bài giảng vi sinh vật đại cương

Woese dựa trên những nghiên cứu dựa trên những nghiên cứu sinh học phân tử phát hiện thấy Cổ khuẩn có sự sai khác lớn trong trật tự nucleotid ở ARN của ribosom 16S và 18S.. ACID TEICOIC

VI SINH VẬT HỌC

ĐẠI CƯƠNG

GV: Nguyễn Thị Kim Cúc

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN

KHOA HỌC VI SINH VẬT

GIAI ĐOẠN TRƯỚC KHI CÓ

KÍNH HIỂN VI

 Sự hình thành khoa

học vi sinh vật?

GIAI ĐOẠN CÓ KÍNH HIỂN VI

 Antonie Van Leeuwenhoek (1632 Antonie Van Leeuwenhoek (1632 1723) 1723)

GIAI ĐOẠN SAU KHI CÓ KÍNH HIỂN VI

 Cuộc tranh luận về thuyết tự sinh

 Cuộc tranh luận về men (enzyme)

 Cuộc tranh luận về nguyên nhân và khả năng

chống bệnh tật

Louis Pasteur (1822-1895): người khai sinh ra

khoa học thực nghiệm và giai đoạn này Khoa học

vi sinh vật hình thành.

CUỘC TRANH LUẬN VỀ MEN

 1857 1857 Louis Pasteur đã chứng minh: Louis Pasteur đã chứng minh:

Quá trình lên men lactic là gây nên bởi vi sinh vật.

Một số vi sinh vật có thể làm giảm hiệu suất của Một số vi sinh vật có thể làm giảm hiệu suất của quá trình lên men và làm chua sản phẩm.

Một số quá trình lên men là kỵ khí, một số lại lên Một số quá trình lên men là kỵ khí, một số lại lên men hiếu khí.

CUỘC TRANH LUẬN VỀ MEN

 Giải pháp ngăn chặn quá trình lên men

không mong muốn: “Thanh trùng Pasteur”.

 Cứu nguy cho nghề làm rượu vang ở Pháp.

 30 30 1 1 1860 Pasteur được nhận giải thưởng của 1860 Pasteur được nhận giải thưởng của Viện Hàn Lâm Khoa học Pháp về những phát

minh các quá trình lên men.

NGUYÊN NHÂN GÂY BỆNH TẬT

CUỘC TRANH LUẬN VỀ NGUYÊN NHÂN VÀ

KHẢ NĂNG CHỐNG BỆNH TẬT

 Bệnh dịch xuất hiện khắp nơi

 Định đề 1: Phân lập tác nhân gây bệnh từ con vật bị bệnh,

tác nhân này không có ở con vật khỏe mạnh

Các định đề của Koch (1884)

 Định đề 2: Nuôi cấy thuần chủng tác nhân gây bệnh bên

ngoài vật chủ

Các định đề của Koch (1884)

 Định đề 3: Đưa tác nhân gây bệnh đã được nuôi cấy vào

con vật khỏe thì con vật sẽ bị bệnh

Các định đề của Koch (1884)

 Định đề 4: Phân lập lại tác nhân gây bệnh, chúng

giống với tác nhân gây bệnh ban đầu

Các định đề của Koch (1884)

GIAI ĐOẠN HIỆN ĐẠI

 Hầu hết các vsv gây bệnh đã được phân lập, nuôi cấy và

định danh (virus đậu mùa, virus uốn ván, virus bại liệt…)

 Nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu vsv: Robert

Koch, Metchnikov, Elexander Flaming, Erlish, Ivanoskii,

Beijerink…

 Nhiều nghiên cứu có tầm quan trọng dựa trên đối tượng vsv

 VSV học hiện đại được đánh dấu bằng sự phát triển

mạnh mẽ của sinh học phân tử và CNSH

ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VSV

 Kích thước vô cùng nhỏ bé

 Hấp thu nhiều và chuyển hóa nhanh

 Sinh trưởng nhanh

 Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị

 Phân bố rộng, chủng loại nhiều

LÀ SINH VẬT XUẤT HIỆN ĐẦU TIÊN TRÊN

cổ ở miền Tây Australia Chúng có dạng

đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm với đường kính khoảng 1-2

mm và có thành tế bào khá dày

VỊ TRÍ CỦA VSV TRONG SINH GIỚI

 John Ray (1627John Ray (1627 1705) và Carl Von Linnaeus (17071705) và Carl Von Linnaeus

VỊ TRÍ CỦA VSV TRONG SINH GIỚI

 Năm 1980, Năm 1980, Carl R Woese Carl R Woese dựa trên những nghiên cứu dựa trên những nghiên cứu sinh học phân tử phát hiện thấy Cổ khuẩn có sự sai

khác lớn trong trật tự nucleotid ở ARN của ribosom 16S

và 18S Ông đưa ra hệ thống phân loại ba lĩnh giới

VI SINH VẬT NHÂN

NGUYÊN THỦY

PROKARYOTES

BA LĨNH GiỚI CỦA SINH VẬT

(Three

(Three Domain Classification) Domain Classification)

TẾ BÀO PROKARYOTE ĐIỂN HÌNH

BAO NHẦY (Capsule)

Màng nhầy

thường đồng

đều và đặc hơn

Các lớp nhớt thường ít đồng đều và khuếch

Capsule Staining

 Acetobacter xylinum : cellulose

 Leuconostoc mersenteroides:

dextran (polysaccharide)

 Bacillus anthracis, B subtilis… :

acid polyglutamic (polypeptide)

 Sản xuất sephadex, xanthan…

Ứng dụng của bao nhầy

THÀNH TẾ BÀO CỦA PROKARYOTE

 1884 Christian Gram đã phân biệt 2 loại VK dựa vào

cấu tạo của thành tế bào:

VK Gram dương (bắt màu tím khi nhuộm Gram)

VK Gram âm (bắt màu hồng khi nhuộm Gram)

Thành phần Tỉ lệ % đối với khối lượng khô của thành tế bào vi

5 5 20 20 Không thấy 20

CaoTHÀNH TẾ BÀO CỦA PROKARYOTE

THÀNH TẾ BÀO VI KHUẨN GRAM DƯƠNG

Các đơn phân tử của Peptidoglycan: NAG and NAM

ACID TEICOIC

ACID TEICOIC

 Thành phần đặc trưng chỉ có ở VK Gram

dương

 Là polyme của ribitol và glycerol phosphate

liên kết với PG hoặc màng sinh chất

 Tích điện âm, nên thành tế bào VK Gram

dương cũng tích điện âm Có thể giúp việc

vận chuyển dễ dàng các ion dương vào

hoặc ra khỏi tế bào

 Là nguồn dự trữ phosphate cho tế bào

THÀNH TẾ

BÀO VI KHUẨN

GRAM ÂM

Lipid A = Endotoxin

Carbohydrate tích điện âm và cung cấp khả năng bảo vệ chống lại một số chất kháng sinh và

độc tố

Lipopolysaccharide

(LPS)

Thành tế bào Gram âm

Periplasm: nơi

xảy ra sự phân

giải chất dinh

LPS: bảo vệ khỏi tác động của các chất kháng sinh như Penicillin hay kháng lại các độc tố

Bacillus anthracis

Escherichia coli

NHUỘM GRAM

 Thể nguyên sinh (protoplast): do lizozym phá vỡ hoặc penicilline ức chế tổng hợp thành tế bào (Gram +)

 Thể cầu (TB trần Thể cầu (TB trần Sphaeroplast): Gram Sphaeroplast): Gram – –

 Vi khuẩn dạng L: dạng đột biến không có thành

tế bào ở trực khuẩn Streptobacillus moniliformis

(Lister Institute)

 Mycoplasma (VK nguyên thủy)

Một số tế bào không có thành tế bào

Mycoplasma thiếu thành tế bào

MÀNG TẾ BÀO CHẤT

CẤU TRÚC LỚP PHOSPHOLIPID

(Structure of phospholipids)

HOẠT ĐỘNG CỦA LỚP PHOSPHOLIPID

(How phospholipids work)

Các đầu phân cực ưa nước, quay ra ngoài,

nhưng các đuôi không phân cực kị nước,

quay vào trong để tránh nước

Các đuôi kị nước kết hợp một cách linh

động với nhau

Protein-vận chuyển trung gian

-Mediated Transport

TẾ BÀO CHẤT (Cytoplasm)

 Là khối keo bán lỏng, có chứa 80Là khối keo bán lỏng, có chứa 80 90% là nước, phần còn 90% là nước, phần còn lại là protein, acid nucleic, hydratcarbon, lipid, các ion vô

cơ và nhiều chất có phân tử thấp khác

 Khi tế bào còn non, TBC có cấu tạo đồng nhất và bắt

màu thuốc nhuộm giống nhau

 Khi tế bào già, TBC có cấu tạo không đồng nhất, xuất

hiện các bào quan có kích thước, chức năng và bản chất khác nhau nên bắt màu thuốc nhuộm không giống nhau

cytoplasmnucleus

Nuclear envelope

Thể nhân trong tế bào vi khuẩn

Escherichia coli

CHỨC NĂNG CỦA NHÂN

 Điều khiển việc tổng hợp protein của tế bào vi

khuẩn.

 Di truyền mọi tính chất của tế bào cho thế hệ

sau.

 Tham gia nhiều phản ứng hóa sinh quan trọng và

là nơi điều khiển hoạt động sống của tế bào.

Các plasmid là các vòng

DNA nhỏ

Các Plasmid thường mã hóa các chức năng như đề kháng kháng sinh…

PLASMIDS

 Là DNA nhỏ, đóng vòng, nằm ngoài NST

 Mang các gen mã hóa cho những đặc tính đặc biệt (kháng bệnh hoặc kháng kháng sinh)

Plasmid F (Fertility plasmid):

các gen tạo các khuẩn mao

giới

Resistance plasmid: các gen

tạo nên tính kháng kháng sinh,

hay các kim loại nặng

Catabolic plasmid: các gen

phá hủy hoặc sử dụng một số

chất khó sử dụng (như toluen,

các dung môi hữu cơ)

 Bacteriocin plasmid Bacteriocin plasmid: : mã hóa cho các bacteriocin, là

protein có tính diệt khuẩn

 Virulence plasmid Virulence plasmid: : có các gen cần thiết cho vi khuẩn

nhiễm vào tế bào vật chủ

 Plasmid Ti (Tumor Plasmid Ti (Tumor inducing plasmid) inducing plasmid): : được tìm thấy ở

Agrobacterium tumefaciens Mã hóa cho các hormone sinh trưởng của thực vật Khi vi khuẩn nhiễm vào tế bào thực vật, plasmid được chuyển sang tế bào thực vật và các gen được biểu hiện, gây ra sự sinh trưởng quá mức của các mô thực vật (gall: mụn cây) Đây là các plasmid rất hữu dụng cho việc tạo dòng gen ở thực vật

 Ribosome 70S gồm hai tiểu phần 50S và 30S

 Ribosome là cơ quan tổng hợp protein của tế bào nhưng chỉ có 1 số nhỏ ribosome (5

chỉ có 1 số nhỏ ribosome (5 10% tổng số ribosome) ở 10% tổng số ribosome) ở dạng liên kết với mRNA mới tham gia tổng hợp protein, chúng tạo thành polyribosome hay polysome

CÁC TIỂU PHẦN RIBOSOME

Ribosomes: Nơi xảy ra quá trình dịch mã

Mỗi tế bào có khoảng 10,000

 Là những thể hình cầu, thể ống còn gọi là hạt khí

giống như cái bong bóng nằm ở vách ngăn ngang

và chỉ xuất hiện khi phân chia tế bào

 Đường kính khoảng 2500 A0, dày 75 A0

 Trong mesosome có nhiều hệ thống enzyme vận

chuyển điện tử và nó liên quan mật thiết với nhân

của VK

 Có vai trò quan trọng trong việc hình thành vách

ngăn ngang khi tế bào phân chia

Dipicolinic acid

Chịu nhiệt, hạn chế

sự xâm nhập của các chất hóa học

Đề kháng

lysozyme

Hình thành bên trong các tế bào sinh dưỡng

Có tính kháng nhiệt, kháng bức

xạ, chịu được khô

hạn

Đặc điểm của

nhiều vi khuẩn đất như Bacillus spp &

Clostridium spp

ĐẶC TÍNH CỦA BÀO TỬ

 Tính kháng nhiệt: do hàm lượng dipicolinat canxi cao và hàm lượng nước thấp

 Tính kháng bức xạ: do hàm lượng cao cầu nối

disulfide trong protein của lớp áo ngoài

 Tính kháng hóa chất: do lớp áo và vỏ bào tử ngăn cản sự xâm nhập của các hóa chất

Bào tử (spore) và Tinh thể độc (Crystal)

Bacillus thuringiensis Bacillus sphaericus

TIÊN MAO VÀ KHUẨN MAO

 Tiên mao là cơ quan di động của vi khuẩn

 Các tiên mao ngắn được gọi là tiêm mao

 Khuẩn mao (Nhung mao) là những sợi nhỏ gắn trên màng tế bào không có nhiệm vụ di động mà chỉ làm tăng bề mặt tiếp xúc với môi trường để thực hiện dinh dưỡng và bám vào giá thể Một số nhung mao được gọi là nhung mao giới tính…

 Bắt nguồn từ màng sinh chất và thành tế bào.

cilia

Khuẩn mao

Giúp vi khuẩn bám

vào giá thể (mô của

động vật…)

KHUẨN MAO GIỚI (Sex Pili)

 Sinh sản vô tính theo phương pháp phân chia

tế bào theo các bước:

Phân chia DNA

Phân chia nguyên sinh chất (đồng hình hoặc dị hình)

Hình thành vách ngăn ngang (cấu tạo hai lớp)

 Sinh sản hữu tính: tiếp hợp, biến nạp và tải nạp.

SINH SẢN CỦA VI KHUẨN

PHÂN LOẠI (Classification)

Strain O157:H7

Danh pháp kép

BA LĨNH GIỚI

Độ dài của các đường dựa vào khoảng cách di truyền, các đường càng dài thì sự khác biệt càng lớn

Phần lớn sự đa dạng di truyền là giữa các sinh vật đơn

bào

MỘT SỐ NHÓM VI

KHUẨN THẬT

VI KHUẨN LAM

VI KHUẨN LAM

Cấu tạo tế bào điển hình của Vi khuẩn Lam

XẠ KHUẨN (Actinomyces)

 Là VK Gram dương

 Có dạng hình tia hoặc hình sợi phân nhánh

 Phân bố rộng rãi trong tự nhiên, đặc biệt trong môi

Hình thái khuẩn lạc của xạ khuẩn

VI KHUẨN NGUYÊN THỦY

 Mycoplasma:

VK nhỏ nhất (150VK nhỏ nhất (150 300nm) Chưa có thành tế bào, nhưng 300nm) Chưa có thành tế bào, nhưng màng TBC có chứa sterol Tạo khuẩn lạc trên môi trường thạch có màu vàng nâu

 Rickettsia:

Sống kí sinh bắt buộc trong tế bào sinh vật nhân thật,

mẫn cảm với nhiệt độ (>560C chết sau 30 phút), chịu

được nhiệt độ thấp tốt

 Chlamydia:

Sống kí sinh bắt buộc trong tế bào sinh vật nhân thật

Mẫn cảm với chất kháng sinh

Hình thái khuẩn lạc của MYCOPLASMA

RICKETTSIA

CHLAMYDIA

CỔ KHUẨN

ARCHAEA

Một trong những nơi đầu tiên cổ khuẩn được tìm thấy:

thấy: suối nước nóng trong công viên Quốc gia suối nước nóng trong công viên Quốc gia

Yellowstone (Mỹ).

CỔ KHUẨN

 Vào những năm 1970, Cổ khuẩn được nhìn nhận như đại diện của một dạng sống thứ ba trên trái đất, bên cạnh vi khuẩn và sinh vật nhân thật

 Archaea hay Archaeabacteria là tên gọi chỉ nhóm cổ khuẩn

Thành tế bào có chứa thành phần pseudomurein (NThành tế bào có chứa thành phần pseudomurein (N acetyl acetyl glucosamine, acid N

glucosamine, acid N acetyl telominuronic và chuỗi acetyl telominuronic và chuỗi

tetrapeptide không chứa D

tetrapeptide không chứa D amino acid), protein, amino acid), protein,

glucoprotein, lipoprotein, hydratcarbon…

Không có nội bào tử

Có polymeraseCó polymerase RNA loại nhân chuẩnRNA loại nhân chuẩn

 Đây là nhóm cơ thể nhân sơ có sớm nhất (khoảng hơn 4 tỉ năm trước đây), được tách ra 1 nhánh tiến hóa riêng

GIẢ THUYẾT VỀ SỰ HÌNH THÀNH SỰ

SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT

các môi trường có điều kiện cực đoan (extreme).

 Khả năng thích nghi với các điều kiện sống cực đoan của cố khuẩn là cơ sở để giả thuyết rằng chúng là

những sinh vật sống đầu tiên xuất hiện trên trái đất.

của cổ khuẩn trong đó vẫn đang tiếp tục được tranh luận.

CỔ KHUẨN

Màng tế bào cổ khuẩn

1-mạch bên isoprene 2-liên kết ether

3-L-glycerol 4-phosphate

Màng tế bào VK và các eukaryote

5- acid béo 6-liên kết ester 7-D-glycerol 8-phosphate

nghiên cứu của giáo sự

Stetter công bố sự hiện

diện của nhóm cổ khuẩn

thứ 4: Nanoarchaeota

VI SINH VẬT NHÂN THẬT

EUKARYOTES

BA LĨNH GIỚI CỦA SINH VẬT

VI SINH VẬT NHÂN THẬT (Eukaryotes)

 Nấm men (Yeast), nấm mốc (Mold)

 Động vật nguyên sinh (Protozoa)

 Vi Tảo (Algae)

VI NẤM (Microfungi)

 Là tất cả các nấm không có mũ nấm (quả thể) nhìn thấy bằng mắt thường.

 Để nghiên cứu vi nấm bắt buộc phải quan sát dưới kính hiển vi và phải nuôi cấy trong điều

kiện vô khuẩn như nuôi cấy vi khuẩn.

 Căn cứ vào hình thái người ta chia vi nấm thành hai nhóm: Nấm men (yeast) và nấm sợi

(Filamentous fungi)

MỘT SỐ

MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA NHÓM NẤM ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA NHÓM NẤM

 Là các sinh vật nhân thật Là các sinh vật nhân thật, đơn bào hoặc đa bào , đơn bào hoặc đa bào

 Sinh bào tử

 Sống dị dưỡng (hoại sinh, ký sinh, cộng sinh)

 Không có diệp lục tố, nhưng một số nấm mốc có chứa sắc tố đặc trưng

 Có khả năng tiết các enzyme ngoại bào để phân giải các chất phức tạp thành các chất đơn giản,

dễ hấp thu

 Có hạt dự trữ glycogen hoặc lipid

NẤM MEN (Yeast)

 Hình thái: hình cầu, elip, hình trứng, hình ống dài, hình đa giác…

 Kích thước: 3Kích thước: 3 55××55 10µm10µm

 Thường tồn tại ở trạng thái đơn bào, sinh sản theo

phương thức nảy chồi, một số sinh sản theo phương thức phân cắt tế bào

 Thích nghi với môi trường chứa đường cao và có tính acid cao

Saccharomyces cerevisiae

DINH DƯỠNG CỦA NẤM MỐC

bào tử nấm mốc

Nấm mốc Penicillium

Nấm mốc

Penicillium as Antibacterial

Nấm gây hại cho Nông nghiệp

Nấm gây

bệnh ở cá

HỆ SỢI NẤM MỐC

Nguồn: Benson, 2001 Microbiological Applications.

Sự khác biệt về cấu trúc giữa nấm

men và nấm mốc

Sự phân chia giữa các tế bào

Tế bào chất liên tục, nhân có thể dịch

chuyển giữa các tế bào

Sự di chuyển tự do

Sự di chuyển của nước và các dưỡng chất giữa các tế bào rất

THÀNH TẾ BÀO (Cell wall)

 Chiếm 25 Chiếm 25 30% trọng lượng 30% trọng lượng

khô của tế bào.

MÀNG TẾ BÀO CHẤT

 Có chứa các sterol (giúp màng vững chắc và

bền), đây là đặc điểm khác biệt chủ yếu với màng

tế bào chất của sinh vật nhân sơ

 Thành phần sterol này tạo nên từ 5 Thành phần sterol này tạo nên từ 5 25 % lipid 25 % lipid

tổng số của màng tế bào chất

NHÂN TẾ BÀO

 Là nhân

thật, phân

hóa rõ ràng

Sự phân chia của tế bào eukaryote gồm có sự phân bào, ở đó

tế bào và nhân trải qua các giai đoạn biến đổi

Lưới nội chất hạt (RER) là nơi tổng hợp protein

Ribosome 80S (60S & 40S)

Các bao gói vận chuyển từ lưới nội chất tới thể Golgi, và các bao gói cô đặc vận chuyển từ thể Golgi ra ngoài

Các bào quan kết hợp trong sinh tổng hợp protein và

vận chuyển protein

Các lysosome là

các túi có chứa các

enzyme phân cắt

các phần tử thức ăn

 Nơi diễn ra quá trình tổng hợp protein

 Có ở trong Có ở trong cytoplasm cytoplasm và bề mặt của lưới nội chất và bề mặt của lưới nội chất

 Ribosome Ribosome 80s 80s có ở lưới nội chất hạt có ở lưới nội chất hạt

 Ribosome Ribosome 70s 70s có ở ty thể có ở ty thể

 Số lượng thay đổi tùy loài nấm men và điều kiện nuôi cấy…

5S cùng với 30 40 40 loại protein)

 40S (gồm loại RNA 18S và 21

18S và 21 24 loại 24 loại protein)

SINH SẢN

 Sinh sản vô tính:

 Phân cắt (nấm men schizosaccharomyces)

 Nảy chồi (phổ biến ở nấm men)

 Sinh sản bằng đoạn khuẩn ty (nấm mốc)

 Sinh bào tử: bào tử bắn, bào tử đốt, bào tử áo, bào tử tản, bào tử đính

 Sinh sản hữu tính (nấm men và nấm mốc):

 Phương thức tiếp hợp (đẳng giao hoặc dị giao)

 Tiếp hợp tế bào chất: hòa hợp của 2 tế bào trần của 2 giao tử

 Tiếp hợp nhân: hòa hợp của 2 nhân của 2 tế bào giao

tử để tạo một nhân nhị bội (diploid)

 Giảm phân (meiosis): hình thành 4 bào tử đơn bội (haploid) qua sự giảm phân từ 2n NST thành n NST (đơn bội)