Chương 1 : ĐẠI CƯƠNG VI SIN HY HỌC
3. Sinh lý củavi khuẩn:
3.1. Dinh dưỡng:
Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn là rất lớn, người chỉ cần lượng thức ăn bằng 1% trọng lượng cơ thể, còn vi khuẩn cần lượng thức ăn đúng bằng trọng lượng cơ thể của nó. Vì vi khuẩn sinh sản phát triển nhanh, chúng cần thức ăn để tạo ra năng lượng và thức ăn để tổng hợp.
Thức ăn vi khuẩn cần là acid amin, đường, muối khoáng, nước, các yếu tố phát triển. Một số vi khuẩn gây bệnh ký sinh bắt buộc ở tế bào sống cảm thụ. Dinh dưỡng của vi khuẩn được thẩm thấu qua màng tế bào, tính thẩm thấu này liên quan đến:
- Chủng loại vi khuẩn: Mỗi loại vi khuẩn có tính thẩm thấu khác nhau. - Tuổi của vi khuẩn: Vi khuẩn non có tính thẩm thấu mạnh hơn vi khuẩn già.
- Nồng độ thức ăn: Nồng độ thức ăn ở môi trường cao hơn nồng độ thức ăn trong vi khuẩn, thì tính thẩm thấu càng mạnh.
- Độ hồ tan thức ăn: Những thức ăn khơng hồ tan thì khơng thẩm thấu được, vi khuẩn phải dùng enzyme của mình để làm tan thức ăn, rồi mới hấp thu thẩm thấu được.
3.2. Chuyển hóa:
Vi khuẩn vơ cùng nhỏ bé nhưng sinh sản và phát triển rất nhanh, do chúng có hệ thống enzyme phức tạp. Mỗi loại vi khuẩn có một hệ thống enzyme riêng, nhờ đó vi khuẩn có thể dinh dưỡng, hơ hấp, và chuyển hố để sinh sản và phát triển.
Enzyme của vi khuẩn giúp cho chúng có thể tổng hợp, đồng hố hay phân giải các chất dinh dưỡng. Bản chất của enzyme là protein, trọng lượng phân tử lớn, dễ bị phá huỷ bởi nhiệt độ. Tuỳ theo tác dụng của phản ứng hoặc chất bị tác dụng mà enzyme được chia làm nhiều loại:
10
Bảng 1.1. Phân loại enzyme vi khuẩn theo phản ứng. Tính chất phản ứng Thuỷ phân Oxy hố Khử hydro Khử CO2 Thêm CO2 Enzyme Hydrolase Oxidase Dehydrogenase Decarboxylase Carboxylase
Bảng 1.2. Phân loại enzyme vi khuẩn theo tác dụng. Chất bị tác dụng Protein Glucid Lipid Acid nucleic Enzyme Proteinase Glucidase Lipadase Nuclease
Tuỳ theo enzyme có ở trong hay ngoài tế bào vi khuẩn mà phân loại thành enzyme nội bào hay ngoại bào:
Enzyme ngoại bào có tác dụng phân cắt các chất có trọng lượng phân tử lớn thành phân tử nhỏ, để vận chuyển qua màng tế bào.
Enzyme nội bào giúp cho q trình chuyển hóa phức tạp, để tạo ra các chất cần thiết cho tế bào vi khuẩn.
Quá trình chuyển hóa, ngồi việc cung cấp các chất cần thiết giúp cho vi khuẩn sinh trưởng và phát triển, còn tạo ra một số chất như độc tố, kháng sinh, chất gây sốt, sắc tố, vitamin.
3.3. Chuyển hóa năng lượng:
Là q trình tạo ra năng lượng cần thiết cho sự sống của vi khuẩn. Có 3 kiểu chuyển hóa năng lượng:
Hơ hấp hiếu khí là hình thức chuyển hố năng lượng của vi khuẩn hiếu khí, nhờ hệ thống enzyme cytocrom và cytocrom oxidase mà chất nhận điện tử cuối cùng là oxy. Vì vậy, q trình chuyển hố này tạo ra rất nhiều năng lượng.
Lên men là hình thức chuyển hố năng lượng của vi khuẩn kỵ khí, do thiếu hoặc khơng có hệ thống enzyme cytocrom và cytocrom oxidase, đây là q trình
11
chuyển hố dở dang mà chất nhận điện tử cuối cùng là một số chất hữu cơ. Vì vậy, q trình chuyển hố này tạo ra rất ít năng lượng.
Hơ hấp hiếu kỵ khí tuỳ tiện là hình thức chuyển hố năng lượng của vi khuẩn hiếu, kỵ khí tuỳ tiện, ở đây chất nhận điện tử cuối cùng là NO3 và SO4.
3.4. Sinh sản của vi khuẩn:
Vi khuẩn sinh sản theo kiểu trực phân, từ một tế bào ban đầu phân chia thành 2 tế bào mới. Ở điều kiện thích hợp, sự phân chia xảy ra rất nhanh: 30 phút đối với
E. coli, có vi khuẩn xảy ra chậm: 36 giờ đối với vi khuẩn lao. Sự phát triển của vi khuẩn:
Vi khuẩn muốn phát triển đòi hỏi phải có mơi trường và những điều kiện thích hợp. Mơi trường ni cấy phải có đủ các yếu tố dinh dưỡng cần thiết cho vi khuẩn phát triển. Mỗi tế bào vi khuẩn riêng rẽ thì rất nhỏ, nhưng vi khuẩn sinh sản phát triển rất nhanh.
Các điều kiện để phát triển: Vi khuẩn chỉ phát triển được trong điều kiện nhiệt độ giới hạn nhất định. Đa số các vi khuẩn gây bệnh có nhiệt độ thích hợp khoảng 370C, nhưng chúng có thể phát triển được ở nhiệt độ từ 20 đến 420C. Vi khuẩn chỉ phát triển được trong mơi trường có pH xấp xỉ 7.0. Vi khuẩn cũng cần có khí trường thích hợp, các vi khuẩn hiếu khí cần có oxy tự do. Các vi khuẩn kỵ khí chỉ sinh sản và phát triển trong điều kiện khơng có oxy. Một số vi khuẩn cần có CO2 mới phát triển được.
Trên môi trường đặc, khi cấy vừa đủ thưa, vi khuẩn phát triển tạo thành khuẩn lạc riêng rẽ: khuẩn lạc là quần thể vi khuẩn được phát triển từ một vi khuẩn ban đầu. Dựa vào tính chất cơ bản này, người ta có thể tạo được những canh khuẩn thuần khiết với điều kiện là môi trường cấy truyền phải đủ lỗng để khơng có những vi khuẩn dính vào nhau, mỗi khuẩn lạc sẽ tạo ra một clon thuần khiết. Vậy tất cả các tế bào đó, đều cùng mang dấu hiệu di truyền như nhau và cùng có những tính chất sinh lý giống nhau.
Trên mơi trường lỏng vi khuẩn phát triển làm đục đều môi trường, lắng cặn hoặc tạo thành váng. Sự phát triển trên mơi trường lỏng gồm 4 giai đoạn:
- Thích ứng: kéo dài 2 giờ, số lượng vi khuẩn không đổi, vi khuẩn chuyển hóa mạnh chuẩn bị cho phân bào.
12
- Tăng theo hàm số mũ: kéo dài khoảng 10 giờ, số lượng vi khuẩn tăng theo bội số, chuyển hóa vi khuẩn ở mức lớn nhất.
- Dừng tối đa: kéo dài 4 giờ, vi khuẩn sinh sản chậm, sự già nua và chết của vi khuẩn tăng lên.
- Suy tàn: sự chết tăng lên, số lượng vi khuẩn sống giảm xuống, mặc dù tổng số không thay đổi.