Bài giảng Vi sinh vật học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA SƯ PHẠM TỰ NHIÊN TỔ SINH – KTNN  GV: NGUYỄN TRUNG NHÂN BÀI GIẢNG VI SINH VẬT HỌC (Dùng cho sinh viên ngành Cao đẳng Sư phạm Sinh học) Năm 2015 -1- MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU………………………………………………………………… PHẦN A LÍ THUYẾT…………………………………………………… Chương 1: ĐỐI TƯỢNG NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA VI SINH VẬT HỌC……… 1.1 Đối tượng vi sinh vật học……………………………………… 1.2 Các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học……………………… 1.3 Lược sử vi sinh vật học…………………………………………… 1.4 Giới thiệu hệ thống sinh giới…………………………………… 1.5 Vai trò vi sinh vật tự nhiên đời sống………………… 11 Câu hỏi tập…………………………………………… 12 Chương 2: VI SINH VẬT NHÂN SƠ………………………………… 13 2.1 Vi khuẩn Archaea……………………………………………… 13 2.2 Archaea…………………………………………………………… 21 Câu hỏi tập……………………………………………………… 25 Chương 3: VI SINH VẬT NHÂN CHUẨN…………………………… 26 3.1 Khái quát cấu tạo tế bào nhân chuẩn…………………………… 26 3.2 Vi nấm……………………………………………………………… 29 3.3 Vi tảo……………………………………………………………… 30 3.4 Động vật nguyên sinh……………………………………………… 32 Câu hỏi tập……………………………………………………… 33 Chương 4: VIRÚT.……………………………………………………… 34 4.1 Lược sử phát nghiên cứu virút…………………………… 34 4.2 Đại cương virút………………………………………………… 36 4.3 Các kiểu chu trình sống virút…………………………………… 39 4.4 Virút bệnh tật…………………………………………………… 42 Câu hỏi tập………………………………………………… 44 Chương 5: SỰ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT… 45 5.1 Nhu cầu chất dinh dưỡng………………………………… 45 -2- 5.2 Các tác nhân kiểm soát sinh trưởng vi sinh vật…………… 46 5.3 Đồ thị sinh trưởng vi khuẩn………………………………… 47 Câu hỏi tập…………………………………………………………… 51 Chương 6: SỰ CHUYỂN HĨA CÁC CHẤT VÀ CÁC Q TRÌNH LÊN MEN………………………………………………………………… 52 6.1 Sự chuyển hóa vật chất tế bào vi sinh vật…………………… 52 6.2 Các kiểu hô hấp…………………………………………………… 53 6.3 Các đường phân giải gluxit vi sinh vật……………………… 54 6.4 Sự chuyển hóa hợp chất protein……………………………… 55 6.5 Sơ đồ khái quát trình lên men từ pyruvate………………… 56 6.6 Lên men hỗn hợp axit hữu cơ………………………………… 56 6.7 Lên men butyric axetônobutylic……………………………… 56 6.8 Lên men lactic……………………………………………………… 57 6.9 Lên men êtylic……………………………………………………… 58 6.10 Lên men metan…………………………………………………… 59 6.11 Tóm tắt q trình lên men chính……………………………… 60 Câu hỏi tập…………………………………………………………… 63 Chương 7: VI KHUẨN QUANG HỢP VÀ VI KHUẨN CỐ ĐỊNH NITƠ……………………………………………………………………… 7.1 Vi khuẩn quang hợp……………………………………………… 7.2 Vi khuẩn cố định nitơ…………………………………………… Câu hỏi tập………………………………………………………… Chương 8: ĐẠI CƯƠNG VỀ BỆNH TRUYỀN NHIỄM VÀ MIỄN DỊCH……………………………………………………………………… 8.1 Hệ vi sinh vật người động vật……………………………… 8.2 Quá trình nhiễm vi khuẩn gây bệnh (nhiễm trùng)………………… 8.3 Sự đề kháng thể chủ……………………………………… 8.4 Diệt vi khuẩn gây bệnh bàng chất kháng sinh……………… Câu hỏi tập……………………………………………………… Chương 9: ĐẠI CƯƠNG VỀ DI TRUYỀN – BIẾN DỊ Ở VI SINH -3- 64 64 66 69 70 70 70 71 74 75 VẬT……… 76 9.1 Vật chất di truyền vi khuẩn vi sinh vật nhân chuẩn…………… 76 9.2 Đặc điểm di chuyển thông tin di truyền từ ADN sang protein vi khuẩn thể nhân chuẩn………………………………………… 77 9.3 Cơ chế sinh hóa tượng biến đổi ADN…………………… 77 9.4 Sự tái tổ hợp di truyền truyền tính trạng vi sinh vật…… 78 9.5 Một số ứng dụng công nghệ di truyền vi sinh vật…………… 80 Câu hỏi tập……………………………………………………… 82 PHẦN B THỰC HÀNH……………………………………………… 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 84 -4- MỞ ĐẦU Nội dung giảng Học phần giúp sinh viên biết hình thái cấu tạo vi sinh vật (VSV), hiểu quy luật hoạt động sống nhóm VSV (nhân sơ, nhân chuẩn, virút), thấy tính đa dạng chế trao đổi chất thể VSV (sinh trưởng, phát triển, lên men phân giải chất ) Sinh viên phân tích sở khoa học việc ứng dụng VSV học thực tiễn công nông nghiệp, y học, công nghệ sinh học, công nghệ di truyền, cơng nghiệp vi sinh, vệ sinh phịng bệnh bảo vệ mơi trường Sinh viên có số kỹ thực hành (quan sát hình thái, pha chế mơi trường ni cấy, nhuộm, thí nghiệm lên men vài loại hợp chất, thử hoạt tính vài hoạt chất sinh học), ứng dụng quy luật hoạt động VSV vào thực tiễn đời sống, sản xuất Có lực tự học, tích lũy kiến thức vận động người khác tham gia hoạt động xã hội, có khả tự định hướng, thích nghi tìm hiểu mơi trường Học phần dùng cho sinh viên ngành Cao đẳng Sư phạm Sinh học với 03 tín nhằm trang bị kiến thức cần thiết VSV để sinh viên dạy tốt phần có liên quan sách giáo khoa sinh học hệ THCS, giảng biên tập theo chương trình qui định, gồm 09 chương: - Chương 1: Đối tượng nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học - Chương 2: Vi sinh vật nhân sơ - Chương 3: Vi sinh vật nhân chuẩn - Chương 4: Virút - Chương 5: Sự sinh trưởng, phát triển vi sinh vật - Chương 6: Sự chuyển hóa chất trình lên men - Chương 7: Vi khuẩn quang hợp vi khuẩn cố định nitơ - Chương 8: Đại cương bệnh truyền nhiễm miễn dịch - Chương 9: Đại cương di truyền-biến dị vi sinh vật -5- Mục tiêu giảng *Kiến thức: - Trình bày cấu trúc đặc trưng loại tế bào vi sinh vật (VSV) từ tế bào nhân sơ (Prokaryote) đến tế bào nhân chuẩn (Eukaryote), hoạt động sống đa dạng nhóm VSV, vai trò lớn lao đời sống người mn lồi - Hiểu trình bày kiến thức cần thiết để phục vụ cho việc giảng dạy THCS kiến thức vi sinh nông nghiệp, vi sinh ứng dụng * Kỹ năng: - Thành thạo thao tác sử dụng bảo quản kính hiển vi thường - Biết làm tiêu sống tiêu cố định, biết cách nhuộm đơn, nhuộm Gram - Có kỹ sử dụng tài liệu, kỹ phân tích, tổng hợp để tự rút vấn đề lí luận thực tiễn * Thái độ: - Hình thành giới quan khoa học, lịng yêu mến, quí trọng thiên nhiên, bảo vệ đa dạng sinh học hệ sinh thái bền vững - Biết cách ứng dụng kiến thức vi sinh vật học để giữ vệ sinh, phòng chống tệ nạn xã hội, góp phần tích cực vào phong trào văn hóa sinh thái địa phương - Có lực dẫn dắt chun mơn, nghiệp vụ, có khả tự định hướng, thích nghi tìm hiểu mơi trường Có lực tự học tập, bồi dưỡng nghiên cứu khoa học, lực tổ chức đánh giá dạy học phân hóa, tích hợp, lực vận động người khác tham gia hoạt động xã hội -6- PHẦN A LÝ THUYẾT Chương 1: ĐỐI TƯỢNG NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA VI SINH VẬT HỌC Mục tiêu Sinh viên cần biết VSV gì? Lược sử phát triển, phương pháp nghiên cứu VSV, hệ thống sinh giới vị trí vai trị VSV tự nhiên đời sống 1.1 Đối tượng 1.1.1 Vi sinh vật vi sinh vật học Vi sinh vật (Microorganism) sinh vật có kích thước nhỏ (từ vài trăm nm đến vài nm), muốn thấy rõ chúng phải sử dụng kính hiển vi Vi sinh vật học (Microbiology) khoa học nghiên cứu sống hiển vi bao gồm vi sinh vật dạng sống vô bào, hoạt động sống vai trò chúng đời sống hành tinh; khoa học liên ngành đại 1.1.2 Các chuyên ngành vi sinh vật học Theo nhóm đối tượng, vi sinh vật học có chuyên ngành: Virology: khoa học nghiên cứu virút Bacteriology: khoa học nghiên cứu thể nhân sơ Mycology: khoa học nghiên cứu nấm Algology: khoa học nghiên cứu vi tảo Protozoology: khoa học nghiên cứu động vật nguyên sinh Số lượng cá thể nhóm số nhóm vi sinh vật thay đổi theo điều kiện sinh thái cụ thể; nữa, số vùng sinh thái, số lượng thay đổi theo chiều sâu lớp đất lớp nước 1.2 Các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học 1.2.1 Đơn vị đo Để đo kích thước vi sinh vật, người ta thường dùng đơn vị sau: Đơn vị Viết tắt Giá trị so với met inch xăngtimet cm 10-2 met 0,394 inch milimet mm 10-3 met -7- micromet µm 10-6 met 1nanomet nm 10-9 met angstrom Å 10-10 met picomet pm 10-12 met Để đo khối lượng vi sinh vật, khoa học thường dùng: Đơn vị Viết tắt Giá trị so với kilogam gam g 10-3 kg (1pao = 0,4536 kg) miligam mg 10-6 kg microgam µg 10-9 kg nanogam ng 10-12 kg 1.2.2 Các thiết bị nghiên cứu vi sinh vật - Kính hiển vi quang học (khv thường), khv đen, khv đối pha, khv huỳnh quang, khv điện tử thường (TEM), khv điện tử quét (SEM) - Nồi hấp vô trùng, tủ sấy, tủ nuôi cấy ổn nhiệt, phịng cấy vơ trùng 1.2.3 Các phương pháp khác Muốn nghiên cứu cấu tạo siêu hiển vi nằm vi sinh vật tế bào sống, người ta dùng phổ biến phương pháp siêu li tâm với tốc độ 500.000 vòng/phút Các phương pháp đồng vị phóng xạ ( thường dùng S35 protein chứa S P32 axit nucleic) Sử dụng phương pháp sắc kí, điện di Một nhóm phương pháp phổ biến vi sinh vật học phương pháp nuôi cấy môi trường lỏng đặc để nghiên cứu khả hiếu khí tế bào hợp chất mà chúng tiết Các phương pháp cố định nhuộm màu (nhuộm đơn, nhuộm kép, nhuộm phân li ) để nghiên cứu hình dạng, kích thước số cấu tạo tế bào vi sinh vật 1.3 Lược sử vi sinh vật học Lịch sử vi sinh vật học chia thành giai đoạn: giai đoạn sơ khai, giai đoạn Pasteur, giai đoạn sau Pasteur giai đoạn đại -Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723) -Louis Pasteur (1822-1895) -8- -Vi sinh vật học sau Pasteur -Vi sinh vật học đại 1.4 Giới thiệu hệ thống sinh giới 1.4.1 Hệ thống giới Hệ thống thể sống ngày hợp lí nhờ hiểu biết sâu sắc sinh học phân tử Ngay từ năm 1969, dựa vào nghiên cứu Masgulis cấu tạo hệ enzym oxi hóa thể nấm, Whittaker đề nghị tách nấm thành giới riêng nêu hệ thống sinh giới gồm năm giới: 1.Giới (Kingdom) khởi sinh (Monera): gồm tất thể nhân sơ, mà chủ yếu vi khuẩn Giới nguyên sinh (Protista): gồm tất thể đơn bào tập hợp đơn bào nhân chuẩn Giới nấm (Fungi): thể nấm dinh dưỡng theo kiểu “thấm” Giới thực vật (Plantae): gồm tất thể đa bào nhân chuẩn quang hợp Giới động vật (Animalia): gồm tất thể đa bào nhân chuẩn dinh dưỡng kiểu nuốt Hình 1.1 Hệ thống phân loại giới sinh vật -9- Ba tiêu chí hệ thống giới là: - Loại tế bào nhân sơ hay nhân chuẩn - Mức độ tổ chức thể - Kiểu dinh dưỡng 1.4.2 Hệ thống nhánh (domain, lãnh địa) sinh vật Dựa vào trật tự nucleotit 16S ARNr 18S ARNr mà khoa học thấy thể có hai nhóm khác biệt nhiều đặc điểm: vi sinh vật cổ (trước gọi vi sinh vật cổ Archaeobacteria) vi khuẩn (Bacteria) (trước gọi vi khuẩn Eubacteria) Những thể nhân sơ khác hoàn toàn với thể nhân chuẩn, tế bào nhân chuẩn (Ecarya) có cấu trúc màng bao quanh nhân, quan Các quan hạt có cấu trúc đặc trưng nằm tế bào chất; cấu trúc thực chức riêng Hình 1.2 Cây chủng loại phát sinh nhánh lớn thể nhân sơ nhân chuẩn dựa 16S ARNr 18S ARNr (Theo Thomas D Brock cộng sự, 1995) - 10 - Chương 8: ĐẠI CƯƠNG VỀ BỆNH TRUYỀN NHIỄM VÀ MIỄN DỊCH Mục tiêu Sinh viên cần hiểu bệnh truyền nhiễm, độc tố độc lực VSV gây bệnh, chế đề kháng thể chủ, loại miễn dịch Sinh viên phân biệt kháng nguyên kháng thể, hiểu chế đại cương tác động kháng nguyên kháng thể; có kỹ tìm hiểu mơi trường phịng chống VSV gây bệnh 8.1 Hệ vi sinh vật người động vật 8.1.1.Hệ vi sinh vật da niêm mạc Trên da sinh sống chủ yếu giống Corynebacteria, Micrococcus, Streptococcus không làm tan máu (St aureus), Bacillus, vi khuẩn dạng coli (Propionibacterium acnes) Ở miệng phía đường hơ hấp, hệ vi sinh vật đặc trưng xuất nhanh chóng sau sinh giờ, trước hết Streptococcus hemoliticus, sau Neisseria, Staphylococcus, Corynebacteris, cịn thấy Lactobacillus, Actinomycetes số dạng nấm men 8.1.2 Hệ vi sinh vật đường tiêu hóa Ở ruột lại nơi phát triển phong phú hệ vi sinh vật tùy theo lứa tuổi, trẻ bú sữa mẹ chủ yếu hệ vi khuẩn lactic giống Stretococcus Bifidobacterium bifidum (L.bifidus) 8.1.3 Hệ vi sinh vật đường quan sinh dục Lacto bacillus xuất âm đạo lưu trú nhiều tuần Các vi khuẩn kị khí gram dương âm đạo ổn định thời kì kinh nguyệt Ở đàn ông, hệ vi sinh vật thường ổn định thấy chủ yếu Staphylococcus, Micrococcus, Stretococcus Corynebacterium, chúng có nhiều tinh dịch 8.2 Q trình nhiễm vi khuẩn gây bệnh (nhiễm trùng) Khái niệm: bệnh truyền nhiễm dùng để tồn q trình sinh học diễn lan truyền xâm nhập phát triển vi sinh vật gây bệnh thể chủ, làm thay đổi hoạt động sinh sống bình thường - 70 - Bí mật bệnh truyền nhiễm vi sinh vật học y vi sinh vật học phát hiện, yếu tố sau định: - Trạng thái thể - Vi sinh vật gây bệnh - Hoàn cảnh sống 8.3 Sự đề kháng thể chủ 8.3.1 Cơ chế đề kháng Ta biết thể không thụ động trước công vi sinh vật gây bệnh, thể có nhiều cách ngăn trở chui qua, ức chế nhân lên vi sinh vật gây bệnh mô, chế là: - Cơ chế khơng đặc hiệu - Cơ chế đặc hiệu 8.3.2 Các tế bào lympho Cơ chế đề kháng đặc hiệu thể gồm hoạt động tế bào lympho (T B) kháng thể, chế đặc hiệu miễn dịch tế bào (cơ chế tế bào) hay miễn dịch thể dịch (cơ chế thể dịch) 8.3.3 Kháng nguyên kháng thể 8.3.3.1 Kháng nguyên (Antigen-KN) Kháng nguyên chất hóa học có khả gây thể đáp ứng miễn dịch Kháng nguyên chất lạ loại protein, chất độc thực vật (abin, robon, crotin, rixin, curxin ), chất độc động vật (nọc rắn, nọc ong, nọc rết), loại enzym, chất có khối lượng phân tử lớn 10.000 Da Các kháng nguyên xếp vào lớp: - Các protein polipeptit lớn octopeptit - Các polisaccharit Mức độ kháng nguyên phân tử phụ thuộc nhiều vào độ gần gũi cá thể nhận thể sinh kháng nguyên 8.3.3.2 Kháng thể (Anticorp, Antibody-KT) Như nêu, miễn dịch miễn dịch thể dịch miễn dịch tế bào Các kháng thể protein tổng hợp nhờ tế bào lympho Các - 71 - kháng thể tồn dạng phân tử tự lưu chuyển dịch thể thể miễn dịch dạng phân tử nằm màng tế bào chất tế bào lympho B Các kháng thể tự tiết nhờ tế bào biệt hóa tế bào lympho B Các kháng thể cố định, loại kháng thể gắn màng tế bào chất tế bào lympho, tế bào lympho T, chúng hình thành loại miễn dịch tế bào, mà tầm quan trọng khám phá thấp kỉ vừa qua Miễn dịch tế bào khơng có tham gia kháng thể tự 8.3.3.3 Cấu trúc phân tử kháng thể (KT) Tất các kháng thể (KT) loại protein miễn dịch thuộc họ globulin viết tắt Ig (immunoglolubin G) Các Ig glucoprotein có gluxit Các immunoglolubolin thường có dạng chữ Y 8.3.4 Cơ chế tác động kháng nguyên, kháng thể Cấu trúc phân tử kháng thể (KT) giúp kết hợp với phân tử kháng nguyên (KN) khác Mặt khác, phân tử KN với điểm xác định KN khác lại kết hợp với nhiều phân tử KT Khi phân tử KT tự có mặt với KN tương ứng chúng tạo phản ứng kết tủa (precipitation) Khi KN mang bề mặt tế bào (vi khuẩn, hồng cầu, ) phân tử KT tương ứng mang thụ thể bề mặt này, thấy ngưng kết (agglutination) tế bào KN Các hình thức tác động KT đa dạng, hình thức là: - Trung hòa độc tố kết tủa - Ngưng kết vi khuẩn hay loại tế bào khác - Làm tan vi khuẩn có mặt bổ thể huyết bình thường - Dẫn dụ giao nộp vi khuẩn cho trình thực bào đại thực bào tế bào bạch cầu nhờ trình biến dụ (opsonization) kháng thể Sự kết hợp kháng nguyên (KN) kháng thể (KT) để hình thành tổ hợp KN KT làm bất hoạt KN nhiều đường sơ - 72 - đồ hóa 8.3.5 Miễn dịch bệnh lí miễn dịch 8.3.5.1 Miễn dịch tự nhiên (miễn dịch loài) Loại miễn dịch thân loài xác định, phụ thuộc vào nhân tố tế bào có mặt máu mô khác nhau, chẳng hạn nhân tố protein có mặt máu dịch thể 8.3.5.2 Miễn dịch thu (riêng cá thể) Miễn dịch thu chống lại tác nhân gây bệnh định không đặc hiệu tác nhân gây bệnh mà cịn kéo dài Sự kích thích kháng nguyên thể cảm ứng tổng hợp kháng thể tương ứng diễn thời kì thời gian dài có bệnh truyền nhiễm, hệ thống miễn dịch bao gồm tế bào ghi nhớ miễn dịch, tế bào sở phòng bệnh miễn dịch Sự kết hợp KN KT có tính đặc hiệu cao, phụ thuộc vào tương tác cấu trúc phân tử KN KT tương ứng, mối liên hệ KN KT giống kiểu liên kết enzym chất, mối liên hệ yếu, khơng đồng hóa trị mối liên kết hydro, liên kết ion, liên kết Van derwal, liên kết kị nước 8.3.5.3 Vacxin huyết miễn dịch L Pasteur phát hiện: chủng vi khuẩn gây bệnh giảm động lực tạo miễn dịch người tiêm chủng Từ kĩ thuật chế vacxin chủng vacxin sử dụng rộng rãi y học phòng bệnh Sự tiêm huyết miễn dịch có chứa kháng thể lấy từ thể truyền vào thể khác phương pháp tạo miễn dịch thụ động trrong thể tiêm huyết miễn dịch (kháng huyết thanh) 8.3.5.4 Bệnh lí miễn dịch (immunopathology) Hệ thống miễn dịch hoạt động trục trặc làm tăng khả mắc bệnh, có bệnh dẫn đến tử vong Người ta phân biệt thành loại: - Bệnh thiếu hụt miễn dịch kết di truyền ngẫu nhiên (do - 73 - bị chiếu xạ) hay virút - Các bệnh tự miễn dịch (autoimmunity) có, thường thấy thể già Loại bệnh tổng hợp kháng thể chống lại với quan cá thể 8.4 Diệt vi khuẩn gây bệnh chất kháng sinh Khi thể bị vi sinh vật gây bệnh cơng mạnh cần sử dụng biện pháp để ngăn chặn nhân lên chúng, phương pháp hiệu sử dụng chất kháng sinh thích hợp với liều lượng thầy thuốc dẫn Các chất kháng sinh chất hóa học đặc hiệu có nguồn gốc từ hoạt động sống sinh vật, có khả ức chế tiêu diệt có chọn lọc sinh trưởng phát triển vi sinh vật tế bào sống định, nồng độ thấp Các chất kháng sinh đa dạng hóa học, khối lượng phân tử chúng dải rộng từ 150 đến 5000Da - 74 - CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Vi sinh vật gây bệnh đặc trưng (BPS) vi sinh vật gây bệnh hội (BPO) gì? Vi khuẩn, vi sinh vật vi trùng thuật ngữ giống nhau? Trình bày ngoại độc tố nội độc tố, cho ví dụ bệnh vi sinh vật gây bệnh 3.Trình bày miễn dịch dịch thể miễn dịch tế bào, cho ví dụ Trình bày miễn dịch tự nhiên miễn dịch nhân tạo, cho ví dụ Trình bày kháng ngun: đặc điểm, cho ví dụ Hap ten gì? 6.Trình bày kháng thể: cấu trúc phân tử? Bệnh tự miễn gì? Cho ví dụ Các câu sau hay sai, giải thích: a Nước lã đun sơi 100ºC đủ để diệt tất mầm vi sinh vật gây bệnh b Nước javel (hypochlorit natri) tác dụng lạm dụng thường xuyên c Xà phòng chất diệt khuẩn d Vi sinh vật gây bệnh vi sinh vật ký sinh  - 75 - Chương 9: ĐẠI CƯƠNG VỀ DI TRUYỀN-BIẾN DỊ Ở VI SINH VẬT Mục tiêu Sinh viên hiểu khái niệm vật chất di truyền VSV nhân sơ nhân chuẩn Hiểu tượng biến dị, kiểu biến dị thường gặp vi khuẩn nguyên nhân biến dị, biết ba hình thức chuyển vật chất di truyền từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận, biết số ứng dụng công nghệ di truyền VSV Có lực tự nghiên cứu, ứng dụng giảng dạy đời sống 9.1 Vật chất di truyền vi khuẩn vi sinh vật nhân chuẩn Các tính trạng vi sinh vật thường chia thành nhóm chính: Các đặc điểm hình thái cá thể hình dạng, kích thước tế bào, khuẩn lạc phát triển từ tế bào, hình thành màng nhày, hình thức phân chia, cách phân bố quan chuyển động Các đặc điểm sinh hóa thành phần thành tế bào, tỷ lệ bazơ nitơ ADN, trật tự nucleotit rARN, sắc tố, chất chuyển hóa chất trao đổi, Các đặc điểm nuôi cấy kiểu hô hấp, kiểu dinh dưỡng, phảm ứng với tác nhân vật lí mơi trường, bền vững với phage Các đặc điểm miễn dịch tính kháng nguyên, đặc điểm huyết thanh, khả gây bệnh 9.1.1 Vật chất di truyền vi khuẩn Tổ chức vật chất di truyền vi khuẩn lúc phân chia phân tử vòng ADN mà người ta gọi thể nhiễm sắc trần vi khuẩn dài khoảng 1mm, với khối lượng phân tử khoảng 3.109 daltons, chứa khoảng 4.500.000 bp Nó bao gồm hai mạch polinucleotit có cực ngược chiều nhau, nhân lên nhờ enzyme ADN-polimeraza, ligaza Các ADN vi khuẩn tổ hợp với in Mg2+ Ca2+ với protein Một số protein (protein P) loại protamin (gắn với spermine spermidine) Ngồi ra, phần lớn vi khuẩn cịn mang yếu tố ADN di truyền - 76 - nhân mà người ta gọi plasmid, hay ADN virút từ phage chuyển vào Các yếu tố ADN thể nhiễm sắc thể nhiễm sắc dạng vịng có khả nhân đơi độc lập cách li q trình nhân đơi vi khuẩn, người ta gọi chúng (replicon) 9.1.2 Vật chất di truyền sinh vật nhân chuẩn Vật chất di truyền thể nhân chuẩn cấu tạo thành nhiễm sắc thể nằm nhân Nhân tế bào nhân chuẩn có màng nhân lỗ màng nhân, nơi cho qua tổ hợp protein-ARNm Ngoài vật chất di truyền nhân, vi sinh vật nhân chuẩn cịn thấy vật chất di truyền ngồi nhân, bao gồm vật chất di truyền ti thể, lục lạp (cơ thể quang hợp), plasmid (thấy số nấm men) 9.2 Đặc điểm chuyển thông tin di truyền từ ADN sang protein vi khuẩn thể nhân chuẩn Sơ đồ chung q trình chuyển thơng tin từ ADN sang protein tóm tắt sau: ADN nhân ADN nhân đôi ADN nhânchữa đôi đôi sửa sửa chữa sửa chữa tái tổ hợp tái tổ hợp tái tổ hợp Phiên mã mã Dịch mã Phiên mã ARNm ARNm ARNm Protein Protein ARNt ARNr 9.3 Cơ chế sinh hóa tượng biến đổi ADN Phân tử ADN nhân đôi phụ thuộc khác nhiều vào tác nhân líhóa mơi trường, tác nhân làm biến đổi, sai lệch phân tử mang thông tin di truyền thể Để sửa chữa tổn thất đó, tế bào huy động hệ thống enzyme sửa chữa Có chế biết là: - 77 - - Sửa chữa cách loại bỏ nhân đôi ADN - Sửa chữa cách tái tổ hợp phân tử ADN - Sửa chữa khẩn cấp SOS (xem thêm di truyền học đại cương) Hiện tượng đột biến xảy cách tự nhiên, tần số đột biến tăng lên có mặt nhiều tác nhân vật lí hóa học mà người ta gọi tác nhân gây đột biến Ba khả chủ yếu nghiên cứu kĩ: Thay đổi ADN thay bazơ nitơ Thay đổi ADN thêm vào bớt Thay đổi ADN tia tử ngoại 9.4 Sự tái tổ hợp di truyền truyền tính trạng vi sinh vật 9.4.1 Một số khái niệm Ở vi khuẩn, tế bào sinh sản cách nhân đơi, tượng hình thành “hợp tử” xảy ra, q trình phần gần toàn ADN vi khuẩn A chuyển sang vi khuẩn B Hệ gen vi khuẩn nhận B gọi hệ gen nội, phần gen vi khuẩn cho gọi gen ngoại Bản chất kích thước gen ngoại khác tùy theo loại vi khuẩn tùy trường hợp, phương thức mà xâm nhập Hiện tượng cận tính tượng kết hợp giới tính bình thường tế bào nhân sơ số tế bào nhân chuẩn Hiện tượng cận tính thực cách lại hai tế bào, có kết hợp gen hình thành tế bào lưỡng bội có hợp nhân 9.4.2 Biến nạp (Transformation) Biến nạp biến đổi tính trạng vi khuẩn nhận ảnh hưởng ADN dung dịch xâm nhập vào vi khuẩn Những nghiên cứu sau chứng minh trình biến nạp phụ thuộc vào yếu tố: Chủng vi khuẩn khả trở thành vi khuẩn nhận (vi khuẩn khả biến) Đoạn ADN biến nạp tính chất - 78 - Mặc dù xâm nhập vào tế bào nhận đoạn ADN biến nạp, tái tổ hợp xảy trường hợp ADN biến nạp lấy từ chủng vi sinh vật gần gũi Có thể chia q trình biến nạp thành giai đoạn: Cố định ADN lên tế bào nhận Sự xâm nhập ADN biến nạp vào tế bào khả biến Sự liên kết ADN biến nạp với đoạn tương đồng thể nhiễm sắc tế bào nhận Sự đồng hóa phân tử ADN ngoại sinh biến nạp vào ADN nội sinh nhờ tái tổ hợp Sự nhân lên thể nhiễm sắc đồng hóa 9.4.3 Tiếp hợp (Conjugation) Người ta cho có mặt yếu tố giới tính F xác định hình thành tế bào vi khuẩn yếu tố tiếp nhận bề mặt tế bào gọi kháng nguyên F có chất polisaccharit Hợp chất có vai trị quan trọng việc kết đơi hình thành cầu tiếp hợp, tham gia vào việc hình thành lơng giới tính Chính lơng giới tính với cấu tạo ống rỗng cầu nối hai vi khuẩn tiếp hợp, mà tế bào “đực” tuồn ADN qua cầu sang tế bào “cái” Vi khuẩn nhận (F) khơng có yếu tố giới tính kết tiếp hợp với tế bào cho (F+) mà thu yếu tố F để trở thành tế bào có yếu tố giới tính (F+) Tế bào F+ chứa yếu tố F nằm độc lập tế bào chất 9.4.4 Tải nạp (Transduction) Quá trình tải nạp gen chuyển từ tế bào cho sang tế bào nhận nhờ tác nhân trung gian Bacteriophage mà gọi phage tải nạp Hiện tượng tải nạp phát lần đầu vào năm 1951 Khi tham gia tải nạp, phage chuyển đoạn nhỏ ADN tế bào chủ, phage tải nạp phage ơn hịa chiếm phần nhỏ (10-5-10-8) toàn quần thể phage Có hai dạng tải nạp Tải nạp khơng đặc hiệu loại tải nạp, axit nucleic phage gắn vào đoạn gen tế bào chủ chuyển gen sang tế bào nhận Tải nạp đặc hiệu loại tải nạp - 79 - chuyển gen xác định tế bào cho sang tế bào nhận 9.5 Một số ứng dụng công nghệ di truyền vi sinh vật 9.5.1 Các tác nhân gây đột biến Trong mơi trường sống quanh ta có nhiều nhân tố hóa lí, sản phẩm thải hoạt động công nghiệp đời sống, nhân tố tiềm tàng gây ung thư, mối lo ngại khơn lường Người ta dự tính có khoảng 80% ung thư người tiếp xúc (hấp thụ, hít thở, ăn uống ) với tác nhân 9.5.2 Công nghệ di truyền Công nghệ di truyền vũ khí hiệu nghiệm người tạo nhiều sản phẩm giá trị Một số sản xuất loại protein hệ nhờ vi khuẩn Gen cho (từ tế bào nhân sơ hay nhân chuẩn) tổng hợp trực tiếp đường hóa học hay gián tiếp từ phân tử mARN xác nó, để đưa vào vi khuẩn nhận, gne cần ghép vào vecto plasmid, gen lai đồng thời nhân lên vi khuẩn phân chia, tạo dòng vi khuẩn mới, dịch mã gen giai đoạn cuối làm cho tế bào vi khuẩn nhận sản xuất nhanh loại protein lạ Sản xuất loại protein công nghệ di truyền bao gồm giai đoạn chủ yếu: - Tổng hợp chiết cách tinh khiết đoạn ADN cho mã hóa loại protein cần - Kết ghép đoạn ADN lạ vào vectơ (plasmid hay phage) tạo ADN tái tổ hợp - Đưa vectơ ghép với gen lạ vào tế bào vi khuẩn nhận - Tuyển chọn dòng tế bào tái tổ hợp - Xác định làm tinh khiết protein tổng hợp Ngày công nghệ sinh học mà chủ yếu cơng nghệ vi sinh vật công nghệ di truyền hướng tới việc giải nạn ô nhiễm môi trường, việc sản xuất nguồn lượng nhờ vi sinh vật tái tổ hợp Khoa học thực việc lai cách hợp hai tế bào trần, kĩ thuật bắn gen - 80 - đưa gen ngoại lai vào tế bào nhận, tế bào nhận có vị trí chủng loại phát sinh xa với thể cho gen ngoại lai Kĩ thuật PCR nhân nhanh đoạn ADN mong muốn; người ta đưa gen cố định đạm từ Agrobacterium tumefaciens vào nhờ Plasmid Ti, tạo cố định nitơ khí tất nhiên từ thí nghiệm sản xuất cịn q trình cần thời gian cơng sức nhiều người - 81 - CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Người ta cho thuật ngữ sau: biến nạp, tải nạp, tiếp hợp, tế bào Hfr mô tả sau di truyền vi khuẩn: a Kiểu biến đổi gen, tế bào nhận tiếp nhận vài gen từ phân tử ADN tự dung dịch b Kiểu chuyển gen từ tế bào cho sang tế bào nhận phụ thuộc vào tiếp xúc trực tiếp hai tế bào c Kiểu chuyển gen, phage dùng làm vectơ để mang ADN từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận d Một tế bào F+ plasmid F gắn vào thể nhiễm sắc tế bào mang Hãy xếp thuật ngữ vào tượng mơ tả Trình bày số chế tác nhân gây đột biến biết phương pháp tuyển chọn chủng đột biến Nêu enzym chủ yếu tham gia vào q trình nhân đơi ADN E.coli Nêu khác biệt: exon – intron, monocistron – policistron Lấy ví dụ đột biến hình thái, đột biến khuyết dưỡng, đột biến đối kháng Nêu số thành tựu công nghệ di truyền ứng dụng  - 82 - PHẦN B THỰC HÀNH (Sinh viên chuẩn bị trước theo nội dung hướng dẫn giáo trình Nguyễn Thành Đạt (chủ biên), Mai Thị Hằng, Giáo trình Vi sinh học, Nhà xuất Đại học Sư phạm, 2007.) Bài Nhập môn Những dẫn chung Hướng dẫn số thao tác kỹ thuật vô trùng thực hành vi sinh vật Các phương pháp khử trùng Hướng dẫn thực đánh giá kết thí nghiệm Bài Quan sát hình thái tế bào vi sinh vật Các phương pháp quan sát hình thái tế bào vi sinh vật Quan sát hình thái số tế bào vi sinh vật thường gặp Hướng dẫn thực đánh giá kết thí nghiệm Bài Nghiên cứu số cấu tạo tế bào vi sinh vật Nội dung Hướng dẫn thực đánh giá kết thí nghiệm Bài Mơi trường, phân lập nuôi cấy vi sinh vật Nội dung Hướng dẫn thực đánh giá kết thí nghiệm Bài 5, Nghiên cứu chuyển hóa số chất tác động vi sinh vật Mục tiêu Nội dung Nghiên cứu số trình lên men vi sinh vật: a.Xác định khả lên men rựou etylic b.Xác định khả lên men Lactic - 83 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Lân Dũng (chủ biên), Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty, Vi sinh vât học, Nhà xuất Giáo dục, 1997 [2] Nguyễn Thành Đạt (chủ biên), Mai Thị Hằng, Giáo trình Vi sinh học, Nhà xuất Đai học Sư phạm, 2007 [3] Nguyễn Thành Đạt, Cơ sở sinh học vi sinh vật, Tập I, tập II, Nhà xuất Giáo dục, 2005 . - 84 - ... PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA VI SINH VẬT HỌC……… 1.1 Đối tượng vi sinh vật học? ??…………………………………… 1.2 Các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học? ??…………………… 1.3 Lược sử vi sinh vật học? ??…………………………………………... phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học - Chương 2: Vi sinh vật nhân sơ - Chương 3: Vi sinh vật nhân chuẩn - Chương 4: Virút - Chương 5: Sự sinh trưởng, phát triển vi sinh vật - Chương 6: Sự chuyển... vật vi sinh vật học Vi sinh vật (Microorganism) sinh vật có kích thước nhỏ (từ vài trăm nm đến vài nm), muốn thấy rõ chúng phải sử dụng kính hiển vi Vi sinh vật học (Microbiology) khoa học nghiên