Chuyên đề Tổng quát về Vi sinh vật

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI SINH VẬT Khái niệm : VSV gồm nhiều nhóm phân loại khác nhau, thể đơn bào hay tập hợp đơn bào, có kích thước hiển vi Đặc tính chung - Kích thước vô nhỏ bé cấu tạo đơn giản - Có khả hấp thụ nhiều, chuyển hóa nhanh, sinh tổng hợp mạnh mẽ chất có hoạt tính sinh học ( TB nhỏ, tỷ lệ S/V lớn-> Bề mặt TĐC lớn ->sự TĐC với MT hiệu 1cm3 VK có S = 6m2 1kg nấm men phân giải 1000kg đường/ngày có nghĩa 1h phân giải lượng thức ăn gấp 110 lần khối lượng thể.) - Có khả sinh trưởng nhanh phát triển mạnh - Phân bố rộng rãi nhờ khả thích ứng với nhiều điều kiện khác MT ( Bào tử nhiều Vk chịu 10% AgCl 2h, phênol 5% /15 ngày.) - Dễ phát sinh biến dị: • Tần số biến dị vi sinh vật 10-5 –> 10-10 • Biến dị thường gặp đột biến gen ( Vật chất di truyền đơn giản, gen đơn bội nên đột biến biểu ) - Đa dạng chủng loại ( ĐV có 1,5 triệu lồi, TV có 0,5 triệu lồi, VSV có 100 000 loài (1/10 số thực tư nhiên) Trong ruột người có 100 - 400 loại VSV, chiếm 1/3 khối lượng phân khô người Hàng năm bổ sung thêm 1500 lồi mới.) Phương pháp ni cấy VSV: a Cơ sở: tạo chủng VSV thần khiết b Phương pháp: - Pha lỗng mẫu nước vơ trùng - Cấy dung dịch lên môi trường đặc nhiệt độ thích hợp tạo khuẩn lạc - Cấy từ khuẩn lạc sang môi trường tạo chủng VSV thần khiết c Cần phân biệt MT tự nhiên MT nuôi cấy VSV - VSV phân bố rộng rãi đất, nước, đáy đại dương, thể người, động vật, thực vật, …Các yếu tố gọi MT tự nhiên (nơi cung cấp chất cần thiết cho ST PT) VSV - MT nuôi cấy VSV: người chủ động tạo để ni cấy VSV phòng thí nghiệm Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu chia loại: + MT tự nhiên: Chứa chất tự nhiên sữa, thịt , trứng, huyết thanh, máu, …với số lượng thành phần không xác định + MT tổng hợp: Đã biết thành phần hóa học số lượng chất có MT: [ VD: (NH4)PO4-1,5; KH2PO4-1,0; MgSO4-0,2; CaCl2-0,1; NaCl – 5,0 ( g/l) ] + MT bán tổng hợp: chứa số chất tự nhiên số chất hóa học biết rõ thành phầnvà số lượng  Vậy khơng khí có coi MT tự nhiên VSV không? - Không, kk khơng có chất dinh dưỡng điều kiện khác cho ST PTcủa VSV - Khơng khí nơi phát tán VSV với bụi bẩn Vai trò vi sinh vật * Có ích: - VSV mặt xích chủ yếu chu trình chuyển hố hợp chất C, N, P, K, S tự nhiên - Tham gia vào việc giữ gìn tính bền vững hệ sinh thái bảo vệ môi trường - Trong nông nghiệp, VSV tác nhân quan trọng để cải tạo đất, làm phân bón, thuốc trừ sâu chế phẩm sinh học phục vụ trồng trọt chăn nuôi - Là lực lượng sản xuất trực tiếp công nghiệp lên men tạo nhiều sản phẩm có giá trị ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, y tế, đời sống VD: * Sinh khối Spirulina giàu dinhdưỡng vitamin sử dụng làm thuốc, làm thức ăn bổ sung cho người động vật * Tạo kháng sinh ampiciline chống VK kháng thuốc từ penicilium VD:+ Sử dụng coryneanbacterium glutamicum sản xuất mơnơnatriglutamat( mì chính) + Sử dụng nấm vàng hoa cau( Aspegillus oryzae) để sản xuất nước tương + Sữa chua, nem chua sản phẩm trình lên men lactic - Là mơ hình lí tưởng cho nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học sinh học phân tử - Có vai trò quan trọng trọng ngành lượng: Vd: VSV chuyển hóa chất hữu thành cồn, gas … * Có hại: - Vi sinh vật nguyên nhân gây dịch bệnh nguy hiểm cho người, động vật, thực vật (thông độc kịtốkhí sản hợp vi sinh Sử dụng qua vi khuẩn trongphẩm ruột cátổng để sản xuất nước mắm vật) VD: Mycoplasma gây bệnh viêm phổi, viêm khớp Richketxi gây bệnh sốt phát ban - Làm hư hỏng thực phẩm, đồ dùng, hàng hoá, thiết bị cơng trình xây dựng gây thiệt hại đáng kể cho người II CÁC NHÓM VI SINH VẬT VSV Nhóm vi khuẩn: vi khuẩn, vi khuẩn lam, xạ khuẩn, vi khuẩn nguyên thuỷ Vi khuẩn cổ Vi tảo Vi nấm ( nấm men, nấm sợi VSV nhân thực Động vật nguyên sinh * SINH VẬT NHÂN SƠ A NHÓM VI KHUẨN Vi khuẩn: a Hình thái: * Hình cầu, hình trứng gọi chung cầu khuẩn (Coccus) - Cầu khuẩn phân cắt liên tiết theo mặt phảng dính gọi liên cầu khuẩn (Streptococcus) - Cầu khuẩn phân cắt theo nhiều mặt phẳng ngẫu nhiên đám Tb chùm nho gọi tụ cầu ( Straphylococcus) - Nếu Tb ln dính với gọi song cầu khuẩn * Hình que (trực khuẩn) * Hình xoắn: - phẩy khuẩn - Xoắn khuẩn (xoắn dài thành sợi cứng nhắc) xoắn thể ( xoắn dài thành sợi mềm mại) b Cấu trúc: * Thể nhân: - Vật chất di truyền không ngăn cách với tế bào chất chưa có màng nhân - Chứa ADN NST khép kín xoắn lại tạo nhiều vòng chứa thơng tin di truyền cho chức tế bào * Tế bào chất: có phân tử cần thiết cho Tb prôtêin, lipit, cacbohiđat, ion, plasmit, ribôxôm hạt dự trữ (thể vùi) - Ribôxôm: + Cấu tạo từ rARN prôtêin + thể 70S gồm: tiểu đơn vị 50S gồm loại rARN 5S 23S tiểu đơn vị 30S gồm rARN 16S => dựa vào khác biệt trình tự nuclêơtit rARN 16S để xác định tên lồi vi khuẩn Ribơxơm VK gây bệnh khác ribơxơm người, chất kháng sinh tác động vào ribôxôm VK để ngăn cản tổng hợp prơtêin khơng gây hại cho người + Chức năng: nơi tổng hợp prôtêin - Thể vùi: + Hình thành trình sinh trưởng đặc biệt môi trường giàu chất dinh dưỡng + Chức năng: (+) dự trữ chất dinh dưỡng làm giảm áp suất thẩm thấu cách buộc phân tử lại dạng hạt VD hạt volutin cung cấp phôtphat; thể vùi glicogen, tinh bột dùng để dự trữ lượng; hạt chứa lưu huỳnh (+) Chứa tinh thể diệt côn trùng VD vi khuẩn Bacillus thuringiensis (+) Định hướng từ trường trái đất VD hạt Magnetoxom hạt từ (Fe3O4) số vi khuẩn.Tìm thấy Tb động vật di cư (+) Giúp vi khuẩn trôi VD: thể vùi dạng không bào khí vi khuẩn lam, vi khuẩn quang hợp màu tía, màu lục - Plasmit: + ADN kép, dạng vòng, có khả chép độc lập với ADN nhiễm sắc thể + Chứa thông tin cho đặc điểm tế bào, khơng thật thiết yếu tế bào VD: chứa gen kháng lại kháng sinh + Có khả truyền từ tế bào sang tế bào khác => lan truyền tính chất mà gen mã hố quần thể + Được dùng làm vectơ kỹ thuật chuyển gen * Màng sinh chất: - Cấu trúc: + khảm động tương tự màng sinh chất tế bào nhân thực + Khác: có tỉ lệ prơtêin cao màng sinh chất tế bào nhân thực thực nhiều chức khác thực màng bào quan sinh vật nhân thực VD: chức vận chuyển điện tử hô hấp, quang hợp Các phân tử làm ổn định (bền) cấu trúc màng hopanoit - Chức : + Giống màng sinh chất sinh vật nhân thực, là: (+) kiểm soát vào chất dinh dưỡng, sản phẩm trao đổi chất cách chọn lọc (+) Duy trì áp suất thẩm thấu bình thường bên tế bào (+) Tiếp nhận truyền thơng tin từ bên ngi vào tế bào (+) Có dấu hiệu đặc trưng để nhận biết tế bào lạ + Ngoài màng sinh chất sinh vật nhân sơ có thêm chức sau: (+) Là nơi sinh tổng hợp thành phần thành tế bào (peptiđôglican, axit teicôic, lipôpôlisaccarit) pôlime vỏ nhầy (màng giáp) (+) Là nơi tiến hành photphoryl hoá oxi hoá ( với vi khuẩn) photphoryl hoá quang hợp ( với vi khuẩn quang hợp) (+) nơi tổng hợp nhiều loại enzim (ATP- sinthetaza, enzim tham gia tổng hợp thành tế bào ), prôtêin chuỗi hô hấp (+) Cung cấp lượng cho vận động lông, roi * Thành tế bào: - Có lồi vi khuẩn - Cấu trúc: + Thành phần peptiđơglican gồm peptit glican (+) Glican: gồm đơn vị đường amin gắn luân phiên với N- axêtylglucôzamin (NAG) axit N- axêtylmuramic (NAM), nối với băng liên kết β - 1,4 – glicôzit tạo thành lớp (+) Peptit: gồm axit amin nối với nha liên kết peptit tạo thành tetrapeptit, gắn với đơn vị NAM + Thành tế bào chứa thành phần khác Dựa vào thành phần hàm lượng peptiđôglican mà vi khuân chia thành nhóm: VK Gram âm vi khuẩn Gram dương VK Gram dương: *Peptidoglycan loại polyme xốp, bền vững, cấu tạo thành phần: - N-Acetylglucosamin - Acid N-Acetylmuramic - Tetrapeptid chứa D- L- acid amin *Axit teichoic polime ribitol glixerol photphat : vận chuyển ion dương vào tế bào, giúp tế bào dự trữ phot phat có liên quan đến kháng ngun bề mặt tính gây bệnh số vk gram dương VK Gram âm:có lớp: Màng ngồi : lipopolisaccarit( LPS): gồm thành phần : + LipitA : phân tử N acetyl glucozamin, chuỗi dài axit béo: lipit A nội độc tố vi khuẩn, gây sốt, tiêu chảy, phá hủy hồng cầu… + Polisaccarit lõi + Kháng nguyên O : phần polisccarit vươn khỏi màng vào môi trường: định nhiều đặc tính huyết vi khuẩn có chưa 1LPS vị trí gắn thụ thể thể thực khuẩn Màng ngồi có số loại prơtein: prơtein chất: vd porin (protein lỗ)ở E coli, protein màng ngồi có lực vận chuyển chuyên biệt phân tử lớn lipoprotein : liên kết lớp peptiđôglican bên với màng  So sánh thành tế bào vk G+ GVi khuẩn Gram dương Vi khuẩn Gram âm Lớp peptiđôglican dày-> thành Tb khoẻ Lớp peptiđơglican mỏng Có axit teichơic khơng khơng có có thêm lớp màng ngồi lipơpơlisaccarit (LPS) nội độc tố vi khuẩn có khoang chu chất khơng rõ rệt có khoang chu chất rõ rệt từ 1-71 nm Khi nhuôm phương pháp Gram có màu khơmg màu sau bắt màu đỏ thuốc tím nhuộm bổ sung đại diện: tụ cầu khuẩn, liên cầu khuẩn, trực vi khuẩn E.coli, lậu cầu khuẩn khuẩn, xã khuẩn - Chức : + Thành tế bào giúp trì hình thái tế bào + Hỗ trợ chuyển động tiên mao + Giúp tế bào đề kháng với áp suất thẩm thấu, hỗ trợ trình phân cắt tế bào + Cản trở xâm nhập số chất có phân tử lớn + Liên quan đến tính kháng nguyên , tính gây bệnh, tính mẫn cảm với Thực khuẩn thể * Các cấu trúc bên thành tế bào - Màng nhầy: + Có số vi khuẩn + Thành phần chủ yếu nước , polysaccarid, ngồi có polypeptid protein + Chức chính: bảo vệ Ngồi có chức năng: (+) Cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn thiếu thức ăn (+) Là nơi tích luỹ số sản phẩm trao đổi chất (dextran, xantan ) (+ ) Giúp vi khuẩn bám vào giá thể - Roi: + thành phần cấu tạo prôtêin + Giúp vi khuẩn di chuyển - Lông: + Cấu tạo prôtêin + Có chức thụ thể : tiếp nhận virut, tham gia vào trình tiếp hợp + Giúp vi khuẩn bám vào bề mặt tế bào chủ c Hoạt động sống sinh sản * Sinh sản: - Phân đơi (là hình thức sinh sản phổ biến vi khuẩn) + ADN vào mêzôxôm màng sinh chất làm điểm tựa nhân đôi + TB dài ra, phân chia tiến hành hai vị trí gắn, ADN với tế bào chất hai bên + Tế bào hình thành vách ngăn tạo màng thành tế bào hai phần + Sau hình thành vách ngăn, hai tế bào tách rời gắn với - Sinh sản lối nảy chồi: + Có số vi khuẩn sống nước + Tế bào tạo chồi cực, sau lớn dần, tách thành tế bào * Hoạt động sống - Có kiểu dinh dưỡng + Vi khuẩn hoá dị dưỡng: E.coli (trực khuẩn), xoắn khuẩn, vikhuẩn lactic + Vi khuẩn hoá tự dưỡng: vi khuẩn chuyển hoá nitơ (nitrobacter, Nitrosomonas), chuyển hoá sắt + Vi khuẩn quang tự dưỡng: Vi khuẩn lưu huỳnh mà lục, màu tía + Vi khuẩn quang dị dưỡng: Vi khuẩn lục, tía khơng lưu huỳnh - Khi gặp điều kiện bất lợi khối tế bào chất vi khuẩn co đặc lại, hình thành nhiều lớp màng dày, khó thấm, có khả đề kháng cao với tác nhân vật lí, hố học, đặc biệt bền nhiệt có chứa canxi đipicơlinat gọi nội bào tử + Là cấu trúc nghỉ, có tính đề kháng đặc biệt, có nhiều VK Gram dương + Nằm TB dinh dưỡng, cấu trúc phức tạp + Số lượng 1bào tử /TB + Khơng có chức sinh sản + Có tính đề kháng cao với sốc MT + Các VK mang BT gây bệnh nguy hiểm * Cấu tạo nội bào tử - Lớp màng ngoài:Cấu trúc xốp, cách nhiệt, thành phần chủ yếu lipoprotêin, khó thấm - Lớp áo: chủ yếu protêin photpholipoprotêin, có tính đề kháng cao với lizozim, protêaza, chất hoạt động bề mắt - Lớp vỏ bào tử: chứa canxidicolinat giúp bào tử bền với nhiệt chịu nhiệt cao - Lõi bào tử: có thành bào tử, màng bào tử, bào tử chất, vùng nhân bào tử.Lõi bào tử chứa enzim không hoạt độngà phản ứng sinh hóa khơng diễn ra, trao đổi chất cực thấp * Muốn diệt bào tử : khử trùng nhiệt độ cao lớn 1200C Một số vi khuẩn đặc biệt a Xạ khuẩn - Dạng sợi khơng vách ngăn, phân nhánh Hình dạng ngồi giống nấm sợi đường kính sợi nhỏ nhiều khuẩn lạc có hình phóng xạ - Có loại khuẩn ti (sợi): + Khuẩn ti chất + Khuẩn ti khí sinh - Cấu trúc : tương tự vi khuẩn, phần lớn Gram (+) - Hoá dị dưỡng, hiếu khí - Vai trò: phân giải chất hữu cơ, cố dịnh nitơ (xạ khuẩn sống cộng sinh nốt sần rễ phi lao, dùng để sản xuất chất kháng sinh (VD: Streptomyces) Một số kị khí vi hiếu khí gây bệnh VD: xạ khuẩn Actinomyces sp, thường kí sinh khoang miệng họng người động vật Sự phát triển khuẩn ti xạ khuẩn A: bào tử nảy nầm B: hình thành khuẩn ti chất C: Hình thành khuẩn ti khí sinh - Sinh sản chủ yếu nhờ hình thành bào tử vơ tính: Từ phía đầu sợi khí sinh hình thành nhiều vách ngăn tạo thnàh chuỗi bào tử, bào tử phát tán, gặp điều kiện thuận lợi phát triển thành thể xạ khuẩn (Bào tử có hình tròn, van hay hình trụ với màng nhẵn hay xù xì, có gai lông đặc điểm bền vũng dùng để phân loại ) b Nhóm vi khuẩn nguyên thủy * Micoplasma - Có kích thước nhỏ sinh giới - Khơng có thành tế bào => có khả biến hình thành nhiều dạng, dễ mẫn cảm áp suất thẩm thấu, cồn chất hoạt động bề mặt (xà phòng) Khơng mẫn cảm với pênixilin, lizơzim chất kháng sinh ức chế tổng hợp thành TB - Bị tiêu diệt kháng sinh ức chế tổng hợp prơtêin - Sinh sản nội bào tử hình thành bên thể (chất nhân phân chia thành nhiều hạt nhỏ nằm khối tế bào chất Các hạt nhỏ hình thành màng bao quanh giải phóng ngồi TB mẹ tạo thành thể mới) - Hóa dị dưỡng theo kiểu hoại sinh kí sinh (gây bệnh đường hơ hấp, đường niệu sinh dục người động vật, bệnh viêm phổi) * Ricketxi - Kích thước lớn Micoplasma, có thành TB, Gram (-), khơng có vỏ nhầy - Hóa dị dưỡng theo kiểu kí sinh bắt buộc thể người động vật gây bệnh sốt phát ban… - Sinh sản vơ tính theo kiểu phân đơi TB * Clamidia - Có thành TB, Gram (-), kích thước nhỏ vi khuẩn - Thiếu enzim cần cho trao đổi lượng nên khơng tạo ATP riêng, phải kí sinh bắt buộc tế bào nhân thực để sử dụng ATP vật chủ - Sinh sản theo kiểu phân cắt - Gây bệnh mắt hột c Vi khuẩn lam - Gram (-), có hình dạng khác đứng riêng rẽ tạo thành sợi Ở số loại dạng sợi có chứa tế bào dị hình nơi cố định nitơ - Quang tự dưỡng (giống xanh tảo), hiếu khí kị khí không bắt buộc - Sinh sản theo kiểu phân cắt đứt đoạn tế bào dị hình - Có khơng bào khí vi khuẩn mặt nước - Tác hại khí số vi khuẩn lam ao hồ phát triển mạnh tạo nên tượng “nước nở hoa” làm cho nước có màu xanh xỉn mùi hôi, làm giảm lượng ôxi nước, gây tác hại cho thủy sản - Vai trò: + Một số có giá trị ding dưỡng cao chứa hoạt chất có giá trị y học, nên ni trồng để làm thuốc làm thực phẩm chức + Một số có khả cố định nitơ ứng dụng nông nghiệp cung cấp nitơ cho cấy trồng + Làm thức ăn cho động vật thủy sinh B VI KHUẨN CỔ Những đặc điểm khác với vi khuẩn (xem phần phân chia lãnh giới chuyên đề sinh học tế bào) - Màng sinh chất có axit béo bão hòa cao nên có điểm sơi cao (vi khuẩn siêu ưa nhiệt) - Tế bào chất có khả xuất ion Na+, hấp thụ cô đặc ion K+, giúp điều tiết áp suất thẩm thấu (vi khuẩn chịu áp suất thẩm thấu cao, chịu mặn); có sắc tố quang hợp loại prơtêin màu tía (bacterioclorophyl) - Dinh dưỡng chuyển hóa: + Hóa tự dưỡng: VK sinh mêtan; VK ưa nhiệt, ưa axit sống hiếu khí suối nước nóng + Quang tự dưỡng: VK ưa mặn + Hóa dị dưỡng: VK sinh mêtan - Vai trò: Vi khuẩn sinh mêtan VK kị khí bắt buộc, sinh khí mêtan, sử dụng bể tạo khí sinh học hệ thống xử lí nước thải * SINH VẬT NHÂN THỰC C VI TẢO - Cơ thể đơn bào tập đoàn dạng sợi có khơng phân nhánh, có khơng có vách ngang - Thành tế bào cấu tạo từ polisaccarit (chủ yếu xenlulôzơ, mannan hay xilan) - Trong tế bào chất có bào quan, lục lạp chứa clorophyl a, sắc tố phụ khác tùy loài - Sống trôi hay di động thủy vực, nước biển nhờ roi hay bám mặt đất ẩm Quang tự dưỡng - Hầu hết sinh sản vơ tính nhờ nguyên phân Một số sinh sản hữu tính tiếp hợp (tảo lưỡi liềm), đẳng giao (giao tử đực giao tử có hình thái giống nhau) hay dị giao (giao tử đực có hình dạng khác nhau) - Tác hại: + Khi gặp ĐK thuận lợi, vi tảo phát triển mạnh (hiện tượng “nước nở hoa” (thủy triều đỏ)) chết đột ngột gây ô nhiễm nước, thiếu hụt ôxi làm cho thủy sản chết hành loạt + Các vi tảo sống mặt đất cạnh tranh chất khống với trồng - Công dụng: + Thức ăn cho động vật thủy sinh, làm nguồn nước, dùng để đánh giá mức độ hay ô nhiễm nguồn nước + Tạo khoảng nửa lượng ơxi khí Trái Đất + Sản xuất sinh khối làm thức ăn bổ sung cho người động vật Xác tảo si líc tạo thành Điatômit làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp làm chất cách nhiệt, hấp phụ, vật liệu học D VI NẤM: nấm men nấm sợi Nấm men a Hình thái: - Thường đơn bào, số có dạng tập đồn (khuẩn ti giả) hay đa bào dạng sợi khuẩn ti thật) - Hình cầu, hình trứng, hình ống… - Kích thước thay đổi từ 1,5 – 12 – 20 micrômet b Cấu tạo * Thành tế bào: + Chủ yếu hợp chất: mannan – glucan mannan – kitin + Chức năng: giông vi khuẩn * Màng sinh chất : giống vi khuẩn * Tế bào chất: chứa bào quan: Ribôxôm, ti thể, máy gôngi, lưới nội chất * Nhân: Màng nhân có lỗ, chất nhân chứa NST c Sinh sản: - Sinh sản vơ tính nảy chồi (phổ biến) ( Hình bên ) Từ TB mẹ mọc hay nhiều chồi nhỏ, chồi nhận phần chất nhân tế bào chất TB mẹ Chồi tách khỏi TB mẹ hình thành thể độc lập Có chồi khơng tách khỏi TB mẹ mà tạo thành tập đồn có dạng cành - Một số sinh sản vơ tính theo kiểu phân cắt TB vách ngăn kết hợp nảy chồi phân cắt (đại diện: nấm men rượu rum) - Một số sinh sản hữu tính theo kiểu tiếp hợp tạo túi bào tử (đại diện: Nấm men bánh mì (Saccharomyces cerevisiae)) TB lưỡng bội giảm phân tạo nhiều bào tử đơn bội có thành dày bên TB mẹ, thành TB mẹ trở thành túi chứa bào tử Khi túi vỡ, bào tử giải phóng; bào tử khác giới tính (-, +: khác số thành phần, tính chất hóa sinh) kết hợp với tạo thành tế bào lưỡng bội nảy chồi mạnh mẽ d Hoạt động sống: - Dị dưỡng hoại sinh, số kí sinh gây bệnh VD Candida albicans gây bệnh tưa lưỡi tre sơ sinh, nhiễm âm đạo gây bệnh phụ khoa phụ nữ - Thích nghi với mơi trường có đường cao, tính axit cao (pH thấp) e Vai trò: * Có lợi - Cung cấp sinh khối giàu prôtêin vitamin để làm thức ăn cho người, ĐV - Sử dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm : sản xuất rượu, bia , bánh mì… - Sản xuất thuốc chữa bệnh * Có hại; -Gây bệnh cho người gia súc - Gây hư hỏng thực phẩm Nấm sợi a Hình thái - Dạng sợi dài (sợi nấm khí sinh sợi nấm chất) phân nhánh, có khơng có vách ngăn - Các sợi nấm phát triển thành hệ sợi khuẩn lạc * Nấm sợi có vách ngăn: gồm nhiều tế bào ngăn cách = vách ngăn Vách ngăn có nhiều lỗ Tế bào chất nhân tế bào thơng nấm sợi có vách ngăn có cấu tạo đa bào chưa hồn chỉnh b Cấu tạo - Thành tế bào khác nhóm nấm: kitin, xenlulơzơ – glucan hay kitin - glucan - Trên màng sinh chất có nếp gấp xoắn lại gọi thể màng biên, nằm thành TB màng sinh chất, tham gia hình thành vách ngang tiết chất - Tế bào chất chứa bào quan - Nhân có lỗ nhân nhân - Các nhân thường tập trung đầu mút sợi (giúp cho sinh trưởng sợi) nên dạng có vách ngăn thấy có TB khơng có nhân có nhiều nhân c Sinh sản: - Sinh sản vơ tính theo kiểu đứt đoạn (sinh sản sinh dưỡng): Sợi nấm đứt thành nhiều đoạn nhỏ, đoạn phát triển thành thể - Sinh sản vơ tính bào tử: + Bào tử áo: Tế bào sợi nấm khí sinh hình thành vách dày tạo thành bào tử áo + Bảo tử kín: Các bào tử có màng dày hình thành túi bào tử, túi bào tử mang cuống mọc từ sợi nấm khí sinh + Bào tử đính (bào tử trần): cuống đính bào tử mọc từ tế bào sợi khí sinh, đầu cuống phình to mang TB hình thành ống (thể bình), thể bình đính bào tử mọc thành chuỗi dài + Bào tử chồi: bào tử chồi nảy mầm từ tế bào mẹ thể sợi nấm - Sinh sản hữu tính: bào tử tiếp hợp (+) Kiểu đơn giản: Bào tử (+) → Sợi nấm (+) → Giao tử (+) (n) (n) (n) Bào tử (-) → Sợi nấm (-) → Giao tử (-) (n) (n) (n) Giảm phân → Hợp tử (2n) Sợi nấm (2n) (+) Kiểu phức tạp: Sợi nấm (+) → Tế bào (+) (n) (n) Sợi nấm (-) → Tế bào (-) (n) (n) Bào tử (n) → Tế bào nhân → Sợi nhân (n + n) (n + n) Giảm phân Tế bào sinh bào tử (2n) d Hoạt động sống: Dị dưỡng hoại sinh, số kí sinh, cộng sinh e Vai trò: * Có lợi: - Sản xuất chất kháng sinh, vitamin 10 + Số TB bị tự phân enzim, phân hủy chất dự trữ tăng lên Tóm lại: - Trong nuôi cấy tĩnh, MT thay đổiànhịp điệu sinh trưởng, hình thái, sinh lý TB ln thay đổi - Sự sinh trưởng quần thể VK tuân theo quy luật định phụ thuộc vào thời gian   • •  Ý nghĩa việc nghiên cứu sinh trưởng VK nuôi cấy tĩnh Nghiên cứu trình sinh trưởng quần thể VSV Nghiên cứu tạo thành sản phẩm TĐC,các chất có hoạt tính sinh học, sinh khối TB  Hiện tượng sinh trưởng kép sinh trưởng thêm Nếu MT tổng hợp có hỗn hợp loại hợp chất cacbon VK có xu hướng tổng hợp enzim phân giải hợp chất bon dễ đồng hoá trước.Sau tổng hợp tiếp enzim phân giải hợp chất thứ Khi đồ thị ST có pha lag, pha log (đồ thị sinh trưởng kép) • Đồ thị sinh trưởng kép • Đồ thị sinh trưởng thêm Sau pha suy vong, số VK sống sót tiếp tục sinh trưởng nhờ chất dinh dưỡng giải phóng từ q trình tự phân Đồ thị sinh trưởng kéo dài thêm đoạn cong nhỏ gọi tượng sinh trưởng thêm 24 Trong nuôi cấy tĩnh: MT không đổi mới, ĐKMT đổi Thời gian pha log ngắn Giống VSV mau bị già Thay đổi tốc độ sinh trưởng riêng Bất lợi cho q trình cơng nghệ VS  Để khắc phục tình trạng trên, cơng nghệ sinh học sử dụng thiết bị nuôi cấy liên tục Chêmostat Turbidostat b Nuôi cấy liên tục  Nuôi cấy liên tục q trình ni người ta liên tục cho dòng MT vào đồng thời loại bỏ lượng dịch nuôi cấy tương ứng  Chêmostat Turbidostat có khả năng: - Duy trì MT ni cấy ổn định - Giữ giống nuôi cấy trạng thái      (pha log) Nuôi cấy tĩnh - Thành phần MT không đổi - Chất dinh dưỡng cạn dần theo thời gian - Thời gian pha log ngắn - Tốc độ sinh trưởng riêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa tế bào thay đổi - Sinh khối TB đạt mức không cao - Sự ST quần thể theo pha phụ thuộc vào thời gian - Việc điều khiển tự động khó thực Ý nghĩa ni cấy liên tục Nuôi cấy liên tục - MT đổi ổn định - Chất dd ổn định dư thừa - Thời gian pha log dài - Tốc độ sinh trưởng riêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa tế bào ln ổn định - Sinh khối TB đạt mức cao - Sự ST theo lũy thừa thường xuyên mật độ không đổi theo thời gian - Việc điều khiển tự động thực dễ dàng 25 • Ni cấy liên tục xem hệ thống mở có khuynh hướng dẫn đến cân động học Nhờ điều khiển tự động, quần thể VK cung cấp MT ổn định nên ST PT tối đa • Trong cơng nghiệp để thu sinh khối VK, thu sản phẩm TĐC chất có hoạt tính sinh học phục vụ đời sống PHẦN IV: VIRÚT I/ Lược sử nghiên cứu virut - Từ cổ xưa cách 1500 năm trước CN, người ta tìm thấy chứng bệnh bại liệt, bệnh dại, bệnh đậu mùa Ai Cập, Hy Lạp, Ấn Độ Trung Hoa - 1892 nhà sinh lý thực người Nga Dimitri Ivanopxkii tìm nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc thí nghiệm đơn giản sau đây: Tác nhân gây bệnh gọi virut, chúng có kích thước nhỏ nhiều so với VK - Năm 1935 Wendel M.Stanley thông báo gây chấn động ông kết tinh virut đốm thuốc khiến người ta nghi ngờ chất sống virut - Vào năm 40 kỷ này, đời kính hiển vi điện tử việc tìm phương pháp ni cấy virut bình ni cấy mơ tế bào giúp người nhận biết hình thái, cấu trúc chất virut - Những thành tựu virut nhiều năm qua góp phần quan trọng đẩy lùi bệnh chúng gây người, vật nuôi trồng, thúc đẩy phát triển chung Sinh học đại  Vi rut gì? Vi rut dạng sống đặc biệt, chưa có cấu tạo tế bào, sống kí sinh bắt buộc, kích thước siêu hiển vi nên muốn quan sát chúng phải sử dụng đến kính hiển vi điện tử II Hình thái, cấu tạo virut Hình thái, kích thước  Có dạng hình thái sau : 26 a Đối xứng xoắn : trục đối xứng trùng với trục dọc thể Các cápsome xếp theo kiểu xoắn lò xo hay khơng Virut đốm thuốc Virut dại b Đối xứng khối: thể có trục đối xứng, capsome xếp thành hình cầu hay khối cầu đa diện 27 Virut HIV c Đối xứng phức hợp: + Phần đầu có cấu trúc đối xứng khối + Phần có cấu trúc đối xứng Virut bại liệt xoắn d Ngoài dạng trên, số virut có hình dạng bất định virut cúm  Vậy hình thái VR phụ thuộc vào yếu tố nào? Kích thước Virut có kích thước nhỏ: từ 10 -100 nm  Virut nhỏ = 1/100 vi khuẩn E coli (virut bại liệt đường kính 10Ao)  Virut lớn = 1/10 vi khuẩn E coli (virut đậu mùa đường kính 300Ao) * Vậy, để đo kích thước VR người ta dùng phương pháp sau : +Đo trực tiếp kính hiển vi điện tử +Dùng phương pháp li tâm siêu tốc +Cho qua màng lọc biết trước kích thước lỗ màng Cấu tạo chung virut 28 * Gồm phần chính: - Phần vỏ - Phần lõi - Một số cấu trúc riêng : + Màng bao (vỏ ngoài) + Enzim Hạt virut hoàn chỉnh giai đoạn khơng nhân lên gọi virion a Phần vỏ (capside) - Gồm đơn vi protein gọi capsome + Các capsome liên kết với thành vỏ capside + Số lượng capsome từ vài chục đến vài ngàn hạt virut - Phức hợp axit nucleic- capside gọi nucleocapside * Kích thước virut liên quan đến số lượng capsome vỏ capside VD: VR hecpet có số lượng capsome: 72 kích thước 150 - 200nm Parvovirut có số lượng capsome: 12 kích thước:18 – 26 nm * Chức phần vỏ - Chứa đựng bảo vệ phần lõi - Giúp virut gắn vào vị trí đặc hiệu tế bào chủ nhờ thụ thể - Duy trì ổn định hình thái, kích thước virut - Quyết định tính kháng nguyên đặc hiệu cho virut b Phần lõi (axit nucleic)  Cấu tạo * Bộ gen sinh vật nhân thực ADN sợi * Bộ gen virut chứa loại axit nucleic ADN ARN (1 sợi sợi dạng thẳng dạng vòng) * Số lượng axit nucleic chiếm 12% trọng lượng hạt VR * Số lượng gen từ - vài trăm gen tuỳ loài VR * Chức phần lõi -Mang thông tin di truyền đặc trưng cho virut -Quyết định khả gây nhiễm virut với tế bào chủ 29 -Quyết định chu kỳ nhân lên tính bán kháng nguyên đặc hiệu virut Axit nucleic có vai trò định quy định đặc điểm virut c Một số cấu trúc riêng -Màng bao (vỏ ngoài) lớp màng bao vỏ capsit, cấu tạo tương tự màng Trên màng có núm lồi hay gọi gai glicơprơtêin VR khơng có màng bao gọi virut trần -Chức màng bao: + Giúp bảo vệ phần vỏ ổn định kích thước VR + Giúp VR bám vào vị trí đặc hiệu bề mặt TB chủ + Tham gia lắp ráp giải phóng VR + Tạo nên kháng nguyên đặc hiệu bề mặt VK nhờ gai lipoprotein + Các enzim tham gia trình nhân lên VR (lizozim, AND polimeraza, ARN polimeraza), …  Phân biệt Viroit Prion Các đặc điểm Viroit Prion Bản chất phân tử Phân tử ARN đơn dạng vòng Đối tượng gây Tế bào thực vật bệnh Cơ chế gây bệnh Nhân lên nhờ hệ thống enzim TB chủ Ví dụ Bệnh củ khoai tây hình thoi Bệnh hại dừa III Phân loại virut Căn vào vật chủ gây nhiễm: - Virut gây bệnh người động vật - Virut gây bệnh thực vật - Virut gây bệnh vi sinh vật Căn vào triệu chứng lâm sàng Phân tử protein Tế bào động vật Prion bình thường biến đổi thành prion độc gây thóai hóa hệ TK Bệnh bò điên (xốp não) - Virut gây bệnh phổ biến - Virut gây bệnh hệ thần kinh - Virut gây bệnh da niêm mạc Căn vào cấu trúc đặc điểm sinh học virut 30 - Kiểu axit nucleic - Kích thước axit nucleic - Cấu trúc kiểu đối xứng capside - Đường kính hạt virut - Có hay khơng có màng ngồi - Vị trí lắp ráp với axit nucleic - Số lượng capsome - Vị trí gắn màng ngồi IV Chu trình nhân lên Bacteriophage  Cấu trúc Bacteriophage (thực khuẩn thể T2 kí sinh E coli) * Phần đầu: đối xứng 20 mặt - loại protein (212 đvht) - AND sợi kép (169 000 cặp nucleotit với 30 gen hoạt động năng) *- Phần đuôi: - Bao đuôi co rút - Trụ đuôi (8nm) - Đĩa gốc (gai lơng đi) ( Hình bên ) Chu kỳ nhân lên bacteriophage gồm giai đoạn: Giai đoạn hấp phụ Giai đoạn xâm nhập Giai đoạn sinh tổng hợp Giai đoạn lắp ráp Giai đoạn giải phóng virut (phóng thích) Giai đoạn hấp phụ ( Hình 1) - Đầu mút sợi lơng gắn vào vị trí định bề mặt tế bào VK gọi thụ thể nhờ liên kết hố học - Thụ thể có tính đặc hiệu cao với loại virut - Sự hấp phụ ảnh hưởng nhiều yếu tố: - Ngưỡng lây nhiễm: tỷ số tương quan số lượng VR/ TBVK Sự có mặt nhân tố bổ trợ - Triptophan - TKT T4 - Biotin – VR nhiễm Corynerbacterium glutamicum - Nồng độ ion (Ca++, Al+++) pH =7 - Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng VR Giai đoạn xâm nhập: ( Hình 2) Diễn theo chế : *Cơ chế cởi áo: tiết men lizozim làm tan lớp peptidoglican thành tế bào để tuồn axit nucleic, phần vỏ để lại bên *Cơ chế thực bào: chân giả bao quanh hạt virut, tiết enzim làm tan vỏ, giải phóng axit nucleic vào TB chức 31 Giai đoạn sinh tổng hợp ( Hình 3) - Nguyên tắc tổng hợp : Nguyên liệu, lượng lấy từ VK, khuôn mẫu virut sản phẩm tổng hợp đặc trưng cho virut Quá trình tổng hợp gồm kiện chính: a.Ức chế tổng hợp thành phần TB vi khuẩn VR tiết enzim dezoxyribonucleaza để: +Phân huỷ axit nucleic, +Đình trình tổng hợp protein +Giải phóng nucleotit tự làm nguyên liệu cho q trình tổng hợp b Tích cực tổng hợp thành phần VR - Tổng hợp enzim đặc hiệu (AND-ARN polymeraza) để tổng hợp axit nucleic - Tổng hợp protit theo nhu cầu giai đoạn: + Protein kì đầu (enzim chép mARN, gắn VR vào VK, điều khiển tổng hơp) + Protein kỳ (protein vỏ đuôi) + Protein kỳ cuối (enzim lắp ráp, phá huỷ thành TB) Giai đoạn lắp ráp virut ( Hình 4) - Các thành phần đầu tổng hợp riêng, sau có lắp ráp với - ADN nhân chép nhờ ADN -polimeraza chui vào đầu tạo thành hạt virut hoàn chỉnh ADN thừa phân giải nhờ nucleaza Giai đoạn giải phóng virut ( Hình 5) Giải phóng từ từ: - VR tiết enzim chọc thủng thành TBVK - TB chết từ từ Giải phóng ạt: - VR tiết enzim làm thành tế bào vỡ đột ngột - TB chết nhanh Tóm lại: - Q trình nhân lên xảy VR xâm nhập vào thể sống - Thực chất nhân lên thành phần protein axit nucleic, sau kết hợp lại thành hạt virut - Thời gian chu kỳ khoảng 25 phút - Số lượng phage hình thành khoảng 100 - 200 hạt V.Chu trình tiềm tan Định nghĩa: - Là trình ADN virut xâm nhập vào hệ gen TB chủ (prophage), nhân lên hệ gen TB chủ tồn suốt thời gian dài gọi chu trình tiềm tan + VR tham gia vào trình gọi VR ơn hòa + TB VK mang VR ơn hòa gọi TB tiềm tan + TB tiềm tan không bị tiêu diệt phage độc  Khi VR ơn hòa chuyển từ trạng thái tiềm tan sang trạng thái sinh tan? 32 Khi gặp tác nhân cảm ứng tia UV, tia X, peroxyt hữu cơ, VR ơn hòa chuyển sang trạng thái sinh tan – phá hủy tế bào 33 HIV/AIDS I Khái niệm HIV/AIDS  HIV: Virut gây suy giảm miễn dịch người (Human immuno – Defficiency Virut)  AIDS: Hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải (Acquired immuno deficiency Sydrome)  Tai virut HIV lại có khả gây bệnh AIDS?  VR HIV gây nhiễm phá hủy tế bào hệ thống miễn dịch thể làm thể khả miễn dịch  Các VSV khác lợi dụng lúc thể bị suy giảm miễn dịch công (VSV hội)  Cơ thể dễ bị nhiễm bệnh (bệnh hội) Các tế bào mà HIV công : Đại thực bào ( Hình 1) & TB lim phơ T ( Hình 2) Cấu trúc virut HIV …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………… Chu trình nhân lên virut HIV tế bào lim T4 Các giai đoạn chu kỳ nhân lên virut HIV Giai đoạn hấp phụ Giai đoạn xâm nhập Giai đoạn mã ngược Gắn vào hệ gen tế bào lim phô T Sinh tổng hợp Lắp ráp Giải phóng virut HIV lây truyền qua đường nào? - Máu - Tình dục - Từ mẹ sang Các giai đoạn phát triển bệnh AIDS Giai đoạn Thời gian kéo Đặc điểm dài Thời kỳ cửa sổ tuần đến Khơng có triệu chứng tháng Số TB limphô >500/ml 34 Thời kỳ không triệu chứng đến 10 năm Xuất số triệu chứng bệnh Số lượng lim phơ bào >200 - 500/ml máu Thời kỳ biểu bệnh AIDS Sau đến 10 năm Xuất triệu chứng điển hình AIDS Số TB limphơ