Giáo trình Vi sinh đại cương (Nghề: Dịch vụ thú y - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Vi sinh đại cương phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Virus học; Di truyền học của vi khuẩn; Sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên;...Mời các bạn cùng tham khảo!

49

CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN SỰ SINH

TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT

- Kiến thức: Trình bày được đặc tính về dinh dưỡng, sự phát triển và các yếu

tố ảnh hưởng đến các quá trình sinh trưởng và phát triển ở vi sinh vật

- Kỹ năng: Đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng vi sinh vật

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có ý thức về lợi ích của việc học tập, từ đó

có thái độ học tập đúng đắn; ý thức tự học hỏi nâng cao trình độ

1 Yếu tố vật lý

1.1 Độ ẩm

Mọi hoạt động sống của vi sinh vật đều liên quan đến nước Trong tế bào vi sinh vật, nước chiếm tỷ lệ khá cao (nấm men 73-82%, nấm mốc 84- 90%, vi khuẩn 75-85%) Vì vậy thiếu nước tế bào có thể bị chết do hiện tượng loại nước ra khỏi

tế bào

Sự đề kháng của vi sinh vật với trạng thái khô phụ thuộc vào:

- Nguồn gốc của vi sinh vật: Vi sinh vật trong không khí chịu khô tốt hơn vi sinh vật sống trong nước

- Loại vi sinh vật: Xạ khuẩn chịu khô tốt hơn vi khuẩn, vi khuẩn chịu khô tốt hơn nấm mốc,…

- Trạng thái tế bào: Tế bào già, tế bào có nha bào chịu khô tốt hơn tế bào non ở trạng thái khô hầu hết các vi sinh vật đều bị ức chế, ngừng quá trình sinh trưởng và phát triển, nhưng nếu có độ ẩm thích hợp chúng lại hoạt động trở lại Người ta ứng dụng đặc tính này trong bảo quản nông sản, thực phẩm và các nguyên vật liệu khác bằng cách phơi khô, sấy khô

Trong phòng bệnh cho gia súc, điều quan trọng là giữ cho chuồng trại luôn khô ráo, thoáng mát để hạn chế sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh

Ẩm độ > 70%, sự đề kháng với trạng thái khô của nhóm xạ khuẩn > vi khuẩn

> nấm mốc

vi từ nhiệt độ tối thiểu tới nhiệt độ tối đa Phạm vi này được gọi là giới hạn nhiệt

độ sinh trưởng

Ví dụ: vi khuẩn nhiệt thán có thể sinh trưởng được trong khoảng từ 120 –

420C, trong đó có một nhiệt độ tối thích, ở đó vi sinh vật có thể sinh trưởng tối đa

Ví dụ vi khuẩn nhiệt thán thích hợp nhất với nhiệt độ 370C Vi khuẩn gram dương chịu được nhiệt độ lạnh tốt hơn so với vi khuẩn gram âm

Căn cứ vào giới hạn nhiệt độ sinh trưởng có thể chia vi sinh vật làm 4 nhóm:

- Vi sinh vật ưa lạnh: sinh trưởng ở nhiệt độ 00C, 150 – 200C gồm các vi sinh vật sống ở ao hồ, sông ngòi, hố sâu, đáy biển hoặc trong phòng lạnh bảo quản thực phẩm

- Vi sinh vật ưa ấm: 200 – 250C, 300 – 370C, 400 – 450C: chiếm đại đa số các

vi sinh vật như nấm mốc, nấm men, vi sinh vật hoại sinh và vi sinh vật ký sinh, vi sinh vật gây bệnh

- Vi sinh vật ưa nhiệt: 450 -500C, 500 – 600 C, 600 – 800C: đó là xạ khuẩn, nấm mốc, vi khuẩn có nha bào, gặp ở bãi rác, đóng phân, suối nước nóng và núi lửa

51

- Vi sinh vật chịu nhiệt: sinh trưởng trên nhiệt độ sôi của nước Nếu nhiệt độ nằm ngoài phạm vi nhiệt độ sinh trưởng sẽ ảnh hưởng đến vi sinh vật

1.3 Áp suất thẩm thấu

Sự chênh lệch nồng độ của một chất giữa hai bên màng sinh chất gây nên một

áp suất thẩm thấu Áp suất thẩm thấu và áp lực thủy tĩnh cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của tế bào vi khuẩn

Vì vậy, khi đưa vi sinh vật vào môi trường nhiều đường, muối, tức là môi trường ưu trương thì nước trong tế bào vi sinh vật bị rút ra ngoài, gây co nguyên sinh, do đó chúng không phân chia được

Môi trường ưu trương: dung dịch đường cao (50 - 80%), muối cao (10 -15%)

tế bào mất khả năng hút nước và các chất hòa tan, tế bào chịu trạng thái khô sinh

lý, bị co nguyên sinh chất và có thể chết nếu kéo dài (áp dụng ngâm rau trong nước) Môi trường nhược trương nước sẽ xâm nhập vào tế bào, áp lực bên trong tế bào tăng lên, tế bào bị trương nước gây chết nếu kéo dài

Trong thực tế người ta áp dụng hiện tượng này để bảo quản cá bằng muối, muối dưa, bảo quản trái cây

Vì vậy

- Nhóm vi sinh vật ưa mặn phát triển trong môi trường có nhiều muối (NCl

>0,2M): Halococcus morrhueae, Staphylococcus,…

- Nhóm vi sinh vật không ưa mặn (<0,2M): Enterobacteria, Pseudomonas,…

52

Mẫn cảm nhất là tác dụng của sóng siêu âm lên các tế bào hình sợi, ít mẫn cảm nhất là các tế bào hình cầu Nhưng sóng siêu âm hầu như không có tác dụng với các bào tử và các tế bào vi khuẩn kháng acid

Do tác dụng của siêu âm mà độ nhớt của môi trường tăng lên, xuất hiện các chất nâng cao sức căng bề mặt và trong nguyên sinh chất hình thành bọt khí nhỏ Kết quả là tế bào bị hủy hoại

Hiện nay người ta ứng dụng siêu âm để thu nhận các chế phẩm vô bào hoặc

để tách các enzym nội bào, phân lập một số thành phần của tế bào, riboxom, thành

tế bào và màng tế bào chất

1.5 Tia bức xạ

Đa số các vi sinh vật sinh trưởng không cần ánh sang, trừ nhóm vi sinh vật

có sắc tố quang hợp Các tia sáng có chiều dài bước song từ 10.000A0 trở xuống đều gây tác hại cho vi ssinh vật Đó là ánh sang mặt trời, tia UV, tia B, tia alpha, tia gama và tia X Năng lượng của tia tỷ lệ nghịch với chiều dài bước sóng nên tia

Tia tử ngoại chỉ xuyên qua được lớp nước trong hoặc thuỷ tinh mỏng nên được sử dụng để khử trùng không khí buồng cấy vi sinh vật, buồng mổ

+ Ánh sáng mặt trời: đa số vi sinh vật bị ánh sáng mặt trời ức chế hoặc tiêu diệt do ánh sáng mặt trời giàu tia tử ngoại

Người ta sử dụng ánh sáng mặt trời để làm khô hoặc tiêu độc vật dụng nguyên liệu bằng cách phơi nắng

2 Yếu tố hóa học

2.1 pH môi trường

Độ pH rất cần cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật do ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình trao đổi chất của tế bào, do sự ảnh hưởng đến sự hoạt động của enzyme, nồng độ của ion H+ ảnh hưởng đến diện tích bề mặt, sự phân ly của muối khoáng do đó ảnh hưởng đến độ thẩm thấu, sự vận chuyển các chất qua màng

tế bào trong quá trình trao đổi chất

53

Mỗi loại vi sinh vật có một giới hạn pH sinh trưởng đó là giới hạn pH từ cực tiểu đến pH cực đại, trong đó có độ pH tối thích hợp, dựa vào giới hạn pH sinh trưởng vi sinh vật lại chia làm các nhóm:

-Vi sinh vật ưa pH trung bình pH từ 6,5 – 7,5

-Vi sinh vật ưa kiềm pH từ 7,5 – 8,5

-Vi sinh vật chịu kiềm pH tối thích> 9,5

Ví dụ: Vibrio cholera pH thích ứng =9

-Vi sinh vật ưa axit nhẹ pH từ 6 – 6.5

-Vi sinh vật ưa axit pH từ 5 – 6

-Vi sinh vật chịu axit pH từ 1 – 5

Ứng dụng: điều hoà độ pH trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật

2.2 Oxy

Oxy là chất có vai trò quan trọng trong sinh trưởng của vi sinh vật oxy cần cho một số nhóm vi sinh vật nhưng lại gây độc cho các nhóm khác Xét trên cơ sở thích ứng với oxy, vi sinh vật được chia làm 3 nhóm:

- Vi sinh vật hiếu khí: cần oxy trong quá trình sinh trưởng

- Vi sinh vật kỵ khí: không cần oxy trong quá trình sống, thậm chí oxy còn gây độc cho chúng

Bởi vì trong quá trình khai thác năng lượng từ cơ chất (thức ăn) nếu có mặt O2, sản phẩm cuối cùng sẽ cho ra H2O2 Đây là chất oxy hoá mạnh có thể giết chết

vi sinh vật

Ở vi khuẩn hiếu khí, trong hệ enzyme của chúng có enzyme catalaza và peroxydaza phân huỷ H2O2, vi khuẩn yếm khí không có 2 enzyme này nên nếu có oxy, lập tức H2O2 được tạo thành và giết chết chúng

-Vi sinh vật tuỳ nghi: có thể sinh trưởng ở điều kiện đủ oxy, thiếu hoặc không

có oxy Trong điều kiện không có oxy, chúng khai thác năng lượng bằng phương thức lên men

2.3 Các chất diệt khuẩn (sát trùng)

Các chất khử trùng tiêu độc gồm tất cả các chất hoá học gây hại cho vi sinh vật nhưng cũng gây hại cho động vật Chúng bao gồm nhiều chất, từ nhiều nguồn gốc có thành phần hoạt chất và cơ chế tác dụng khác nhau

Căn cứ vào mức độ tác dụng của chúng với vi sinh vật để phân biệt tên gọi của các chất sau:

Một chất hoá học có thể là chất sát trùng, ức chế, diệt khuẩn tuỳ thuộc vào

nồng độ, thời gian tác dụng, loại hình vi sinh vật bị tác động và các yếu tố khác

3 Ảnh hưởng của các yếu tố sinh học

Năm 1928 A Fleming phát hiện thấy sự ức chế của nấm penicilium đối với Staphylococcus aureus khi chúng mọc cạnh nhau Ông đã nghiên cứu kỹ về nấm này và chất tiết của nó, phát hiện ra kháng sinh penicilin đầu tiên vào 1940 Các nhà khoa học đã tách chiết penicillin và dùng chữa bệnh do vi trùng gây ra, ngày

nay có nhiều kháng sinh mới được chiết xuất để chữa bệnh

+ Làm ngừng quá trình tổng hợp protein của tế bào vi sinh vật hoặc xúc tiến việc tổng hợp lên protein không có quan hệ đến tế bào Thuộc về hướng tác động này có: streptomycin, kanamycin, tetracycline…

+ Ức chế tổng hợp axit nucleic, ngăn cản sự sao chép AND, ngăn cản sự tổng hợp ARN polymetaza Các kháng sinh này gồm có: actinomycin, novobioxin…

3.1.1 Kháng sinh từ vi sinh vật

55

- Kháng sinh từ vi khuẩn: kháng sinh có nguồn gốc từ vi khuẩn không nhiều:

+ Baxitraxin: thu được từ Bacillus licheniformi Là chất màu trắng tan

trong nước, rượu Có tác dụng mạnh với vi khuẩn gram dương Dùng chữa các bệnh nhiễm trùng, viêm và dùng trong chăn nuôi, bảo quản chế biến thực phẩm

+ Polimixin: thu được từ Bac Polymixa Là chất kết tinh màu trắng tan trong nước, rượu Có tác dụng mạnh trên vi khuẩn gram dương và gram âm Dùng chữa các bệnh nung mũ, và bệnh ngoài da

- Kháng sinh từ xạ khuẩn: kháng sinh từ xạ khuẩn chiếm một số lượng lớn trong đó có nhiều kháng sinh quan trọng:

+ Streptomycin: thu được từ streptomyces griceus (Actinomyces streptomyxin): chất kiềm tan trong nước, khó tan trong dung môi hữu cơ Chống vi khuẩn gram âm mạnh (Bacilus, Brucella, Mycobacterium, Pasteurella, Salmonella) Ít độc nhưng dùng kéo dài sẽ ảnh hưởng đến thần kinh thính giác + Neomycin: thu được từ Actinomyces fradiae hay một số khác, là chất kiềm

không màu, muối của nó tan trong nước không tan trong dung môi hữu cơ Chống

vi khuẩn gram dương và âm, đặc biệt với các vi khuẩn đã quen với kháng sinh khác Dùng để chữa viêm, nhiễm trùng, ít độc nhưng có thể gây dị ứng do dùng lâu

+ Kanamycin: thu được từ Actinomyces kanamyceticus Dùng trị đường ruột

do vi khuẩn gram âm, các bệnh do tụ cầu, bệnh lao

+ Tetraxilin: nhóm này bao gồm clotetraxin, oxytetraxilin, tetraxilin

- Kháng sinh từ nấm mốc: kháng sinh từ nấm mốc có số lượng lớn, nhưng

do độc lực cao nên ít được dùng trong thực tiễn, ngoài một số loài:

Vi khuẩn Kháng sinh Phổ tác dụng

Bacillus licheniformis Bacitdraxin Gram +

Ba polymixa Polimycin Gram- và Gram+

Bac brevis Tirotricin Tụ cầu, liên cầu

Streptomyces griceus Strepstomycin (A, B, C) Gram âm

Actinomyces fradiae Neomycin Gram+ và Gram-

Act kanamyceticus Kanamycin Gram -

56

+ Penicilin: thu được từ nấm mốc Penicilium chrysogenum Có hoạt tính

mạnh đối với vi khuẩn gram dương Thường được sử dụng để chữa các bệnh nhiễm trùng, vết thương có mủ Ít độc nhưng dễ gây dị ứng nên khi dùng phải thử

3.1.2 Kháng sinh từ thực vật: có trong thân, lá, quả của nhiều loại thực vật trong

tự nhiên có chứa những chất có khả năng gây ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật được gọi chung là Phytonxit – kháng sinh thực vật

+ Alixin: là hoạt chất có tính kháng sinh tìm thấy trong tỏi Có tác dụng với

nhiều vi sinh vật như Staphylocooccus, Streptococcus, Salmonella, E.coli, Shigella

Dùng chữa một số bệnh như nhiệt thán, bạch hầu, lao, cúm

Còn thấy ở các loại khác:

Saponin (bồ kết): tiêu độc, chữa nhọt

Ocubin (lá mã đề): trị viêm khí quản, đau mắt đỏ

3.1.3 Kháng sinh từ động vật: cơ thể động vật cũng cho những chất kháng sinh

như:

+ Lysozyme: có trong nước bọt, nước mắt, dịch niêm mạc, huyết thanh có tác dụng làm dung giải vi khuẩn

+ Kháng thể: trong huyết thanh hay trong sữa đầu của động vật

+ Exitrin: chiết từ hồng cầu động vật, có tác dụng chống lại các liên, tụ cầu khuẩn

3.1.4 Tính kháng thuốc của vi sinh vật

+ Sau khi sử dụng rộng rãi một loại kháng sinh nào đó trong một thới gian dài, người ta phát hiện ngày càng nhiều loại vi khuẩn có khả năng chống lại tác dụng trị liệu của loại kháng sinh đó Hiện tượng này gọi là sự kháng thuốc của vi sinh vật

+ Quá trình hình thành tính kháng thuốc của vi sinh vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

Gram +

Từ đó chúng ta có định nghĩa kháng thể: Kháng thể là các globulin trong máu của động vật, có khả năng liên kết đặc hiệu với kháng nguyên đã kích thích sinh ra

nó Kháng thể chủ yếu được tìm thấy trong huyết thanh của động vật, do vậy huyết thanh chứa kháng thể đặc hiệu kháng nguyên được gọi là kháng huyết thanh Kháng thể cũng có thể được tìm thấy trong các dịch thể khác của cơ thể, như sữa Những kháng thể có sẵn trong sữa hay huyết tương của người, động vật từ trước khi có sự tiếp xúc với kháng nguyên gọi là kháng thể tự nhiên hay kháng thể không đặc hiệu

Kháng thể đặc hiệu là kháng thể được sinh ra do kích thích của kháng nguyên (vi sinh vật) và kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên ấy Khi kháng nguyên và kháng

thể tương ứng kết hợp với nhau sẽ xẩy ra phản ứng ngưng kết

3.3 Các chất tiêu độc và khử trùng

Các chất khử trùng tiêu độc gồm tất cả các chất hoá học gây hại cho vi sinh vật nhưng cũng gây hại cho động vật Chúng bao gồm nhiều chất, từ nhiều nguồn gốc có thành phần hoạt chất và cơ chế tác dụng khác nhau

Căn cứ vào mức độ tác dụng của chúng với vi sinh vật để phân biệt tên gọi của các chất sau:

- Chất sát trùng hay chất tiêu độc: chỉ các chất có tác dụng tiêu diệt được vi sinh vật nhưng không giết được nha bào của chúng

- Chất diệt khuẩn: là những chất có thể tiêu diệt được toàn bộ vi sinh vật, kể

58

Tiêu độc khử trùng đặc biệt quan trọng trong nhiều lĩnh vực như công nghệ sinh học, bảo quản, chế biến, dự trữ thức ăn, y học, thú y học, phòng trừ dịch bệnh

và nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác

Ý nghĩa của tiêu độc, khử trùng

- Tránh sự lây nhiễm, gây nhiễm vi sinh vật từ nơi này sang nơi khác, từ vật này sang vật khác, từ vật thể nào đó sang cơ thể động vật

- Đảm bảo độ chính xác của thí nghiệm, sự thuần khiết trong công tác vi sinh vật như nuôi cấy, phân lập, giữ giống

- Đảm bảo sự bảo quản lâu dài, môi trường dinh dưỡng, thuốc, thực phẩm và các dụng cụ tinh sảo khác

Những nhân tố có quan hệ đến tiêu độc, khử trùng có nhiều, vì vậy cần lưu

ý đến mối quan hệ giữa cường độ, nồng độ của các chất sử dụng, thời gian tác dụng

và đối tượng cần được tiêu độc, khử trùng

Phương pháp tiêu độc, khử trùng

- Phương pháp cơ giới: bao gồm quét dọn, lau chùi, rửa, cạo, nạo vét,

- Phương pháp vật lý: dùng sức nóng khô (hơ nóng, đốt, phơi, sấy, hấp khô), sức nóng ướt (đun sôi, hấp ướt có áp lực), dùng các tia bức xạ

- Phương pháp hóa học: là biện pháp hay sử dụng, mục đích làm đông vón protein hoặc phá hủy protein của vi sinh vật, các háo chất thường dùng dưới 3 dạng: bột, khí, dung dịch

- Phương pháp sinh vật học: trong phân, nước tiểu và các chất thải có nhiều

vi sinh vật lên men, nên có thể dùng phương pháp ủ kín các chất này làm cho nhiệt độ lên cao tới 75oC và kéo dài trong nhiều ngày nên có thể tiêu diệt được nhiều loại vi sinh vật gây bệnh

- Tiệt trùng: là tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật kể cả nha bào và bất hoạt virus hoặc tách bỏ chúng hoàn toàn ra khỏi vật cần tiệt trùng

59

4 Thực hành (xem bài 2 và bài 6 phần hướng dẫn thực hành)

Câu hỏi ôn tập

1 Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển vi sinh vật Giải thích?

2 Trình bày phương pháp khử trùng bằng tác nhân vật lý?

3 Trình bày phương pháp khử trùng bằng tác nhân hóa học?

4 Trình bày phương pháp khử trùng bằng pháp sinh học?

60

CHƯƠNG 5 VIRUS HỌC MH11-05

Giới thiệu: Virus cũng thuộc nhóm vi sinh vật, có cấu tạo tế bào đơn giản Virus sống kí sinh trên cơ thể sống Các đặc điểm về hình thái, cấu tạo và tính gây

bệnh của mỗi virus khác nhau

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có ý thức về lợi ích của việc học tập, từ đó

có thái độ học tập đúng đắn; ý thức tự học hỏi nâng cao trình độ

1 Đặc tính chung của virus

Virus là nhóm vi sinh vật chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước vô cùng nhỏ

bé, có thể chui qua màng lọc vi khuẩn Nhờ có sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật hiển vi điện tử, siêu ly tâm, nuôi cấy tế bào những thành tựu nghiên cứu về virus đã được đẩy mạnh, phát triển thành một ngành khoa học gọi là virus học Virus không có khả năng sống độc lập mà phải sống ký sinh trong các tế bào khác từ vi khuẩn cho đến tế bào động vật, thực vật và người, gây các loại bệnh hiểm nghèo cho các đối tượng mà chúng ký sinh Ví dụ như bệnh AIDS

Virus là nhóm vi sinh vật được phát hiện ra sau cùng trong các nhóm vi sinh vật chính vì kích thước nhỏ bé và cách sống ký sinh của chúng Người phát hiện ra virus lần đầu tiên là nhà bác học người Nga - Ivanôpski Ông là một chuyên gia nghiên cứu về bệnh khảm cây thuốc lá

Khi nghiên cứu về bệnh này ông đã phát hiện ra rằng: Dịch lọc của lá cây bị bệnh khi cho qua màng lọc vi khuẩn vẫn có khả năng gây bệnh Từ đó ông rút ra kết luận: Nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc lá phải là một loại sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn Phát hiện này được công bố năm 1892, 6 năm sau, năm 1898, nhà khoa học người Hà Lan Beijerinck cũng nghiên cứu về bệnh khảm thuốc lá và có những kết quả tương tự, ông đặt tên mầm gây bệnh khảm thuốc lá là virus Tiếp đó người ta phát hiện ra một số virus khác gây bệnh cho động vật và người Đến năm 1915 đã phát hiện ra virus ký sinh trên vi khuẩn, gọi là thực khuẩn thể (Bacteriophage)

Các tính chất chung của virus

+ Khi virus đã xâm nhập vào trong các tế bào, hệ thống thông tin di truyền

ở trong axit nucleic của virus điều hành sự tổng hợp các thành phần cấu tạo nên virus

+ Virus không có trao đổi chất, không có enzyme hô hấp và enzyme chuyển hoá, vì vậy virus bắt buộc kí sinh nội bào tuyệt đối, tách khỏi tế bào chủ, virus không tồn tại được

+ Virus không nhân lên trong môi trường dinh dưỡng bình thường, môi trường dinh dưỡng của virus là: các hợp chất của axít amin, môi trường tổng hợp nhân tạo, môi trường tế bào tổ chức sống Trong tế bào virus nhân lên theo cấp số nhân

Thành phần hoá học rất đơn giản chỉ bao gồm protein và acid nucleic

Virus có khả năng tạo thành tinh thể: virus là tên chung chỉ loài vi sinh vật gây bệnh, tuỳ từng lúc, tuỳ từng giai đoạn, chức năng của virus mà virus có thể chia ra:

+ Viron (hạt virus) là hạt virus hoàn chỉnh, có cấu trúc thành phần hoá học

và những đặc tính cơ bản của virus, có khả năng gây bệnh

+ Vegitative virus (virus dinh dưỡng) là dạng axít nucleic của virus sau khi

đã xâm nhập vào tế bào cảm nhiễm, đây là dạng virus sinh sản, nó làm khởi phát quá trình tái tạo lại virus để tạo nên các hạt virus mới

+ Viroit (sợi virus) là virus không hoàn chỉnh chỉ có axit nucleic, không có protein bao bọc, còn gọi là sợi axit nucleic có khả năng gây bệnh

+Virus thiếu hụt (defective virus) là những hạt virus khiếm khuyết một vài thành phần cấu trúc trong quá trình sao chép, những hạt virus này có thể giao thoa với các hạt virus bình thường (virion) để tạo thành những hạt virus hoàn chỉnh

2 Hình dạng và cấu tạo của virus

2.1 Hình dạng và kích thước của virus

Virus có kích thước rất nhỏ bé, có thể lọt qua màng lọc vi khuẩn, chỉ có thể quan sát chúng qua kính hiển vi điện tử Kích thước từ 20 x 30 đến 150 x 300 nanomet

Loại hình cầu điển hình là một số virus động vật Các đơn vị cấu trúc xếp teo kiểu đối xứng 4 mặt, 8 mặt hoặc 20 mặt

Bảng 5.1: Đặc điểm kích thước và cấu trúc của một số virus điển hình

Virus Axit nucleic Kiểu đối xứng Kích thước (nm)

Virus chưa có cấu tạo tế bào, mỗi virus không thể gọi là một tế bào mà được gọi là hạt virus hay virion Một virus thành thục có cấu trúc hoàn chỉnh, Virus có nhiều hình dạng khác nhau

* Dạng hình cầu đối xứng xoắn: là dạng thường hay gặp đa số các virus gây

bệnh cho người và động vật như virus cúm, virus quai bị, virus gây bệnh tăng bạch cầu của gia cầm, các arbovirus Loại này có kích thước trung bình khoảng 108 –

158 nm

* Dạng hình que đối xứng xoắn

Bao gồm các virus đốm thuốc lá, đốm khoai tây, loài này có kích thước chiều rộng khoảng 15 nm và chiều dài 250 nm

Hình 5.1: Virus hình cầu

63

* Dạng hình khối đối xứng xoắn

Gồm các virus hình khối đa diện có nhiều cạnh như virus đậu, các enterovirus, adenovirus, reovirus, papilomavirus ở người và động vật kích thước vào khoảng 30 – 358 nm

* Dạng đặc biệt

Có hình giống một tế bào sinh dục đực (tinh trùng), đặc trưng cho các virus

ký sinh trong các tế bào vi khuẩn và được gọi là thực khuẩn thể hay bacteriophage kích thước biến động trong khoảng 47 – 104nm đến 10 – 225nm

Trừ virus đậu mùa có thể quan sát được dưới kính hiển vi quang học còn các loại virus khác đều không quan sát được do kích thước quá nhỏ, nhiều virus có kích thước chỉ ngang hàng với các phân tử Ví dụ: virus lở mồm long móng 10nm, Virus viêm não nhật bản B 22nm, Virus dại 250nm…

Hình 5.2: Virus hình que

Hình 5.3: Virus hình khối

64

2.2 Cấu tạo virus

Tất cả các virus đều có cấu tạo gồm hai thành phần cơ bản: lõi là acid nucleic (tức genom) và vỏ là protein gọi

là capsid, bao bọc bên ngoài để

bảo vệ acid nucleic Phức hợp

bao gồm acid nucleic và vỏ

capsid gọi là nucleocapsid gọi là

nucleoprotein Đối với virus

RNA thì còn gọi là

ribonucleoprotein Genom của

virus có thể là DNA hoặc RNA,

chuỗi đơn hoặc chuỗi kép, trong

khi genom của tế bào luôn là DNA chuỗi kép, và trong tế bào luôn chứa hai loại acid nucleic, DNA và RNA

Hình 5.4: Hình thái của một số virus điển hình

Hình 5.5: Cấu trúc của virus

65

2.2.1 Vỏ capsid

Capsid là vỏ protein được cấu tạo bởi các đơn vị hình thái gọi là capsome Capsome lại được cấu tạo từ 5 hoặc 6 đơn vị cấu trúc gọi là protome Protome có thể là monome (chỉ có một phân tử protein) hoặc polyme (có nhiều phân tử protein)

- Pentame (penton) có 5 protome nằm trên các đỉnh của khối đa diện, còn hexame (hexon) tạo thành các cạnh và bề mặt hình tam giác

- Capsid có khả năng chịu nhiệt, pH và các yếu tố ngoại cảnh nên có chức năng bảo vệ lõi acid nucleic

- Trên mặt capsid chứa các thụ thể đặc hiệu, hay là các gai glicoprotein, giúp cho virus bám vào các thụ thể trên bề mặt tế bào Đây cũng chính là các kháng nguyên (KN) kích thích cơ thể tạo đáp ứng miễn dịch (ĐƯMD)

Chức năng của CAPSID

- Bảo vệ nucleic acid của virus không chịu sự tác động của các enzyme

- Các vị trí đặc biệt trên lớp vỏ cho phép các virion gắn vào tế bào chủ

- Cung cấp các protein tạo điều kiện để virion thâm nhập qua màng tế bào chủ Trong một số trường hợp, lớp vỏ có tác dụng đưa nucleic acid của virus vào tế bào chủ

Vỏ capsid có kích thước và cách sắp xếp khác nhau khiến cho virus có hình dạng khác nhau Có thể chia ra ba loại cấu trúc: đối xứng xoắn, đối xứng hình khối

và cấu trúc phức tạp

2.2.2 Vỏ ngoài (vỏ envelop)

Một số virus có vỏ ngoài (envelope) bao bọc vỏ capsid Vỏ ngoài có nguồn gốc từ màng sinh chất của tế bào được virus cuốn theo khi nảy chồi Vỏ ngoài có cấu tạo gồm 2 lớp lipid và protein Lipid gồm phospholipid và glycolipid, hầu hết bắt nguồn từ màng sinh chất (trừ virus pox từ màng Golgi) với chức năng chính là

ổn định cấu trúc của virus

Protein vỏ ngoài thường là glycoprotein cũng có nguồn gốc từ màng sinh chất của tế bào ký chủ, tuy nhiên trên mặt vỏ ngoài cũng có các glycoprotein do virus

mã hóa được gắn trước vào các vị trí chuyên biệt trên màng sinh chất của tế bào, rồi về sau trở thành cấu trúc bề mặt của virus Ví dụ các gai gp 120 của HIV hay hemaglutinin của virus cúm, chúng tương tác với receptor của tế bào để mở đầu sự xâm nhập của virus vào tế bào

Vỏ ngoài cũng có nguồn gốc từ màng nhân do virus lắp ráp và nẩy chồi qua màng nhân (virus herpes)

66

Dưới tác động của một số yếu tố như dung môi hoà tan lipid, enzyme, vỏ ngoài

có thể bị biến tính và khi đó virus không còn khả năng gây nhiễm nữa

2.2.3 Acid nucleic của virus

Có thể là DNA hoặc RNA, chuỗi đơn hoặc kép, thẳng hoặc khép vòng Kích thước genom có thể từ 3500 nucleotid (ở phage nhỏ) đến 560000 nucleotid (ở virus herpes) Các trình tự genom virus phải được đọc mã bởi tế bào chủ, cho nên các tín hiệu điều khiển phải được các yếu tố của tế bào chủ nhận biết Các yếu tố này thường liên kết với protein virus Do có kích thước nhỏ nên genom virus đã tiến hoá để sử dụng tối đa tiềm năng mã hóa của mình Vì thế hiện tượng gen chồng lớp

và hiện tượng cắt nối (splicing) mRNA ở virus là rất phổ biến

Genom của virus được xác định dựa theo các thông số sau:

* Thành phần acid nucleic (DNA hay RNA)

* Kích thước genom, chuỗi đơn hay kép

* Cấu trúc đầu chuỗi

* Trình tự nucleotid

* Khả năng mã hoá

* Các yếu tố điều hoà, promoter, enhancer và terminater

Bảng 5.2: Các loại acid nucleic của virus

Loại acid

DNA đơn Chuỗi đơn, dạng thẳng Chuỗi đơn, khép vòng

Virus parvo Phage jX174, M13, fd Herpes, adeno, coliphage T, phage l

DNA kép

Chuỗi kép, dạng thẳng Chuỗi kép, dạng thẳng, trên một mạch có những chỗ đứt

ở cầu nối phosphodieste

Chuỗi kép với hai đầu khép kín

Chuỗi kép khép vòng kín

Coliphage T5 Vaccinia, Smallpox Polioma (SV40), papiloma, phage PM2, virus đốm hoa lơ

Chuỗi đơn, dương dạng thẳng gồm hai đoạn gắn với nhau

Chuỗi đơn, âm dạng thẳng, phân đoạn

Picorna (polio, rhino), toga, phage RNA, MTV và hầu hết virus thực vật Rhabdo, paramyxo, (sởi, quai bị) Virus đốm cây tước mạch (Bromus) (các đoạn được bao gói trong các virion tách biệt)

Retro (HIV, Sarcoma Rous)

67

đoạn

Orthomyxo (cúm) Reo (rota), một số virus gây u ở thực vật, NPV ở côn trùng, phage j6 và nhiều virus ở nấm (mycovirus)

(Nguyễn Lân Dũng, 2006)

2.2.4 Cấu tạo của thể thực khuẩn

Loại có hình dạng tinh trùng phổ biến hơn cả là các virus ký sinh trên vi khuẩn gọi là thực khuẩn thể hoặc Phage Loại hình dạng này phần đầu có cấu trúc đối xứng khối phần đuôi là có cấu trúc đối xứng xoắn Kiểu cấu trúc phức tạp nhất của virus là cấu trúc của thực khuẩn thể (Phage)

Cấu trúc của thực khuẩn thể T4 ký sinh trên vi khuẩn E Coli Thực khuẩn thể T4 có 3 phần: đầu, cổ và đuôi

Đầu có dạng lăng kính 6 cạnh, đường kính 65 nm dài 95 nm, cấu tạo bởi protein tạo thành vở capsid, vỏ capsid được cấu tạo bởi 212 đơn vị capsome Bên trong phần đầu có chứa một phân tử DNA 2 sợi

Cổ là một đĩa 6 cạnh đường kính 37,5 nm có 6 sợi tua gọi là tua cổ Đuôi là một ống rỗng được bao bọc bởi bao đuôi, bao đuôi có cấu tạo protein tạo thành vỏ capsid, kích thước 8 x 95 nm Phần rỗng trong đuôi gọi là trụ có đường kính 2,5 - 3,5 nm Phần cuối cùng của đuôi là một đĩa gốc hình 6 cạnh giống như đĩa cổ từ đó mọc ra 6 sợi gai gọi là chân bám

Hình 5.6: Cấu trúc đơn của thực khuẩn thể T4 (Phage),

Dựa trên cấu trúc cơ bản đó, thiên nhiên đã tạo ra hàng trăm hàng nghìn loại virus khác nhau Ví dụ như phần lõi không phải là tất cả các virus đều chứa DNA,

68

có rất nhiều loại chứa RNA, chủ yếu là các virus thực vật Chính từ loại này người

ta đã phát hiện ra quá trình sao chép ngược thông tin di truyền: RNA - DNA

2.3 Các dạng đối xứng của virus

2.3.1 Cấu trúc đối xứng xoắn

Các virus có cấu trúc này là do capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic Tuỳ loại mà có chiều dài, đường kính và chu kỳ lặp lại của các nucleocapsid khác nhau Cấu trúc xoắn thường làm cho virus có dạng hình que hay hình sợi ví dụ virus đốm thuốc lá (TMV), virus dại (Rhabdo), virus quai bị, virus sởi (Paramyxo), virus cúm (Orthomyxo) ở virus cúm các nucleocapsid được bao bởi vỏ ngoài nên khi quan sát dưới kính hiển virus điện tử thấy chúng có dạng cầu

Hình 5.7: Cấu trúc đối xứng xoắn, cấu trúc đa diện nhiều

mặt

2.3.2 Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện nhiều mặt

Ở các virus loại này, capsome sắp xếp tạo vỏ capsid hình khối đa diện với 20 mặt tam giác đều, có 30 cạnh và 12 đỉnh Đỉnh là nơi gặp nhau của 5 cạnh thuộc loại này gồm các virus adeno, reo, herpes và picorna Gọi là đối xứng vì khi so sánh

sự sắp xếp của capsome theo trục Ví dụ đối xứng bậc 2, bậc 3, bậc 5, vì khi ta xoay với 1 góc 1800 (bậc 2), 1200 (bậc 3) và 720 (bậc 5) thì thấy vẫn như cũ

Các virus khác nhau có số lượng capsome khác nhau Virus càng lớn, số lượng capsome càng nhiều Dựa vào số lượng capsome trên mỗi cạnh có thể tính được tổng số capsome của vỏ capsid theo công thức sau: N= 10(n-1)2+2Trong đó N- tổng số capsome của vỏ capsid, n-số capsome trên mỗi cạnh

69

Hình 5.8 : A- Sơ đồ virus hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virus khảm thuốc

lá) Capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic

B- Sơ đồ virus đa diện đơn giản nhất Mỗi mặt là một tam giác đều Đỉnh do 5 cạnh

hợp lại

C- Sự đối xứng của hình đa diện thể hiện khi quay theo trục bậc 2 (1800), bậc 3

(1200) và bậc 5 (720)

2.3.3 Virus có cấu tạo phức tạp

Một số virus có cấu tạo phức tạp, điển hình là phage và virus đậu mùa Phage

có cấu tạo gồm đầu hình khối đa diện, gắn với đuôi có cấu tạo đối xứng xoắn Phage

T chẵn (T2, T4, T6) có đuôi dài trông giống như tinh trùng, còn phage T lẻ (T3,T7)

có đuôi ngắn, thậm chí có loại không có đuôi

Virus đậu mùa có kích thước rất lớn, hình viên gạch Ở giữa là lõi lõm hai phía trông như quả tạ Đối diện với hai mặt lõm là hai cấu trúc dạng thấu kính gọi

là thể bên Bao bọc lõi và hai thể bên là vỏ ngoài

70

3 Hệ thống phân loại virus

3.1 Hệ thống phân loại theo các thứ bậc

Phân loại virus là quá trình đặt tên virus và đặt chúng vào một hệ thống phân loại, tương tự như các hệ thống phân loại được sử dụng cho các sinh vật tế bào Virus chủ yếu được phân loại theo các đặc điểm kiểu hình, chẳng hạn như hình thái, loại axit nucleic, chế độ sao chép, sinh vật chủ và loại bệnh mà chúng gây ra Việc phân loại virus chính thức là trách nhiệm của Ủy ban quốc tế

về phân loại virus ICTV (International Committee on Nomenclature of Viruses)

Uỷ ban quốc tế về phân loại virus (ICTV) được thành lập năm 1966 Chức

năng của ICTV là thảo luận để đi đến thống nhất về các qui tắc phân loại, cách đặt tên, xây dựng thư mục và cung cấp thông tin cho các nhà virus học trên khắp thế giới Mặc dù hệ thống phân loại của Baltimore có thể được sử dụng để đặt virus vào một trong bảy nhóm dựa trên cách tổng hợp mRNA của chúng Các quy ước đặt tên cụ thể và các hướng dẫn phân loại tiếp theo được ICTV đặt ra

Cấu trúc của thực khuẩn thể

Hình 5.9: Cấu trúc thực khuẩn thể

Bộ là đại diện cho các nhóm ghép của các họ, có các đặc điểm chung khác

biệt với các bộ và họ khác Các bộ được ký hiệu bởi những vĩ tố (suffixe) -virales

Có một bộ đã được ICTV chấp thuận là Mononegavirales bao gồm các họ

Paramyxoviridae, Rhabdoviridae và Filoviridae Đó là các virus ARN đơn, âm, không phân đoạn và có vỏ ngoài

3.1.2 Họ virus (family)

Họ là đại diện cho các nhóm ghép của các chi, có các đặc điểm chung khác

với các thành viên của các họ khác Họ có vĩ tố -viridae, đóng vai trò trung tâm và

thường có tiếp đầu ngữ mang đặc điểm đặc trưng

Ví dụ Picornaviridae là từ ghép pico/rna/viridae (pico tiếng Ý là nhỏ) gồm

các virus có kích thước nhỏ; Flavoviridae - tiến Latinh flavo là vàng (vì trong đó

có virus gây bệnh sốt vàng) ở một số họ (ví dụ Herpesviridae) có sự khác nhau giữa

các thành viên trong họ, dẫn đến sự hình thành các họ phụ, được ký hiệu với vĩ tố virinae

-Như vậy họ Herpesviridae còn được phân tiếp thành các họ phụ Alphaherpesvirinae, (virus, Herpes simplex), Betaherpesvirinae (virus

cytomegalo) và Gammaherpesvirinae (virus Epstein-Barr)

3.1.3 Chi virus

Chi là đại diện cho các nhóm ghép của các loài, có các đặc điểm chung và

khác với các thành viên của các chi khác Tên chi thường có vĩ tố -virus Cũng như

tên họ, tên chi thường có tiếp đầu ngữ mang đặc điểm đặc trưng

Ví dụ Rhinovirus (Rhino tiếng Hy Lạp là mũi, ám chỉ virus gây bệnh sổ mũi Các tiêu chuẩn để phân định các chi thay đổi giữa họ này với họ khác nhưng chúng vẫn bao gồm sự khác nhau về các đặc điểm di truyền, cấu trúc và các đặc điểm khác

3.1.4 Loài virus

Loài virus được định nghĩa như là một lớp phân loại dựa trên một số lượng lớn các đặc điểm lớp (polythetic class), tạo lập mối liên hệ với nhau về sao chép và

72

chiếm một ổ sinh thái riêng biệt ICTV hiện đang xem xét một cách cẩn trọng các đặc điểm thiết yếu cần phải có để xác định loài Sự phân chia giữa loài và chủng vẫn còn là một vấn đề khó khăn

3.2 Hệ thống phân loại Baltimore

Năm 1971, David Baltimore đưa ra hệ thống phân loại virus dựa trên mối quan

hệ giữa gen virus và mARN Tất cả các virus 7 nhóm hay 7 lớp, bất kể chúng là virus của động vật, thực vật hay vi sinh vật Ở thời điểm đưa ra hệ thống phân loại, khoa học mới chỉ biết đến genom ADN đơn, dương, nên khi phát hiện ra genom ADN âm thì lớp II được tách ra là IIa và IIb Đối với genom ADN đơn, muốn tổng hợp mARN phải qua giai đoạn tổng hợp ADN kép trung gian, gọi là dạng sao chép (RF - replicative form)

Các đặc điểm liên quan trực tiếp đến vấn đề này bao gồm việc liệu bộ gen

được tạo ra từ axit deoxyribonucleic (DNA) hay axit ribonucleic (RNA), tính chất

chuỗi của bộ gen (có thể là chuỗi đơn hoặc chuỗi kép) và cảm giác của bộ gen sợi đơn (có thể là tích cực hoặc tiêu cực)

Ưu điểm chính của hệ thống phân loại Baltimore là bằng cách phân loại vi rút theo các đặc điểm đã nói ở trên, các vi rút có hành vi giống nhau có thể được nghiên cứu thành các nhóm riêng biệt Có bảy nhóm Baltimore được đánh số bằng chữ số

La Mã, được liệt kê sau đây:

và các virus trong mỗi nhóm thường có chung phương thức tổng hợp mRNA Mặc

dù không phải là trọng tâm trực tiếp của hệ thống phân loại Baltimore, các nhóm trong hệ thống được phân loại theo cách mà các virus trong mỗi nhóm thường có cùng cơ chế sao chép bộ gen virus

73

4 Sự nhân lên của virus

4.1 Sự sao chép và nhân lên của virus

Các hình thức sao chép ở virus động vật và thực vật khác nhau là tuỳ theo từng loại virus, nhưng quá trình thực hiện vẫn diễn ra các giai đoan sau:

Hấp thụ Xâm nhập Sao chép Thành thục Giải phóng

- Giai đoạn hấp thụ của hạt virus tự do trên tế bào chủ

Các hạt virus tự do tồn tại ngoài tế bào không có khả năng hoạt động, chúng

ở trạng thái tiềm sinh gọi là hạt Virion Khi gặp tế bào chủ, phụ thuộc vào tần số

va chạm giữa hạt virion và tế bào, va chạm càng nhiều càng có khả năng tìm ra các điểm thụ cảm trên bề mặt tế bào gọi là các receptor

Lúc đó điểm thụ cảm của tế bào chủ và gốc đuôi của virus kết hợp với nhau theo cơ chế kháng nguyên - kháng thể nhờ có thành phần hoá học phù hợp với nhau Kết quả là virus bám chặt lên bề mặt tế bào chủ Mỗi loại virus có khả năng hấp thụ lên một hoặc vài loại tế bào nhất định Điều này giải thích được tại sao mỗi loại virus chỉ gây bệnh cho một vài loại nhất định

- Giai đoạn xâm nhập của virus vào tế bào chủ

Quá trình xâm nhập của virus vào tế bào chủ xảy ra theo nhiều cơ chế khác nhau phụ thuộc vào từng loại virus và tế bào chủ

Ở thực khuẩn thể T4 sau khi virus bám vào điểm thụ cảm của tế bào chủ, nó tiết ra men Lizozym thuỷ phân thành tế bào vi khuẩn Sau đó dưới tác dụng của ATP - aza bao đuôi của phage co rút làm cho trụ đuôi xuyên qua thành tế bào và phân tử DNA được bơm vào bên trong tế bào chủ Vỏ capcid vẫn nằm ở ngoài Người ta chứng minh được cơ chế trên nhờ phương pháp nguyên tử đánh dấu Ngoài cơ chế trên còn có một số cơ chế khác: ở một số virus động vật, sau khi tiết ra men phân huỷ thành tế bào chủ, toàn bộ hạt virion lọt vào trong tế bào, sau

đó các men bên trong tế bào mới tiến hành phân huỷ vỏ capcid giải phóng DNA Người ta gọi là quá trình này là quá trình “cởi áo” Một số tế bào chủ lại có khả năng bao bọc virion rồi “nuốt” theo kiểu thực bào Sau đó có quá trình “cởi áo” giải phóng DNA của virus

- Giai đoạn sinh sản của virus trong tế bào chủ (sao chép và nhân lên)

Quá trình sinh sản của virus còn gọi là sự nhân lên của chúng Đây là vấn đề rất hấp dẫn của sinh học phân tử trong thời gian gần đây Bằng các phương pháp hiện đại người ta đã làm sáng tỏ quá trình nhân lên của virus Sau khi phân tử DNA

Khi các enzyme này được hoàn thành, bắt đầu xúc tác cho quá trình tổng hợp DNA của virus bằng nguyên liệu DNA của tế bào chủ bị phân huỷ Sau khi các phân tử DNA virus được tổng hợp đến một số lượng nhất định quá trình này ngừng

và bắt đầu quá trình tổng hợp protein muộn bao gồm vỏ capcid của virus và các enzyme có trong thành phần của virus trưởng thành Các quá trình này được tiến hành do sự điều khiển của bộ gen virus Như vậy, 2 phần vỏ và lõi virus được tổng hợp riêng biệt

- Giai đoạn trưỏng thành của hạt virus và giải phóng chúng ra khỏi tế bào

Giai đoạn này còn gọi là sự chín của virus Sau khi các bộ phận của virus được tổng hợp riêng biệt (acid nucleic, vỏ capcid, bao đuôi, đĩa gốc, lông đuôi) các thành phần lắp ráp lại với nhau thành hạt virus trưởng thành, kết thúc thời kỳ tiềm ẩn, tức

là thời kỳ trong tế bào chưa xuất hiện virus trưởng thành Thời kỳ tiềm ẩn kéo dài bao lâu tuỳ thuộc từng loại virus Trong nhiều trường hợp các virus trưởng thành tiết men lysogen phân huỷ thành tế bào và ra ngoài, tế bào bị phá vỡ

Các virus con tiếp tục xâm nhập vào các tế bào xung quang và phá vỡ chúng

Ở một số virus, virus trưởng thành không phá vỡ tế bào mà chui ra qua lỗ liên bào sang tế bào bên cạnh hoặc được phóng thích nhờ quá trình đào thải của tế bào Trong tế bào đầu tiên vẫn tiếp tục quá trình tổng hợp virus mới Ở cả 2 cơ chế, tế bào chủ sớm muộn cũng bị chết hàng loạt Đó là quá trình hoạt động của virus độc Sau đây ta nghiên cứu quá trình hoạt động của virus không độc

4.2 Sự sao chép của thể thực khuẩn (phage)

Các virus của vi khuẩn cũng có quá trình sinh sản trải qua các giai đoạn như

ở virus động, thực vật nhưng hoạt động của chúng không làm chết tế bào chủ mà chỉ gây nên trạng thái tiềm tan, gọi là trạng thái lysogen Virus sống chung với tế bào chủ, sinh sản cùng nhịp điệu với nó

Hiện tượng Lysogen được phát hiện trên vi khuẩn, các phage này được gọi là phage ôn hoà hoặc prophage Tế bào có chứa prophage có khả năng miễn dịch với các phage khác

75

Nguyên nhân của hiện tượng này là do prophage có khả năng tổng hợp nên các protein có tác dụng kìm hãm sự nhân lên của virus lạ cũng như bản thân prophage

Một số tác nhân đột biến làm mất hoạt tính hoặc làm ngừng sự tổng hợp chất kìm hãm trên, dẫn đến sự thay đổi trạng thái Lysogen, tức là biến trạng thái tiềm tan thành trạng thái tan Lúc đó phage ôn hoà biến thành phage độc và tế bào chủ sẽ bị phá vỡ

Quá trình này ngoài tác nhân đột biến còn phụ thuộc vào hệ gen của prophage

và trạng thái sinh lý của tế bào cũng như đặc điểm nuôi cấy

Bởi vậy, cùng một loài vi khuẩn, có những chủng cảm ứng với phage, có chủng không Khi nuôi chung hai chủng với nhau trên môi trường thạch đĩa có thể thấy rõ những vệt bị tan trong thảm vi khuẩn không bị tan

76

5 Ứng dụng của thực khuẩn thể trong đời sống

Thực khuẩn thể là loại virus sống kí sinh trong cơ thể vi khuẩn, chúng làm tan

rã tế bào vi khuẩn Nó chẳng những không gây hại cho người và động vật mà còn giúp trị các mầm bệnh nên loại virus đặc biệt này bắt đầu được "sủng ái" trở lại khi tình trạng kháng kháng sinh ngày càng trầm trọng và nó được ứng dụng trong đời sống

Thực khuẩn thể là loại thuốc duy nhất tự sinh sôi nhiều lên ngay tại chính nơi

- Trong lĩnh vực nông nghiệp thực khuẩn thể được ứng dụng trong tác nhân phòng trừ sâu bệnh đáp ứng mục tiêu phát triển nền nông nghiệp bền vững và sự phổ biến của sản phẩm hữu cơ đã dẫn đến xu hướng không sử dụng kháng sinh trong nông nghiệp

- Ứng dụng trong lĩnh vực an toàn thực phẩm, chất bảo quản thực phẩm có nguồn gốc sinh học

6 Thảo luận: Phương pháp chẩn đoán virus học

Một số phương pháp chẩn đoán virus học là nuôi cấy virus Virus là sinh vật

ký sinh nội bào bắt buột nên người ta chỉ có thể nuôi cấy nó vào các tổ chức sống

- Nuôi cấy trên động vật thí nghiệm

Đây là phương pháp cổ điển đã được sử dụng từ lâu với mục đích phân lập virus, nghiên cứu bệnh lý, chế tạo vaccine và kháng nguyên phục vụ công tác chẩn đoán

Nhược điểm của phương pháp này là mất nhiều thời gian, không kinh tế và đặc biệt là dễ gây ô nhiễm, lây lan bệnh

Để tiến hành nuôi cấy, người ta đem bệnh phẩm nghi ngờ hoặc tổ chức động vật có chứa virus nghiền thành huyễn dịch, lọc hoặc ly tâm để lấy phần nước trong,

xử lý kháng sinh để diệt các tạp khuẩn rồi tiêm cho động vật cảm thụ Nếu trong bệnh phẩm có virus, sau khi tiêm một thời gian, động vật cảm thụ sẽ có các biểu hiện lâm sàng và bệnh tích đặc trưng để có thể xác định sự có mặt của virus

Để tiến hành gây bệnh, tuỳ từng loại virus mà phải lựa chọn động vật thí nhgiệm cho thích hợp

Ví dụ: Virus Newcastle chọn gà dò

Virus cúm dùng con sóc

Virus dịch tả heo dùng heo choai

Điều đặc biệt chú ý là những động vật được chọn phải khoẻ mạnh bình thường

và chưa được miễn dịch đối với bệnh do virus định tiêm gây ra

Cũng tuỳ theo đặc tính gây bệnh của virus mà lựa chọn đường đưa virus vào

cơ thể cho phù hợp

78

Virus đường hô hấp: nhỏ mũi, tiêm khí quản

Virus hướng thần kinh: tiêm vỏ não

Virus hướng nội bì: sát, khía trên da

Virus hướng tạng: tiêm xoang bụng

- Nuôi cấy trên phôi thai gà đang phát triển

Đa số các virus đều có khả năng phát triển thích nghi trên phôi gà, do đó phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để phân lập, kiểm nghiệm, định loại virus, chế tạo kháng nguyên và các loại vaccine

Phương pháp này có các ưu điểm là thuận lợi, chính xác, nhanh và tiết kiệm, cùng một lúc có thể cấy virus vào hàng loạt phôi gà và thu được một lượng lớn virus

Tuỳ loại virus mà chọn tuổi phôi cho thích hợp ví dụ virus dại phôi ấp 7 ngày tuổi, virus Newcastle phôi ấp 9 - 11 ngày tuổi, virus đậu gà phôi ấp 13 ngày tuổi Cũng tuỳ loại virus mà ta chọn đường tiêm vào các tổ chức khác nhau của phôi Ví dụ virus dại tiêm vào túi lòng đỏ, virus Newcastle tiêu vào xoang niệu, virus đậu gà tiêm vào màng niệu đệm…

Ngoài đường tiêm phải chọn liều tiêm cho phù hợp có 2 liều tiêm

Liều tiêm thực tế: thường là 0,2ml/phôi

Liều tiêm cần thiết: tính toán theo đậm độ virus, thường biểu thị bằng độ pha loãng theo các chỉ số sinh học LD50

Để tiến hành nuôi cấy virus vào phôi, người ta chọn trứng giống đạt tiêu chuẩn,

ấp đến tuổi phôi cần tiêm, soi trứng, chọn phôi khoẻ, đánh dấu buồng hơi, đầu thai rồi tiến hành tiêm virus vào phôi Sau khi tiêm ấp tiếp, hằng ngày soi trứng để theo dõi thời gian virus gây chết phôi Cuối cùng mổ trứng, quan sát bệnh tích trên phôi Mỗi loại, virus sẽ gây những bệnh tích đặc trưng trên phôi như: xuất huyết, phù phôi, phôi còi cọc và có những bệnh lý trong tổ chức phôi….dựa vào đó người ta đánh giá sự hiện diện của virus

- Nuôi cất virus trên môi trường tế bào tổ chức

Đây là phương pháp khoa học, tiên tiến và phổ biến trong nghiên cứu virus Trước hết người ta phải tạo ra các tế bào sống, phát triển trong môi trường Người

ta dùng các tế bào lấy từ các mô của người và động vật, cho vào môi trường dinh dưỡng và để ở nhiệt độ thích hợp các tế bào này sẽ sống, sinh trưởng và phân chia tạo thành một lượng lớn tế bào Người ta sử dụng các tế bào này để gây nhiễm virus

79

Khi virus xâm nhập vào tế bào nuôi, chúng gây bệnh cho tế bào có tính chất đặc trưng Những biến đổi bệnh lý đặc trưng này gọi là bệnh tích tế bào hay sự huỷ hoại tế bào (CPE – Cytopathogen effect) Có thể xác định CPE qua kính hiển vi quang học, căn cứ vào đó xác định được kết quả nuôi cấy

CPE có thể ở các dạng sau:

Dung bào: tế bào bị tan rả hoàn toàn

Biến dạng: tế bào co tròn, nguyên sinh chất tan rã, chỉ còn nhân tế bào

Tạo lên hợp bào: nhân các tế bào tập trung lại và được bao bọc bởi một màng chung tạo ra một tế bào đa nhân khổng lồ

Tạo nên tiểu thể bao hàm

Câu hỏi ôn tập

1 Trình bày hình thái, cấu tạo của các dạng virus

2 Nêu các hệ thống phân loại virus

3 Sự sao chép của thể thực khuẩn (phage)

4 Ứng dụng của thực khuẩn thể trong đời sống

80

CHƯƠNG 6

DI TRUYỀN HỌC CỦA VI KHUẨN

MH11-06

Giới thiệu: Di truyền là đặc tính chung của mọi sinh vật, giữ lại và truyền

cho con cháu những đặc điểm về cấu tạo và phát triển của tổ tiên Biến dị là đặc

tính chung của mọi sinh vật, có thể mang những sự khác biệt về nhiều chi tiết so với bố mẹ của chúng và với các cá thể khác cùng loài Đặc tính di truyền và biến

dị ở vi khuẩn xảy ra hiện tượng tải nạp, biến nạp và chuyển nạp trong nghiên cứu

di truyền

Mục tiêu:

- Kiến thức: Trình bày được tính di truyền và biến dị ở vi sinh vật

- Kỹ năng: Có kỹ năng xác định tính di truyền ở các nhóm vi sinh vật

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có ý thức về lợi ích của việc học tập, từ đó

có thái độ học tập đúng đắn; ý thức tự học hỏi nâng cao trình độ

1 Đặc điểm chung về sự di truyền ở vi sinh vật

Di truyền học không phải chỉ hiện tượng di truyền mà cả biến dị Tính biến

dị có vẻ như một đặc tính độc lập với tính di truyền nhưng thực ra, sự khác biệt giữa các cá thể trong cùng một loài trong nhiều trường hợp đều liên quan đến những biến đổi cơ sở vật chất di truyền của sinh vật

Các nghiên cứu di truyền được tiến hành trên vi sinh vật nhân thật có sinh sản hữu tính (như nấm mốc, nấm men, vi tảo), vi sinh vật nhân nguyên (vi khuẩn)

và virus Di truyền học virus và vi khuẩn đã đóng góp đáng kể cho kỹ thuật di truyền làm bùng nổ công nghệ sinh học do chúng có ưu thế hơn động vật và thực vật bậc cao

Mỗi vi sinh vật đều giống tổ tiên nhờ sự di truyền đặc điểm qua nhiều thế

hệ Gen là 1 đoạn DNA có chức năng nhất định trong quá trình truyền thông tin di truyền, chẳng hạn đang đọc mã cho một chuỗi polypeptide hay một đoạn RNA nào

đó hoặc đóng vai trò điều khiển sự biểu hiện hoạt động của hệ gen ở loại vi sinh vật đó

Đơn vị thông tin di truyền là gen Gen là một đoạn ADN đảm nhiệm một chức năng nhất định trong quá trình truyền thông tin di truyền Ở vi khuẩn, thông tin di truyền nằm trong ADN, còn một số loại virus, thông tin di truyền nằm trong ARN Phần lớn gen nằm trong nhân tế bào, nhưng cũng gặp những gen nằm ngoài nhiễm sắc thể như Plasmid (Plasmid F, Plasmid R, )

di truyền nằm trong ARN vì vậy để có thể lắp genom của bản thân vào NST của

tế bào chủ, virus phải tổng hợp ra ADN trung gian từ sợi khuôn ARN Quá trình này được gọi là quá trình phiên mã ngược, cuối cùng, sinh tổng hợp protein diễn

ra trên phức hợp bao gồm sợi mARN, ribosom

Phân loại plasmid: có thể dựa vào nhiều phương pháp khác nhau để phân loại plasmid Một trong những phân loại phổ biến nhất hiện nay là dựa vào đặc tính của plasmid mà các thành viên trong nhóm đều có một đặc tính chung tương đối thuần nhất Có thể tạm thời chia làm các nhóm plasmid chính:

82

- Nhóm plasmid R: là loại plasmid chứa một hay nhiều gen có khả năng sản xuất các loại enzym có khả năng phân giải kháng sinh thành sản phẩm vô hoạt Như plasmid Col: là các loại plasmid chứa các gen sản xuất kháng sinh colicin giúp cho vi khuẩn chống lại vi khuẩn khác

- Plasmid F: quy định sự tổng hợp pili giới tính cho vi khuẩn

* Di truyền ở virus

Hình 6.2: Vòng sinh sản của virus

Hạt virion là những vật ký sinh nội bào bắt buộc Virus biểu hiện gen của chúng và sinh sản bên trong của 1 tế bào khác Sinh sản của virus là sự sao chép, tổng hợp và lắp ráp các thành phần như trình bày ở chương 5 Virus tạo ra hàng trăm đến hàng ngàn virion trong mỗi thế hệ Mặc dù có cấu tạo đơn giản nhưng virus rất đa dạng về kiểu của bộ gen, sự sao chép của bộ gen virus tuân theo nguyên tắc bán bảo tồn và bắt cặp bổ sung của các nucleotit nhưng chi tiết khác nhau với những sinh vật có cấu tạo tế bào

Ở vi sinh vật, nghiên cứu đặc điểm di truyền thường là tập hợp của nhiều tế bào bắt nguồn từ tế bào ban đầu nhờ sinh sản vô tính (chủng) Vi sinh vật cũng chịu đột biến như sinh vật bậc cao, đột biến vi sinh vật được phát hiện theo sự biến đổi tính trạng về hình thái, đặc tính sinh hóa, kiểu hô hấp, kiểu dinh dưỡng, tính đề kháng và sự miễn nhiễm Các đột biến xuất hiện ngẫu nhiên hoặc nhân tạo nhờ các tác nhân gây đột biến, mỗi gen của vi sinh vật có tần số đột biến đặc trưng

83

2 Sinh sản của vi sinh vật

Ngoại trừ virus, vi sinh vật nhân thực và vi sinh vật nhân nguyên đều truyền các tính trạng cha mẹ sang con cháu Có 2 công cụ quan trọng giúp vi sinh vật thay đổi tính trạng di truyền là sinh sản hữu tính và đột biến

2.1 Sự sinh sản ở vi sinh vật nhân nguyên (vi khuẩn)

2.1.1 Sinh sản hữu tính ở vi sinh vật nhân nguyên (vi khuẩn)

Với sinh sản hữu tính, người ta mới chỉ phát hiện ra hình thức tiếp hợp giữa

hai tế bào Hai tế bào tiếp xúc sau đó có sự trao đổi nhân di truyền để hợp thành hợp tử một phần rồi tiếp tục sinh trường theo dạng phân bào

Ở vi khuẩn, tế bào cho (+) cho tế bào nhận (-) 1 đoạn DNA tạo thành hợp tử không hoàn toàn gọi là sinh sản hữu tính không toàn vẹn Hiện tượng di truyền từ

tế bào cho  tế bào nhận thực hiện theo 3 con đường: tiếp hợp, tải nạp, biến nạp

* Tiếp hợp

Là sự truyền thông tin di truyền từ tế bào cho sang tế bào nhận thông qua sự tiếp xúc và chuyển gen trực tiếp giữa 2 tế bào cho và nhận Sự truyền vật chất di truyền nhờ lông sinh sản

* Tải nạp

Là sự truyền đi một mảnh nhỏ nguyên liệu di truyền, từ một vi khuẩn cho đến một vi khuẩn nhận qua một vài trung gian là một phage vi khuẩn (thực khuẩn thể: Bacteriophage) gọi là phage vectơ hoặc phage tải nạp

Muốn hiểu hiện tượng này cần phải biết bản chất và chu kỳ nhân lên của phage

vi khuẩn và quá trình sinh tan, hoàn toàn khác quá trình tải nạp nhưng có khi kết hợp với nhau Truyền vật chất di truyền nhờ phage (thể thực khuẩn) Quá trinhh tải nạp thực hiện sau:

- Tải nạp đặc hiệu

Đó là sự tải nạp do phage chỉ có khả năng tải nạp một tính trạng di truyền, do ADN của phage tải nạp chỉ kết hợp với một đoạn xác định của hệ gen vi khuẩn Nghĩa là virus mang 1 đoạn gen nhất định của vi khuẩn

- Tải nạp không đặc hiệu

Là kiểu tải nạp do những phage tải nạp có thể truyền đi các tính trạng rất khác nhau từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác cùng loài Như khả năng tổng hợp acid amin, đặc tính lên men, sự di động, sự đề kháng với chất kháng sinh, do ADN của

nó có thể đính vào bất kỳ đoạn nào của hệ gen vi khuẩn Nghĩa là virus mang 1 đoạn gen bất kì của vi khuẩn

Những thí nghiệm của F Griffith về sự chuyển nạp 1928

Đối tượng nghiên cứu của ông là vi khuẩn Staphylococcus pneumoniae (sách

cũ viết là Diplococcus pneumoniae), một song cầu khuẩn Gram dương, gây bệnh

viêm phổi Khả năng gây bệnh của vi khuẩn này phụ thuộc vào vỏ nhầy

Phế cầu khuẩn tồn tại dưới hai kiểu hình dạng khuẩn lạc bóng láng S và dạng nhám xù xì R khi nuôi cấy trên môi trường đặc Những tế bào S có độc hại, được bao bọc bởi giáp mô cấu tạo bằng polysaccharit, hình thành những khuẩn lạc bóng láng (S=Smooth)

Những tế bào không độc, không có giáp mô, hình thành những khuẩn lạc nhám

xù xì (R=Rough) Mỗi type đều có tính di truyền, vi khuẩn nhân lên bằng cách sinh dưỡng và bảo tồn những tính trạng đặc biệt trong rất nhiều thế hệ

Trong những thí nghiệm của mình Griffith đã dùng những vi khuẩn S và R để tiêm truyền cho chuột

Khuẩn lạc của vi khuẩn S độc (Staphylococcus pneumoniae) có giáp mô, bóng

láng

trong một số rất ít trường hợp tế bào mới chia làm hai phần không bằng nhau lúc này được gọi là: dị hình Kiểu phân cắt dị hình thường chỉ thấy trong môi trường

cũ đã cạn thức ăn Cách phân cắt của tế bào vi khuẩn phụ thuộc vào từng loài:

- Với trực khuẩn và xoắn khuẩn, vách ngăn hình thành theo bề ngang của tế bào Rất ít trường hợp vách ngăn có thể hình thành theo chiều dọc của tế bào

- Với cầu khuẩn, vách ngăn có thể hình thành theo một hoặc hai, ba mặt phẳng Tùy theo vị trí của vách ngăn mà các dạng khác nhau của vi khuẩn hình thành

Đa số các vi khuẩn sau khi phân chia các tế bào con tách khỏi nhau, ở một số

vi khuẩn tế bào con không tách ra mà xếp lại thành chuỗi dài ngắn khác nhau

Hình 6.3: Hiện tượng chuyển nạp

86

Quá trình sinh sản này xảy ra rất nhanh Bằng phương thức này, tế bào vi khuẩn được nhân lên theo cấp số nhân Tùy từng loài vi khuẩn, cứ khoảng 10 đến

30 phút lại cho ra một thế hệ

2.2 Sự sinh sản ở vi sinh vật nhân thật (vi nấm)

2.2.1 Sinh sản hữu tính của vi sinh vật nhân thật

Xảy ra quá trình tiếp hợp của 2 tế bào giới tính gọi là giao tử đực và giao tử cái (giao tử cái có kích thước to hơn giao tử đực) Sau đó có sự tổng hợp nhân của con (+) và con (-), các nhiễm sắc thể của hai tế bào trộn lẫn vào nhau; có sự phân

ly các nhiễm sắc thể để tạo thành 2 nhiễm sắc thể con  sinh sản hữu tính một cách hoàn toàn (đầy đủ các giai đoạn như sinh vật cấp cao)

Sinh sản hữu tính là hình thức sinh sản bằng bào tử túi có sự tiếp hợp giữa hai tế bào

* Tiếp hợp đẳng giao: do hai tế bào nấm men có hình thái, kích thước giống nhau tiếp hợp với nhau mà tạo thành

* Tiếp hợp dị giao: hai tế bào nấm men có hình thái, kích thước không giống nhau tiếp hợp với nhau mà thành

Các giai đoạn sinh sản hữu tính của nấm theo 4 giai đoạn: bào phối, hạch phối, gián phân và hình thành tế bào con (bào tử)

1) Giai đoạn bào phối

 Hai tế bào gặp nhau

 Vách tế bào nơi tiếp xúc biến nhất

 Tế bào chất hoà lẫn vào nhau

 Thành một tế bào có hai nhân

 Sự bào phối có thể đẳng giao hoặc dị giao

87

2) Giai đoạn hạch phối (tiếp hợp nhân tề bào)

Hai nhân hoà lẫn vào nhau thành 1 nhân có 2n nhiễm sắc thể (ở nấm, giai đoạn dinh dưỡng tế bào chứa n nhiễm sắc thể, sau khi hạch phối thành 2n nhiễm sắc thể)

3) Giai đoạn gián phân

Gián phân giảm nhiễm: phân bố lại nhiễm sắc thể cho 2 cá thể con Đây là giai đoạn quan trọng nhất của sinh sản hữu tính vì phân bố lại các tính trạng di truyền của cha và mẹ cho hai cá thể con

Gián phân đẳng nhiễm: một hoặc nhiều lần để nhân số lượng tế bào con lên

Hình 6.4: Quá trình sinh sản đẳng giao

Hình 6.5: Quá trình sinh sản dị giao

Sinh sản bằng bào tử túi ở nấm men Schizosaccharomyce

s octosous

88

4) Giai đoạn thành lập bào tử

Tế bào chất và vách được hình thành chung quanh các nhân con  tế bào con hoàn chỉnh Tế bào con có n nhiễm sắc thể

2.2.2 Sinh sản vô tính của vi sinh vật nhân thật

a Sinh sản bằng nẩy chồi

Phương pháp nảy chồi là hình thức sinh sản phổ biến của nấm men Khi nấm men trưởng thành sẽ nảy ra một chồi nhỏ, chồi lớn dần lên, một phần nhân

của tế

Hình 6.6: Các giai đoạn sinh sản hữu tính ở nấm men rượu

Hình 6.7: Sự nẩy chồi của nấm men