Đề cương Công Nghệ Vi Sinh

1. các phương pháp nuôi cấy vi sinh vật và trình bày phương pháp nuôi cấy bề mặt. Ưu và nhược điểm của phương pháp này2. các phương pháp nuôi cấy vi sinh vật và trình bày phương pháp nuôi cấy chìm. Ưu và nhược điểm của phương pháp này3. các ứng dụng thực tế của công nghệ vi sinh trong đời sống và sản xuất4. phân loại các nhóm vi sinh vật được sử dụng trong công nghệ vi sinh theo phương thức dinh dưỡng5. Yêu cầu của giống vi sinh vật trong sản xuất các sản phẩm từ chúng6. Trình bày các phương pháp bảo quản giống vi sinh vật?7. các yêu cầu và quá trình tuyển chọn giống vi sinh vật công nghiệp8. các bước của một quá trình lên men công nghiệp9. phương pháp xử lý ô nhiễm đất bằng biện pháp sinh học in situ 10. phương pháp xử lý ô nhiễm đất bằng biện pháp sinh học ex situ...

ĐỀ CƯƠNG CÔNG NGHỆ VI SINH Câu 1: Hãy nêu phương pháp nuôi cấy vi sinh vật trình bày phương pháp nuôi cấy bề mặt Ưu nhược điểm phương pháp này? • Các phương pháp nuôi cấy vi sinh vật: - Nuôi cấy bề mặt: + Nuôi cấy bề mặt rắn + Nuôi cấy bề mặt bán rắn - Nuôi cấy chìm: + Lên men theo mẻ + Lên men theo mẻ cộng chất + Lên men liên tục - Nuôi cấy liên tục + Đơn cấp + Nhiều cấp - Lên men trực tiếp với lượng lớn sinh khối tb với hệ enzyme tb - Cố định Enzyme Phương pháp nuôi cấy bề mặt: • Phạm vi ứng dụng Thích hợp cho trình nuôi nấm mốc, xạ khuẩn – nhóm vi sinh vật sinh trưởng thành hệ sợi vài trường hợp vi khuẩn • Đặc điểm Giống vi sinh vật hiếu khí sau gieo cấy phát triển bề mặt lan xuống phía theo kẽ hở cấu tử thành phần môi trường Vi sinh vật sử dụng O2 không khí để hô hấp làm tác nhân oxy hóa trình biến đổi hóa sinh, đồng thời thải CO2 môi trường xung quanh toả nhiệt • Môi trường nuôi cấy Môi trường rắn xốp, nguyên liệu thường dùng cám gạo, dùng gạo tấm, ngô, bã bia, bã củ cải đường, khoai tây, lõi ngô… hỗn hợp nguyên liệu Nguyên liệu làm môi trường hay dùng cám, cám mì Cám trấu làm xốp môi trường, tăng độ hiếu khí cho vi sinh vật nuôi Nguồn cacbon cho môi trường dinh dưỡng loại hạt ngô, gạo, mì, bobo, đại mạch, đậu tương… nghiền vỡ thành mảnh có kích thước khoảng 1-3 mm, trộn với cám gạo, cám mì, trấu Bổ sung thêm nguồn nito, photpho, kali chất kích thích sinh trưởng mầm mạ, dịch khoai tây, cao ngô… Môi trường lỏng dịch rỉ đường • Các bước tiến hành Chuẩn bị môi trường (trộn thành phần với nước cho so cho độ ẩm 55 – 60%) Hấp trùng môi trường (1- 1,5 atm; 45 – 60’) Cấy vi sinh vật vào khối môi trường trùng để nguội (tỷ lệ 0,2 – 2%) Ủ thành đống vài Đưa môi trường cấy vi sinh vật vào khay nuôi (độ dày môi trường – cm) Lưu ý: Khi vi sinh vật phát triển thải CO 2, tỏa nhiệt xung quanh làm nóng khô môi trường, hệ sợi làm cho môi trường kết thành tảng Khi cần phải thông gió, phun mù làm ẩm trực tiếp, lật khối môi trường nuôi cấy bẻ nhỏ Buồng nuôi cấy có giá khê khay, có phận gia nhiệt làm mát, phận phun mù nước để giữ đổ ẩm tương đối không khí 90% để tránh làm khô môi trường • Ưu điểm Phương pháp đơn giản Không đòi hỏi cao trang thiết bị • Nhược điểm Tốn diện tích mặt Khó khí hóa, tự động hóa toàn trình Chi phí nhân công, điện nước cho đơn vị sản phẩm cao Câu 2: Hãy nêu phương pháp nuôi cấy vi sinh vật trình bày phương pháp nuôi cấy chìm Ưu nhược điểm phương pháp này? Phương pháp nuôi cấy chìm: • Phạm vi ứng dụng Phương pháp dùng cho vi sinh vật kị khí hiếu khí Đối với nuôi vi sinh vật kị khí: không cần sục khí, khuấy trộn Với vi sinh vật hiếu khí phải sục khí liên tục • Đặc điểm Vi sinh vật cấy vào môi trường phân tán khắp điểm Chung quanh bề mặt tế bào tiếp xúc với dịch dinh dưỡng Trong suốt trình nuôi cấy phải khuấy cung cấp ôxy cách sục khí liên tục Lưu ý: Các trang thiết bị nuôi cấy chìm phải đảm bảo: Cung cấp đủ oxy hòa tan cho nhu cầu sinh trưởng tạo thành sản phẩm Vừa khuấy trộn liên tục mà đảm bảo không bị tạp khuẩn xâm nhập Hoạt động điều kiện áp lực dư cao bên + Theo dõi tạo bọt lên men có biện pháp phá bọt: Các bọt khí gây cản trở tiếp xúc tế bào với môi trường dinh dưỡng, gây tạp nhiễm môi trường lên men trào khỏi nồi lên men Do đó, cần phải sử dụng chất phá bọt dầu thực vật, mỡ cá heo… chất tổng hợp đường hóa học + Điều chỉnh pH môi trường lên men dung dịch NaOH, HCl, Urea… hay bổ sung dung dịch đệm phosphate để ổn định pH môi trường + Theo dõi điều chỉnh nhiệt độ môi trường lên men: trang bị hệ thống làm nóng làm nguội nước chảy quanh nồi đưa vào nồi dạng ống ruột gà làm nguội + Tiếp thêm nguyên liệu bổ sung chất tiền thể: Một số chất không cho phép đưa vào môi trường từ đầu với nồng độ cao (như đường) mà phải bổ sung làm nhiều đợt với nồng độ thấp + Thường xuyên kiểm tra độ tạp nhiễm vsv khác, xác định thời gian lên men để đảm bảo thu sản phẩm với hiệu suất cao • Các bước tiến hành chung Giống ống nghiệm chuyển sang bình Roux với môi trường nuôi cấy sơ Chuyển sang bình tam giác để nhân giống cấp 1, nuôi lắc Chuyển sang nồi nhân giống cấp 2, không khí lọc trước đưa vào nồi Chuyển sang nồi lên men chìm tích lớn Câu 3: Nêu ứng dụng thực tế công nghệ vi sinh đời sống sản xuất? • Ứng dụng y học: tạo nhiều loại dược phẩm quan trọng với quy mô công nghiệp từ góp phần quan trọng chuẩn đoán điều trị nhiều loại bệnh hiểm nghèo cho người, gia súc gia cầm - Insulin: protein tuyến tụy tiết nhằm điều hòa lượng đường máu - Kich tố sinh trưởng HGH – human growth hormone: HGH tạo từ tuyến yên Từ năm 1983 CNVS sản xuất thành công lượng HGH từ E.Coli tái tổ hợp di truyền với tên thương mại Protropin, trung bình 1lít dịch lên men E.Coli thu lương tương ứng với 60 tử thi - Chất kháng sinh: Đến người ta tìm thấy có 2500 loại thuốc KS với cấu trúc phân tử đa dạng chủ yếu dó có nguồn gốc từ VSV VD: Penixillin từ nấm Penicillium chrysogenum, Tetraxiclin từ nấm Streptomyces erytreus, - Streptomixin từ nấm Streptomyces griseus Protein tái tổ hợp: Interleukin -2 , interferon, + Interferon: có chất protein, chúng giúp cho thể chống lại nhiều loại bệnh + Interleukin – 2: người chất có khả kìm hãm phát triển khối u tế bào ung thư - Vắc xin DNA: + Vaccine ribosome: cấu tạo từ ribosome loài vi khuẩn gây bệnh (thương hàn, dịch tả, dịch hạch ) ưu điểm độc, tính miễn dịch cao + Vaccine mảnh virus: vaccine chế tạo từ glycoprotein vỏ virus gây bệnh virus cúm + Vaccine kỹ thuật gen: vaccnie chế tạo từ VK hay nấm men tái tổ hợp có mang gen mã hóa cho việc tổng hợp protein kháng nguyên virus hay VK gây bệnh - Một số chế phẩm khác: + loại enzyme Glucoozydaza, Aspaaraginaza, lipaza giúp chuẩn đoán lâm sàng hóa sinh kìm hãm phát triển bệnh chúng thường điều chế từ VK,nấm mốc + Các alkaloit nấm cựa gà (Ecgotamin, Ecgotaxin) ứng dụng điều trị bệnh mạch máu, nhức đầu bên hay hỗ trỡ sinh nở + Steroit có nguồn gốc từ VK, XK, nấm – chúng có cấu trúc thay đổi cách đặc hiệu nhờ VSV -> UD để SX chế phẩm hoccmon, giúp kìm hãm rụng trứng, điều trị viêm thấp khớp • • Ứng dụng nông nghiệp: - Cải tạo giống trồng - Sản xuất phân bón VSV - Sản xuất chất kích thích sinh trưởng gibbrellin, auxin cách lên men VSV - Sản xuất thuốc BVTV: - Sản xuất chế phẩm VSV - SX thức ăn chăn nuôi: Ứng dụng công nghiệp thực phẩm: Từ lâu người biết lợi dụng VSV làm sữa chua từ sữa bò, ngựa, biết làm nở bánh mỳ từ nấm men, biết làm phomat, muối dưa, làm dấm, nấu rượu, cất cồn, nấu bia sâm panh - Thực phẩm lên men: chuyển hóa glucozo thành etanol, lên mem lactic làm dưa chua, sữa chua, sản xuất bia rượu nhờ nấm men, phomat - SD VSV để SX aa, đặc biệt aa không thay protein với vitamin ngày - có ý nghĩa to lớn Các enzyme VSV ứng dụng ngày nhiều CNTP CN đồ uống Lactobacillus sakei: nhắc đến loại vi khuẩn có rượu Nhật, rượu saké, xuất phát từ tên gọi • • Các ứng dụng môi trường - Để làm nước thải - Xử lý kim loại nặng: - Xử lý tràn dầu Một vài ứng dụng khác - Tuyển khoáng: - Khai thác nguyên liệu: Câu 4: Hãy phân loại nhóm vi sinh vật sử dụng công nghệ vi sinh theo phương thức dinh dưỡng Nhóm vi sinh vật sử dụng nhiều sao? Dựa vào nguồn chất dinh dưỡng + Nguồn dinh dưỡng cacbon a Tự dưỡng cacbon : Các vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng có khả đồng hoá CO muối cacbonat để tạo nên hợp chất cacbon hữu thể Một số loài vi khuẩn nitrat hoá sống nguồn cacbon vô CO2 muối cacbonat gọi tự dưỡng bắt buộc Một số có khả sống nguồn cacbon vô hữu gọi tự dưỡng không bắt buộc b Dị dưỡng cacbon Các vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng khả đồng hoá hợp chất cacbon vô CO2, muối cacbonat Nguồn dinh dưỡng cacbon bắt buộc chúng phải hợp chất hữu cơ, thường loại đường đơn Nhóm lại chia làm nhóm dựa vào nhu cầu chất hữu : nhóm Protptroph yêu cầu nguồn đường loại muối khoáng Nhóm Auxotroph đường loại muối khoáng đòi hỏi chất sinh trưởng định vitamin, axit amin hay bazơ purin purimidin + Nguồn dinh dưỡng nitơ : c Tự dưỡng amin Các vi sinh vật thuộc nhóm tự dưỡng amin có khả tự tổng hợp axit amin thể từ nguồn nitơ vô hữu cơ, muối amon axit hữu thích hợp muối amôn axit vô Vì muối amôn vô cơ, sau phần NH4+ vi sinh vật hấp thụ, phần anion lại SO42-, Cl- kết hợp với ion H+ có môi trường tạo thành axit làm cho pH môi trường giảm xuống Thuộc nhóm tự dưỡng amin bao gồm số nhóm nhóm vi khuẩn cố định nitơ, nhóm vi khuẩn amôn hoá, nitrat hoá v.v d Dị dưỡng amin Các vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng khả tự tổng hợp axit amin cho thể mà phải hấp thụ axit amin có sẵn từ môi trường Thuộc nhóm gồm có vi khuẩn ký sinh vi khuẩn gây thối háo khí Chúng có khả tiết men poteaza để phân huỷ phân tử protein thành axit amin hấp thụ vào tế bào Dựa vào nguồn lượng Dựa vào nguồn lượng người ta chia kiểu dinh dưỡng vi sinh vật loại sau : + Dinh dưỡng quang (quang dưỡng) Vi sinh vật thuộc nhóm có khả sử dụng trực tiếp lượng ánh sáng mặt trời Thuộc nhóm lại có nhóm nhỏ : a Dinh dưỡng quang vô : gọi tự dưỡng quang Vi sinh vật thuộc nhóm có khả dùng chất vô ngoại bào để làm nguồn cung cấp electron cho trình tạo lượng tế bào Thuộc nhóm bao gồm loại vi khuẩn lưu huỳnh Chúng sử dụng hợp chất lưu huỳnh làm nguồn cung cấp electron phản ứng tạo thành ATP thể b Dinh dưỡng quang hữu : Vi sinh vật thuộc nhóm có khả dùng chất hữu làm nguồn cung cấp eletron cho trình hình thành ATP tế bào Vi sinh vật thuộc nhóm có sắc tố quang hợp, nhờ sắc tố quang hợp mà vi sinh vật thuộc nhóm có khả hấp thu lượng mặt trời, chuyển hoá thành lượng hoá học tích luỹ phân tử ATP Sắc tố quang hợp vi khuẩn clorofil xanh mà bao gồm nhiều loại khác Bacterilchlorifil a, b, c, d loại có phổ hấp thụ ánh sáng riêng + Dinh dưỡng hoá (hoá dưỡng) Vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng hoá có khả sử dụng lượng chứa hợp chất hoá học có môi trường để tạo thành nguồn lượng thân c Dinh dưỡng hoá vô Vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng hoá vô gọi nhóm tự dưỡng hoá Nó có khả sử dụng lượng sinh trình ôxy hoá chất vô để đồng hóa CO2 không khí tạo thành chất hữu tế bào Trong trường hợp chất cho eletron chất vô cơ, chất nhận eletron oxy chất vô khác Trong số vi khuẩn háo khí thuộc nhóm có Nitrosomonas, Nitrobacter, Thiobacillus , vi khuẩn kị khí gồm có : Thiobacillus denitrificant, Micrococcus denitroficans d Dinh dưỡng hoá hữu Vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng gọi nhóm dị dưỡng hoá Chúng sử dụng hợp chất hữu môi trường làm chất oxy hoá sinh lượng.Trong trường hợp này, chất cho eletron chất hữu Chất nhận eletron vi sinh vật háo khí oxy, vi sinh vật kỵ khí chất hữu vô Ở trường hợp chất nhận eletron chất hữu người ta thường gọi trình lên men Trường hợp chất nhận eletron chất vô người ta phát loại vi khuẩn : vi khuẩn phản natri hoá, chất nhận điện tử NO3-, vi khuẩn phản sunfat hoá, chất nhận điện tử SO 42- Hai trường hợp gọi hô hấp nitrat hô hấp sunfat Câu 5: Yêu cầu giống vi sinh vật sản xuất sản phẩm từ chúng? Yêu cầu chất lượng giống vi sinh vật sửdụng công nghệ lên men + Giống phải tạo sản phẩm có suất cao, sản phẩm phụ + Sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền + Sau lên men dễ tách khỏi sinh khối + Là chủng vi sinh vật khiết, không lẫn vi sinh vật khác + Có khả thích ứng sinh sản mạnh + Thời gian lên men ngắn, hiệu suất cao + Dễ bảo quản bảo tồn đặc tính di truyền suốt thời gian bảo quản sử dụng Yêu cầu chọn giống vi sinh vật cho sản xuất công nghiệp  Chủng vi sinh vật phải thuần, không chứa vi sinh vật gây nhiễm khác  Phải đảm bảo khả tạo thành sản phẩm với suất cao, chất lượng tốt, không tạo sản phẩm phụ không mong muốn  Khả sử dụng nguyên liệu dễ kiễm rẻ tiền phụ phẩm, nguyên liệu thô Trên sở vi sinh vật phải sinh trưởng nhanh sản sinh lượng sinh khối lớn, ổn định Khả tách dễ dàng tế bào hay sản phẩm tạo trình lên men  Phải thể tính không mẫn cảm với vi sinh vật tạp nhiễm hay thực khuẩn thể  Cùng với thời gian chủng sản xuất phải bảo toàn đặc tính hóa sinh ban đầu  Chủng vi sinh vật có khả thay đổi đặc tính kỹ thuật di truyền để không ngừng nâng cao suất Việc chọn giống thường đáp ứng đầy đủ yêu cầu Câu 6: Trình bày phương pháp bảo quản giống vi sinh vật? Phương pháp cấy truyền định kỳ lên môi trường mới: - Phương pháp áp dụng để bảo quản tất loại vi sinh vật - Đây phương pháp bảo quản đơn giản, chủng vi sinh vật cấy môi trường thích hợp (dịch thể hay thạch) ống nghiệm hay bình tam giác để điều kiện thích hợp cho vi sinh vật phát triển Sau chủng vi sinh vật chuyển đến nơi bảo quản có nhiệt độ thích hợp Quá trình lặp lại thời hạn định, đảm bảo chủng vi sinh vật chuyển đến môi trường trước già chết - Ưu điểm: Phương pháp đơn giản, dễ làm, thời gian bảo quản không lâu - Nhược điểm: + Tốn môi trường, công sức thời gian + Phẩm chất ban đầu giống bị thay đổi nhiều nguyên nhân khó xác định cụ thể trình cấy truyền Phương pháp giữ giống môi trường thạch có lớp dầu khoáng: - Yêu cầu phương pháp sử dụng dầu khoáng parafin lỏng hay vazơlin phải trung tính, có độ nhớt cao, không chứa sản phẩm độc với visinh vật vô trùng - Cách bảo quản: + Khử trùng dầu khoáng cách hấp 1210C 2h Sau sấy khô tủ sấy (1700C) 2h; để nguội + Đối với vi sinh vật kị khí hạn chế tiếp xúc với ôxi cách : * Đổ lên bề mặt môi trường parafin, dầu vazơlin * Cấy trích sâu vào môi trường đặc * Nuôi cấy bình hút chân không * Nuôi ống nghiệm đặc biệt sau hút lên không hàn kín lại * Đun sôi môi trường thời gian để loại hết O2.Để nguội 45oC Dùng ống hút cấy vi sinh vật vào đáy ống nghiệm Làm nguội thật nhanh đổvazơlin lên bề mặt để hạn chế tiếp xúc với O2 + Đổ lên bề mặt môi trường có vi sinh vật phát triển tốt lượng dầu cách mép ống nghiệm cm + Dùng parafin đặc hàn kín miệng ống, bình nuôi VSV - Ưu điểm: Phương pháp đơn giản hiệu cao nhờ khả làm chậm trình bi ến dưỡng hô hấp nên vi sinh vật phát triển chậm lại Môi trường không bị nước khô Phương pháp giữ giống đất, cát, hạt * Trên đất, cát: Dùng để bảo quản chủng tạo bào tử tiềm sinh (hoặc bào tử vô tính) với thời gian bảo quản từ đến nhiều năm - Cách bảo quản: + Đất, cát đem rây để lấy hạt ngâm HCl hay H2SO4 đậm đặc - 12h để loại bỏ axit hữu cát Sau đó, rửa kỹ giữ điều kiện vô trùng, sấy khô giữ điều kiện vô trùng + Đổ đầy cát vào ống nghiệm có vi sinh vật phát triển môi trường thạch lắc thật đều, rót toàn cát lẫn vi sinh vật vào ống nghiệm khác, hàn kín miệng ống nghiệm bảo quản lâu * Trên hạt: Dùng để bảo quản chủng có dạng hình sợi sinh bào tửhoặc không Thời gian bảo quản tới năm - Cách bảo quản: + Hạt ngũ cốc (lúa, bobo) rửa sạch, nấu cho hạt vừa nứt, để nước cho vào ống nghiệm hạt ngũ cốc nói + Phủ mặt hạt lớp thấm nước nấu hạt ngũcốc, cấy giống vi sinh vật lớp cho mọc thật dày, giữ nhiệt độ 15 - 200C Phương pháp đông khô: - Là phương pháp phổ biến có hiệu cao cho bảo quản đối tượng vi sinh vật khác nấm sợi, nấm men, vi khuẩn số virut - Vi sinh vật huyền phù môi trường thích hợp làm lạnh môi trường chân không Thiết bị đông khô hút nước cuối mẫu làm khô đến mức định.Mẫu hàn kín môi trường chứa mẫu chân không - Phương pháp làm cho tế bào nước trạng thái tự Đồng thờilàm giảm, chí làm ngừng hẳn trình phân chia vi sinh vật Nhờ đóchúng có khả chịu nhiều tác động ngoại cảnh - Phương pháp dùng nhiều sản xuất, thời gian bảo quản lên tới vài chục năm Phương pháp bảo quản lạnh sâu - Có hiệu với nhiều nhóm vi sinh vật khác nấm sợi, nấm men, vi khuẩn, xạ khuẩn virut, thường dùng với chủng vi sinh vật có đặc tính quý mà không thích hợp với phương pháp đông khô - Vi sinh vật bảo quản môi trường dịch thể nước cần cho hoạt động sống vi sinh vật bị bất hoạt nhiệt độ lạnh sâu (-196°C -> -80 °C) - Tế bào bị vỡ trình làm lạnh làm tan mẫu Do tích luỹ chất điện giải mẫu bảo quản hình thành tinh thể nước tế bào - Vì vậy, người ta bổ sung chất làm hạn chế tốc độ lạnh sâu làm tan nhanh glycerol, DMSO (dimethyl sulfoxide) - Việc bảo quản theo phương pháp lạnh sâu thực thang nhiệt độ khác -20° C, -30° C, -40° C, -70° C, -140°C -196°C Câu 7: Anh/chị cho biết yêu cầu trình tuyển chọn giống vi sinh vật công nghiệp? Muốn có sản phẩm tốt, quy trình công nghệ khâu giống quan trọng nhất, định chất lượng sản phẩm giá trị kinh tế quy trình công nghệ sản xuất Trong công nghệ lên men, người ta sử dụng rộng rãi nhiều loại vi sinh vật thuộc nhóm Prokaryote (vi khuẩn, xạ khuẩn, vi khuẩn lam) nhóm Eukaryote (nấm men, nấm mốc, tảo) Các tiêu chí để chọn giống vi sinh vật cho sản xuất công nghiệp Một chủng vi sinh vật dùng cho công nghiệp cần đáp ứng nhu cầu sau:  Chủng vi sinh vật phải thuần, không chứa vi sinh vật gây nhiễm khác  Phải đảm bảo khả tạo thành sản phẩm với suất cao, chất lượng tốt, không tạo sản phẩm phụ không mong muốn  Khả sử dụng nguyên liệu dễ kiễm rẻ tiền phụ phẩm, nguyên liệu thô Trên sở vi sinh vật phải sinh trưởng nhanh sản sinh lượng sinh khối lớn, ổn định Khả tách dễ dàng tế bào hay sản phẩm tạo trình lên men  Phải thể tính không mẫn cảm với vi sinh vật tạp nhiễm hay thực khuẩn thể  Cùng với thời gian chủng sản xuất phải bảo toàn đặc tính hóa sinh ban đầu  Chủng vi sinh vật có khả thay đổi đặc tính kỹ thuật di truyền để không ngừng nâng cao suất Việc chọn giống thường đáp ứng đầy đủ yêu cầu Quá trình tuyển chọn giống vi sinh vật công nghiệp Bước 1: Phân lập giống vi sinh vật chủng Để chọn giống vi sinh vật chủng, bước phân lập chúng từ nguồn tự nhiên như: nước, không khí, đất, mô động thực vật,các vật liệu hữu vô bị phân hủy nhiều Sử dụng phương pháp sàng lọc để phân lập chủng vi sinh vật Nguyên lý phương pháp: - Trước hết kiểm tra sơ hỗn hợp giống vi sinh vật từ mẫu tự nhiên ban đầu, tiến hành làm huyền phù pha loãng với tỷ lệ định - Gieo mặt đĩa petri đưng môi trường thạch dinh dưỡng cấy chủng vi sinh vật kiểm định có tác dụng đối kháng (tác nhân chọn lọc) cấy môi trường dinh dưỡng có chứa chất chọn lọc - Chỉ có chủng sinh chất đối kháng với chủng kiểm định, nghĩa sau nuôi tạo vùng ức chế đặc hiệu đĩa thạch sống môi trường chọn lọc Ta tách khuẩn lạc đem nuôi cấy, thử chất sinh ra, thử hoạt tính enzyme xác định Bước 2: Tạo giống vi sinh vật công nghiệp - Các chủng thu qua phân lập gọi chủng nguyên thủy hay chủng tự nhiên - Các chủng chưa hẳn đáp ứng đầy đủ yêu cầu dùng cho sản xuất công nghiệp - Thông thường chủng nghiên cứu tuyển chọn tiếp dựa vào điều kiện sinh lý, sinh hóa điều kiện thích hợp để cho có hoạt tính cao thực trình lên men có tính kinh tế - Để tạo chủng vi sinh vật có hoạt tính cao sử dụng phương pháp đột biến, phương pháp sử dụng kỹ thuật di truyền + Trong phương pháp đột biến, tác nhân đột biến sử dụng tia X, tia UV, tia gamma hóa chất gây đột biến ethylenimin, axit nitric, nitro-guanidin…Bằng phương pháp gây đột biến tạo nhiều biến đổi gen, sau chọn lọc định hướng chủng có hoạt tính cao +Kỹ thuật di truyền: tạo chủng tái tổ hợp có khả sinh tổng hợp enzyme cao cách chọn dòng gen enzyme mong muốn sử dụng vectơ plasmid để biến nạp tạo chủng tái tổ hợp có suất cao Câu 8: Mô tả bước trình lên men công nghiệp? Chế tạo môi trường Khử trùng môi trường Giống vi Nhân giống Lên men Kiểm tra tạo thành sản phẩm sinh vật (Cấp 1,2,3 ) Thu hồi sản phẩm Bao gói thương mại - Giống vi sinh vật: giống vi sinh vật có vai trò quan trọng lên men, công nghệ lên men người ta thường sử dụng nhiều loại sinh vật thuộc nhóm Prokaryote ( vi khuẩn, xạ khuẩn , vi khuẩn lam ) Eukaryote ( nấm men, nấm mốc… Tiêu chuẩn chọn giống: có khả sinh tổng hợp tạo sinh khối với hiệu suất cao, có khả sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dể kiếm phụ phẩm, phế thải , trình len men không tạo sản phẩm mong muốn, mẫn cảm với tạp nhiễm vi sinh vật khác, sản phẩm sinh khối tách dẽ dàng… Trong trình sản xuất thường xuyên kiểm tra độ khiết giống, khả hồi biến giống , hoạt hóa giống sau thời gian sử dụng kết hợp giữ giống phương pháp thích hợp Tùy thuộc vào giống, thời gian giữ giống mục đích sử dụng mà lựa chọn phương pháp giữ giống thích hợp Có thể giữ giống phương pháp như: bảo quản môi trường thạch, cát đất sét vô trùng, phương pháp lạnh đông phương pháp đông khô - Nhân giống: Trong quy trình lên men, tùy tùng chủng giống vi sinh vật khác mà cần chất môi trường khác Trong công nghiệp, nhân sinh khối vi sinh vật theo bước : + Trong phòng thí nghiệm( nhân giốn cấp 1) Cấy giống vi sinh vật khiết từ ống giống, nhân môi trường dinh dưỡng chuyên tính vô trùng phòng thí nghiệm nhằm đáp ứng đủ lượng giống càn thiết cho bước + Ở xưởng sản xuất Nhân lượng giống lớn để đáp ứng cho khâu giống sản xuất Từ giống cấp 1,2,3 nồi lên men hay chất đặc Khi kết thúc khâu nhân giống, cần kiểm tra độ mật độ giống - Lên men + Lên men bề mặt : nuôi cấy vi sinh vật bề mặt môi trường dịch thể bán rắn Nuôi cấy bề mặt dịch thể ( dùng cho vi sinh vật hiếu khí ): tùy loại sinh vật khác mà chọn môi trường thích hợp khác Môi trường pha loãng với nồng độ thích hợp sau bổ sung nguồn dinh dưỡng N, C, dinh dưỡng khoáng,.Môi trường cho vào thiết bị lên men cần có bề mặt thoáng rộng Nuôi cấy bề mặt sử dụng môi trường bán rắn : nuôi sinh vật hiếu khí, bán khí, kị khí Nguyên liệu thóc, gạo nếp, đậu tương, mảnh sắn…… bã mía, trấu, cọng rơm ra… Với nguyên liệu có chứa tinh bột trước sử dụng phải nấu chín Ngoài nguyên liệu nói càn bổ sung dinh dưỡng thích hợp môi trường để cung cấp dinh dưỡng cho sinh vật trình nhân sinh khối Với sinh vật hiếu khí cần có quạt thổi khí vô trùng.Độ ẩm 60-70% độ ẩm không khí 90-100% + Lên men chìm : dung cho sinh vật hiếu khí kị khí Vi sinh vật nuôi cấy môi trường dịch thể, phát triển theo chiều đứng cột môi trường Trong trình lên men cần ý : • • Thực trình khuấy đảo sục khí : Nhằm tăng tiếp xúc tế bào môi trường dinh dưỡng, ngăn cản kết lắng tế bào Trong thiết bị lên men thường lắp hệ thống cánh khuấy Ngoài sinh vật hiếu khí có hệ thống sục khí Theo dõi sụ tạo bọt trình lên men có biện pháp phá bọt Khi tiến hành khuấy đảo sục khí mạnh lien tục, nồi lên men tạo bọt, trào khỏi nồi lên men gây tạp nhiễm, cản trở tiếp xúc vi sinh vật môi trường dinh dưỡng Trong trình lên men cần kiểm soát phá hủy chúng dung chất tự nhiên dầu thực vật, mỡ cá heo… CNSHA-K55 Cơ chế hình thành màng sinh học Tóm lược : Tế bào vi khuẩn bơi tự do, tiếp xúc với bề mặt xếp ngẫu nhiên bề mặt, tự xếp thành nhóm Các tế bào thu thập bắt đầu sản xuất một lớp chất lỏng Các tế bào báo hiệu cho để nhân lên tạo thành microcolony Gradient hóa học phát sinh thúc đẩy tồn loài đa dạng trạng thái trao đổi chất Một số tế bào trở hình thức sống tự tách khỏi quần thể, để tạo thành màng sinh học Sự gắn kết TBVK với bề mặt giữ liên kết yếu lực Van der Waals Sau vài tương tác với bề mặt, TBVK hình thành nhiều cầu nối chắn => TBVK hình thành liên kết chặt chẽ với bề mặt kết tổng hợp chất dính ngoại bào => TB bắt đầu sinh trưởng Tạo nhiều EPS (hợp chất polyme ngoại bào) giữ TB phân chia với nhau, giúp hình thành màng sinh học thành thục điển hình đặc trưng kênh vận chuyển nước Các Tb ngập polymeric matrix chúng tiết Các kênh cho phép nước, chất dinh dưỡng chuyển động vào phần sâu màng sinh học Để xâm chiếm bề mặt tránh mật độ TB cao gây tượng “đói dinh dưỡng”, TBVK chuyển từ giai đoạn màng sinh học sang giai đoạn lỏng (liquid phase) trình tách rời/ bong màng sinh học (biofilm detachment) để trì cân sinh trưởng phát triển màng sinh học đảm bảo độ dày màng sinh học để đạt đến ổn định vững Màng bị bong lớp TB bám dính với bề mặt bị chết=> bong Bình thường màng sinh học khó bị bong Các giai đoạn hình thành màng sinh học: GĐ 1: Surface conditioning Đầu tiên hợp chất hữu (dinh dưỡng) lắng đọng, bám bề mặt chất nguồn thức ăn cho VSV VSV (TB đơn) đến tương tác với lớp màng này, gắn ổn định vào có số không thích hợp với điều kiện bơi GĐ 2: Adhesion of “Pioneer” bacteria CNSHA-K55 VK sống tự chuyển động môi trường lỏng gặp bề mặt chất, lắng xuống vùng có tốc độ dòng chảy Một vài TB công hút bám vào bề mặt khoảng thời gian định GĐ 3: Glycocalyx hay slime formation - Biofilm bacteria tiết EPSs hay polymers dính giữ biofilm gắn chúng với bề mặt vật chất (VD thành ống dẫn) EPS thu nhận chất dinh dưỡng khan bảo vệ VK khỏi chất diệt khuẩn - Polymeric materials chứa nhiều loại nhóm polysaccharide thay đổi trunh tính - Khi dinh dưỡng tích lũy, TB tiên phong bắt đầu sinh sản Các TB lại sản xuất glycocalyx , tăng cường bề mặt trao đổi ion=> biofilm thiết lập - Trong Biofilm trưởng thành: glycocalyx chiếm 75 – 95 %, TBVK chiếm – 25 % GĐ 4: Secondary colonizers Glycocalyx cung giữ TB cách kiềm chế lực tương tác tĩnh điện => tạo nên SC => trao đổi chuyển hóa chất thải primary colonizers sản phẩm chúng lại TB khác sử dụng GĐ 5: Fully functioning biofilm a cooperative consortia of species - Màng sinh học trưởng thành tập hợp chủng VSV khác sống chuyến hóa hợp chất hữu tiểu khu Màng sinh học xem xét hệ tuần hoàn thô sơ Các chủng khác tồn giúp đỡ khai thác dinh dưỡng bảo vệ khỏi tác động độc tố Các yếu tó ảnh hưởng đến cấu trúc hình thành màng sinh học: - Các yếu tố vật lý, hóa học ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển vi sinh vật màng sinh học như: nhiệt độ, ánh sáng, chất hóa học,… - Các vi sinh vật cạnh tranh với vsv màng sh - Tốc độ dòng chảy môi trường: Tốc độ dòng nước cao làm thay đổi phát triển màng sinh học không ngăn chặn việc gắn vi sinh vật lên bề mặt ống - Bề mặt trơn nhẵn Bề mặt trơn nhẵn trì hoãn tích tụ ban đầu việc gắn vi sinh vật không ảnh hưởng đáng kể đến số lượng gắn vào bề mặt màng sinh học Bề mặt trơn nhẵn ban đầu cho tỷ lệ chậm so với bề mặt thô ráp, hình thành màng sinh học sau thời gian tránh khỏi (dựa nghiên cứu khả gắn Pseudomonas) - Thành phần môi trường, chất dinh dưỡng sẵn có nơi hình thành nên màng sinh học - Mức độ kháng sinh mẫu - Các loại tương tác trao đổi chất tế bào - Độ pH Câu 25 Hãy nêu phân tích ứng dụng màng sinh học? Các VSV có khả tạo màng sinh vật đóng vai trò quan trọng trong: CNSHA-K55 • Các chu trình dinh dưỡng • Xử lý ô nhiễm môi trường • Kiểm soát xâm nhiễm tác nhân gây hại trồng • Góp phần làm giảm ăn mòn kim loại phá hủy hợp kim khác • Được sử dụng tổng hợp hợp chất sinh học, bao gồm dược phẩm • Sinh nguồn lượng có giá trị (điện năng)  Một vài ứng dụng màng sinh học dùng để Lọc sinh học : Lọc sinh học (biofiltration) bao gồm loại bỏ ô xi hóa hợp chất khí bị nhiễm bẩn nhờ vi sinh vật Là phương pháp để xử lý chất khí có mùi hôi hợp chất hữu bay có nồng độ thấp Lọc sinh học xử lý phân tử khí hữu cơ- hợp chất hữu bay ( Volatile Organic Compound- VOC's) hợp chất cacbon, hay chất khí độc vô cơamoniac hay H2S Lọc sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy hợp chất hữu ( biến đổi hợp chất vô cơ) thành cac-bon-nic, nước muối Khi hệ thống lọc sinh học lắp đặt, vi sinh vật có sẵn nguyên liệu mà sử dụng lớp lọc Trong phòng thí nghiệm, với mục đích tăng cường tốc độ phân hủy, vi sinh vật cân nhắc đến hiệu chúng việc phân hủy nguyên liệu nghiên cứu Nguyên liệu lọc thường than bùn, đất, phân compốt hay thạch nam, nhiên bột cacbon hoạt hóa polysterene sử dụng Sự lựa chọn nguyên liệu lọc vô quan trọng phải cung cấp cho vi sinh vật dinh dưỡng, phát triển mặt sinh học, có dung tích hấp thụ tốt Quá trình sinh học ô xi hóa nhờ vi sinh vật viết sau: Hợp chất gây ô nhiễm + Oxi -> CO2+ H2O + nhiệt + sinh khối Ưu điểm lọc sinh học • Giá thành thấp, giá vận hành thấp, sử dụng hóa chất • Thiết kế linh động, thích nghi với loại hình công nghiệp diện tích xí nghiệp • Hệ thống lọc sinh học linh động việc xử lý mùi hôi, hợp chất hữu bay chất độc Hiệu suất xử lý thường lớn 90% khí thải có nồng độ chất ô nhiễm < 1000 ppm • Nhiều loại nguyên liệu lọc, vi sinh vật điều kiện vận hành khác áp dụng để đáp ứng nhu cầu xử lý CNSHA-K55  Màng sinh học tác nhân kiểm soát sinh học Bacillus subtilis Bacillus cereusare thường tìm thấy vùng rễ trồng, tức khu vực hoạt động hóa học sinh học đất xung quanh rễ thực vật.Trong vùng rễ thực vật B subtilis B Cereuspromote sinh trưởng hoạt động tác nhân kiểm soát sinh học (Bais et al 2004) B cereushas sử dụng để thương mại hóa nhằm kiểm soát bệnh trồng khác khác, đặc biệt nấm gây bệnh thuộc ngành nấm trứng Sau du nhập vào rễ B subtilisandB cereusform ổn định mở rộng màng sinh học B subtilis biofilm sản xuất loạt tác nhân kháng khuẩn bao gồm loạt lipopeptides surfactin, biosurfactants mạnh quan trọng cho việc trì cấu không màng sinh học (Ongena Jacques năm 2008) B cereusbiofilm sản xuất hai loại kháng sinh, zwittermicin A kanosamine, góp phần kiểm soát sinh học cỏ linh lăng Sự thương mại hóa sinh vật để làm tác nhân kiểm soát sinh học dễ dàng xây dựng lưu trữ sản phẩm  Màng sinh học chất ức chế ăn mòn Ức chế ăn mòn trấn át phản ứng ăn mòn chất ức chế, vô sinh hữu sinh Bản chất ức chế ăn mòn điện hóa, chế chung cho ăn mòn Cã bốn chế khác Ức chế ăn mòn màng sinh học thông qua loại bỏ oxy Ức chế ăn mòn nhờ vào hình thành lớp màng sinh học vi khuẩn tượng phổ biến, chất màng sinh học định đến mức độ ức chế ăn mòn Ngoài tăng độ dày lớp màng sinh học tương ứng với mức độ giảm thiểu ăn mòn Hơn nữa, hoạt động trao đổi chất vi khuẩn góp phần loại bỏ oxy màng sinh học (Dubiel et al 2002) Sự ức chế ăn mòn kháng sinh tiết từ màng sinh học Phương pháp tiếp cận kiểm soát ăn mòn cách sử dụng loại thuốc chống vi khuẩn tiết màng sinh học gọi kiểm soát ăn mòn cách sử dụng màng sinh học tái tạo (CCURB) (Zuo et al 2004.).Chiến lược cho phép sản xuất hợp chất kháng sinh màng sinh học (tự nhiên xây dựng di truyền) Sự ức chế ăn mòn với chất ức chế ăn mòn tiết từ màng sinh học Màng sinh học nơi lý tưởng cung cấp chất ức chế ăn mòn, chúng tạo màng sinh học tiếp giáp với bề mặt kim loại Mansfeld et al (2002) điều tra hiệu polyaspartate g-polyglutamate (tự nhiên di truyền lại vi sinh vật) chất ức chế ăn mòn Cả hai polyaspartate g-polyglutamate chelate kim loại, bảo vệ bề mặt kim loại khỏi bị ăn mòn cách đồng hình thành aluminum / phức hợp peptide anion Sự ức chế ăn mòn qua lớp bảo vệ (chất màng sinh học) Lớp bảo vệ sản phẩm oxit hình thành thụ động trình ăn mòn, bị kẹt ma trận màng sinh học Chongdar et al (2005) báo cáo sinh vật hiếu khí Pseudomonas cichoriiwas có khả ức chế ăn mòn thép nhẹ hình thành lớp sắt oxit / sắt phosphate chất màng sinh học Juzeliunas et al (2006) phân lập vi khuẩn CNSHA-K55 Bacillus mycoides, vi khuẩn đất Gram dương làm tăng khả ngăn truyền điện tích nhôm, ức chế ăn mòn Câu 26: Vai trò vi sinh vật vùng rễ? Khu vực vùng rễ môi trường sống thuận lợi cho phát triển, hoạt động trao đổi chất nhiều vi sinh vật - Vai trò Vi sinh vật kích thích sinh trưởng trồng • Nhạy cảm với chất dẫn dụ hóa học ( LPS) vi khuẩn giúp chiếm bề mặt rễ pili góp phần vào gắn vi khuẩn lên bề mặt rễ ảnh hưởng sức sống trồng thông qua kiểm soát pathogens, thu nhận chất dinh dưỡng vi sinh vật rễ gấp 19-32 lần vùng đất rễ cung cấp dinh dưỡng cho ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng thực vật ( cung cấp sản phẩm vi sinh vật tổng hợp hay tăng cường khả hút chất dinh dưỡng từ môi trường : vsv nốt sần họ đậu hạt nảy mầm rễ bắt đầu sinh trưởng thiếu hụt chất dinh dưỡng động lực phát triển quần thể, làm tăng tốc độ sinh trưởng trồng • • • - Ngăn cản phát triển vi sinh vật gây hại cho • • • • - Rễ bề mặt rễ giàu nguồn dinh dưỡng, sản phẩm quang hợp phân bố cho vùng chiếm 40 % rễ có nhiều vị trí giàu chất dinh dưỡng nên lôi kéo vsv ( vsv gây bệnh) Vi sinh vật vùng rễ thường cải thiện sinh trưởng thực vật trước sau ngăn cản hoạt động vi sinh vật gây hại( cạnh tranh với vi sinh vật địa chiếm vùng rễ bảo vệ trồng) Các vsv vùng rễ tương tác bề mặt rễ vùng mô tạo thành cấu trúc màng sinh học , ngăn cản tiếp xúc vi sinh vật gây bệnh bảo vệ cây, kháng lại số chất kháng sinh Hệ vsv vùng rễ tác động giúp cho rễ hấp thụ chất ô nhiễm kim loại nặng,các vụn hữu cơ…… số loại :bèo, ngổ ,… • Tập hợp nhiều chủng vsv tăng số lượng enzyme tiết tăng hội trình phân hủy rác, chất ô nhiễm khác • Màng biofilm hệ rễ chuyển chất dinh dưỡng khu hệ rễ thực vật thúc đẩy phân hủy sinh học cảbon hữu có dạng polutants trình sử lí nước, chất thải  sử lí nước ngầm CNSHA-K55 Câu 27: Hãy trình bày đặc tính vi sinh vật vùng rễ - Nhiều loại vsv khu trú bề mặt vùng rễ chúng có liên kết canh tranh, cộng sinh ……sinh trưởng bề mặt vùng rễ: hệ nấm, vsv kị khí , hiếu khí - Một số gen đặc hiệu vk góp phần định cư rễ : tính di động tạo tiêm mao thành phần bề mặt tế bào , khả sử dụng thành phần dịch rễ tiết - Có khả cạnh tranh với vsv địa có mặt vùng rễ đất tròng - Các vsv tập hợp có trao đổi qua lại hình thành lên cấu trúc biofilm • Nhiều vi sinh vật trôi dạng Plankton ưa liên kết với tạo quần thể gọi mang sinh học • Trong trình hình thành trải qua nhiều thay đổi mức độ biểu gen, thay đổi trao đổi chất vi sinh vật hình thành biofilm • Các vsv biofilm tự sửa chưa • Tập hợp vsv đặc trưng tế bào gắn chất hay bề mặt tiếp xúc tế bào gắn với với trợ giúp chất nhầy ngoại bào • - Bảo vệ tế bào khỏi tác động môi trường hình thành tiểu khu giàu chất dinh dưỡng cho tế bào vi khuẩn bên biofilm cách tập trung chất dinh dưỡng cần thiết Có tác động, chịu ảnh hưởng trồng: dịch triết từ rễ tác động đến có mặt phát triển hệ vsv - Vsv có lợi có khả thiết lập mối qua hệ cộng sinh cố định N với họ đậu PGPR(biocontrol, sile rophore production, nutrient uptake, helpin nodulation, Hormone production, nitroge fixaytion) Câu 28: Các yếu tố ảnh hưởng đến phát triển quần thể vi sinh vật vùng rễ hiệu lực chúng? − Loại cây: loại có khu hệ vsv vùng rễ đặc trưng cho rễ thực vật thường tiết lượng lớn chất hữu vô cơ, chất sinh trưởng có số lượng thành phần thay đổi theo loại Những chất tiết rễ có ảnh hưởng quan trọng đén vsv vùng rễ Trên bề mặt lớp đất nằm sát rễ chứa nhiều chất dinh dưỡng nên vi sinh vạt phát triển tập trug nhiều hơn, số lượng lớn vùng xa rễ CNSHA-K55 − Thành phần phất triển vsv vùng rễ phụ thuộc vào thời kỳ phát trienr Vii sinh vật phân giải xenluloza có non già nhiều vsv sử dụng chất tiết rễ mà phân hủy rễ caay già chết − Thành phần dinh dưỡng đất: ảnh hưởng đến phát triển cua vsv vd như: đát có nhiều đạm, sử dụng nguồn đạm trực tiếp gya có nhiều nút sần hữu hiệu  phát triển vsv vùng reexcaay họ đậu yếu Vsv phân giải lân có Phân bố vi sinh vật quanh rễ Hệ rễ (rhizosphere) vùng bao quanh rễ thực vật Khái niệm hệ rễ Hiltner đề từ năm 1904, nhiên chưa có phương pháp thống xác định phạm vi hệ rễ Bộ rễ phức tạp đồng thời ảnh hưởng rễ môi trường chung quanh thay đổi tùy theo loại thời kỳ sinh trưởng Tuy nhiên, quan sát rễ non ta thấy vùng quanh đầu rễ có vùng bao gồm chất đầu rễ vi khuẩn sống vùng tiết Phân tích chất vùng thấy gồm có nhiều chất hữu cần thiết cho vi sinh vật đường, amino acid, acid hữu cơ, vitamin Vì vùng quanh rễ chứa nhiều chất hữu nên vi sinh vật tập trung quanh rễ nhiều xa Vi sinh vật hệ rễ thực vật giữ vai trò quan trọng:  Vi sinh vật tiết CO2, acid hữu acid vô cơ, trình hoạt động chúng, có tác dụng lớn việc làm cho khoáng chất chất P dạng không tan, chuyển biến thành dạng đơn giản, dễ tan dễ hấp thụ Để chứng minh điều này, có tác giả so sánh suất đất đa trùng đất không trùng Ở hai trường hợp bón lượng P khó tan Kết cho thấy trồng đất không trùng có suất cao hất thu nhiều P (P vi sinh vật giúp chuyển biến từ dạng khó tan sang dạng dễ tan hấp thụ)  Vi sinh vật tiết chất kích thích yếu tố tăng trưởng thực vật giúp rễ thực vật phát triển tốt Một số loại chi Pseudomonas Agrobacterium có khả tiết chất indobacetic acid (IAA), chất kích thích rễ trồng Các chất kích thích tố sinh trưởng có đất với nồng độ thấp, chưa có ảnh hưởng đến cây, nhiên bón phân hữu cho đất, làm gia tăng mật số vi sinh vật đất tức gia tăng nồng độ chất kích thích tố sinh trưởng có ảnh hưởng tốt rễ thực vật CNSHA-K55 Câu 29: Yêu cầu vi sinh vật probiotics? Định nghĩa probiotics: theo ngôn ngữ hylap có nghĩa sống thuật ngữ parker đề xuất năm 1974 để “những vi sinh vật chất làm cân hệ vi sinh vật ruột” Từ đến thuật ngữ giới sử dụng để chế phẩm vi sinh vật sống hữu ích đưa vào thể động vật thông qua thức ăn nước uống tạo nên ảnh hưởng có lợi cho vật chủ Hiện có khái niệm probitic: − Theo Fuller(1989) probiotic “chất bổ sungvi sinh vật sống vào thức ăn giúp cải thiện cân hệ vi sinh vật đường tiêu hóa theo hướng có lợi cho vật chủ” − Theo tổ chức y tế giới probitic “các vi sinh vật sống đưa vào thể theo đường tiêu hóa với số lượng đủ đem lại sức khỏe tốt cho vật chủ” Năm 2002; FAO/WHO: probiotic hay hỗn nhợp nhiều vi khuẩn mà cung cấp cho người hay động vật mang lại hiệu có lợi cho vật chủ cách tăng cường đặc tính vi sinh vật hệ tiêu hóa Việc lựa chọn chủng vi sinh vật với tiêu chuẩn phải an toàn cho trình sản xuất ứng dụng, có khả sống sót chiếm lĩnh (colonization) đường tiêu hóa vật chủ Các tiêu chuẩn lựa chọn hợp lý hóa thông qua thí nghiệm in vitro, từ tuyển chọn chủng có tiềm nguồn probiotic Các chủng vi sinh vật probiotic lựa chọn theo tiêu chuẩn chủ yếu sau: - Tính bám dính bề mặt đường tiêu hóa tế bào biểu mô: Các chủng probiotic phải bám dính vào thành ruột non, khu trú tốt đường tiêu hoá sinh sôi nảy nở Khả bám dính xem yêu cầu quan trọng để tăng khả ức chế vi sinh vật gây bệnh, bảo vệ biểu mô tăng khả miễn dịch vật chủ Đặc tính làm tăng khả cạnh tranh chủng probiotic với vi sinh vật bất lợi khác - Hoạt tính kháng khuẩn chống lại vi khuẩn gây bệnh: Lựa chọn chủng có khả sản sinh chất kháng khuẩn đặc tính quan trọng phát triển probiotic Các chủng probiotic cần có hoạt tính ức chế vi khuẩn gây bệnh E coli, Salmonella Campylobacteria Hoạt tính kháng khuẩn chúng theo nhiều chế khác như: + Sản sinh chất Bacteriocin + Làm giảm độ pH tạo axit lactic + Tạo H2O2 + Làm giảm độc tố theo chế khác CNSHA-K55 + Khả làm giảm bám dính vi khuẩn gây bệnh bề mặt + Cạnh tranh dinh dưỡng với vi khuẩn gây bệnh - Khả tồn môi trường axit dày: Khoang miệng dày vật chủ nơi có môi trường axit pH từ 2-3 có mặt enzym tiêu hoá (amylaza, proteaza, lysozym…) Các chủng vi sinh vật coi nguồn probiotic phải tồn điều kiện Hiện công ty khuyến cáo dùng vỏ bọc (microcapsute) với chế phẩm probiotic nhằm tăng khả sống vi khuẩn probiotic qua khoang miệng dày - Khả chịu muối mật: Thông thường, muối mật dịch tiêu hoá động vật dao động 1-3% [48] Để tồn phát triển, chủng probiotic phải có khả tồn phát triển với nồng độ muối mật ≥ 2%, số chủng probiotic (Nấm men, Bacillus Lactobacillus) có khả sinh enzym tiêu hoá như: amylaza, xenlulaza proteaza, lipaza phytaza có vai trò làm tăng khả tiêu hoá thức ăn hấp thu chất dinh dưỡng vật chủ Câu 30 Ứng dụng probiotic  Trong nông nghiệp nuôi trồng thủy sản Việc sử dụng probiotic động vật nuôi trồng thủy sản đánh giá cao Probiotic giúp cải thiện sức khỏe động vật, giúp tăng trọng, giảm tỉ lệ chết non ngăn chặn tác nhân gây bệnh Sự lạm dụng kháng sinh ngành chăn nuôi khả đề kháng kháng sinh làm tăng mối quan tâm đến probiotics Về Gia súc: Fastrack, sản phẩm động vật nhai lại, chứa Lactobacillus acidophilus Stretococcus faecium, chúng tạo acid lactic; nấm men giúp bổ sung vitamin B enzyme tiêu hóa Ở bê, Fastrack hỗ trợ tăng trọng, giảm bệnh tiêu chảy xáo trộn tiêu hóa khác Ở bò, tăng sản lượng sữa thèm ăn -Ở cửu dê, tăng lượng thức ăn Về gia cầm: Những nghiên cứu gia cầm tại trường đại học Maryland phía Bắc bang Carolina, sử dụng sản phẩm có tên Primalac cho thấy probiotic định cư ruột với vi khuẩn có lợi loại trừ bệnh gây sinh vật E.coli, Salmonella Clostridium vị trí lông nhung ruột non, nơi mà vi khuẩn có hại phá hủy lông nhung Probiotic gia tăng kháng bệnh cách tăng độ cao lông nhung tăng độ sâu khe nằm lông nhung, theo cách gia tăng diện tích bề mặt hấp thu chất dinh dưỡng Vì vật gia tăng hiệu hấp thụ thức ăn Nghiên cứu cho thấy Primalac giúp động vật chống lại lây nhiễm trùng cầu (Eimeria acervulina), chúng phá hủy đàn gà giống Những nhà khoa học từ viện nghiên cứu thực phẩm Norwich, nước Anh báo cáo probiotic đặc biệt tiêu diệt mầm bệnh vi khuẩn sống ruột gia cầm, giúp loại bỏ mối đe dọa ngộ độc thực phẩm vi khuẩn từ chuỗi thức ăn CNSHA-K55 Thủy sản Nogami Maeda (1992) nghiên cứu dòng vi khuẩn PM-4, phân lập từ ao nuôi ghẹ, dòng vi khuẩn làm giảm số lượng Vibrio spp Trong nước nuôi ghẹ, Portunus trituberculatus làm tăng suất ấu trùng ghẹ Jiravanichpaisal Chuaychuwong (1997) sử dụng Lactobacillus sp nuôi tôm sú (P monodon) để hạn chế bệnh gây nhóm vibrio bệnh đốm trắng Các tác giả xác định hoạt động ức chế Lactobacillus sp nhóm Vibrio, E coli Staphylococcus sp  Trong thực phẩm y học Sử dụng vi khuẩn để muối chua rau quả, ủ chua thức ăn gia súc (làm chín sinh học loại quả): Tạo sinh khối vi khuẩn có ích, át sinh vật gây thối Gây chua, tạo hương vị thơm ngon cho sản phẩm Chuyển rau dạng “chín sinh học” mà hiệu suất tiêu hóa tăng Một số chủng dùng để sản xuất sữa chua đặc: Lactobacillus bulgaricus, Strepticoccus faecalist… Một số chủng thêm vào sữa bột: Lactobacillus, Bifidobacterium… Tại nước phát triển, nhà sản xuất, chế biến ứng dụng bổ sung Probiotics vào nhiều loại thực phẩm sữa chua ăn, phomát, kem Chữa bệnh đường ruột: Pháp sản xuất đưa thị trường từ hàng chục năm sản phẩm mang tên Biolactyl chuyên trị tiêu chảy nhiều khuẩn Lactic Câu 31: Cơ chế tuyển quặng vi sinh vật? yếu tố ảnh hưởng tới trình này? Cơ chế tác động vi sinh vật: Gồm chế: trực tiếp gián tiếp chế có liên quan nhiều đến õi hóa sắt sunfua (quặng chứa sunfua) Cơ chế trực tiếp Phương trình tổng quát cho trình biểu diễn sau: MS + 2O2  (vi khuẩn) MSO4 Trong M kim loại quặng hóa trị MS phân ly theo phương trình: MS  M2+ + S 2- (1) Anion sunfua giải phóng sau liên kết với hệ thống enzyme vi khuẩn bị oxi hóa thành sunfat : S2- + 2O2  (vi khuẩn) SO42Như anion sunfua bị loại khỏi phương trình cân phương trình (1) chuyển phía bên phải gây hòa tan mạnh • Về mặt lý thuyết trình tiếp tục toàn chất (MS) chuyển hóa thành sản phẩm (MSO4) Tuy nhiên hệ thống không liên tục, tích lũy sản phẩm đạt tới nồng độ độc với vi sinh vật hydroxi sunfat sắt III kết tủa bề mặt chất làm cản trở hoạt động vi khuẩn Cơ chế gián tiếp Trong phương thức tác dụng gián tiếp vi khuẩn, vai trò vi khuẩn cung cấp cách liên tục chất oxi hóa – Fe2(SO4)3- nhân tố oxi hóa mạnh Phương trình biểu diễn: FeS2 + 3.5 O2 + H2O -> (vk) FeSO4 + H2SO4 CNSHA-K55 FeSO4 + 0.5 O2 + H2SO4 -> (vk) Fe2(SO4)3 + H2O Chất oxi hóa Fe2(SO4)3 vào phản ứng hòa tan quạn Ví dụ trình ngân chiết quặng uranium: UO2 + Fe2(SO4)3 -> UO2SO4 + 2FeSO4 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình này? Yếu tố Sự ảnh hưởng • Ảnh hưởng đến tỷ lệ ngâm chiết, thành phần hoạt động vi sinh vật • Cần thiết để có tỷ lệ ngâm chiết nhanh giữ ion sắt, kim loại dung dịch Vi sinh vật • Sự đa dạng • Thường hỗn hợp nhiều loài có hiệu loài vi sinh vật có loài có khả • Mật độ vi sinh vật ngâm chiết • Mật độ vsv cao làm tăng trình ngâm • Khả chiết kháng/chống kim loại • Nồng độ cao kim loại gây độc cho vi sinh vật Kim loại • Thành phần • Cung cấp thể cho điện tử • Diện tích phân bố nguyên tố vi lượng • Diện tích bề mặt, độ xốp • ảnh hưởng đến vùng kim loại có sẵn vùng tiếp xúc với chất lỏng quặng • Sự diên muối • tốc độ ngâm chiết tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt chất khoáng sunfua kim loại • kim loại có điện thấp bị oxi khác hóa Lý hóa học Nhiệt độ pH để thực trình oxi hóa sắt CNSHA-K55 Câu 33: Cơ chế tổng hợp hạt nano vi sinh vật? Nêu yếu tố ảnh hưởng đến trình này? Khái niệm : Công nghệ nano ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dáng, kích thước quy mô nanômét (nm, nm = 10-9 m) - Có nhiều phương pháp để tạo vật liệu nano: Phương pháp: tổng hợp phương pháp hóa học, vật lý - Phương pháp : tổng hợp vi sinh vật Có cách tổng hợp nội bào ngoại bào Tổng hợp nội bào: • Ở vi khuẩn actinomyces, tế bào vi khuẩn lọc cho vào dung dịch muối kim loại để tối nhiệt độ môi trường điều kiện phù hợp • Ở nấm, hạt nano tổng hợp tế bào, cách xử lý sợi nấm với dung dịch muối kim loại ủ 24 h Sợi nấm khô nấm sử dụng để tổng hợp hạt nano Trong phương pháp này, sợi nấm thu lại cách ly tâm sau đông khô, sợi nấm đông khô ngâm dung dịch muối kim loại • Tổng hợp hạt nano sử dụng nấm men bao gồm hai bước bao gồm trước hết tổng hợp hạt nano bước thu hồi hạt nano tổng hợp  Bước trình tổng hợp, môi trường chứa nấm men cho vào dung dịch muối kim loại ủ bóng tối vòng 24  Sau đó, tế bào tách từ môi trường cách ly tâm thu lấy tế bào sử dụng để thu hồi hạt nano • Cơ chế: thành tế bào có vai trò quan trọng, thành tế bào trở nên tích điện âm, thu hút ion kim loại dương Enzyme nitrat reductase có mặt biến ion kim loại thành hạt nano Các thí nghiệm quan sát thấy giai đoạn biến ion kim loại thành hạt nano Verticillium sp Lactobacillus sp vi khuẩn cyanobacterium dạng sợi có khả biến Au(S2O3)2 AuCl thành hạt nano vàng nhờ tương tác thành tế bào Một vài vi khuẩn cyanobacterium thông thường Anabaena, Calothrix Leptolyngbya có khả tổng hợp nội bào hạt nano Au, Ag, CNSHA-K55 Pd Pt, chúng sé giải phóng tự nhiên môi trường cân polysaccharide tảo để dễ dàng thu nhận tất nhiên, kích thước hạt thu nhận lượng thu phụ thuộc vào gen cyanobacteria Tổng hợp ngoại bào: • • • • Để tổng hợp ngoại bào hạt nano sử dụng vi khuẩn, môi trường nuôi cấy vi khuẩn ly tâm 8000 vòng/ phút thu dịch phía trên, cho tác động với dung dịch muối kim loại nấm, sau ly tâm, thu dịch lọc, ngâm ủ với dung dịch muối kim loại 24 Đối với tảo, thu lấy dịch môi trường nuôi tảo, ngâm với dung dịch muối kim loại điều kiện tối, nhiệt độ pH kiểm soát phù hợp Cơ chế: Các vi sinh vật có khả tiết enzyme nitrat reductase nhờ enzyme NADPHdependent reductase xúc tác phản ứng chuyển điện tử (NADH) đến ion kim loại, biến ion kim loại thành nguyên tử kim loại ví dụ vi khuẩn cyanobacterium Plectonema boryanum UTEX 485 có khả tổng hợp hạt nano bạc vi khuẩn Rhodopseudomonas capsulate Stenotrophomas maltophilia có khả tổng hợp hạt nano vàng từ ion Au 3+ Để phục hồi hạt nano, có thiết bị đặc biệt (chai làm polycarbonate có gắn sampling cup) sử dụng, hạt nano tách nhờ thay đổi nhiệt độ tan băng Chai chứa đầy môi trường tế bào có chứa hạt nano lên tới miệng chai giữ 20C vị trí thẳng đứng Trong thời gian đóng băng, hạt nano đậm đặc trở nên ổn định Chai sau lưu giữ C sau làm tan băng Dịch keo thu sampling cup (cốc lấy mẫu) ly tâm 23.000 vòng for 24 giờ, thu hạt, hạt rửa nước cất, tiếp tục hạt sấy khô chân không Ví dụ: chế tạo bạc nano nhờ vi khuẩn: enzyme: Nitrat reductase chuyển nitrat thành dạng nitrit enzyme a-NADPH-dependent nitrate reductase chuyển điện tử (e-) từ cofactor NADPH sang cho Ag+ thành Ag vi khuẩn sử dụng là: Bacilus licheniformis, Fusarium oxysporum CNSHA-K55 Ưu điểm pp tổng hợp vi khuẩn +Hình dạng, kích thước đa dạng + Thân thiện với môi trường + Đơn giản, dễ thao tác với sinh khối vi khuẩn + Cơ sở vật chất, kỹ thuật đầu tư + Nhanh hơn, nhiều +Tiến hành điều kiện bình thường • Các yếu tố ảnh hưởng đến trình Là pH nhiệt độ Ví dụ: điều kiện pH, nhiệt độ ảnh hưởng đến kết tổng hợp hạt nano bạc Khi nồng độ bạc thấp , tế bào sống Khi nông độ bạc cao, tế bào chết pH kiềm tổng hợp nhanh điều kiện acid pH max= 10 Trong điều kiện pH kiềm không cần khuấy đảo hỗn hợp để tạo AgNP2 tất ion Ag cung cấp chuyển thành AgNP2 vòng 30 phút Các protein tham gia phản ứng thích hợp gắn với Ag vùng (-SH) Nhiệt độ thấp , kích thước hạt nano to Nhiệt độ cao, kích thước hạt nano nhỏ CNSHA-K55 ... nhóm vi sinh vật sử dụng công nghệ vi sinh theo phương thức dinh dưỡng Nhóm vi sinh vật sử dụng nhiều sao? Dựa vào nguồn chất dinh dưỡng + Nguồn dinh dưỡng cacbon a Tự dưỡng cacbon : Các vi sinh. .. Phương pháp dùng cho vi sinh vật kị khí hiếu khí Đối với nuôi vi sinh vật kị khí: không cần sục khí, khuấy trộn Với vi sinh vật hiếu khí phải sục khí liên tục • Đặc điểm Vi sinh vật cấy vào môi... với nhiều nhóm vi sinh vật khác nấm sợi, nấm men, vi khuẩn, xạ khuẩn virut, thường dùng với chủng vi sinh vật có đặc tính quý mà không thích hợp với phương pháp đông khô - Vi sinh vật bảo quản