần dần các chất dự trữ và cuối cùng dẫn đến sự chết hàng loạt của tế bào Ngoài đặc tính của bản thân chủng vi sinh vật, tính chất của các sản phẩm trao đổi chất tích luỹ lại cũng ảnh hưởng đến tiến trình của pha tử vong

Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong quá trình nuôi cấy liên tục

Trong thực tiển sản xuất cần cung cấp cho vi sinh vật những điều kiện ổn định để trong một thời gian dài chúng vẫn có thể sinh trưởng trong pha log

Dĩ nhiên ở một mức độ nào đó có thể cấy chuyền tế bào nhiều lần vào môi trường dinh dưỡng mới Đơn giản hơn nên đưa liên tục môi trường dinh dưỡng mới vào bình nuôi cấy vi khuẩn đồng thời loại khỏi bình một lượng tương ứng dịch vi khuẩn Đây chính là cơ sở của phương pháp nuôi cấy liên tục trong các thiết bị nuôi cấy liên tục

Giả sử có một bình nuôi cấy trong đó vi khuẩn đang sinh trưởng, phát triển Liên tục bổ sung vào bình môi trường mới có thành phần không đổi Thể tích bình nuôi cấy không đổi, nghĩa là lượng môi trường được bổ sung cân bằng với lượng môi trường đi ra cùng tốc độ

Gọi thể tích bình là V (lít), tốc độ dòng môi trường đi vào là f (lít/h) thì tốc

độ pha loãng (hệ số pha loãng) D sẽ là f/V Đại lượng D biểu thị sự thay đổi thể tích sau 1 giờ

Nuôi cấy tĩnh được coi như hệ thống đóng, quần thể tế bào sinh trưởng trong

đó phải trải qua các pha mở đầu, logarit, ổn định và tử vong Mỗi pha sinh trưởng được đặc trưng bởi những điều kiện nhất đinh Việc tự động hoá các pha là khó thực hiện Nuôi cấy liên tục, trái lại, là hệ thống mở có khuynh hướng dẫn đến việc thiết lập một cân bằng động học Yếu tố thời gian ở đây, trong phạm vi nhất định, bị loại trừ Tế bào được cung cấp những điều kiện không đổi, nhờ việc điều chỉnh tự động

CHƯƠNG 5

DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ Ở VI SINH VẬT 5.1 DI TRUYỀN Ở VI SINH VẬT

5.1.1 Đặc điểm di truyền vi sinh vật

+ Vi sinh vật có cấu tạo rất đơn giản, cho nên trong di truyền ở vi sinh vật có sự sai khác nhất định so với sinh vật bậc cao

+ Tế bào VSV thường đơn bội, sinh sản VSV cực nhanh, do đó nghiên cứu di truyền VSV bitees được két quả nhanh hơn ở các sinh vật bậc cao

+ VSV cũng như sinh vật bậc cao, các phân tử mang thông tin di truyền chứa trong một vùng xác định của tế bào, theo một trình tự mạch thẳng và được truyền lần lượt

từ tế bào cho sang tế bào nhận

+ Nghiên cứu di truyền VSV gặp phải những khó khăn chủ yếu đó là: kích thước vô cùng nhỏ bé, nhiều vi cấu trúc của tế bào nằm ngoài phạm vi kiểm soát của máy móc

5.1.2 Nhân tố di truyền của VSV.

- Ở VSV thì nhân tố di truyền là axit nucleic (AND và ARN ) là nguyên liệu

di tryền sơ cấp mà từ đó trực tiếp cấu tạo nên các nhiễm sắc thể và các gen cũng như các plasmit VSV

- ARN là nguyên kiệu di truyền thứ cấp, nó tham gia vào quá trình phiên mã thông tin di truyền

5.1.3 Sơ lược về sự trao đổi di truyền ở VSV và cơ chế sao chép lại

a Sự trao đổi di truyền

b Cơ chế sao chép lại

Khi AND sinh sản, 2 sợi lò xo duỗi ra, mối liên kết hiddro giữa các bazo nito bị đứt hai nhiễm sắc thể tách rời nhau, từng sợi 1 tự sao chép thành một sợi mới tương đồng với nó

5.4Quá trình truyền nguyên liệu di truyền ở vi sinh vật

5 4.1 Biến nạp (transformation )

Định nghĩa

Biến nạp là sự biến đổi genotip của vi khuẩn thể nhận dưới ảnh hưởng của AND từ

vi khuẩn thể cho AND dưới thể dung dịch do một thể vi khuẩn thẻ cho giải phóng

ra, được truyền đi không có sự can thiệp của một nhân tố cấu trúc nhiễm sắc thể hoặc epixom, hoặc của phage vecto

Điều kiện của quá trình biến nạp: quá trình biến nạp chỉ xảy ra khi vi khaunar nhân ở một tình trạng sinh lý đặc biệt (ở khoảng 1- 15% tế bào ở quần thể thông thường ở giai đoạn phát triển giảm ) tình trạng này đã làm thay đổi tính chất bề mặt tế bào nhận có các yếu tố cảm ứng enzyme đặc biệt trên đó có các đoạn phân tử AND có thể xâm nhập được trên bề mặt tế bào nhận có các yếu tố cảm ứng để cho đoạn phân

tử AND có thể cố định có chưng 30- 70 vùng cảm ứng như thế đoạn AND đã nhập vào tế bào được tách đôi, và một mạch đơn được ghép vào NST của tế bào nhận Quá trình này gọi là sự tái tổ hợp (recombination )