Âoï laì viãûc chuí âäüng chuyãøn mäüt gen hay mäüt nhoïm gen tæì mäüt vi sinh váût hay tæì mäüt tãú baìo cuía caïc vi sinh váût báûc cao sang mäüt tãú baìo vi sinh váût khaïc.Vi sinh v[r]
(1)(2)Chæång
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT VI SINH VẬT
1.1 NHỮNG KIẾN THỨC TỔNG QUÁT VỀ CÁC LĨNH VỰC VI SINH VẬTVAÌ PHÂN LOẠI
Vi sinh vật (từ tiếng Hy Lạp mikros - nhỏ, bios - sống, logos - học thuyết) phần ngành khoa học sinh học nghiên cứu hình thái, sinh hố sinh lý, tính chất có lợi có hại vi sinh vật nhằm sử dụng hiệu chúng hoạt động thực tiển người Quá trình phát triển ngành vi sinh học có liên quan chặt chẽ với hoạt động người, hình thành nên lĩnh vực vi sinh học độc lập với định hướng nhiệm vụ đa dạng Những lĩnh vực sinh học bao gồm: đại cương, kỹ thuật, y tế, thú y, nông nghiệp, nước, vũ trụ v.v Trong vi sinh đại cương kỹ thuật vi sinh có tầm quan trọng lớn lao đời sống xã hội
Sinh học đại cương nghiên cứu phát triển hoạt động sống vi sinh vật, vai trò chúng tự nhiên Những hiểu biết cần thiết nghiên cứu lĩnh vực khác có liên quan đến vi sinh vật
Kỹ thuật vi sinh hoàn thiện phương pháp thu nhận sinh khối vi sinh vật dạng cơng nghiệp q trình ni cấy chúng Các phương pháp hợp lý nhằm tổng hợp sản phẩm vi sinh cần thiết cho hoạt động thực tiễn người Việc nghiên cứu tính chất khác vi sinh vật đẩy mạnh khám phá loài trước chưa biết đến, số lượng loài ngày nhiều dẫn đến cần thiết phải phân loại cách khoa học có sở
Hiện có hai cách phân loại vi sinh vật Cách thứ theo hệ thống, cách thứ hai dựa theo cấu tạo nhân vi sinh vật
Theo cách phân loại thứ vi sinh vật xếp ngành protophyta Nó gồm ba lớp Schizomycetes (lớp vi khuẩn), Schizophycecace (lớp tảo), Microtatobiotes (lớp ricketsia vi rút)
Hệ thống phân loại đưa sau:
(3)Lớp (Class) Giống (Genus)
Bäü (Order) Loaìi (Species)
Bộ phụ (Suborder) Thứ (Variety)
Hoü (Family) Daûng (Forma, Type)
Tộc (Tribe) Nòi (Strain) Nòi tên gọi vi sinh vật phân lập khiết
Năm 1979 nhà sinh vật học Trung Quốc Trần Thế Tương đưa hệ thống phân loại giới nhóm giới sinh vật sau:
I- Nhóm giới sinh vật phi bào: 1- Giới virut
II- Nhóm giới sinh vật nhân nguyên thuỷ: 2- Giới vĩ khuẩn
3- Giới vi khuẩn lam (hay tảo lam) III- Nhóm giới sinh vật nhân thật: 4- Giới thực vật
5- Giới nấm 6- Giới động vật
Đáng ý vi sinh vật đơn giản hình thái bao gồm nhóm có đặc điểm sinh lý khác biệt xa (hiếu khí, kỵ khí, dị dưỡng, tự dưỡng, hoại sinh, ký sinh, cộng sinh ) Trong sinh vật bậc cao (thực vật, động vật) có hình thái khác xa lại gần gũi với đặc điểm sinh lý
1.2 VAI TRỊ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN V TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN
Vi sinh vật sống khắp nơi Trái đất, nơi mà điều kiện sống tưởng chừng khắc nghiệt thấy có phát triển vi sinh vật (ở đáy đại dương, nhiệt độ 85 ÷ 900C, mơi trường có pH = 10 ÷11, dung dịch bão hồ muối, đồng hố dầu mỏ, phenol, khí thiên nhiên )
Trong g đất lấy tầng canh tác thường có khoảng ÷ 22 tỉ vi khuẩn; 0,5 ÷ 14
(4)triệu xạ khuẩn; ÷ 50 triệu vi nấm; 10 ÷ 30 nghìn vi tảo Trong m3 khơng khí phía chuồng gia súc thường có ÷ triệu vi sinh vật, đường phố có khoảng 5000, mặt biển có khoảng ÷ vi sinh vật mà
Vi sinh vật sống đất nước tham gia tích cực vào q trình phân giải xác hữu biến chúng thành CO2 hợp chất vô khác dùng làm thức ăn cho trồng Các vi sinh vật cố định nitơ thực việc biến khí nitơ (N2) khơng khí thành hợp chất nitơ (NH3, NH+4) cung cấp cho cối Vi sinh vật có khả phân giải hợp chất khó tan chứa P, K, S tạo vịng tuần hồn tự nhiên
Vi sinh vật cịn tham gia vào q trình hình thành chất mùn
Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc phân giải phế phẩm công nghiệp, phế thải thị, phế thải cơng nghiệp có vai trị quan trọng việc bảo vệ mơi trường Các vi sinh vật gây bệnh lại tham gia vào việc làm nhiễm mơi trường nơi có điều kiện vệ sinh
Vi sinh vật có vai trị quan trọng lượng (sinh khối hoá thạch dầu hoả, khí đốt, than đá) Trong nguồn lượng mà người hy vọng khai thác mạnh mẽ tương lai có lượng thu từ sinh khối Sinh khối khối lượng chất sống sinh vật
Vi sinh vật lực lượng sản xuất trực tiếp ngành cơng nghiệp lên men bởỵi chúng sản sinh nhiều sản phẩm trao đổi chất khác Nhiều sản phẩím sản xuất công nghiệp (các loại axit, enzim, rượu, chất kháng sinh, axit amin, vitamin )
Hiện người ta thực thành công công nghệ di truyền vi sinh vật Đó việc chủ động chuyển gen hay nhóm gen từ vi sinh vật hay từ tế bào vi sinh vật bậc cao sang tế bào vi sinh vật khác.Vi sinh vật mang gen tái tổ hợp nhiều mang lại lợi ích to lớn sản sinh quy mơ cơng nghiệp sản phẩm trước chưa tạo thành vi sinh vật
Trong cơng nghiệp tuyển khống, nhiều chủng vi sinh vật sử dụng để hoà tan kim loại quý từ quặng nghèo từ bãi chứa xỉ quặng
Vi sinh vật có hại thường gây bệnh cho người, cho gia súc, gia cầm, tôm cá trồng Chúng làm hư hao biến chất lương thực, thực phẩm, vật liệu, hàng hố Chúng sản sinh độc tố có độc tố nguy hiễm Chỉ riêng công virut HIV đủ gây cuối kỷ XX khoảng 30 ÷ 50 triệu người nhiễm HIV
(5)1.3 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VỀ HÌNH THÁI V SINH LÝ CỦA CÁC NHĨM GIỚI VI SINH VẬT
1.3.1 Hình thái cấu tạo tế bào vi sinh vật nhân nguyên thuỷ
Vi sinh vật nhân nguyên thuỷ bao gồm: Vi khuẩn thật (Eubacteria) vi khuẩn cổ (Archaebacteria) Trong vi khuẩn thật lại gồm nhiều nhóm khác nhau, chủ yếu vi khuẩn (Bacteria), xạ khuẩn (Actinomycetes), vi khuẩn lam (Cyanobacteria) nhóm vi khuẩn nguyên thuỷ Micoplatma (Micoplasma), Ricketxi (Ricketsia), Clamidia (chlamydia)
1.3.1.1 Vi khuẩn
Vi khuẩn có nhiều hình thái, kích thước xếp khác Đường kính phần lớn vi khuẩn thay đổi khoảng 0,2 ÷ 2,0 àm, chiu di c th khong 2,0 ữ 8,0 µm Những hình dạng chủ yếu vi khuẩn hình cầu, hình que, hình dấu phẩy, hình xoắn, hình có ống, hình có sợi
Ở vi khuẩn hình cầu (cầu khuẩn - coccus) tuỳ theo hướng mặt phẳng phân cắt cách liên kết mà ta có: song cầu khuẩn (Diplococcus), liên cầu khuẩn (
Strepto-coccus), tứ cầu khuẩn (Graffkya), tụ cầu khuẩn (Staphylococcus)
Ở vi khuẩn hình que- trực khuẩn (Bacillus); Bacterium gặp dạng đơn, dạng đơi, dạng chuỗi
Ở vi khuẩn hình xoắn có dạng hình dấu phẩy: phẩy khuẩn (Vibrio), hình xoắn thưa (Xoắn khuẩn- Spirillum) , hình xoắn khít (Xoắn thể- Spirochaetes)
Ngồi ra, cịn gặp hình dạng khác vi khuẩn (hình khối vng, khối tam giác, khối hình ) Chi Beggiatoa Saprospira có tế bào nối dài dạng sợi, chi
Caryophanon có tế bào hình đĩa xếp lồng vào xâu đồng xu
Tế bào vi khuẩn nhỏ nhẹ Một tỉ trực khuẩn đại tràng Escherichia coli có mg
Tiên mao (hay lông roi) sợi lông dài, uốn khúc, mọc mặt ngồi số vi khuẩn có tác dụng giúp vi khuẩn có thểí chuyển động môi trường lỏng
Vi khuẩn di động môi trường lỏng theo kiểu phụ thuộc vào nhiều lý khác nhau, nhiều hoàn toàn ngẫu nhiên Cũng khơng trường hợp tìm đến hay tránh khỏi số yếu tố Ví dụ tìm đến nguồn thức ăn, tìm tới chỗ có ánh sáng, tránh chỗ có hố chất độc hại
Vi khuẩn Gram âm (G− )thường có khuẩn mao, giúp vi khuẩn bám vào giá thể (màng nhầy đường hơ hấp, đường tiêu hố ) Rất nhiều vi khuẩn G− có khuẩn mao vi khuẩn gây bệnh
(6)Bảng 12.1 Đặc tính số màng lựa chọn dạng YAM
Enzim Khối lượng phân tử Màng
Proteinaza kiềm tính từ Bac subtilis
Proteinaza trung hoà từ Bac subtilis 103 Rennin từ Bac mesentericus (ПБ)
Lipaza từ Asp awamori
Xenluaza từ Sedridium Candidum
Pectinaza từ Asp awamori 16
Glucoamilaza từ Asp niger
20.000 ÷ 23.000 45000 40000 ÷ 50000 43000 ÷ 50000
60000 80000 97000
YAM - 150 YAM - 200 YAM - 200 YAM - 200 YAM - 200 YAM - 300 YAM - 300 YAM - 300
Khi xét đến tính khơng bền nhiệt dung dịch, thường tiến hành trình siêu lọc nhiệt độ bình thường hay thấp hơn, phải làm dung dịch ban đầu q trình tuần hồn kín
12.1.2 Caïc xå polyme
Xơ polyme vật liệu lựa chọn có triển vọng dùng cho siêu lọc Chúng ống mao dẫn có đường kính 20 ÷ 100 àm v chiu dy thnh ng xp 10 ữ 50 µm Sự hình thành xơ rỗng phương pháp ép lõm polyme nóng chảy qua khn kéo đặc biệt Polyamit, penylon, polyacrylonitryl sử dụng vật liệu để sản xuất xơ rỗng
Các bó xơ gắn chặt vào phận bên thiết bị siêu lọc để tạo bề mặt có diện tích đến 30.000 m2 Có thể xếp đến 28 triệu sợi xơ vào ống có đường kính
35 cm Khi suất đạt 175 m 3 nước m3 thể tích khơng gian ống
Những ưu điểm xơ rỗng sau: khả tạo yếu tố phân chia có mật độ gói cao, vận chuyển bảo quản dạng khơ, có khả giữ áp suất cao Tuy nhiên nhược điểm lớn xơ polyme khó thay đổi sợi xơ bị hư hỏng
Một đặc điểm màng bán thấm tính thấm nước chúng Các màng dùng công nghiệp để lọc siêu tốc đặc trưng khả thấm nước đến 300 l/(m2.h) lớn hơn, nhiên cô tinh chế dung dịch chứa
enzim dung dịch hoạt hoá sinh học khác, suất chúng thấp đáng kể - không lớn 30 ÷ 40 l/(m2.h)
Trong trình hoạt động suất màng giảm xuống
(7)12.1 KỸ THUẬT PHÂN CHIA BẰNG MAÌNG LỌC
Sau hàng triệu năm biến hoá, tế bào sinh vật sống hình thành phương pháp vạn hoàn thiện để phân chia dung dịch nhờ màng bán thấm Ví dụ vỏ tế bào động thực vật, nhờ chúng mà trao đổi chất tế bào mơi trường bên ngồi thực
12.1.1 Cạc mng siãu lc
Các màng bán thấm siêu lọc màng xốp, tồn hệ rãnh xuyên suốt bảo đảm thẩm thấu pha cấu tử hỗn hợp bị phân chia Các lỗ nhỏ màng tạo hệ thống đường rãnh ngoằn ngoèo liên kết với hay độc lập Các màng bán thẩm phận hoạt động thiết bị siêu lọc, cho phép tách chất hồ tan có khối lượng phân tử khoảng 1200 ÷ 3000000 Các màng dùng công nhiệp sản xuất từ màng xenluloza axetat xốp, dị hướng coú kết cấu hai lớp, gồm lớp bề mặt mỏng với bề dày 0,25 µm đến đệm xốp mịn có bề dày 100 µm Lớp mịn hoạt hoá màng xác định khả giữ lại loại cấu tử hỗn hợp phân chia, lớp xảy trình phân chia Vi kết cấu lớp hoạt hố với kích thước lỗ quy định xác định mức độ cô chất
Hiện vật liệu dùng làm cho màng: giấy kim loại, thuỷ tinh xốp, grafít Yêu cầu màng nhân tạo sau: tính lựa chọn cao, tính thấm cao, bền hố tính trơ sinh học dung dịch đem phân ly, tính ổn định trình hoạt động, độ bền học tuổi thọ caọ, có khả tái sinh giá thành thấp
Hiện Nga sản xuất bảy nhãn hiệu màng siêu lọc sử dụng công nghiệp từ xenluloza axetat dạng: YAM - 30, 50 M, 100 M, 150 M, 200 M, 300 M 500 M, chúng khác đường kính lỗ (từ đến 60 ÷ 70 nm), tính thấm tính lựa chọn tương ứng Màng YAM - 30 với đường kính lỗ nhỏ sử dụng để chất hoạt hố sinh học có khối lượng phân tử đến 10000, màng YAM - 500 với đường kính lớn − để chất có khối lượng phân tử đến 50000 Tuy nhiên lựa chọn màng, khối lượng phân tử cần phải tính đến yếu tố (khơng gian, đặc trưng cấu trúc khơng gian phân tử chất đem cơ) có ảnh hưởng đến tính lựa chọn màng, khả kết tụ nhiều chất hoạt hoá sinh học Cho nên hệ cụ thể, việc lựa chọn màng thực phương pháp thực nghiệm
Các màng lựa chọn dạng YAM từ xenluloza axetat để cô tinh chế số enzim phương pháp siêu lọc nêu bảng 12.1