Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 1 Tổng quan về vi sinh vật, cung cấp cho người học những kiến thức như: Vị trí của vi sinh vật trong sinh giới; Sự phân bố của vi sinh vật; Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên và trong đời sống; Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật; Đặc điểm chung của vi sinh vật; Phương pháp nghiên cứu hình thái và cấu tạo vi sinh vật.
9/18/2020 VI SINH VẬT ĐẠI CƢƠNG (SH01002) GENERAL MICROBIOLOGY • Giảng viên: TS Nguyễn Xuân Cảnh • Email: nxcanh@vnua.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH • Vi sinh vật học Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty Nhà xuất Giáo dục 2005 • Vi sinh vật học: Phần I-Thế giới vi sinh vật Nguyễn Lân Dũng nhóm tác giả Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 2013 • Vi sinh vật học: Phần II-Sinh lý học-Sinh hóa học-Di truyền học-Miễn dịch học Sinh thái học vi sinh vật Nguyễn Lân Dũng nhóm tác giả Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 2013 • Brock Biology of Microorganisms (14th edition) Micheal T Madigan, John M Martinko, Kelly S Bender, Daniel H Buckley, David A Thomas Brock Benjamin Cummings 2012 • Microbiology (Seven edition) Landsing M Prescott, John P Harley, Donal A Klein McGraw-Hill Science 2008 9/18/2020 NỘI DUNG CHÍNH Chƣơng 1: Tổng quan vi sinh vật Chƣơng 2: Virus Chƣơng 3: Vi khuẩn Chƣơng 4: Vi sinh vật nhân thật Chƣơng 5: Sinh trƣởng phát triển vi sinh vật Chƣơng Tổng quan vi sinh vật • Vị trí vi sinh vật sinh giới • Sự phân bố vi sinh vật • Vai trị vi sinh vật tự nhiên đời sống • Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật • Đặc điểm chung vi sinh vật • Phƣơng pháp nghiên cứu hình thái cấu tạo vi sinh vật 9/18/2020 Vị trí vi sinh vật sinh giới Các giới sinh vật, quan điểm phân chia sinh giới • Calvon Linne (1707-1778): Động vật (Animania), Thực vật (Plantae) • Ernst Haeckel (1866): Động vật, thực vật, Động vật nguyên sinh (Protista), Vi khuẩn (Monera) • Robert Whittaker (1968): đề xuất bổ sung giới Nấm (Fungi) • Carl Woese (1990): Sáu giới, ba lãnh giới – Bacteria (vi khuẩn thật): Eubacteria Eukaryota, Prokaryota – Archaea (Vi khuẩn cố): Archaebacteria – Eukarya (sinh vật nhân thật): động vật, thực vật, động vật nguyên sinh, nấm 9/18/2020 Prokaryotes Kingdom Bacteria Kingdom Archaebacteria Kingdom Protist Eukaryotes Kingdom Fungi Kingdom Plant Kingdom Animal Vi sinh vật (Microorganism, Microbiology) không thuộc giới cụ thể nào, nhóm sinh vật có kích thƣớc nhỏ bé mà mắt thƣờng quan sát đƣợc 9/18/2020 Các đơn vị phân loại sinh vật Loài (Species) Chi (Genus) Họ (Family) Bộ (Order) Lớp (Class) Ngành (Phylum) Giới (Kingdom) Lãnh giới (Domain) Eastern gray squirrel Sciurus carolinensis 9/18/2020 Các mức phân loại trung gian Cách viết tên loài vi sinh vật Loài phụ (Subspecies) Chi phụ (Subgenus) Họ phụ (Subfamily) Bộ phụ (Suborder) Lớp phụ (Subclass) Ngành phụ (Subphylum) Các đơn vị dƣới lồi Escherichia coli O157:H7 • • • • • • • • • Lãnh giới: Bacteria Giới: Bacteria Ngành: Proteobacteria Lớp: Gamma Proteobacteria Bộ: Enterobacteriales Họ: Enterobacteriaceae Chi: Escherichia Loài: Escherichia coli (E coli) Chủng: O157:H7 Chủng (Strain) Dưới loài (Subspecies) Dạng, thứ (Variety) Kiểu kháng huyết (Serovar = Serotype) Kiểu gây bệnh (Pathotype) Phân loại san hơ hình nấm Fungia scutaria Kingdom Animalia Phylum Cnidaria Class Anthozoa Order Scleractinia Family Fungiidae Genus Fungia Species scutaria 9/18/2020 Sự phân bố vi sinh vật Đất Khơng khí Nƣớc Cơ thể, tế bào sống Vai trò vi sinh vật Vai trị đời sống • Trong Nơng nghiệp: Chăn ni trồng trọt • Trong Cơng nghiệp thực phẩm: Chế biến bảo quản • Trong Y, dược: Sản xuất thuốc, văcxin • Trong Cơng nghiệp luyện kim: tinh chế số kim loại quý từ quặng • Trong Công nghiệp mỹ phẫm: Sản xuất số chất làm trắng da, chống lão hóa • Trong lượng: Sản xuất lượng sinh học • Trong Cơng nghệ mơi trường: Xử lý nhiễm đất, nước • Trong Công nghệ sinh học: Các vector, chủng sản xuất protein tái tổ hợp • Trong chiến tranh: Vũ khí sinh học • Gây bệnh cho người vật • Gây bệnh thực vật làm giảm suất chất lượng nông sản 9/18/2020 Vai trò vi sinh vật Vai trị tự nhiên • Tham gia vào chu trình tuần hồn vật chất: C, N2, P… • Tham gia vào chuỗi thức ăn hệ sinh thái Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật 9/18/2020 9/18/2020 10 9/18/2020 1546: Girolamo Fracastoro cho thể nhỏ bé tác nhân gây bệnh tật 1590-1608: Zacharias Janssen lần lắp ghép kính hiển vi 1676: Antony van Leeuwenhoek hồn thiện kính hiển vi khám phá giới vi sinh vật 1688: Francisco Redi công bố nghiên cứu phát sinh tự nhiên giịi 1765-1776: Spallanzani cơng kích thuyết tự sinh 1786: Müller đưa phân loại vi khuẩn 1798: Edward Jenner sử dụng mủ đậu bò để phong ngừa bệnh đậu mùa 1838-1839: Schwann Schleiden công bố Học thuyết tế bào 1835-1844: Basi công bố bệnh tằm nấm gây nên nhiều bệnh tật khác vi sinh vật gây nên 1847-1850: Semmelweis cho bệnh sốt hậu sản lây truyền qua thầy thuốc kiến nghị dùng phương pháp vô khuẩn để phòng bệnh 1849: Snow nghiên cứu dịch tễ bệnh tả vùng London 1857: Louis Pasteur chứng minh trình lên men lactic gây nên vi sinh vật 1858: Virchov tuyên bố tế bào sinh từ tế bào 1861: Pasteur chứng minh vi sinh vật không tự phát sinh nhƣ theo thuyết tự sinh 1867: Lister cơng bố cơng trình nghiên cứu phẫu thuật vô khuẩn 1869- Miescher khám phá acid nucleic 1876-1877: Robert Koch phát tác nhân gây bệnh than 1880: Alphonse Laveran phát ký sinh trùng Plasmodium gây bệnh sốt rét 1881: Robert Koch nuôi cấy khiết đƣợc vi khuẩn môi trƣờng đặc chứa gelatin, Pasteur tìm vaccin chống bệnh than 1882: Koch phát vi khuẩn lao - Mycobacterium tuberculosis 1884: Lần công bố Nguyên lý Koch, Elie Metchnikoff miêu tả tượng thực bào (phagocytosis), Triển khai nồi khử trùng cao áp (autoclave), Triển khai phương pháp nhuộm Gram 1885: Pasteur tìm vaccin chống bệnh dại, Escherich tìm vi khuẩn Escherichia coli gây bệnh tiêu chảy 1886: Fraenkel phát thấy Streptococcus pneumoniae gây bệnh viêm phổi 1887: Richard Petri phái ta cách dùng hộp lồng (đĩa Petri) để nuôi cấy vi sinh vật 1887-1890: Winogradsky nghiên cứu vi khuẩn lưu huỳnh vi khuẩn nitrat hoá 1889: Beijerink phân lập vi khuẩn nốt sần từ rễ đậu 1890: Von Behring làm kháng độc tố chống bệnh uốn ván bệnh bạch hầu 1892: Ivanowsky phát mầm bệnh nhỏ vi khuẩn (virus) gây bệnh khảm thuốc 1894: Kitasato Yersin khám phá vi khuẩn gây bệnh dịch hạch (Yersina pestis) 1895: Bordet khám phá Bổ thể (complement) 1896: Van Ermengem tìm mầm bệnh ngộ độc thịt (vi khuẩn Clostridium botulinum) 1897: Buchner tách men từ nấm men (yeast), Ross chứng minh ký sinh trùng sốt rét lây truyền bệnh qua muỗi 1899: Beijerink chứng minh hạt virus gây nên bệnh khảm thuốc 1900: Reed chứng minh bệnh sốt vàng lây truyền muỗi 11 9/18/2020 1902: Landsteiner khám phá nhóm máu 1903: Wright cộng khám phá Kháng thể (antibody) máu động vật miễn dịch 1905: Schaudinn Hoffmann tìm mầm bệnh giang mai (Treponema pallidum) 1906: Wassermann phát xét nghiệm cố định bổ thể để chẩn đoán giang mai 1909: Ricketts chứng minh bệnh Sốt ban núi đá lan truyền qua ve mầm bệnh vi khuẩn (Rickettsia rickettsii) 1910: Rous phát ung thư gia cầm 1915-1917: D’Herelle Twort phát virus vi khuẩn 1921: Fleming khám phá lizôzim lysozyme 1923: Xuất lần đầu phân loại Vi khuẩn (Bergey’s Manual) 1928: Griffith khám phá việc biến nạp (transformation) vi khuẩn 1929: Fleming phát penicillin 1931: Van Niel chứng minh vi khuẩn quang hợp sử dụng chất khử nguồn cung cấp electron không sản sinh ôxy 1933: Ruska làm kính hiển vi điện tử 1935: Stanley kết tinh virus khảm thuốc (TMV), Domag tìm thuốc sulfamide 1937: Chatton phân chia sinh vật thành hai nhóm: Nhân sơ (Procaryotes) Nhân thật (Eucaryotes) 1941: Beadle Tatum đưa giả thuyết gen- enzym 1944: Avery chứng minh ADN chuyển thơng tin di truyền q trình biến nạp, Waksman tìm streptomycin 1946: Lederberg Tatum khám phá trình tiếp hợp (conjugation) vi khuẩn 1949: Enders, Weller Robbins nuôi virus Polio (Poliovirus) mô người nuôi cấy 1950: Lwoff xác định thực khuẩn thể tiềm tan (lysogenic bacteriophages) 1952: Hershey Chase chứng minh thực khuẩn thể tiêm ADN vào tế bào vật chủ, Zinder Lederberg khám phá trình tải nạp (transduction) vi khuẩn 1953: Frits Zernike làm kính hiển vi phản pha (phase-contrast microscope), Medawar khám phá tượng nhờn miễn dịch (immune tolerance), Watson Crick tìm chuỗi xoắn kép ADN 1955: Jacob Monod khám phá yếu tố F plasmid, Jerne Burnet chứng minh lý thuyết chọn lọc clone (clonal selection) 1959: Yalow triển khai kỹ thuật Miễn dịch phóng xạ 1961: Jacob Monod giới thiệu mơ hình điều hồ hoạt động gen nhờ operon 1961-1966: Nirenberg, Khorana cộng giải thích mã di truyền 1962: Porter chứng minh cấu trúc Globulin miễn dịch G, Tổng hợp quinolone có tác dụng diệt khuẩn ( acid nalidixic) 1970: Arber Smith khám phá enzym giới hạn (restriction endonuclease), Temin Baltimore khám phá enzym phiên mã ngược (reverse transcriptase) 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 vectơ plasmid để tách dòng gen vi khuẩn 1975: Kohler Milstein phát triển kỹ thuật sản xuất kháng thể đơn dòng ( monoclonal antibodies) Phát bệnh Lyme 12 9/18/2020 1977: Woese Fox thừa nhận Vi khuẩn cổ (Archaea) nhóm vi sinh vật riêng biệt, Gilbert Sanger triển khai kỹ thuật giải trình tự ADN (DNA sequencing) 1979: Tổng hợp Insulin kỹ thuật tái tổ hợp AND, Chính thức ngăn chặn bệnh đậu mùa 1980: Phát triển kính hiển vi điện tử quét 1982: Phát triển vaccin tái tổ hợp chống viêm gan B 1982-1983: Cech Altman phát minh ARN xúc tác 1983-1984: Gallo Montagnier phân lập định loại virus gây suy giảm miễn dịch người, Mulli triển khai kỹ thuật PCR (polymerase chain reaction) 1986: Lần ứng dụng người vaccin sản xuất kỹ thuật di truyền (vaccin viêm gan B) 1990: Bắt đầu thử nghiệm lần liệu pháp gen (gene-therapy) người 1992: Thử nghiệm người liệu pháp đối nghĩa (antisense therapy) 1995: Hoa Kỳ chấp thuận sử dụng vaccin đậu gà, Giải trình tự hệ gen vi khuẩn Haemophilus influenzae 1996: Giải trình tự hệ gen vi khuẩn Methanococcus jannaschii, Giải trình tự hệ gen nấm men 1997: Phát loại vi khuẩn lớn Thiomargarita namibiensis, Giải trình tự hệ gen vi khuẩn Escherichia coli 2000: Phát vi khuẩn tả Vibrio cholerae có nhiễm sắc thể riêng biệt Đặc điểm chung vi sinh vật Chiều cao người Tế bào thần kinh Trứng gà Trứng ếch Kích thƣớc nhỏ bé Tế bào nhân chuẩn Nhân tế bào, vi khuẩn, ty thể Mycoplasma Vi rút, riboxom Protein, lipid Phân tử nhỏ, nguyên tử 13 9/18/2020 Năng lực thích ứng mạnh dễ phát sinh biến dị • Phần lớn VSV giữ nguyên sức sống nhiệt độ nitơ lỏng (-1960C), chí hidro lỏng (-2530C); • Một số VSV thích nghi với nồng độ 32% NaCl • Vi khuẩn Thiobacillus thioxidans sinh trưởng pH=0,5; Thiobacillus denitrificans phát triển pH=10,5 • Vi khuẩn Micrococcus radiodurans chịu xạ 750.000 rad • Nơi sâu đại dương (áp lực >1100 at) thấy có VSV sinh sống • VSV dễ phát sinh biến dị Tần suất biến dị thường 10-5-10-10; thường đột biến gen (gene mutation) Phân bố rộng, chủng loại nhiều • Trong đường ruột người có từ 100-400 lồi VSV khác nhau, chiếm 1/3 trọng lượng khơ phân Chủ yếu vi khuẩn Bacteroides fragilis, Escherichia coli… • Ở độ sâu 10 km đáy biển, phát có khoảng triệu-10 tỷ vi khuẩn/ml nước • Ở độ cao 84km khơng khí hay lớp đá trầm tích sâu tới 427km châu Nam Cực phát vi khuẩn sống • Ước tính số 1,5 triệu lồi sinh vật biết có khoảng 200 000 lồi vi sinh vật (100 000 loài động vật nguyên sinh tảo, 90 000 loài nấm, 2500 loài vi khuẩn lam 1500 lồi vi khuẩn) • Các lồi VSV biết chiếm 1% tổng số loài VSV 14 9/18/2020 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh Vi khuẩn lên men lactic (Lactobacillus) phân giải lượng đường nặng 1.000-10.000 lần khối lượng thể chúng Sinh trƣởng nhanh, phát triển mạnh Vi khuẩn Escherichia coli điều kiện thích hợp 12-20 phút phân chia lần Nếu lấy khoảng thời gian hệ (generation time) 20’ sau 24h sinh 47.1021 tế bào (nặng 4.722 tấn) Phƣơng pháp nghiên cứu hình thái cấu tạo vi sinh vật Sử dụng kính hiển vi Kính hiển vi quang học: • Đơn giản, dễ sử dụng • Dễ làm tiêu • Nhanh • Có khả quan sát tế bào sống • Độ phóng đại hạn chế