Slide bài giảng căn bản vi sinh vật học

Sơ lược lịch sử phát triển ngành VSV học và bệnh nhiễm trùngBài 1  Robert Koch là người đầu tiên tìm ra phương pháp phân lập, nuôi cấy làm thuần các dòng vi khuẩn  Xác định được tác nh

CĂN BẢN VI SINH VẬT HỌC

Nguyễn Thành Trung

Một số thông tin cơ bản về môn học

 Tài liệu học tập: Bài giảng Vi sinh vật học (dành cho đào tạo khối ngành Y-Dược) – Nguyễn Thành Trung, Đại học Duy Tân.

 Thời lượng môn học: 30 giờ (10 buổi)

 Hình thức kiểm tra giữa kỳ và cuối kỳ: trắc nghiệm khách quan

 Chuyên cần: đánh giá dựa trên số buổi dự học trên lớp, thái độ học tập, phát biểu xây dựng bài.

 Thông tin giảng viên:

TS Nguyễn Thành Trung P.402B K7/25 Quang Trung Tel: 0967.258.226

Email: trungnt@duytan.edu.vn

Một số yêu cầu đối với sinh viên

 Phải có đầy đủ tài liệu học tập.

 Đọc bài giảng trước khi đến lớp.

 Tham dự đầy đủ các buổi học trên lớp, vắng phải có đơn, không được phép nghỉ quá 3 buổi Nghiêm cấm hành vi nhờ người học

hộ, điểm danh hộ, thi hộ.

 Tập trung nghe giảng và tích cực tham gia thảo luận, xây dựng bài học trên lớp Không sử dụng điện thoại trong giờ giảng, nếu có cuộc gọi cần nhận thì xin phép ra ngoài.

Nội dung giảng dạy

vi khuẩn

Mở đầu

Tổng số tế bào vi sinh vật đang tồn tại trên cơ thể người là bao nhiêu?

100.000.000.000.000 tế bào!

Bài 1

Đối tượng nghiên cứu của vi sinh vật học

Bài 1

 Vi sinh vật học (Microbiology)?

 là khoa học nghiên cứu về các đặc điểm sinh học của các vi sinh

vật (theo tiếng Hylạp, micros là nhỏ bé, bios là sự sống và logos

là khoa học)

 Vi sinh vật y học (Medical microbiology)?

 là môn học chuyên nghiên cứu về các vi sinh vật có ảnh hưởng(cả có lợi lẫn có hại) tới sức khỏe con người

Bài 1

Hệ thống phân loại 5 giới của Whittaker

Robert Whittaker

Một số đặc điểm chung của vi sinh vật

Bài 1

 1 Kích thước nhỏ bé:

 Kích thước vi sinh vật thường được đo bằng micromete (1µm =

10-3 mm ) Các cầu khuẩn có đường kính trung bình là 1 µm còncác trực khuẩn có kích thước khoảng 1 µm x 5 µm

 Các virus bé hơn nhiều và được đo bằng nanomet (1 nm = 10-6

mm)

 Do kích thước nhỏ bé nên diện tích bề mặt của vi sinh vật rất lớn

Ví dụ, nếu một lượng cầu khuẩn có thể tích 1 cm3 thì diện tích bềmặt của chúng lên tới 6 m2

Một số đặc điểm chung của vi sinh vật

Bài 1

 2 Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh, vòng đời ngắn:

 Vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể phân giải mộtlượng đường lactose nặng hơn 1.000-10.000 lần khối lượng củachính nó

 Vòng đời của vi khuẩn chỉ tính bằng phút Thời gian thế hệ của E

coli là 20 phút, của nấm men là 110 – 120 phút, của tảo Chorella

là 7h

Một số đặc điểm chung của vi sinh vật

Bài 1

 3 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh:

 Nhờ hấp thu nhiều nên vi sinh vật sinh trưởng rất nhanh Theo lý

thuyết, từ 1 tế bào E coli, nếu được cung cấp đầy đủ chất dinh

dưỡng và điều kiện cho sinh trưởng thì sau 24h có thể cho lượngsinh khối nặng tới 4722 tấn

 Nấm men có tốc độ tạo sinh khối cao hơn của bò gấp 100.000 lần

Một số đặc điểm chung của vi sinh vật

Bài 1

 4 Thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị:

 VSV có thể tồn tại được ở các điều kiện rất khắc nghiệt: trongphormon, trong nước muối có nồng độ 32%, ở nhiệt độ cao, ápsuất lớn, môi trường phóng xạ

 Do cấu trúc tế bào đơn giản, nhiều loại không có màng nhân, nhiễm sắc thể đơn bội nên rất dễ phát sinh biến dị

Một số đặc điểm chung của vi sinh vật

Bài 1

 5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều:

 Sự phân bố của VSV quy địnhgiới hạn của sinh quyển Chúng

có mặt ở khắp mọi nơi trên thếgiới, tại những nơi mà trước đâyđược cho là không thể tồn tại sựsống

 Ngày nay con người đã biết đếntrên trăm nghìn loài VSV Theo quan niệm của các nhà khoa họcthì chúng ta mới chỉ biết đượckhoảng 1-2% số loài VSV có trong

tự nhiên mà thôi

Sơ lược lịch sử phát triển ngành VSV học và bệnh nhiễm trùng

 Leeuwenhoek là người đầu tiên đặtnền móng cho ngành vi sinh vật

học

 Pasteur và Koch đóng vai trò trungtâm trong việc xác định mối liênquan giữa VSV và bệnh truyềnnhiễm

Sơ lược lịch sử phát triển ngành VSV học và bệnh nhiễm trùng

Bài 1

 Louis Pasteur đã phá vỡ 2 quan niệm cổ hủ được thừa nhậnlúc bấy giờ:

1 Quá trình lên men tạo cồn là quá trình hóa học thuần túy

2 Sự sống được hình thành theo thuyết tự sinh

 Xác định được nhiều tác nhân gây bệnh, tìm ra nguyên lý làmsuy yếu VSV để tạo vắc xin

Sơ lược lịch sử phát triển ngành VSV học và bệnh nhiễm trùng

Bài 1

 Robert Koch là người đầu tiên tìm ra phương pháp phân lập, nuôi cấy làm thuần các dòng vi khuẩn

 Xác định được tác nhân gây bệnh than, lao, dịch tả

 Xây dựng nên định đề Koch về đặc điểm đặc trưng của các loài

Sơ lược lịch sử phát triển ngành VSV học và bệnh nhiễm trùng

Bài 1

 Theo sau những khám phá của Louis Pasteur và Robert Koch, hàng trăm loài vi sinh vật (bao gồm cả virus) gây bệnh đượcphát hiện

 Việc tìm ra cấu trúc DNA đã tạo ra một bước nhảy vọt trong các

kỹ thuật phân tích di truyền

 Việc phát hiện ra phân tử ribonucleic acid của ribosome đã giúpđịnh danh loài cũng như xác định mối quan hệ tiến hóa giữa

Các nguồn lây nhiễm và quá trình phát tán bệnh nhiễm trùng

Bài 1

 Dựa trên mối tương tác giữa vi sinh vật gây bệnh với cơ thểcon người mà người ta chia thành nhóm ký sinh bắt buộc trong

cơ thể và nhóm ít phụ thuộc vào cơ thể người

 Nguồn lây nhiễm tự nhiên: là môitrường sống tự nhiên của VSV

 Nguồn trung gian nơi VSV có thể tồntại nhưng không nhất thiết phải nhânlên

Các nguồn lây nhiễm và quá trình phát tán bệnh nhiễm trùng

Nội sinh: bùng phát ở bệnh nhân điều trị kháng sinh hoặc người bị suy giảm miễn dịch

Ngoại sinh: xâm nhập qua vết thương

Giang mai

Treponema pallidum (vi khuẩn)

Người bị nhiễm khuẩn Các bệnh nhân bị viêm

loét cơ quan sinh dục hoặc bị giang mai thứ cấp

Ngoại sinh: quan hệ tình dục

Sốt vàng da

Virus sốt vàng da (virus) Khỉ Thường từ những người

bị nhiễm, đôi khi từ khỉ

Ngoại sinh: thông qua muỗi

Đặc điểm hình thái, cấu tạo tế bào VSV

Bài 2

Hình 2.1 Sơ đồ mối quan hệ tiến hóa của các loài sinh vật sống

Tế bào nhân sơ (Prokaryote) và nhân thực (Eukaryote)

Bài 2

 Toàn bộ sinh giới chia thành 3 nhóm chính là vi khuẩn, vi khuẩn cổ

và sinh vật nhân thực

Giải phẫu học tế bào vi khuẩn

Bài 2

 Những thành tựu vượt bậc của kính hiển vi điện tử và huỳnhquang đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu trúc tế bào VK

 Quan sát các đặc tính trên bằng kính hiển vi soi dầu giúp các bác

sĩ chẩn đoán sơ bộ được các loài vi khuẩn gây bệnh ở người

Hình dạng tế bào vi khuẩn

Bài 2

 Tế bào vi khuẩn có 2 dạng cơ bản là

dạng cầu (coccus) và dạng que (bacillus).

 Vi khuẩn dạng que lại có thể có dạng

phẩy (vibrio), dạng xoắn (spirillum) hoặc dạng sợi (actinomyces)

Thể nhân vi khuẩn

Bài 2

 Thông tin di truyền của VK được lưu trữ trênmột phân tử DNA xoắn kép dạng vòng, có tổngchiều dài 1 mm Phân tử này phải cuộn xoắn,

co cụm lại thành dạng siêu xoắn gọi là thểnhân (nucleoid)

 Vi khuẩn là sinh vật đơn bội (mỗi gene trong tếbào chỉ tồn tại 1 allen)

 Thể nhân nằm trong tế bào chất, thường liênkết với một số loại protein được cho là giốngvới chức năng của Histon

 Thể nhân nằm trong tế bào chất, không đượcbao bọc bởi màng nhân nên quá trình phiên

mã và dịch mã xảy ra đồng thời

 Hai bào quan trong sinh vật nhân thực là ti thể

và lạp thể đều chứa ribosome 70S Giải trình

tự gene mã hóa rRNA của chúng cho thấy cóchung nguồn gốc so với của vi khuẩn

Màng sinh chất

Bài 2

 Thành phần chủ yếu và vai trò của màng sinh chất?

 Các phân tử protein có thể xuyên màng, neo màng, tham gia vàoquá trình vận chuyển các chất, truyền tín hiệu,…

 Rất nhiều hoạt động chức năng của tế bào như quá trình tiết, chếbiến và đóng gói protein, chuỗi vận chuyển điện tử đều xảy ra trênmàng

Thành tế bào

Bài 2

 Là lớp nằm ngay phía trênmàng sinh chất, rất chắcchắn, đàn hồi, dạng xốpđược tạo nên từ các phân tửpeptidoglycan

 Giúp bảo vệ tế bào, quy địnhhình dạng tế bào

 Độ dày lớp thành tế bào giúpphân biệt 2 dạng vi khuẩn làGram dương (A) và Gram

âm (B)

 Thành tế bào VK Gram dương có chứa teichoic acid

Thành tế bào

Bài 2

 VK Gram âm còn có thêmmột lớp màng ngoài, tạo nênbởi Lipopolysaccharide (LPS)

 Màng ngoài cũng chứa nhiềuloại protein tham gia vào việcvận chuyển các chất

 Màng ngoài giúp ngăn cản sựxâm nhập của lysozyme-

enzyme cắt đứt liên kết trênphân tử peptidoglycan

 LPS có chứa Lipid A, một loạinội độc tố khi giải phóng vàomáu có thể gây nên phản

ứng sốc

Phương pháp nhuộm Gram

Bài 2

 Dựa trên tính chất bắt màu khácnhau giữa các nhóm tế bào khácnhau về độ dày lớp thành tế bào

 Vi khuẩn Gram dương có lớp thànhdày, không bị tẩy màu nên có màutím thẫm

 VK Gram âm do bị tẩy màu nên sẽ

có màu hồng nhạt khi nhuộm vớisafranin, đỏ trung tính hoặc fucsin

 Mycobacteria có lớp vỏ khác biệt, lớp thành tế bào liên kết với mycolicacid rất kỵ nước nên phải dùng

phương pháp nhuộm acid-fast nhưZiehl-Neelsen mới phân biệt được

Capsule, vi capsule và lớp mùn lỏng

Bài 2

 Một số loài vi khuẩn có chứa một lớp cấu trúc nằm ngoàinhững cấu trúc mô tả phần trên được gọi là capsule, vi capsule

 Chúng có dạng gel, thành phần chủ yếu là nước, chỉ có 2%

là chất rắn được tạo nên từ một loại polysaccharide phứctạp

 Lớp mùn lỏng là một dạng vật chất keo, dẻo, không đồngnhất, có thành phần và đặc tính tương tự như lớp capsule,

có tác dụng giúp vi khuẩn kết dính xuống bề mặt môi trường

 Capsule và lớp mùn lỏng giúp tế bào chống lại sự thực bào, tác động của bổ thể và sự xâm nhập của thực khuẩn thể, chống lại điều kiện khô hạn, giúp hình thành màng sinh học(biofilm)

Lông roi và sự vận động của vi khuẩn

Bài 2

 Là cấu trúc dạng sợi mỏng lượn sóng, chiều dài gấp vài lần chiều dài tế bào, giúp vi khuẩn vận động tới nơi có nguồnthức ăn, tránh xa nơi có các chất độc hại

 Số lượng lông roi thay đổi từ 1 - 20 sợi, tùy thuộc từng loài

 Có thể sắp xếp ở hai bên hoặc ở hai cựccủa tế bào

 Không quan sát được lông roi bằng kínhhiển vi quang học thông thường mà phảinhuộm màu và soi trên kính hiển vi nềnđen, hoặc sử dụng kính hiển vi điện tử

 Lông nhung phân bố trên toàn bộ bề mặt tế bào.

 Lông nhung giúp vi khuẩn bám dính vào bề mặt môi trường

 Lông giới tính (sex pili) có cấu trúc tương tự như lông nhungnhưng dài hơn, giúp quá trình tiếp hợp diễn ra

Vòng đời của vi khuẩn-Bào tử

 Ở một số loài, điển hình là các loài thuộc chi Bacillus và Clostridium

có khả năng sinh ra một cấu trúc có tính kháng cao, được gọi là nộibào tử

khắc nghiệt như thiếu dinh dưỡng, khô hạn, nhiệt độ cao,…

chỉ hình thành một bào tử

Vòng đời của vi khuẩn-Bào tử

Bài 2

 Muốn tiêu diệt được bào tử VK cần phảikhử trùng ướt ở nhiệt độ 121 độ C trongthời gian 30 phút

 Trong một số điều kiện, bào tử có thểtồn tại vài chục năm hoặc lâu hơn

 Lớp vỏ (cortex) và lớp áo ngoài (spore coat) hoàn toàn không thấm Hàm lượngnước trong bào tử rất thấp và gần nhưkhông có bất kỳ hoạt động sống nàodiễn ra

 Khi gặp điều kiện thuận lợi, bào tử sẽnảy mầm, hình thành tế bào sinh dưỡng

là capsid Một số loại khác còn cólớp màng ngoài có nguồn gốc từ

tế bào vật chủ khi virus phát tán

Các thành phần của virus

Bài 2

 Loại nucleic acid phổ biến nhất của virus gây bệnh trên người làRNA sợi đơn và DNA sợi kép, tuy nhiên cũng có tồn tại dạng

RNA sợi kép và DNA sợi đơn

 Một vài loại virus có chứa các enzyme bên trong virion: RNA polymerase, enzyme phiên mã transcriptase và enzyme phiên

Phân loại và định danh vi sinh vật

Động vật nguyên sinh

Vi sinh vật

Vi khuẩn cổ

Nấm nhày

Phân loại và định danh vi sinh vật

 Virus là nhóm VSV chưa có cấu trúc tế bào, cấu tạo rất đơngiản

 Vì tảo, nấm nhày, vi khuẩn cổ không có vai trò quan trọng trong

y học nên chúng ta không quan tâm tới những đối tượng này

Phân loại học vi sinh vật

Bài 3

 Phân loại học bao gồm 3 khía cạnh:

phân nhóm (classification), định danh(nomenclature) và nhận diện

(identification)

 Những nhóm phân loại lớn (lớp, bộ, họ,…) được phân chia thành các loàiriêng biệt, được viết bằng 2 từ latin, viết nghiêng Từ thứ nhất là tên chi còn

từ thứ hai là tên loài Ví dụ: Escherichia (tên chi) coli (tên loài).

 Phân loại vi khuẩn phức tạp do có sự

đa dạng lớn, có thể có bậc phân loạidưới loài, chủng

Bậc phân loại Tên bậc

Giới Monera Ngành Firmicutes Lớp Bacilli

Bộ Bacillales

Họ Bacillaceae Chi Bacillus

Loài subtilis

Các phương pháp phân loại

Phân loại trong lĩnh vực lâm sàng

 Nấm có thể sống hoại sinh hoặc ký sinh Nấm mốc có dạng sợiphân nhánh (phân bào không hoàn toàn, tế bào chất thông nhau), sinh sản bằng bào tử Nấm men có dạng hình oval, sinh sản theolối nảy chồi

 Các nhóm VK chính được phân biệt dựa trên hình thái, cách bắtmàu với thuốc nhuộm Gram

 Virus được phân loại dựa trên thành phần vật chất di truyền làDNA hay RNA, loài vật chủ đặc trưng

Các phương pháp nhận biết vi sinh vật

Bài 3

 Phương pháp soi kính: hình dáng và đặc tính bắtmàu với các loại thuốc nhuộm được sử dụng đểnhận biết sơ bộ về VSV

 Phương pháp nuôi cấy: đường kính, độ dày, độđục và màu sắc khuẩn lạc được sử dụng để nhậnbiết VSV; khả năng làm tan máu; khả năng sinhtrưởng trong môi trường hiếu khí, kỵ khí, vi hiếukhí, môi trường chứa nhân tố ức chế chọn lọc

 Các phương pháp sinh hóa: khả năng tạo ra sảnphẩm có tính acid hoặc sinh khí, sinh enzyme đặchiệu Hiện sử dụng các bộ kit thương mại (khả

năng sử dụng nguồn carbon, đồng hóa nguồn cơchất, khả năng sinh enzyme đặc hiệu)

Các phương pháp nhận biết gián tiếp vi sinh vật

Bài 3

 Phương pháp phân tích gene đích:

- Sử dụng những đoạn DNA đánh dấu (phóng xạ, thuốc thử chophản ứng tạo màu) để nhận biết các đoạn bổ sung với nó trong hệgene của VSV cần xác định Các kỹ thuật như micro-Array,

realtime-PCR, FISH,…

- Ưu điểm: quá trình nhận biết diễn ra nhanh chóng do đoạn DNA được chọn đặc hiệu Khắc phục được các hạn chế của phươngpháp nuôi cấy Độ nhạy cao (phát hiện được 2-10 tế bào/1mL mẫu)

- Nhược điểm: sinh vật trong mẫu có thể chết nên không thể tiếnhành các xét nghiệm theo sau như tính kháng thuốc, khả năngsinh độc tố,…Mẫu xét nghiệm có thể lẫn tạp nên cho ra những tínhiệu nhiễu Phụ thuộc vào kỹ năng của kỹ thuật viên

Các phương pháp nhận biết gián tiếp vi sinh vật

Bài 3

 Phương pháp sử dụng phản ứng kháng thể và phản ứng ngưngkết latex:

- Sử dụng các kháng thể đặc hiệu trong huyết thanh của một loàiđộng vật miễn dịch với 1 loài VSV nào đó để nhận biết VSV đótrong mẫu bệnh phẩm

- Ưu điểm: cho ra kết quả nhanh chóng với độ đặc hiệu cao Độ đặchiệu của phương pháp này còn được tăng cường nhờ phát hiện racác kháng thể đơn dòng

- Nhược điểm: Có thể bị nhiễu do phản ứng chéo

- Phản ứng ngưng kết latex là phương pháp hấp phụ các kháng thểđặc hiệu lên bề mặt các hạt latex cố định để phát hiện các khángnguyên tương ứng hoặc ngược lại

Các phương pháp nhận biết gián tiếp vi sinh vật

Bài 3

 Phương pháp ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay):

- Dùng để phát hiện các kháng nguyên đặc hiệu thông qua phảnứng enzyme liên kết tạo màu Cường độ thay đổi màu tương quanvới lượng kháng nguyên liên kết vào

- Cũng có thể được sử dụng theo cách ngược lại để phát hiện cáckháng thể có trong huyết thanh

Các phương pháp nhận biết gián tiếp vi sinh vật

Bài 3

 Phản ứng ngưng kết hồng cầu và hấpphụ hồng cầu:

- Một số loại virus như virus cúm có khảnăng liên kết đặc hiệu với các thụ thểtrên bề mặt tế bào hồng cầu làm chocác tế bào hồng cầu tụ lại thành khối

- Nếu hồng cầu được bổ sung vào dịchnuôi cấy mô, chúng sẽ dính vào bề mặtcủa các tế bào bị nhiễm virus và đượcgọi là phản ứng hấp phụ hồng cầu

- Tế bào hồng cầu cũng có thể được bọcxung quanh bởi các kháng thể đặc hiệu

và chúng có thể sẽ ngưng kết lại khi cómặt các virus tương ứng