giáo trình vsv sinh học 10 nguyễn thị minh ngọc thư viện giáo dục tỉnh quảng trị

Acidovorax facilus, Alcaligenes eutrophus, A.ruhlandii, Aquaspirillum magnetotacticum, Pseudomonas carboxygendovorans, Hydrogenophaga flava, Seliberia carboxygendohydrogena, Paracoccus[r]

(1)

1

ĐẠI HỌC HUẾ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM 34 Lê Lợi, Tp Huế Tel: 054 833121,Fax84 8258244

TS BIỀN VĂN MINH

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ

VI SINH VẬT HỌC

(2)

2

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT Giảng viên: GVC.TS BIỀN VĂN MINH

Đơn vị: Bộ môn SPKTNL- ĐHSP- ĐHHuế Địa chỉ: 49 Hoàng Quốc Việt Huế

Điện thoại: 054 833121, 054.829207, Mobil: 0913 439 685

Email:bvminhsp@yahoo.com

THÔNG TIN VỀ MÔN HỌC

1 Số đơn vị học trình: 4 (3LT, 1TH)

2 Trình độ: Dùng cho sinh viên Khoa Sinh học SPKTNL năm thứ

3 Phân bổ thời gian

- Thời gian lên lớp: 45 tiết - Thực hành: 30 tiết

4 Điều kiện tiên quyết

Muốn học học phần phải học qua học phần: Sinh hoá học, Tế bào học, Di truyền học, Thực vật học, Động vật học

5 Mục tiêu học phần

- Nắm đặc tính vi sinh vật

- Thấy tính chất đa dạng trao đổi chất, sự tiến hóa vi sinh vậtvà vai trị khơng thể thiếu chúng thiên nhiên đời sống người

6 Mô tả môn học

Học phần cung cấp cho sinh viên kiến thức lịch sử đời phát triển ngành vi sinh vật học, đặc điểm hình thái, cấu tạo hoạt động sống vi sinh vật; trình bày nhóm vi sinh vật có ý nghĩa nơng nghiệp, công nghiệp ý nghĩa chúng bảo quản, chế biến nông - lâm - thủy - sản, việc sản suất thức ăn gia súc, phân bón thuốc trừ sâu sinh học

7 Tài liệu học tập - Sách, giáo trình chính:

1 Kiều Hữu Ảnh, 2006 Giáo trình Vi sinh vật học Lý thuyết tập giải sẵn song ngữ Việt- Anh, phần 1& phần 2,NXB KH&KT Hà Nội

2 Biền Văn Minh (chủ biên), Kiều Hữu Ảnh, Phạm Ngọc Lan, Phạm Hồng Sơn, Phạm Văn Ty, Nguyễn thị Thu Thuỷ, 2006 Vi sinh vật học, NXB Đại học Huế

- Tài liệu tham khảo:

1 Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty, 1997 Vi sinh vật học NxbGD

(3)

3

8 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên

Theo Quy chế 25/2006/QÐ-BGDÐT ngày 26/6/2006 Bộ trưởng Bộ Giáo dục

Đào tạo Quy định tạm thời thực Quy chế 25 Trường ĐHSP-ĐH Huế + Phần lý thuyết: hệ số

- Dự lớp: chuyên cần 10% tổng sốđiểm (trọng số 1,0)

- Bài tập lớn kiểm tra phần: 20% tổng sốđiểm (trọng số 2,0) - Bài thi kết thúc học phần tiểu luận môn học: 70% tổng sốđiểm (trọng số 70%) Hình thức thi: viết, trắc nghiệm khách quan

+ Phần thực hành: hệ số

- Dự lớp: chuyên cần 10% (trọng số 1,0)

- Kiểm tra bài: 20% tổng sốđiểm (trọng số 2,0) - Bài thi thực hành: 70% tổng sốđiểm (trọng số 7)

Điểm LTx2 + Điểm THx1

Điểm tổng kết học phần =

3

9 Thang điểm: 10

10 Nội dung chi tiết học phần Phần 1: Lý thuyết (45 tiết)

Chương 1: Mở đầu (2 tiết) Vị trí vai trị vi sinh vật

2 Sơ lược lịch sử phát triển vi sinh học Cách đọc (phát âm) tiếng Latinh

4 Hệ thống sinh giới vị trí nhóm vi sinh vật Vai trị vi sinh vật đời sống

6 Các phương pháp kỹ thuật nghiên cứu VSV

Câu hỏi ôn tập

Chương 2: Sinh học thể vô bào (4 tiết)

1 Sự phát định nghĩa virus Hình thái cấu trúc virus Nuôi cấy virus

4 Ảnh hưởng virus lên tế bào Phân loại virus

6 Các bệnh virus

7 Ảnh hưởng tác nhân vật lý, hoá học đến virus Con đường lây nhiễm virus vào thể

(4)

4

Chương 3: Sinh học thể nhân sơ (3 tiết)

1 Cổ khuẩn

2 Vi khuẩn

3 Vi khuẩn đặc biệt

Chương 4: Sinh học thể nhân thực (4 tiết)

1 Vi nấm

2 Vi tảo

3 Động vật nguyên sinh

Chương 5: Dinh dưỡng, sinh trưởng sinh sản vi sinh vật (4 tiết)

1.Thành phần hóa học vi sinh vật

2.Dinh dưỡng

3 Sinh trưởng vi sinh vật

4 Sự kìm hãm sinh trưởng diệt khuẩn

5 Sinh sản vi sinh vật

Chương 6: Trao đổi chất vi sinh vật (5 tiết)

1 Đường phân

2 Chu trình tricacboxylic acid (Krebs) Chuỗi hơ hấp phosphoryl hóa

4 Sự vận chuyển chất dinh dưỡng vào tế bào

5.Trao đổi chất lượng

Chương 7: Hô hấp kị khí (3 tiết)

1 Khái niệm chung

2 Hơ hấp nitrate, ammonium hóa nitrite khử nitrogen Hô hấp sunfate

4 Hô hấp carbonate tạo thành methan (CH4) Hô hấp carbonate tạo thành Acetate

Chương 8: Vi khuẩn hóa dưỡng vơ hiếu khí (3 tiết)

1 Nitrate hố

2 Oxygen hóa hợp chất lưu huỳnh

(5)

5

4 Oxygen hố hydrogen

Câu hỏi ơn tập

Chương 9: Các trình lên men (6 tiết)

1 Các đường lên men phổ biến vi sinh vật Tính đa dạng lên men

3 Lên men khơng có phosphoryl hố chất

4 Hiện tượng cộng dưỡng

5 Lên men rượu nhờ nấm men vi khuẩn Lên men lactic họ Lactobacteriaceae

Chương 10: Vi khuẩn quang hợp cố định nitrogen(4 tiết)

1 Vi sinh vật quang hợp

2 Cốđịnh nitrogen

Chương 11: Di truyền biến dị vi sinh vật (4 tiết)

1 Khái niệm chung

2 Cơ sở vật chất di truyền vi sinh vật Cơ chế chống xâm nhập gen lạ

4 Biến dị

5 Cơ chế vận chuyển vật chất di truyền

6 Kỹ thuật di truyền

Chương 12: Vi sinh vật gây bệnh, miễn dịch học chất có hoạt tính sinh học (4 tiết)

1 Vi sinh vật gây bệnh

2 Kháng nguyên, kháng thể bổ thể

3 Vaccine huyết miễn dịch

4 Miễn dịch

5 Các chất có hoạt tính sinh học

Câu hỏi ơn tập

Chương 13 Sinh thái học vi sinh vật (3 tiết)

1 Đại cương sinh thái học vi sinh vật Sự phân bố vi sinh vật tự nhiên

3 Một số biện pháp vi sinh góp phần bảo vệ mơi trường

(6)

6

1 Phần câu hỏi, tâp Phần trả lời

Phần 2: THỰC HÀNH (30 tiết)

Bài 1: Pha chế môi trường nuôi cấy vi sinh vật Bài 2: Phân lập, nuôi cấy bảo quản chủng (giống) vi sinh vật Bài 3: Quan sát hình thái vi sinh vật tự nhiên Bài 4: Xác định số lượng đo kích thước tế bào vi sinh vật Bài 5: Quan sát cấu tạo tế bào vi sinh vật Bài 6: Phân tích số q trình lên men hợp chất carbon hydrate Bài 7: Sự chuyển hoá hợp chất nitrogen Bài 8: Vi sinh vật cốđịnh nitrogen Bài 9: Các chất có hoạt tính sinh học vi sinh vật Bài 10: Vi sinh vật ứng dụng

Người viết đề cương

TS Biền Văn Minh

(7)

7

MỤC LỤC

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT 17

CHƯƠNG 18

VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG SINH GIỚI 18

I ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT 19

1 Khái niệm chung vi sinh học vi sinh vật 19

1.1 Vi sinh học (Microbiology) 19

1.2 Vi sinh vật (Microorganisms) 19

2 Các đặc điểm chung vi sinh vật 19

2.1 Kích thước nhỏ bé 19

2.2 Hấp thụ chất dinh dưỡng trực tiếp qua bề mặt tế bào, chuyển hóa nhanh 20

2.3 Khả sinh sản nhanh 20

2.4 Khả thích ứng cao phát sinh biến dị mạnh 20

2.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều 20

2.6 Sựđa dạng phản ứng hóa sinh học 20

2.7 Có chủng xuất sớm trái đất 21

3 Các nhóm đối tượng vi sinh học 21

4 Nội dung 22

5 Vai trò vi sinh vật 22

II SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC 23

III CÁCH ĐỌC (PHÁT ÂM) CỦA CHỮ LATINH 33

IV HỆ THỐNG SINH GIỚI VÀ VỊ TRÍ CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT 35

1 Khái niệm giới sinh vật 35

2 Một số hệ thống phân loại 36

3 Những sai khác tế bào Prokaryote Eukaryote 39

V VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG ĐỜI SỐNG 40

VI CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU 41

1 Phương pháp quan sát tế bào 41

2 Phương pháp tách ly thành phần tế bào 45

3.Phương pháp nghiên cứu tính đa dạng VSV 45

Câu hỏi ôn tập chương 47

* Tài liệu đọc thêm 47

* Tài liệu tham khảo 47

* Giải thích thuật ngữ 47

CHƯƠNG 52

SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ VÔ BÀO 52

I KHÁI NIỆM VỀ VIRUS, VIRION, VIROID VÀ PRION 53

1 Virus gì? 53

2 Đặc điểm chung virus 54

3 Virion, viroid, prion 54

3.1 Virion 54

3.3.1 Khái quát prion 57

3.3.2 Cấu trúc prion 58

3.3.3 Sự nhân lên prion 58

3.3.4 Nghiên cứu biện pháp chống bệnh prion 59

(8)

8

II HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA VIRUS 61

1 Hình thái 61

1.1 Cấu tạo 61

1.2 Vỏ capsid 61

2 Kích thước virus 63

3 Cấu trúc virus 63

4 Genom virus 65

III NUÔI CẤY VIRUS 66

IV ẢNH HƯỞNG CỦA VIRUS LÊN TẾ BÀO 67

V CÁC BỆNH DO VIRUS 67

VI ẢNH HƯỞNG CỦA TÁC NHÂN VẬT LÍ, HĨA HỌC ĐẾN VIRUS 69

VII CON ĐƯỜNG LÂY NHIỄM VIRUS VÀO CƠ THỂ 69

VIII CÁC QUÁ TRÌNH NHÂN LÊN CỦA VIRUS 69

Quá trình nhân lên virus diễn theo giai đoạn 70

IX CÁC PHƯƠNG THỨC NHÂN LÊN CỦA VIRUS 72

1 Quá trình nhân lên virus RNA chuỗi dương 72

2 Quá trình nhân lên virus RNA chuỗi đơn, âm 74

3 Sơđồ nhân lên virus RNA chuỗi kép 75

4 Sơđồ nhân lên virus Retro 76

CHƯƠNG 79

SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ NHÂN SƠ 79

I CỔ KHUẨN (Archaea) 80

1 Khái niệm 80

2 Đặc điểm cổ khuẩn 81

3 Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất 83 Phả hệ cổ khuẩn dựa trình tự 16S rRNA 85

5 Các hình thức dinh dưỡng cổ khuẩn 86

6 Một số nhóm cổ khuẩn đại diện 87

6.1 Cổ khuẩn sinh methane (methanogens) 87

6.2 Cổ khuẩn ưa mặn Halobacteriales 93

6.3 Cổ khuẩn ưa nhiệt cao (hyperthermophiles) 94

6.4 Cổ khuẩn ưa nhiệt acid (Thermoplasmatales) 96

Kết luận: 96

II VI KHUẨN (BACTERIA) 97

1 Khái niệm chung: 97

2 Lịch sử nghiên cứu phân loại vi khuẩn 97

4 Cấu trúc tế bào vi khuẩn 98

4.1 Vỏ nhầy dịch nhầy 98

4.2 Thành tế bào 100

4.3 Màng sinh chất 101

4.4 Tế bào chất 102

4.5 Thể nhân 103

4.6 Tiên mao khuẩn mao 103

(9)

9

5 Sơ lược phân loại vi khuẩn 105

6 Vi khuẩn có ích Vi khuẩn gây hại 107

7 Các vấn đề khác 108

III VI KHUẨN ĐẶC BIỆT 108

1 Xạ khuẩn (Actinomycetes) 108

1.1 Đặc điểm chung 108

1.2 Xạ khuẩn khác nấm 110

1.3 Lợi ích xạ khuẩn 110

2 Xoắn thể (Spirochaetales) 111

3 Rickettsia 111

4 Mycoplasma Chamydia 112

CHƯƠNG 117

SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ NHÂN THỰC 117

I VI NẤM (MICROFUNGI) 118

1 Nấm men (Levures, Yeasts) 118

1.1 Đặc điểm hình thái, cấu trúc sinh sản nấm men 118

1.2 Vai trò sinh học nấm men 121

2 Nấm mốc 123

2.1 Cấu tạo nấm mốc 123

2.2 Đời sống nấm mốc 124

2.3 Vai trò nấm mốc 126

3 Nấm nhầy 127

3.1 Nấm nhầy có cấu tạo cộng bào 127

3.2 Nấm nhầy có cấu tạo tế bào 128

II ÐỊA Y 130

III VI TẢO 131

1 Đặc điểm chung 131

2 Đời sống vi tảo 132

3.Vai trò vi tảo 132

IV ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH 134

*Giải nghĩa từ: 137

CHƯƠNG 138

DINH DƯỠNG, SINH TRƯỞNG VÀ SINH SẢN Ở VI SINH VẬT 138

I THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TẾ BÀO VI SINH VẬT 139

1 Nước 139

2 Protein 139

3 Gluxit (hay carbonhydrate- saccharide) 141

4 Lipid chất tương tự (lipoid): 142

(10)

10

6 Các nguyên tố khoáng: 143

II DINH DƯỠNG 144

1 Các chất dinh dưỡng 144

2 Các loại môi trường sống vi sinh vật 144

2.1 Phân loại dựa vào thành phần chất dinh dưỡng 144

2.2 Phân loại dựa vào trạng thái vật lý môi trường 144

3 Các kiểu dinh dưỡng vi sinh vật 145

4 Vi sinh vật nguyên dưỡng khuyết dưỡng 146

III SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 146

1 Các nhân tố sinh trưởng 146

2 Điều kiện sinh trưởng 146

2.1 Cơ chế tác dụng yếu tố bên lên vi sinh vật 146

2.2 Các nhân tốảnh hưởng 147

IV SỰ KÌM HÃM SINH TRƯỞNG VÀ DIỆT KHUẨN 155

1 Các phương pháp khử trùng 155

1.1 Khử trùng nhiệt 155

1.2 Khử trùng không nhiệt 155

1.3 Khử trùng chiếu xạ 155

2 Kiểm soát tăng trưởng vi sinh vật hóa chất 155

3 Các phương pháp bảo quản 156

V SINH SẢN Ở VI SINH VẬT 156

1 Sinh sản vi khuẩn (Bacteria)và cổ khuẩn (Archaea) 156

2 Sinh sản vi sinh vật nhân thực 157

2.1 Sinh sản vơ tính 158

2.2 Sinh sản hữu tính 158

3 Khai thác phòng ngừa người VSV 158

3.1 Với vi sinh vật có ích, người sử dụng để 158

3.2 Với vi sinh vật có hại: 158

CHƯƠNG 161

TRAO ĐỔI CHẤT Ở VI SINH VẬT 161

I ĐƯỜNG PHÂN 162

II CHU TRÌNH TRICARBOXYLIC ACID (Krebs) 163

III CHUỖI HƠ HẤP VÀ PHOSPHORYL HĨA 164

1 Chuỗi hô hấp 164

2 Phosphoryl hoá 165

IV SỰ VẬN CHUYỂN CHẤT DINH DƯỠNG VÀO TẾ BÀO 165

V TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 167

1 Các nguồn lượng vi sinh vật 167

1.1 Các thể quang dưỡng (phototroph) quang tổng hợp (photosynthesis)167 1.2 Các thể hóa dưỡng oxygen hóa sinh học 167

2 Các kiểu hô hấp 168

3 Nghiên cứu trao đổi lượng 170

3.1 Nghiên cứu kiểu hô hấp 170

(11)

11

3.3 Thử catalase 170

3.4 Phản ứng nitrate reductase 171

3.5 Nghiên cứu kiểu trao đổi chất 171

3.6 Khử sản phẩm lưu huỳnh 171

3.7 Đo mức độ hô hấp 171

4 Sự tích trữ sử dụng lượng 172

4.1 Các mối liên kết giàu lượng 172

4.2 Nguồn gốc hợp chất cao 172

5 Sự trao đổi carbohydrate 173

5.1 Sự phân giải carbohydrate 173

5.2 Sự tổng hợp carbohydrate 173

6 Sự trao đổi protein 174

6.1 Sự phân giải protein 174

6.2 Sự tổng hợp protein 176

7 Sự trao đổi lipid 177

7.1 Sự phân giải lipid 177

*Giải thích thuật ngữ 179

CHƯƠNG 181

HÔ HẤP KỴ KHÍ 181

I KHÁI NIỆM CHUNG 182

II HƠ HẤP NITRATE, AMMONIUM HĨA NITRITE VÀ KHỬ NITROGEN 182

III HÔ HẤP SULFATE 184

IV HÔ HẤP CARBONATE TẠO METHANE 185

V HÔ HẤP CARBONATE TẠO THÀNH ACETATE 187

CHƯƠNG 190

VI KHUẨN HĨA DƯỠNG VƠ CƠ HIẾU KHÍ 190

I NITRATE HÓA 191

1.Vi khuẩn nitrate hóa 191

1.1 Vi khuẩn nitrơ 191

1.2 Vi khuẩn oxygen hóa nitrite thành nitrate (biến NO−2→ NO−3) 191

2 Cơ chế phản ứng q trình nitrate hóa 191

3 Các yếu tốảnh hưởng đến trình nitrate 192

4 Ý nghĩa trình nitrate hóa 193

II OXYGEN HĨA CÁC HỢP CHẤT LƯU HUỲNH 193

1 Vi khuẩn tự dưỡng hóa 193

2 Vi khuẩn tự dưỡng quang 195

(12)

12

III OXYGEN HÓA SẮT 196

IV OXYGEN HÓA HYDROGEN 198

CHƯƠNG 202

CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN 202

I CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN PHỔ BIẾN Ở VSV 203

II TÍNH ĐA DẠNG CỦA LÊN MEN 203

III LÊN MEN KHƠNG CĨ SỰ PHOSPHORYL HÓA CƠ CHẤT 204

IV HIỆN TƯỢNG CỘNG DƯỠNG (syntrophy) 206

V LÊN MEN RƯỢU NHỜ NẤM MEN VÀ VI KHUẨN 206

1 Sự tạo thành ethanol nhờ nấm men 207

2 Các dạng phương trình Neuberg 207

3 Hiệu ứng Pasteur 208

4 Kỹ thuật sản xuất ethanol nhờ nấm men 209

5 Hiệu suất lên men 210

6 Sự tạo thành ethanol nhờ vi khuẩn 211

VI LÊN MEN LACTIC VÀ HỌ LACTOBACTERIACEAE 212

1 Nhu cầu chất bổ sung nhân tố sinh trưởng 213

2 Lên men lactic đồng hình 214

3 Lên men lactic dị hình 214

4 Ứng dụng lên men lactic 215

4.1 Thức ăn ủ chua 216

4.2 Dưa 216

4.3 Các sản phẩm sữa 216

* Giải thích thuật ngữ : 219

CHƯƠNG 10 220

VI KHUẨN QUANG HỢP VÀ CỐ NITROGEN PHÂN TỬ 220

I VI SINH VẬT QUANG HỢP 221

1 Chu trình carbon tự nhiên 221

2 Các vi khuẩn quang hợp (Phototrophic bacteria) 222

2.1 Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria) 222

a - Họ Chromatiaceae: 222

b- Họ Ectothiorhodospiraceae: 223

2.2 Vi khuẩn khơng lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria) 224

2.3 Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria) 225

2.4 Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục (Green nonsulfur bacteria) 225

2.5 Vi khuẩn lam (Ngành Cyanobacteria) 226

3 Trao đổi chất vi sinh vật quang dưỡng 229

(13)

13

1 Vi khuẩn cốđịnh N cộng sinh 233

1.1 Vi khuẩn nốt rễ 233

1.2 Phân bón nốt rễ (nitragin) 234

2 Vi sinh vật cố định nitrogen sống tự (không cộng sinh): 235

2.1 Azotobacter 235

2.2 Clostridium pasteurianum số VSV cố định N khác 236

3 Vi khuẩn lam (xem chương III ) 236

Câu hỏi ôn tập chương 10 237

CHƯƠNG 11 240

DI TRUYỀN HỌC VI SINH VẬT 240

I KHÁI NIỆM CHUNG 241

II CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN Ở VI SINH VẬT 244

1 Cấu trúc genom sinh vật nhân sơ 244

1.1 Nhiễm sắc thể nhân sơ 244

1.2 Plasmid episom 244

2 Vật chất di truyền virus 246

Phương thức sinh sản vòng đời virus 247

3 Cấu trúc genom sinh vật nhân thực 249

III CƠ CHẾ CHỐNG SỰ XÂM NHẬP CỦA GENE LẠ (hạn chế cải biến) 250

IV BIẾN DỊ 252

1 Biến dị kiểu hình 252

2 Biến dị kiểu gene 252

2.1.Thử nghiệm Luria Delbrruck (1943) 252

2.2.Phương pháp phát chủng đột biến thí nghiệm in vết Ledergberg, 1952 252

2.3 Bản chất đột biến: 253

IV CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU DI TRUYỀN 254

1 Biến nạp (Transformation) 254

2 Sự tải nạp (Transduction) 255

3 Tiếp hợp (hay giao nạp - conjugation) 257

V KỸ THUẬT DI TRUYỀN 257

TÓM TẮT CHƯƠNG 11 260

*Câu hỏi ôn tập chương 10 260

CHƯƠNG 12 270

VI SINH VẬT GÂY BỆNH, MIỄN DỊCH HỌC VÀ CÁC CHẤT CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC 270

I VI SINH VẬT GÂY BỆNH 271

1 Bệnh truyền nhiễm không truyền nhiễm 271

1.1 Khái niệm 271

1.2 Nguồn gốc bệnh truyền nhiễm 271

(14)

14

1.4 Đặc điểm trình bệnh truyền nhiễm 272

2 Độc tố độc lực 272

2.1 Độc lực 272

2.2 Độc tố 272

3 Bệnh virus, vi khuẩn phần tử hữu khác 272

3.1 Bệnh vi khuẩn 272

3.2 Bệnh vi nấm 273

3.3 Bệnh virus 273

II KHÁNG NGUYÊN, KHÁNG THỂ VÀ BỔ THỂ 273

1 Kháng nguyên 273

1.2 Tế bào trình diện kháng nguyên (tiếng Anh antigen presenting cell, APC)274 1.2.1 Phân loại tế bào trình diện kháng nguyên 274

1.2.2 Sự tương tác với tế bào T 275

2 Kháng thể 275

2.2 Cơ chế tác động kháng nguyên- kháng thể 279

2.3 Các hình thức tác động kháng thể 280

2.4 Vai trò kháng thể 281

3 Bổ thể 281

III VACCINE VÀ HUYẾT THANH MIỄN DỊCH 283

1 Vaccine 283

1.1 Định nghĩa 283

1.2 Các loại vaccine 283

1.3 Nguyên lý sử dụng vaccine 283

1.4 Một số loại vaccine nghiên cứu 284

2 Huyết 284

2.1 Nguyên lý sử dụng huyết 284

2.2 Nguyên tắc sử dụng 284

2.3 Đường đưa huyết vào thể 285

IV MIỄN DỊCH 285

1 Định nghĩa: 285

2 Cơ chế bảo vệ không đặc hiệu 285

3 Chất sinh miễn dịch (immunogen) 287

4 Tính đặc hiệu kháng nguyên (KN) 287

5 Các quan tế bào tham gia vào hệ thống miễn dịch 287

5.1 quan lympho 287

5.2 Các tế bào tham gia đáp ứng miễn dịch 288

6 Miễn dịch bệnh lý 289

6.1 Quá mẫn 289

6.2 Bệnh tự miễn 292

V CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC 293

1 Enzym 293

1.1 Khái niệm chung 293

1.2 Cấu tạo hóa học enzym 294

1.3 Tính chất enzym 294

1.4 Cơ chế tác dụng enzym 294

1.5.Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzym 294

1.6.Cách gọi tên phân loại enzym 294

1.7 Các phản ứng enzym phổ biến sản xuất thực phẩm 294

2 Chất kháng sinh 295

2.1 Định nghĩa 295

2.2 Bản chất hóa học 295

2.3 Tác động kháng sinh 295

(15)

15

a Sự kháng chất kháng sinh có nguồn gốc từ nhiễm sắc thể: 295

b Sự kháng chất kháng sinh có nguồn gốc ngồi nhiễm sắc thể : 296

2.5 Qui tắc sử dụng kháng sinh: 296

3 Vitamin 296

3.1 Sơ lược vitamin 296

3.2 Các nhóm vitamin 297

Câu hỏi ôn tập chương 12 299

CHƯƠNG 13 315

SINH THÁI HỌC VI SINH VẬT 315

I ĐẠI CƯƠNG VỀ SINH THÁI HỌC VI SINH VẬT 316

1 Các khái niệm 316

2 Đặc điểm vi sinh vật tự nhiên 316

3 Các phương pháp nghiên cứu sinh thái học vi sinh vật 317

4 Hoạt động vai trò vi sinh vật hệ sinh thái 322

4.1 Vi sinh vật môi trường cạn 322

4.2 Yếu tốảnh hưởng đến hoạt tính vi sinh vật môi trường đất 322

4.3 Vi sinh vật tầng sâu 322

4.4 Vi sinh vật hệ sinh thái ao hồ 323

4.5 Ảnh hưởng oxygen tan chất hữu lên vi sinh vật môi trường nước 323

4.6 Vi sinh vật biển sâu 323

4.7 Vi sinh vật khe thủy nhiệt 324

5 Vai trò vi sinh vật chu trình sinh điạ hóa - nguyên tố cần cho sống 325

5.1 Chu trình carbon 325

5.2 Chu trình nitrogen 328

5.3 Chu trình lưu hùynh 329

5.4 Chu trình sắt 331

5.5 Làm giàu quặng vi sinh vật 332

5.6 Cơ chế kháng độc tính thủy ngân vi sinh vật 333

5.7 Các chất dị sinh 333

II SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN 335

1 Vi sinh vật khơng khí 335

2 Vi sinh vật đất 336

3 Vi sinh vật nước 337

III MỘT SỐ BIỆN PHÁP VI SINH GĨP PHẦN BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG 337

1 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường 337

1.1 Phá rừng: 337

1.2 Sự phát triển ngành công nghiệp: 338

1.3 Thuốc trừ sâu, phân hóa học: 338

1.4 Hoạt động người: 338

2 Một số biện pháp vi sinh góp phần bảo vệ mơi trường 338

2.1 Trồng xanh: 338

2.2 Dùng phân sinh học thay phân hóa học 338

2.3 Dùng phương pháp sinh học để bảo vệ thực vật thay cho thuốc trừ sâu 338

2.4 Xử lý chất thải CNVS 338

3 Một số biện pháp áp dụng nước giới 338

(16)

16

3.1.1 Công nghệ gen tạo giống có khả cốđịnh đạm 338

3.1.2 Công nghệ sinh học với sản xuất phân vi sinh vật 339

3.1.3 Phân vi khuẩn nốt sần (Nitragin): 339

3.1.4 Phân Azotobacterin 340

3.1.5 Phân lân sinh học 340

3.2 Thuốc sinh học bảo vệ thực vật 341

3.2.1 Biện pháp dùng VSV diệt côn trùng 341

3.3 Công nghệ xử lý rác thải hữu 345

3.3.1 Xử lý rác thải bảo vệ mơi trường tận thu làm phân bón 345

3.3.2 Xử lý nước thải công nghệ sinh học 347

CÂU HỎI ÔN TẬP 349

CHƯƠNG 14 351

CÂU HỎI ÔN TẬP 351

I PHẦN CÂU HỎI 352

II TRẢ LỜI 358

TÀI LIỆU THAM KHẢO 360

I TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 360

II TÀI LIỆU TIẾNG NƯỚC NGOÀI 360

(17)

17

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

ADP Adenosine diphosphate

AMP Adenosine monophosphate

APG Acid 3-phosphoglyceric

A-1,3-DPG Acid 1,3 diphosphoglyceric

ATP Adenosine triphosphate

A-6PA Acid 6-penicillanic

CoA Coenzym A

CKS Chất kháng sinh

DNA DeOxygenribonucleic acid

R-1,5-DP Ribulose-1,5-diphosphate R-5-P Ribulose-5-diphosphate

RNA Ribonucleic acid

VSV Vi sinh vật

F-6-P Fructose-6-phosphate FAD Flavin adenine dinucleotide G-6-P Glucose-6-phosphate

GAP Glyceraldehyde phosphate

KDPG 2-Keto-3-deOxygen-6-phosphogluconate N Nitrogen

NAD Nicotinamid adenine dinucleotide dạng Oxygen hóa NADH Nicotinamid adenine dinucleotide dạng khử

NADP Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng Oxygen hóa

NADPH Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng khử

PP Pentose phosphate

(18)

Giáo trình điện tử VI SINH VẬT HỌC

CHƯƠNG

VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT

(19)

Chương 1: Vai trò vi sinh vật sinh giới 19

I ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT

1 Khái niệm chung vi sinh học vi sinh vật

1.1 Vi sinh học (Microbiology)

Là khoa học nghiên cứu thể sống hiển vi siêu hiển vi, cấu tạo tế bào quy luật hoạt động chúng, sử dụng vi sinh vật nhằm phục vụ lợi ích người giữ

vững hệ sinh thái Trái Đất

1.2 Vi sinh vật (Microorganisms)

Là tên gọi chung để tất loại sinh vật nhỏ bé, nhìn rõ kính hiển vi quang học kính hiển vi điện tử

Vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau: Virus

2 Archaea (Cổ khuẩn hay gọi vi khuẩn cổ) Vi khuẩn (Bacteria)

4 Xạ khuẩn (Actinomycetes) Vi nấm (Microfungi) Vi tảo (Microalgae)

Giữa nhóm khơng có mối liên hệ chặt chẽ mặt hình thái hay phân loại, người ta gộp chúng lại chúng có số phương pháp ni dưỡng, nghiên cứu hoạt động sinh lý gần giống

2 Các đặc điểm chung vi sinh vật

2.1 Kích thước nhỏ bé

Vi sinh vật thường đo kích thước đơn vị micromet (1µm= 1/1000mm hay 1/1 000 000m).Virus đo kích thước đơn vị nanomet (1nm=1/1 000 000mm hay 1/1 000 000 000m)

(20)

2.2 Hấp thụ chất dinh dưỡng trực tiếp qua bề mặt tế bào, chuyển hóa nhanh

Đa số VSV đơn bào nên chúng nhận chất dinh dưỡng hấp thụ (absorbtion) qua bề mặt tế bào, khác với thực vật tự dưỡng (autotrophic) động vật nội tiêu hóa (ingestion) qua ống tiêu hóa Chính điều mà việc ni VSV thực dễ dàng nhanh chóng

Một vi khuẩn lắctic (Lactobacillus) phân giải lượng

đường lactose lớn 100-10 000 lần so với khối lượng chúng Tốc độ tổng hợp protein nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương gấp 100 000 lần so với trâu bò

2.3 Khả năng sinh sản nhanh Thời gian hệ ngắn

- trực khuẩn Escherichia coli điều kiện thích hợp sau 12-20 phút lại phân cắt lần

- Nấm men rượu (Saccharomyces cerevisiae) 120 phút

- Tảo Tiểu cầu (Chlorella) giờ, với vi khuẩn lam Nostoc 23

Vi khuẩn

Escherichia coli

Nấm men

S cerevisiae

Nấm sợi

Alternaria sp

Vi tảo

Chlorella sp Hình 1.2: Một số vi sinh vật sử dụng đời sống

2.4 Khả năng thích ứng rất cao phát sinh biến dị mạnh

Vi sinh vật đa số đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với mơi trường sống Do đó, dễ dàng phát sinh biến dị Tần số biến dị thường mức 10-5-10-10

Ví dụ Khi phát penicillin hoạt tính đạt 20 đơn vị/ml dịch lên men (1943) có thểđạt 100 000 đơn vị/ml

2.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều

Vi sinh vật có mặt khắp nơi Trái đất, khơng khí, đất, núi cao, biển sâu, thể, người, động vật, thực vật, thực phẩm, đồ vật

Người ta ước tính số 1,5 triệu lồi sinh vật có khoảng 200 000 loài vi sinh vật (100 000 loài động vật nguyên sinh tảo, 90 000 loài nấm, 2500 loài vi khuẩn lam 1500 loài vi khuẩn) Tuy nhiên hàng năm, có thêm hàng nghìn lồi sinh vật phát hiện, có khơng lồi vi sinh vật

2.6 Sựđa dạng của phản ứng hóa sinh học

Các phản ứng sinh hóa thể VSV thường đơn giản nhiều so với

(21)

các loài VSV khác đa dạng Dù hợp chất có phức tạp đến đâu, thiên nhiên

đều có VSV sử dụng phân hủy chúng Sản phẩm lồi tạo có thểđược lồi khác sử dụng

Mỗi loài thường tạo số chất trao đổi thứ cấp (secondary metabolites) đặc hiệu giúp cho chúng phát triển tốt kìm hãm số lồi khác Ví dụ: lồi nấm men rượu thích nghi với nồng độđường cao tạo rượu chất hạn chế phát triển nhiều loài khác Do đặc điểm này, sản phẩm bị nhiễm kìm hãm tăng trưởng chủng sản xuất

2.7 Có chủng xuất hiện sớm nhất trái đất

Trái đất hình thành cách khoảng 4,6 tỷ năm tìm thấy dấu vết

sống từ cách 3,5 tỷ năm

Vi sinh vật hoá thạch cổ xưa phát dạng giống với vi khuẩn lam ngày Chúng J.William Schopf tìm thấy tầng đá cổ miền Tây Australia Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm với đường kính khoảng 1-2 mm có thành tế bào dày

Trước nhà khoa học tìm thấy vết tích chi Gloeodiniopsis có niên

đại cách 1,5 tỷ năm vết tích chi Palaeolyngbya có niên đại cách 950 triệu năm

Vết tích vi khuẩn lam

Cyanobacteria

cách 3,5 tỷ năm

Vết tích

Gloeodiniopsis

cách 1,5 tỷ năm

Vết tích

Palaeolyngbya

cách 950 triệu năm Hình 1.3 Các vi sinh vật hố thạch

3 Các nhóm đối tượng vi sinh học

Vi sinh vật học đại sâu nghiên cứu nhóm đối tượng riêng biệt trở thành môn học chuyên sâu như: virus học (Virology) - nghiên cứu vi sinh vật chưa có cấu tạo tế bào (virus RNA virus DNA), vi khuẩn học (Bacteriology) - nghiên cứu VSV nhân sơ, gồm cổ khuẩn (Archaea) vi khuẩn (Bacteria), nấm học (Mycology)- nghiên cứu vi nấm (nấm men, nấm sợi hay nấm mốc nấm nhầy), tảo học (Algology)- nghiên cứu vi tảo động vật nguyên sinh học (Protozoology)- nghiên cứu động vật nguyên sinh

(22)

Về mặt ứng dụng ngành vi sinh học gồm có chuyên ngành như: vi sinh vật học công nghiệp, vi sinh vật học thực phẩm, vi sinh vật học y học, vi sinh vật học thú y, vi sinh vật đất, vi sinh vật học nước, vi sinh vật học khơng khí, vi sinh vật học dầu hỏa ngày cịn thêm ngành vi sinh vật học ngồi trái đất (Exomicrobiology)

4 Nội dung

Lịch sử đời phát triển ngành vi sinh vật học Vai trò vi sinh vật sản xuất đời sống Cấu tạo phân loại vi sinh vật Sinh lý vi sinh vật Di truyền vi sinh vật (virus, cổ khuẩn, vi khuẩn vi nấm) Vi sinh vật gây bệnh, miễn dịch học chất có hoạt tính sinh học Ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh đến hoạt động vi sinh vật Sự phân bố

vi sinh vật tự nhiên

5 Vai trò vi sinh vật

Hình 1.4: Một số ích lợi VSV nơng nghiệp, thực phẩm

Đại đa số vi sinh vật “bạn”:

- Về nông nghiệp: cốđịnh đạm cho trồng; tuần hoàn chất dinh dưỡng

đất; giúp gia súc tiêu hóa cỏ, rơm thành thịt…

- Về thực phẩm: tạo thực phẩm lên men (bia, rượu, fomage, yaourt…); kéo dài thời gian bảo quản; tạo phụ gia thực phẩm…

- Về công nghiệp: tạo dung môi hữu cơ, chất dinh dưỡng, vitamin, sinh khối…

- Về y tế: sản xuất kháng sinh, giúp ổn định hệ vi khuẩn đường ruột

- Về môi trường: phân hủy chất thải, cải thiện môi trường bị ô nhiễm thuốc trừ

(23)

- Về lượng: tạo khí methane dùng làm nhiên liệu; tạo H2 từ lượng ánh sáng nguồn lượng vô cơ, hữu dùng làm nguồn lượng tái sinh tương lai

- Có vai trị khơng thể thiếu Cơng nghệ Sinh học đại

Một sơ vi sinh vật “thù”:

- Gây bệnh người - Gây bệnh vật nuôi - Gây bệnh trồng

- Gây hư hỏng dụng cụ thiết bị…

Hình 1.5 Ứng dụng vi sinh vật công nghiệp II SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC

Năm 1546, Girolamo Fracastoro (1478- 1553) cho thể nhỏ bé tác nhân gây bệnh tật

Năm 1590, Zacharias Janssen (1580-1638) người Hà Lan lắp ghép kính hiển vi

Năm 1665, Robert Hooke nhà khoa học người Anh, lần quan sát thấy tế bào sống kính hiển vi “miếng bấc bần” đưa khái niệm: Tế bào “Cell”

2 3 4

Hình 1.6: 1.Girolamo Fracastoro (1478-1553); 2.Zacharias Janssen (1580-1638); 3 Robert Hooke (1635 - 1703) Lát cắt miếng bấc bần

(24)

Năm 1676, Antony van Leeuwenhoek(162-1723) hoàn thiện kính hiển vi khám phá giới vi sinh vật (mà ông gọi anmalcules)

[A] [B] [C] Hình 1.7: Antony van Leeuwenhoek (162-1723) [A]

Kính hiển vi nhân loại [B]

Bút tích miêu tả vi sinh vật Leeuwenhoek [C]

Năm 1688, nhà vạn vật học người Ý Francisco Redi (1626-1697) công bố nghiên cứu phát sinh tự nhiên giòi

Những năm 1765-1776, Spallanzani (1729-1799) cơng kích thuyết Phát sinh tự nhiên Năm 1798, Edward Jenner (1749-1823) nghĩ phương pháp chủng mủ đậu bò để

phòng ngừa bệnh đậu mùa

Những năm 1838-1839, Theodor Schwann (1810-1882) Matthriat Schleiden (1804-1881) công bố Học thuyết tế bào

2 3 4

Hình 1.8: 1.Francisco Redi (1626-1697); 2.Spallanzani (1729-1799); 3.Theodor Schwann (1810-1882) Matthriat Schleiden (1804-1881)

Những năm 1847-1850, Ignaz Philipp Semmelweis (1818-1865) cho bệnh sốt hậu sản lây truyền qua thầy thuốc kiến nghị dùng phương pháp vô khuẩn để phòng bệnh

Năm 1873, Gerhard Armauer Hansen (1841-1912) tìm thấy trực khuẩn

Mycobacterium leprae gây bệnh hủi

Năm 1875 Ferdinand Julius Cohn (1828-1898) tìm vi khuẩn than Bacillus anthracis Năm 1880, Charles Louis Alphonse Laveran (1845 -1922) phát ký sinh trùng

(25)

1 Hình 1.9: 1.Semmelweis (1818-1865); G A Hansen (1841-1912) ;

3 F J Cohn (1828-1898) ; 4.Charles Louis Alphonse Laveran (1845 -1922)

Người có cơng lớn khai sinh vi sinh vật học thực nghiệm, nhằm nghiên cứu hoạt động sinh lí, sinh hoá vi sinh vật ứng dụng chúng lên men, đặc biệt chế tạo vaccine phòng bệnh dại, nhà bác học lỗi lạc người Pháp Louis Pasteur (1822-1895)

Đồng thời Pasteur có nhiều nhà vi sinh học tiếng:

Robert Koch (1843-1910) nghiên cứu vi khuẩn gây bệnh lao (Mycobacterium tuberculosis-1882), bệnh tả ( Vibrio cholerae-1883), ông sáng tạo nhiều phương pháp nghiên cứu kỹ thuật cốđịnh, nhuộm màu vi khuẩn, nuôi cấy phân lập VSV môi trường đặc

Năm 1884, Elie Metchnikoff (1845-1916) miêu tả tượng thực bào (phagocytosis); Hans Christian J Gram (1853-1938) tìm phương pháp nhuộm Gram

1

Hình 1.10: Louis Pasteur (1822-1895); Robert Koch (1843-1910); 3 Elie Metchnikoff (1845-1916); Theodor Escherich (1857 –1911)

Năm 1885, Theodor Escherich (1857 –1911) tìm vi khuẩn Escherichia coli gây bệnh tiêu chảy; Daniel E Salmon (1850-1914) phát Salmonella typhi gây bệnh thương hàn

(26)

Năm 1887, Richard Petri (1852-1921) phát ta cách dùng hộp lồng (đĩa Petri) để

nuôi cấy vi sinh vật

Những năm 1887-1890, Serge Winogradsky (1856-1953) nghiên cứu vi khuẩn lưu huỳnh vi khuẩn nitrate hoá

1 Hình 1.11: Daniel E Salmon (1850-1914); Hans Christian J Gram (1853-1938);

3 Richard Petri (1852-1921); Serge Winogradsky (1856-1953)

Năm 1889, Martinus Beijerinick (1851-1931) phân lập vi khuẩn nốt sần từ rễđậu

Năm 1890, Emil Adolph von Behring (1854-1917) làm kháng độc tố chống bệnh uốn ván bệnh bạch hầu

Năm 1892, Dmitri Iwanowski (1864-1920) phát mầm bệnh nhỏ vi khuẩn (virus) gây bệnh khảm thuốc

Năm 1894, Alexandre Yersin (1863-1943) Kitasato Shibasaburo (1852-1931) khám phá vi khuẩn gây bệnh dịch hạch (Yersina pestis)

Hình 1.12: Martinus Beijerinick (1851-1931); Emil Adolph von Behring (1854-1917) 3 Dmitri Iwanowski (1864-1920) ; Alexandre Yersin (1863-1943)

Năm 1895, Jules Bordet (1870-1961) khám phá Bổ thể (complement)

Năm 1896, Emile van Ermengem tìm mầm bệnh ngộ độc thịt (vi khuẩn

Clostridium botulinum)

(27)

Năm 1899, Martinus Beijerinick (1851-1931) chứng minh hạt virus gây nên bệnh khảm thuốc

1

Hình 1.13: Jules Bordet (1870-1961); Emile van Ermengem(?); 3 Ronald Ross(1857-1932); Eduard Buchner (1860- 1917)

Năm 1900, Major Walter Reed (1851-1902) chứng minh bệnh sốt vàng lây truyền muỗi

Năm 1902, Karl Landsteiner (1868-1943) khám phá nhóm máu

Năm 1903, Wright cộng khám phá kháng thể (antibody) máu

động vật miễn dịch

Năm 1905, Fritz Schaudinn (1871-1906) Jakob Wassermann (1873-1934) tìm mầm bệnh giang mai (Treponema pallidum)

1 Hình 1.14: Major Walter Reed (1851-1902); Karl Landsteiner (1868-1943);

3 Fritz Schaudinn (1871-1906); Jakob Wassermann (1873-1934)

Năm 1906, Jakob Wassermann phát xét nghiệm cốđịnh bổ thểđể chẩn đoán giang mai

Năm 1909, Howard Taylor Ricketts (1871-1910) chứng minh bệnh Sốt ban núi đá lan truyền qua ve mầm bệnh vi khuẩn (Rickettsia rickettsii)

(28)

1

Hình 1.15: Jakob Wassermann (1873-1934); Ricketts (1871-1910); 3 Prowazek(1875-1915) Peyton Rous (1879-1970)

Năm 1915, Frederick Twort (1877-1950) năm 1917, Felix d'Herelle (1873-1949) phát virus vi khuẩn ( thực khuẩn thể-phage)

Năm 1923, xuất lần đầu Phân loại vi khuẩn (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology)

Năm 1928, Frederick Griffith ( 1881-1941) khám phá việc biến nạp (transformation) vi khuẩn

1

Hình 1.16; Frederick Twort (1877-1950); Felix d'Herelle (1873-1949); 3 David Hendricks Bergey (1860-1937); Frederick Griffith ( 1881-1941)

Năm 1928, Alexander Fleming (1881-1955) phát chất kháng sinh penicillin Năm 1931, Van Niel (1897-1985)chứng minh vi khuẩn quang hợp sử dụng chất khử

như nguồn cung cấp electron không sản sinh oxygen

Năm 1933, Ernst August Friedrich Ruska (1906-1988) làm kính hiển vi điện tửđầu tiên

Năm 1935, Wendell Stanley (1904-1971) kết tinh virus khảm thuốc (TMV); Gerhard Domag (1895 –1964) tìm thuốc sulfamide

(29)

1 3

Hình 1.17: Alexander Fleming (1881-1955); Friedrich Ruska (1906-1988); 3 Wendell Stanley (1909-1971) Gerhard Domag (1895 –1964)

Năm 1941, George W Beadle (1903-1989) Tatum, Edward Lawrie (1909-1975)

đưa giả thuyết gen- enzym.

Năm 1944, Oswald Avery (1877-1955) chứng minh DNA chuyển thông tin di truyền trình biến nạp; Selman Abraham Waksman(1888-1973) tìm chất kháng sinh streptomycin

1

Hình 1.18: Edouard Chatton (1883-1947); 2.George W Beadle (1903-1989); 3 Tatum, Edward Lawrie (1909-1975); Oswald Avery (1877-1955)

Năm 1946, Lederberg Joshua (1925-?), Tatum Edward Lawrie (1909-1975), khám phá trình tiếp hợp (conjugation) vi khuẩn

Năm 1949, Enders, John Franklin (1897-1985), Weller, Thomas Huckle (1915- ) Robbins, Frederick Chapman (1916-2003), nuôi virus Polio (Poliovirus) mô người nuôi cấy nhiều loại mô khác

Năm 1950, André Michel Lwoff (1902-1994)xác định thực khuẩn thể tiềm tan (lysogenic bacteriophages)

(30)

1

Hình 1.19: 1.Selman Abraham Waksman (1888 – 1973); Barbara McClintock (1902-1992);

3 Lederberg Joshua (1925- ); F.C.Robbins (1916-2003)

Năm 1952, Alfred Hershey Martha Chase chứng minh thực khuẩn thể tiêm DNA vào tế bào vật chủ (host); Zinder Lederberg khám phá trình tải nạp (transduction) vi khuẩn

Năm 1953, Watson Crick khám phá chuỗi xoắn kép DNA; Frits (Frederik) Zernike (1888-1966) làm kính hiển vi tương phản pha (phase-contrast microscope); Medawar khám phá tượng nhờn miễn dịch (immune tolerance)

2 3 4

Hình 1.20: A.M.Lwoff(1902-1994); Alfred Hershey Martha Chase; 3 J.D.Watson (1928-) F.H.C.Crick (1916-2004)

Năm 1955, Francois Jacob (1920- ) Jacques Monod (1910-1976) khám phá yếu tố F plasmid; Jerne Burnet chứng minh lý thuyết chọn lọc clone (clonal selection)

Năm 1959, Yalow triển khai kỹ thuật miễn dịch phóng xạ

(31)

1 Hình 1.21 : Francois Jacob (1920-); Jacques Monod (1910-1976);

3 Har Gobind Khorana(1922-); 4.Nirenberg Marshall (1927- ) Năm 1962, Porter chứng minh cấu trúc Globulin miễn dịch G

Năm 1970, Nathans Daniel (1928-1999), Arber Werner (1929-), Smith Hamilton O (1931-) khám phá enzym giới hạn (restriction endonuclease); Temin Baltimore khám phá enzym phiên mã ngược (reverse transcriptase)

1 2 3

Hình 1.22 1.Nathans, Daniel (1928-1999); Arber Werner (1929-); 3 Smith Hamilton O ( 1931-)

Năm 1973, Ames triển khai phương pháp vi sinh vật học để khám phá yếu tố

gây đột biến (mutagens); Cohen, Boyer, Chang Helling sử dụng vector plasmid để tách dòng gen vi khuẩn

1 Hình 1.23: Temin, Howard Martin(1934-1994); 2.Paul Berg (1926-);

(32)

Năm 1975, Kohler Milstein phát triển kỹ thuật sản xuất kháng thểđơn dòng (monoclonal antibodies)

Năm 1977, Woese Fox thừa nhận Vi khuẩn cổ (Archaea) nhóm vi sinh vật riêng biệt; Walter Gilbert Frederick Sanger triển khai kỹ thuật giải trình tự DNA (DNA sequencing)

Năm 1979, tổng hợp Insulin kỹ thuật tái tổ hợp DNA Năm 1980, phát triển kính hiển vi điện tử quét

Năm 1981, Stanley B Prusiner(1942- ) phát đặc trưng Prion Năm 1982, phát triển vaccin tái tổ hợp chống viêm gan B

Những năm 1982-1983, Thomas R Cech Sidney Altman phát minh RNA xúc tác

Những năm 1983-1984, Robert Gallo Luc Montagnier phân lập định loại virus gây suy giảm miễn dịch người

1 Hình 1.24 : Luc Montagnier; Robert Montagnier; Stanley B Prusiner(1942- );

Năm 1986, lần ứng dụng người vaccin sản xuất kỹ thuật di truyền (vaccin viêm gan B)

Năm 1990, bắt đầu thử nghiệm lần liệu pháp gen (gene-therapy) người Năm 1992, thử nghiệm người liệu pháp đối nghĩa (antisense therapy) Năm 1995, Venter, Smith giải trình tự hệ gen vi khuẩn Haemophilus influenzae.

Năm 1996, giải trình tự hệ gen vi khuẩn Methanococcus jannaschii; Giải trình tự hệ gen nấm men S cerevisiae gồm 000 gene

Năm 1997, phát loại vi khuẩn lớn Thiomargarita namibiensis; Giải trình tự hệ gen vi khuẩn Escherichia coli cỡ 200 gene

Năm 2000, Edward Delong phát Archea biển

Vi sinh vật học ngành khoa học có tốc độ phát triển mạnh mẽ, nhiều giải thưởng Nobel trao cho nhà vi sinh vật học cơng trình nghiên cứu

đối tượng vi sinh vật

(33)

Robin Warren - khám phá vi khuẩn Helicobacter pylori vai trị chúng bệnh viêm lt hệ tiêu hố (chứng viêm dày, loét dày tá tràng)

2 3

Hình 1.25: 1.Barry J Marshall (1951-); J Robin Warren (1937-) vi khuẩn Helicobacter pyroli sống đáy dày

Giải Nobel Y học 2006 dành cho hai nhà khoa học Mỹ Andrew Z Fire Craig C Mello Mỹđã có cơng khám phá cách vơ hiệu hóa ảnh hưởng gene đặc biệt

3

Hình 1.26: Craig C Mello (1960-); Andrew Z Fire (1959-) và chế vơ hiệu hóa gen

Ngày vi sinh vật học phát triển sâu với hàng trăm nhà bác học có tên tuổi hàng chục ngàn người tham gia nghiên cứu Các nghiên cứu sâu vào chất

sống mức phân tử phân tử, sâu vào kỹ thuật cấy mô tháo lắp gene vi sinh vật ứng dụng kỹ thuật tháo lắp để chữa bệnh cho người, gia súc, trồng sâu vào để giải dần bệnh ung thưở loài người

III CÁCH ĐỌC (PHÁT ÂM) CỦA CHỮ LATINH

Chữ Latinh khơng cịn thơng dụng giới nhà khoa học sử

(34)

Bảng 1.1: Cách đọc (phát âm) chữ Latinh

STT Chữ Tên gọi Cách đọc Thí dụ

1 A a a a apis a-pi-xơ (ong) B b bê b beta bê-ta (củ cải đường)

3 C c xê k(cứng) x (mềm)

cicada xi-ca-da (ve sầu)

4 D d đê đ decem đê- xêm (mười) E e ê ê ego ê-gô (tôi) F f ép-phơ ph familia pha-mi-lia (họ) G g ghê gh gutta gu-ta (giọt) H h hát h homo hô-mô (người) I i i i iodum i-ô-đum (iốt)

10 J j iôta i injectio in-ếch-xi-ô (thuốc tiêm) 11 K k ca k kalium ca-li-um (kali)

12 L l e lơ l lamina la-mi-na (phiến lá) 13 M m em- mơ m mel mê- lờ (mật ong) 14 N n en-nơ n nomen nô-mênờ (tên) 15 O o ô ô ovum ô-vum (trứng) 16 P p pê p penna pên-na (lông chim) 17 Q q cu q quinque quanh-quê (năm) 18 R r e-rơ r raus ra-ru-xờ (hiếm) 19 S s ét-xơ x semen xê-mên (hạt) 20 T t tê t tela tê- la (vải) 21 U u u u đuo, dvo đu-ơ(hai),

có thể viết:dvo

22 V v vê v vox vơ-ích- xờ (tiếng nói) 23 X x ich-xơ kx simples xim-plêch- xờ (đơn giản) 24 Y y ip-xi-lon uy amylum a-my-lum (tinh bột) 25 Z z dê-ta d zona dô- na (vùng) 26 W w v

u

Wolfram vôn-phơ-ram

wedelia u-ê-đê-li-a (cây sài đất)

Bảng 1.2 Quy tắc văn phạm Latinh biến đổi từ số sang số nhiều

Giống

Cái Đực Trung

Số -a -us -um Số nhiều -ae -i -a Thí dụ alga,

algae

fungus, Fungi

(35)

IV HỆ THỐNG SINH GIỚI VÀ VỊ TRÍ CỦA CÁC NHĨM VI SINH VẬT

1 Khái niệm giới sinh vật

Giới (Kingdom) đơn vị phân loại bao gồm sinh vật có chung đặc điểm định Các hệ thống phân loại sinh vật kết 200 năm nghiên cứu hệ thống học

Hệ thống thể ngày hợp lý nhờ hiểu biết sâu sắc sinh học phân tử Ngày nhờ phương pháp phân loại đại như: Hóa phân loại (Chemotaxonomy), phân loại số (Numerical taxonomy), phân loại chủng loại phát sinh (Phylogeney taxonomy), mà khoa học xác định vị trí xác nhóm thể mối liên hệ chủng loại phát sinh chúng

Thế giới sinh vật vô phong phú đa dạng Để nghiên cứu chúng nhà khoa học phải dựa vào tiêu chí cấu tao, dinh dưỡng, sinh sản để xếp chúng vào bậc thang phân loại đặt tên

Các sinh vật xếp theo thang phân loại lệ thuộc từ thấp đến cao:

Loài (Species), Chi (Genus), Họ (Family), Bộ (Order), Lớp (Class), Ngành (Phylum), Giới (Kingdom) Hiện giới cịn có mức phân loại gọi lĩnh giới (Domain) Đấy chưa kểđến mức phân loại trung gian Loài phụ (Subspecies), Chi phụ (Subgenus), Họ phụ (Subfamily), Bộ phụ (Suborder), Lớp phụ (Subclass), Ngành phụ

(Subphylum)

Loài bậc thang phân loại thấp nhất, lĩnh giới cấp phân loại cao Bất kỳ sinh vật xếp vào loài định Nhiều loài thân thuộc tập hợp thành chi, nhiều chi thân thuộc tập hợp thành họ, nhiều họ thân thuộc tập hợp thành bộ, nhiều

thân thuộc tập hợp thành lớp, nhiều lớp tập hợp thành ngành, nhiều ngành hợp thành giới

Để tránh nhầm lẫn người ta đặt tên loài theo nguyên tắc dùng tên kép (theo tiếng Latinh) Tên thứ tên chi (viết hoa), tên thứ tên loài (viết thường) Ví dụ: Escherichia coli Khi cần viết tắt ta viết tắt tên chi, tên loài viết đầy đủ (bằng chữ thường) Ví dụ: E coli

Một lồi thường viết tắt "sp." số nhiều "spp."

1 Hình 1.27 : A P de Candolle (1778 -1841),

(36)

2 Một số hệ thống phân loại

Bảng 1.3.Một số hệ thống phân loại sinh vật

*Trước Linne có nhiều tác giả phân loại sinh vật tiếng, đáng ý Aristotle (384-322 TCN) có nhiều đóng góp phân loại động vật.

(37)

Hình 1.29: Một số nhà phân loại học xuất sắc (từ trái qua phải)

Carolus Linnaeus (1707-1778); ; Ernst Heinrich Haeckel (1834-1919); Robert Whittaker (1921-1981) Carl R Woese (1928-)

(38)

Hình 1.31: Vị trí phân loại cổ khuẩn hệ thống ba llĩĩnhnh ggiiớới i ((DDoommaaiinn)) C

Caarrll RR WWooeessee,, 11999900

Hình 1.32 Hệ thống phân loại giới sinh vật (T Cavalier- Smith -1993)

Bảng 1.4: Hệ thống ba siêu giới với bảy giới* (dẫn theo Nguyễn Thành Đạt, 2001)

TT Siêu giới Các giới sinh vật Acaryote Protovira (Virus RNA); Euvira(Vi rut DNA)

2 Prokaryote Archaea (Vi sinh vật cổ); Bacteria (Vi khuẩn)

3 Eukaryote Plantae (Thực vật); Fungi (Nấm); Animalia (Động vật)

(39)

3 Những sai khác tế bào Prokaryote Eukaryote

Nhóm sinh vật nhân sơ nhân thực có sai khác (Bảng 1.5):

Bảng 1.5: Những sai khác tế bào Prokaryote Eukaryote

Đặc điểm Nhóm nhân sơ (Prokaryote) Nhóm nhân thực (Eukaryote)

Sinh vật điển hình bacteria, archaea protista, nấm, động vật, thực vật

*Tổ chức di truyền:

Cấu trúc nhân tế bào vùng nhân; khơng có cấu trúc

điển hình

cấu trúc nhân điển hình với màng nhân có cấu trúc lỗ nhân -Số NST

-Các NST chứa histon -Hạch nhân

-Trao đổi di truyền

1 khơng có khơng có

1 chiều qua plasmid

> có có

bằng kết hợp giao tử

*Các cấu trúc tế

bào:

-Lưới nội chất -Bộ máy golgi -Ti thể

-Các lisosom -Các lạp thể

không có khơng có khơng có khơng có khơng có có có có có

có thực vật

-Kích thước ribosom 70s 80s nhân,70s -bào quan -Sợi thoi vơ sắc khơng có có

-Màng sinh chất khơng chứa steron(trừ vk lam) có chứa steron -Vách tế bào chứa PG

(Peptidoglycan)

có murein ngoại trừ mycoplasma vk cổ

khơng có

*Chức đặc trưng:

-Thực bào -Ẩm bào

-Vị trí vận chuyển điện tử

-Dòng tế bào chất

khơng có khơng có màng tế bào

khơng có chuyển động nội bào

đơi có

đơi có màng bào quan

chuyển động nội bào rõ rệt

Ngồi virus nhóm vi sinh vật chưa có cấu trúc tế bào ra, tất sinh vật khác Trái đất chia thành hai nhóm lớn:

Nhóm nhân sơ (Prokaryote): bao gồm vi khuẩn (theo nghĩa rộng gồm vi khuẩn (Bacteria), xạ khuẩn (Actinomycetes), xoắn thể (Spirochaeta), vi khuẩn cực nhỏ (Rickettsia,

Mycoplasma, Chlamydia) vi khuẩn lam Cyanobacteria

(40)

V VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG ĐỜI SỐNG

Cho đến người sử dụng phương pháp vi sinh vật cổ điển sản xuất rượu, bia, men nở bột mỳ, sản phẩm sữa nhờ vi khuẩn lactic, dấm nhờ vi khuẩn acetic, chế biến tương, đậu nành nhờ nấm mốc

Hầu hết chất kháng sinh vi sinh vật tổng hợp

Một số sản phẩm vi sinh vật sản xuất nhờ phương pháp vi sinh vật đại: carotenoid steroid từ nấm mốc, acid glutamic aminoacid khác

nucleotid từ vi khuẩn Nhiều enzym quan trọng vi sinh vật tổng hợp Chỉ có vi sinh vật có khả chuyển hóa nguyên liệu đặc biệt, trữ lượng lớn dầu lửa, khí đốt, cellulose thành sinh khối sản phẩm trung gian tiết vào môi trường

Năm 1982 hai nhà khoa học y học Australia Robin Warren Barry Marshall phát vai trò vi khuẩn Helicobacter pylori chế gây bệnh viêm loét dày viêm ruột người (giải Nobel năm 2005)

Kỹ thuật di truyền đại đưa đoạn DNA vào vi khuẩn, buộc chúng tổng hợp protein tương ứng hormon, kháng nguyên, kháng thể Việc chuyển gene cốđịnh N gene kháng sâu hại sang hay chuyền khả điều trị bệnh khuyết tật sinh hóa gây nên, quan tâm đặc biệt

Sau tạo DNA tái tổ hợp, việc đưa vào lại tế bào chưa mang plasmid thực với nhiều cách khác nhau:

1 Hình 1.33: Một số thiết bị chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào

Máy điện biến nạp(Electroporation); Vi tiêm(Microinjection);

Súng bắn DNA (Biolistis apparatus)

+ Dung hợp tế bào trần (protoplast fusion): Dung hợp tế bào loại bỏ thành tế bào + Hóa biến nạp: Xử lí CaCl2 lạnh, kèm sốc nhiệt (420C phút)

+ Điện biến nạp: có thểđến 109- 1010 thể biến nạp/1µgDNA Đoạn biến nạp có kích thước 25-135kb (hình 1.33.1)

+ Vi tiêm: Tiêm thẳng DNA tái tổ hợp vào tế bào (hình 1.33.2) + Bắn DNA vào tế bào súng bắn DNA (hình 1.33.3)

(41)

Hinh 1.34 : Dung hợp protoplast

A Các protoplast; B Hai protoplast dung hợp cặp; C Các protoplast có thể

dung hợp thể (bên phải ảnh) nhiều có tới protoplast

Hình 1.35: Thao tác chuyển gen phương thức “dội bom”

Ở Việt Nam, dùng phương pháp trực tiếp bắn gene phương pháp gián tiếp chuyển gene đường plasmid để chế vaccine có kết Tháng năm 2004, viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh giải mã thành công gene H5N1 (gây bệnh cúm người từ gà) để có hướng điều trị bệnh

Những thành tựu khoa học nay, kinh nghiệm giới chứng minh vi sinh học ngành khoa học phát triển có ý nghĩa mặt lý luận thực tiễn, có tương lai phát triển rực rỡ kỷ XXI

VI CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU

1 Phương pháp quan sát tế bào

Nhờ kính hiển vi quang học (kính hiển vi thường) với độ phóng đại 1500 - 2000 lần,

(42)

học thấy tế bào, cấu trúc siêu hiển vi vi khuẩn với đường kính khoảng 1μm

2 3 4

Hình 1.36 : Một số loại kính hiển vi

1.Kính Leeuwenhoek; 2.Kính Robert Hooke, 3 Kính hiển vi quang học kính hiển vi điện tử

Hình 1.37 Khuẩn lạc vi khuẩn (trái); khuẩn lạc nấm mốc (giữa) khuẩn lạc nấm men Quan sát vi sinh vật tiêu sống: vi sinh vật lam lamella, nhuộm mực nho để thấy rõ màng nhầy (capsule), phương pháp hay dùng cho vi sinh vật ni cấy mơi trường lỏng với kính hiển vi thường, quan sát khả vận động chúng

(43)

Bảng 1.6 Một số phương pháp nhuộm màu nguyên tắc sử dụng

Phương pháp nhuộm màu Nguyên tắc sử dụng

+Nhuộm đơn (xanh

methylene, carbolfuchsin, crystal violet, safranin…)

Dung dịch rượu nước kiềm, dùng để quan sát hình dạng vi sinh vật, cách xếp tế bào

Với phản ứng khác với thuộc nhuộm phân biệt

được chúng

Chia vi khuẩn thành nhóm lớn: Gram dương giữ màu tím crystal violet, Gram âm màu tẩy nhuộm màu phụđỏ hồng safranin

+Nhuộm phân ly - Gram

- Ziehl - Nielsen Dùng để phân biệt loài Mycobacterium số loài

Nocardia Vi khuẩn kháng acid nhuộm với carbolfuchsin xử

lý với dung dịch rượu acid, giữ màu đỏ Vi khuẩn khơng kháng acid màu nhuộm màu phụ xanh

methylene

Dùng để phát có mặt màng nhầy,

polysaccharide màng nhầy khơng bắt màu thuốc nhuộm bao quanh tế bào vi khuẩn nhuộm màu

Sử dụng để phát bào tử vi khuẩn dùng thuốc nhuộm lục malachite với tiêu có đun nóng, thuốc nhuộm thâm nhập vào nội bào tử làm chúng nhuộm màu lục, nhuộm bổ

sung đỏsafranin làm phần bao quang bào tử nhuộm màu

đỏ hồng +Nhuộm đặc biệt

-Nhuộm âm (negative) -Nhuộm nội bào tử

(endospore)

-Nhuộm tiên mao

(flagella) phDùng ồng tiên mao rđể phát hiồi sau ện tiên mao đó nhuộm bở vi khuằng carbolfuchsin ẩn, sử dụng thuốc làm

- Quan sát vi sinh vật tiêu cố định nhuộm màu: Phương pháp nhuộm Gram Ziehl – Nielsen cho phép nhận biết nhóm vi khuẩn Gram dương va Gram âm, hình dạng bào tử, vật thểẩn nhập hạt dự trữpolyphosphate (hạt dị nhiễm sắc, hạt

(44)

Hình 1.39 Các bước tiến hành nhuộm Gram ví dụ minh hoạ kết

(Quan sát lam kính kính hiển vi: -Gram dương: xanh đen hay tím -Gram âm: đỏ vàng hay đỏ tía

-Vi khuẩn không phân biệt với phương pháp gọi Gram biến đổi).

Hình 1.40 So sánh PG vi khuẩn Gram dương (trái) vi khuẩn Gram âm (phải)

1 Hình 1.41 Hans Christian Gram (1853-1938)

(45)

Bảng 1.7 Một số tính chất khác biệt vi khuẩn Gram dương Gram âm

Tính chất Gram dương Gram âm

Phản ứng với hóa chất nhuộm Gram

giữ màu crystal violet,

đó tế bào có màu tím tía

mất màu tím tẩy rửa, nhuộm màu phụ đỏ safranin hay Fuchsin

Lớp peptidoglycan dày, nhiều lớp mỏng, có lớp

Acid teichoic có khơng có

Lớp phía ngồi thành khơng có có

Lớp lipopolysaccharide khơng có nhiều, hàm lượng cao Hàm lượng lipid lipoprotein thấp (vi khuẩn acid có lớp

lipid mỏng liên kết với

peptidoglucan)

cao (tạo thành lớp thành)

Cấu trúc gốc tiên mao hai vòng ổđĩa gốc bốn vòng ổđĩa gốc Tạo độc tố chủ yếu ngoại độc tố

(exotoxins) (endotoxinschủ yếu n) ội độc tố Chống chịu với tác nhân vật lý khả chống chịu cao khả chống chịu thấp Mẫn cảm với lysozyme mẫn cảm, dễ bị tan với

enzym

ít mẫn cảm (cần phải xử

lý để phá lớp màng peptidoglycan)

Mẫn cảm với penicillin

sulfonamide cao thấp

Mẫn cảm với streptomycin, chloramphenicol, Tetracyclin

thấp cao

Kết hợp với thuốc nhuộm kiềm cao, chặt chẽ thấp, lỏng lẻo Mẫn cảm với chất tẩy

anionic

cao thấp

Chống chịu với muối Natri cao thấp

Chống chịu với khô hạn cao thấp

2 Phương pháp tách ly thành phần tế bào

Khi cần nghiên cứu thành phần riêng biệt tế bào, người ta phải tách ly thành phần nhờ siêu âm, enzym làm tan thành, kháng sinh tác động vào thành, dùng áp suất thẩm thấu gây co nguyên sinh, dùng sức ép học, dùng siêu li tâm li tâm

đường gradient…

Nhờ máy đo quang phổ (Spectrophotometer) biết rõ ràng nhanh chóng số lượng tế bào dịch huyền phù

Nhờ phương pháp sắc ký giấy sắc ký cột thu hợp chất riêng biệt

3.Phương pháp nghiên cứu tính đa dạng VSV

(46)

- Ni tích lũy (enrichment culture): dùng môi trường chọn lọc điều kiện tối ưu để

làm tăng tỷ lệ diện tương đối vi sinh vật mục tiêu từ nguồn tự nhiên - Ni tích lũy = ni làm giàu

- Ni tích lũy hệ kín:

+ Mơi trường chọn lọc lỏng, điều kiện hóa lý chọn lọc, nguồn phân lập thích hợp + Chỉ thu quần thể tăng trưởng nhanh quần dưỡng

- Nhược điểm phương pháp ni tích lũy phân tích tính đa dạng: quần thể

thu ni tích lũy khơng quần thể chiếm ưu mẫu 3.2 Phân lập làm

+ Hộp ria (streak plate): phân lập chủng hiếu khí kỵ khí khơng nghiêm ngặt + Pha loãng tới hạn (extincting dilution): phân lập chủng hiếu khí

+ Pha lỗng ống thạch mềm (agar shake tube method): phân lập chủng kỵ

khí

3.3 Phương pháp nghiên cứu hoạt tính vi sinh vật tự nhiên *Các phương pháp truyền thống

- Thông thường phương pháp ex situ: mẫu thu, bảo quản xác định hoạt tính phịng thí nghiệm

- Đo hoạt tính tổng vi sinh vật dựa mức độ tăng trưởng: + Tổng O2 tiêu thụ, tổng CO2 phóng thích

+ Tổng ATP

- Đo tổng hoạt tính enzym chủ yếu chuyển hóa vật chất quần dưỡng

*Các phương pháp in situ

- Phương pháp in situ: đo đạc hoạt tính vi sinh vật môi trường vi môi trường

- Phương pháp đo in situ tổng hoạt tính dựa hơ hấp, ATP, đo hoạt tính chuyển hóa

- Phương pháp đồng vị phóng xa: đo hoạt tính chuyển hóa với độ nhạy cao

+ Hoạt tính riêng (specific activity): tỷ lệ hoạt tính chất đồng vị so với hoạt tính tổng

+ Loại bỏ hoạt tính phản ứng phi sinh vật: đối chứng tế bào chết (killed cell control)

- Phương pháp vi điện cực (microelectrode): theo dõi biến đổi thành phần hóa học vi mơi trường

+ Các vi điện cực pH, oxygen, N2O, CO2, H2, H2S

+ Di chuyển theo bước 1mm micromanipulator

+ Dùng để nghiên cứu chuyển hóa lới sinh khối (micromat)

Ứng dụng FISH để nghiên cứu hoạt tính quần dưỡng kỹ thuật ISRT - ISRT (In situ Reverse transcriptase):

+ Lai in situ mRNA primer chuyên biệt

+ Thực phiên mã ngược tạo cDNA khuếch đại PCR + Lai với mẫu dò đánh dấu huỳnh quang

- Ứng dụng:

+ Nghiên cứu xác định vi sinh vật có biểu gen quần xã thời điểm định

+ Xác định quần thể có hoạt tính quần dưỡng quần xã

(47)

Câu hỏi ôn tập chương

1 Những sinh vật gọi vi sinh vật ? Vi sinh vật khác với vật vô sinh đặc điểm nào?

2 Những điểm giống khác tế bào nhân sơ tế bào nhân thực Vị trí vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc, nấm men hệ thống phân loại ?

4 Tế bào nhân thực có phân tán tế bào chất, nói chung có , tế bào

5 Nguyên tắc phương pháp nhuộm Gram, vi nhuộm theo phương pháp Gram vi khuẩn Gram dương bắt màu tím ?

6 Vai trị vi sinh vật thiên nhiên đời sống người ? * Tài liệu đọc thêm

1 Kiều Hữu Ảnh, 2006 Giáo trình Vi sinh vật học (lý thuyết tập giải sẵn) song ngữ Việt- Anh phần phần 2, NXB KH&KT Hà Nội

2 Biền Văn Minh (chủ biên), Kiều Hữu Ảnh, Phạm Ngọc Lan, Phạm Hồng Sơn, Phạm Văn Ty, Nguyễn thị Thu Thuỷ, 2006 Vi sinh vật học; NXB Đại học Huế

3 Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Pham Văn Ty Vi sinh vật học, 1997, NXBGD Hà Nội

* Tài liệu tham khảo

1 Nguyễn Thành Đạt 1999 Vi sinh vật học, NXBGD, Hà Nội 2. http.//vietsciences.net http.//vietsciences.free.fr

3.Brock, 2006 Biology of Microbiology * Giải thích thuật ngữ

Loài : Theo nghĩa rộng, loài nhóm cá thể sinh vật mà có đặc điểm sinh học tương đối giống có khả giao phối với cho hữu thụ Cịn theo định nghĩa Ernst Mayr, lồi nhóm quần thể tự nhiên có khả giao phối với tương đối cách ly sinh sản với nhóm khác

Chi (genus) đơn vị phân loại sinh học dùng để một nhóm lồi có kiểu hình tương tự mối quan hệ tiến hóa gần gũi với

Họ (Familia) Là tập hợp CHI gần Họ chia nhỏ thành phân họ, tộc, phân tộc Tên họ vi sinh vật thường có tận ceae, cịn lồi

động vật idae

(48)

Lớp (Class): Tập hợp BỘ có quan hệ gần

Ngành (Phylum) Bậc phân loại LỚP hệ thống thang bậc phân loại sinh vật Là tập hợp lớp gần ngành có đặc điểm chung xếp vào giới

Giới (Kingdom): Sự phân chia giới có thay đổi lớn lịch sử phát triển sinh học Đầu tiên Linnaeus (1735) chia giới thành hai giới Động vật Thực vật Haeckel (1866) chia thành ba giới giới Động vật, Thực vật Sinh vật nguyên sinh Sinh vật nguyên sinh (protista) bao gồm sinh vật sinh vật có đặc điểm chung thể

có tế bào nhân thực (động vật nguyên sinh tảo đơn bào) Năm 1969 Whittaker chia giới sinh vật làm năm giới: Sinh vật nhân sơ, Sinh vật nguyên sinh, Nấm, Động vật và

Thực vật Năm 1985, Hội nhà động vật nguyên sinh quốc tế đề nghị tá́ch Động vật nguyên sinh (protozoa) khỏi Sinh vật nguyên sinh thành giới động vật - phân giới động vật đơn bào (protozoa) Carl R Woese cộng sự, 1990 đã đề nghị chia sinh vật thành ba lĩnh giới

Prokaryote nhóm tế bào khơng có màng nhân Đây đặc điểm để phân biệt với tế bào eukaryote Prokaryote khơng có bào quan cấu trúc nội bào điển hình tế bào eukaryote Hầu hết chức bào quan ty thể, lục lạp,

máy Golgi tiến hành màng sinh chất

Tế bào eukaryote thường lớn gấp 10 lần (về kích thước) so với tế bào prokaryote

đó gấp khoảng 1000 lần thể tích Điểm khác biệt quan trọng prokaryote eukaryote tế bào eukaryote có xoang tế bào chia nhỏ lớp màng tế bào để thực hoạt động trao đổi chất riêng biệt Trong đó, điều tiến việc hình thành nhân tế

bào có hệ thống màng riêng để bảo vệ phân tử DNA tế bào Eukaryote chữ Latinh có nghĩa có nhân thực

Những đặc điểm sống tế bào vi sinh vật

+ Biến dưỡng; + Sinh sản

+ Phân hóa; + Giao tiếp, đáp ứng thích nghi + Đa số có khả di động; + Tiến hóa di truyền

- Chức năng:

+ Chuyển hóa vật chất + Mã hóa thơng tin

- Biến dưỡng cung cấp lượng để tế bào giữ cấu trúc ổn định tổng hợp hợp chất để cấu trúc thành phần tế bào

Trái đất hình thành dạng thức ban đầu sống

-Sự hình thành trái đất

+4,6 tỷ năm trước theo thuyết “Big bang”

+Xuất hồ lớn, đại dương khoảng 3,86 tỷ năm trước

-Bằng chứng diện VSV:các lớn sinh khối VSV dạng sợi (stromato lite) hoá thạch cổ

-Đặc điểm lý hoá trái đất sơ khai:

(49)

+ Trên 100°C - Nguồn gốc sống:

+ Các chất hữu cơđơn chất hình thành phản ứng quang hoá

+ Các đại phân tửđược hình thành phản ứng loại phân tử nước bề mặt khô giá thể vô (FeS2, đất sét)

+ Các phân tử hữu bền, khơng bị oxi hố

Tiến hóa mã di truyền tế bào nguyên thủy

- Dạng sống sơ khai: RNA vài protein - Dạng sống RNA:

+ Giai đọan sớm dạng sống RNA: RNA có chức mã vài chức xúc tác cần thiết

+ Giai đọan tế bào RNA: RNA bao bọc túi lipoprotein

+ Giai đọan muộn dạng sống RNA: tính chuyên biệt xúc tác RNA không cao, yêu cầu tăng dần tính phức tạp cấu trúc tế bào hình thành áp lực chọn lọc protein làm xúc tác thay cho RNA

- Dạng sống DNA: tiến hóa DNA có ưu điểm RNA + Sao mã DNA có độ xác cao RNA

+ DNA có tính bền cao đáp ứng nhu cầu dự trữ thơng tin

+ Hình thành hệ thống thông tin nội bào: DNA → RNA→ protein

Biến dưỡng tế bào nguyên thủy

- Tế bào nguyên thủy cần có phương thức đơn giản để thu nhận lượng - Hóa vơ kỵ khí:

+ Dùng H2S FeS dồi bề mặt trái đất làm chất cho nhận điện tử

+ Ba enzym hydrogenase, So reductase ATPase - Nguồn C:

+ Giả thuyết dị dưỡng C: sử dụng chất hữu dồi trái đất

+ Giả thuyết tự dưỡng C: Aquifex nằm gốc phát sinh lồi, có gen nhỏ có khả tự dưỡng

Tiến hóa phương thức biến dưỡng lượng

- Phương thức hóa vơ kỵ khí - Hình thành vịng porphyrin, cytochrome

- Hơ hấp kỵ khí (chất cho điện tử vơ hữu cơ)

- Hình thành chlorophyll phương thức quang không sinh oxygen (quang năng) - Phương thức quang sinhoxygen

- Phương thức hóa hữu cơ, vơ hiếu khí

(50)

Thước đo tiến hóa

Nguyên tắc xác định quan hệ tiến hóa: hai vi sinh vật có tổ tiên chung, có

đại phân tử có chức thời gian kể từ chúng tách khỏi tổ tiên chung dài số lượng base khác biệt đại phân tử lớn

- Thước đo tiến hóa (evolution chronometer): đại phân tử diện rộng rãi sinh vật, có chức khơng tiến hóa q nhanh

- Phân tử rRNA 16S, 18S (small subunit rRNA, SSU rRNA) thước đo tiến hóa: + Hiện diện tất vi sinh vật, có chức khơng đổi

+ Dễ dàng phân tích trình tự

+ Có vùng trình tự tiến hóa nhanh vùng thay đổi chậm nên sử dụng để xác định tương quan tiến hóa hai loại cách xa

giữa hai loài gần

Tiến hóa tế bào dựa trình tự rRNA

- Cây phát sinh lồi (phylogenic tree) xây dựng từ trình tự RNA 16S dựa khác biệt trình tự cặp sinh vật

- Hơn 10.000 trình tự SSU rRNA sở liệu gọi Ribosomal Database Project (RDP, http://www.cme.msu.edu)

- Các liệu từ phân tích trình tự rRNA cho phép xây dựng phát sinh loài

Ứng dụng tiến hóa học phân tử

Các trình tự nhận diện (signature sequence) chuyên biệt cho giới, cho nhóm chuyên biệt giới, giống, loài hữu dụng việc nhận diện, định danh vi sinh vật

- Các trình tự nhận diện tổng hợp, đánh dấu chất huỳnh quang dùng để

phát chuyên biệt vi sinh vật, gọi mẫu dò phát sinh lồi

- Kết hợp mẫu dị phát sinh lồi phương pháp lai phân tử (lai in-situ,

xác định trực tiếp chủng hay thành phần quần xã vi sinh vật diện mẫu tự nhiên: kỹ thuật lai in-situ huỳnh quang FISH (fluorescence in-situ hybridazation)

- Kỹ thuật giải trình tự rRNA dùng sinh thái học vi sinh vật để phân tích thành phần quần xã vi sinh vật mà không cần phân lập, nuôi cấy chủng vi sinh vật

Một số đặc trưng kiểu hình giới

Vách tế bào: peptidoglycan (Bacteria), glycoprotein (Archaea), cellulose chitin (Eukarya)

- Thành phần lipid: liên kết ether glycerol acid béo (Archaea), liên kết ester (Bacteria Eukarya)

(51)

- Ribosome: 70S (Bacteria Archaea), 80S (Eukarya)

- Aminoacid đầu tiên: formylmethionine (Bacteria), methionine (Archaea Eukarya) - Tác nhân ức chế sinh tổng hợp protein vi khuẩn khác với Archaea Eukarya

Phân loại học phân tử

- Dựa khác biệt mức độ phân tử: thành phần G, phần trăm lai DNA, giải trình tự SSUrNA, vân tay RNA, thành phần lipid

- Thành phần GC: để chứng minh chủng khơng có liên hệ với nhau; hai vi sinh vật có thành phần base khác chúng khơng có liên hệ với

- Phần trăm lai DNA: cho phép định danh loài xác định mối quan hệđến mức giống loài hai vi khuẩn

+ So sánh phần trăm lai (DNA-DNA) chủng cần khảo sát với chủng biết (chủng chuẩn)

+ Trên 70% lai: hai chủng loài (khác chủng); 20% lai: hai chủng giống; 10%: hai chủng khác giống

- SSUrRNA: xác định tên loài dựa vào sở liệu RDP

- Vân tay RNA (ribotyping): kết hợp cắt giới hạn với lai mẫu dị phát sinh lồi - Thành phần lipid:

+ Kỹ thuật FAME (fatty acid methyl ester): tách chiết lipid axít béo từ chủng thuần, tạo dẫn xuất methyl ester, phân tích sắc ký khí GC

+ Xác định tên lồi dựa vào sở liệu

Phân loại học truyền thống khóa phân loại Bergey

- Phân loại học vi khuẩn: xếp loài vi khuẩn dựa đặc điểm kiểu hình - Các sưu tập giống thường lưu giữ chủng điển hình (type starin) dùng làm chủng chuẩn có đặc điểm lồi

- Các đặc điểm kiểu hình quan trọng: nhuộm Gram, hình thái tế bào diện cấu trúc tế bào nội bào tử, phản ứng sinh hóa, phản ứng miễn dịch

- Khóa phân loại Bergey (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology) gồm đặc tính kiểu hình dùng để xếp vi khuẩn theo phân loại truyền thống

- Các bậc phân loại:

+ Dòng (clone): tế bào quần thể

+ Chủng (strain): chủng đồng mặt di truyền

+ Lồi: (species) chủng có đặc điểm kiểu hình, kiểu gen giống

(52)

52

CHƯƠNG

SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ

(53)

Chương 2: Sinh học thể vô bào 53

I KHÁI NIỆM VỀ VIRUS, VIRION, VIROID VÀ PRION

1 Virus gì?

Virus dạng sống đơn giản chứa loại nucleic acid nên hệ

gen chúng DNA RNA, sống kí sinh bắt buộc tế bào chủ gọi hạt virus hay virion

Kích thước nhỏ Virus có kích thước nhỏ từ 10nm đến 300nm kích thước vi khuẩn khoảng 1000nm kích thước hồng cầu 7500nm Vì vậy, virus

có thể quan sát kính hiển vi điện tử

Hình 2.1 Kích thước virus so với vi khuẩn, nhân tế bào động vật

Genome virus chứa loại nucleic acid, DNA RNA,

dạng thẳng khép kín, chuỗi đơn chuỗi kép Genome phân đoạn không phân

đoạn

Là dạng sống khơng có hoạt tính trao đổi chất Virus khơng có ribosome hoạt động khơng có máy tổng hợp protein Cho nên số virus có enzym riêng cuả

mình virus nhân lên tế bào sống, điều khiển máy sinh tổng hợp tế bào chủ phục vụ cho để tạo thành hạt virus

Chữ "virus" có xuất xứ từ chữ virus tiếng Latinh để chất độc, tiếng Hán ngày gọi bệnh độc

Ngày bên cạnh nghĩa sinh học trên, "virus" dùng theo nghĩa ẩn dụ để sinh sản kí sinh, virus máy tính

Từng hạt virus gọi virion hay viron

Vi khuẩn Nhân

(54)

Hình 2.2 Ba loại virus thường gặp: virus vi khuẩn, gọi thực khuẩn thể (trái); virus động vật (phải trên); retrovirus (virus phiên mã ngược, phải dưới)

2 Đặc điểm chung virus

Virus kết cấu đại phân tử vơ bào, khơng có hệ thống sinh sản lượng, khơng có ribosome, khơng sinh trưởng cá thể, khơng phân cắt không mẫn cảm với chất kháng sinh, chứa loại nucleic acid (DNA RNA)

Có giao tế tương hỗ trạng thái kí sinh tế bào vật chủ trạng thái phi sinh vật (trạng thái không sống)

Khi tự nhiên chúng tồn thể virion, không trao đổi chất, không cảm ứng, không sinh sản

- Kích thước nhỏ (0,02 – 0,03mm), chép tế bào chủ

- Chịu lạnh tốt, chịu nhiệt hóa chất

- Khơng nuôi cấy môi trường thạch thường

- Tế bào vi khuẩn, động vật, thực vật bị nhiễm virus chuyên biệt

3 Virion, viroid, prion

3.1 Virion

(55)

- Vỏ protein (capsid):cấu tạo tiểu phần (capsomere) tạo hình chuỗi xoắn vỏ 20 mặt

- Nucleocapsid: phức hợp capsid gen

- Một số virus có cấu trúc đuôi đầu đinh giúp xâm nhiễm tế bào chủ

- Virút động vật cịn có màng bao có nguồn gốc từ tế bào chủ

3.2 Viroid:Là phân tử RNA kín, có tính cảm nhiễm cỡ 150 ribonucleotit, dạng trần khơng có vỏ capsid, mạch đơn phát năm 1971, tác nhân gây bệnh nhỏ mà người biết (Bệnh cũ khoai tây hình thoi, bệnh lùn thực vật, bệnh hại dừa ) Viroid chí khơng mã hóa protein nhân lên chúng phụ thuộc hoàn toàn vào hoạt động cuả enzym tế bào chủ

Hình 2.3 Phân tử viroid củ khoai tây bị bệnh có dạng hình thoi

3.3 Prion:Chỉ chứa thành phần protein không chứa loại acid nucleic Trong thể bình thường có sẵn prion chúng khơng gây bệnh Trong điều kiện

đó prion thay đổi cấu trúc gây bệnh gây bệnh

Prion gây nhiều bệnh nguy hiểm động vật người, gây thối hóa hệ thần kinh trung ương giảm sút trí tuệ bệnh BSE (xốp não – bò điên)

Stanley B Prusiner (1942- ) Prion Bò bị bệnh BSE

(56)

Bảng 2.1 So sánh virus prion

Đặc điểm Virus Prion

Qua màng lọc vi khuẩn Có Có

Chứa acid nucleic Có

Khơng (~50 nucleotid khơng đủ mã hóa cho protein prion)

Có hình dạng đặc trưng kính hiển vi điện tử

Có Khơng

Chứa protein Có Có

Bị bất hoạt bởi:

+ Formaldehyde Có Khơng

+Protease Ít Khơng

+Nhiệt độ (800C) Phần lớn Khơng

+Ion hóa tia UV Ít Khơng

Bệnh lý:

+Thời gian ủ bệnh Tùy thuộc loại virus Dài

+Phản ứng miễn dịch Có Khơng

+Tạo interferon Có Khơng

+Gây phản ứng viêm Có Khơng

Bảng 2.2 Các bệnh prion gây người

TT Tên bệnh Dạng bệnh

1 Creutzfeldt- Jacob (CJD) Bệnh rải rác lây nhiễm bệnh viện phạm vi gia đình

2 Mất ngủ gây chết, di truyền theo gia

đình (FFI- Fatal Familial insomnia) Phạm vi gia đình Gerstmann –Straussler-cheinker (GSS) Phạm vi gia đình

4 Kuru Truyền nhiễm

5 Alpers Xảy trẻ sơ sinh

Bảng 2.3 Các bệnh prion gây động vật

TT Vật chủ Bệnh

1 Sơn dương Ả rập Bệnh xốp não

2 Mèo Xốp não kiểu dại

3 Gia súc lớn Xốp não (bò điên)

4 Báo Xốp não kiểu dại

5 Linh dương châu Phi Xốp não Sơn dương (Gemsbok) Xốp não

(57)

3.3.1 Khái quát prion

Protein prion viết tắt PrP sản phẩm bình thường gen protein prion, gọi tắt PRNP (normal product of prion gene) biểu hầu hết động vật có vú, đặc biệt

được biểu mức cao tế bào mơ não

Có hai loại PrP: loại bình thường khơng gây bệnh tế bào kí hiệu PrPc (c-cell) loại gây bệnh kí hiệu PrPSc (sc-scrapie) PrPSc có khối lượng phân tử 27 000 – 30 000

PrPc có cấu trúc bậc hai chủ yếu dạng xoắn α (thường có chuỗi vậy) cịn PrPsc chủ yếu có cấu trúc phiến gấp nếp β PrPc gây nhiễm từ cá thể sang cá thể

khác Khi thể biến đổ cấu trúc bậc hai PrPcỈ PrPSc gây bệnh

Các đột biến làm thay đổi cấu hình PrPc làm cho ngẫu nhiên trở thành PrPSc Đặc biệt sốđược hình thành biến đổi PrPc xung quanh thành PrPSc

Có trường hợp biến đổi PrPc thành PrPSc cách tình cờ mà khơng cần có đột biến

Điều lý giải bệnh prion lây nhiễm, di truyền hay xuất cách tình cờ

Hình 2.4 Hai dạng cấu trúc prion

Prion chui qua màng lọc cỡ 0,1μm (màng lọc vi khuẩn 2,2μm), bị bất hoạt với dung dịch NaOH 1M 550C hay chất tẩy rửa 20000ppm(nồng độ bột giặt gia đình thường 5000ppm)

Bảng 2.4 So sánh PrPc PrPSc

Đặc điểm PrPc PrPSc

Cấu trúc

Kháng protease

Có mặt sợi Scrapie Nằm tế bào Thời gian quay vịng (chu kỳ)

Dạng cầu Có Có

Trong bọng sinh chất Nhiều ngày

Dạng kéo dài Không Không

(58)

Chương 2: Sinh học thể vơ bào 58

Hình 2.5 Prion chế gây bệnh BSE (xốp não – bò điên)

3.3.2 Cấu trúc prion

PrPc protein gồm chuỗi ký hiệu H1, H2, H3 H4 chứa khoảng 40% chuỗi α 45% dải nếp gấp β

Vùng đầu –NH2 PrPc tạo bề mặt chung nối với PrPSc Đầu –NH2 linh động, cấu trúc bậc ba đầu –NH2 liên quan đến thay đổi cấu trúc trình hình thành PrPSc

Vùng ởđầu – COOH PrPc vị trí gắn với protein

PrPSc tạo thành tháo xoắn ởđầu –NH2 PrPc tạo thành dải gấp nếp β.Giải gấp nếp nhiều (45%) nên cấu trúc ổn định so với PrPc, ngăn cản sụ phân giải protein PrPSc gây bệnh dạng dimer

3.3.3 Sự nhân lên prion

Trong tế bào không bị nhiễm PrPc với trình tự kiểu dại WT (wild typ) tồn trạng thái cân dạng monomer xoắn α, mẫn cảm với protease gắn với protein X (Hình 2.6)

Hình 2.6 Sơđồ cho thấy tạo thành PrPc nhờ khn có sẵn

Bước đầu PrPc kết hợp với Protein X để tạo thành phức hợp PrP*/Protein Tiếp đến PrPc liên kết PrP phức hợp PrP*/Protein Khi PrP* chuyển dạng thành phân tử

mới, protein X rời khỏi phức hệ, lại dạng dimer (hoặc oligome)

Trong thể bình thường, prionđược tạo thành tế bào thần kinh số tế bào

(59)

nhất định Việc tạo PrPc nhân, mRNA dùng để dịch mã cho PrPc tạo thành nhân, xuyên qua lỗ màng nhân sinh chất gắn vào ribosome tạo phức đính vào màng lưới nội chất hạt (RER- rough endoplasmid reticulum), sau PrPc tổng hợp vận chuyển thông qua máy Golgi Ở phía đỉnh máy bọng (kiểu khôngbào) chứa PrPc nảy chồi vận chuyển đến bề mặt tế bào Ởđây chúng dung hợp với màng sinh chất phân tử hình que chui ngồi tế bào

Prion vào não dọc theo sợi trục (axon) tế bào thần kinh Prion

nhân lên tế bào lympho di chuyển máu Vhúng nhân lên tế bào (aster) tế bào thần kinh đệm khác

Sau ăn phải thức ăn nhiễm prion, chúng tế bào lympho hấp thụ vào mô bạch huyết, mảng payer, amidan Tại có dây thần kinh qua prion

xâm nhập vào hệ thống thần kinh trung ương

3.3.4 Nghiên cứu biện pháp chống bệnh prion

Khoa học đưa phương án thiết kế loại thuốc nhằm ngăn cản tạo thành prion gây bệnh từ prion bình thường:

-Tạo dược phẩm có cấu trúc giống protein X để cạnh tranh gắn vào PrPc làm ổn

định cấu trúc PrPc không cho chuyển hóa thành PrPSc -Tìm kháng thể gắn vào PrPc

-Tạo chất hóa học chuyển PrPc thành PrPSc Một số chất có hoạt tính dimethylsunfocid, oxid trimethylamin N, số polyol khác số loại đường

-Ngăn cản thạo thành PrPSc nhờ acid nucleic

-Sử dụng hợp chất, ví dụ chất dẫn xuất 1,2-hydroquinon bảo vệ tế bào khỏi bị phá hủy

-Tạo động vật chuyển gen không mang gen PrP, kháng bệnh prion

4 Lịch sử phát virus

Ngay từ năm 1883 nhà khoa học người Đức Adolf Mayer (1843-1942) nghiên cứu bệnh khảm thuốc nhận thấy bệnh lây phun dịch ép bị bệnh sang lành, nhiên ông không phát tác nhân gây bệnh

Năm 1884 Charles Chamberland (1851-1908 ) sáng chế màng lọc sứđể

tách vi khuẩn nhỏ (Hình 2.3)

(60)

2 3

Hình 2.7: Adolf Mayer (1843-1942); Màng lọc sứ; 3 Charles Chamberland (1851-1908 )

Giả thuyết độc tố qua màng lọc bị bác bỏ vào năm 1898 nhà khoa học người Hà Lan Martinus Beijerinck (1851-1931) chứng minh tác nhân lây nhiễm chất độc sống (Contagium vivum fluidum) nhân lên Ông tiến hành phun dịch ép bệnh cho qua lọc phun lên bị bệnh lại lấy dịch ép cho qua lọc để

phun vào khác Qua nhiều lần phun gây bệnh cho Điều chứng tỏ tác nhân gây bệnh phải nhân lên độc tố lực gây bệnh phải dần

Năm 1901 Walter Reed cộng sựở Cuba phát tác nhân gây bệnh sốt vàng, qua lọc Tiếp sau nhà khoa học khác phát tác nhân gây bệnh dại đậu mùa Tác nhân gây bênh đậu mùa có kích thước lớn, khơng dễ qua màng lọc, tác nhân gây bệnh chỉđơn giản gọi virus

Năm 1915 nhà vi khuẩn học người Anh Frederick Twort (1877-1950) năm 1917 nhà khoa học người Pháp Felix d'Hérelle (1873-1949)đã phát virus vi khuẩn đặt tên Bacteriophage gọi tắt phage

Năm 1935 nhà khoa học người Mỹ Wendell Stanley (1904-1971) kết tinh hạt virus gây bệnh đốm thuốc (TMV) Rồi sau TMV nhiều loại virus khác

quan sát kính hiển vi điện tử.Như nhờ có kỹ thuật màng lọc đem lại khái niệm ban đầu virus sau nhờ có kính hiển vi điện tửđã quan sát hình dạng virus, tìm hiểu chất chức chúng

Ngày virus coi thực thể chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước siêu nhỏ có cấu tạo đơn giản, gồm loại acid nucleic, bao vỏ protein Muốn nhân lên virus phải nhờ máy tổng hợp tế bào, chúng ký sinh nội bào bắt buộc Virus có khả gây bệnh thể sống từ vi khuẩn đến người, thủ

phạm gây thiệt hại nặng nề cho ngành chăn nuôi, gây thất bát mùa màng cản trởđối với ngành công nghiệp vi sinh vật

(61)

Mặt khác, có cấu tạo đơn giản có genom nhiều kiểu với chế chép khác hẳn thể khác nên virus chọn mơ hình lý tưởng để nghiên cứu nhiều chế

sinh học mức phân tử dẫn đến cách mạng sinh học cận đại: Sinh học phân tử, di truyền học phân tử Vì lý việc nghiên cứu virus đẩy mạnh trở thành ngành khoa học độc lập phát triển

II HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA VIRUS

1 Hình thái

1.1 Cấu tạo cơ bản

Tất virus có cấu tạo gồm hai thành phần bản: lõi acid nucleic (tức genom) vỏ protein gọi capsid, bao bọc bên để bảo vệ acid nucleic Phức hợp bao gồm acid nucleic vỏ capsid gọi nucleocapsid hay xét thành phần hố học gọi nucleoprotein Đối với virus RNA cịn gọi ribonucleoprotein Genom virus DNA RNA, chuỗi đơn chuỗi kép, genom tế bào DNA chuỗi kép, tế bào chứa hai loại acid nucleic, DNA RNA

Dmitri Iwanowski

(1864-1920) Martinus Beijerinck (1851-1931) Walter Reed (1851-1902)

Felix d'Herelle

(1873-1949)

Frederick Twort

(1877-1950)

Wendel M.Stanley

(1904-1971)

Hình 2.8 Một số nhà khoa học nghiên cứu virus 1.2 Vỏ capsid

(62)

một phân tử protein) polyme (có nhiều phân tử protein)

Hình 2.9 Hình thái số loại virus

Đối xứng xoắn: virus khảm thuốc lá; đối xứng hình khối: Adenovirus cấu trúc phức tạp: Phage T4

- Pentame (penton) có protome nằm đỉnh khối đa diện, hexame (hexon) tạo thành cạnh bề mặt hình tam giác Capsid có khả chịu nhiệt, pH yếu tố ngoại cảnh nên có chức bảo vệ lõi acid nucleic

- Trên mặt capsid chứa thụ thể đặc hiệu, gai glicoprotein, giúp cho virus bám vào thụ thể bề mặt tế bào Đây kháng nguyên (KN) kích thích thể tạo đáp ứng miễn dịch (ĐƯMD)

- Vỏ capsid có kích thước cách xếp khác khiến cho virus có hình dạng khác Có thể chia ba loại cấu trúc: đối xứng xoắn, đối xứng hình khối cấu trúc phức tạp

Cấu tạo chung virus gồm phần

¾ Lõi( gen): acid nucleic

¾ Vỏ (capsid): protein

Phức hợp gồm acid nucleic protein gọi Nucleocapsid

Hình 2.10 Cấu tạo chung virus Vỏ (capsid)

protein Lõi (bộ gen)

acid nucleic Acid

nucleic

Capsid

(63)

Hình 2.11 So sánh gen virus với gen sinh vật nhân thực

2 Kích thước virus

Tuyệt đại đa số virus có kích thước nhỏ Người ta thường đo kích thước virus đơn vị nanometre (nm, 1nm= 10-9m) Với kính hiển vi điện tử kỹ thuật phụ trợ, ngày ta có thểđo đạc, quan sát tỉ mỉ hình thái loại virus

Ví dụ: Virus RNA Picoviridae có kích thước cỡ 20-30nm, Retroviridae-100-120nm Virus DNA: Parvoviridae có kích thước 18-26, Poxviridae-130-300nm

3 Cấu trúc virus

Virus có cấu tạo đơn giản, bao gồm lõi acid nucleic, tức genome nằm phía cịn phía ngồi bao bọc vỏ protein, vỏ protein bảo vệ genome khỏi tác động yếu tố môi trường ví dụ nuclease máu

Vỏ protein gọi capsid Capsid cấu tạo đơn vị hình thái capsome Capsome lại cấu tạo đơn vị cấu trúc protome Protome monome (chỉ có phân tử protein) polyme (nhiều phân tử protein) Capsid acid nucleic gọi nucleocapsid

Lõi acid nucleic, vỏ capsome protein, hợp lại thành nucleocapsid Nucleocapsid bao bọc lớp vỏ (lipoprotein) với gai

Một số virus cịn chứa vỏ ngồi, bao bọc bên ngồi capsid Vỏ ngồi có chất lipoprotein chứa kháng nguyên virus Vỏ phần bắt nguồn từ màng sinh chất tế bào chủ virus chui theo lối nảy chồi số virus, vỏ ngồi có nguồn gốc từ

(64)

Hình 2.12 Cấu trúc virion

A.Sơđồ virus đa diện đơn giản nhất, mặt hình đa diện tam giác Đỉnh cạnh hợp thành Mỗi cạnh chứa capsomer

B Sơđồ virus hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virus khảm thuốc lá) Capsomer xếp xoắn xung quanh sợi acid nucleic dạng xoắn ốc

Virus có kiểu cấu trúc

Hình 2.13 Các kiểu cấu trúc đối xứng virus

Cấu trúc hình khối Capsid có cấu trúc hình khối đa diện virus bại liệt, hình khối cầu virus HIV

Cấu trúc xoắn Nucleocapsid dạng kéo dài Các capsome xếp xung quanh theo chiều xoắn acid nucleic Đa số virus có cấu trúc xoắn có vỏ ngồi bao bọc nucleocapsid xoắn

Cấu trúc phức tạp Cấu trúc hỗn hợp vùa dạng khối vừa dạng xoắn Ví dụ phage có đầu dạng khối, dạng xoắn trơng nịng nọc

1 Hình trụđối xứng xoắn 2 Hình khối 3.Dạng phối hợp

Virus bại liệt Virus HIV Khối đa diện Khối cầu

(65)

4 Genom virus

Genom virus đa dạng cấu trúc, kích thước thành phần nucleotid Chúng DNA RNA, chuỗi đơn kép, thẳng khép vòng

Bảng 2.5 Các dạng genom virus

Loại acid

nucleic Cấu trúc Ví dụ

DNA đơn Chuỗi đơn, dạng thẳng Chuỗi đơn, khép vòng

Virus parvo

Phage ФX174, M13, fd

Herpes, adeno, coliphage T, phage l

DNA kép

Chuỗi kép, dạng thẳng

Chuỗi kép, dạng thẳng, mạch có chỗđứt cầu nối

phosphodieste

Chuỗi kép với hai đầu khép kín Chuỗi kép khép vịng kín

Coliphage T5 Vaccinia, Smallpox

Polioma (SV40), papiloma, phage PM2, virus đốm hoa lơ

RNA đơn

Chuỗi đơn, dương dạng thẳng Chuỗi đơn, âm, dạng thẳng

Chuỗi đơn, dương, dạng thẳng, nhiều

đoạn

Chuỗi đơn, dương dạng thẳng gồm hai

đoạn gắn với

Chuỗi đơn, âm dạng thẳng, phân đoạn

Picorna (polio, rhino), toga, phage RNA, MTV hầu hết virus thực vật

Rhabdo, paramyxo, (sởi, quai bị)

Virus đốm tước mạch (Bromus) (các

đoạn bao gói virion tách biệt) Retro (HIV, Sarcoma Rous)

RNA kép Chuỗi kép, dạng thẳng, phân đoạn

Orthomyxo (cúm)

Reo (rota), số virus gây u thực vật, NPV côn trùng, phage j6 nhiều virus

nấm (mycovirus)

Kích thước genom từ 3500 nucleotid (ở phage nhỏ) đến 560.000 nucleotid (ở

virus herpes) Các trình tự genom virus phải đọc mã tế bào chủ, tín hiệu

điều khiển phải yếu tố tế bào chủ nhận biết Các yếu tố thường liên kết với protein virus

Do có kích thước nhỏ nên genom virus tiến hố để sử dụng tối đa tiềm mã hóa Vì tượng gen chồng lớp tượng cắt nối (splicing) mRNA

virus phổ biến

Kích thước genom thay đổi nhiều virus khác Các genom nhỏ (ví dụ Bactariophage MS2, Qβ) có kích thước 1x106 Da đủ để mã hóa cho 3-4 protein Một số

virus khác tận dụng tối đa không gian genom cách sử dụng gen chồng lớp, tức gen gối lên khung đọc, khác diểm khởi đầu kết thúc Các genom coliphage T chẵn, herpes, vaccinia có kích thước1,6x108 Dalcó thể mã hóa cho 100 protein

Một số đặc điểm genom virus cần lưu ý:

- Genom DNA kép (ví dụ virus pox, herpes adeno) thường có kích thước lớn

- Genom DNA kép khép vịng (siêu xoắn khơng siêu xoắn) thường thấy

phage

(66)

DNA đơn dạng thẳng (ví dụ virus parvo) có kích thước nhỏ - Các DNA dạng thẳng thường có trình tự lặp lại ởđầu

- Tất genom RNA kép phân đoạn (chứa số đoạn không giống nhau, mang thông tin di truyền tách biệt)

- Genom RNA đơn phân thành RNA dương (genom +) RNA âm (genom -) dựa vào trình tự nucleotid mRNA

- Phần lớn genom RNA đơn không phân đoạn trừ virus orthomyxo (virus cúm) Virus retro có genom hai phân tử RNA đơn giống nhau, nối với đầu nhờ cầu nối hydro

- Virus đốm Alfalfa (AMV) có genom gồm đoạn RNA đơn, dương, dạng thẳng, gói vào vỏ capsid khác nên gọi virus dị capsid (hetero-capsidic) để phân biệt với virus mà tất đoạn gói hạ t-virus đồng capsid (isocapsidic)

III NUÔI CẤY VIRUS

Do virus sinh sản bên tế bào sống nên phải có phương pháp đặc biệt để

ni cấy chúng Có hệ thống dùng để ni cấy virus phịng thí nghiệm

Hình 2.14 Vật chủ virus phịng thí nghiệm

- Ni cấy mơ tế bào Các tế bào có nguồn gốc từ mơ người hay động vật

đươc ni bình chứa môi trường nhân tạo, cho phát triển dùng làm nguồn nguyên liệu để cấy virus

- Phôi gà Một số virus nhân lên tế bào phôi gà 6- 13 ngày Ngày phương pháp nuôi thay tế bào nuôi cấy mô Tuy nhiên sản xuất số loại vaccine, phương pháp sử dụng

- Động vật thực nghiệm Trước phương pháp dùng phổ biến để phân lập nghiên cứu virus Các động vật sử dụng chuột, thỏ, khỉ, chồn Tiêm hỗn dịch nghi có virus vào động vật quan sát bệnh cảnh lâm sàng Hiện phương pháp

(67)

Hình 2.14b Định lượng virus kỹ thuật plaque (vòng tan) IV ẢNH HƯỞNG CỦA VIRUS LÊN TẾ BÀO

Virus tác động lên tế bào theo cách sau:

- Gây chết tế bào Kết việc nhiễm virus làm cho tế bào bị huỷ hoại, dẫn

đến làm chết tế bào (CPE- Cytopathic effect)

- Chuyển dạng Tế bào bị nhiễm virus khơng chết mà chuyển từ trạng thái bình thường sang trạng thái đặc biệt, thành tế bào u ung thư

- Nhiễm tiềm tàng Virus tồn bên tế bào trạng thái hoạt động tiềm ẩn không ảnh hưởng rõ rệt đến chức tế bào

- Gây ngưng kết hồng cầu Một số virus bề mặt vỏ có chứa protein gây ngưng kết hồng cầu (Haemaglutinin) gắn bề mặt tế bào nhiễm Khi thêm hồng cầu vào hồng cầu bị kết dính tế bào nhiễm

V CÁC BỆNH DO VIRUS

Virus tác nhân gây bệnh quan trọng cho người, động vật, trồng vi sinh vật

Đa số bệnh thường gặp người virus Hầu hết chúng gây bệnh thể nhẹ, bệnh nhân tự bình phục sau thời gian định Nhiều loại tồn thầm lặng thể Chúng nhân lên không gây triệu chứng Tuy nhiên việc nhiễm virus thường thể

(68)

Bảng 2.6 Virus gây bệnh chứa genome DNA

Nhóm virus Tên virus Tên bệnh Pox Variola

Molluscum (u mềm)

Đậu mùa U mềm lây Herpes Herpes simplex

Varicella zoster Cytomegalo

EB ( Epstein- Barr), HH6

Herpes

Thuỷđậu zona (shingles)

Nhiễm thoả hiệp miễn dịch Bệnh bạch cầu đơn nhân lây nhiễm Bệnh ngoại ban đột ngột

Adeno Virus adeno Viêm họng Viêm kết mạc Hepadna Viêm gan B Viêm gan Papova Papiloma

Virus JC

Mụn cóc

Viêm chất trắng não nhiều ổ tiến triển Parvo B19 Ban đỏ truyền nhiễm, bất sản

Bảng 2.7 Virus gây bệnh chứa genome RNA

Nhóm virus Tên virus Tên bệnh Orthomyxo Virus cúm Cúm Paramyxo Á cúm;Hợp bào hô hấp

Sởi Quai bị

Viêm nhiễm đường hô hấp Sởi

Quai bị

Corona Virus corona Gây nhiễm đường hô hấp SARS Rhabdo Virus dại Bệnh dại

Picorna Entero Rhino

Viêm gan A

Viêm não, bại liệt Cảm lạnh

Viêm gan Calici SRSV (virus có cấu trúc

dạng trịn nhỏ- small round structure virus)

Viêm dày, ruột

Toga Alpha (virus arbo nhóm A) Rubi

Viêm não

Sốt xuất huyết Rubeon (sởi Đức) Flavi Flavi (virus arbo nhóm B)

Viêm gan C

Viêm não Sốt xuất huyết Viêm gan Bunya Một số virus arbo Viêm não

Sốt xuất huyết Sốt, viêm thận Reo Rota Bệnh đường tiêu hoá Arena Viêm màng não đám rối

màng mạch lympho bào Virus Machupo;Virus Junin Virus lassa

Viêm màng não

Sốt xuất huyết Retro HTLV-I, II

HIV- 1,

Ung thư tế bào T U lympho; Liệt AIDS

Filo Virus Marburg Virus E bola

(69)

VI ẢNH HƯỞNG CỦA TÁC NHÂN VẬT LÍ, HĨA HỌC ĐẾN VIRUS - Nhiệt độ cao: Đa số virus bị bất hoạt 560C vòng 30 phút, 1000C vài giây

- Nhịêt độ thấp: Đa số virus bền nhịêt độ lạnh nên bảo quản lâu (– 700C) Một số virus bị bất hoạt q trình làm đơng lạnh tan băng

- Khô hạn: Khả chịu khô hạn virus khác tuỳ lồi Một số sống sót, số bị bất hoạt nhanh ởđiều kiện khô hạn

- Bức xạ tử ngoại: Virus bị bất hoạt tia tử ngoại

- Chlorofoc, ethe dung môi khác: Các virus có vỏ ngồi chứa lipid bị bất hoạt, cịn khơng chứa lipid bền vững

- Các chất oxi hóa chất khử Virus bị bất hoạt tác dụng formaldehyd, clo, iod H2O2

β- propiolacton formaldehyd hoá chất dùng để bất hoạt virus sản xuất vaccine, song đa số virus không bị bất hoạt phenol

- Chất khử trùng virus: Tốt dùng dung dịch hypoclorua (một chất ăn mòn) glutaraldehyd (là chất gây mẫn cảm kích thích gây khó chịu chảy nước mắt cho người dùng)

VII CON ĐƯỜNG LÂY NHIỄM VIRUS VÀO CƠ THỂ

Virus vào thể theo đường chính: - Hít thở: Qua đường hô hấp

- Ăn uống: Qua đường tiêu hoá (dạ dày- ruột)

- Xâm nhập qua da, vết xước niêm mạc (qua quan hệ tình dục), truyền máu, tiêm chích, phẫu thuật cấy ghép hay côn trùng động vật cắn

- Bẩm sinh: Do mẹ truyền qua thai sang

Cơ chế gây bệnh chủ yếu virus xâm nhập Bệnh sinh virus lan truyền trực tiếp tới mô quan thể Sự sinh sản virus tế bào giết chết tế

bào (tuy nhiên có trường hợp không giết tế bào) Tác động gây huỷ hoại tế bào gọi CPE (cytopathic effect) dẫn đến tổn thương huỷ hoại chức mô quan, từđó biểu dấu hiệu, triệu chứng

VIII CÁC QUÁ TRÌNH NHÂN LÊN CỦA VIRUS

Virus khơng có hoạt tính trao đổi chất mà sử dụng máy trao đổi chất tế bào để

tổng hợp thành phần thiết yếu mình, sau lắp ráp tạo hạt virus giống

(70)

Sự nhân lên virus làm tan tế bào gọi chu trình sinh tan gắn genome vào nhiễm sắc thể tế bào, tồn lâu dài dạng tiềm ẩn mà không chết tế bào gọi chu trình tiềm tan

Virus khơng có hoạt tính trao đổi chất mà sử dụng máy trao đổi chất tế bào để

tổng hợp thành phần thiết yếu mình, sau lắp ráp tạo hạt virus giống

nguyên Vì người ta thường sử dụng thuật ngữ nhân lên (nhân bản) virus thay cho từ sinh sản

Sự nhân lên virus làm tan tế bào gọi chu trình sinh tan gắn genome vào nhiễm sắc thể tế bào, tồn lâu dài dạng tiềm ẩn mà không chết tế bào gọi chu trình tiềm tan

Hình 2.15 Các phương thức xâm nhập virus vào tế bào

1 Virus có vỏ ngồi:

a) Dung hợp với màng sinh chất, đẩy nucleocapsid vào tế bào Vỏ virus nằm màng sinh chất (ví dụ virus paramyxo, herpes)

b) Xâm nhập theo lối ẩm bào, tạo không bào Dung hợp với màng lưới nội chất endosom tiêu hóa giải phóng nucleocapsid (ví dụ virus cúm, toga và rabdo)

2 Virus khơng có vỏ ngồi Xâm nhập theo lối ẩm bào, tạo không bào, dung hợp với endosom tiêu hóa, tiến hành cởi vỏ giải phúng acid nucleic (ví dụ virus polio, adeno reo)

Quá trình nhân lên virus diễn theo giai đoạn

1 Hấp phụ

- Gắn thụ thểđặc hiệu lên thụ thể nằm màng sinh chất tế bào Vì có tính đặc hiệu cao nên có virus định gắn lên tế bào định

2 Xâm nhập

(71)

- Virus khơng có vỏ ngồi : Màng tế bào lõm vào bao lấy virus tạo khơng bào tạm thời Tiếp không bào dung hợp với mạng lưới nội chất để giải phóng nucleocapsid

- Virus có vỏ ngồi: Vỏ virus dung hợp với màng sinh chất đẩy nucleocapsid vào mà không tạo không bào Vỏ ngồi virus hồ với màng sinh chất mà khơng chui vào tế bào chất

- Màng tế bào lõm vào bao lấy virus vỏ ngoài, tạo khơng bào Sau màng khơng bào (có nguồn gốc từ màng tế bào) dung hợp với vỏ virus đẩy nucleocapsid vào tế bào chất

Hình 2.16 Virus khơng có vỏ ngồi virus có màng bao 3 Cởi vỏ

Enzym tiêu hoá tế bào từ lysosome tiến hành phân giải vỏ protein cuả virus để

giải phóng acid nucleic genome vào tế bào chất 4 Phiên mã

- Tạo thành mRNA virus phân tử dạng chép genome (RF- replicative form) 5 Tổng hợp thành phần của virus

5.1 Tổng hợp protein virus

mRNA virus phiên mã ribosome tế bào tạo loại protein - Protein cấu trúc protein capsid, protein vỏ ngồi protein lõi

- Protein khơng cấu trúc enzym cần cho chép genome Protein không cấu trúc tìm thấy hạt virus, trừ số trường hợp đặc biệt ví dụ enzym phiêm mã ngược có virus HIV virus viêm gan B chứa DNA polymerase, số virus RNA chứa RNA polymerase

5.2.Tổng hợp acid nucleic virus

- Genome virus chép từ genome virus mẹ Trong trường hợp genome mạch đơn khn mạch bổ sung tạo thành genome mẹ

- Phần lớn trình chép thực nhờ polymerase (replicase) virus mã hoá Đối với số virus DNA trình tổng hợp thực nhờ enzym tế bào

6 Lắp ráp

- Genome protein tạo thành lắp ráp với tạo nên hạt virus Đa số trường hợp protein capsid lắp ráp tạo thành cấu trúc rỗng gọi tiền capsid (procapsid) sau

(72)

- Lắp ráp xảy nhân tế bào, tế bào chất sát màng sinh chất (đối với đa số virus có vỏ ngồi) Màng sinh chất bao lấy nucleocapsid tạo vỏ ngồi

7 Giải phóng

Virus làm tan tế bào để chui ạt ngồi virus có vỏ ngồi chui từ từ theo lối nảy chồi

Hình 2.17 Chu trình sinh tan (lytic cycle) tiềm tan (lysogenic cycle) IX CÁC PHƯƠNG THỨC NHÂN LÊN CỦA VIRUS

Quá trình nhân lên virus tế bào phức tạp Mỗi nhóm virus có cách nhân lên riêng Sau vài nét đơn giản hố q trình nhân lên để nêu bật khác nhóm

1 Q trình nhân lên virus RNA chuỗi dương

(73)

Sau xâm nhập cởi vỏ (bước 1), RNA genome sử dụng trực tiếp để tổng hợp polyprotein kích thước lớn, protein cấu trúc không cấu trúc (bước 3) Protein không cấu trúc (enzym) xúc tác để chép RNA thông qua tổng hợp RNA chuỗi âm (đối genome) (bước 6) Quá trình chép tạo nhiều genome RNA phục vụ cho tổng hợp protein virus (bước 7) cho lắp ráp tạo virus (bước 8) Mũi tên đậm thể tổng hợp mức độ cao hơn

Hình 2.19 Sơđồ nhân lên virus RNA dương, kèm theo tổng hợp RNA genome. Sau xâm nhập cởi vỏ (bước 1), RNA genome dùng trực tiếp làm mRNA để tổng hợp protein khơng cấu trúc, có enzym RNA polymerase phụ thuộc RNA (RdRp) ( bước 3) RdRp xúc tác để chép RNA, tổng hợp chuỗi RNA âm (đối genome) có kích thước đủ (tương đương RNA genome) ( bước 5) Từ chuỗi âm làm khuôn tiến hành chép để tạo nhiều chuỗi RNA genome (bước 6) mRNA genome (có kích thước nhỏ genome) tiến hành dịch mã để

tạo protein cấu trúc ( bước 8) Genome tạo thành tiến hành dịch mã để tạo nhiều protein không cấu trúc (bước 10) sau lắp ráp với protein cấu trúc để tạo virus ( bước 11)

(74)

2 Quá trình nhân lên virus RNA chuỗi đơn, âm

Hình 2.20 Sơđồ nhân lên virus RNA chuỗi đơn, âm

(75)

3 Sơđồ nhân lên virus RNA chuỗi kép

Hình 2.21 Sơđồ nhân lên virus RNA chuỗi kép

Sau xâm nhập cởi vỏ phần (bước 1), đoạn RNA chuỗi kép nằm lõi tiến hành phiên mã nhờ enzym RdRp gắn lõi để tổng hợp mRNA (bước 2) từ đó tổng hợp protein (bước 3) Các protein lắp ráp quanh mRNA để tạo hạt mức virus (bước 4) Sau mRNA trong hạt tiến hành chép để tạo RNA genome chuỗi âm tham gia tạo thành RNA genome chuỗi kép (bước 5) Các hạt mức virus tạo thành lại tiếp tục tham gia vào trình tổng hợp m RNA (bước 6), tổng hợp protein (bước 7), chép (bước 9), lắp ráp với protein cấu trúc

để tạo thành virus (bước 10) Chú thích:

(76)

4 Sơđồ nhân lên virus Retro

Hình 2.22 Sơđồ nhân lên virus Retro

(77)

1 Điều sau nói virus: –a Là dạng sống đơn giản

–b Là dạng sống chưa có cấu tạo tế bào

–c Chỉ cấu tạo từ hai thành phần protein nucleic acid –d Cả a, b, c

2.Hình thức sống virus là:

-a Sống kí sinh khơng bắt buộc -b Sống cộng sinh

-c Sống hoại sinh -d Sống kí sinh bắt buộc 3.Virus sinh sản theo kiểu:

-a Vơ tính -b Hữu tính -c Tiếp hợp

-d Dựa vào máy sinh lượng sinh tổng hợp tế bào chủ

4.Virus sau gen chứa RNA mà khơng có DNA ? -a Virus gây bệnh khảm thuốc (TMV)

-b Virus HIV1, HIV2 -c Virus SARS

-d Cả dạng virus

5.Con đường lây truyền HIV - Đường máu

- Đường tình dục

- Qua mang thai hay qua sữa mẹ mẹ nhiễm HIV - Cả a, b, c

6 Virus chứa DNA mà không chứa RNA -a Virus gây bệnh xoăn cà chua -b Virus gây bệnh hình thoi cũ khoai tây -c Virus H5N1

-d Cả a, b, c sai

7.Lần đầu tiên, virus phát trên:

-a.Cây thuốc ; -b Cây cà chua -c Cây khoai tây; -d Cây đậu Hà Lan

8.Dựa vào hình thái bên ngồi, virus phân chia thành dạng sau đây: -a.Dạng que, dạng xoắn

-b Dạng cầu, dạng khối đa diện, dạng que -c Dạng xoắn, dạng khối đa diện, dạng que -d.Dạng xoắn, dạng khối đa diện, dạng phối hợp 9.Virus sau có dạng khối ?

(78)

-c Virus gây bệnh bại liệt; -d Virus khảm thuốc 10.Phage virus vi khuẩn có cấu trúc:

-a.Dạng xoắn ; -b Dạng khối -c Dạng que ; -d Dạng phối hợp

11 Hãy giải thích thuật ngữ sau đây: capsome, capsid, nucleocapsid, capsid có cấu trúc xoắn, khối đa diện, virus có cấu trúc phức tạp, vỏ ngồi

12 Virus khác với plasmit khác với tế bào ởđiểm 13 Virus tác động lên tế bào ?

14 Nêu giai đoạn nhân lên virus

15 Tại virus nhân lên tế bào định ? 16 Trình bày phương thức xâm nhập virus vào tế bào chủ

17 Hãy nêu loại genome virus, Thế RNA(+), RNA(-).Thế genome chồng lớp

18 Hãy tóm tắt q trình nhân lên virus DNA đơn, DNA kép, RNA(+), RNA(-)

* Tài liệu đọc thêm

1 Kiều Hữu Ảnh, 2006 Giáo trình Vi sinh vật học (lý thuyết tập giải sẵn) song ngữ Việt- Anh phần phần 2, NXB KH&KT, Hà Nội

Biền Văn Minh (chủ biên), Kiều Hữu Ảnh, Phạm Ngọc Lan, Phạm Hồng Sơn, Phạm Văn Ty, Nguyễn thị Thu Thuỷ, 2006 Vi sinh vật học; NXB Đại học Huế

3 Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Pham Văn Ty, 1997 Vi sinh vật học, NXBGD, Hà Nội

1. Nguyễn Thành Đạt, 1999 Vi sinh vật học, NXBGD, Hà Nội.

2 http://vietsciences.net http://vietsciences.free.fr

3. Lansing M Prescott, john P Harley, Đonal A Klein, 2005 Microbiology Mc Graw Hill

* Giải thích thuật ngữ

• Prion: Là phân tử protein không chứa loại acid nucleic lập protein này, người ta có cấu hình dây protein gồm 263 acid amin

• Tiềm tan hay Tiềm sinh virus (tiếng Anh lysogeny) pha (phase) chu kỳ sinh sản virus Pha bổ sung với pha tan (lytic phase), xảy sau giai đoạn xâm nhiễm virus động vật

Viroid: Là phân tử RNA kín cỡ 150 ribonucleotid, dạng trần khơng có vỏ

capsid Phát năm 1971

(79)

79

CHƯƠNG

(80)

Chương 3: Sinh học thể nhân sơ 80

I CỔ KHUẨN (Archaea)

1 Khái niệm

Archaea (tiếng Latinh, tức "cổ đại"; dịch vi khuẩn cổ hay cổ

khuẩn) phân nhóm lớn prokaryote (bên cạnh vi khuẩn) Về vị trí phân loại sinh vật có nhiều điểm chưa thống chúng có đặc điểm giống với vi khuẩn mang nhiều đặc điểm eukaryote

[1] [2]

[3]

Hình 3.1: Carl R Woese [1], vị trí phân loại Archaea [2] hệ thống lĩnh giới sinh vật [3].Vi khuẩn (Bacteria), Cổ khuẩn (Archaea) Sinh vật nhân thực (Eukarya)

Các Archaea mà trước gọi vi khuẩn cổ (Archaeobacteria) nhóm thể

nhân sơ có sớm (khoảng 3,5-4 tỷ năm trước đây)

(81)

và với sinh vật nhân thực (Eukarya) làm thành ba lĩnh giới (Domains) sinh vật Các nghiên cứu sâu phả hệ đặc điểm sinh lý sinh hoá cho thấy cổ khuẩn tách từ sớm q trình tiến hố, chúng không gần vi khuẩn nhiều so với sinh vật nhân thật, tên gọi Archaea đề xuất thay cho Archaeabacteria Hiện

hai tên gọi Archaea Archaeabacteriađều sử dụng tài liệu vi sinh vật, nhiên thuật ngữArchaea xác rõ ràng cổ khuẩn khơng phải vi khuẩn mà nhóm vi sinh vật riêng biệt

2 Đặc điểm cổ khuẩn

Cổ khuẩn nhóm VSV đặc biệt, có nhiều đặc điểm khác biệt (Bảng 3.1)

Bảng 3.1 Những đặc điểm khác biệt cổ khuẩn so với vi khuẩn sinh vật nhân thực

Đặc điểm (BacteriaVi khuẩn ) Cổ khuẩn(Archaea) thực (Sinh vật nhân Eukarya)

Thành tế bào Peptidoglycan

Pseudo-peptidoglycan, protein, polysaccharid, glycoprotein cellulose, carbonat, silicat, chitin…

Màng tế bào Este-lipid Ethe-lipid Este-lipid

Ribosome 70 S 70 S 80 S

Phản ứng ribosome

với độc tố bạch hầu Đề kháng Mẫn cảm Mẫn cảm Cũng tế bào vi khuẩn, tế bào cổ khuẩn (ngoại trừ chi Thermoplasma) có thành tế

bào bên ngồi giữ chức bảo vệ Tuy nhiên, không vi khuẩn, thành tế bào cổ

khuẩn không chứa peptidoglycan khơng bị phá huỷ tác dụng lysozym Cổ

khuẩn có nhiều dạng cấu trúc thành tế bào khác Một số cổ khuẩn (như lồi sinh methane) có thành tế bào cấu tạo loại polysaccharid giống với peptidoglycan gọi pseudo-peptidoglycan (pseudomurein) Chuỗi pseudo-peptidoglycan gồm đơn nguyên N-acetyl-glucosamin N-acetyl-alosamin-uronic acid (thay cho N-acetyl-muramic acid peptidoglycan) Ngoài ra, cầu nối glycosid β1−3 thay cho cầu nối glycosid β1−4 peptidoglycan Một số cổ khuẩn khác lại hồn tồn khơng có

peptidoglycan pseudo-peptidoglycan thành tế bào mà thay vào hỗn hợp gồm polysaccharid, glycoprotein protein Ví dụ lồi Methanosarcina (cổ khuẩn sinh methane) có thành tế bào lớp polysaccharid dày cấu tạo từ glucose, glucuronic acid, galactosamin Acetate Các loài cổ khuẩn ưa mặn cực đoan (extreme halophiles)

(82)

Thành phần cấu trúc lipid màng tế bào đặc điểm bật phân biệt cổ khuẩn hai nhóm lại Trong vi khuẩn sinh vật nhân thật cầu nối acid béo−glycerol lipid màng tế bào liên kết este (ester) cổ khuẩn lại liên kết ete (ether) (Hình 3.2) Acid béo este-lipid thường phân tử ngắn, mạch thẳng Trái lại, acid béo ete-lipid phân tử mạch dài, phân nhánh, thuộc hai dạng phytanyl (C20−cacbuahydro tổng hợp từ isopren) biphytanyl (C40) Do có cổ khuẩn không bị biến đổi nhiệt độ cao nên isopren-lipid lấy làm chất thị cổ khuẩn hoá thạch Enzym polymeraza thực trình mã khn DNA (DNA-dependent RNA polymerase) ba lĩnh giới sinh vật có nhiều điểm khác Vi khuẩn có loại ARN-polymeraza có cấu trúc không gian đơn giản, gồm bốn chuỗi polypeptid 2α, 1β, 1β’ nhân tốσ không cốđịnh Cổ khuẩn có nhiều loại ARN-polymeraza, cấu trúc loại lại phức tạp nhiều so với ARN-polymeraza vi khuẩn ARN-polymeraza cổ khuẩn sinh methane loài ưa mặn (halophilic) gồm tám chuỗi polypeptid (5 chuỗi dài chuỗi ngắn)

ARN-polymeraza cổ khuẩn ưa nhiệt cao (hyper-thermophilic) lại phức tạp hơn, gồm 10 chuỗi peptid Polymeraza thực q trình tổng hợp ARN thơng tin (mARN) sinh vật nhân thật gồm 10-12 chuỗi polypeptid có kích thước tương tự

ARN-polymeraza cổ khuẩn ưa nhiệt cao Ngoài ra, sinh vật nhân thật cịn có hai loại ARN-polymeraza khác đặc hiệu cho trình tổng hợp ARN ribosom (rARN) ARN vận chuyển (tARN) Như chất kháng sinh rifampicin có tác dụng ức chế đơn vị β polymeraza có hiệu vi khuẩn cổ khuẩn sinh vật nhân thật khơng có loại polymeraza

Với điểm khác biệt trình tự 16S rARN cấu trúc ARN-polymeraza, hiển nhiên máy sinh tổng hợp protein ba lĩnh giới sinh vật khơng

đồng Tuy có kích thước ribosom giống với vi khuẩn (70S) cổ khuẩn lại có nhiều bước q trình sinh tổng hợp protein giống với sinh vật nhân thật (80S ribosom) Nhiều chất kháng sinh ức chế trình sinh tổng hợp protein vi khuẩn lại khơng có hiệu lực cổ khuẩn sinh vật nhân thật (Bảng 3.2) Ngoài ra, tương tự nhưở sinh vật nhân thật, nhân tố kéo dài EF-2 ribosom cổ khuẩn có phản ứng với độc tố bạch hầu, loại độc tố vô hại vi khuẩn Tuy nhiên nhân tố EF-2 cổ khuẩn mang tính

đặc hiệu cao, nhân tố hồn tồn khơng hoạt động môi trường ribosom vi khuẩn sinh vật nhân thật Các thí nghiệm lai ribosom in vitro cho thấy ribosom ghép đơn vị lớn (50S) cổ khuẩn đơn vị nhỏ (40S) sinh vật nhân thật thức chức giải mã cách bình thường, việc ghép tương tự vi khuẩn sinh vật nhân thật lại hồn tồn khơng tương thích Như cấu trúc máy sinh tổng hợp protein cổ

khuẩn có nhiều điểm tương đồng với sinh vật nhân thật với vi khuẩn

(83)

trình tựđầy đủ genom cổ khuẩn Methanococcus jannaschi với genom vi khuẩn sinh vật nhân thật cho thấy 56% 1738 gen không tương đồng

Hình 3.2: Lipid màng tế bào cổ khuẩn (ete-lipid) khác với vi khuẩn sinh vật nhân thực (este-lipid)

Bảng 3.2 Tính mẫn cảm đại diện ba lĩnh giới sinh vật chất ức chế trình sinh tổng hợp protein

Cổ khuẩn Vi khuẩn Sinh vật nhân thực

Chất kháng sinh Tác dụng ức chế

Methano-bacterium Sulfo-lobus Escheri-chia coli Saccharomyces cerevisae

Cycloheximid Ức chế bước khởi đầu ~ ~ ~ +

Virginiamycin,

pulvomycin Ức chế bước kéo dài + ~ + ~

Neomycin, puromycin

Dừng tổng hợp sớm + + + +

Rifamycin Ức chế enzym RNA

polymerase ~ ~ + ~

Erythromycin, streptomycin, chloramfenicol

Tăng tần số mắc lỗi số hiệu ứng

khác ~ ~ + ~

3 Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất

Cổ khuẩn biết đến vi sinh vật thích nghi với mơi trường có điều kiện cực đoan (extreme) nhiệt độ cao (thermophilic), nơi lạnh giá (psychrophilic), nồng

độ muối cao (halophilic) hay độ acid cao (acidophilic) v.v Đó lý giải thích cổ khuẩn lại khó phân lập ni cấy điều kiện phịng thí nghiệm Trong giới sinh vật, cổ khuẩn có đại diện cư trú điều kiện nhiệt độ cao (Bảng 3.3, Hình 3.3)

Bảng 3.3 Nhiệt độ phát triển cao đại diện sinh vật trái đất

Các đại diện sinh vật trái đất Nhiệt độ phát triển cao oC

Cá 38

Côn trùng 50

Động vật đơn bào 50

Tảo 56

Nấm 60

Vi khuẩn thường 90

(84)

Với đặc điểm sinh lý tính ưa nhiệt, sống kỵ khí, sử dụng chất hữu vô nguồn lượng, lồi cổ khuẩn ưa nhiệt cao có lẽ phù hợp với dạng sống nguyên thuỷ mô theo điều kiện trái đất thời kỳđầu Trong thực tế, chất

thị mạch isoprene-lipid thành phần màng tế bào cổ khuẩn tìm thấy lớp trầm tích có tuổi 3,8 tỷ năm

Các nghiên cứu dựa trình tự 16S rRNA cho thấy cổ khuẩn, đặc biệt nhóm cổ

khuẩn ưa nhiệt cao, tiến hoá chậm đáng kể so với vi khuẩn sinh vật nhân thực Tuy nhiên tốc độ tiến hoá chậm cổ khuẩn so với hai lĩnh giới cịn lại môi trường sống khắc nghiệt chúng tạo Cho đến câu hỏi nguồn gốc sống vai trị cổ khuẩn cịn tiếp tục tranh luận

Hình 3.3 Một nơi cổ khuẩn tìm thấy: suối nước nóng cơng viên Quốc gia Yellowstone (Mỹ)

(85)

Hình 3.5: Hình thái sốđại diện hai nhóm cổ khuẩn Euryarchaeota Crenarchaeota

4 Phả hệ cổ khuẩn dựa trình tự 16S rRNA

Dựa so sánh trình tự 16S rRNA đại diện cổ khuẩn phân lập chia thành hai nhóm Euryarchaeota Crenarchaeota (Hình 3.4, H.3.5) Euryarchaeota

là nhóm cổ khuẩn biết rõ nhất, bao gồm nhiều loài sinh methane, cổ khuẩn ưa mặn, khử

sulfat (Archaeoglobales), Thermoplasmalates Thermococcales Nhóm Crenarchaeota gồm ba lớp Desulfococcales, Sulfolobales Thermoproteales Sau nhóm cổ khuẩn

Korarchaeotađược đề xuất thêm (Hình 3.6), nhiên dựa trình tự 16S rDNA có

được từ mẫu DNA tách trực tiếp từ môi trường chưa có đại diện phân lập ni cấy phịng thí nghiệm

Năm 2002, nhóm nghiên cứu giáo sư Stetter, nhà nghiên cứu cổ

khuẩn hàng đầu giới, công bố diện nhóm cổ khuẩn thứ 4, Nanoarchaeota, gồm cổ khuẩn có kích thước nhỏ với đại diện tìm thấy

Nanoarchaeum equitans (Hình 3.7). Lồi cổ khuẩn có tế bào hình cầu, đường kính 400 nm, sống bám bề mặt tế bào loài cổ khuẩn Ignicoccus sp., phân lập từ mẫu nước nóng ởđộ sâu 106 m đáy biển Đây loài ưa nhiệt cực đoan, phát triển nhiệt

(86)

Hình 3.6 Mối liên quan phả hệ ba nhóm cổ khuẩn Euryarchaeota

Crenarchaeota Korarchaeota

Hình 3.7 Nanoarchaeum equitans (cầu khuẩn nhỏ) bề mặt Ignicoccus sp (cầu khuẩn lớn)

5 Các hình thức dinh dưỡng cổ khuẩn

Cổ khuẩn có nhiều hình thức dinh dưỡng: hố dưỡng hữu (chemoorganotrophy), hố dưỡng vô (chemolithotrophy), tự dưỡng (autotrophy), hay quang hợp (phototrophy) Hố dưỡng hữu hình thức dinh dưỡng nhiều lồi cổ khuẩn, nhiên chu trình phân giải chất hữu thường có sốđiểm khác biệt so với vi khuẩn

Cổ khuẩn ưa mặn (halophiles) ưa nhiệt cực đoan (extreme thermophiles) phân giải glucose theo dạng cải biên đường Entner-Doudoroff (E-D) Nhiều lồi cổ khuẩn lại có khả sản sinh glucose từ chất ban đầu hydratcarbo (gluconeogenesis) thông qua bước đảo ngược q trình glycolysis (con đường Embden-Meyerhof) Oxygen hố Acetate thành CO2 thực qua chu trình TCA (đơi với số thay đổi bước phản ứng), qua đường acetyl-CoA (Ljungdahl-Wood) Các thành phần chuỗi vận chuyển điện tử vi khuẩn tìm thấy cổ khuẩn, cytochrom−a, −b −c có lồi ưa mặn cực đại, cytochrom−a có số lồi ưa nhiệt cao Mô dựa chuỗi chuyển điện tửở phần lớn cổ khuẩn cho thấy chúng thu nạp điện tử từ chất cho vào chuỗi nấc thang NADH, oxygen hoá chất nhận điện tử cuối O2, S0 hay số chất khác, đồng thời tạo lực

đẩy proton (proton motiv force) để tổng hợp ATP nhờ máy ATPase cư trú màng tế

bào Hố dưỡng vơ phổ biến cổ khuẩn, hydrogen thường sử dụng làm chất cho điện tử

Tự dưỡng đặc biệt phổ biến cổ khuẩn diễn nhiều hình thức khác Ở

(87)

khuẩn ưa nhiệt cực đoan thực hình thức dinh dưỡng hữu nhiều lồi có khả cố định CO2 thực trình theo chu trình Calvin, tương tự vi khuẩn sinh vật nhân thật

Khả quang hợp có số lồi cổ khuẩn ưa mặn cực đoan, nhiên khác với vi khuẩn, trình thực hồn tồn khơng có tham gia chlorophill hay bacteriochlorophill mà nhờ loại protein màng tế bào bacteriorhodopsin kết gắn với phân tử tương tự carotenoid có khả hấp phụ ánh sáng, xúc tác cho trình chuyển proton qua màng nguyên sinh chất sử dụng để tổng hợp ATP Tuy nhiên, hình thức quang hợp cổ khuẩn ưa mặn cực đoan sinh trưởng với tốc độ thấp điều kiện kỵ khí, mơi trường thiếu chất dinh dưỡng hữu

6 Một số nhóm cổ khuẩn đại diện

Xét về đặc điểm sinh lý, cổ khuẩn có thể phân thành bốn nhóm là:

a Sinh methane (methanogens)

b Cổ khuẩn ưa nhiệt cao (hyper-therrmophiles) c Cổ khuẩn ưa mặn (halophiles)

d Cổ khuẩn ưa acid (acidophiles) thuộc lớp Thermoplasmatales với nhiều đại diện

được phân lập nghiên cứu phòng thí nghiệm

Hình Đại diện nhóm cổ khuẩn 6.1 Cổ khuẩn sinh methane (methanogens)

(88)

đặc điểm chung :

(1) Tạo khí methane sản phẩm cuối chu trình trao đổi lượng (2) Sống kỵ khí bắt buộc

Cổ khuẩn sinh methane thu lượng cho trình sinh trưởng từ việc chuyển hố số chất thành khí methane Nguồn chất chủ yếu vi sinh vật hydro, format Acetate Ngoài ra, số hợp chất C1 metanol, trimethylamin, dimethylsulfid rượu isopropanol, isobutanol, cyclopentanol, etanol sử dụng làm chất (Bảng 3.4)

Quá trình sinh methane cổ khuẩn coi q trình hơ hấp kỵ khí,

đó chất nhận điện tử CO2 nhóm methyl hợp chất C1 Acetate Tuy nhiên, ta thấy bảng 4, lượng giải phóng phản ứng tạo methane nhỏ Để so sánh ta lấy lượng giải phóng từ phản ứng oxygen hố glucose oxygen C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O (∆G0’ = −2870 kJ/mol) Là sinh vật có khả tạo khí methane, cổ khuẩn sinh methane có enzym coenzym thiết yếu cho q trình tổng hợp methane đóng vai trị thị cho nhóm, ví dụ

coenzym F420 coenzym M Sự diện coenzym F420 khiến cho tế bào cổ khuẩn sinh methane có tính tự phát sáng ánh đèn huỳnh quang (bước sóng 350−420 nm) Mặc dù tượng tự phát sáng mạnh, yếu, hay đơi hẳn, tuỳ thuộc vào pha sinh trưởng tế bào, đặc điểm đơn giản tiện lợi để nhận biết cổ

khuẩn sinh methane kính hiển vi Bên cạnh đó, trình tự acid amin chuỗi peptid coenzym M dùng để phân loại cổ khuẩn sinh methane Những nghiên cứu lĩnh vực cho thấy tương đồng phân loại dựa trình tự 16S rARN phân loại dựa trình tự acid amin đơn vịα β coenzym M

Bảng 3.4 Phản ứng tạo methane chất khác lượng giải phóng từ

Phản ứng sinh methane Năng lượng giải phóng ΔG0’ (kJ/ methane)

4H2 + CO2→ CH4 + 2H2O -135,6

4 Format → CH4 + 3CO2 + 2H2O -130,1

4 Isopropanol + CO2→ CH4 + Aceton + 2H2O - 36,5

2 Etanol + CO2→ CH4 + Acetate -116,3

Metanol + H2→ CH4 + H2O -112,5

4 Metanol → 3CH4 + CO2 + 2H2O -104,9 Methylamin + 2H2O → 3CH4 + CO2 + 4NH4+ - 75,0 Dimethylamin + 2H2O → 3CH4 + CO2 + NH4+ - 73,2 Trimethylamin + 6H2O → CH4 + 3CO2 + NH4+ - 74,3 Dimethylsulfid + 2H2O → 3CH4 + CO2 + H2S - 73,8

Acetate → CH4 + CO2 - 31,0

Những nơi thông thường tìm thấy cổ khuẩn sinh methane bể lên men hữu kỵ khí, lớp trầm tích thiếu oxygen, đất ngập úng hệđường ruột động vật Khi dạng chủng đơn cổ khuẩn sinh methane nhạy cảm với oxygen, tự

(89)

vật hiếu khí kỵ khí khác Trong mơi trường kỵ khí, cổ khuẩn sinh methane phải cạnh tranh chất, đặc biệt hydro Acetate, với nhóm vi sinh vật sử dụng chất nhận điện tử

có hiệu điện khử dương tính so với CO2 nitơrat, sulfat oxygent sắt III Như cổ khuẩn sinh methane chiễm lĩnh môi trường nơi nhiều loại chất nhận điện tử tiềm Do khơng có khả sử dụng rộng rãi loại chất khác nhau, tự nhiên cổ khuẩn sinh methane thường phải phụ thuộc vào loài vi khuẩn lên men chúng chuyển hố đa dạng chất hữu thành acid hữu cơ, hydro, format Acetate, hydro, format Acetate nguồn thức ăn trực tiếp cho cổ khuẩn sinh methane, acid hữu sản phẩm trình lên men propyonat, butyrate cần phải nhóm vi khuẩn khác chuyển hố thành chất thích hợp đến lượt cổ

khuẩn chuyển thành khí methane Có hai hình thức cộng sinh: bắt buộc khơng bắt buộc Trong hình thức cộng sinh cổ khuẩn sinh methane vi khuẩn lên men, có cổ khuẩn phụ thuộc vào mối liên hệ nhu cầu thức ăn hoạt động trao đổi chất chúng hồn tồn khơng có ảnh hưởng tới vi khuẩn lên men, hình thức gọi cộng sinh không bắt buộc

Cộng sinh bắt buộc diễn cổ khuẩn sinh methane nhóm vi khuẩn cộng sinh bắt buộc, đơi bên cần đến nhau, ví dụ tượng cộng sinh

Methanobrevibacter Synthrophobacter (Hình 3.9) Nhóm vi khuẩn cộng sinh mối liên kết oxygen hoá acid hữu propionate, acid có mạch carbon dài hơn, hợp chất thơm chuyển điện tử sang proton hay CO2, tạo thành hydro hay format tương ứng Nhóm vi khuẩn cộng sinh thực trao đổi chất nồng độ hydro format môi trường xung quanh giữở mức thấp, nhiệm vụ cổ khuẩn sinh methane đảm nhiệm Các lồi sinh methane thường có mặt mối liên kết cộng sinh bắt buộc Methanoplanus endosymbiosus, loài Methanobrevibacter,

(90)

Ở số môi trường

đặc biệt suối nước nóng hay tầng nham thạch núi lửa cổ khuẩn sinh methane thường có mặt với số lượng lớn Trong trường hợp chúng sống tự

do, không phụ thuộc vào vi sinh vật khác nguồn chất chủ yếu sử dụng hydro, sản phẩm có từ

đường lý hố không qua đường sinh học

Hiện tổng số cổ

khuẩn sinh methane biết

đến 50 loài thuộc 19 chi, sáu họ ba lớp (Bảng 3.5 3.6) Sự phân loại dựa trình tự 16S rRNA có, nhiên hình dung theo thời gian lồi biết thêm bảng phân loại cần phải thay đổi

Về hình thái, cổ khuẩn sinh methane đa dạng, số lồi có hình dạng

đặc trưng dễ nhận biết kính hiển vi Methanosarcina, Methanospirillum hay

Methanosaeta (Hình 3.8) Ngồi ra, đặc điểm quan trọng dùng để phân loại nhóm cổ khuẩn nguồn chất sử dụng để sinh methane

Họ Methanobacteriaceae có thành tế bào cấu tạo từ pseudomurein, bắt mầu Gram (+) Họ Methanobacteriaceae gồm có ba chi Methanobacterium, Methanobrevibacter

và Methanosphaera Các loài thuộc chi Methanobacterium có tế bào hình que hình sợi,

đơi tạo nhóm gồm nhiều tế bào Tất lồi thuộc chi có khả sinh methane từ H2 + CO2

Bảng 3.5 Các nhóm phân loại cổ khuẩn sinh methane

Lớp Họ Chi

Methanobacteriales Methanobacteriaceae (T) Methanobacterium (T)

-nt- -nt- Methanobrevibacter

-nt- -nt- Methanosphaera

-nt- Methanothermaceae Methanothermus (T)

Methanococcales Methanococcaeae (T) Methanococcus (T) Methanomicrobiales Methanosarcinaceae Halomethanococcus

-nt- -nt- Methanococcoides

-nt- -nt- Methanohalobium

(91)

-nt- -nt- Methanohalophilus

-nt- -nt- Methanolobus

-nt- -nt- Methanosarcina (T)

-nt- -nt- Methanosaeta

(Methanothrix)

-nt- Methanomicrobiacaea (T) Methanoculleus

-nt- -nt- Methanogenium

-nt- -nt- Methanolacinia

-nt- -nt- Methanomicrobium (T)

-nt- -nt- Methanoplanus

-nt- -nt- Methanospirillum

-nt- Methanocorpusculaceae Methanocorpusculum (T) T = họ/chi chuẩn; -nt-

Bảng 3.6 Một số đặc điểm hình thái sinh lý họ Cổ khuẩn sinh methane chuẩn

Họ Cổ khuẩn Đặc điểm

Methanobacteriaceae

Có hai dạng tế bào:

- Trực khuẩn, độ dài tế bào khác nhau; sử dụng H2 + CO2, format rượu làm nguồn chất sinh methane

- Cầu khuẩn, sử dụng H2 + metanol; đa số Gram(+); thành tế bào chứa pseudomurein; không chuyển động; thành phần GC = 23-61 mol%

Methanothermaceae

Trực khuẩn, chất sinh metan H2+CO2; Gram(+); thành tế bào chứa pseudomurein; không chuyển động; ưa nhiệt cực đại (extreme thermophiles); thành phần GC = 33-34 mol%

Methanococcaceae

Cầu khuẩn hình dạng khơng đều; chất tạo methane

H2+CO2 format; Gram(-); chuyển động; thành phần GC = 39-61 mol%

Methanomicrobiaceae

Tế bào hình que, xoắn, hình đĩa cầu khơng đều; chất sinh methane H2+CO2, format, đơi rượu; Gram(-); có lồi chuyển động, có lồi khơng; thành phần GC = 39-61 mol% Methanocorpusculaceae format, Cầu khuđẩôi rn nhỏ, khơng ượu; Gram(-); có lồi chuyđều; chất sinh methane Hển động, có lồi 2+CO2,

khơng; thành phần GC = 48-52 mol%

Methanosarcinaceae

Cầu khuẩn khơng đều, trực khuẩn có vỏ bọc bên ngồi; chất sinh methane H2+CO2, Acetate, hợp chất có nhóm methyl, khơng sử dụng format; Gram (+) (-); thường không chuyển

(92)

Cổ khuẩn sinh methane ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau, điển hình công nghệ xử lý chất thải giầu hữu cơ, chuyển hoá chất hữu thành methane CO2

Do khả sử dụng chất hạn hẹp nên cổ khuẩn sinh methane đưa vào qui trình xử lý dạng chủng đơn mà thường dạng hỗn hợp với lồi dị dưỡng có khả

năng chuyển hoá chất hữu chất thải thành nguồn chất thích hợp cho chúng Các lồi vi sinh vật sử dụng đồng thời với cổ khuẩn sinh methane qui trình xử lý chất thải hữu thường lồi có khả lên men đường, protein Lactobacillus,

Eubacterium, Clostridium, Klebsiella, hay Leuconostoc

Ngoài ra, cổ khuẩn sinh methane sử dụng để phân huỷ hợp bền vững làm ô nhiễm môi trường hợp chất thơm cao phân tử mạch thẳng chứa halogen Cùng với vi khuẩn khử sulfate, cổ khuẩn sinh methane tác nhân gây ăn mòn kim loại điều kiện khơng có oxygen

Methanothermus Methanococcus

Methanosarcina Methanospirillum

(93)

Methanogenium Methanoculleus Methanosaeta

Hình 3.8 Hình thái tế bào số loài cổ khuẩn sinh methane 6.2 Cổ khuẩn ưa mặn Halobacteriales

Đây nhóm cổ khuẩn đa dạng, thuộc lớp Halobacteriales, sống mơi trường có nồng độ muối cao hồ nước mặn tự nhiên, cánh đồng muối hay thực phẩm muối thịt muối, cá muối làm nước mắm

Cấu tạo hoá học thành tế bào ởHalobacterium glycoprotein đặc biệt giàu acid amin mang điện tích dương aspartate glutamate Nhóm carboxy acid amin liên kết với ion Na+ (hướng phía ngồi), thế thiếu Na+ thành tế bào sẽ lập tức bị phá vỡ

Bảng 3.7 Nồng độ ion bên tế bào Halobacterium salinarum

Ion Nồng độ ngồi mơi trường (M) Nồng độ tế bào (M)

Na+ 3,3 0,8

K+ 0,05 5,3

Mg2+ 0,13 0,12

Cl- 3,3 3,3

Cổ khuẩn ưa mặn có hình thái đa dạng (Hình 3.9), từ hình que, hình cầu hình dạng vơ đặc biệt Về phả hệ, dựa trình tự 16S rRNA cổ khuẩn ưa mặn phân nhánh gần với cổ khuẩn sinh methane

(94)

Natronobacterium Natronococcus Haloarcula

Hình 3.9 Hình thái vài đại diện cổ khuẩn ưa mặn

Các loài cổ khuẩn ưa mặn biết đến xếp vào 14 chi với 35 lồi

được mơ tả thức, chi đồng thời cổ khuẩn ưa kiềm cực đoan (extreme alkaliphiles)

Một đặc điểm thích nghi với nồng độ muối cao khác cổ khuẩn ưa mặn cực đoan phần lớn protein ngun sinh chất phân cực, có tính acid cao hoạt tính phụ

thuộc vào ion K+ Trong mơi trường có nồng độ ion cao nguyên sinh chất cổ khuẩn

ưa mặn cực đoan có protein phân cực tồn dung dịch, protein không phân cực ởđiều kiện bị kết dính hoạt tính

6.3 Cổ khuẩn ưa nhiệt cao (hyperthermophiles)

Sulfolobus Acidianus Thermoproteus

(95)

Pyrodictium occultum Pyrococcus Pyrolobus

Thermoproteus tenax Staphylothermus marinus Thermococcus

Aeropyrum Hyperthermus Metallosphaera Archaeoglobus

Hình 3.10 Một sốđại diện cổ khuẩn ưa nhiệt cao

Cổ khuẩn ưa nhiệt cao sinh vật có khả sống ởđiều kiện nhiệt độ cao giới sinh vật, chúng có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 80 °C, nhiều lồi sinh trưởng nhiệt độ nước sôi cao Tuỳ thuộc vào đặc điểm địa chất vùng mà mơi trường solfatar mang tính kiềm acid nhẹ (pH 5-8) Trong số trường hợp pH môi trường xuống thấp acid sulfurich tạo từ việc oxygen hố H2S S0 số lồi vi khuẩn cổ khuẩn

Ngoại trừ vài trường hợp, đa số cổ khuẩn ưa nhiệt cao sinh trưởng kỵ khí bắt buộc thực dinh dưỡng theo phương thức hoá dưỡng hữu hố dưỡng vơ Hầu hết lồi có nhu cầu lưu huỳnh, làm chất nhận điện tử hơ hấp kỵ

khí, làm chất cho điện tử hơ hấp hiếu khí Các lồi kỵ khí sử dụng hợp chất hữu vô (như H2) để khử lưu huỳnh S0 thành H2S Ngược lại, lồi hiếu khí oxygen hố H2S, S0 thành acid sulfuric Ngồi ra, số lồi có khả thực hơ hấp kỵ khí sử dụng chất nhận điện tử khác S0 nitrat (Pyrolobus, Pyrobaculum), sulfat (Archaeoglobus) hay sinh methane (Methanopyrus)

Về hình thái, cổ khuẩn ưa nhiệt cao tương đối đa dạng, nhiều loại có hình dạng tế

(96)

6.4 Cổ khuẩn ưa nhiệt acid (Thermoplasmatales)

Đây vi sinh vật ưa nhiệt pH thấp (thermoacidophilic), hô hấp kỵ khí khơng bắt buộc, thường sử dụng hợp chất hữu làm chất có lồi có khả

năng sinh trưởng tự dưỡng Lớp Thermoplasmatales gồm ba họ, họ có chi

đại diện, họ Thermoplasmaceae với chi Thermoplasma, họ Picrophilaceae với chi

Picrophilus họ Ferroplasmaceae với chi Ferroplasma Tất đại diện Thermoplasmatales bền vững với chất ức chế thành tế bào ampicillin, vancomycin streptomycin

Chi Thermoplasma có hai lồi, T acidophillum phân lập từ bãi thải khai thác than T volcanium phân lập từ suối nước nóng (Hình 3.11)

Chi Picrophilus có hai lồi đại diện P oshimae P torridus, khác biệt hai loài nhỏ, dựa 3% khác biệt trình tự 16S rRNA phân tích DNA enzym giới hạn Cả hai loài thuộc chi phân lập từ môi trường solfatar (nhiệt độ

cao, giàu hợp chất lưu huỳnh) Nhật Hai loài bị ức chế nồng độ NaCl 0,2M, chứng tỏ chúng có nguồn gốc từđất liền

Chi Ferroplasma gồm hai loài, F acidiphilum F acidarmanus, nhiên có lồi F acidiphilum mô tả đưa vào danh sách phân loại thức Hai lồi khác khả sinh trưởng chiết xuất nấm men pH tối ưu, cịn trình tự

16S rRNA chúng hoàn toàn giống Ferroplasma phân lập từ bể tách vàng từ quặng arsenopyrit/pyrite Kazacstan

Thermoplasma acidophilum Thermoplasma volcanium

Hình 3.11 Đại diện chi Thermoplasma Kết luận:

(97)

II VI KHUẨN (BACTERIA)

1 Khái niệm chung:

Vi khuẩn (tiếng Anh tiếng La Tinh bacterium, số nhiều bacteria) đơi cịn

được gọi vi trùng Vi khuẩn nhóm sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi) thường có cấu trúc tế bào đơn giản khơng có nhân, khung tế bào (cytoskeleton) bào quan ty thể lục lạp

Vi khuẩn nhóm diện đơng đảo sinh giới Chúng diện khắp nơi đất, nước dạng cộng sinh với sinh vật khác Nhiều tác nhân gây bệnh (pathogen) vi khuẩn Chúng thường có vách tế bào với thành phần cấu tạo (peptidoglycan) Nhiều vi khuẩn di chuyển tiên mao (flagellum) có cấu trúc khác với tiên mao nhóm khác

2 Lịch sử nghiên cứu phân loại vi khuẩn

Năm 1595 Zacharias Janssen lần lắp ghép kính hiển vi chưa quan

được vi khuẩn Vi khuẩn quan sát Antony van Leeuwenhoek năm 1683 kính hiển vi trịng ơng tự thiết kế Tên "vi khuẩn" đề nghị sau lâu Christian Gottfried Ehrenberg vào năm 1828, xuất phát từ chữβακτηριον tiếng Hy Lạp có nghĩa "cái que nhỏ" Louis Pasteur (1822-1895) Robert Koch (1843-1910) miêu tả vai trò vi khuẩn thể mang gây bệnh hay tác nhân gây bệnh

Ban đầu vi khuẩn hay vi trùng (microbe) coi loại nấm có kích thước hiển vi (gọi Schizomycetes), ngoại trừ loại vi khuẩn lam (Cyanobacteria) quang hợp, coi nhóm tảo (gọi cyanophyta hay tảo lam) Phải đến có nghiên cứu

cấu trúc tế bào vi khuẩn nhìn nhận nhóm riêng khác với sinh vật khác

Vào năm 1956 Hebert Copeland phân chúng vào giới (kingdom) riêng Mychota, sau đổi tên thành Sinh vật khởi sinh (Monera), Sinh vật nhân sơ

(Prokaryota), hay Vi khuẩn (Bacteria) Trong thập niên 1960, khái niệm xem xét lại vi khuẩn (bây gồm cyanbacteria) xem hai nhóm sinh giới, với sinh vật nhân thực Sinh vật nhân thực đa số cho tiến hóa từ vi khuẩn, sau cho từ nhóm vi khuẩn hợp lại

Hình dạng kích thước vi khuẩn

Vi khuẩn có nhiều hình dạng khác Đa số có hình que, hình cầu, hay hình xoắn; vi khuẩn có hình dạng gọi theo thứ tự trực khuẩn (bacillus), cầu khuẩn (coccus), xoắn khuẩn (spirillum) Một nhóm khác phẩy khuẩn (vibrio) có hình dấu phẩy (hình III.1.13) Tùy theo liên kết tế bào sau phân cắt mà cầu khuẩn

(98)

Hình 3.12 Các nhóm hình thái vi khuẩn

A.Cầu khuẩn; B.Trực khuẩn, C.Xoắn khuẩn; D Chuỗi cầu khuẩn; E Tụ cầu khuẩn; Khuẩn mao, G Anabaena; H Oscillatoria; I Gleocapsa

4 Cấu trúc tế bào vi khuẩn

4.1 Vỏ nhầy dịch nhầy

Nhiều vi khuẩn bao bọc bên lớp vỏ nhầy có chất hóa học polysaccharid ngoại trừ vi khuẩn than polypeptid Khi làm khô, người ta xác định 90 - 98% trọng lượng màng nhầy nước

Hình 3.13 Sơđồ cấu trúc tế bào vi khuẩn Ý nghĩa sinh học vỏ nhầy là:

(99)

hợp phế cầu khuẩn-Diplococcus pneumoniae)

- 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 ( trường hợp vi khuẩn gây sâu Streptococcus salivarrius, Streptococcus mutans )

* Các loại vỏ nhầy hay giáp mạc (Capsule)

- Vỏ nhầy lớn (Macrocapsule) có bề dày >0,2μm Ví dụ:Leuconostoc mesenteroides

- Vỏ nhầy bé (Microcapsule) có bề dày <0,2μm Ví dụ: Pseumococcus denitrificans

- Khối nhầy ( Zooglea)

- Có vi khuẩn hình thành màng nhầy điều kiện định.Ví dụ B anthracis tạo màng nhầy mơi trường có chứa protein động vật D.pneumoniae-chỉ tạo màng nhầy xâm nhập vào thể người hay động vật

Muốn quan sát vỏ nhầy thường lên tiêu âm với mực tàu, bao nhầy có màu trắng lên tối

Thành phần chủ yếu vỏ nhầy polysaccarid, ngồi có polypeptid protein Trong thành phần polysaccarid ngồi glucose cịn có glucosemin, ramnose, acid 2-keto-3-deoxygalacturonic, acid uronic, acid pyruvic, acid acetic

Hình 3.14 Vỏ nhầy vi khuẩn Acetobacter xylinum Leuconostoc mesenteroides Vi khuẩn Acetobacter xylinum cóvỏ nhầy cấu tạo cellulose Người ta dùng vi khuẩn Acetobacter xylinum nuôi cấy nước dừa để chế tạo Thạch dừa (Nata de coco)

Khi vi khuẩn mọc môi trường đặc aga (thạch 20%), thường tạo thành dạng khuẩn lạc: Dạng S (Smooth)-trơn bóng; Dạng R(Rough)-xù xì dạng M(Mucoid)-nhầy nhớt

Hầu hết vi khuẩn có thành tế bào trừ Mycoplasma, Planctomycetales Chúng

(100)

Chương 3: Sinh học thể nhân sơ 100

Hình 3.15 Hình dạng khuẩn lạc số vi khuẩn

a Khuẩn lạc Staphylococcus aureus; b Bacillus subtilis; c Streptomyces sp 4.2 Thành tế bào

Năm 1884 Hans Christian Gram đã nghĩ phương pháp nhuộm phân biệt để phân chia vi khuẩn thành nhóm khác : vi khuẩn Gram dương vi khuẩn Gram âm Phương pháp nhuộm Gram sau sử dụng rộng rãi định loại vi sinh vật Thành phần hoá học nhóm khác chủ yếu sau:

Gram dương Gram âm

Thành phần Tỷ lệ % khối lượng khô thành tế bào

Peptidoglycan 30-95 5-20

Acid teicoic (Teichoic acid) Cao

Lipid Hầu 20

Protein Khơng có có Cao

(101)

Hình 3.17 Thành tế bào vi khuẩn Gram âm 4.3 Màng sinh chất

Màng sinh chất hay Màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane, CM) vi khuẩn tương tự nhưở sinh vật khác Chúng cấu tạo lớp phospholipid (PL), chiếm 30-40% khối lượng màng, protein (nằm trong, hay xen màng), chiếm 60-70% khối lượng màng Đầu phosphat PL tích điện, phân cực, ưa nước ; hydrocarbon khơng tích điện, khơng phân cực, kỵ nước

Hình 3.18 Cấu trúc màng sinh chất Màng sinh chất có chức chủ yếu sau đây:

(102)

- Là nơi sinh tổng hợp thành phần thành tế bào polyme bao nhầy (capsule)

- Là nơi tiến hành trình phosphoryl oxy hố q trình phosphoryl quang hợp (ở vi khuẩn quang tự dưỡng)

- Là nơi tổng hợp nhiều enzym, protein chuỗi hô hấp - Cung cấp lượng cho hoạt động tiên mao

4.4 Tế bào chất

Tế bào chất (TBC-Cytoplasm) phần vật chất dạng keo nằm bên màng sinh chất, chứa tới 80% nước Trong tế bào chất có protein, acid nucleic, hydrat carbon, lipid, ion vơ nhiều nhiều chất khác có khối lượng phân tử thấp Bào quan đáng lưu ý TBC ribosome Ribosome nằm tự tế bào chất chiếm tới 70% trọng lượng khô TBC Ribosome gồm tiểu phần (50S 30S), hai tiểu phần kết hợp với tạo thành ribosome 70S S đơn vị Svedberg- đại lượng đo tốc độ lắng ly tâm cao tốc

Hình 3.19 So sánh Ribosome Bacteria (Eukaryotic ribosome)

Trong tế bào chất vi khuẩn cịn gặp chất dự trữ hạt glycogen, hạt PHB (Poly-ß-hydroxybutyrat), Cyanophycin, Phycocyanin, hạt dị nhiễm sắc (metachromatic body), giọt lưu huỳnh

Ở loài vi khuẩn diệt côn trùng Bacillus thuringiensis Bacillus sphaericus cịn gặp tinh thể độc (parasoral body) hình trám, có chất protein chứa độc tố

(103)

Hình 3.20 Bào tử (spore) Tinh thểđộc (Crystal) Bacillus thuringiensis (trái) Bacillus sphaericus (phải)

4.5 Thể nhân

Thể nhân ( Nucleoid) vi khuẩn dạng nhân ngun thuỷ, chưa có màng nhân nên khơng có hình dạng cố định, cịn gọi vùng nhân Khi nhuộm màu tế bào thuốc nhuộm Feulgen thấy thể nhân màu tím Đó nhiễm sắc thể (NST, chromosome) dạng vòng chứa sợi DNA xoắn kép (ở Xạ khuẩn Streptomyces gặp nhiễm sắc thể dạng thẳng) NST vi khuẩn Escherichia coli dài tới 1mm (!), có khối lượng phân tử 3.109, chứa 4,6.106 cặp base nitơ Thể nhân phận chứa đựng thơng tin di truyền vi khuẩn

Hình 3.21 Thể nhân tế bào vi khuẩn Escherichia coli

Ngoài NST, tế bào nhiều vi khuẩn cịn gặp DNA ngồi NST Đó DNA xoắn kép có dạng vịng khép kín, có khả chép độc lập, chúng có tên Plasmid

4.6 Tiên mao khuẩn mao

Tiên mao (Lơng roi, flagella) khơng phải có mặt vi khuẩn, chúng định khả phương thức di động vi khuẩn

Tiên mao sợi lơng dài, kính hiển vi quang học thấy rõ nhuộm theo phương pháp riêng Dưới kính hiển vi điện tử thấy rõ cấu trúc sợi tiên mao

Một số vi khuẩn có bao lơng (sheath) bao bọc suốt chiều dài sợi, trường hợp chi Bdellovibrio hay vi khuẩn tảVibrio cholera.

Tiên mao vi khuẩn có loại khác tuỳ lồi : - Khơng có tiên mao (vơ mao, atrichia)

- Có tiên mao mọc cực ( đơn mao, monotricha)

(104)

- Có chùm tiên mao mọc cực ( song chùm mao, amphitricha) - Có nhiều tiên mao mọc khắp quanh tế bào (chu mao, peritricha)

Có loại tiên mao mọc tế bào trường hợp vi khuẩn Selenomonas ruminantium

Hình 3.22 Tiên mao vi khuẩn; Các loại tiên mao vi khuẩn

Kiểu xếp tiên mao liên quan đến hình thức di động vi khuẩn Tiên mao mọc

ở cực giúp vi khuẩn di động theo kiẻu tiến- lùi Chúng đảo ngược hướng cách đảo ngược hướng quay tiên mao

Vi khuẩn chu mao di động theo hướng tiên mao chuyển động theo hướng ngược lại Khi tiên mao không tụ lại hướng vi khuẩn chuyển động theo kiểu nhào lộn

Tốc độ di chuyển vi khuẩn có tiên mao thường vào khoảng 20-80µm/giây, nghĩa giây chuyển động khoảng cách lớn gấp 20-80 lần so với chiều dài thể chúng

Các chi vi khuẩn thường có tiên mao Vibrio, Spirillum, Pseudomonas, Escherichia, Shigella, Salmonella, Proteus Ở chi Clostridium, Bacterium,Bacillus, có lồi có tiên mao có lồi khơng Ở cầu khuẩn có chi (Planococcus) có tiên mao

Xoắn thể có dạng tiên mao đặc biệt gọi tiên mao chu chất (periplasmic flagella), hay gọi sợi trục ( axial fibrils), xuất phát từ cực tế bào quấn quang thể Chúng giúp xoắn thể chuyển động nhờ uốn vặn tế bào theo kiểu vặn nút chai

(105)

Hình 3.24 Cơ chế chuyển động uốn vặn tế bào Xoắn thể

OS: Vỏ ngoài, AF: Sợi trục, PC ống nguyên sinh, IP:Lỗ nối 4.7 Khuẩn mao Khuẩn mao giới:

Khuẩn mao (hay Tiêm mao, Nhung mao , Fimbriae) sợi lông mảnh, ngắn mọc quanh bề mặt tế bào nhiều vi khuẩn Gram âm Chúng có đường kính khoảng 7-9nm, rỗng ruột (đường kính 2-2,5nm), số lượng khoảng 250-300 sợi/ vi khuẩn

Kết cấu khuẩn mao giản đơn nhiều so với tiên mao Chúng có tác dụng giúp vi khuẩn bám vào giá thể ( nhiều vi khuẩn gây bệnh dùng khuẩn mao để bám chặt vào màng nhầy đường hô hấp, đường tiêu hoá, đường tiết niệu người động vật)

Có loại khuẩn mao đặc biệt gọi Khuẩn mao giới (Sex pili, Sex pilus-số nhiều) gặp số vi khuẩn với số lượng có 1-10/ vi khuẩn Nó có cấu tạo giống khuẩn mao , đường kính khoảng 9-10nm dài Chúng nối liền hai vi khuẩn làm cầu nối để chuyển vật chất di truyền (DNA) từ thể cho (donor) sang thể nhận (recipient) Quá trình gọi trình giao phối (mating) hay tiếp hợp (conjugation) Một số thực khuẩn thể (bacteriophage) bám vào thụ thể (receptors) khuẩn mao giới bắt đầu chu trình phát triển chúng

(a) (b) (c)

Hình 3.25 Khuẩn mao (a&b)và (c) khuẩn mao giới (sex pili) vi khuẩn

5 Sơ lược phân loại vi khuẩn

Hình dạng khơng cịn coi tiêu chuẩn định danh vi khuẩn, nhiên có nhiều chi đặt tên theo hình dạng (ví dụ nhưBacillus, Streptococcus, Staphylococcus) điểm quan trọng để nhận dạng chi

(106)

Một công cụ quan trọng để nhận dạng khác nhuộm Gram, đặt theo tên Hans Christian Gram, người phát triển kĩ thuật Nhuộm Gram giúp phân vi khuẩn thành nhóm, dựa vào thành phần cấu tạo vách tế bào Khi thức xếp vi khuẩn vào ngành, người ta dựa chủ yếu vào phản ứng này:

• Gracilicutes - vi khuẩn có màng tế bào thứ cấp chứa lipid, nhuộm Gram âm tính (nói gọn vi khuẩn Gram âm)

• Firmicutes - vi khuẩn có màng tế bào vách pepticoglycan dày, nhuộm Gram cho kết dương tính (Gram dương)

• Mollicutes - vi khuẩn khơng có màng thứ cấp hay vách, nhuộm Gram âm tính Các vi cổ khuẩn(archeabacteria) trước xếp nhóm Mendosicutes Hầu hết vi khuẩn Gram dương xếp vào ngành Firmicutes Actinobacteria, hai ngành có quan hệ gần Tuy nhiên, ngành Firmicutes định nghĩa lại bao gồm mycoplasma (Mollicutes) số vi khuẩn Gram âm

Theo quan điểm đại (NCBI- National Center for Biotechnology Information, 2005) vi khuẩn bao gồm ngành sau :

1 -Aquificae -Thermotogae

3 -Thermodesulfobacteria -Deinococcus-Thermus -Chrysiogenetes

6 -Chloroflexi -Nitrospirae -Defferribacteres -Cyanobacteria 10 -Proteobacteria 11 -Firmicutes 12 -Actinobacteria 13 -Planctomycetes

14 -Chlamydiae/Nhóm Verrucomicrobia 15 -Spirochaetes

16 -Fibrobacteres /Nhóm Acidobacteria 17 -Bacteroidetes/Nhóm Chlorobia 18 -Fusobacteria

19 -Dictyoglomi

Việc phân ngành dựa đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa, sinh thái

Căn vào tỷ lệ G + C DNA người ta xây dựng phát sinh chủng loại (Phylogenetic tree) chia vi khuẩn thành 12 nhóm sau :

1 -Nhóm Oxy hố Hydrogen -Nhóm Chịu nhiệt

(107)

4 -Nhóm Deinococcus

5 -Nhóm Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) -Nhóm Proteobacteria

7 -Nhóm Chlamydia -Nhóm Planctomyces

9 -Nhóm Spirochaetes (Xoắn thể) 10 -Nhóm Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục 11 -Nhóm Cytophaga

12 -Nhóm Vi khuẩn Gram dương

6 Vi khuẩn có ích Vi khuẩn gây hại

Vi khuẩn có ích có hại cho mơi trường, động vật, bao gồm người Vai trò vi khuẩn gây bệnh truyền bệnh quan trọng Một số tác nhân gây bệnh (pathogen) gây bệnh uốn ván (tetanus), sốt thương hàn (typhoid fever), giang mai (syphilis), tả (cholera), bệnh lây qua thực phẩm (foodborne illness) lao (tuberculosis) Nhiễm khuẩn huyết (sepsis), hội chứng nhiễm khuẩn toàn thể gây sốc giãn mạch, hay nhiễm khuẩn khu trú (localized infection), gây vi khuẩn streptococcus, staphylococcus, hay nhiều loài Gram âm khác Một số nhiễm khuẩn lan rộng khắp thể trở thành toàn thân (systemic) Ở thực vật, vi khuẩn gây mụn (leaf spot), fireblight héo Các hình thức lây nhiễm gồm qua tiếp xúc, khơng khí, thực phẩm, nước trùng Kí chủ (host) bị nhiễm khuẩn trị thuốc kháng sinh, chia làm hai nhóm diệt khuẩn (bacteriocide) kìm khuẩn (bacteriostasis), với liều lượng mà phân tán vào dịch thể tiêu diệt kìm hãm phát triển vi khuẩn

Các biện pháp khử khuẩn thực để ngăn chặn lây lan vi khuẩn, ví dụ chùi da cồn trước tiêm Việc vô khuẩn dụng cụ phẫu thuật nha khoa thực để đảm bảo chúng "vô khuẩn" (sterile) hay không mang vi khuẩn gây bệnh, để ngăn chặn nhiễm khuẩn Chất tẩy uếđược dùng để diệt vi khuẩn hay tác nhân gây bệnh để ngăn chặn nhiễm nguy nhiễm khuẩn

Trong đất, vi sinh vật sống nốt rễ (rhizosphere) biến nitrogen thành ammoniac enzym Một số khác lại dùng N phân tử khí làm nguồn nitrogen (đạm) cho mình, chuyển nitơ thành hợp chất nitơ, trình gọi trình cốđịnh đạm Nhiều vi khuẩn tìm thấy sống cộng sinh thể người hay sinh vật khác Ví dụ diện vi khuẩn cộng sinh ruột già giúp ngăn cản phát triển vi sinh vật có hại

(108)

Vi khuẩn, với nấm men nấm mốc, dùng để chế biến thực phẩm lên men fomarge, dưa chua, nước tương, dưa cải bắp (sauerkraut), dấm, rượu, yoghurt Sử

dụng cơng nghệ sinh học, vi khuẩn có thểđược "thiết kế" (bioengineer) để sản xuất thuốc trị bệnh insulin, hay để cải thiện sinh học chất thải độc hại

7 Các vấn đề khác

Về mặt tiến hóa học, vi khuẩn cho vi sinh vật cổ, xuất khoảng 3,7 triệu năm trước

Tế bào eukaryote cho tiến hóa từ cộng sinh tế bào prokaryote

Điều rõ ràng bào quan chứa DNA ty thể hay lục lạp phần cộng sinh nhóm vi khuẩn hiếu khí (ty thể) hay vi khuẩn lam (lục lạp) cổ xưa Phần lại tế

bào giả thuyết có nguồn gốc từ tế bào archaea Đây nội dung thuyết nội cộng sinh

Tuy nhiên, nhiều tranh cãi nguồn gốc bào quan

hydrogenosome có phải nguồn gốc ty thể hay ngược lại; xem thuyết hydro nguồn gốc tế bào eukaryote

Vi sinh vật phân bố khắp nơi phát triển nhanh chóng nơi có đủ thức

ăn, độẩm, nhiệt độ tối ưu cho phân chia lớn lên chúng Chúng có thểđược mang

đi gió từ nơi sang nơi khác Cơ thể người nơi cư trú hàng tỷ vi sinh vật; chúng

ở da, đường ruột, mũi, miệng nơi hở khác thể Chúng có khơng khí mà ta thở, nước ta uống thức ăn ta ăn

III VI KHUẨN ĐẶC BIỆT

1 Xạ khuẩn (Actinomycetes)

Xạ khuẩn tên chung để nhóm VSV đơn bào có hình sợi phân nhánh nấm kích thước cấu trúc giống với vi khuẩn Gram (+)

1.1 Đặc điểm chung

Xạ khuẩn có cấu trúc sợi (Hình 3.29) từ kỉ 19 trở trước người ta xếp nhầm xạ khuẩn vào nấm Khác với nấm xạ khuẩn có nhân ngun thủy kích thước nhỏ

vi khuẩn (bề ngang sợi khoảng 0,2-1,0μm) Sợi xạ khuẩn gọi khuẩn ti

Xạ khuẩn phân bố rộng rãi tự nhiên Số lượng đơn vị sinh khuẩn lạc (CFU- colony-forming unit) xạ khuẩn 1g đất thường có 106-108 CFU

(109)

Hình 3.26 Khuẩn lạc cuống sinh bào tử Streptomyces sp

Hình 3.27 Bề mặt bào tử xạ khuẩn chi Streptomyces (trái), Micromonospora (phải kính hiển vi điện tử)

Xạ khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, thường có tỷ lệ GC DNA cao 55% Trong số khoảng 1000 chi 5000 loài sinh vật nhân sơđã cơng bố có khoảng 100 chi 1000 lồi xạ khuẩn Xạ khuẩn phân bố chủ yếu đất đóng vai trị quan trọng chu trình tuần hoàn vật chất tự nhiên Chúng sử dụng acid humic chất hữu khó phân giải khác đất Mặc dù xạ khuẩn thuộc nhóm sinh vật nhân sơ chúng thường sinh trưởng dạng sợi thường tạo nhiều bào tử Thậm chí số loại xạ khuẩn cịn hình thành túi bào tử chi Streptosporangium, Micromonospora bào tử di động

chi Actinoplanes, Kineosporia

Trước đây, vị trí phân loại Xạ khuẩn câu hỏi gây nhiều tranh luận nhà Vi sinh vật học, có đặc điểm vừa giống Vi khuẩn vừa giống Nấm Tuy nhiên, đến nay, Xạ khuẩn chứng minh Vi khuẩn với chứng sau đây:

1 Một số xạ khuẩn loài thuộc chi Actinomyces Nocardia giống với loài vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus Corynebacterium

2 Xạ khuẩn giống vi khuẩn chỗ khơng có nhân thực, chúng chứa nhiễm sắc chất phân bố dọc theo sợi tế bào

3 Đường kính sợi xạ khuẩn bào tử giống với vi khuẩn Đồng thời sợi xạ

(110)

4 Xạ khuẩn đích cơng thực khuẩn thể giống vi khuẩn,

đó, nấm khơng bị cơng thực khuẩn thể

5 Xạ khuẩn thường nhạy cảm với kháng sinh có tác dụng lên vi khuẩn, lại thường kháng với kháng sinh tác dụng lên nấm polyen

6 Xạ khuẩn không chứa chitin, chất có mặt sợi bào tử nhiều nấm, mà khơng có vi khuẩn Đồng thời giống phần lớn vi khuẩn, xạ khuẩn không chứa cellulose

7 Tương tự với vi khuẩn, xạ khuẩn nhạy cảm với phản ứng acid môi trường,

đặc điểm khơng có nấm

8 Các đặc điểm sợi nang bào tử kín(sporangium) chi Actinoplanes cho thấy chi cầu nối vi khuẩn nấm bậc thấp

Xạ khuẩn thuộc lớp Actinobacteria, bộActinomycetales, bao gồm 10 bộ, 35 họ, 110 chi 1000 loài Hiện nay, 478 lồi cơng bố thuộc chi Streptomyces 500 lồi thuộc tất chi cịn lại xếp vào nhóm xạ khuẩn

1.2 Xạ khuẩn khác nấm

- Kích thước bề ngang khuẩn ti nhỏ vi khuẩn (0,2-1,0µm) - Gồm loại hệ sợi : Hệ sợi khí sinh hệ sợi chất

- Nhân chưa có màng nhân, có khả sinh sản nhiều bào tử nấm hệ sợi khí sinh

- Khuẩn lạc bám chặt vào môi trường thạch (dùng đầu que cấy khơng đẩy được) có dạng đối xứng tỏa trịn phóng xạ hay đồng tâm

Hình 3.28 Xạ khuẩn Streptomyces scabies (nuôi MT thạch nghiêng hệ sợi) 1.3 Lợi ích của xạ khuẩn

- Xạ khuẩn nguồn cung cấp chất kháng sinh: amphotericin, chloramphenicol, kanamycin, neomycin, streptomycin

- Nguồn sản sinh nhiều enzym

- Xạ khuẩn chi Frankia có khả cốđịnh nitrogen thường cộng sinh rễ phi lao, nhiều loài khác

(111)

Hình 3.29 Những bào tử hệ sợi Frankia phân lập Ernst-Heinrich Pommer năm 1959

2 Xoắn thể (Spirochaetales)

Hình 3.30 Fritz Schaudinn (1871-1906); Xoắn thể Treponema pallidum và người bị bệnh giang mai

(Schaudinn Hoffmann tìm mầm bệnh giang mai (Treponema pallidum) năm 1905)

Xoắn thể nhóm vi khuẩn đặc biệt có tế bào dài xoắn lại mức độ khác Xoắn thể không di động lông roi mà lại di động việc tự vặn xoắn thể Bề

ngang tế bào vào khoảng 0,3- 1,5μm, chiều dài tùy lồi mà thay đổi từ 6- 500μm Xoắn thể khó nhuộm màu, người ta thường quan sát xoắn thể kỉ thuật “kính hiển vi đen” Khi xoắn thể có màu sáng rõ tối đen Một số

lồi xoắn thể có trụđàn hồi giữa, tế bào xoắn lại xung quanh trụ Một số lồi khác lại có màng sóng trơng giải lụa mỏng dính dọc theo tế bào

Các xoắn thể có nhiều nơi tự nhiên: ao, hồ, ruột động vật có vú, ruột mối gỗ, nhiều loại kí sinh thể người nhưTreponema pallidum gây bệnh giang mai, Leptospirra australis gây bệnh sốt vàng da xuất huyết Borrelia burgdorferi gây bệnh sốt hồi quy…

3 Rickettsia

Rickettsia phát vào năm 1909 nhà bác học Mĩ Howard Taylor Ricketts (1871-1910) Prowazek Stanislaus Joseph Mathias (1875-1915) nhà khoa học Tiệp Khắc

Rickettsia giống Rickettsiaceae, Rickettsiales, vi khuẩn ký sinh nội bào, có nhóm (Tribus): Rickettsiae, Ehrlichiae và Wolbachiae với giống chủ yếu

(112)

nucleic, thành tế bào có hợp chất đặc trưng thành tế bào vi khuẩn, sinh sản cách chia tế bào động vật

a b c

Hình 3.31 a Howard Taylor Ricketts (1871-1910),

b Vi khuẩn Rickettsia prowazekii c Kí chủ Dermacentor andersoni

Rickettsia có dạng hình cầu, hình que hình sợi Vì có đời sống kí sinh nuôi cấy chúng môi trường nhân tạo mà phải nuôi cấy chúng phôi gà hay thểđộng vật (chuột, thỏ ) Chúng có lực đề kháng yếu nhiệt độ

cao, ởđộ pH nhỏ (pH=4,1), với formol nhiều chất sát trùng khác

Rickettsia nguyên nhân nhiều bệnh sốt phát ban, sốt nốt, sốt phồng nước, sốt “chiến hào”, sốt Bắc Úc, sốt Xeberi Vật truyền bệnh chấy, rận, bọ chét, ve

4 Mycoplasma Chamydia

Mycoplasma phát vào năm 1898 loại vi khuẩn nhỏ nuôi cấy

được môi trường nhân tạo

Chúng nhỏ bé đến mức có nhiều lồi khơng thể quan sát thấy kính hiển vi quang học Vì chưa có thành tế bào vững nên chúng dễ biến đổi hình dạng Chúng thường có hình cầu, hình sợi phân nhánh Người ta thường nuôi cấy Mycoplasma nhiệt độ

370C pH=7,0-8,0 Chúng bị tiêu diệt dễ dàng đưa nhiệt độ lên 45- 550C vòng 15 phút Mycoplasm thường gây bệnh viêm phổi – màng phổi, tiết niệu - sinh dục

Mycoplasma thuộc họMycoplasmaceae, họđộc bộMycoplasmales (đôi Mycoplasmatales - Freundt, 1955) Trong Mycoplasmales có dạng vi khuẩn

Mycoplasma dạng L PPLO Đây vi khuẩn thuộc Tenerecutes, lớp Mollicutes

(113)

- Chlamydia giống Chlamydiaceae, thuộc Chlamydiales, vi khuẩn ký sinh bắt buộc, Gram âm có nhiều điểm giống Rickettsia, động vật có xương sống chúng khơng tạo ATP riêng mà sử dụng ATP vật chủ, kích thước chúng nhỏ (0,3 - 0,45μm) thời gian dài trước người ta coi chúng loại virus (virus kiềm tính Van Royen)

Hình 3.33.Vi khuẩn Chlamydia bệnh đau mắt hột* vi khuẩn gây nên *Bệnh đau mắt hột (tiếng Anh: trachoma) bệnh nhiễm trùng mắt vi khuẩn

Chlamydia trachomatis có khả làm thẹo, khơng chữa trị gây mù mắt

Bệnh mắt hột nhiễm khuẩn mi mắt gây ra, nguyên nhân gây mù lòa hàng đầu giới (có khoảng triệu người bị mù bệnh này)

Trong khoảng - 12 ngày sau xâm nhập vào mắt, vi khuẩn gây viêm mí màng mắt Mắt sưng, đỏ hồng, ngứa ngáy khó chịu để lâu khơng chữa thành vết thẹo mí mắt Khi mí mắt sưng làm lơng mi quặm vào trong, cọ sát vào tròng mắt tạo thêm vết thẹo, làm mờ mắt hay mù mắt

Bệnh mắt hột bệnh làm mù ngừa chữa hàng đầu giới Bệnh có nhiều địa phương nghèo, chậm tiến Phi châu, Nam Á, Đông Nam Á Trung Quốc Một số cộng đồng thiếu điều kiện bị dịch mắt này, thổ dân Úc, Nam Mỹ số dân đảo vùng Thái Bình Dương

Lâm sàng

o viêm giác mạc o đổ ghèn

o sưng mí mắt, bật mí lên thấy bên có nhiều hột mủ (do mà có tên gọi

mắt hột)

o lơng mi quặm vào mắt o hạch quanh tai

o tròng đen bị mờ

Điều trị

Dùng thuốc uống kháng sinh (Erythromycin, Zithromycin hay Doxycycline) sớm ngăn chận biến chứng gây thẹo hay mù

Một vài trường hợp cần phẫu thuật cắt bỏ thẹo sửa mí mắt để tránh gây cọ sát làm mờ màng tròng đen dẫn đến mù

Phòng ngừa

(114)

Câu hỏi ôn tập chương a Chọn câu nhất:

1 Đặc điểm tế bào nhân sơ là:

a Tế bào chất phân hoá chứa đủ bào quan

b Màng nhân giúp trao đổi chất nhân với tế bào chất c Chưa có màng nhân

d Cả a,b,c

2 Thành phần sau khơng có cấu tạo tế bào vi khuẩn ? -a Màng sinh chất; -b Màng lưới nội chất

-c.Vỏ nhầy; -d.Lông roi

3 Hình thái vi khuẩn ổn định nhờ cấu trúc sau đây: -a Vỏ nhầy ; -b Thành tế bào

-c Màng sinh chất; -d Tế bào chất

4 Người ta chia làm loại vi khuẩn: vi khuẩn Gram dương vi khuẩn Gram âm dựa vào yếu tố sau ?

-a Cấu trúc phân tử DNA -b Cấu trúc plasmid

-c Cấu trúc thành phần hóa học thành tế bào -d Số lớp peptidolycan thành tế bào

5 Thành phần hoá học cấu tạo nên thành tế bào vi khuẩn là: -a Kitin; -b Cellulose

-c Manan; -d Peptidoglycan Sinh vật có cấu tạo tế bào nhân sơ là: -a Vi khuẩn lam; -b Nấm men rượu -c Tảo; -d Động vật nguyên sinh

7 Trong tế bào vi khuẩn ribosome có chức sau ? -a Hấp thu chất dinh dưỡng cho tế bào

-b Tiến hành tổng hợp protein cho tế bào

-c Giúp trao đổi chất tế bào môi trường sống -d Cả chức

8 Chức di truyền vi khuẩn thực bởi: -a Màng sinh chất; -b Tế bào chất

-c Vùng nhân ; -d Ribosome

(115)

–b Có màng nhân

–c Có bào quan máy Golgi, lưới nội chất, ti thể… –d Hai câu b c

b Trả lời câu hỏi sau:

1 Vẽ sơđồ cấu tạo tế bào vi khuẩn, ghi rõ cấu tạo bắt buộc phải có cấu tạo khơng thường xuyên phụ thuộc vào nhóm vi khuẩn

2 So sánh cấu tạo thành tế bào vi khuẩn vi sinh vật cổ Nói rõ vai trị thành hoạt động sống phương pháp nhuộm Gram

3 Vẽ sơđồ cấu tạo màng sinh chất vi khuẩn, nói rõ chức vận chuyển chất qua màng

4 Bản chất vật thểẩn nhập, cấu tạo chúng khả nhuộm màu Chất nhân vi khuẩn, phát vấn đề genophore thể

nhân sơ

6 Plasmid thể nhân sơ, vai trò chức

7 Màng nhầy tiên mao, cấu tạo chức loại Nội bào tử, cấu tạo nhuộm màu

9 Nêu số ví dụ vi khuẩn sinh bào tử khơng sinh bào tử, ứng dụng chúng công nghệ vi sinh

10.Vẽ sơđồ cấu tạo tế bào nấm men So sánh cấu tạo tế bào nấm men nấm mốc 11.Các chu trình sinh học nấm men, đại diện nấm mốc

12.Nguyên tắc phương pháp phân loại vi sinh vật

13.Định nghĩa cho ví dụ khái niệm sau: bào tử vơ tính, bào tử hữu tính, nội bào tử, bào tửđính, bào tử túi, bào tửđảm, sợi nấm có vách ngăn, sợi cộng bào, sợi hai nhân

14.So sánh tổng quát khác biệt vi khuẩn, nấm, tảo đơn bào động vật đơn bào * Tài liệu đọc thêm

Kiều Hữu Ảnh, 2006 Giáo trình Vi sinh vật học (lý thuyết tập giải sẵn) song ngữ Việt- Anh phần phần 2, NXB KH&KT Hà Nội

Biền Văn Minh (chủ biên), Kiều Hữu Ảnh, Phạm Ngọc Lan, Phạm Hồng Sơn, Phạm Văn Ty, Nguyễn thị Thu Thuỷ, 2006 Vi sinh vật học, NXB Đại học Huế

Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Pham Văn Ty, 1997 Vi sinh vật học, NXBGD, Hà Nội

1 Dworkin W., Falkow S., Rosenberg E., Schleifer K.-H & Stackebrandt E (ed.) 2000 The Prokaryotes: an Evolving electronic resource for the microbiological community Springer-Verlag, New York

2. http://vietsciences.net http://vietsciences.free.fr

(116)

Bacterial mat: Dưới điều kiện thích hợp, vi khuẩn tạo thành khúm thấy mắt thường

Cổ khuẩn (Archaea) nhóm vi sinh vật đặc biệt bắt nguồn từ tiếng La tinh

Archaios có nghĩa cổ Giới Archaea

Ba ngành:

- Euryarchaeota - Crenarchaeota - Korarchaeota

Vi khuẩn (tiếng Anh tiếng La Tinh bacterium, số nhiều bacteria) đơi cịn

được gọi vi trùng Vi khuẩn nhóm sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi) thường có cấu trúc tế bào đơn giản khơng có nhân, khung tế bào (cytoskeleton) bào quan ty thể lục lạp Cấu trúc tế bào vi khuẩn miêu tả chi tiết mục sinh vật nhân sơ vi khuẩn sinh vật nhân sơ, khác với sinh vật có cấu trúc tế bào phức tạp gọi sinh vật nhân thực

Vi trùng thuật ngữ tương đối phổ biến với số nghĩa hiểu khác liệt kê

1 Đa số trường hợp tương đương với vi khuẩn (bacterium/ bacteria), nhóm sinh vật prokaryote Chữ trùng tương đương với chữ khuẩn cum từ phân loại hình thái, vd "tụ cầu trùng" ~ tụ cầu khuẩn, "trực trùng" ~ trực khuẩn v.v

2 Tương đương với vi sinh vật cụm từ vi trùng học để ám lĩnh vực nghiên cứu, môn, khoa nghiên cứu trường Đại học bệnh viện, vd "Khoa Vi trùng", "Bộ môn Vi trùng học" v.v

(117)

117

CHƯƠNG

(118)

Chương 4: Sinh học thể Nhân thực 118

I VI NẤM (MICROFUNGI) Đặc điểm đặc trưng

Vi nấm gì? gồm sinh vật nhân thực, hệ sợi, phần lớn có thành tế bào chứa kitin, khơng có lục lạp, khơng có lơng roi Sống dị dưỡng hoại sinh, kí sinh, cộng sinh, sinh sản chủ yếu bào tử

Các thể nấm với cấu tạo thành tế bào, kiểu trao đổi chất hệ enzym khác biệt với thể nhân thực khác (thực vật, động vật) khác xa với thể nhân sơ nên từ lâu

được xếp thành giới riêng - giới nấm (Kingdom Fungi)

Có danh từ thường dùng để nấm là: nấm men (Levures, Yeasts), nấm mốc (Moisissures) nấm lớn hay nấm có thể Trong vi sinh vật học, vi nấm hiểu nấm có thể hiển vi, bao gồm nhóm chính:

- Nấm đơn bào hay nấm men - Nấm sợi hay nấm mốc - Nấm nhầy

Nguồn gốc nấm

Nấm có nguồn gốc đa nguyên, ngành, chí lớp ngành bắt nguồn từ tổ tiên khác Người ta cho nấm cổ có tổ tiên từ trùng roi Các dạng nấm xuất lâu Các bào tử chúng giống với bào tử loài nấm lớp đất kỷ xa xưa Trong đất thuộc Mezozoi (cách 70-185 triệu năm) tìm thấy di tích nấm giống với nấm thuộc Mốc nước nấm noãn nấm túi chưa hoàn chỉnh thuộc chi Diplodia…

1 Nấm men (Levures, Yeasts)

1.1 Đặc điểm hình thái, cấu trúc sinh sản của nấm men

Nấm men tên gọi thông dụng để nhóm vi nấm thể đơn bào, nhân có màng nhân, sinh sản chủ yếu theo kiểu nảy chồi.Nấm men khơng phải nhóm nấm riêng biệt mà thuộc nhiều nhóm khác giới nấm Nấm men thuộc lớp nấm nấm túi (Ascomycetes), nấm đảm (Basidiomycetes) nấm bất toàn (Deuteromycetes)

Tế bào nấm men có nhiều hình dạng khác nhau, hình cầu, hình bầu dục, hình elip, hình ống Kích thước tế bào thay đổi từ 1,5-12μm Nếu tế bào dạng sợi chiều dài tới 20μm hay nữa, thường sợi nấm giả gồm nhiều tế bào dính lại với theo chiều dài cách lỏng lẻo

Trong số 75.000 loài nấm biết có 500 lồi nấm men thuộc khoảng 50 giống

Thành tế bào nấm men thường dày khoảng 100-250nm, cấu tạo chủ yếu hợp chất mannan-glucan hay mannan- kitin Bên thành tế bào màng sinh chất có cấu tạo khơng khác so với tế bào sinh vật khác

(119)

Khác với vi khuẩn, nấm men có nhân phân hóa, nhân có màng nhân, lổ thủng nhân Trong tế bào nấm men có quan nhỏ ti thể, lưới nội chất, máy Golgi…

Ti thể nấm men có dạng hình cầu, hình bầu dục hay hình sợi bao hai lớp màng, hai lớp màng chất bán lỏng Từ lớp màng lại tạo vơ số vách nối vào phía gọi vách ngang để tăng diện tích bề mặt màng Ti thể trung tâm tạo lượng tế bào Trong ti thể gặp lượng nhỏ DNA, gọi DNA ti thể

Bộ máy Golgi gồm tui, không bào cấu tạo lớp màng xếp song song hình cung Bộ máy Golgi tham gia vào hoạt động tiết chất cặn bã, chất độc hại khỏi tế bào

Lưới nội chất hệ thống ống, xoang phân nhánh với cấu trúc màng tương tự

như màng sinh chất Trên màng lưới nội chất có nhiều ribosome- quan tổng hợp protein tế bào

Hình 4.1 Cấu trúc tế bào nấm men

N= nhân; M= ty thể; Va= không bào; ER= mạng lưới nội chất; Ves= bào nang Nấm men sinh sản vơ tính đâm chồi phân chồi, q trình

sinh sản hữu tính

Nấm men có dạng chu trình sinh học:

- Chu trình đơn bội - lưỡng bội loài Saccharomyces cerevisiae - Chu trình ưu lưỡng bội lồi Saccharomycodes ludgyzii - Chu trình ưu thếđơn bội nhưở lồi Schizosaccharomyces octosporus

Nhờ kính hiển vi điện tử khoa học thấy có khác thời gian hình thành thoi vơ sắc sinh sản vơ tính nấm men phân đôi nấm men đâm chồi

(120)

Hình 4.3 Nấm men sinh sản phân cắt tế bào vách ngăn

Bào tử túi Bào tử màng dày Bào tửđốt

Hình 4.4 Nấm men sinh sản bào tử túi, bào tử màng dày bào tửđốt

Hình 4.5 Nấm men sinh sản bào tử bắn

(121)

Hình 4.7 Sự nảy chồi hình thành bào tử túi nấm men Saccharomyces cerevisiae 1.2 Vai trò sinh học của nấm men

Nấm men có giá trị dinh dưỡng cao giàu protein (45-55% khối lượng khơ) vitamin (tiền vitamin D loại vitamin nhóm B) Nấm men lại có tốc độ phát triển nhanh, có thểđồng hóa trực tiếp muối vơ (N, P, K) hợp chất carbon hữu cơđều (trực tiếp gián tiếp) dùng làm thức ăn nuôi cấy nấm men (rỉ đường, farafin, dầu mỏ )

Nấm men chiếm vị trí đặc biệt cơng nghiệp thực phẩm: làm nở bột mì, nấu rượu, làm rượu vang, làm mát, sản xuất sinh khối để chếprotein Riêng sản xuất bánh mỳ

hằng năm giới tiêu thụ 1,7 triệu nấm men bánh mỳ

Một số nấm men khác nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm Trong số có

(122)

Bảng 4.1 Bảng phân nhóm đơn giản nấm men

Lớp (Classes)

Bộ Họ Họ phụ Giống

N ấ m tú i ( As comyce tes ) Endomycetales Saccharomycetaceae Spermophthoraceae Schizosaccharum-vcetoideae Nadsonioideae Lipomycetoideae Saccharomycetoi-deae Schizosaccharo-myces Hanseniaspora Lipomyces Debaryomyces Hansenula Kluyveromyces Pichia Sacharomyces Coccidiascus N ấ m đả m ( Basidiomy -cet es ) Ustilagi-nales Tremell-ales Filobasidiaceae Leuvures Sirobasidiaceae Tremellaceae Filobasidium Leucospiridium Sirobasidium Tremalla N ấ m b ấ

t toàn (

Deuteromy-cet es ) Blastomyc etal es Cryptococcaceae Sporobolomycetaceae Cryptococcoideae Rhodotoruloideae Trichospororoideae Brettanomyces Candida Cryptococcus Torulopsis Rhodotorula Trichosporon Sporobolomyces

Hình 4.8 Hình thái tế bào nấm men bánh mì Saccharomyces cerevisiae

Candida albicans Cryptococcus neoformans

(123)

2 Nấm mốc

Nấm mốc tên để nhóm nấm khơng phải nấm men, khơng phải nấm lớn có thể (nấm mũ)

2.1 Cấu tạo của nấm mốc

Nấm mốc thường tạo thành khối sợi có nhánh gọi khuẩn ti (sợi nấm).Sợi nấm ống hình trụ dài, thường phân nhánh, có loại có vách ngăn ngang

các lớp nấm bậc cao (Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes) không vách ngăn thuộc nấm bậc thấp nhưOomycetes Zygomycetes

Một số loại nấm mốc thường dùng thực phẩm nhưMucor, Rhizopus , sợi nấm thường khơng có vách ngăn Tồn hệ sợi coi tế bào phân nhánh, người ta gọi

đấy thểđa nhân Phần lớn sợi nấm mốc có vách ngăn tạo nên thểđa bào

Đường kính sợi nấm vào khoảng 0,3-5μm, có đạt tới 10μm hay lớn (mắt thường nhìn thấy) Trên chất tự nhiên môi trường nuôi cấy đặc (thạch

đĩa, thạch nghiêng ), sợi nấm phát triển thành hệ sợi (khuẩn ti thể) có dạng hình trịn

được gọi khuẩn lạc nấm mốc (hình 2.10)

Hình 4.10 Khuẩn lạc mơi trường thạch đĩa và quan sinh sản nấm mốc chi Aspergillus

Nấm mốc tăng trưởng Điều đáng ý vách ngăn khơng ngăn ngang (ở nấm có vách ngăn) khơng làm cho sợi nấm có cấu tạo đa bào hồn chỉnh, vách ngăn có lỗ thủng (một hay nhiều lỗ) Qua lỗ thủng sinh chất qua lại dễ dàng mà nhân thót nhỏ lại để chui qua Kết có tế bào có nhiều nhân (thường phần ngọn) ngược lại có tế bào khơng có nhân Ngồi hệ sợi nấm, có hai đầu sợi nấm tiếp cận sát với nhau, thành chỗ tiếp cận hóa nhầy, kết hai sợi liên thơng với Chính vậy, nói hệ sợi nấm ống thông suốt chất dinh dưỡng chất nguyên sinh lưu chuyển dễ

(124)

Hình 4.11 Hình thái nấm mốc Rhizopus

Thành tế bào nấm mốc có cấu trúc khác tùy nhóm, đa số chứa kitin, glucan, kitozan Tế bào nấm mốc có chứa thành phần tương tự tế bào nấm men: Nhân, ti thể, máy golgi, lưới nội chất…

Hình 4.12 Cấu trúc đại thể tế bào nấm mốc 2.2 Đời sống của nấm mốc

(125)

Nấm sợi sinh sôi nảy nở cách đứt đoạn sợi nấm, vừa cách tạo nhiều bào tử vơ tính hay hữu tính

Bào tử vơ tính như: Bào tử kín, bào tử màng dày, bào tử trần, bào tử đốt, bào tử

phấn

Bào tử hữu tính (tạo thành sau q trình sinh sản hữu tính)như: bào tử noãn, bào tử

tiếp hợp, bào tửđảm

1 Hình 4.13 Hình dạng số cuống bào tử bào tử nấm mốc thường gặp

1.Mucor; 2.Rhizopus; Aspergillus; 4.Penicillium; 5.Fusarium

Thamnidium Rhizopus

Hình 4.14 Nấm mốc sinh sản bào tử nang kín

Một số nấm sinh động bào tử roi (chytridiomycetes) hai roi (Oomycetes) chu trình sinh sản Các nấm bậc cao loài Aspergillus

Penicillium hình thành cầu tiếp hợp hai tế bào hai sợi (+ -), tượng sinh sản cận tính

(126)

2.3 Vai trò của nấm mốc

Nấm mốc ứng dụng nhiều ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp dược phẩm nấm mốc sử dụng để sản xuất thuốc kháng sinh penicillin, cephalosporin, nhiều loại vitamin B2 Trong cơng nnghiệp hóa chất cơng nghiệp thực phẩm, nấm mốc sử dụng để sản xuất formage, citric acid, nucleic acid, gibberellin, indolacetic acid

Nhiều nấm mốc ứng dụng q trình chuyển hóa hợp chất steroid alcaloid (dùng để làm thuốc) Nhiều loài nấm sợi sinh khối rẻ tiền sản xuất dễ

dàng quy mô công nghiệp tạo nguồn thức ăn bổ sung giàu protein vitamin cho người, cho gia súc, gia cầm

Nấm mốc thường có enzym phân giải mạnh hệ enzym phân giải cellulose, phân giải pectin, enyme amylase, protease, lipase Từ xa xưa, nhiều loài nấm mốc nhân dân ta sử dụng để sản xuất tương, chao, nước chấm, tạo enzym

Tuy nhiên, có nhiều lồi nấm mốc kí sinh gây nên nhiều bệnh khó chữa người gia súc, nhiều loại nấm gây tổn thất lớn lao cho trồng rừng Các bệnh nấm

người hắc là, lang ben, nấm tóc, lúa đạo ôn, đốm nâu, mốc sương, khô vằn

Bảng 4.2 Bảng phân loại đơn giản số giống nấm mốc

Ngành Ngành phụ Lớp Bộ Giống

Zygomycotina (Zygomycetes)

Zygomycetes Mucorales Mucor

Rhizopus Ascomycotina Plectomycetes Pyenomycetes Hemiascomycetes Eurotiales Spahaeriales Endomycetales Emericella (A nidulans) Neurospora (N grassa) Eremothecium Basidiomycotina (Basidiomycetes) Hemibasidiomycetes Urenidales Ustilaginales Puccinia Ustilago Candida Geotrichum Amastigomycota Deuteromycotina (Deuteromycetes) Hyphomycetes

(dạng nấm men =

Blastomycetes)

Hyphomycetes Moniliales

(127)

Hình 4.16 Nấm Epidermophyton floccosum gây bệnh hắc lào người

3 Nấm nhầy

Cơ thể nấm nhầy khối nhầy khơng có màng gọi thể ngun hình, thường có màu vàng hay hồng Thể ngun hình có nhiều nhân lưỡng bội, nhân tế bào,

vậy thể nấm nhầy hợp bào (plasmodium) Thể ngun hình có khả di chuyển kiểu amip Nấm nhầy thường sống hoại sinh tàn tích thực vật,do hay gặp nấm nhầy bãi cỏ, đất rừng, bãi gỗ, đống rác hay phân động vật ăn cỏ Cũng có nhiều lồi sống ký sinh thực vật

Theo Bùi Xuân Đồng (1977) ngành nấm nhầy (Myxomycetes) chia lớp:

1 Lớp Acrasiomycetes: Gồm nấm nhầy hoại sinh, cử động amip, sau tụ họp thành thể nhầy giả (Pseudoplasopodium)

2 Lớp Hydromyxomycetes: Gồm nấm nhầy kí sinh cửđộng amip, sau tụ họp thành thể nhầy giả

3 Lớp Myxomycetes: Hoại sinh nhầy (plasmodium), bọc bào tử có cuống Lớp Plasmodiophoromycetes: Có thể nhầy, bọc bào tử khơng cuống, kí sinh lớp nấm nhầy kí sinh gây bệnh cho trồng

Hiện số tác giả cho rừng Nấm nhầy xếp vào hai nhóm: Nấm nhầy có cấu tạo cộng bào (Myxomycetes) Nấm nhầy có cấu tạo tế bào (Acrasiomycetes), trước chúng xếp vào Myxomycetes Trong giai đoạn dinh dưỡng, chúng khơng có vách tế bào chúng hấp thu chất dinh dưỡng hay lấy thức ăn theo kiểu amip; tương tự kiểu dinh dưỡng nguyên sinh động vật Tuy nhiên, chúng thành lập vách cellulose giai đoạn sinh sản, tạo bào tử có vách bên bào tử phịng,

thế giống với Nấm

3.1 Nấm nhầy có cấu tạo cộng bào

Trong giai đoạn dinh dưỡng, Nấm nhầy có cấu tạo cộng bào khơng có vách tế bào, khối chất nguyên sinh trần, chứa nhiều nhân gọi plasmodium Chúng sống cây, gỗ mục hay vật chất hữu khác để lấy thức ăn Dưới số điều kiện thể nhỏđược thành lập

(128)

tượng để nghiên cứu đặc điểm chất nguyên sinh, chúng đối tượng để

nghiên cứu nguyên phân Sau bào tử phòng phóng thích bào tử, chúng nẩy mầm tạo thể amip đơn tướng, phát triển chiên mao Những thể amip

hoạt động giao tử, phối hợp bắt đầu cho plasmodium 3.2 Nấm nhầy có cấu tạo tế bào

Nhóm khác nhóm giai đoạn dinh dưỡng gồm tế bào riêng lẻ

kiểu amip, gọi myxamoeba Ni cấy phịng thí nghiệm, myxamoeba

ăn vi khuẩn cách thực bào Trong tự nhiên, Nấm nhầy có cấu tạo tế bào thường

được tìm thấy chất hữu thối rửa hay phân súc vật Nhiều loài giới hạn phân bố phân loài động vật đặc biệt mà thơi Thí dụ, lồi tìm thấy phân khỉ

howler (một loại khỉ có tiếng kêu lớn, sống Nam mỹ), loài khác thấy sống phân loài đại bàng Chúng vừa dinh dưỡng vừa phân cắt để gia tăng số

lượng quần thể, trước bước vào giai đoạn sinh sản

Có điểm đáng ý môi trường thiếu thức ăn, tế bào kết dính lại thành plasmodium giả (pseudoplasmodium), chúng phản ứng lại với kích thích mơi trường sinh vật Về sau plasmodium giả tạo thể mọc thẳng lên Trong lúc này, myxamoeba phân hóa thành hai loại tế bào, tế bào cuống bào tử (Hình 4.17)

Hình 4.17 Chu kỳđời sống nấm nhầy

Một số thí nghiệm cho thấy có yếu tố cảm ứng giúp cho myxamoeba nhận tế bào loại để kết lại hay nhận tế bào lạđể loại Sự nhận diện có

(129)

Tổng quát về nấm:

Bảng 4.3 Các lớp nấm thường gặp

Lớp nấm Loại sợi Bào tử vơ tính Bào tử hữu tính Nới sống Ví dụ Oomycetes

khơng có vách ngăn

(coenocytic)

bào tử chuyển

động Oospora

thủy sinh, nhiều loài gây bệnh cho cá, mốc sương khoai tây

Allomyces

Zygomycetes coenocytic

bào tử túi, bào tửđính (conidia)

Zygospora (bào

tử tiếp hợp) đất, phân giải chất hữu thực vật

Mucor, Rhizopus

Ascomycetes có vách ngăn, sốđơn bào

đính bào tử (đâm chồi)

bào tử túi (ascospore)

đất, phân giải chất hữu thực vật

Neurospora, Saccharo-myces, Morchella Basidiomycetes mcó vách ngột sốđơn bào ăn, conidiaUredospora (đâm ch, ồi) (bào tbasidio-sporeửđảm ) cđấơt, phân gi thực vật ải chất hữu Amanita Agaricus,

Deuteromycetes có vách ngăn, sốđơn bào

bào tửđính, bào tử

đốt (arthrospora) chưa thấy

đất, thực vật

thểđộng vật

Candida, Trychophyton, Epidermo-phyton Bảng 4.4 Các kiểu bào tử nấm

Ví dụ giống nấm Kiểu bào tử Tính chất

Saprolegnia Bào tử vơ tính (động bào tử)

Zoospores)

Bào tửđơn, có roi, chuyên động Aspergillus,

Penicillium

Đính bào tử (Conidiospore) Bào tử đơn tập hợp thành chuỗi hình thành cuống bào tử (Conidiospore)

Mucor, Rhizopus Bào tử túi vơ tính (Sporangiospores) Bào tửđược hình thành túi (bào tử vơ tính)

Coccidioides Bào tửđốt (Arthrospores) Bào tử hình thành cách chia đốt sợi

khí sinh

Candida Bào tử dây (Chlamydospore), bào tử

mầm (Blastospore)

Thành dày, bào tửđơn, hình thành phân

đơi hay chồi giống nấm men Saccharomyces,

Neurospora

Bào tử túi Được hình thành túi (bào tử hữu tính), thường

4 - bào tử túi

Agaricus Bào tửđảm (Basidiospores) Phát triển tận đảm (thường bào tử)

Rhizopus Bào tử tiếp hợp (Zygospores) Bào tử lớn hình thành thành dày (bào

tử hữu tính)

Saprolegnia Bào tử nỗn (Oospore) Bào tử phát triển Oogonium (nguyên bào

trứng)

2 3

Hình 4.18 Một số loại nấm ăn nấm dược liệu trồng Việt Nam 1 Nấm sò ( Pleurotus ostreatus ); Mộc nhĩ (Auricularia auricula)

(130)

Các loài nấm đảm ăn giống nấm mỡ (Agaricus bisporus), nấm rơm (Volvariella volvacea), mộc nhĩ (Auricularia), nấm hương (Lentinus), ngân nhĩ

(Tremella)…đang trở thành đối tượng chủ yếu công nghệ nuôi trồng nấm ăn

Phân loại nấm mốc chủ yếu dựa vào tính trạng hình thái: cấu tạo sợi mang bào tử, cấu tạo bào tử số tính trạng sinh lý sinh hóa

II ÐỊA Y

Ðịa y dạng cộng sinh hai loài: Nấm mốc Tảo Hình thức cộng sinh đặc biệt, có hình dạng riêng nên Ðịa y có tên giống lồi Các hình dạng Ðịa y: hình vảy (crustose), chặt dán vào giá thể; hình với nhiều thùy(foliose) cây; hay hình cành (fruticose ), bụi (Hình 4.19)

Hình 4.19 Các dạng Địa y: (A) Dạng vảy (B) Hình (C) Hình trái Trong Ðịa y, thành phần Nấm thường Nấm túi, Nấm đảm Thành phần Tảo thường Tảo lục, Vi khuẩn lam Tế bào Tảo phân tán khuẩn ty (Hình 4.20) Một số khuẩn ty dán chặt vào rong để hấp thu carbohydrat chất hữu từ

(131)

Ðịa y diện thân cây, đất đá Trên đá chúng sinh vật tiên phong, tộc đoàn chiếm mơi trường chúng phá hủy đá acid mà chúng tiết ra, tạo hạt đất nhỏ Những vật chất hữu từ Ðịa y thối rửa làm tăng thành phần đất tạo Các acid tiết thay đổi theo loài thường dùng để định danh Ðịa y

Ðịa y tăng trưởng với tốc độ chậm: Ðịa y dạng vảy tăng trưởng từ 0, mm đến 10 mm /1 năm, Ðịa y dạng tăng trưởng từ

đến cm hàng năm Ðịa y dễ bị tổn hại chất ô nhiễm không khí xem sinh vật thị

chất lượng khơng khí Thường phải xa vài dặm cách xa thành phố tìm Ðịa y Ðịa y sinh sản vơ tính, thành phần Nấm túi sinh sản hữu tính túi Một mảnh Ðịa y tách cho Ðịa y Thêm vào đó, số lồi tạo thể sinh sản đặc biệt gọi mầm phấn (soredia), khối nhỏ gồm tế bào Tảo

được bao quanh khuẩn ty Mầm phấn phát tán gió nước mưa Ðể

hiểu chất Ðịa y giải thích nguồn gốc chúng, nhà thực vật học từ lâu

đã thử tổng hợp Ðịa y từ tế bào Tảo Nấm Mặc dù hai thành phần nuôi cấy riêng rẻ, tổ hợp lại thành Ðịa y thật khó khăn Trong năm gần đây, cộng sinh tạo ra, chúng có hình dạng phần giống với Ðịa y chưa phải cấu trúc thật Ðịa y Do đó, câu hỏi đặt tự nhiên Ðịa y từ Tảo Nấm hình thành nào?

Ðịa y thành phần quan trọng đài nguyên vùng cực bắc thức ăn cho caribou (một loại nai lớn Mỹ châu) Ðịa y quan trọng dân Eskimo, dân Lapps,

phía bắc Thụy điển, Na uy Phần lan, caribou nguồn thực phẩm Ngồi Ðịa y dùng để sản xuất nước hoa phẩm nhuộm

III VI TẢO

1 Đặc điểm chung

Vi tảo (Microalgae) tên gọi để tất lồi tảo có kích thước hiển vi có sắc tố

quang hợp Chúng thuộc nhiều nhóm phân loại khác nhau; tảo mắt, tảo vàng ánh, tảo lục, tảo silic, tảo giáp Vi tảo có khả sinh sản vơ tính lẫn hữu tính với tốc độ mạnh

(132)

2 Đời sống vi tảo

Nhiều lồi vi tảo có đời sống trôi Chúng thành phần chủ yếu thực vật phù du Chúng trôi bề mặt lớp nước mắt xích thức ăn sinh vật sống nước

Có lồi vi tảo suốt đời bám vào hịn đá, cành đáy nước Rất nhiều loài sống mặt đất đất (tảo silic, tảo mắt, tảo lục ) Chúng mặt làm giàu thêm chất hữu cho đất có trở thành kẻ tranh dành chất khoáng

đối với trồng

Vi tảo đơn giản thể đơn bào, tập hợp đơn bào, có roi Clamydomonas, Peridinium Euglena (tảo mắt), khơng có roi nhưChlorella (tảo lục),

Diatomia (tảo silic)

Các vi tảo thường gặp thể đa bào tập hợp đơn bào, tập

đồn Volvox, Pediastrum, Scenendesmus (thuộc nhóm Archethalle) phức tạp có

phận đính bám phận dựng đứng sợi mảnh phân nhánh khơng (có thể có vách ngăn tạo thành tế bào tương đối độc lập khơng có vách ngăn ống cộng bào (coenocytic) Những tảo sinh sản cách phân chia tế bào lạ cách rụng tế bào ởđầu (Sphacelaria, Ectocarpus…), chúng sinh sản hữu tính tiếp hợp đẳng giao (hai giao tử nhau) dị giao (hai giao tử khác nhau)

Các sắc tố quang hợp hỗ trợ nhóm tảo khác khác nhau, người ta biết nhóm tảo với sắc tốđã nghiên cứu tương đối kỹ Bốn giống tảo lục Clamydomonas (đơn bào roi), Gonium (tập hợp đơn bào roi), Pandorina (tập hợp

đơn bào, phía ngồi cịn có roi, phía roi) Volvox (tập hợp đơn bào, phía ngồi có roi làm chức di động cho tập đồn, phía tế bào roi làm chức quang hợp, hô hấp) ví dụ rõ nét chứng minh tiến hóa từ tổ chức đơn bào lên tổ chức

đa bào phân hóa thơ sơ

Peridinium Euglena Ectocarpus

Hình 4.21 Hình dạng số lồi vi tảo

3.Vai trị vi tảo

Lợi dụng tốc độ phát triển đặc biệt nhanh loài vi tảo giá trị dinh dưỡng cao chúng (giàu protein vitamin) từ lâu người ta tìm cách cấy ni vi tảo theo quy trình cơng nghiệp thủ cơng nghiệp

(133)

ngày, trồng lí tưởng chắn phải vi tảo Khả quang hợp vi tảo vượt gấp 5-6 lần so với trồng (sau 24 tăng sinh khối lên 000 lần) Chúng

thải lượng oxygen ngày gấp 200 lần thể tích chúng Chỉ cần 50 lít dịch ni cấy tảo Chlorella cung cấp đủ oxygen cho nhà du hành vũ trụ, mặt khác sinh khối

Chlorella coi bổ tất loại thực phẩm thông thường khác

Một số vi tảo sống biển có độc tính cao gây chết hàng loạt động vật thủy sinh

Hình 4.22 Hình thái số vi tảo dùng để sản xuất SPC Chlorella sp (trái); Spirulina sp (giữa) Scenedesmus sp (phải)

Bảng 4.5 Sắc tố số tính chất nhóm tảo khác

Ngành tảo Diệp lục Carote-noid

Oxycaroten Một số tính chất

Ch lo ro ph y ta (t ả o l ụ c) a b α m ộ t β Lutein, Zeaxanthine, Neoxanthine, Violaxanthine

Tế bào roi, sinh sản vo tính chia đơi sinh sản hữu tính, chất dự trữ tinh bột, thành tế bào chủ yếu cellulose

Eu gl en op h yta (t ả o m ắ t) a b β Astaxanthine, Neoxanthine

Đơn bào có roi (một số có - roi), sinh sản vơ tính chia đơi hữu tính, chất dự trữ mỡ loại tinh bột paramylon, khơng có thành tế bào

Chrysophy ta (t ả o vàn g, t ả

o silic) a c β

Lutein, Fucoxanthine, Diadinoxanthine, Diatoxanthine

Phần lớp đơn bào, số nhỏ dạng sợi có - roi, sinh sản vơ tính hữu tính, chất dự trữ dầu lecucosin với silic, thành tế bào thấm pectin, silica

Pyro phyt a (T ả o l a, t ả o gi áp)

a c β

Dinoxanthine, Diadinoxanthine, Peridinine

Đơn bào roi bên, sinh sản vơ tính phân đơi, chất dự trữ tinh bột, thành tế bào cellulosse

Pha eoph yt a (t ả o nâ u)

a c β

Tucoxanthine, Lutein, Diatoxanthine, Xanthophylls

Đa bào, kích thước lớn, hai roi khác biệt bên, sinh sản vơ tính động bào tử, sinh sản hữu tính giao tử chuyển động, chất dự trữ Laminarian, thành tế bào có cellulosse acid alginic

Rh od ophyt a (t ả o đỏ ) a d α β Phycocyanine, Phycoerythrine, Neoxanthine, Lutein, Zeaxanthine, Violaxanthine

(134)

Urothrix Cladophora Vaucheria

6 Stigeoclonium Gonium Pediastrum Hình 4.23 Một số loài vi tảo thường gặp

IV ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH

Động vật nguyên sinh (Protozoa-tiếng Hy Lạp proto=đầu tiên zoa=động vật) sinh vật đơn bào (nguyên sinh vật-Protista) có khả chuyển động Động vật nguyên sinh có khoảng 20,000 đến 25,000 lồi, số có khả quang hợp

Động vật Nguyên sinh dạng sống đơn giản, thể có tế bào, có khả thực đầy đủ hoạt động sống thểđa bào hồn chỉnh, chúng thu lấy thức ăn, tiêu hóa, tổng hợp, hơ hấp, tiết, điều hịa ion điều hòa áp suất thẩm thấu, chuyển động sinh sản Sở dĩ chúng thực hoạt động sống thể có cấu tử giống với cấu tử tế bào thể đa bào nhân, ty thể, mạng nội chất, hệ Glogi, không bào co bóp khơng bào tiêu hóa Một số ngun sinh động vật cịn có bào hầu nối liền bào với túi tiêu hóa, tiêm mao tiên mao hoạt động nhờ thể gốc Động vật nguyên sinh thường có kích thước 0.01 - 0.05mm

Những động vật nguyên sinh Leeuwenhoek A.V phát từ kỷ XVII nghiên cứu vào kỷ XVIII Joblot L nhiều tác giả khác

(135)

1 Sarcomastigophora với nhánh Sarcodina hay Rhizopodes (Rhizopodes

Actinopodes), nhánh Mastigophora hay Flagelles, nhánh Opalinata (cũng có tài liệu hợp

Rhizopodes Flagelles vào dạng Rhizoflagelles)

2 Sporzoa (ký sinh động vật, nhiều vật chủ) Cnidospora (ký sinh động vật có xương khơng xương)

4 Ciliophora hay cilie (roi ngắn - cils, có hai loại nhân: nhân to nhân bé)

Với 30.000 loài mô tả, động vật nguyên sinh sống đất nước, nhiều

động vật ngun sinh có vai trị quan trọng lớp bùn hoạt tính trạm lọc nước thải

1 Vorticella 2 Giardia lamblia 3.Green alga (Chlamydomonas) Hình 4.24 Một số loại động vật nguyên sinh

Sau so sánh số tính chất nhóm vi sinh vật

Bảng 4.6 So sánh số tính chất nhóm vi sinh vật

Tính chất Vi khuẩn Nấm Tảo ĐV nguyên sinh

Loại tế bào nhân sơ nhân thực nhân thực nhân thực

Kiểu dinh dưỡng hóa dị dưỡng (một số quang dưỡng)

hóa dị dưỡng hữu

quang tự dưỡng hóa dị dưỡng hữu

Đa bào, đơn bào đơn bào đa bào (trừ nấm men)

một số đơn bào số đa bào

đơn bào Cách xếp tế

bào

riêng lẻ, số hình thành tập hợp

đơn bào, sợi khơng vách ngăn sợi có vách ngăn

đơn bào, tập hợp sợi bắt đầu hình thành mơ

riêng lẻ, tập hợp

Phương pháp thu

nhận thức ăn hấp thụ hấp thụ

quang hợp, hấp thụ hấp thụ, thực bào Tính chất đặc

trưng

phân bào vơ tơ (trực phân)

bào tử hữu tính vơ tính

sắc tố quang hợp sắc tố hỗ trợ

chuyển động

Thành tế bào Murein Hemicellulose

chitine

cellulose khơng có

lipoproteid

pH tối ưu 6,5 - 7,5 3,8 - 5,6 gần trung tính trung tính

Nhu cầu O2 kị khí đến hiếu khí hiếu khí hiếu khí hiếu khí

Chất dự trữ loại poly-saccharide

glucogen tinh bột glucogen

nhiều loại poly-saccharide

Số loài biết 4000 80.000 (tất giới

nấm)

15.000 (chỉ tính tảo đơn bào)

(136)

1 Vẽ sơđồ cấu tạo tế bào vi khuẩn, ghi rõ cấu tạo bắt buộc phải có cấu tạo khơng thường xun phụ thuộc vào nhóm vi khuẩn

2 So sánh cấu tạo thành tế bào vi khuẩn vi sinh vật cổ Nói rõ vai trò thành hoạt động sống phương pháp nhuộm Gram

3 Vẽ sơđồ cấu tạo màng sinh chất vi khuẩn, nói rõ chức vận chuyển chất qua màng

4 Bản chất vật thểẩn nhập, cấu tạo chúng khả nhuộm màu

5 Chất nhân vi khuẩn, phát vấn đề genophore thể nhân sơ Plasmid thể nhân sơ, vai trò chức

7 Màng nhầy tiên mao, cấu tạo chức loại Nội bào tử, cấu tạo nhuộm màu

9 Nêu số ví dụ vi khuẩn sinh bào tử không sinh bào tử, ứng dụng chúng công nghệ vi sinh

10.Vẽ sơđồ cấu tạo tế bào nấm men Cấu tạo thành tế bào nấm 11.Các chu trình sinh học nấm men, đại diện nấm mốc 12.Nguyên tắc phương pháp phân loại vi sinh vật

13.Định nghĩa cho ví dụ khái niệm sau: bào tử vơ tính, bào tử hữu tính, nội bào tử, bào tửđính, bào tử túi, bào tửđảm, sợi nấm có vách ngăn, sợi cộng bào, sợi hai nhân 14.Nêu số nấm có lợi gây hại

15.Các nhóm tảo, cấu tạo tế bào thành tế bào

16.Động vật nguyên sinh, cấu tạo đặc trưng khác với vi khuẩn So sánh tổng quát khác biệt vi khuẩn, nấm, tảo đơn bào động vật

1 Kiều Hữu Ảnh, 2006 Giáo trình Vi sinh vật học (lý thuyết tập giải sẵn) song ngữ Việt- Anh phần phần 2, NXB KH&KT Hà Nội

Biền Văn Minh (chủ biên), Kiều Hữu Ảnh, Phạm Ngọc Lan, Phạm Hồng Sơn, Phạm Văn Ty, Nguyễn thị Thu Thuỷ, 2006 Vi sinh vật học, NXB Đại học Huế

3 Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty,1999 Vi sinh học, NXBGD, Hà Nội

1 Nguyễn Thành Đạt 1999 Vi sinh vật học, NXBGD, Hà Nội Brock, 2006 Biology of Microbiology

(137)

*Giải nghĩa từ:

Sinh vật nhân thực (eukaryote), gọi sinh vật nhân điển hình sinh vật có nhân thức sinh vật gồm tế bào phức tạp, vật liệu di truyền

đặt nhân có màng bao bọc Sinh vật nhân thực gồm có động vật, thực vật nấm - hầu hết chúng sinh vật đa bào - nhóm đa dạng khác gọi chung nguyên sinh vật (đa số sinh vật đơn bào) Trái lại, sinh vật khác, chẳng hạn vi khuẩn, khơng có nhân cấu trúc tế bào phức tạp khác; sinh vật thếđược gọi sinh vật tiền nhân sinh vật nhân sơ (prokaryote) Sinh vật nhân thực có nguồn gốc thường xếp thành siêu giới vực (domain) Eukaryote chữ Latinh có nghĩa có nhân thật

Nhân tế bào bào quan tối quan trọng tế bào sinh vật nhân thực Nó chứa nhiễm sắc thể tế bào, nơi diễn q trình nhân đơi DNA tổng hợp RNA

Vỏ polysaccharide: số chủng VSV tạo vỏ polysaccharide Vỏ với protein A có chức bảo vệ vi khuẩn chống lại tượng thực bào

So sánh tế bào prokaryote eukaryote

- Cấu trúc quan trọng tế bào prokaryote: màng tế bào chất, ribosome gen - Tế bào eukaryote to phức tạp nhiều: màng tế bào chất, ribosome, nhân tế

bào chứa gen nhiễm sắc thể, ti thể, diệp lạp

Sự hình thành tế bào nhân thực

- Sự hình thành nhân hệ thống phân bào:

+ Tổ chức gen theo phương thức phân đọan để quản lý dung lượng lớn thông tin di truyền

+ Đảm bảo mã phân chia trật tự gen từ tế bào mẹ sang tế bào + Tạo nguồn đột biến tái tổ hợp phong phú

- Ti thể: nội cộng sinh (endosymbiont) tế bào tiền nhân có phương thức biến dưỡng hơ hấp hiếu khí

(138)

138

CHƯƠNG

DINH DƯỠNG, SINH TRƯỞNG VÀ

(139)

Chương 5: Dinh dưỡng, sinh trưởng sinh sản vi sinh vật 139

I THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TẾ BÀO VI SINH VẬT

Nhìn chung thành phần tế bào VSV gồm hợp chất tương tự thành phần sinh vật bậc cao Nó thay đổi tùy lồi, tùy tuổi mơi trường dinh dưỡng

* Các liên kết hóa học tế bào VSV -Liên kết cộng hóa trị

- Liên kết hydrogen tương tác kỵ nước -Lực van der Waals

* Các đại phân tử sinh học quan trọng tế bào VSV - Protein (55%)

- Nucleic acid (23,6%; DNA 3,1%; RNA 20,5%) - Lipid (9,1%), lipopolysaccharide (3,4%) - Polysaccharide (5%)

* Thường người ta chia hợp chất tế bào làm loại: -Phần nước

-Phần khô: gồm protein, gluxit, lipit, nguyên tố khoáng số chất hoạt động sinh học

1 Nước

Nước có tỷ lệ lớn tế bào vi khuẩn, chiếm từ 75- 85% trọng lượng nguyên sinh chất; chất khô chiếm 15- 25%

Trong tế bào vi sinh vật, phần lớn nước dạng tự do, có tác dụng hịa tan chất vơ hữu Thành phần nước tự tế bào thay đổi tùy theo điều kiện môi trường bên ngoài, trạng thái tế bào lứa tuổi Sự nước tự làm rối loạn trao đổi chất

Ngồi nước tự cịn phần nước dạng liên kết với hợp chất thể keo tế

bào hấp phụ nối hóa học ta gọi nước cấu tạo Nước cấu tạo khó tách khỏi tế bào, làm vỡ cấu tạo tế bào, tế bào bị chết

2 Protein

Protein thành phần chủ yếu phần khô tế bào vi sinh vật, thường thường chiếm 80% trọng lượng khô Tuy nhiên thành phần protein cao đặc điểm tất tế bào VSV Một số VSV có 13- 14% protein Sự chênh lệch phần protein tế bào protein cấu tạo có vai trị q trình sống ngồi protein dự trữ Và lượng protein dự trữ nhiều hay tùy thuộc nhiều điều kiện, đặc biệt thành phần thức ăn

(140)

* Cấu tạo protein: Cấu tạo chuỗi amino acid nối với liên kết peptide

- Hai mươi amino acid khác tính chất hóa học nhánh bên phân tử

- Đặc tính đa dạng protein trình tự amino acid - Phân tử protein có bốn cấp độ cấu trúc:

+ Cấu trúc bậc trình tự amino acid

+ Cấu trúc bậc hai hình thành vịng xoắn phiến bên sợi polypeptide liên kết hydrogen

+ Cấu trúc bậc ba cấu trúc uốn khúc nhiều liên kết khơng cộng hóa trị cộng hóa trị (liên kết –SH)

+ Cấu trúc bậc bốn kết hợp nhiều phân tử polypeptide

* Nucleic acid - DNA RNA

- Được tạo thành từ đơn phân nucleotide

(141)

- DNA RNA khác thành phần đường nucleotide

Liên kết cộng hóa trị nhóm đường phosphate hai nucleotide kề tạo thành khung đường phosphate

- Trình tự base (A, T, G, C, U) khung định đặc trưng phân tử

nucleic acid

- DNA có cấu trúc mạch đơi gắn với liên kết hydrogen A - T G - C Hai mạch có trình tự bổ sung cho

- RNA có mạch đơn

3 Gluxit (hay carbonhydrate- saccharide)

Gluxit chiếm khoảng 10- 30% chất khô, nấm thành phần đến 40- 60% Trong số 2- 5% riboza (trong thành phần axit nucleic) Còn phần lớn polysaccaride thường gặp: hemixenlulose, glycogen, glycerin, dextran Gluxit có giá trị lớn tế bào VSV, dùng để tổng hợp protein lipit, để làm vật liệu xây dựng tế bào vật liệu lượng trình hơ hấp

Polysaccharide VSV

- Phân tửđường đa phân (carbonhydrate, CHO)

(142)

- Đơn phân thường có sườn cấu trúc chung, khác nhóm vị trí khơng gian nhóm OH- mạch carbon

- Liên kết đơn phân liên kết glycoside

- Các polysaccharide khác khác hướng liên kết glycoside (a, b), khác đơn phân, khác tổ hợp loại đơn phân

- Các polysaccharide quan trọng cellulose, glycogen, tinh bột peptidoglycan

Hình 5.1 Cấu trúc hóa học số dạng liên kết glycoside

4 Lipid chất tương tự (lipoid):

Lipid phụ thuộc vào thành phần môi trường thức ăn Đa số VSV từ 1- 3% lipid, số dạng vi khuẩn mơi trường nhiều gluxit, hợp chất có nitơ, lượng lipid lên tới 50% Chất béo tế bào có thểở dạng tự dạng kết hợp Chất béo tự

do sử dụng làm vật liệu lượng chất dự trữ - Thành phần quan trọng màng

- Lipid đơn giản: triglyceride

(143)

Hình 5.2 Cấu trúc hóa học số dạng lipid tế bào vi sinh vật

5 Một số chất hữu có hoạt tính sinh học:

Thường chúng chiếm tỉ lệ trọng lượng ít, chúng quan trọng

Đáng ý enzim, vitamin, sắc tố, số axit hữu cơ, độc tố, chất kháng sinh có tác dụng quan trọng q trình trao đổi chất Các chất sinh trưởng thường bao gồm vitamin số axit amin đặc biệt Các sắc tố thường gặp VSV, mang lại cho VSV có màu sắc Một số sắc tốđóng vai trị quan trọng sựđồng hóa khí CO2

6 Các nguyên tố khoáng:

(144)

Lượng nguyên tố tro, ngun tố vi lượng nói chung vô quan trọng

Thành phần chất thay đổi tùy theo đặc tính sinh lý lồi VSV Ví dụ vi khuẩn lưu huỳnh nhiều S, vi khuẩn sắt nhiều Fe, vi khuẩn biển nhiều Na Cl II DINH DƯỠNG

1 Các chất dinh dưỡng

Các chất dinh dưỡng VSV chất VSV hấp thụ từ môi trường xung quanh chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho trình tổng hợp tạo thành phần tế bào để cung cấp cho trình trao đổi lượng

Không phải thành phần môi trường nuôi cấy VSV coi chất dinh dưỡng Chất dinh dưỡng thường chất có tham gia vào trao đổi chất nội bào gồm:

- Các hợp chất dùng làm nguyên liệu để tổng hợp vật liệu tế

bào: Hợp chất chứa nitơđể tạo nên nhóm amin imin (NH2, NH)

- Các hợp chất cung cấp lượng: chủ yếu chất cacbon, đường glucose - Muối khống: yếu tố vi lượng Ca, P, Mg, Fe, S Hàm lượng chất khoáng thay đổi tuỳ theo loại VSV

2 Các loại môi trường sống vi sinh vật

2.1 Phân loại dựa vào thành phần chất dinh dưỡng

a) Môi trường tự nhiên: gồm hợp chất tự nhiên, chưa xác định rõ thành phần, ví dụ mơi trường sữa, nước chiết thịt bị, nước chiết loại rau, để nuôi cấy vi khuẩn người ta sử dụng mơi trường canh thịt có thành phần sau: Thịt bò- 50g; Peptone trypsine- 10g, NaCl- 5g; Nước cất 1000 ml

b) Môi trường tổng hợp mơi trường biết thành phần hố học Ví dụ mơi trường dùng để ni cấy Diplococus desulfuricans có thành phần sau: Glucose- 50g; K2HPO4 1g; NH4Cl –1g; CaSO4 –1g; MgSO4.7H2O-2g nước cất 1000ml

c) Môi trường bán tổng hợp: môi trường có chứa số hợp chất từ nguồn gốc tự nhiên, số chất hoá học biết rõ thành phần hố học, loại mơi trường hay sử dụng, ví dụ mơi trường EMB: Peptone trypsine-10g; K2HPO4 –2g; Eosin –0,4g; Xanh metilen –0,065g; Thạch – 15g, nước cất –1000ml

d) Môi trường đặc biệt: Dùng để ni cấy số VSV đặc biệt có tính kí sinh bắt buộc Ví dụ: Đối với virus gây bệnh đậu mùa, người ta nuôi cấy chúng bị cịn sống sau thu thập virus bò để làm thuốc chủng bệnh đậu mùa Phần lớn virus kí sinh động vật phải nuôi cấy phôi trứng gà lộn chuột, thỏ

2.2 Phân loại dựa vào trạng thái vật lý của môi trường

(145)

+ Môi trường bán lỏng môi trường dịch thể chứa 0,35- 0,75% thạch

+ Môi trường xốp môi trường có nguyên liệu để làm xốp (cám , trấu, cơm, bánh mỳ ) thấm dung dịch chất dinh dưỡng

3 Các kiểu dinh dưỡng vi sinh vật

Căn vào dạng lượng sử dụng người ta chia làm loại vi sinh vật: - Các thể quang tự dưỡng (photoautotrophic) hay quang dưỡng vơ

(photolithotrophic) chuyển lượng ánh sáng thành lượng trao đổi chất (ATP) chất có tính khử (NADPH2) CO2 nguồn carbon chủ yếu, H2O hay H2S chất cho điện tử

- Có thể gặp vi khuẩn quang hợp thải oxygen giống xanh, đại diện loài vi khuẩn lam (Spirulina, Anabaena, Nostoc…) Các tảo đơn bào quang hợp không thải oxygen vi khuẩn lục thuộc họ Chlorobacteriaceae (Chlorobium, Thiosulfatophilum ), đây vi khuẩn quang dưỡng vô kị khí với H2S S2O32- làm chất cho điện tử Các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thuộc Thiorhodobacteriales Chromatium, những vi khuẩn có khả phát triển môi trường muối vô

nhiều loại xanh, vi khuẩn kị khí quang dưỡng vơ có mặt mơi trường S H2S

- Các vi khuẩn quang dị dưỡng (photoheterotrophic) hay quang dưỡng hữu

(photoorganotrophic), sử dụng ánh sáng làm nguồn lượng hợp chất hữu làm nguồn carbon, vi khuẩn màu tía khơng lưu huỳnh thuộc Athiorhodobacteriales, họ Athiorhodaceae, các loài thuộc giống Rhodospirillum. Những vi khuẩn thiên vi hiếu khí, vi khuẩn quang dưỡng hữu cơ, khơng có khả phát triển với H2S chất cho electron độc nhất, chất cho electron chúng Acetate, succinate hay hydro

- Các vi khuẩn hóa dưỡng vơ (Chemolithotrophic) hay hóa tự dưỡng

(Chemoautotrophic) sử dụng lượng tạo thành từ phản ứng hóa học CO2 làm nguồn carbon

Năng lượng có nhờ oxygen hóa hợp chất vô NH4+, NO2-, H2, H2S, S, S2O32-, Fe2+ Chúng hình thành nhóm hạn chế tham gia vào chu trình vật chất sống đất nước nhưHydrogenomonas oxygen hóa hydro, Nitrosomonas oxygen hóa NH3, Nitrobacter oxygen hóa nitrite, Thiobacillus oxygen hóa hợp chất khử lưu huỳnh

- Các thể hóa dị dưỡng (Chemoheterotrophic) hay hóa dưỡng hữu

(Chemoorganotrophic) bao gồm vi khuẩn, vi nấm, động vật nguyên sinh, động vật, chúng sử dụng lượng hóa học chất hữu làm nguồn carbon chủ yếu Một nhóm lớn vi khuẩn hóa dưỡng hữu vi sinh vật gây bệnh ý Y học, vi khuẩn tạp nhiễm vào thức ăn, vi khuẩn sử dụng công nghiệp để tổng hợp chất kháng sinh, loại vitamin, amino acid

(146)

4 Vi sinh vật nguyên dưỡng khuyết dưỡng

Tùy thuộc vào nhu cầu chất mà người ta thường chia VSV thành hai nhóm:

- Nguyên dưỡng (prototrophes) vi sinh vật không thiết cần nhân tố

sinh trưởng, yếu tố môi trường nuôi cấy thường đầy đủ dối với chúng

- Khuyết dưỡng (auxotrophes) VSV đòi hỏi chất hữu định cần cho sinh trưởng chúng

III SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT

1 Các nhân tố sinh trưởng

Một số VSV khả tổng hợp vài hợp chất đòi hỏi cung cấp

trong mơi trường ni cấy Đó nhân tố sinh trưởng, chúng chia làm loại: - Một loại cần cung cấp lượng nhỏ đảm nhận nhiệm vụ xúc tác

một thành phần enzym, ví dụ vitamin nhóm B; loại cần cung cấp với lượng lớn dùng làm nguyên liệu cấu tạo tế bào acid amin, purin, pyrimidin

- Mỗi loại VSV cần nhân tố sinh trưởng khác Hầu khơng có chất chất sinh trưởng chung loại VSV Thí dụ liên cầu khuẩn (Streptococcus) dung huyết thiếu vitamin B1 không nhân lên được, nấm men vi khuẩn lactic cần biotin

2 Điều kiện sinh trưởng

Sinh trưởng trao đổi chất vi sinh vật liên quan chặt chẽ với điều kiện môi trường bên Các điều kiện bao gồm hàng loạt yếu tố khác nhau, tác động qua lại với Đa số yếu tốđó có đặc tính tác dụng chung biểu ba điểm hoạt động tối thiểu, tối thích cực đại

2.1 Cơ chế tác dụng của yếu tố bên lên vi sinh vật

(147)

các chất diệt khuẩn ) yếu tố sinh học (chất kháng sinh, kháng thể) Tác dụng có hại yếu tố bên ngồi tế bào thể chủ yếu biến đổi sau đây:

1 Phá hủy thành tế bào: số chất enzym lysozyme (chứa lách, bạch cầu, lịng trắng trứng, thực khuẩn thể ) có khả phân huỷ thành tế bào vi khuẩn

2 Biến đổi tính thấm màng tế bào chất

3 Thay đổi đặc tính keo nguyên sinh chất: Chẳng hạn nhiệt độ cao làm biến tính protein làm chúng đông tụ khả khử nước

4 Kìm hãm hoạt tính: số chất tác động vào hệ thống sinh lượng tế

bào, cyanite kìm hãm cytochrome - oxydase, fluoride ngăn cản q trình đường phân, hợp chất hố trị ba acsenic bao vây chu trình Krebs, dinitrophenol kìm hãm q trình phosphoryl hố oxygen hóa Các chất oxygen hóa mạnh (H2O2, halogen) phá hủy hệ thống tế bào làm tổn hại đến chức phận trao đổi chất Các enzym khác bị bất hoạt liên kết với yếu tố kim loại thủy ngân

5 Hủy hoại trình tổng hợp 2.2 Các nhân tốảnh hưởng

* Các yếu tố vật lí

- Độẩm: Nước cần thiết cho hoạt động sống VSV Làm nước VSV chết Tốc độ chết phụ thuộc vào môi trường VSV Trong hỗn dịch nước thường làm nước VSV chết nhanh hỗn dịch keo Nếu đem mơi trường làm đóng băng trước làm nước tỉ lệ chết VSV thấp Phương pháp được áp dụng để

làm đông khô

Do VSV cần độẩm định để sinh trưởng nên cách phơi khô sấy khơ ta bảo quản lâu dài nhiều lồi sản phẩm (hoa khơ, cá, thịt khơ )

- Nhiệt độ: hoạt động trao đổi chất vi sinh vật coi kết phản

ứng hóa học Vì phản ứng thuộc phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ nên yếu tố nhiệt rõ ràng ảnh hưởng sâu sắc đến trình sống tế bào

Nhiệt độ thấp (dưới vùng sinh động học) làm bất hoạt q trình vận chuyển chất hịa tan qua màng tế bào chất thay đổi cấu hình không gian số permease chứa màng ảnh hưởng đến việc hình thành tiêu thụ ATP cần cho trình vận chuyển chủđộng chất dinh dưỡng

- Áp lực: áp suất thẩm thấu áp suất thủy tĩnh có thểảnh hưởng đến cấu trúc tế

bào vi khuẩn Đa số vi khuẩn sinh trưởng tốt mơi trường chứa 2% muối, nồng độ

muối cao có hại cho tế bào Nhưng có số vi khuẩn lại sinh trưởng tốt môi trường chứa tới 30% muối, ta gọi vi khuẩn ưa muối (halophilic) Nhiều vi khuẩn

(148)

sự nhân đôi ADN Nhưng sau chiếu tia tử ngoại, đưa vi khuẩn ánh sáng ban ngày vi khuẩn phục hồi khả sinh trưởng phân chia Hiện tượng gọi quang tái hoạt (photoreactivation)

- Âm thanh: sóng âm thanh, đặc biệt vùng siêu âm (trên 20 kHz) có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng vi khuẩn, tế bào sinh dưỡng bị chết nhanh chóng

* Các yếu tố hóa học

- Ảnh hưởng pH môi trường: pH mơi trường có ý nghĩa định sinh trưởng nhiều vi sinh vật Đa số vi khuẩn sinh trưởng tốt pH trung tính (7,0) nhiều vi khuẩn gây bệnh (môi trường tự nhiên máu bạch huyết thể động vật có pH khoảng 7,4) Các vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn nốt sần, xạ khuẩn, vi khuẩn phân giải urea lại ưa môi trường kiềm Một số vi khuẩn chịu acid (vi khuẩn lactic, Acetobacter, Sarcina ventriculi), số khác ưa acid Acetobacter acidophilus, Thiobacillus thiooxydans (oxygen hóa lưu huỳnh thành H2SO4) sinh trưởng pH <1

Nấm mốc nấm men ưa pH acid (pH - 6) pH môi trường khơng ảnh hưởng mạnh mẽđến sinh trưởng mà cịn tác động sâu sắc đến trình trao đổi chất

- Ảnh hưởng oxygen: Tuỳ thuộc vào nhu cầu oxygen mà người ta chia vi sinh vật thành nhóm sau:

+ Hiếu khí bắt buộc: thuộc nhóm vi sinh vật sinh trưởng có mặt oxygen phân tử (O2), chúng có chuỗi hơ hấp hồn chỉnh, dùng O2 làm thể nhận hydro cuối Trong tế bào có chứa enzym SOD (superoxid dismutase), catalase peroxidase có tác dụng chuyển hố gốc O2−

2 O

−

2 để giải độc cho tế bào Tuyệt đại đa số vi nấm sốđơng vi khuẩn thuộc nhóm

+ Hiếu khí khơng bắt buộc: thuộc nhóm vi sinh vật sinh trưởng

được điều kiện có oxygen lẫn khơng có oxygen Trong tế bào có chứa SOD peroxidase, có oxygen chúng sinh trưởng tốt Phần lớn nấm men nhiều vi khuẩn thuộc nhóm Có thể kểđến lồi nhưSaccharomyces cerevisiae, E coli, Enterobacter aerogenes, Proteus vulgaris

+ Vi hiếu khí: thuộc nhóm vi sinh vật sinh trưởng ởđiều kiện áp lực oxygen thấp Chúng thông qua chuỗi hô hấp dùng oxygen làm thể

nhận hydro cuối Có thể kể đến lồi Vibrio cholerae, Hydrogenomonas spp,

Zymononas spp, Bacteroides spp

+ Kỵ khí: với vi sinh vật thuộc nhóm có mặt oxygen phân tử có hại Chúng khơng sinh trưởng mơi trường đặc bán đặc để khơng khí hay khơng khí có chứa khoảng 10% CO2 Chúng sinh trưởng lớp thể dịch sâu, nơi oxygen, có q trình lên men, q trình phosphoryl hố quang hợp, q trình methane hố Trong tế bào vi sinh vật khơng có SOD, cytochrome-oxidase, phần lớn khơng có hydrogenperoxidase Có thể kể đến nhiều loài chi

(149)

- Các chất diệt khuẩn (sát trùng): thường sử dụng phenol dẫn xuất phenol, alkol, halogen, kim loại nặng, H2O, xà phòng, thuốc nhuộm chất tẩy rửa tổng hợp muối ammon bậc bốn

* Các yếu tố sinh học

Trong yếu tố sinh học ảnh hưởng có hại lên q trình sống vi sinh vật cần kểđến kháng thể kháng sinh Chất kháng sinh có từ nhiều nguồn gốc khác

tổng hợp hoá học, xuất từ thực vật, động vật chủ yếu tổng hợp từ vi sinh vật Đây chất đặc hiệu mà nồng độ thấp có khả ức chế tiêu diệt vi sinh vật cách chọn lọc

Kháng thể chất có sẵn máu xuất có kháng nguyên xâm nhập vào thể, có khả liên kết đặc hiệu với kháng nguyên để làm hoạt lực kháng nguyên (xem thêm phần kháng sinh miễn dịch)

3 Sinh trưởng vi khuẩn ni tĩnh

3.1 Q trình sinh trưởng

Nuôi cấy tĩnh phương pháp nuôi cấy mà suốt thời gian ta khơng thêm vào chất dinh dưỡng không loại bỏđi sản phẩm cuối trao đổi chất (quần thể tế

bào bị giới hạn khoảng không gian định) Sự sinh trưởng “hệ thống

đóng” hay “hệ kín” tn theo quy luật bắt buộc

thểđơn bào mà cảđối với thểđa bào

Đồ thị biểu diễn phụ thuộc logarid số lượng tế bào theo thời gian gọi đường cong sinh trưởng (hình 5.3)

Hình 5.3 : Đường cong sinh trưởng vi khuẩn a Pha lag ; b Pha log ; c Pha ổn định ; d Pha tử vong

Quá trình sinh trưởng tế bào vi sinh vật hệ kín trải qua giai đoạn : * Pha lag (pha mởđầu = pha tiềm tàng)

(150)

thể tích khối lượng tế bào tăng lên rõ rệt trình tổng hợp chất, trước hết cao phân tử (protein, enzym, acid nucleic ) diễn mạnh mẽ

Độ dài pha lag phụ thuộc trước hết vào tuổi ống giống thành phần môi trường Thông thường tế bào già pha lag dài Rõ ràng nguyên nhân pha lag khác biệt tế bào pha ổn định (hoặc bào tử) với tế bào sinh trưởng logarid Trong pha lag diễn việc xây dựng lại tế bào nghỉ thành tế bào sinh trưởng logarid (hoặc sinh trưởng theo lũy thừa)

* Pha logarid (pha log)

Trong pha vi khuẩn sinh trưởng phát triển theo lũy thừa, nghĩa sinh khối số lượng tế bào tăng theo phương trình:

N = No.2ct hay X= Xo.eut

Kích thước tế bào, thành phần hóa học, hoạt tính sinh lý nói chung khơng thay

đổi theo thời gian Tế bào trạng thái động học coi “những tế bào tiêu chuẩn” * Pha ổn định (pha cân bằng)

Trong pha quần thể vi khuẩn trạng thái cân động học, số tế bào sinh số tế bào cũ chết Kết số tế bào sống không tăng không giảm Tốc độ

sinh trưởng phụ thuộc vào nồng độ chất Cho nên giảm nồng độ chất (trước

chất bị cạn hoàn toàn) tốc độ sinh trưởng vi khuẩn giảm Do việc chuyển từ pha log sang pha ổn định diễn

Nguyên nhân tồn pha ổn định rõ ràng tích lũy sản phẩm độc trao

đổi chất (các loại rượu, acid hữu cơ) việc cạn chất dinh dưỡng (thường chất dinh dưỡng có nồng độ thấp nhất) Nguyên nhân thứ phức tạp khó phân tích, ngun nhân thứ hai nghiên cứu kĩ

* Pha tử vong

Trong pha số lượng tế bào có khả sống giảm theo lũy thừa (mặc dù số

lượng tế bào tổng cộng khơng giảm) Đơi tế bào bị tự phân nhờ enzym thân Ở vi khuẩn sinh bào tử trình phức tạp hình thành bào tử

Thực chưa có qui luật chung cho pha tử vong Sự chết tế bào nhanh hay chậm, có liên quan đến tự phân hay không tự phân Do sức sống lớn bào tử bị chết chậm (trong điều kiện thích hợp khơ nhiệt độ thấp bào tử có khả

năng sống vài trăm năm) Nguyên nhân pha tử vong chưa thật rõ ràng, có liên quan

đến điều kiện bất lợi môi trường Trong trường hợp mơi trường tích lũy acid nguyên nhân chết tế bào tương đối dễ hiểu Nồng độ chất dinh dưỡng thấp mức cần thiết cho hậu làm giảm hoạt tính trao đổi chất, phân hủy chất dự trữ cuối dẫn đến chết hàng loạt tế bào Ngồi đặc tính thân chủng vi khuẩn, tính chất sản phẩm trao đổi chất tích lũy lại ảnh hưởng đến tiến trình pha tử vong

(151)

Tốc độ tử vong tế bào có liên quan trực tiếp đến thực tiễn vi sinh vật học kĩ

thuật, vấn đề bảo quản chủng vi sinh vật quan trọng mặt lí thuyết (các chủng biến chủng đặc biệt) kĩ thuật (các chủng sinh chất kháng sinh, amino acid, vitamin với sản lượng cao) Ngoài khả sống ta cịn cần bảo quản đặc tính di truyền vi khuẩn với nhiều phương pháp bảo quản khác nhau, tất cảđều nhằm làm giảm trao đổi chất đến tối thiểu chủ yếu cách giảm nhiệt độ độẩm

3.2.Sinh trưởng kép

Khi chuyển tế bào sinh trưởng logarid vào môi trường khác với mơi trường trước ta thấy có xuất pha lag Nguyên nhân pha lag trường hợp thích ứng vi khuẩn với điều kiện nuôi cấy mới; thích ứng có liên quan đến việc tổng hợp enzym mà trước tế bào chưa cần Các enzym tổng hợp nhờ cảm ứng chất

Ví dụ: Nếu chuyển tế bào sinh trưởng logarid từ mơi trường khống - glucose sang mơi trường khống - maltose ta thấy xuất pha lag, thời gian cần cho việc hình thành enzym maltase (α- glucozidase)

Đặc trưng tượng sinh trưởng kép đường cong sinh trưởng gồm hai pha lag hai pha log Sau kết thúc pha log thứ tế bào lại mởđầu pha lag thứ hai tiếp tục pha log thứ hai (hình 5.4)

Hình 5.4: Đường cong sinh trưởng kép

E coli môi trường hỗn hợp glucose - sorbitol (bên trái)

Aerobacter aerogenes môi trường hỗn hợp muối ammon nitrate (bên phải)

Hiện tượng sinh trưởng kép thường gặp nuôi cấy vi khuẩn môi trường chứa nguồn carbon gồm hỗn hợp hai chất hữu khác Khi sinh trưởng tế bào đồng hóa trước tiên nguồn carbon mà chúng “ưa thích” Đồng thời chất thứ kìm hãm enzym cần cho việc đồng hóa chất thứ hai Chỉ sau nguồn carbon thứ cạn nguồn carbon thứ hai cảm ứng tổng hợp nên enzym cần việc chuyển hóa

(152)

trường nước thịt sang môi trường chứa hỗn hợp hai loại muối thấy có tượng sinh trưởng kép Các ion NH4+ đồng hoá trước đồng thời kiềm chế việc tổng hợp cảm ứng enzym nitrate - reductase Chỉ sau hết muối ammon mơi trường muối nitrate

được sử dụng

Sinh trưởng kép tượng phổ biến giải thích chế kiềm chế nói chung đặc biệt hiệu ứng glucose

4 Các thông số đường cong sinh trưởng

Sản lượng tế bào tính hiệu khối lượng cực đại (Xmax) khối lượng ban đầu (X0) ni cấy vi khuẩn (tính gam):

X = Xmax - X0

Tỷ số sản lượng tế bào (X) với lượng chất dùng (S) (tính đơn vị trọng lượng) gọi hệ số kinh tế (Y)

Y =

S X

Nếu sản lượng tính gam chất dùng tính mol gọi hệ số kinh tế mol (Ym)

Hệ số kinh tế mol (Ym) cho phép ta liên hệ sản lượng tế bào với số lượng ATP thu

được phân giải lượng chất Ta tính sản lượng tế bào (tính gam) cho mol ATP tiêu thụ Đại lượng gọi hệ số lượng (YATP) Hệ số lượng tính dễ dàng ta biết đường phân giải loại chất lượng ATP

sinh phân giải

Hằng số tốc độ sinh trưởng tế bào vi sinh vật pha log tính theo cơng thức:

μ = ) ( ln ln 0 t t X Xt − − = ) ( lg lg lg 0 t t e X Xt − −

Trong công thức: X0 Xt mật độ huyền phù tế bào thời điểm t0 t, lge = 0.43429

Thời gian pha lag (T1)

Đây thơng số quan trọng để xem xét tính chất vi khuẩn mơi trường ni cấy có thích hợp hay không Thông số xác định hiệu thời điểm tr (tại

đây huyền phù tế bào có mật độ xác định xr) ti (tại khối tế bào có thểđạt đến mật độ mà sau đem ni cấy chúng bắt đầu pha log ngay)

T1 = tr – ti = tn -

μ

ln lnxr − x

(153)

Đại lượng L cho biết giống phát triển thực tế chậm phát triển theo lý thuyết hệ thời điểm cuối pha lag chuyển vào đầu pha log Thông số thường dùng để so sánh số liệu nói vềảnh hưởng chất dinh dưỡng khác nhau, chất ức chế sinh trưởng điều kiện nuôi cấy

5 Sinh trưởng vi khuẩn nuôi liên tục

Trong phương pháp ni cấy tĩnh nói trên, điều kiện môi trường luôn thay

đổi theo thời gian, mật độ vi khuẩn tăng lên nồng độ chất giảm xuống Vi khuẩn phải sinh trưởng phát triển theo số pha định, sinh khối đạt không cao Tuy nhiên nhiều nghiên cứu thực tiễn sản xuất ta cần cung cấp cho vi sinh vật điều kiện

ổn định để thời gian dài chúng sinh trưởng pha log Dĩ nhiên mức độ cấy chuyền tế bào nhiều lần (qua khoảng thời gian ngắn) vào môi trường dinh dưỡng Nhưng đơn giản hơn, người ta đưa mơi trường dinh dưỡng vào bình ni cấy vi khuẩn đồng thời loại khỏi bình lượng tương ứng dịch vi khuẩn

Đây sở phương pháp nuôi cấy liên tục chemostas turbidostas

Cơ sở phương pháp nuôi liên tục: giả sử ta có bình ni cấy vi khuẩn sinh trưởng phát triển Cho chảy liên tục vào bình mơi trường có thành phần khơng đổi Thể tích bình ni cấy giữ khơng đổi, nghĩa bình mơi trường vào

được bù dịng mơi trường với tốc độ

Ta gọi thể tích bình v (lít), tốc độ dịng vào f (lít/giờ) Do

tốc độ pha lỗng (cịn gọi hệ số pha loãng) D = f/v (đại lượng D biểu thị thay

đổi thể tích sau giờ)

Nếu vi khuẩn không sinh trưởng phát triển, chúng bị rút khỏi bình ni cấy với thể tích:

v- = -

dt dX

= D.X

Như mật độ vi khuẩn bình giảm, ta có cơng thức tính: X = X0 e-Dt

Tốc độ sinh trưởng quần thể vi khuẩn bình biểu thị phương trình:

v+ =

dt dX

= μ.X

Như mật độ vi khuẩn bình tăng theo phương trình: X = X0 eμt

Tốc độ thay đổi cuối (tăng giảm) mật độ vi khuẩn nuôi cấy liên tục sai khác độ tăng v+ độ giảm v-:

v = v+ - v- =

dt dX

= (μ - D).X

(154)

Nếu μ = D => v = 0: mật độ tế bào không tăng không giảm theo thời gian, quần thể

vi khuẩn trạng thái cân động học

Nếu bình thí nghiệm có thiết bị trì μ ln ln D ta thu quần thể vi khuẩn sinh trưởng phát triển theo lũy thừa, thường xuyên mật độ tế bào không đổi không phụ thuộc thời gian Trong trường hợp kích thước trung bình tế bào, trạng thái sinh lý chúng mà môi trường nuôi cấy không đổi không phụ thuộc vào thời gian Điều này, mặt tạo điều kiện cho việc nghiên cứu sinh trưởng sinh lý tế bào vi khuẩn, mặt khác cải thiện trình sản xuất vi sinh vật qui mơ cơng nghiệp

Hình 5.5: Nuôi cấy liên tục chemostas (trái) turbidostas (phải)

Chemostas turbidostas hai thiết bị ni cấy ta trì điều kiện μ = D

Nuôi cấy tĩnh xem hệ thống đóng, quần thể tế bào sinh trưởng phải trải qua pha mởđầu, logarid, ổn định tử vong Mỗi pha sinh trưởng đặc trưng

điều kiện định Việc điều khiển tựđộng khó thực

Ni cấy liên tục, trái lại, hệ thống mở có khuynh hướng dẫn đến việc thiết lập cân động học Yếu tố thời gian ởđây phạm vi định bị loại trừ Tế bào

được cung cấp điều kiện môi trường không đổi, nhờ việc điều chỉnh tựđộng (hình 5.5)

(155)

IV SỰ KÌM HÃM SINH TRƯỞNG VÀ DIỆT KHUẨN

1 Các phương pháp khử trùng

1.1 Khử trùng bằng nhiệt

- Nhiệt độ cao diệt tế bào vi sinh vật: biến tính protein, DNA, chức màng - Tốc độ chết phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian xử lý theo hàm mũ

- Thời gian giảm thập phân: khoảng thời gian làm giảm số lượng tế bào quần thể theo hệ số 10-1

- Khử trùng phương pháp Pasteur - Khử trùng cách đun sôi

- Khử trùng phương pháp hấp gián đoạn - Khử trùng nồi hấp áp lực (Autoclave) - Khử trùng sức nóng khơ

- Khử trùng cách đốt lửa

Muốn khử trùng ta đưa đưa lại nhiều lần dụng cụ lửa đèn cồn, cách vi sinh vật bám bề mặt dụng cụđều bị tiêu diệt

1.2 Khử trùng không bằng nhiệt - Dùng nến lọc vi khuẩn

Một số chất hữu huyết thanh, albumine môi trường dễ bị biến tính khử trùng nhiệt độ cao nên phải khử trùng cách lọc qua dụng cụ lọc vi khuẩn

- Khử trùng hóa chất

Các dung dịch sát trùng chloramine 0,5 - 3%, nước phenol - 5% Sử dụng cồn sát trùng để lau dụng cụ thủy tinh que gạt, phiến kính, kính, đũa thuỷ tinh

1.3 Khử trùng bằng chiếu xạ

- Vi sóng, chiếu xạ tia tử ngoại, ánh sáng mặt trời, tia X, tia gamma chùm điện tử - Tia tử ngoại: không xuyên thấu, sát trùng bề mặt, khơng khí chất lỏng khơng hấp thụ bước sóng UV

- Các tia gamma, tia X: tính xuyên thấu cao hơn, bảo quản thực phẩm, dụng cụ y tế 2 Kiểm soát tăng trưởng vi sinh vật hóa chất

- Chất diệt vi sinh vật (cidal agent): chất diệt vi khuẩn (bactericidal), chất diệt nấm (fungicidal), chất diệt virút (viricidal)

- Chất ức chế vi sinh vật (static agent): chất ức chế vi khuẩn (bacteriostatic), chất ức chế nấm (fungistatic), chất ức chế virút (viristatic)

- Chất sát khuẩn (disinfectant) dùng cho vật liệu không sống - Chất kháng khuẩn (antiseptic) dùng mô sống

(156)

Hình 5.6 Khử trùng chiếu xạ tia tử ngoại

3 Các phương pháp bảo quản

1 Cấy truyền thường xuyên thạch nghiêng trích sâu vào thạch Sau sinh trưởng vi khuẩn giữ tủ lạnh +40C Phương pháp đơn giản thường

được dùng hiệu

2 Bảo quản dầu vô trùng: dầu paraffin vừa ngăn cản môi trường khô vừa làm giảm trao đổi chất gây cản trở xâm nhập oxygen

3 Bảo quản cát đất sét vơ trùng: cấu trúc lí - hóa cát đất sét vật chất tốt mang tế bào vi sinh vật, chủ yếu bào tử

4 Đông khô: phương pháp hồn thiện có hiệu Vi khuẩn trộn với mơi trường thích hợp (sữa, huyết ) làm lạnh làm khô nhờ băng khô

5 Bảo quản glycerol (10%) giữ tủ lạnh sâu (-600C hay - 800C): phương pháp thích hợp cần mua loại ống nhựa chịu nhiệt (khi khử trùng) V SINH SẢN Ở VI SINH VẬT

1 Sinh sản vi khuẩn (Bacteria)và cổ khuẩn (Archaea)

- Sinh sản phân đôi: Vi khuẩn vi sinh vật cổ sinh sản cách chia đôi, ởđiều kiện thích hợp chúng phát triển, thẻ tích lớn dần, tế bào thắt lại giữa, nhân chia làm đôi, chất tế bào chia để tạo thành hai tế bào

- Sinh sản bào tử nảy chồi: Ở số vi khuẩn cịn có hình thức sinh sản ngoại bào tử (exospora) nhưở vi khuẩn dinh dưỡng metan (Methylosimus) hay bào tử đốt xạ khuẩn Streptomyces craterifer Vi khuẩn quang dưõng màu đỏ

(157)

Tất bào tử sinh sản có lớp màng, khơng có vỏ khơng tìm thấy hợp chất canxi dipicolinat

a b c d g Hình 5.7 Một số hình thức sinh sản vi sinh vật nhân sơ

a Bào tử nảy chồi Rhodomicrobium sp.; b.Bào tử ngồi Micromonospora sp.; c.Bào tửđốt Streptomyces ; d Sinh sản phân đôi Bacteria ; g Sinh sản tiếp hợp vi

khuẩn E.coli

- Sinh sản hữu tính : Vi khuẩn khơng có sinh sản hữu tính, biến đổi di truyền (hay đột biến) xảy tế bào vi khuẩn thông qua hoạt động tái tổ hợp di truyền Do đó, tương tự sinh vật bậc cao, kết cuối vi khuẩn có

được tổ hợp tính trạng từ hai tế bào mẹ Có ba kiểu tái tổ hợp di truyền phát vi khuẩn:

1 Biến nạp (transformation): chuyển DNA trần từ tế bào vi khuẩn sang tế bào khác thông qua môi trường lỏng bên ngoài, tượng gồm vi khuẩn chết Tải nạp (transduction): chuyển DNA virus, vi khuẩn, hay virus lẫn vi khuẩn, từ tế bào sang tế bào khác thông qua thể thực khuẩn (bacteriophage) Tiếp hợp (conjugation): chuyển DNA từ vi khuẩn sang vi khuẩn khác thông qua cấu trúc protein gọi pilus (lơng giới tính)

Vi khuẩn, sau nhận DNA từ cách trên, tiến hành phân chia truyền gene tái tổ hợp cho hệ sau Nhiều vi khuẩn cịn có plasmid chứa DNA nằm ngồi nhiễm sắc thể (extrachromosomal DNA) Dưới điều kiện thích hợp, vi khuẩn

tạo thành khúm thấy mắt thường, chẳng hạn bacterial mat

2 Sinh sản vi sinh vật nhân thực

a b c

Hình 5.8 Một số hình thức sinh sản vi sinh vật nhân thực

(158)

2.1 Sinh sản vơ tính

- Sinh sản sinh dưỡng: Một khúc sợi nấm đặt vào mơi trường thích hợp phát triển nhanh Phương pháp dùng để cấy giống nấm

- Bằng nảy chồi: tế bào chín tạo thành chồi bên (1 hoặc2,3).Chồi lớn dần sau thành tế bào riêng Kiểu sinh sản điển hình cho lồi nấm men

- Sinh sản bào tử: Khác với nội bào tử vi khuẩn, bào tử nấm loại tế bào sinh sản, đa dạng Chúng cấu tạo chủ yếu lớp màng dày hemicellulose kitin, khơng có acid dipicolinic

- Sinh sản phân đôi: Schizosaccharomyces, tảo lục đơn bào (Chlorophyta), tảo mắt (Euglenophyta), trùng đế dày (Paramecium)

2.2 Sinh sản hữu tính

Bằng hình thành hợp tử kết hợp tế bào với

3 Khai thác phòng ngừa người VSV

Tốc độ sinh sản nhanh vi sinh vật mang lại lợi ích to lớn, đồng thời gây nhiều thảm họa cho người

3.1 Với vi sinh vật có ích, người đã sử dụng để

- Sản xuất sinh khối giàu dinh dưỡng (Protein, acid amin…)

- Sản xuất nhiều loại sản phẩm khác (bia, rượu (đồ uống), dấm, bột (gia vị), thuốc chữa bệnh (chất kháng sinh, vitamin…), chất xúc tác (enzym amylase, protease…)

- Chế biến bảo quản số thực phẩm (như: tương, dưa, cà muối, nem chua, sữa chua) thứăn gia súc (rau, cỏủ chua)

3.2 Với vi sinh vật có hại:

Gây hư hỏng thực phẩm, đồ dùng hàng hóa gây bệnh cho người, gia súc trồng, người ta phải tìm cách phát sớm để có biện pháp phịng trừ, điều trị kịp thời Câu hỏi ôn tập chương

1 Các kiểu dinh dưỡng vi sinh vật?

2 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống vi sinh vật?

3 Cơ chế tác dụng yếu tố bên lên sinh trưởng vi sinh vật? Các pha sinh trưởng vi sinh vật, điểm khác biệt phương pháp nuôi cấy tĩnh nuôi cấy liên tục?

5 Ý nghĩa việc nghiên cứu đường cong sinh trưởng, tượng sinh trưởng kép? * Tài liệu đọc thêm

Kiều Hữu Ảnh, 2006 Giáo trình Vi sinh vật học (lý thuyết tập giải sẵn) song ngữ Việt- Anh phần phần 2, NXB KH&KT Hà Nội

(159)

1 Nguyễn Thành Đạt, 1999 Vi sinh vật học, NXBGD, Hà Nội 2. http://vietsciences.net http://vietsciences.free.fr

Bioreactor: Lị phản ứng sinh học (nồi lên men)

Pha: Giai đoạn; Pha lũy thừa: (pha log)

Pha suy vong: Số lượng tế bào chết vượt số lượng tế bào tạo thành

Nước dung môi hệ thống sống

- Chiếm 70 – 90% trọng lượng tế bào

- Có tính phân cực nhẹ, hịa tan phân tử sinh hóa phân cực quan trọng tế

bào; kết tụ phân tử không phân cực hình thành màng ngăn cản di chuyển phân tử phân cực vào khỏi tế bào

- Là môi trường cho phản ứng sinh hóa tế bào

Tăng trưởng quần thể vi sinh vật

- Tế bào phân đôi

- Số lượng tế bào tăng theo thời gian sinh khối sẽđược tổng hợp với vận tốc tăng dần quần thể tăng trưởng

- Tế bào tăng trưởng với vận tốc không đổi số lượng tế bào tăng lên theo hàm mũ (tăng trưởng hàm mũ) N = No 2n

- Thời gian hai lần phân đôi gọi thời gian hệ (generation time) - Biến thiên số lượng tế bào theo thời gian biểu diễn đồ thị tương quan hàm logarithm số tế bào theo thời gian nuôi

Đo đạc tăng trưởng

- Đếm trực tiếp kính hiển vi - Đếm số tế bào sống (đếm khuẩn lạc) - Cân sinh khối

- Đo độđục

- MPN (Most Probable Number)

Đặc tính tăng trưởng quần thể vi sinh vật nuôi cấy mẻ

-Chu kỳ pha:

+ pha tiềm tàng (lag phase)

(160)

- Chất dinh dưỡng ảnh hưởng đồng thời đến tốc tộ tăng trưởng hiệu suất tăng trưởng (mật độ tế bào, sinh khối) nồng độ thấp; ảnh hưởng đến hiệu suất tăng trưởng

nồng độđủ cao

Đặc tính tăng trưởng quần thể vi sinh vật nuôi cấy liên tục

- Hệổn hóa (chemostat)

- Tốc độ pha loãng: thời gian cần để bổ sung thay 100% môi trường

- Đặc điểm: pha hàm mũ kéo dài; trạng thái ổn định nồng độ chất dinh dưỡng giới hạn số lượng tế bào không thay đổi theo thời gian

Ảnh hưởng chất dinh dưỡng lên tăng trưởng quần thể vi sinh vật trong nuôi cấy liên tục

- Ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng (growth rate): + Tốc độ tăng trưởng thay đổi theo tốc độ pha loãng

+ Khi lượng chất dinh dưỡng thu nhận vào tế bào không đáp ứng nhu cầu tăng trưởng tế bào

- Ảnh hưởng đến suất tăng trưởng (growth yield):

+ Năng suất tăng trưởng thay đổi theo nồng độ chất dinh dưỡng giới hạn + Nồng độ chất dinh dưỡng thấp làm giảm tổng sinh khối quần thể

- mole ATP từ dị hóa tạo – 10g sinh khối khô tế bào

Ảnh hưởng yếu tố môi trường lên tăng trưởng quần thể vi sinh vật

- Nhiệt độ tăng giúp tế bào tăng trưởng nhanh có giới hạn nhiệt độ: + Vi sinh vật ơn hịa ;

+ Vi sinh vật ưa lạnh

+ Vi sinh vật ưa nhiệt; + Vi sinh vật ưa nhiệt cực đoan - pH

- Áp suất thẩm thấu nước hoạt tính - Oxygen

+ Hiếu khí;

+ Kỵ khí;

(161)

161

CHƯƠNG

(162)

Chương 6: Trao đối chất vi sinh vật 162

I ĐƯỜNG PHÂN

Đường phân trình phân huỷ phân tử glucose (C6H12O6) tạo thành pyruvic acid NADH+ H+ Điểm đặc biệt của đường phân không phải phân tử glucose tự bị phân huỷ mà phân tử đường glucose hoạt hoá việc gắn gốc P vào tạo dạng đường phosphate

Quá trình đường phân gồm giai đoạn với nhiều phản ứng phức tạp: - Phân cắt phân tử glucose thành phân tử triose AlPG PDA - Biến đổi phân tử triose thành phân tử pyruvic acid

Q trình đường phân tóm tắt theo sơđồ sau:

Hình 6.1 Sơđồđường phân Kết đường phân tóm tắt là:

C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2H3PO4 → 2CH3COCOOH + 2NADH+H+ + 2ATP Trong hơ hấp hiếu khí, acid pyruvic tiếp tục phân huỷ qua chu trình Krebs, cịn 2NADH+H thực chuỗi hô hấp để tạo H2O

2NADH+H+ + O2 → 2NAD+ + 2H2O

(163)

Vậy kết đường phân hô hấp hiếu khí là:

C6H12O6 + O2 → 2CH3COCOOH + 2H2O

Đồng thời tạo ATP

Trong hơ hấp kỵ khí, 2NADH+H+ dùng khử CH3COCOOH (trong lên men lactic) hay khử CH3CHO (trong lên men rượu) nên không thực chuỗi hô hấp Phản ứng lên men lactic sau:

2CH3COCOOH + 2NADH+H+ → 2CH3CHOHCOOH + 2NAD+ Vậy kết đường phân hơ hấp kỵ khí là:

C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH Quá trình tạo 2ATP

II CHU TRÌNH TRICARBOXYLIC ACID (Krebs)

Sản phẩm đường phân acid pyruvic sẽđược decarboxyl hóa tạo acetyl-CoA phân tử CO2 Acetyl-CoA tiếp tục phân huỷ qua chu trình Krebs hơ hấp kỵ khí

Q trình phân huỷ acid pyruvic qua chu trình Krebs thực ty thể nhiều hệ enzym xúc tác

Chu trình xảy qua giai đoạn:

- Phân huỷ acid pyruvic Trong trình tạo nhiều coenzym khử

(NADH+H+, FADH2)

- Thực chuỗi hô hấp qua coenzym khửđược tạo phân huỷ acid pyruvic Chu trình Krebs tóm tắt qua sơđồ sau:

(a) (b)

Hình 6.2 a) Krebs, Sir Hans Adolf (1900-1981); b) Sơđồ minh hoạ chu trình Krebs Từ phân tử acid pyruvic qua chu trình tạo ra:

CH3COCOOH + 3H2O → 3CO2 + 5H2 (4NADPH +H+ + 1FADH2) Các coenzym (NADH + H+, FADH2) thực chuỗi hô hấp:

(164)

Vậy kết chu trình là:

CH3COCOOH + 5/2O2 → 3CO2 + 2H2O

Từ phân tử glucose qua đường phân tạo phân tử acid pyruvic với kết phân tích Từ acid pyruvic qua chu trình Krebs tạo ra:

2CH3COCOOH + 5O2 → 6CO2 + 4H2O

Kết hợp với giai đoạn đường phân, ta kết tổng quát q trình phân huỷ

glucose qua hơ hấp hiếu khí là:

C6H12O6 + 6CO2 → 6CO2 + 6H2O

Trong trình phân huỷ acid pyruvic qua chu trình Krebs tạo NADH+H+ FADH2 Các coenzym khử qua chuỗi hô hấp tổng hợp ATP với kết quả:

- 4NADFH+H+ tạo 12 ATP - 1FADH2 tạo 2ATP

- Trong chu trình tạo 1ATP

Như vậy, phân huỷ phân tử acid pyruvic qua chu trình Krebs tạo 15ATP Nếu phân huỷ acid pyruvic tạo 30ATP, kết hợp với giai đoạn đường phân phân huỷ phân tử glucose tạo 38ATP

III CHUỖI HƠ HẤP VÀ PHOSPHORYL HĨA

1 Chuỗi hô hấp

Trong tế bào trao đổi lượng gắn với phản ứng oxygen hoá-khử Trong hệ thống oxygen hoá khử hai phản ứng oxygen hố khử ln kèm

AH2 + B → A + BH2

Trong tế bào để phản ứng xảy thường cần hệ thống chất truyền điện tử H+ trung gian, hệ enzym oxygen hố-khử Các enzym với chất hoạt động chuỗi phản ứng chặt chẽđể chuyển H2 từ chất đến O2 tạo nên chuỗi hô hấp

Khởi đầu chuỗi chất dạng khử AH2 AH2 làm nhiệm vụ chất cho H2 H2 tách từ chất hệ thống coenzym hệ enzyme oxygen hoá-khử vận chuyển

đến khâu cuối chuỗi O2để khử O2 tạo phân tử H2O

Trong chuỗi hô hấp điện tử chuyển từ chất chất có lượng cao

đến oxygen có lượng thấp nhất, oxygen hoá cao (+0,81V) Giữa hai thành phần coenzym oxygen hoá-khử trung gian, khử giảm dần từ chất đến O2 Bởi chuỗi hô hấp trình giải phóng lượng

Năng lượng thải chuỗi hơ hấp xác định theo phương trình: ΔG’ = -nF ΔEo (kCal/mol)

Trong đó:

ΔG’ : mức biến đổi lượng phản ứng oxygen hoá-khử

(165)

F: số Faraday (23,06) (hằng số Faraday)

ΔEo: chênh lệch oxygen hoá-khử chất tham gia phản ứng

Với phương trình xác định lượng thải phản ứng chuỗi sở oxygen hoá-khử hệđã xác định

2 Phosphoryl hố

Q trình tổng hợp ATP tế bào q trình phosphoryl hố: ADP + H3PO4 → ATP + H2O

Phản ứng đòi hỏi lượng tương đương lượng liên kết cao thứ

nhất (7,3 Kcalo/mol - điều kiện chuẩn) Tuỳ nguồn lượng cung cấp mà có hình thức phosphoryl hố quang hóa (xảy quang hợp) phosphoryl hóa oxygen hóa (xảy hơ hấp)

Trong hơ hấp có hai hình thức tổng hợp ATP

- Phosphoryl hố mức chất: trình tổng hợp ATP nhờ lượng thải phản ứng oxygen hoá trực tiếp chất

Phosphoryl hố qua chuỗi hơ hấp: trình tổng hợp ATP nhờ lượng thải phản ứng chuỗi hô hấp Chuỗi hô hấp xảy nhiều phản ứng, phản ứng thoả

mãn điều kiện q trình phosphoryl hố q trình tổng hợp ATP xảy Trong chuỗi hơ hấp có vị trí đủđiều kiện để tổng hợp ATP Như vậy, vận chuyển H2 từ chất đến O2 tạo ATP cho tế bào

IV SỰ VẬN CHUYỂN CHẤT DINH DƯỠNG VÀO TẾ BÀO

(166)

quanh môi trường bên tế bào tồn hàng rào thẩm thấu, hàng rào màng tế bào chất

Sự vận chuyển chất qua màng tế bào vi sinh vật tuân theo hai chế: khuếch tán đơn giản (hay gọi vận chuyển thụ động hay vận chuyển xi dịng) vận chuyển chủđộng (vận chuyển ngược dòng)

Sự vận chuyển chất nhờ permease thụđộng (khơng cần lượng tế bào) chủđộng (cần lượng) Theo chế vận chuyển thụđộng, chất hòa tan liên kết thuận nghịch vào vị trí đặc biệt phân tử permease nằm bên màng (có thể lỗ màng) Phức hợp “chất hòa tan - permease” vận chuyển theo hai phía màng nhờ chênh lệch nồng độở chất đó, nghĩa vận chuyển diễn theo kiểu “xi dịng” Sự vận chuyển thụ động nhờ permease chứng minh số vi sinh vật

Tuy nhiên, vi sinh vật có khả tích lũy số chất với nồng độ cao nhiều so với nồng độ bên Chẳng hạn, nồng độ K+ bên số tế bào vi sinh vật lớn nồng độ bên hàng ngàn lần Đểđảm bảo độ trung hòa điện, tế bào đồng thời thải bên ngồi ion H+ Na+ Thêm vào đó, người ta phát thấy màng vi khuẩn có hoạt tính ATP - ase enzym có liên quan đến việc vận chuyển chất

Rõ ràng, tế bào vi sinh vật chế vận chuyển thụđộng tồn chế

vận chuyển chủ động nhờ permease Sự vận chuyển tiến hành ngược với gradien nồng độ nghĩa theo kiểu “ngược dịng”, lượng tiêu thụ ATP cung cấp

Cho tới người ta phân lập hàng loạt protein vận chuyển lồi vi sinh vật Giống enzym, chúng có tính đặc hiệu chất khác Một số có tính đặc hiệu gần tuyệt đối Chẳng hạn, permease galactose ởE.coli vận chuyển galactose Các permease đường acid amin khác thể tính đặc hiệu yếu chất hòa tan

Điều đáng ý vi khuẩn vận chuyển chủ động hầu hết loại

đường phụ thuộc vào q trình phosphoryl hóa hệ thống enzym phosphotransferase Hệ

thống bao gồm hai enzym EI, EII protein vận chuyển bền nhiệt (Hpr: heat stable carried protein) có khối lượng phân tử thấp Các thành phần protein hệ thống khiết phản ứng diễn theo hai bước

Trước hết EI chuyển phosphate từ phosphoenolpyruvate (PEP) đến Hpr: Hpr + PEP Hpr - P + Pyruvate

Sau EII chuyển phosphate từ Hpr - P đến C6 đường đơn

(167)

Hình 6.3 Sơđồ vận chuyển đường qua màng tế bào vi sinh vật V TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

1 Các nguồn lượng vi sinh vật

Trong giới vi sinh vật có khác biệt lớn khả sử dụng nguồn lượng Một số vi khuẩn hiếu khí giống động vật có khả tổng hợp ATP cho từ đường bị phân giải theo đường đường phân (glycolyse) chu trình Krebs nhờ chuỗi hơ hấp màng tế bào chất (tương tự chuỗi hơ hấp màng ty thể)

Cịn vi sinh vật kị khí lại thu lượng cho hoạt động sống nhờ

quá trình lên men loại đường nhờ loại chuỗi vận chuyển electron có sử dụng hợp chất oxygen phân tử làm chất nhận electron cuối chuỗi vận chuyển Ởđây, chuỗi vận chuyển khu trú màng tế bào chất tương tự

chuỗi vận chuyển nằm ty thể Đối với thể quang dưỡng lại khác, chúng thu nhận lượng ánh sáng

Đứng quan điểm lượng sinh học, ty thể, lục lạp tế bào vi khuẩn có nhiều nét tương đồng Tất vi khuẩn có màng tế bào chất hệ enzym ATP - synthetase tương tự ATP - synthetase ty thể lục lạp Phức hợp protein vận chuyển qua màng đảm bảo biến đổi dòng proton thành lượng mối liên kết phosphate dạng ATP

1.1 Các cơ thể quang dưỡng (phototroph) quang tổng hợp (photosynthesis)

Hình thái thể quang dưỡng quang tổng hợp vi khuẩn, tảo, thực vật có khác biệt rõ ràng Mặt khác, cấu tạo quan quang hợp, sắc tố quang tổng hợp, khác biệt Đối với thực vật, chất cho electron H2O trình quang hợp giải phóng oxygen phân tử Đối với vi khuẩn quang hợp không thải oxygen chất cho electron hợp chất vô (như H2S, S) hợp chất hữu (isopropanol) (xem thêm chương X)

1.2 Các cơ thể hóa dưỡng oxygen hóa sinh học

Phần lớn vi khuẩn khơng có quan sắc tố quang hợp Chúng lấy lượng hữu ích cho trình tổng hợp tế bào nhờ giải phóng lượng phản ứng hóa học

EII

EII glucose

Ngoài Màng Trong

Glucose- 6P Hpr

Hpr-P

PEP

pyruvic

(168)

Sự trao đổi chất thể hố dưỡng nói chung bao gồm giai đoạn: - Phân cắt đại phân tửở tế bào

- Phân giải phân tử bé để tạo chất trao đổi trung gian (pyruvate, acetyl - CoA) tạo lượng hữu ích (ATP)

- Phân giải triệt để chất trao đổi trung gian thành CO2 H2O với việc tạo lượng lớn ATP Đó phản ứng oxygen hóa chất hữu vơ

Q trình oxygen hóa chất A xem chuỗi phản ứng mà chất A eletron Cơ chất A gọi chất cho electron biến thành sản phẩm oxygen hóa Tương tự, hợp chất B khác gọi chất nhận electron biến thành sản phẩm khử

Trong phần lớn trường hợp, hợp chất A chất hữu xem chất

được hydro hóa, q trình oxygen hóa thực chất q trình khử hydro (dehydrogenation), q trình khử q trình hydro hóa (hydrogenation), tổ hợp hai q trình q trình oxygen hóa khử (oxygendoreduction)

Trong chuỗi phản ứng, việc vận chuyển hydro hay electron từ chất sang chất nhận

được thực nhờ hàng loạt enzym, enzym tạo thành chuỗi vận chuyển điện tử Các chất xúc tác thích ứng cao với trình oxygen hố chất dehydrogenase Những enzym đặc trưng cho loại chất tổ hợp với coenzym mà đóng vai trị chất nhận hydro từ chất Đó dẫn xuất flavin (FMN, FAD) pyridine (NAD, NADP) nhiều hợp chất khác Ở thể hiếu khí, vận chuyển electron coenzym dehydrogenase oxygen phân tửđược thực nhờ

các hợp chất trung gian cytochrome

2 Các kiểu hô hấp

(169)

Trong số thể kỵ khí, chất nhận electron chất hữu chất vô Nếu chất nhận electron chất hữu người ta gọi lên men, chất nhận electron chất vô người ta gọi hơ hấp kỵ khí (anaerobic respiration)

Hơ hấp thể hiếu khí trình vận chuyển electron proton qua màng với oxygen phân tử làm chất nhận electron cuối cùng, cịn “hơ hấp kỵ khí” dùng để

một trình vận chuyển qua màng electron proton đến chất nhận electron cuối chất khác oxygen phân tử, nitrate trường hợp hô hấp nitrate (nitrate respiration), fumarate hô hấp fumarate (fumarate respiration ) v.v

Rất nhiều vi sinh vật có nhiều chuỗi vận chuyển electron hoạt động,

được hoạt động điều kiện ni cấy định

Ví dụ E coli, vi khuẩn đường ruột có chuỗi vận chuyển electron với oxygen phân tử chất nhận electron cuối (chuỗi hoạt động thể hiếu khí ) chuỗi “hơ hấp nitrate” hoạt động kỵ khí môi trường nitrate, chuỗi “hô hấp fumarate”, hoạt động kỵ khí mơi trường chứa chất hữu mà vi khuẩn lên men

Hơ hấp đặc trưng trước hết nơi khu trú chuỗi vận chuyển electron

màng tế bào chất thể nhân sơ màng ty thể thể

nhân thực Hơ hấp cịn đặc trưng chất chất nhận electron cuối oxygen phân tử Sự oxygen hoá chất đồng thời khử oxygen thực nhờ chuỗi phản ứng enzym, có tham gia dehydrogenase coenzym liên kết với

Cơ chế thường thấy hô hấp đường cytochrome gián tiếp Ngày người ta hoàn toàn biết rõ thành phần chế hoạt động cytochrome tế

bào nhân thực số thể nhân sơ

Bên cạnh q trình phosphoryl oxygen hố chất, cịn tồn đường khác, đặc biệt đường oxygen hoá trực tiếp nhờ enzym vận chuyển electron từ

cơ chất đến oxygen với tạo thành H2O2

(170)

Lên men để có mặt chuỗi vận chuyển electron nằm tế bào chất, khơng có tự động qua dòng electron proton phần bên phần bên màng tế bào (một dòng vận chuyển thứ cấp thiết lập cần thiết, nhờ lượng ATP) Về phương diện trao đổi lượng, q trình oxygen hóa khử, chất nhận electron cuối hợp chất hữu cơ, phân tử

oxygen Q trình giải phóng lượng nhiều so với q trình hơ hấp Các hợp chất cho electron (AH2) chất nhận electron (B) hợp chất hữu Việc vận chuyển electron thực nhờ NAD Ở có khác biệt rõ rệt so với hô hấp chất chất vận chuyển electron sản phẩm cuối

Cơ chế vận chuyển electron q trình lên men tóm tắt sau:

3 Nghiên cứu trao đổi lượng

Sự khác biệt phản ứng oxygen hóa khử nhóm vi sinh vật khác tiêu chuẩn dùng đểđịnh loại chúng, số nhà nghiên cứu đề xuất phương pháp mơi trường có thểđịnh loại nhanh chóng đơn giản nhóm vi sinh vật

3.1 Nghiên cứu kiểu hô hấp

Để xác định kiểu hô hấp loại vi khuẩn, phịng thí nghiệm người ta sử

dụng môi trường VF (nước thịt - gan) chế đặc đưa vào ống nghiệm, cấy giống vào sâu, dựa vào khả phát triển ống nghiệm ta biết loại hơ hấp

3.2 Dùng phản ứng oxydase

Phản ứng cho phép có mặt chuỗi hơ hấp hoạt động với cytochrome C màng nhờ TMPD (tetra - methyl - paraphenylene - diamine) Phản ứng đặc biệt hiệu vi khuẩn G-, phản ứng dương tính với vi khuẩn hiếu khí bắt buộc (trừ Pseudomonas maltophyla Acinatobacter), phản ứng âm tính vi khuẩn kị khí khơng bắt buộc trừ Vibrio Aeromonas. Đặc biệt vi khuẩn đường ruột có phản ứng âm tính vi khuẩn có chuỗi hơ hấp với cytochrome

3.3 Thử catalase

Enzym catalase thường có vi khuẩn G-, trừ giống Streptococcus và

Lactobacilus Khi có mặt H2O2, vài giọt huyền phù vi khuẩn có catalase dương làm sủi bọt giải phóng oxygen phân tử Nếu:

- Sủi nhiều bọt: huyền phù vi khuẩn hiếu khí - Sủi bọt: vi khuẩn hiếu - kị khí

(171)

3.4 Phản ứng nitrate reductase

Sự khử nitrate nghiên cứu mơi trường có nitrate (mơi trường lỏng đặc) để phát có mặt nitrite (nhờ thuốc thử Griess), dẫn đến kết

theo chế khác nhau:

- Khử nitrate đồng hóa xúc tác nitrate reductase B tạo nitrite, chất có thểđược chuyển hóa tiếp thành muối ammon nguồn nitơ dễđược thể sử dụng

- Khử nitrate dị hóa hay “hơ hấp nitrate” ảnh hưởng nitrate reductase A enzym khác, nitrate sẽđược khử hoàn toàn thành N2O N2 sẽđược giải phóng ngồi tế bào Hơ hấp nitrate loại hơ hấp kị khí

3.5 Nghiên cứu kiểu trao đổi chất

Nghiên cứu thực nhờ sử dụng glucose làm chất, loại đường dùng phổ biến nhiều loại vi khuẩn Thí nghiệm cần ni cấy điều kiện hiếu khí kị khí Sau ni tủấm với nhiệt độ thích hợp, có trường hợp xảy ra:

- Vi khuẩn lên men có giống phát triển canh trường làm acid hóa

ống nghiệm

- Vi khuẩn oxygen hóa làm acid hóa ống nghiệm điều kiện hiếu khí

- Vi khuẩn bất hoạt khơng thấy acid hóa ống nghiệm

- Vi khuẩn kiềm hóa thấy mơi trường bị kiềm hố điều kiện hiếu khí, điều thấy dùng peptone

3.6 Khử sản phẩm lưu huỳnh

Thí nghiệm khử sản phẩm oxygen hóa lưu huỳnh (sulfate, sulfite, thiosulfate v.v ) thấy rõ nhờ tạo hydro lưu huỳnh hóa (H2S ) phát dạng sulfua kim loại bịđen (sulfua sắt hay sulfua chì )

3.7 Đo mức độ hơ hấp

Hô hấp kế (Respirometre) Warburg dụng cụđầu tiên dùng để xác định mức độ sử

dụng oxygen tế bào sống Nó bao gồm bình cách thủy chịu nhiệt để mẫu cần nghiên cứu Mẫu đặt bình chứa nối với áp kế, bình chứa mẫu áp kế tạo thành nhánh cốđịnh chắn ống có mức nước di động, di chuyển ởđây giao động mẫu nghiên cứu gây nên

Bình chứa mẫu nối với nhánh bình cong áp kế điều chỉnh

để có dung tích khí định phần mẫu nghiên cứu Để loại bỏảnh hưởng CO2 sinh q trình hơ hấp, người ta đặt ống nhỏ bình đựng mẫu nghiên cứu, đó, chứa KOH 10% để hấp thụ CO2 q trình hơ hấp sinh Sự thay đổi áp suất áp kế sẽđược tính chuyển nhờ dung tích oxygen tiêu thụ

(172)

4 Sự tích trữ sử dụng lượng

4.1 Các mối liên kết giàu năng lượng

Tế bào sống tích trữ lượng vào hợp chất chúng giải phóng dễ dàng tế bào cần Phản ứng hóa học phổ biến thủy phân mối liên kết esterphosphate Hợp chất tế bào sử dụng thuận lợi thường xuyên ATP Ngoài cịn có hợp chất giàu lượng khác nucleotide UTP, GTP, CTP, TTP; acylphosphate, ví dụ 1-3 diphosphoglycerate; enolphosphate PEP; acyl - thio - ester

CoA - SH

Ví dụ: PEP (G = - 53,5 Kj.mole -1)

+ Các acyl - thioester: Ví dụ: Coenzym A

4.2 Nguồn gốc hợp chất cao năng

ATP có thểđược tổng hợp hai chế:

- Q trình phosphoryl hóa chất xảy tế bào chất

- Quá trình phosphoryl hóa liên hệ với gradien electron proton xảy màng tế

bào chất, ởđây người ta thấy có q trình phosphoryl oxygen hóa phosphoryl quang hóa (photophosphorylation)

Trong hai trường hợp trình tổng hợp ATP phụ thuộc vào lượng ADP phosphate vô

+ Q trình phosphoryl hóa chất: q trình này, phosphate vơ cơđược liên kết (nhờ xúc tác enzym) với sản phẩm phân giải Hợp chất oxygen hóa chất mang mối liên kết phosphate giàu lượng có thểđược chuyển đến ADP Kiểu hình thành ATP thường thấy phân giải glucose theo đường EMP (giai đoạn oxygen hóa - phosphoglyceraldehyd thành acid 1,3- diphosphoglyceric biến đổi hợp chất thành acid pyruvic)

(173)

5 Sự trao đổi carbohydrate

5.1 Sự phân giải carbohydrate

Carbohydrate dạng hợp chất có trọng lượng phân tử lớn phải thuỷ phân thành dạng đường đơn để có thểđi vào đường phân giải đường để cung cấp lượng cần thiết cho hoạt động sống thể tạo hợp chất trung gian cần cho

chuyển hoá trao đổi chất

5.2 Sự tổng hợp carbohydrate

Tương tự thực vật bậc cao, vi sinh vật có khả tổng hợp oligo - polysaccharide Lượng oligo - polysaccharide nội bào đạt tới 60% khối lượng khơ tế bào, cịn polysaccharide ngoại bào vượt nhiều lần khối lượng vi sinh vật Thành tế bào chứa lượng lớn polysaccharide

Tất oligo polysaccharide tổng hợp cách kéo dài chuỗi saccharide có trước nhờ việc thêm đơn vị monosaccharide (X) Đơn vị monosaccharide tham gia vào phản ứng dạng nucleotide - monosaccharide hoạt hóa, thường dẫn xuất uridine - diphosphate (UDP.X) với nucleotide purine pirimidine khác Sự

tổng hợp diễn theo phản ứng chung sau:

.X.X.X.X.X.X + UDP - X = X.X.X.X.X.X.X + UDP (n - nhánh) (n + - nhánh)

Trong trường hợp polysaccharide bao gồm hai loại monosaccharide liên tiếp (X Y) phản ứng chung xảy qua hai bước:

Bước 1: X.Y.X.Y.X.Y + UDP - X = X.Y.X.Y.X.Y.X + UDP Bước 2: X.Y.X.Y.X.Y.X + UDP - Y = X.Y.X.Y.X.Y.X.Y + UDP

Con đường tổng hợp polysaccharide phân nhánh ta biết Trong dịch chiết tế

bào số lồi nấm sợi có chứa enzym kitine - sinthetase xúc tác phản ứng chuyển nhánh N - acetylglucosamine từ UDP - acetylglucosamine đến phân tử nhận Một cách tương tự việc tổng hợp mannan thành tế bào nấm men bao gồm việc chuyển nhánh mannose từ GDP - mannose đến chất nhận Trong việc tổng hợp tinh bột Chlorella glycogen ởArthrobacter có tham gia ADP - glucose

- Tổng hợp glycogen: Khi có điều kiện ngoại cảnh hạn chế phát triển vi khuẩn chúng tích lũy glycogen nhờ hệ enzym trùng hợp glucose Glycogen tích lũy dạng hạt chất ngyên sinh mà phát cách nhuộm màu với iode (Hình 6.8)

(174)

- Tổng hợp levan dextran: Các levan (poly β- 2,6-fructose) dextran (poly α-1,6 glucose) với phân nhánh α - 1,3 α -1,4 tổng hợp từ saccharose theo phản

ứng sau:

n saccharose n glucose + (fructose)n n saccharose (glucose)n + n fructose

Sự hình thành hợp chất nguyên nhân tượng nhầy nhớt nuôi cấy số loại vi khuẩn môi trường giàu saccharose Các hợp chất polysaccharide với hợp chất nitơ hình thành nên glycopeptide thành tế bào

6 Sự trao đổi protein

6.1 Sự phân giải protein

Khác với lên men, chất trình thối rữa protein Đây thành phần quan trọng xác bã động vật, thực vật vi sinh vật Sự phân giải hợp chất hữu chứa nitơ có ý nghĩa to lớn nông nghiệp vịng tuần hồn vật chất tự nhiên Người ta gọi trình phân giải trình ammon hóa (ammonification)

Rất nhiều lồi vi sinh vật khác tham gia vào q trình ammon hóa tự

nhiên Đáng ý vi sinh vật sau:

- Vi khuẩn: Bacillus mycoides, B subtilis, Proteus vulgais, Pseudomonas aeruginosa, E coli

- Xạ khuẩn nấm: Streptomyces griseus, S fradiae, Aspergillus niger, A awamori, Penicillium camemberti, Mucor spp.,

Trong thể vi sinh vật, acid amin thường chuyển hóa nhờ q trình khử

amin, q trình khử carboxyl đồng thời vừa khử amin vừa khử carboxyl

Khi phân giải acid amin tùy theo loại phản ứng tạo sản phẩm trung gian, tiền chất cho phản ứng sinh tổng hợp cần thiết cho số trình trao

(175)

HOOC- CH2- CH (NH2) - COOH HOOC-CH=CH-COOH+ NH3 hay tạo α - ketoglutaric từ acid glutamic, acid acetic từ glycine, acid succinic từ aspactic ) Trong trình khử amin thủy phân có liên kết với ion H+ OH- tạo thành acid lactic từ alanine:

CH3-CH(NH2)-COOH + H2O CH3-CHOH-COOH + NH3

Nhiều sản phẩm sinh trình phân giải acid amin (rượu, acid hữu ) lôi vào trình phân giải tạo lượng

Nhiều loại amin vi khuẩn sản sinh thể người động vật có tính độc, tích lũy histamine gây chứng co giật mạch máu, hợp chất diamine

acmatine, putrecine gặp nhiều thịt cá thiu có tính độc

Một số vi khuẩn có khả chuyển hóa tryptophan thành chất có mùi indol skatol Trong trình phân giải acid amin chứa lưu huỳnh (methionine, cysteine, cystine) tạo H2S làm cho phân thịt cá có mùi

Khi q trình thối rữa xảy điều kiện thống khí q trình oxygen hóa

được tiến hành đến cùng, hầu hết carbon chuyển thành CO2 Nếu trình diễn điều kiện kị khí có tích lũy nhiều sản phẩm trung gian nói

Ngồi khả phân giải protein, vi sinh vật cịn có khả phân giải số chất

đạm khác urea, acid uric Sự phân giải chất tạo sản phẩm trung gian acid formic, acid acetic, CO2, NH3 , chất tham gia trực tiếp vào trình trao đổi chất trao đổi lượng tế bào

Urea chất hữu chủ yếu nước tiểu người động Trong urea có chứa 47% nitơ khơng vi sinh vật phân giải thành NH3 nguồn nitơ lớn lao trở thành vơ ích thực vật

Rất nhiều vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm sợi sống đất có khả phân giải mạnh mẽ urea Đáng ý loài nhưPlanosarcina urea, Micrococcus urea, Bacillus pasteurii, Proteus vulgaris Quá trình phân giải urea xẩy đơn giản với xúc tác urease:

(176)

- Q trình nitrite hóa biểu thị phương trình phản ứng sau:

Năng lượng sinh phản ứng vi khuẩn nitrite sử dụng để đồng hóa CO2 khơng khí Thực trình trải qua nhiều phản ứng trung gian tạo nhiều sản phẩm trung gian, sản phẩm trung gian quan trọng hydroxygenlamin (NH2OH) Enzym xúc tác cho việc chuyển hydro enzym q trình hơ hấp hiếu khí Vi khuẩn nitrite bọn tự dưỡng bắt buộc với chi đại diện Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira Nitrosocystis

- Q trình nitrate hóa biểu thị phương trình sau:

Cũng vi khuẩn tự dưỡng hóa khác, lượng sinh phản ứng oxygen hố NO2-được sử dụng đểđồng hóa CO2 khơng khí Vi khuẩn nitrate hóa điển hình lồi thuộc giống Nitrobacter Đây tế bào hình bầu dục, kích thước khoảng 0,8-1,0μm, thuộc loại G-, không tạo bào tử, khuẩn lạc nhỏ bé suốt Ngồi cịn có số giống khác Nitrococcus, Nitrospira

6.2 Sự tổng hợp protein

Ba trình chủ yếu việc biến đổi truyền đạt thông tin di truyền

thể là:

- Sự nhân đôi DNA tạo phân DNA giống giống với phân tử DNA “mẹ” - Q trình mã theo thơng tin di truyền từ DNA sang RNA, sau

được chuyển đến ribosome

- Quá trình dịch mã cho phép chuyển dịch thông tin di truyền thành amino acidcấu trúc nên protein Công nghệ di truyền cho phép giải mã trật tự nucleotide thành trật tự amino acid xác lập (h 6.5)

Phần lớn vi sinh vật có khả tổng hợp 20 loại amino acid Con đường tổng hợp amino acid vi sinh vật nghiên cứu tỉ mỉ Nguyên liệu dùng cho trình tổng hợp sản phẩm trung gian pyruvate, α - ketoglutarate, oxaloAcetate, fumarate

Trong phần lớn trường hợp, nhóm amin đưa vào giai đoạn cuối sinh tổng hợp nhờ chuyển amin, số amino acid hình thành nhờ hàng loạt biến đổi amino acid khác, trường hợp khơng cần chuyển amin Nhiều loại L - amino acid sinh tổng hợp đường lên men nhờ vi sinh vật lysine, glutamic, alanine, glycine

(177)

Hình 6.5 Sơđồ sinh tổng hợp amino acid theo Lehninger

7 Sự trao đổi lipid

7.1 Sự phân giải lipid

Lipid (ester phức tạp glycerol acid béo) chất sáp (ester phức tạp acid béo rượu bậc một) nhiều vi sinh vật dùng làm nguồn thức ăn lượng So với chất khác loại chất đồng hóa với tốc độ chậm, q trình

(178)

Bước trình đồng hóa lipid phân giải thành glycerol (hoặc rượu

đơn nguyên tử) acid béo Quá trình

được xúc tác nhờ lipase nội bào ngoại bào Sau phosphoryl hóa, glycerol chuyển hóa theo đường EMP, cịn acid béo vào chu trình β - oxygen hóa (Hình 6.6)

Như vậy, qua vịng oxygen hóa hịan tồn chuỗi carbon phân tử acid béo lại 2C Cứ tiếp tục tồn chuỗi carbon chuyển hóa thành acetyl - CoA, chất chuyển hóa nhờ chu trình TCA chu trình acid glyoxygenlic Một số nấm mốc thuộc chi Penicillium

Aspergillus có thể oxygen hóa acid béo cách khơng triệt để tích lũy lại mơi trường metylketone tạo mùi khó chịu (gặp dầu mỡ

(179)

Câu hỏi ôn tập của chương

1 Các hình thức vận chuyển chất qua màng?

2 Cơ chế trình sinh lượng hơ hấp hiếu khí kị khí? Các kiểu hô hấp vi sinh vật?; Các đường phân giải hexose?

4 Các kiểu trao đổi chất vi sinh vật ? Sự phân giải hợp chất protein ? Phân biệt đồng hóa dị hóa

6 Vai trò vi sinh vật trình chuyển hóa vật chất tự nhiên ? * Tài liệu đọc thêm

Kiều Hữu Ảnh, 2006 Giáo trình Vi sinh vật học (lý thuyết tập giải sẵn) song ngữ Việt- Anh phần phần 2, NXB KH&KT Hà Nội

Biền Văn Minh (chủ biên), Kiều Hữu Ảnh, Phạm Ngọc Lan, Phạm Hồng Sơn, Phạm Văn Ty, Nguyễn thị Thu Thuỷ, 2006 Vi sinh vật học; NXB Đại học Huế

3 Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Pham Văn Ty Vi sinh vật học, 1997, NXBGD Hà Nội

1 Nguyễn Thành Đạt 1999 Vi sinh vật học, NXBGD, Hà Nội

2 Lehninger A.L., Nelson D.L., Cox M.M 1993 Principles of Biochemistry Second Edition Worth Publishers New York

3 Prescot Harley Klein, 2002 Microbiology W C Brown publisher, USA http://vietsciences.net http://vietsciences.free.fr

*Giải thích thuật ngữ

Trao đổi chất hay biến dưỡng q trình sinh hố xảy thể sinh vật với mục đích sản sinh nguồn lượng nuôi sống tế bào (quá trình dị hố) tổng hợp vật chất cấu thành nên tế bào (q trình đồng hố)

Dị hóa đồng hóa

- Dị hóa (catabolism): trình biến dưỡng lượng nhằm tạo lượng cho tế bào

- Đồng hóa (anabolism): trình biến dưỡng vật chất thu lượng nhằm tạo đơn phân dùng để tạo hợp chất đại phân tử sinh học cho tế bào

Đồng hóa sinh tổng hợp đường đơn

Khung carbon -được cung cấp đường dị hóa, đặc biệt đường phân chu trình TCA

- Đường cung cấp từ mơi trường bên tổng hợp bên tế

(180)

- Sự tổng hợp glucose từ nguyên liệu carbohydrate gọi gluconeogenesis: phosphoenol pyruvate từ chu trình TCA hai chất trung gian glucose 6-phosphate UDP-glucose

Đồng hóa sinh tổng hợp amino acid

- Hai mươi amino acid có thểđược chia thành nhóm dựa vào tiền chất chúng Mỗi nhóm có đường sinh tổng chung để tạo thành tiền chất tương ứng - Nitrogen

đưa vào hầu hết amino acid phản ứng chuyển amin dùng nhóm amine glutamate; glutamate tái tạo bằng NH3 glutamate dehydrogenase

Đồng hóa sinh tổng hợp nucleotide axít béo

- Sinh tổng hợp base nitric trình phức tạp: purine tổng hợp cách thêm nguyên tử vào khung đường-phosphate; vòng pyrimidine tổng hợp trước gắn đường vào

(181)

181

CHƯƠNG

(182)

Chương 7: Hơ hấp kỵ khí 182

I KHÁI NIỆM CHUNG

Nhiều vi khuẩn sinh trưởng điều kiện khơng có oxygen, lúc chúng dùng nitrate (hoặc sulfate) làm chất nhận điện tử cuối cùng, gọi hơ hấp nitrate (hoặc hô hấp sulfate)

Khả chuyển điện tử cho nitrate sulfate, giúp cho vi khuẩn thực tương

đối đầy đủ q trình oxygen hóa hồn tồn chất, mà khơng cần có tham gia oxygen phân tử, nhờ vi sinh vật thu nhiều lượng so với trình lên men (Hình 7.1)

Ngồi ra, có số vi khuẩn (Clostridium aceticum) lại dùng CO2

làm chất nhận hydro hơ hấp kị khí

Hình 7.1 Sơđồ q trình hơ hấp hiếu khí, kị khí lên men II HƠ HẤP NITRATE, AMMONIUM HĨA NITRITE VÀ KHỬ

NITROGEN

Hơ hấp nitrate khử dị hoá nitrate khác với trình khử đồng hố nitrate

chỗ, sản phẩm khử trường hợp không tế bào sử dụng tiếp, mà thường

được tiết mơi trường

Rất nhiều vi khuẩn hiếu khí sống điều kiện kị khí có khả dùng nitrate làm chất nhận hydro cuối cùng, ví dụ số loài thuộc chi Bacillus, Aerobacter E coli

khử nitrate thành amoniac (q trình amon hố nitrate), số khác lại khử

(183)

Hình 7.2 Sơđồ q trình hơ hấp nitrate

Vi khuẩn nitrate hóa thuộc chi Nitrobacter dùng nitrite làm nguồn lượng Có thể

biểu thị chuỗi hơ hấp vi khuẩn nitrate sau

Hình 7.3 Chuỗi hơ hấp vi khuẩn nitrate hóa

Nhiều loại vi sinh vật có khả dùng nitrate làm nguồn thức ăn nitơ, khử đồng hoá nitrate qua nitrit thành amoniac, hợp chất tham gia tổng hợp tế bào chúng

NO−

3 → NO−2 → x → NH2OH → NH+4 Khi ammonia hố nitrate ta có

8[H] + H+ + NO−3 → NH+4 + OH - + 2H

2O Cịn khử nitrate hố

10[H] + 2H+ + NO−3 → N2 + 6H2O

Khi hô hấp nitrate, đặc biệt phản nitrate hoá, chất hữu cơđược oxygen hố hồn tồn đến CO2 H2O Năng lượng sinh với nitrate chất nhận hydrogen thấp trường hợp chất nhận oxygen phân tử khoảng 10% ATP tạo nhờ kết q trình phosphoryl hóa chuỗi hơ hấp, q trình phản nitrate hóa đảm bảo hoạt tính sinh trưởng vi sinh vật mức độ cao Ở nhiều loại vi sinh vật có khả hơ hấp nitrate E.coli chuỗi vận chuyển điện tử tương tự trường hợp hiếu khí, có citocromo-oxygendase thay nitratreductase

(184)

khử nitrate dị hóa nitrite dị hóa N2, N2O hay NO

Do vi khuẩn phản nitrate hóa có khả dùng nitrate chủ yếu làm chất nhận điện tử, mà khơng có khả khử thành NH+

4, muốn nuôi cấy chúng phải cần bổ sung

thêm nguồn đạm vào môi trường (pepton NH4+) Vi khuẩn phản nitrate hóa phân bố rộng tự nhiên, loài thường gặp P. denitrificans, P aeruginosa, P fluorescens, Micrococcus denitrificans, Hydrogenomonas agilis

Vi khuẩn phản nitrate hóa tác nhân sinh học làm nghèo nitrogen đất (còn phản nitrate hóa học xảy mạnh đất nhiều acid) trình xảy mạnh đất bị kỵ

khí (đất ngập nước, khơng tơi )hoặc dùng phân đạm (nitrate) với phân chuồng ruộng lúa ngập nước, ởđây phân nitrate dùng bón cho lúa đạt hiệu ít, nitrate hết nhanh, khoảng mười sau bón Khi đất thống khí q trình phản nitrate bịức chế, oxygen phân tửđã ức chế tế bào vi khuẩn tổng hợp enzym nitratreductase nitritreductase

III HÔ HẤP SULFATE

Phần lớn vi sinh vật thực vật dùng sulfate làm nguồn dinh dưỡng lưu huỳnh

để tổng hợp cáchợp chất thể chứa S (acid amin chứa S, enzym ) Đó q trình khử đồng hóa sulfate Chỉ có số vi sinh vật thuộc chi Desulfovibrio Desulfotomaculum

lại dùng sulfate làm chất nhận hydro cuối hơ hấp kị khí

Q trình hơ hấp sulfate tương tự q trình hơ hấp nitrate, vi sinh vật thực trình thuộc loại kị khí bắt buộc, chúng dùng sulfate làm chất nhận hydro cuối q trình oxygen hóa chất H2S sản phẩm trình sinh theo khửứng

8[H] + SO2−

4 → H2S + 2H2O + 2OH

-

Vi khuẩn thực trình hô hấp sulfate trước bị khử thành H2S phải trải qua nhiều giai đoạn trung gian mà có giai đoạn người ta chưa biết cách chắn

SO2−

4 → APS → SO

−

2

3 → → → S

2-

(Adenosin-5-phosphosulfate)

Năng lượng sinh q trình hơ hấp sulfate vi sinh vật sử dụng để đồng hóa hợp chất hữu (acid hữu cơ, amino acid) số vi khuẩn khử sulfate hóa có khả

năng tự dưỡng cacbon, chúng dùng hydrogen phân tửđể khử sulfate sử dụng lượng sinh q trình hơ hấp sulfate đểđồng hóa CO2 khơng khí

4H2 + H2SO4 → H2S + 2H2O + Q

Vi khuẩn khử sulfate hóa phân giải pyruvate để hình thành H2S 4CH3COCOOH + H2SO4 → CH3COOH +4CO2 +H2S

(185)

khuẩn khử sulfate, cịn bùn có H2S số lượng chúng lên tới 107 tế bào Hàng triệu năm nay, chúng tham gia tích cực vào q trình hình thành quặng lưu huỳnh, mỏ dầu hỏa

Desulfotomaculum ruminis tham gia tích cực vào q trình khử sulfate tạo thành H2S dày cỏ động vật nhai lại (trâu, bò ) Bằng cách khử sulfate vi sinh vật nhóm tham gia tích cực vào chu trình chuyển hóa chuyển hóa lưu huỳnh tự

nhiên Mặt khác, sinh H2S làm cá chết hàng loạt, H2S làm ăn mòn phận kim loại cơng trình chơn sâu đất nước

Thiobacillus denitrificans Thiobacillus thiooxidans

Hình 7.4 Một số lồi vi khuẩn lưu huỳnh IV HƠ HẤP CARBONATE TẠO METHANE

Những vi sinh vật có khả hình thành methane từ carbonate Chúng lấy lượng cho hoạt động sống từ trình oxygen hóa kỵ khí hợp chất khống hay hợp chất hữu cơđơn giản acid formic hay số acid béo bậc cao Những vi sinh vật sinh methane bao gồm nhóm phụ khác hình thái

-Các vi sinh vật sinh methane khơng sinh bào tử (Methanobacterium) -Các vi sinh vật sinh methane sinh bào tử (Methaneobacillus)

-Các vi sinh vật hình cầu sinh methane (Methanococcus) -Các cầu khuẩn sinh methane (Methanosarcina)

(186)

Chương 7: Hô hấp kỵ khí 186

Methanobacterium formocicum Methanospirillum sp.strain TM20-1

Hình Hình dạng số loài vi khuẩn methane

Người ta thường gặp vi sinh vật sinh methane ởđáy ao hồ, đầm đáy biển, nơi mà điều kiện kỵ khí thuận lợi cho chúng phát triển

Methaneobacterium barkeri Có khả chuyển hố CO thành CH4 Sản phẩm trung gian q trình chuyển hố CO2 H2

Vi khuẩn sinh methane chứng minh loại vi sinh vật có khả sinh tổng hợp mạnh vitamin B12 Sơđồ giả thuyết hình thành CH4 từ CO2 Acetate vi khuẩn sinh methane có thểđược trình bày sau

(187)

V HƠ HẤP CARBONATE TẠO THÀNH ACETATE

Q trình hơ hấp carbonate tạo thành Acetate phát gần vi khuẩn methane, khử sulfate

Hình 7.7 Hình dạng Vi khuẩn Methanobacterium thermoautotrophicum Kết nghiên cứu vi khuẩn Methanobacterium thermoautotrophicum cho thấy sau

Theo đường này, 1phân tử CO2 bị [H] có lực khử thành CH3-X, 1phân tử CO2 khác bị CO dehydrogenase khử thành CO Qua trình cacbocyl hóa CH3X sinh Acetyl-X, sau thành Acetyl-CoA Dưới xúc tác piruvate siterase, Acetyl-CoA

tiếp thu phân tử CO2 để cacbocyl hóa thành pruvic acid Pruvic acid thông qua

(188)

1 So sánh điểm khác hơ hấp hiếu khí hơ hấp kỵ khí ? Những điểm giống khác hô hấp nitrate hô hấp sulfate Vai trò vi khuẩn methane thiên nhiên đời sống người ? Điền vào chỗ trống:

a Quá trình phản nitrat hố q trình có hại nơng nghiệp,

b Sự phản nitrat hố xảy mạnh nơi oxy Hô hấp kị khí khác lên men kị khí đặc điểm ?

6 Vai trị hơ hấp sunfate đời sống người ? * Tài liệu đọc thêm

3 Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Pham Văn Ty, 1997 Vi sinh vật học, NXBGD Hà Nội

1 Nguyễn Thành Đạt 1999 Vi sinh vật học, NXBGD, Hà Nội 2. http://vietsciences.net http://vietsciences.free.fr

3 Lehninger A.L., Nelson D.L., Cox M.M 1993 Principles of Biochemistry Second Edition Worth Publishers New York

4 Prescot Harley Klein, 2002 Microbiology W C Brown publisher, USA * Giải thích thuật ngữ

Các vi khuẩn tự dưỡng thu nhận lượng từ phản ứng oxygengen hóa hợp chất hóa học gọi vi khuẩn hóa dưỡng (chemotroph)

Những nhóm sử dụng hợp chất vơ (như nước, khí hydrogen, sulfua ammonia) làm chất khửđược gọi vi khuẩn vô dưỡng (lithotroph)

Hô hấp lên men

- Hô hấp: điện tử từ chất cho qua chuỗi truyền điện tử truyền đến chất nhận

điện tử cuối ngồi mơi trường O2, NO3+… ATP tạo thành theo chế

(189)

Chương 7: Hô hấp kỵ khí 189

- Lên men: điện tử từ chất hữu bị oxygen hóa chuyển đến sản phẩm lên men chất hữu để cân phản ứng oxygen hóa khử ATP tạo theo chế

phosphoryl hóa chất

Hơ hấp kị khí (anaerobic respiration)

- Hơ hấp kị khí: hóa dị dưỡng (đa số, chất cho điện tử chất hữu cơ), hay hóa vơ (dùng H2 làm chất cho điện tử) dùng chuỗi truyền điện tửđể tạo động lực proton, chất nhận điện tử sau oxygen

- ATP tạo thành hơ hấp hiếu khí - Vi khuẩn phản nitrate hóa

- Vi khuẩn khử sulfate - Vi khuẩn sinh methane

(190)

190

CHƯƠNG

VI KHUẨN HĨA DƯỠNG VƠ CƠ

(191)

Chương 8: Vi khuẩn hóa dưỡng vơ hiều khí 191

I NITRATE HĨA

Các muối ammonium tạo thành q trình ammonium hóa protein, urê, kitin trực tiếp hấp thụ, chuyển thành muối nitrate Quá trình ammonium hóa muối ammonium thành nitrate gọi q trình nitrate hóa Nitrate hóa

được thực nhiều loại vi khuẩn dinh dưỡng vô cơđặc biệt gọi chung vi khuẩn nitrate hóa

1.Vi khuẩn nitrate hóa

Người nghiên cứu vi khuẩn nitrate hóa hoạt

động sinh lý chúng nhà khoa học Nga Winogradsky Năm 1889 ông chứng minh vi khuẩn nitrate hóa vi khuẩn lưu huỳnh vi khuẩn sắt loài vi sinh vật dinh dưỡng vơ

bằng tổng hợp hóa học Ơng khẳng định q trình nitrate hóa gồm hai giai đoạn oxygen hóa muối ammonium thành nitrite oxygen hóa nitrite thành nitrate Hai giai đoạn thực hai loại vi khuẩn khác

1.1 Vi khuẩn nitrơ oxygen hóa muối ammonium thành nitrite (biến NH3 → NO−2) có ba chi Nitrosomonas,

Nitrisocytis và Nitrosospira, Nitrosomonas có hình cầu hình bầu dục ngắn, Gram âm, khơng sinh bào tử Di động tiên mao dài. Nitrosospira là loại biến đổi nhiều hình thái, dạng điển hình trực khuẩn gần giống dấu phẩy

1.2 Vi khuẩn oxygen hóa nitrite thành nitrate (biến NO−2→ NO−3)

Gồm chi Nitrobacter. Chúng trực khuẩn nhỏ khơng có bào tử, Gram âm Vi khuẩn nitrate hóa sử dụng CO2 làm nguồn C Chúng khơng cần hợp chất hữu có sẵn Khơng hợp chất hữu làm ức chế phát triển chúng Trong phịng thí nghiệm muốn nuôi cấy vi khuẩn nitrate phải dùng môi trường chứa chất vơ (để có mơi trường đặc dùng gel-silice thay cho thạch)

pH mơi trường có ảnh hưởng đến vi khuẩn q trình nitrate hóa pH thích hợp 8,5 giai đoạn thứ 8,3- 9,3 giai đoạn thứ hai Khi pH= trình nitrate hóa khơng tiến hành, đất chua khơng xảy q trình Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn nitrate hóa 30- 370C

2 Cơ chế phản ứng q trình nitrate hóa

Q trình oxygen hóa muối ammonium đến nitrate thực qua hai giai đoạn Giai đoạn oxygen hóa muối ammonium thành nitrite, biểu thị

phương trình tóm tắt sau

2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + 158 kcal

(192)

Trong hai giai đoạn q trình nitrate hóa có giải phóng nhiều lượng Vi khuẩn nitrate hóa sử dụng lượng để tiến hành phản ứng khử CO2 thành hợp chất hữu sống song với phản ứng oxygen hóa NH3 HNO2 Q trình khử viết sau

CO2 + 4H + xkcal → HCHO + H2O

3 Các yếu tốảnh hưởng đến trình nitrate

- Vi khuẩn nitrate hố vi khuẩn hiếu khí nên phát triển tốt điều kiện đất thoát thủy tốt Do đó, điều kiện đất ruộng ngập nước NH4 tích luỹ khơng chuyển hố thành NO3

- Yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến hoạt động vi khuẩn nitrite hoá nitrate hoá pH đất pH thích hợp cho hoạt động sống vi khuẩn thường 6, mức độ

nitrate hoá giảm pH thấp 6,0 thấp pH=5, ngừng hẳn pH=4 thấp Các vi khuẩn nitrate hóa sống đất chua, có mức pH tối ưu 6,5, vi khuẩn

nơi đất kiềm tính có mức pH tối ưu 7,8 Ngoài ảnh hưởng hoạt động vi khuẩn, pH

ảnh hưởng đến mật số vi khuẩn Mật số vi khuẩn nitrate hóa tăng dần theo mức độ

tăng pH từ chua sang kiềm tính

Hình 8.2 Vi khuẩn Nitrosomonas (trái) Nitrobacter (phải) Nitrosomonas europaea Nitrobacter winogradskyi

(193)

Do ảnh hưởng này, việc bón vơi cho đất chua làm gia tăng tốc độ nitrate hóa

đạm ammonium đất

- Nhiệt độ có ảnh hưởng đến hoạt động sống nhóm vi sinh vật nitrate hóa Ở nhiệt độ thấp 50C cao 400C vi khuẩn hoạt động chậm nên chuyển biến đạm NH4 thành đạm NO3 chậm Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động nhóm vi khuẩn nằm khoảng 300C Điều giải thích tượng nitrate hóa xảy vào mùa đông mùa hè, xảy mạnh vào mùa xuân mùa thu vùng ôn đới

4 Ý nghĩa trình nitrate hóa

Q trình nitrate hóa quan trọng nơng nghiệp biến muối ammonium thành nitrate nguồn thức ăn N tốt cho Do khả dinh dưỡng vơ nên vi khuẩn nitrate hóa sống chỗ tưởng khơng thể có sống nhưđá granit, đá tảng núi

Nó tham gia vào việc xâm thực đá núi tác dụng ăn mòn acid nitric tạo thành Chúng phát triển làm phá hủy phần tường gạch kiến trúc bê tơng

II OXYGEN HĨA CÁC HỢP CHẤT LƯU HUỲNH

Trong tự nhiên có một số nhóm vi sinh vật oxygen hóa hợp chất lưu huỳnh vơ cơ, có nhiều lồi thuộc nhóm tự dưỡng hóa có lồi tự dưỡng quang có loại dị dưỡng

1 Vi khuẩn tự dưỡng hóa

Bảng 8.1 Chất cho electron pH thích hợp số vi khuẩn lưu huỳnh Nhóm vi khuẩn lưu huỳnh Chất cho electron pH thích hợp để sinh trưởng Thiobacillus thioparus H2S, sulfite, S0, S2O

−

2

3 -

T denitrificans H2S, S0, S

2O23− –

T.neapolitanus S0, S

2O23− –

T.thiooxygendans S0 2-

T ferrooxygendans S0, sulfite, Fe2+ 2-

(194)

T intermedius S2O23− 3-

Beggiatoa H2S, S2O2−

3 –

Thiothrix H2S –

Thiomicrospira S2O23−,H2S –

Thiosphaera H2S, S2O23−, H2 –

Thermothrix H2S, S2O23−, SO−3 6,5 – 7,5

Sunfolobus H2S, S0 1-

Acidianus S0 1-

Vi khuẩn lưu huỳnh, nhiều loài thuộc chi Thiobacillus, sử dụng loại hay nhiều loại hợp chất lưu huỳnh (H2S, S, S2O32−, S4O26−) làm nguồn lượng Chúng chuyển hợp chất lưu huỳnh S nguyên tố muối sunfite chứa SO2−

3 ), sau oxygen hóa

thành sulfate

Quá trình sản sinh ATP trình sulfate hóa biểu thị sau

Hình 8.3 Q trình sản sinh ATP q trình sulfate hóa vi khuẩn lưu huỳnh Chú thích 2 3 biểu thị vị trí ATP sinh chuỗi electron

Các bước oxygen hoá hợp chất lưu huỳnh vi khuẩn Thiobacillus cịn biểu thị

(195)

Hình 8.4 Sơđồ minh hoạ bước oxygen hoá hợp chất S vi khuẩn Thiobacillus Dưới tác dụng Thiobacillus, lưu huỳnh muối có thểđược chuyển hóa sau

Hình 8.5 Vi khuẩn Thiobacillus thioparus (trái - tế bào; phải - khuẩn lạc)

2 Vi khuẩn tự dưỡng quang

Những vi khuẩn thuộc Pseudomonodales có họ Thiorodaceae

Chlorobacteriaceae

(196)

hình cong Đa số có độ lớn cỡ 1-2x5-10μm, có lồi dài đến 25-50 100μm Chúng sinh sản theo lối trực phân, khơng có nha bào, có tiên mao di động

Chúng thuộc loại tự dưỡng quang năng, sử dụng CO2 làm nguồn cacbon tổng hợp nên chất hữu thể, tác động lượng ánh sáng mặt trời Phương trình biểu diễn sau

2CO2 + H2S + 2H2O ⎯⎯→As (CH2O) + H2SO4

Trong qúa trình oxygen hóa H2S, lưu huỳnh tích lũy Sau S chuyển hóa thành SO4 ngồi Vi khuẩn dùng đồng thời H2S chất cho H trình quang hợp

Thuộc họ Thiorodaceae có vi khuẩn Chromatium Đó vi khuẩn màu tím nghiên cứu nhiều Tế bào hình bầu dục dài từ 10 – 20 μm Rộng khoảng - 3μm, có tiên mao di động Trong tế bào thường có hạt S, ưa sống mơi trường có H2S bùn

Thuộc họ Chlorobacteriaceae, có vi khuẩn Chlorobium (được nghiên cứu nhiều nhất) Kích thước khoảng 0,5-0,7x2,0-1,5μm Vi khuẩn khơng hình thành nha bào, không di

động, sinh sản theo phương thức phân cắt thành chuỗi, chung quanh có giác mạc Nó vi khuẩn kỵ khí, oxygen hóa H2S hợp chất S khác trình quang hợp Nhiều vi khuẩn thuộc họ oxygen hóa H2S thành S thể khơng có hạt S, S tích lũy ngồi thể

Phương thức thực q trình oxygen hóa chúng : CO2 + H2S ⎯⎯→As (CH2O) +2S + H2O

3 Vi khuẩn dị dưỡng

Vi khuẩn dị dưỡng chuyển hóa S thường gặp Bacillus mesentericus, Bacillus asterosporus , Bacillus subtillis

Các loại xạ khuẩn số nấm, men oxygen hóa S dạng bột, tác dụng yếu

III OXYGEN HÓA SẮT

Trong đất Fe2+ Fe3+ ln ln chuyển hóa lẫn Điều kiện oxygen hóa khử

của đất có ảnh hưởng lớn đến trình Khi thống khí, điện oxygen hóa cao Fe2+ oxygen hóa thành Fe3+ Fe2+→ Fe3+ + e

(197)

Q trình chuyển electron vi khuẩn thực việc oxygen hoá sắt Fe2+

biểu thị sau

Hình7.6 Sơđồ trình chuyển electron khi vi khuẩn thực việc oxygen hoá sắt Fe2+

Trong điều kiện ngập nước, điều kiện điện oxygen hóa thấp Fe3+ chuyển hóa thành Fe2+

Sự thay đổi q trình oxygen hóa khử đất khơng q trình hóa học

đơn mà cịn chịu tác động sinh vật, vai trị vi sinh vật quan trọng Nếu đất ngập nước đơn khơng thể đưa điện oxygen hóa khử xuống thấp Như vậy, có q trình ngập nước có hoạt động phan giải hợp chất hữu đưa điện oxygen hóa khử xuống thấp chuyển Fe3+ thành Fe2+ Ở đất trồng lúa, thời gian ngập nước, Fe2+ tăng ruộng chua, lân biến thành dễ tan tăng cường cho trồng

Trong đất có số vi sinh vật chuyển hóa sắt thuộc Clamidobacteriales Eubacteriales Thuộc bộClamidobacteriales thường gặp có Leptothrix Crenothrix

Leptothrix Vi khuẩn đa bào, tế bào xếp thành chuỗi dài nằm bao chung Trên bao có oxyt sắt ngưng tụ làm cho bao có màu vàng tím Nó thường lên mặt nước bám que củi, đá, Tế bào bao có thứ tự phân chia tế

bào ngồi, sinh tiên mao di động Leptothrix loại kỵ khí tùy tiện tự

dưỡng vô đồng thời dùng chất hữu làm chất cho hơ hấp Trong q trình tự dưỡng vơ cơ, có lấy lượng từ q trình oxygen hóa Fe2+ thành Fe3+

Crenothrix Vi khuẩn hình bao, nhiều tế bào hình que xếp thành chuỗi Trên bao có hạt oxygent sắt Đơi lúc bao có hình sợi phân nhánh Nó thường bám vật thể

và không sinh bào tử chyển động nhưLeptothrix

Gallionella. Vi khuẩn thuộc loại tự dưỡng, biến sắt Fe2+ thành Fe3+ lấy lượng Nó khơng thể dùng chất hữu Trong q trình sống, vi khuẩn thường sản sinh chất dẻo chất dẻo giúp dính vật thể định

Trong chất dẻo tiết thể có chất sắt ngưng tụ, trình

tóm tắt sau

(198)

Ngồi vi khuẩn oxygen hóa sắt Fe2+ thành Fe3+ tự nhiên có số vi khuẩn chuyển Fe3+ thành Fe2+ Từ lâu nhà khoa học phát số vi khuẩn E coli, Clostridium sporogenes điều kiện kỵ khí khử Fe(OH)3 Gần có nhiều nghiên cứu cho thấy vi khuẩn Bacillus circulans, Aerobacter, Pseudomonas, số

vi sinh vật lên men butyric có khả khử sắt Sắt bị khử chủ yếu điều kiện kỵ

khí Q trình khử sắt tiến hành trình sống, lồi vi khuẩn làm cho mơi trường chua, hạ thấp điện oxygen hóa khử, tạo điều kiện sắt Fe3+ biến thành Fe2+ IV OXYGEN HÓA HYDROGEN

Sự oxygen hóa hydrogen phân tử q trình oxygen hóa đơn giản Có thể

xem q trình trung gian lên men hơ hấp hiếu khí

Vi khuẩn oxygen hóa hydrogen cịn gọi vi khuẩn hydrogen, Đây nhóm vi khuẩn tự dưỡng hóa vơ khơng bắt buộc Thường gặp vi khuẩn nhóm Gram âm

Acidovorax facilus, Alcaligenes eutrophus, A.ruhlandii, Aquaspirillum magnetotacticum, Pseudomonas carboxygendovorans, Hydrogenophaga flava, Seliberia carboxygendohydrogena, Paracoccus denitrifica, Aquifex pyrophilys Cũng thuộc Gram dương Bacillus schlegelii, Arthrobacter sp. Mycobacterium

Quá trình oxygen hóa hydrogen vi khuẩn thực theo giai đoạn:

Ta thấy trình vi khuẩn khửđược CO2 thành HCHO (chất hữu cơ), vậy, mơi trường thiếu cacbon hữu nhóm vi khuẩn sử dụng CO2 làm nguồn cacbon Điều làm cho lượng chất hữu đất giàu thêm

Hiện người ta xác định đượce nzyme xúc tác cho q trình oxygen hóa hydrogenase Enzym làm hoạt hóa H2 khử NAD+

H2 + NAD+ → NAD.H(H+)

Theo chu trình pentosephosphate ATP NAD.H(H+) sử dụng để khử CO2 thành chất hữu Phương trình tổng quát

6H2 + O2 + CO2→ [CH2O] + 5H2O chất hữu

(199)

a b c

Hình 8.7 Một số vi khuẩn oxygen hóa hydrogen a Alcaligenes eutrophus; b Aquaspirillum magnetotacticum

(200)

Câu hỏi ơn tập chương

1 Vai trò vi khuẩn nitrate hóa trồng ?

2 Những sai khác nhóm vi khuẩn (Beggiatoa Thiobacillus) oxygen hóa lưu huỳnh?

3 Ý nghĩa việc nghiên cứu nhóm vi khuẩn oxygen hóa Fe2+ nhóm vi khuẩn oxygen hóa H2 ?

1 Nguyễn Thành Đạt 1999 Vi sinh vật học, NXBGD, Hà Nội http://vietsciences.net http://vietsciences.free.fr

3 Lehninger A.L., Nelson D.L., Cox M.M 1993 Principles of Biochemistry Second Edition Worth Publishers New York

4 Prescot Harley Klein, 2002 Microbiology W C Brown publisher, USA * Giải thích thuật ngữ

Vi khuẩn oxygen hóa nitrite thành nitrate (biến NO−2→ NO−3)

Vi khuẩn nitrơ oxygen hóa muối ammonium thành nitrite (biến NH3→ NO−2)

Hóa vô (chemolithotrophy)

- Thu lượng cách oxxygen hóa hợp chất vơ (hydrogen, sulfide, sulfur, ammonium, nitrite, ferrous ion)

- Đặc điểm:

+ Tự dưỡng chu trình Calvin

+ Dùng truyền điện tử ngược để tạo lực khử (trừ vi khuẩn oxygen hóa H2) tự dưỡng

giáo trình vsv sinh học 10 nguyễn thị minh ngọc thư viện giáo dục tỉnh quảng trị

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan