bài giảng vi sinh đại cương

11/13/2014 1 Vi sinh đại cương Introduction to Microbiology Hồ Thị Kim Hoa Khoa Chăn nuôi – Thú y Đại học Nông Lâm Tp HCM Email: hoa.hothikim@hcmuaf.edu.vn Vi sinh đại cương Co. Sơ lược lịch sử phát triển ngành Vi sinh vật học (3 t) C1. Cấu trúc vi khuẩn (3 t) C2. Dinh dưỡng và phát triển (3 t) C3. Định danh & phân loại vi khuẩn (3 t) C4. Di truyền học vi khuẩn (3 t) C5. Cơ chế gây bệnh của vi khuẩn (3 t) C6. Các nhóm vi khuẩn phổ biến (6 t) C7. Vi nấm và virus (3 t) C8. Bất hoạt vi sinh vật (3 t) 11/13/2014 2 Sơ lược lịch sử ngành Vi sinh vật học - Vi sinh vật học (Microbiogy): Môn học/khoa học về vi sinh vật. - Vi sinh vật: Sinh vật đơn bào, có kích thước vi thể. Bao gồm: Vi khuẩn (bacteria), vi nấm (fungi) Virus - có kích thước vi thể, nhưng không là sinh vật “đơn bào” - Tế bào vi khuẩn khác với tế bào động-thực vật: • Tế bào vi khuẩn: phát triển, sinh trưởng độc lập (từng tế bào). • Tế bào động-thực vật: - mỗi tế bào không thể tồn tại độc lập trong tự nhiên, mà - tạo thành các mô có chức năng chuyên biệt, nhưng - phối hợp/phụ thuộc nhau trong một cá thể sinh vật. 11/13/2014 3  Vi sinh vật học (Microbiogy): xoay quanh 2 vấn đề chính: - hiểu thế giới vi sinh vật sống; - dùng những hiểu biết này để đem lại lợi ích cho con người & trái đất: • là đơn vị cơ bản để nghiên cứu tế bào sống; • có vai trò quan trọng trong: y học, thú ý, nông nghiệp, công nghiệp.  Lịch sử - 1664, Robert Hooke (Anh) – nhà triết học tự nhiên, toán học lần đầu tiên mô tả hình dáng các sợi vi nấm. 11/13/2014 4 - 1684, Anton van Leeuwenhoek (Hà Lan) lần đầu tiên quan sát & mô tả hình dáng vi khuẩn bằng kính hiển vi do ông tự sáng chế. Leeuwenhoek’s drawings of bacteria, published in 1684. (Madigan et al., 1997; p 21) A replica of Leeuwenhoek’s microscope. (Madigan et al., 1997; p 21) Leeuwenhoek’s microscope. (Davidson & The Florida State University) - Louis Pasteur (Pháp) cho rằng vsv làm hư thực phẩm có nguồn gốc từ không khí. 1880 – 1890: vaccine nhiệt thán, fowl cholera, dại. Thí nghiệm của Pasteur với bình cổ cong (nay được gọi là bình “Pasteur). (Madigan et al., 1997; p 22) (a) Dung dịch chưa tiệt trùng Đốt cổ bình để tiệt trùng Đun sôi dung dịch để tiệt trùng. Không khí bị đây ra khỏi bình (c) Bình được đặt nghiêng, vsv trong bụi tiếp xúc với chất lỏng tiệt trùng Vsv phát triển trong chất lỏng Bụi và vsv bị giữ lại ở khúc uốn cong (b) Dung dịch được để nguội từ từ Dung dịch vẫn tiệt trùng trong nhiều năm Miệng bình được để mở 11/13/2014 5 Illustration of Louis Pasteur vaccinating animals against Anthrax (© Stefano Bianchetti/Corbis) - Robert Koch (Đức) & Koch’s postulates (Định đề Koch, 1884): Ứng dụng trong việc mô tả nguyên nhân gây bệnh dịch tả & lao. 1. Vsv gây bệnh luôn hiện diện trong cơ thể động vật mắc bệnh, không hiện diện trong động vật khỏe mạnh. 2. Vsv gây bệnh này phải được phân lập trong môi trường ngoài cơ thể. 3. Khi gây nhiễm mẫu vsv phân lập trên động vật nhạy cảm, chúng phải gây bệnh với các triệu chứng đặc trưng của bệnh. 4. Từ động vật mắc bệnh thứ hai này, vsv ban đầu vẫn được phân lập lại trong phòng thí nghiệm. - Dựa vào thuyết Koch, các nhà khoa học • đã phát hiện ra nhiều vsv gây bệnh quan trọng trên người và động vật; • phát triển thành công các pp phòng và trị nhiều bệnh truyền nhiễm. 11/13/2014 6  Môi trường nuôi cấy phân lập vi sinh vật thuần (pure culture) - Robert Koch (Giải Nobel Y học, 1905 cho n/c bệnh lao). Lần đầu tiên nuôi cấy vsv trên các lát cắt khoai tây. Sau đó, phát triển môi trường đặc dinh dưỡng gelatin, nuôi cấy vi khuẩn gây bệnh: các miếng gelatin, đậy bằng cốc thủy tinh.  tuy nhiên, gelatin không đông đặc ở 37 o C, trong khi 37 o C là nhiệt độ tối ưu cho hầu hết vsv gây bệnh trên người & động vật. - Walter Hesse (và vợ, Angelina Hesse) – đồng sự với Koch: Dùng thạch (agar) làm môi trường nuôi cấy phân lập vsv. - Richard Petri (Đức), 1887 mô tả cải tiến pp Kock  đĩa Petri. Koch: phiến gelatin nuối cấy vk, đậy bằng cốc thủy tinh. (Royal Society of Chemistry, http://www.rsc.org/chemistryworld/issues/2010/february/petridish.asp. Retrieved 16/8/2014). Đĩa Petri. http://web.med.unsw.edu.au/cdstest 11/13/2014 7  Một số cột mốc trong nghiên cứu vi sinh vật học - 1684 Anton van Leeuwenhoek Phát hiện vi khuẩn - 1798 Edward Jenner Vaccine đậu mùa (smallpox) - 1864 Louis Pasteur Xác định sự vấy nhiễm vsv trong thực phẩm - 1867 Robert Lister Nguyên lý sát trùng trong phẩu thuật - 1880’s Robert Koch Nuôi cấy gốc vsv thuần; Định đề Koch - 1884 Hans Christian Gram PP nhuộm Gram - 1889 Martinus Beijerinck Khái niệm virus - 1908 Paul Ehrlich K/niệm về hóa trị liệu (đặt nền tảng cho ngành dược) - 1915 Frederick Twort Phát hiện virus “giết” vi khuẩn (bactereriophage) - 1928 Frederick Griffith Phát hiện transformation ở pneumococci - 1929 Alexander Flemming Phát hiện penicillin - 1931 Ernest William Goodpasture Nuôi cấy virus cím & 1 số virus khác trên phôi gà - 1953 James Watson & Francis Crick Cấu trúc DNA - 1977 Sanger, Niklen, Coullson DNA sequencing - 1982 Stanley Prusiner Công bố phân lập được prion. - 1983 Luc Montagnier Phát hiện HIV, virus gây bệnh AIDS Chương 1.Cấu trúc vi khuẩn Bacterial Structure Vi sinh đại cương Introduction to Microbiology 11/13/2014 8 The phylogenetic tree is based on rRNA data (Woese et al., 1990) Prokaryotes and Eukaryotes Phylogenetic Tree of Life - Three-domain system Cây di truyền – Hệ thống “three domains” Eubacteria Archaea Eukaryotes Nucleus (nhân t ế bào) Không Không Có , có màng nhân Nucleosomes/histones Không Có Có Introns Không Không Có TATA Box binding protein Không Có Có Chromosomes (nhi ễ m s ắ c th ể ) M ộ t, vòng M ộ t, vòng > 1, th ẳ ng RNA polymerase One (simple) > 1 (complex ) > 1 (complex) Protein initiator amino acid N -formyl methionine Methionine Methionine Peptidoglycan ( c ủ a thành t ế bào) Có Không Không Protein synthesis (t ổ ng h ợ p protein) Initiation factors; ribosomal proteins; elongation factors of Archaea are more similar to those of eukaryotes than eubacteria So sánh một số tính chất giữa Bacteria, Archaea, & Eukaryotes 11/13/2014 9 http://pathmicro.med.sc.edu/mhunt/vir-size.jpg Microbiology and ImmuKhônglogy Online University of South Carolina School of Medicine http://www.tokresource.org/tok_classes/biobiobi o/biomenu/cell_theory/index.htm Hình dạng tế bào (cell morphology) Các hình dạng cơ bản: Cầu khuẩn (coccus/cocci) Trực khuẩn (bacillus/bacilli) Xoắn khuẩn (spirillum) Tạo hệ sợi (filamentous bacteria) - Thường đặc trưng cho loài. Tuy nhiên, có thể thay đổi tùy theo môi trường & điều kiện nuôi cấy. - Hình dạng & đặc tính nhuộm tế bào VK xác định, và hình dạng khuẩn lạc (colony) xác định trên các môi trường thạch.  Hình dạng tế bào (kính hiển vi) & hình dạng khuẩn lạc  các tính chất được quan sát đầu tiên trong định danh vi khuẩn. 11/13/2014 10 (Cầu khuẩn) (Trực khuẩn) (Phẩy khuẩn) (Đa hình) - Streptococcus Liên cầu khuẩn - Staphylococcus Tụ cầu khuẩn - Diplococcus Nhị cầu khuẩn - Tetrad (tetracoccus) Tứ cầu khuẩn - Sarcina Bát cầu khuẩn • Coccus – cocci • Bacillus - bacilli (Xoắn khuẩn) (Vi khuẩn tạo hệ sợi) [...]... Kháng sinh phổ rộng, kháng sinh phổ hẹp Vi khuẩn Gram dương & Gram âm có cấu trúc thành tế bào khác nhau  Tính nhạy cảm với kháng sinh khác nhau Ví dụ: - Kháng sinh kháng vk Gram dương penicillin (ức chế tổng hợp các nối giữa các chuỗi peptidoglycan) - Kháng sinh kháng vi khuẩn Gram âm Colistin (tương tác – làm tan outer membrane & cytoplasmic membrane); Polymycin B gắn với lipid A của LPS - Kháng sinh. .. vài vi khuẩn khi gặp điều kiện không thuận lợi • Không tăng sinh; • Không chuyển hóa; • Không gây bệnh - Bào tử có thể “sống” rất nhiều năm; - Tăng sinh - Sinh độc tố - Gây bệnh Tế bào sinh dưỡng (vegetative cell) Nẩy mầm (germination) khi gặp điều điện thuận lợi sẽ nảy mầm thành tế bào sinh dưỡng 3 giai đoạn: Hoạt hóa – nảy mầm – tăng sinh - Hai giống trực khuẩn Gram dương có kích thước lớn: Sinh. .. Gram: PP nhuộm đặt theo tên nhà vi khuẩn học Hans Christian Gram Cơ chế phản ứng: - Vi khuẩn Gram dương: thành tế bào chứa lớp peptidoglycan (PG) dày  giữ màu nhuộm ban đầu (crystal violet, CV) - Vi khuẩn Gram âm: lớp PG mỏng, không giữ được CV  nhuộm màu hồng của thuốc nhuộm thứ hai (safranin hay carboyl fuchsin) 4 bước cơ bản của pp nhuộm Gram: - Nhuộm với crystal violet, thành tế bào bắt màu tím;... http://en.wikipedia.org/wiki/Bacterial_cell_structure 12 11/13/2014 Vi khuẩn Gram dương & vi khuẩn Gram âm Có 2 loại cấu trúc thành vi khuẩn  Hans Christian Gram (Đan Mạch) – phát minh pp nhuộm phân biệt Màng ngoài Peptidoglycan Peptidoglycan Màng tế bào chất Màng tế bào chất Thành tế bào vk Gram dương Periplasmic space  Vi khuẩn Gram dương & vi khuẩn Gram âm Thành tế bào vk Gram âm • Lớp peptidoglycan... Lipid A Lipopolysaccharides (LPS): gồm O polysaccharide Vi khuẩn Gram âm http://homepage.ntlworld.com/diamonddove/04a_Gram/G ram.htm University of Warwick, UK Structure of LPS 13 11/13/2014 LPS là một “endotoxin”: - Khi tế bào vi khuẩn bị phân hủy  giải phóng LPS  vào máu  Phản ứng mảnh liệt của cơ chế miễn dịch không đặc hiệu (nhằm loại bỏ vi sinh vật gây hại): - Kích thích tế bào bạch cầu tiết các... Gram (Gram staining) • Nhuộm phân biệt vi khuẩn Gram dương với vi khuẩn Gram âm Dựa vào cấu trúc thành tế bào khác nhau - Gram dương – tế bào vk bắt màu tím (purple) - Gram-negative – tế bào vk bắt màu hồng  Bước kiểm tra đầu tiên trong định danh & phân loại vi khuẩn;  Bước kiểm tra chẩn đoán đầu tiên bệnh nhiễm nhiễm trùng  hổ trợ chẩn đoán & điều trị (kháng sinh) A Gram stain of mixed Staphylococcus... gia hiện tượng conjugation: Virus-covered pilus Trau đổi DNA giữa 2 tế bào vk: • DNA của NST hay plasmid DNA • mang các gene độc lực hay gene đề kháng kháng sinh - Yếu tố độc lực của vk gây bệnh: bám (adhesion), sau đó là đi vào (invasion) Figure 3.25 Pili The pilus on an Escherichia coli cell that is undergoing conjugation with a second cell is better resolved because viruses have adhered to it The... gắn bám (attachment, adhesion) là • một độc lực (virulence factor); đóng vai trò quan trọng trong sự sinh bệnh; • tương tác với hệ miễn dịch Protein cấu thành fimbriae có tính kháng nguyên, có thể dùng chế tạo vaccine - Hiện diện ở nhiều vk Gram (-), 1 vài vk Gram (+) The long, sticky filaments covering E coli bacteria uncoil under force, apparently improving the binding of the terminal adhesive unit... (Madigan et al., 2012; p 67)  Thể khí (gas vehicles) - Một vài vi khuẩn là các phiêu sinh vật (plankton) sống trong nước Nổi trong nước nhờ có các thể khí hiện diện trong tế bào (giống cái phao) Gas vehicles Figure 3.30 Gas vesicles of the cyanobacteria Anabaena (Madigan et al., 2012; p 68) 26 11/13/2014 Reference & Further Reading - Davidson M W and The Florida State University Molecular Expression... flagellum/flagella) - Thấm không chọn lọc (non-selectively permeable) - Thành tế bào vi khuẩn có peptidoglycan – một polymer chỉ có ở prokaryote Cấu trúc: Peptidoglycan - poly-N-acetylglucosamine (NAG) & N-acetylmuramic acid (NAM) - Tạo tính cứng của thành tế bào; - Tạo hình dạng đặc trưng của tế bào  Chỉ có ở prokaryotes Kháng sinh nhóm β-lactam (vd, penicillin) gắn vào DD-transpeptidase (penicillin-bindingprotein) . nhóm vi khuẩn phổ biến (6 t) C7. Vi nấm và virus (3 t) C8. Bất hoạt vi sinh vật (3 t) 11/13/2014 2 Sơ lược lịch sử ngành Vi sinh vật học - Vi sinh vật học (Microbiogy): Môn học/khoa học về vi sinh. sinh vật. - Vi sinh vật: Sinh vật đơn bào, có kích thước vi thể. Bao gồm: Vi khuẩn (bacteria), vi nấm (fungi) Virus - có kích thước vi thể, nhưng không là sinh vật “đơn bào” - Tế bào vi khuẩn khác. 11/13/2014 1 Vi sinh đại cương Introduction to Microbiology Hồ Thị Kim Hoa Khoa Chăn nuôi – Thú y Đại học Nông Lâm Tp HCM Email: hoa.hothikim@hcmuaf.edu.vn Vi sinh đại cương Co. Sơ lược