DINH DƯỠNG TĂNG TRƯỞNG CỦA VI KHUẨN

NỘI DUNG  Nhu cầu dinh dưỡng yếu tố tăng trưởng  Cách tăng trưởng, biểu đồ tăng trưởng & phương pháp đo tăng trưởng  Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến tăng dân số; phân biệt nhóm vsv theo nhiệt độ, pH oxy  Kiểm soát tăng trưởng vi khuẩn  Các ứng dụng nghiên cứu, chẩn đoán, CNVS DINH DƯỠNG VI KHUẨN TẠO NĂNG LƯỢNG, VẬT LIỆU XÂY DỰNG TẾ BÀO Môi trường có: Các chất dinh dưỡng thích hợp & cần thiết để tạo nguyên sinh chất (C, N, chất khoáng, nguyên tố khác) Thông khí thích hợp: bình thường,  CO2 đuổi hết khí O2 pH thích ứng Độ ẩm đủ Nhiệt độ thích hợp NHU CẦU DINH DƯỠNG Nhu cầu lượng Chất dinh dưỡng Chất dinh dưỡng đa lượng Chất dinh dưỡng vi lượng (nguyên tố vết) Yếu tố tăng trưởng NHU CẦU NĂNG LƯỢNG Ba nguồn lượng: ánh sáng, chất vô & chất hữu  Cơ chế : lên men (VK kỵ khí) hô hấp hiếu khí (VK hiếu khí - chất nhận H+ oxy ), hô hấp yếm khí (chất nhận H+ chất vô khác oxy ) quang hợp (VK quang tổng hợp)  Cơ chất sử dụng chất hữu : acid amin, hydrat carbon chất vô : CO2, SO4 , NO3-, H2S  ATP CHẤT DINH DƯỠNG Chất dinh dưỡng thiết yếu: bắt buộc phải có cho tăng trưởng VK Chất dinh dưỡng có ích: có VK sử dụng không bắt buộc phải có Chất dinh dưỡng lượng lớn: C, N, P, S, K, Mg, Ca, Na, Fe Chất dinh dưỡng vi lượng: Co, Zn, Mo, Cu, Mn, Ni, W, Se Chất dinh dưỡng lượng lớn Carbon * 50% chất khô tế bào * Giá trị dinh dưỡng khả hấp thụ nguồn C tùy thuộc Thành phần cấu tạo hóa học nguồn C, mức độ oxy hóa nguyên tử carbon Đặc điểm sinh lý vi sinh vật - Các hợp chất có phân tử thấp (đường): đồng hóa trực tiếp - Các hợp chất hữu cao phân tử (tinh bột, protein …) cần enzym thủy phân - Những hợp chất không tan nước (cellulose, lipit, parafin) hấp phụ quanh bề mặt phân giải * Nguồn carbon - Quang tổng hợp: CO2 - Khác: hydrat carbon (glucose, lactose, tinh bột), acid amin, acid béo, acid hữu cơ, base nitơ, hợp chất thơm vô số hợp chất hữu khác Phân loại VSV theo dinh dưỡng Ba loại nguồn lượng Ánh sáng Quang dưỡng (Phototroph) Chất vô Vô dưỡng (Lithotroph) Chất hữu Dị dưỡng (Heterotroph) Vô (CO2) Tự dưỡng (Autotroph) Hữu Dị dưỡng (Heterotroph) Hai loại nguồn carbon Các nhóm dinh dưỡng khác VSV VSV Năng Lượng Carbon Quang tự dưỡng - Photoautotroph ánh sáng chất vô Quang dị dưỡng - Photoheterotroph ánh sáng chất hữu Hóa vô tự dưỡng - Chemolithoautotroph vô CO2 Hóa vô dị dưỡng - Lithotrophic heterotroph vô chất hữu Dị dưỡng - tự dưỡng C - Heterotroph C-autotroph hữu CO2 Dị dưỡng - Heterotroph chất hữu Nitơ * Là thành phần protein, acid nucleic có polysaccharide, peptidoglycan Chiếm 12 - 15% chất khô tế bào * Giá trị dinh dưỡng tùy thuộc: Đặc điểm sinh lý vi sinh vật Tỉ lệ C : N môi trường ảnh hưởng khả trao đổi chất, tích tụ sản phẩm sinh tổng hợp tạo thành hệ enzym tiến hành phản ứng hóa sinh * Nguồn N - Vô cơ: amoni (NH3), nitrat (NO3- ), nitrit (NO2- ) N2: Cyanobacteria, Rhizobium, Azotobacter - Hữu cơ: pepton, nước thịt, cao ngô, bột đậu tương v v Sản phẩm oxy độc enzym khử O2 + e-  O2- Superoxid O2- + e- + 2H+  H2O2 Hydro peroxid H2O2 + e- + H+  H2O + OH Gốc hydroxyl OH + e- + H+  H2O Nước Tổng cộng: O2 + e- + 4H+  H2O Catalase H2O + H2O2  H 2O + O2 Peroxidase H2O2 + NADH + H+  H2O + NAD+ Superoxide dismutase O2- + O2- + H+  H 2O2 + O2 Phối hợp Superoxide dismutase/catalase O2 - + H+  H 2O2 + O2 Ứng dụng nuôi cấy vi sinh vật Nuôi cấy vi sinh vật hiếu khí : lắc, khuấy, sục khí tiệt trùng Nuôi cấy yếm khí : khử oxy môi trường nuôi = đổ môi trường đầy ắp vặn chặn nút, thêm chất khử oxy thành nước (thioglycolat) Loại hoàn toàn oxy = cho khí tiêu oxy vào bình đựng đặc biệt Kiểm tra nhu cầu oxy vi sinh vật môi trường thioglycolate (a) Tăng trưởng hiếu khí (b) Yếm khí (c) Tùy ý (d) Vi hiếu khí (e) Yếm khí chịu không khí ỨNG DỤNG 3.1 Kiểm soát vi sinh vật Phương pháp vật lý Phương pháp hóa học 3.2 Định lượng 3.3 Công cụ sinh học 3.4 Nhận định vi khuẩn ỨNG DỤNG Sự tiệt trùng: tiêu hủy tất VSV sống Sự tẩy trùng: tiêu hủy VSV có hại, không gồm bào tử đề kháng Chất tẩy trùng: diệt trùng bề mặt đồ vật Chất sát trùng: kìm hãm hay giết VSV – mô sống Chất kìm khuẩn: ngăn chặn sinh sàn VK Chất diệt khuẩn: giết VK Sự nhiễm: diện VSV không mong muốn Vệ sinh: kiểm soát sức khỏe cộng đồng 3.1 Các phương pháp vật lý kiểm soát vi sinh vật Nhiệt ẩm với áp suất > 90% sản phẩm y tế phòng thí nghiệm nồi hấp (autoclave) 121 oC, áp suất 1.1 kg/cm2 Nhiệt ẩm không áp suất Đun sôi Phương pháp Pasteur: 62.8oC/ 30’ đun nóng đến 71.7 oC/ 15’ không tiệt trùng diệt vi khuẩn gây bệnh dung dịch Nhiệt khô Sấy: 180 oC / diệt bào tử vi khuẩn Đốt lửa thời gian ngắn; Lò thiêu Ánh sáng tử ngoại Ion phóng xạ Lọc: màng lọc ester cellulose; lọc khí HEPA (High-Efficacy Particulate Air) Kiểm soát vi sinh vật phương pháp hóa học Các yếu tố ảnh hưởng tác động tẩy trùng Thời gian Nhiệt độ pH Loại vi sinh vật *Nhóm A : dễ bị giết -Vi khuẩn dạng sinh dưỡng - virus có màng bao *Nhóm B : khó giết - vi khuẩn lao - virus màng bao *Nhóm C : virus bào tử vi khuẩn đề kháng cao ví dụ virus gây viêm gan Môi trường xung quanh Nồng độ chất tẩy trùng Các nhóm kháng khuẩn hóa học Dung môi hữu : cloroform, toluen, cồn Kim loại nặng : hợp chất thủy ngân, bạc, đồng Phenol dẫn xuất : phenol, cresol, hexachlorophene, chlorhexidine Các halogen : iốt, clo, cồn Iod Chất tẩy (detergent) làm không sát khuẩn Các tác nhân tác động bề mặt : hợp chất amoni bậc bốn, chất tẩy anion Formaldehyde : dung dịch - 10% formalin làm cố định mô (Có khó chịu kích ứng mô nên sử dụng) Glutaraldehyd Hydrogen peroxide dung dịch 3% Ethylene oxide Các chất tẩy ttrùng khác : acid, kiềm, muối chúng mùi Các tác nhân hóa trị liệu Là chất hóa học tác động chọn lọc tăng trưởng vi sinh vật, tác động không đáng kể chức tế bào động vật chủ bị nhiễm gọi có độc tính chọn lọc Các tác nhân tổng hợp: Sulfonamide, PAS, INH, Ethambutol Các tác nhân hóa trị liệu Kháng sinh 3.2 Sử dụng vi sinh vật định lượng pp sinh vật Định lượng vitamin, acid amin Nguyên tắc: - Môi trường dinh dưỡng cần thiết thỉ thiếu chatá định lượng - Chủng vi sinh vật cần chatá định lượng cho tăng trưởng B1: Xây dựng đường cong tăng trưởng / lượng chất thêm vào B2 : Thêm lượng khác nguyên liệu vào môi trường  đo lượng tăng trưởng xảy B3: So với đường cong chuẩn  lượng chất nguyên liệu Vi khuẩn lactic - định lượng acid lactic sản xuất Ưu: xác định lượng nhỏ acid amin - thấp xa lượng định lượng phương pháp hóa Định lượng kháng sinh Nguyên tắc: đo ức chế tăng trưởng 10 UI 10.000 UI Vi sinh vật công cụ sinh học Nhận định vi khuẩn Nhận định vi khuẩn gây bệnh Thử độ nhạy cảm kháng sinh  giúp chẩn đoán điều trị kịp thời 1.1.2 Chất dinh dưỡng Thành phần hóa học tế bào vi khuẩn Phân tử % trọng lượng ướt Nước Tổng đại phân tử Protein Polysaccharide Lipid DNA RNA Tổng monomer Acid amin tiền tố Đường tiền tố Nucleotide tiền tố Các ion vô Tổng cộng % trọng lượng khô số loại (Tế bào E coli 2.8x10-13g) 70 26 96 ~ 1500 15 60 ~ 1100 (peptidoglycan, glycogen) 19 ~ 500 3 ~ 350 0.5 0.5 ~ 100 ~ 50 0.5 0.5 ~ 200 1 ~ 18 100% 100%