Vi sinh vật học

M ật khác khi khoan xuống các lớp đá trấm tích sâu tới 427m ở châu Nam Cựcngười ta vản phát hiện được các vi khuẩn sống.Vể chủng loại tro n g khi toàn bộ giới Động vật cd khoảng 1,5 triệ

NGUYÊN LÂN DŨNG (chủ biên) NGUYỄN ĐÌNH QUYÊN - PHẠM VĂN TY

VI SINH VẬT HỌC

(Tái bản lẩn thứ nấm)

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC

1302 / 4 5 - 0 2 Mã số: 7K180T3

và :hưa phân hóa thành các cơ q uan sinh dưỡng (vegetative organs).

Vi sinh vật không phải là m ột nhóm riên g biệt tro n g sin h giới C húng thậm chí thuic vể nhiều giới (kingdom) sinh vật khác nhau Giữa các nhdm ctí th ể không có

quai hệ m ật th iế t với nhau C húng có chung n h ữ n g đặc điểm sau đây :

1.1 K íc h th ư ớ c n h ỏ b é M át con người khđ th ấy được rỗ nhữ ng vật nhỏ hơn

lm n Vậy mà vi sinh vật thư ờ ng được đo bàng m icrom et (um, m icrom etre), v iru t thiong được đo bằng nanom et (nm , nanom etre)

l//m = 10 3mm ; ln m = 10 6mm, 1Ẵ (angstrom ) = 10_7mm Vỉ vi sinh v ật cd kícl thước nhỏ bé cho nên diện tích bể m ặt của m ột tậ p đoàn vi sinh vật hết sức lớn Chảig hạn số lượng cấu khuẩn chiếm th ể tích lc m 3 cd diện tích bể m ặt là 6m2

1.2 H ấ p t h u n h iề u , c h u y ể n h ó a n h a n h Vi sinh v ậ t tuy nhỏ bé n h ất tro n gsinh giới nhưng nàng lực hấp th u và chuyển hđa củ a chúng có th ể vượt xa các sinh

vật bậc cao C hẳng hạn vi khuẩn lactic (Lactobacillus) tro n g 1 giờ ctí th ể phân giải

một luợng đường lactozơ n ặ n g hơn 1000 - 10000 lấ n khổi lượng của chúng N ếu

tín ỉ số ụ\ 0 2 m à mỗi mg c h ấ t khô củ a cơ th ể sin h v ậ t tiê u hao tro n g 1 giờ (biểu

th ị à - ) thỉ ở mô lá hoặc mỗ rễ thực vật là 0,5 - 4, ở tổ chức gan và th ận động

siiứ vật có tốc độ sinh trư ở n g và sinh sôi nảy nở cực kì lớn Vi khuẩn Escherichia

coli trong các điéu kiện thích hợp cứ khoảng 12 - 20 p h ú t lại phân cát m ột lẩn Nếu

lấy hời gian th ế hệ (generation tim e) là 20 p h ú t th ì mỗi giờ p hân cát 3 lán, 24 giờ phâ cát 72 lấn, từ 1 tế bào ban đ ẩu sẽ sin h ra 4.722.366.500.000.000.000.000 tế bào (nậig 4722 tấn !) T ất nhiên tro n g thực tế khổng th ể tạo ra các điểu kiện sinh trư ở n g

lí tiởng như vậy được cho nên số lượng vi k h u ẩn th u được tro n g 1 ml dịch nuỗi cấy

1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT

3

thường chỉ đ ạt tới mức độ 108 - 109 tế bào Thời gian th ế hệ của nẵm men Saccharom yc.s

cerevisiae là 120 phút Khi nuôi cấy để thu nhận sinh khối (biomass) giàu p rotein phic

vụ chăn nuôi người ta nhận thấy tốc độ sinh tổng hợp (biosynthesis) của n ấm Ĩ3WĨ1

này cao hơn của bò tới 100.000 lẩn Thời gian th ế hệ của tảo Chlorella là 7 giờ, cta

vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ.

1.4 N ă n g lự c t h íc h ứ n g m ạ n h v à d ễ p h á t s in h b iế n d ị N ăng lực th ích ứ igcủa vi sinh vật vượt rấ t xa so với động vật và thực vật T rong quá trìn h tiến h ó a lầudài vi sinh vật đã tạo cho m ình những cơ chế điéu hòa trao đổi c h ất để th ích lứigđược với những điêu kiện sống r ấ t bất lợi Người ta n h ận thấy số lượng enzim thích ứng chiếm tới 10% lượng chứa protein tro n g tế bào vi sinh vật Sự thích ứng c ủ a vi sinh vật nhiéu khi vượt quá trí tưởng tượng của con người P h ấn lớn vi sinh v ật DÓ

th ể giữ nguyên sức sống ở nhiệt độ của nitơ lỏng ( - 196°C), th ậm chí ở nhiệt độ cùa hidro lỏng (- 253°C) Một số vi sinh vật ctí th ể sinh trư ở n g ở nhiệt độ 250°c, thậm chí 300°c Một số vi sinh vật có th ể thích nghi với nổng độ 32% NaCl (muối ăn ) Vi

khuẩn Thiobacillus thioxidans có th ể sinh trư ở ng ở pH = 0,5 tro n g khi vi khuẩn

Thiobacillus denitrificans lại thích hợp p h át triể n ở pH = 10,7 Vi khuẩn M icrococus radiodurans có th ể chịu được cường độ bức xạ tới 750.000 rad 0 nơi sâu n h â t tro n g

đại dương (11034 m) nơi có áp lực tới 1103,4 atm vẫn th ấy có vi sinh vật sinh sổng

Nhiéu vi sinh vật thích nghi với điều kiện sống hoàn to àn thiếu oxi (vi sinh vậtt kị khí bát buộc - obligate anaerobes) Một số nấm sợi có th ể p h át triể n th àn h v án g dày ngay trong bể ngâm xác cd nổng độ phenol r ấ t cao

Vi sinh vật rấ t dễ p h át sinh biến dị bởi vl thường là đơn bào, đơn bội, sin h sản

nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trự c tiếp với môi trư ờ n g sống T ần số biến dị ở vi

sinh vật thường là 10~5 - 1 0 '10 H ình thức biến dị thường gặp là đột biến gen (gene

m utation) và dẫn đến những thay đổi về hỉnh thái, cấu tạo, kiểu tra o đổi ch ất, sản phẩm trao đổi chất, tín h kháng nguyên, tính để kháng C hẳng hạn khi mới tìm th ấ y

khả năng sinh chất kháng sinh của nấm sợi P enicillium chrysogenum người ta chỉ đạt

tới sản lượng 20 đơn vị penixilin tro n g lm l dịch lên m en Ngày nay trong các nhà máy sản xuất penixilin người ta đã đ ạt tới n ăng su ất 100.000 đơn vị/ml Bên cạn h các biến dị có lợi, vi sinh vật cũng thường sinh ra những biến dị có hại đối với n h ân ìloại,

chảng hạn biến dị vể tín h kháng thuốc Năm 1946 tỉ lệ các chủng Staphylocoiccus

ãureus kháng thuốc phân lập được ở bệnh viện là khoảng 14%, năm 1996 đã tâ n g lên

đến trên 97%

Người ta chỉ tiêm chó bệnh nhân mỗi ngày khoảng 100.000 đdn vị penixiỉin, mgày nay co lúc phải tiềm đến 10.000.000 - 200.000.000 đơn vị

1.5 P h â n b ố rộ n g , c h ủ n g lo ạ i n h iề u Vi sinh vật phân bố ở kháp mọi nơi (trên

T rái Đất Chúng có m ặt trẽn cơ th ể người, động vật, thực vật, tro n g đ ất, tro n g mước,

trong không khí, trê n mọi đổ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước mgọt, nước ngấm cho đến nước biển

Trong đường ru ộ t của người thường có không dưới 100 - 400 loài vi sinh v â t lkhác nhau chung chiếm tới 1/3 khổi lượng khô của phân Chiếm số lượng cao n h ấ t tjrong

đường ruột của người là vi khuẩn Bacteroides fra g ilis, chúng đ ạ t tới số lượng 10' 10n /g phân (gấp 100 - 1000 lấn số lượng vi khuẩn E scherichia coli).

ở độ sâu lO.OOOm của Đông Thái Bỉnh Dương, nơi hoàn toàn tối tăm , lạnh lẽíO và

có áp su ất rấ t cao người ta vẫn p h át hiện thấy có khoảng 1 triệu - 10 tỉ vi khuẩia/m l

(chủ yếu là vi khuẩn lưu huỳnh)

ở độ cao tới 84 km tro n g không khí người ta vẫn còn p h át hiện thấy có vi sinhvật M ật khác khi khoan xuống các lớp đá trấm tích sâu tới 427m ở châu Nam Cựcngười ta vản phát hiện được các vi khuẩn sống.

Vể chủng loại tro n g khi toàn bộ giới Động vật cd khoảng 1,5 triệu loài, Thực vật

có khoảng 0,5 triệu loài thỉ Vi sinh vật cũng có tới trên 100 nghìn loài bao gổm 30 nghìn loài động vật nguyên sinh, 69 nghìn loài nấm ; 23 nghỉn loài vi tảo ; 2,5 nghìn loài vi khuẩn lam ; 1,5 nghỉn loài vi khuẩn ; 1,2 nghỉn loài virut và ricketxi

Đúng như nhà vi sinh vật học Nga nổi tiếng A.A Im senhetskii đã viết : "Các loài

vi sinh vật m à ta biết đến hiện nay nhiêu lắm cũng không quá được 10% tổng số loài

vi sinh vật có sản tro n g th iên nhiên" C hảng hạn về Nấm tru n g bình mỗi nảm lại được bổ sung thêm khoảng 1500 loài mới

2 VỊ TRÍ CỦA VI SINH VẬT TRONG SINH GIÓI

Việc phân loại các nhóm vi sinh vật được mở đẩu bởi nhà khoa học Thụy Điển Linneaus (1707 - 1778) Thực ra trước đõ còn phải kể đến sự đẽ xuất của một nhà

tự nhiên học người Anh tên là J Ray (1628 - 1705) L inneaus (vể sau được gọi theokiểu quý tộc là Carl von Linné) là người đề xướng việc sử dụng tiếng La Tinh để thông n h ấ t gọi tên từ ng loài Tên loài gổm hai chữ : chữ đẩu (viết hoa) để chỉ tên chi (genus), chữ sau (không viết hoa) để chỉ tên loài (species) L inneaus chia th ế giớisinh vật ra th àn h 2 giới : giới Thực vật và giới Động vật Năm 1866 n h à khoa họcĐức E H aeckel (1834 - 1919) để xuất việc bổ sung thêm giới thứ ba là giới Nguyênsinh (Protista) ô n g xếp vào giới này tấ t cả các vi sinh vật đơn bào, các động vậtkhông điển hình và các thự c vật không điển hình Năm 1969 nhà sinh th ái học Mĩ R.H W h ittak er (1920 - 1981) đề x u ất hệ thống phân loại 5 giới Đđ là giới K hởi sin h (P rokaryota hay M onera) bao gổm Vi khuẩn và Vi khuẩn lam ; giới N g u y ê n sin h (P ro tista) bao gổm m ột số tảo đơn bào (Euglenophyta, Chrysophyta, Pyrrophyta),

Plasmodiophoromycetes), và các nhóm động vật nguyên sinh (Sporozoa, Cnidosporodia,Zoomastigina, Sarcodina, Cibiophora), g iớ i N ấm (Fungi), giới T h ự c v ậ t (Plantae) và giới Đ ộ n g v ậ t (Animalia) N âm 1973 nhà phân loại người Acmenia A.L T akhtadjan

đề nghị bỏ giới Nguyên sin h (Protista), ông cho rằn g việc th ừ a nhận giới này "là một thiếu sót ctí tính nguyên tác" của hệ thống phân loại theo W hittaker T akhtadjan còn

đé nghị đổi giới M o n e ra th à n h giới M y c h o ta

Năm 1979 nhà sinh v ật học lão thành T ru n g Quốc T rấn T hế Tương (Chen Shixiang,

1905 - 1988) đưa ra kiến nghị vể hệ thống phân loại 6 giới và 3 nhđm giới (tổnggiới) sinh vật như sau :

I - Nhđm giới Sinh v ậ t phi bào (chưa cđ tế bào)

1 - Giâi Virut

II - Nhóm giới Sinh v ật nhân nguyên thủy

2 - Giới Vi khuẩn

3 - Giới Vi khuẩn lam (hay Tảo lam)

III - Nhóm giới Sinh v ậ t n hân th ậ t

4 - Giới Thực vật

5 - Giới Nấm

6 - Giới Động vật

5

Kiến nghị này cd rấ t nhiéu điểm hợp lí và được trìn h bày khá đấy đủ trong Đại bách khoa toàn thư T rung Quốc (1991).

Sơ đổ của 3 nhđm giới và 6 giới này được trìn h bày như hình 1

Hộ thống phân loại 6 giói và 3 nhỏm giói cùa Trần Thế Tương (1979)

Nam 1980 Woese nh ận thấy thứ tự nucleotit của ARN của riboxom 16S và 18;S> ở

m ột số vi khuẩn cđ sai khác r ấ t lớn so vớí ở đa só các vi khuẩn khác, quá trin h địich

m â khổng chịu tác dụng của cloramphenicol nhưng lại bị ức chế bởi độc tố củai vi khuẩn bạch háu ô n g xếp chúng th àn h m ột lĩnh vực (domain) riêng gọi là linh vực (Cổkhuẩn (Archae) Như vậy là hệ thổng phân loại sinh giới của Woese lại chỉ cđ 3 llĩmhvực là Sinh vật nhân th ậ t (Eukaryota), Vi khuẩn (B acteria) và Cổ khuẩn (Archiaie) Theo W hittaker thỉ Cổ khuẩn vẫn thuộc vé giới Khởi sinh

Cổ m ột vấn đẽ còn chưa đủ căn cứ để xét đoán Đtí là việc virut và phagơ Chiaybacteriophagơ, th ể thực khuẩn) là những dạng tiến hđa thấp cổ xưa hay là do các dtạmg tiến hđa cao bị thoái hđa đi m à tạo thành

Đáng chú ý là vi sinh vật tuy rất đơn giản vé hỉnh thái nhưng lại bao gổm các nhicđm

cđ đặc điểm sinh lí khác biệt nhau rất xa (hiếu khí, kị khí, dị dưỡng, tự dưỡng, hoại Sỉimh,

kí sinh, cộng sinh ) Trong khi ở các sinh vật bậc cao (thực vật, động vật) tuy cd bilinh thái khác nhau rất xa nhưng lại rất gán gũi với nhau vé đặc điểm sinh lí

3 ĐẶC ĐIỂM CỦA SINH VẬT NHÂN NGUYÊN THỦY

VÀ SINH VẬT NHÂN THẬT

Sinh vật nhân nguyên thủy (Prokaryota) khác biệt với sinh vật nhân th ậ t (Eukaryota)

ở các đặc điểm chủ yếu được trìn h bày tro n g bảng sau đây :

H ệ thống di truyền :

Ti th ể (m itochondria) Lục lạp (chloroplasts)

- Cẫu trú c của nhân

- Sinh sàn hữu tín h :

Cơ chế hình th àn h hợp tử Tiếp hợp (conjugation)

Biến nạp (transformation)Tải nạp (transduction)

Tiếp hợp

(chỉ cổ lưỡng bội đáy đủ khi tiếp hợp)

Lưỡng bội (diploid)

Hê thống tồng hợp p rotein :

Các cáu trúc phức ngoài của tế bào

- Cơ quan chuyển vận

Tiên mao (flagella) chứa

9+2 Ống nhỏ (m icrotubules),

b át nguón từ h ạ t giữa

(tru n g tử, centriole)

Tiên mao khổng như trên

Chân giả (pseudopodia)

- (ở vi khuẩn lam

và Mycoplasma cd với nóng độ thấp)

4 VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG Tự NHIÊN

VÀ TRONG NẾN KINH TẾ Q uốc DÂN

Vi sinh vật sống ở kháp mọi nơi trôn T rái Đ ất : từ đỉnh n úi cao đến tận đáy biiển sâu, trong không khí, tro n g đát, tro n g hẩm mỏ, tro n g sông ngòi, ao hổ, tré n da, trcnng

từ ng bộ phận của cơ th ể người, động vật, thực vật, tro n g các sản phẩm lương thiực, thực phẩm, vật liệu, hàng hđa Ngay cả tro n g những nơi m à điểu kiện sống tưởing

chừng hết sức khác nghiệt vẫn thấy có sự p h át triể n của vi sinh vật Vi khm ẩn

P8eudomona8 bathycetes sống được ở đáy đại dương, nơi ctí áp su ấ t tới 1000 a tm và

nhiệt độ thường xuyên chi vào khoảng 3°c Vi khuẩn Sulfolobus acidocaldarius phhát triể n m ột cách bỉnh thường ở nhiệt độ 85 - 90°c Vi khuẩn Thiobacillus ferroxidains

p h át triể n trong các dung dịch ở mỏ sá t cđ độ pH = 1 - 2 Vi khuân Streptococccus

faecalÌ8 lại ctí th ể p h á t triể n tđ t ở môi trường ctí pH = 10 - 11 Vi khuẩn ưa m iặn

thuộc các chi Halobactèrium, Halococcus p h át triể n được cả tro n g các dung dịch bbão

hòa muối (32% NaCl) N hiều loài nấm m en p h á t triể n được tro n g m ật ong Cd cả những vi sinh vật cđ khả năn g đổng hđa dẩu mỏ, phenol, khí th iên nhiên

Trong lg đát lăy ở tầ n g canh tác thường ctí 1 - 22 ti vi khuấn ; 0,5 - 14 trriệ u

xạ khuẩn ; 3 - 50 triệu vi nấm ; 1 0 - 3 0 nghỉn vi tảo T rong lm 3 không khí pbhía trê n chuóng gia súc thường cd 1 - 2 triệu vi sinh vật, trê n đường phố cd khoảng 50000,

nhưng trôn m ặt biển chỉ có khoảng 1 - 2 vi sinh vật m à thôi.

Vi sinh vật sống tro n g đ ất và tro n g nước tham gia tích cực vào quá trin h phnân giải các xác hữu cơ, biến chúng th àn h C 0 2 và các hợp chất vô cơ dùng làm th ứ c ân cho cây trổ n g (P, K, s, Ca ) Các vi sinh vật cố định nitơ thự c hiện việc biến kkhí nitơ (N2) trong khống khí th àn h hợp chất nitơ (NH 3, NH*) cung cấp cho cây cối Số

lượng nitơ m à mỗi nàm cây trổ n g thu nhận được nhờ con đường này nhiều gấp 3 lấn

so với tổng số phân nitơ hda học được sàn x u ất ra trên th ế giới Vi sinh v ật có khà

nàng phân giải các hợp chất khđ tan chứa p, chứa K, chứa s và tạo ra các vòng

tu ấn hoàn trong tự nhiên C húng ta sẽ hiểu rố hơn vé các vòng tu ẩn hoàn này ở chương IX

Vi sinh vật sống tro n g đất và tro n g nước còn tham gia vào quá trỉn h hỉnh thành chất mùn Trong đ át, ch ất mùn là kho dự trữ thức ăn cho cây trổng và là yếu tố kết

dính để tạo ra cấu tượng của đất Đ ất cđ cấu tượng là đ ấ t có đủ điểu kiện thích hợp

vể độ ẩm, vể không khí, vẽ chất hữu cơ đổi với cây trổng

Vi sinh vật th am gia tích cực vào việc phân giải các phế thải nông nghiệp, phế thài đô thị, phế th ải công nghiệp và vỉ vậy cò vai trò hết sức quan trọng tro n g việcbảo vệ môi trường T ấ t nhiên các vi sinh vật gây bệnh thì lại tham gia vào việc làm

ô nhiễm môi trường ở những nơi cđ điéu kiện vệ sinh kém

Vi sinh vật cổ vai trò quan trọ n g trong ngành năng lượng Năm 1990 người ta thống kê thấy nhân loại mỏi năm đã tiêu dùng một lượng sinh khối hđa thạch (dáu

mỏ, khí đốt, th an đá) tín h theo bình quân đáu người lớn hơn 25 lấn so với khối lượng bản th â n của họ C húng ta biết ràn g các n ăng lượng hổa thạch được tái sinh với tốc

độ h ết sức chậm T rong khi đổ năng lượng hổa thạch đang chiếm trên 90% năng lượng tiêu dùng trê n th ế giới T rữ lượng dẩu mỏ hiện được biết sẽ cạn kiệt vào nám 2030, cùng lắm là 2050 T rong các nguổn nâng lượng m à con người hi vọng sẽ khai thác

m ạnh mẽ tro n g tương lai cò n ăn g lượng thu được từ sinh khối (biomass) Sinh khối

là khối lượng ch ất sổng của sinh vật Thực vật và m ột số vi sinh v ật có th ể tự tạo

ra ch ất hữu cơ của sin h khối từ khí c o và nước H àng nảm có khoảng 60 - 70 tỉ

tấn gỗ củi được sinh ra trên T rái Đất Bên cạnh việc đun nấu trự c tiếp gỗ củi còn cò thế sử dụng vi sinh vật và các enzim do chúng sinh ra để chuyển hóa sinh khổi thành cổn và dùng cồn làm nhiên liệu (dùng riêng rẽ hay phối trộn với xăng) Vi sinh vật

là động lực để vận h ành các bể sinh khí sinh học (biogas) Từ 1 tán phân chuổng được đưa vào lên m en cd th ể làm sàn sinh ra 70 - 73m3 khí sinh học, cho n ăn g lượng tương đương với 451 xăng) Riêng Hoa Kỉ mỗi năm cò tới 240 triệu tấn phế th ải của ngành chăn nuôi Nếu được tậ n dụng h ết để tạo ra khí sinh học sẽ làm ra được một nguổn năng lượng th ay th ế cho khoảng 83 - 110 triệu tấ n nhiên liệu T rong khí sinh

Axit glutam ic (và n a tri glutam at), lizin, oxitetraxilin (teram ixin), tetraxiclin, novobioxin, eritrom ixin, n istatin ,

9

canam ixin, xicloserin, axit aspergilic, axit xỉtric (lẽn men chỉm), axit gluconic (lên m en chìm), peroxidaza, chuyển hđa các steroit, giberelin, dextran, sin h khối đơn bào, axit salixilic.

1960 - 1970 : Glucoizomeraza, glucoamilaza, aminoaxilaza, lipaza, lactaza,

xephalosporin, gentamixin, lincomixin, rifamixin, vancomixin, ribostam ixin, blastixidin s, polioxin, valin, chuyển hóa sinh học các steroit, 5’-nucleotit Thuốc trừ sâu sinh học, xantan

1970 - 1980 : Bleomixin, candixidin, josamixin, amixin, validamixin, treonin,

rennin, dextranaza, vitamln c (sinh tổng hợp), silitol, axit malicSau 1980 : Phenylalanin, avimixin, etilen oxit, poli-j3-hidroxibutirat (PHB)

Từ đẩu th ập kỉ 70 của th ế kỉ này người ta bắt đ ẩu thực hiện th àn h công th ao tác di truyền (genetic engineering) ở vi sinh vật Đó là việc chủ động chuyển m ột genhay một nhổm gen từ m ột vi sinh vật hay từ một tế bào các sinh v ật bậc cao (ngườiđộng vật, thực vật) sang tế bào một vi sinh vật khác Vi sinh v ật m ang gen tái tổ hợp nhiểu khi đang m ang lại những lợi ích to lớn bởi vì có th ể sản sinh ở quy mô công nghệ những sản phẩm trước đây chưa hẽ được tậo th àn h bởi vi sinh vật

Dưới đây là một số sản phẩm của các vi sinh vật đã được tái tổ hợp gen :

Sản phấm phục vụ y tế và

thú y

Interferon, insulin, kích tố sinh trư ở n g người (HGH), limphokin, interlơkin, n hân tố kích hoạt đại thực bào (MAF), nhân tố sinh trư ở n g tế bào beta, thuốc

ta n ílbrin, strep to k in aza (SK), urokinaza (UK), chất kích hoạt plasm inogen mô (TPA), các vacxin th ế hệ mới, nhân tố m áu, kích tố tuyến ức (Thymosia), allbum in, eritropoetin (EPO), canxitonin,

gonađotropin, nhân tố sin h trưởng biểu bì (EGF),

an titrip sin a - 1, nhân tố gây hoại tử khối u

(TNF), nhân tố kích thích khuẩn lạc (CSF), kháng

th ể đơn clon (MAbs) Các sàn phẩm cổ điển được

sản x u ấ t^ ằ n g vi sinh v ật m ang gen tái tổ hợp (axit

am m ,"chất kháng sinh, vitam in, steroit )Sản phẩm phục vụ công

nghiệp thực phẩm và thức

ăn chăn nuôi

Các axit am in (axit aspactic, phenylalanin, treonin) Các enzim Sinh khối vi sin h vật (hay protein đơn bào, SCP)

Sàn phẩm phục vụ

nông nghiệp

Thuốc trừ sâu vi sinh vật, phân bổn vi sinh vật, kích tố sinh trưởng bò (BST), kích tố sinh trư ởng lợn (PST)

Sản phẩm phục vụ công

nghiệp hđa học và công

nghiệp năn g lượng

Sử dụng các chủnể vi sinh v ật m ang gen tái tổ hợp sản x u ất khí sinh học, các dung môi hữu cơ, các axit hữu cơ, các enzim, các ch át phụ gia dẩu khí, etilen oxit, poli-/?-hidrobutirat

Bào vệ môi trường Các chủng vi sinh v ật m an g gen tái tổ hợp ctí th ể

phân giải m ạnh các chất p h ế th ải hoặc phá hủy các độc chất

Trong công nghiệp tu y ển khoáng nhiéu chủng vi sinh vật đã được sử dụng để hòa

ta n các kim loại quý từ các quặng nghèo hoặc từ các bãi chứa xỉ quặng Đổ là phương pháp chắt lọc kim loại và đã được sừ dụng để sản xuất đổng, bạc, vàng, kẽm, urani, coban, arsenic, m angan, gali, germ ani

T ất nhiên còn phải kể đến không ít các vi sinh vật cò hại Chúng gây bệnh cho người, cho gia súc, gia cấm , tôm cá, cho cây trổng, cây rừng Chúng làm hư hao hoặc biến chất lương thực, thực phẩm , nguyên liệu, vật liệu, hàng hóa Chúng sản sinh các độc tố trong đố cổ nhữ ng độc tố hết sức độc Chỉ cấn lm g độc tố của vi khuẩn

C lostridium botuliniim cũng đủ để giết hại tới 1000 tấn cơ th ể sinh vật Chỉ riêng sự

tấn công của virut HIV (gây ra bệnh AIDS) củng đủ gây ra ở cuối th ế kỉ 20 khoảng

30 - 40 triệu người m ang HIV (90% thuộc về các nước đang phát triển ) Vào thời

điểm ấy có khoảng 4,5 triệu trẻ em bị mẹ truyên HIV sang trong quá trìn h m ang thai

và khoảng 10 triệu trẻ em trở th à n h mồ côi vỉ cha mẹ đã bị chết vỉ bệnh AIDS

5 SO LƯỢC l ịc h Sử p h á t TRlỂN c ủ a VI SINH VẬT HỌC

Từ cổ xưa, mặc dẩu chưa nhận thức được sự tổn tại của vi sinh vật, nhưng loài người đã biết khá nhiểu về các tác dụng do vi sinh vật gây nên Trong sản xuất và trong đời sống, con người đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm về các biện pháp lợi

dụng các vi sinh vật có ích và phòng trá n h các vi sinh vật có hại.

Trên những vật giữ lại từ thời cổ Hi Lạp người ta đă thấy minh họa cả quá trình nấu rượu Những tài liệu khảo cổ cho biết cách đây trên 6000 năm người dân Ai Cập

ở dọc sông Nile đã có tập quán nấu rượu Các hình vẽ trên Kim Tự Tháp cũng cho

thấy nghê nấu rượu và làm bia ở Cổ Ai Cập cũng rấ t phổ biến T rong Kinh thánh

củng có đoạn miêu tà cảnh say rượu của Noé sau khi sống sót qua cơn Đại hồng thủy

(cách đây trên 5000 năm ), ở T ru n g Quốc rượu đã được sản xuất từ thời đại vản hđa Long Sơn (cách đây trên 4000 năm ) Trong các chữ khác trên xương, trê n mai rùa

(giáp cốt vân tự) từ thời Ân Thương (th ế ki 17-11 trước CN) người ta đã thấy có

chữ "tửu" Việc lên men lactic (muối dưa) được thực hiện từ khoảng năm 3500 trước Công nguyên

Muối dưa, làm giấm, làm tương, làm mám, làm m ứt, làm sữa chua, ướp th ịt, ướp cá đểu là những biện pháp hữu hiệu để hoặc sử dụng, hoặc khống chế vi sinh vật phục vụ cho việc chế biến và bào quản thực phẩm Theo sách "Lỉnh nam chích quái" thì nhân dân ta từ thời H ù n g Vương dựng nước đã biết "làm mắm bằng cấm thú, làm rượu bằng cót gạo"

Việc sáng tạo ra các hình thức ủ phân, ngâm phân, ngâm đay, ngâm gai, xếp ải, trỗng luân canh với cây họ Đậu đểu là những biện pháp tài tình mà tổ tiên ta từ láu đã biết phát huy tác dụ n g của vi sinh vật trong nông nghiệp

Vé phương diện phòng trừ bệnh tậ t loài người cũng đả sớm tích lũy được nhiễukinh nghiệm phong phú Ngay từ trước Công nguyên những tài liệu của H ippocrate(460 - 373 trước CN), của Veron (116 - 27 trước CN) của Lucrèce (98 - 55 trước CN) đã đề cập đến bản c h ấ t sống của các tác nhân gây ra bệnh truyén nhiễm.Người cđ công p h át hiện ra th ế giới vi sinh vật và cũng là người đẩu tiên miêu

tả hình thái nhiéu loại vi sinh v ật là m ột người H à Lan vốn là người học nghé trong một hiệu buôn vải Đó là A ntonie van Leeuwenhoek (1632 - 1723) ô n g đă tự chế tạo

ra trên 400 chiếc kính hiển vi, trong đổ cổ cái phđng đại được đến 270 lấn Với những chiếc kính hiển vi cẩm tay, cố gương hội tụ ánh sáng, có ổc điéu chỉnh để cho vật định quan sát rơi đúng vào tiêu điểm và bằng cách ghé m át vào khe nhỏ cđ gắn thấu kính mài lấy nhỏ xíu, Leeuwenhoek đã lẩn lượt quan sá t mọi th ứ cd chung quanh minh Năm 1674 ông nhỉn thấy các vi khuẩn và động v ật nguyên sinh, ông gọi là các

"động vật vô cùng nhỏ bé", ô n g thấy các "động v ậ t” này cò rất nhiểu tro n g bựa rầng

và ông viết rằng tro n g m iệng của ông số lượng của chúng còn đông hơn cà dân số của Vương quốc H à Lan Nhờ sự giới thiệu của Regnier de G raaf ông đã gửi đến Học hội Hoàng gia Anh 200 bức thư, qua đo ông đã miêu tả hỉnh th ái và dạng chuyển động của nhiéu loại vi sinh vật Nhiéu bài báo của ông đã được công bố trên tạp chí

T riết học của Học hội H oàng gia Anh và năm 1680 ông được bầu làm th àn h viên của Học hội này T ất cà các quan sá t và miêu tả của ông đã được in th àn h một bộ sách gồm 4 tập cố nhan đé là "Những bí m ật của giới tự nhiên nhìn qua kính hiển vi".Chỉ tới đầu th ế kỉ 19 những chiếc kính hiển vi quang học hoàn chỉnh mới ra đời với các cống hiến to lớn của G B a ttista Amici (1784 - 1860) E rn es Abbe (1840 - 1905), Karl Zeiss (1816 - 1888) Năm 1934 chiếc kính hiển vi điện tử đấu tiên ra đời Đổ là loại kính hiển vi không dùng ánh sáng khuếch đại nhờ các thấu kính m à dùng một chùm điện tử khuếch đại lên nhờ các điện từ trường

Từ th ập kỉ 60 của th ế kỉ 19 bát đấu thời kì nghiên cứu vé sinh lí học của các vi sinh vật Người cđ công to lớn trong việc này, người vể sau được coi là ông tổ của vi sinh vật học là nhà khoa học người Pháp Louis P asteu r (1822 - 1895) Khá mà tóm

tá t được khối lượng các p h át hiện đổ sộ m à L P asteu r đã cổng hiến cho nhân loại.Viết vé P asteu r nhà khoa học Nga K.A.Timiriazev đã phân tích như sau : "Cõng trìn h của ông đã đem lại những biến đổi quan trọ n g tro n g cả 3 bộ môn khoa học ữ n g dụng kinh điển của nhân loại Vé công nghiệp, ông đã đề ra các cơ sở hợp lí, vừng chác cho hết thày các quá trìn h lên men Vé nông nghiệp, lí luận của ông cùng với

sự phát triể n của T Schloesing, H Hellriegel, S.N Vinogradskii đã vạch ra cho các nhà nông học những ánh sáng mới vể các nhiệm vụ và phương pháp cơ bản V é y học từ sau khi loài người nguyên thủy th o át được ra khỏi sự uy hiếp của các dã tthú

trong rừng sâu thỉ tro n g lịch sử chưa từ ng có những tiến bộ nào cd ý nghĩa q u y ết

định như các công trỉn h nghiên cứu của L.Pasteur."

Dưới đây là niên biểu vé một số cống hiến quan trọng của L.Pasteur vể vi sinh vật học

1854 - 1864 Chứng m inh nhiểu quá trìn h lên m en (etilic, lactic, axetic ) là do vi

sinh vật gây nên

1862 N hận giải thưởng đặc biệt của Viện hàn lâm Khoa học Pháp vê v/iệc

phủ định học thuyết Tự sinh (spontaneous-generation hypothesis);

1863 Chứng m inh vi khuẩn là nguồn góc của bệnh than

1865 P h á t hiện raS ig u y ên nhân của bệnh bào tử trù n g ở tầm và đé xuáít

được các biện pháp phòng trán h

1877 P h á t hiện các phẩy khuẩn gây bệnh

1880 P h á t hiện các tụ cắu khuẩn gây bệnh

1880 P h á t hiện các liên cẩu khuẩn gây bệnh

1880 Tìm ra vacxin chống bệnh dịch tà gà nhờ sử dụng vi khuẩn đã chuyển

sang dạng m ất độc lực

1880 P h át hiện não mô cẩu khuẩn (cùng với Cham berland, Roux và Thuillier)

1883 P h át hiện tụ huyết khuẩn lợn (cùng với Thuillier)

1<880 - 1885 Nghiên cứu vacxin chống bệnh dại Ngày 6 -7 -1 8 8 5 em bé 9 tuổi Joseph

M eister là người đẩu tiên được cứu sóng nhờ vacxm chống dại của

Nhà bác học Đức R obert Koch (1843 - 1910) là người đã cộng sự m ật thiết với Pasteur Ngoài công lao to lớn trong việc khám phá ra vi khuẩn lao, vi khuẩn tả, ông CÒI tìm ra phương pháp phân lập th u ẩn khiết vi sinh vật trê n các mổi trường đặc (said medium) Học trò của ông là J.R P etri (1852 - 1921) đã phát kiến ra loại hộp lổng làm bằng thủy tinh R Koch đã p h át hiện ra phương pháp nhuộm m àu tế bào vi sinh vật Về sau các kỉ th u ậ t nhuộm tiêu bản đã được cài tiến bởi Ehrlich (1881), Ziehl và Neelsen (1883), Loeffler (1884), G ram (1884) R Koch được nhận giải Nobel

n ă n 1905 Người cố công đấu tiên tro n g việc chứng m inh cổ sự tón tại của loại vi sinh vật nhò bé hơn vi khuẩn nhiêu lấn là nhà sinh lí học thực v ật Nga D.I Ivanovskii

13

/

(1864 - 1920) Ông chứng m inh cổ sự tổn tại của loại vi sinh vật siêu hiển vi gây ra bệnh khảm (mosaic) ở lá thuổc lá vào năm 1892 Đến năm 1897 nhà khoa học Hà Lan M.w Beijerinck (1851 - 1931) gọi loại vi sinh vật này là v iru t (virus) theo gốc

La Tinh có nghỉa là "nọc độc" Đến năm 1917 thỉ F.H <r H érelle (1873 - 1949) phát

hiện ra các virut của vi khuẩn và đ ặ t tên là th ể thực khuẩn (Bacteriophage)

Mặc dấu L Pasteur là người đẩu tiên chứng minh cơ sở khoa học của việc chế tạo vacxin nhưng th u ật ngữ vacxin (Vaccin, từ gốc La Tinh Vaccinae cd nghĩa là bệnh đậu mùa bò) lại do bác sỉ nông thôn người Anh Edward Je n n er (1749 - 1823) đ ặt ra ông

là người đấu tiên nghĩ ra phương pháp chủng mủ đậu bò cho người lành để đé phòng bệnh đậu mùa hết sức nguy hiểm cho tính m ạng con người

Người đ ật nén m dng cho khoa Miễn dịch học (Immunology) là nhà khoa học Nga Ilya Ilitch M etchnikov (1845 - 1916) ô n g đă đến P aris năm 1887 để gặp L P a ste u r

từ những ngày đầu xây dựng Viện P a ste u r Paris Với lí thuyết "thực bào” nổi tỉến g ông đã được nhận giải thưởng Nobel năm 1908 (cùng với p Ehrlich)

Cấn phài nối thêm công lao của nhà khoa học người Anh J L ister (1827 - 19*12), người đã để xuất ra việc sử dụng các hổa chất diệt khuẩn và việc sử dụng phương pháp

vô trùng trong phảu thuật

Nhà khoa học Pháp gốc Nga S.N Vinogradskii (1856 - 1953) là người đầu tiên p h á t hiện ra vi khuẩn sắt (1880), vi khuẩn lưu huỳnh (1887), vi khuẩn n itra t hda (18*90)

Nhà khoa học Hà Lan M.w Beijerinck (1851 - 1931) là người đấu tiên phân lập được

vi khuẩn nốt sần R hizobium (1888), vi khuẩn cố định đạm hiếu khí Azotobacter (19»01),

vi khuẩn lên men butilic, vi khuẩn phân giải pectin và nhiéu nhổm vi khuẩn khác.Người đấu tiên phát hiện ra chát kháng sinh là bác si người Anh Alexander Flem ing (1881 - 1955) Năm 1928 ông là người đấu tiên tách được chủng nám sinh chất khiáng sinh penixilin, mở ra một kl nguyên mới cho khả năng đấy lùi nhanh chổng các biệnh nhiễm khuẩn, ô n g được nhận giải thưởng Nobel năm 1945 (cùng với B.E Chain vàH.W.Florey) Nãm 1944 nhà khoa học MI gốc Nga S.A W aksm an phát hiện ra Streptom:ixin

và được nhận giài thưởng Nobel vào nảm 1952 H àng loạt các ch ất kháng sinh q u a n trọng khác đã được liên tiếp phát hiện và ứng dụng vào các năm tiếp sau : baxitraixin (1945), cloramphenicol (1947), polimixin (1947), clotetraxiclin (1948), xephalosporin (1948), neomixin (1949), eritrom ixin (1952), grizeofulvin (1959), gentam ixin (1963), kasugamiixin (1964), bleomixin (1965), valiđaxin (1970)

Năm 1897 Eduard Buchner (1860 - 1917) lấn đấu tiên chứng m inh được vai trò của enzim trong quá trình lên men rượu, ô n g đã nghién n át tế bào nấm m en bàng cát thỉạch anh và lấy chất dịch vô bào chiết rú t từ men đưa vào một dung dịch chứa 37% đườmg, sau nửa giờ đã bát đấu thấy sản sinh C 0 2 và rượu etilic Khoa học vổ enzim (Enzymolo>gy) hỉnh thành và phát triể n nhờ hàng loạt các thành công tiếp theo : N ăm 1897 B B ertnand phát hiện ra và đặt tên cho nhdm coenzim ; A H arden và Young cô đặc được một nhiđm coenzim gọi là cozimaza (sau này được xác định là NAD - nicotinam id adenin dinucleoítid) vào nồm 1905 ; Sorensen chứng minh ảnh hưởng của pH đến hoạt động của en aim (1909) ; Neuberg để xuăt con đường hđa học của quá trinh lên m en (1912) ; Batelli và Stern khám phá ra dehidrogenaza (1912) ; W arburg nghiên cứu vé enzỉm tham gia 'Vào quá trình hô hăp (1912) ; Michaelis và M enten đẽ xuất ra động học của hoạt động ccủa enzim (1913) ; J B Sum ner (1887 - 1955) giải Nobel 1946, lần đẩu tiên kết tinh đuíợc một enzim và chứng minh bản chất protein của enzim ureaza này (1926) ; J.H Northirop kết tinh liên tiếp được nhiểu enzim khác như pepxin (1929), tripsỉn (1931), chim otripnđn (1933) ; Kelin phân lập được xitocrom c (1933) ; H.A.Krebs và H enselei khám phá ra

chư trình ure (1933) ; Embden và Meyerhoí chứng minh quá trình phân giải đường (1933), Kuhn xác định vitam in B2 là một thành phấn của enzim vàng (1935) ; H.A Krebs tỉm ra chu trình axit xitric (1937), giải Nobel 1953 cùng với F A Lipmann ; Lipmann xác định vai trò tru n g tâm của ATP trong quá trinh vận chuyển nâng lượng (1939 - 1941) ; G w Beadle và E.L Tatum chứng minh lí thuyết "1 gen - 1 enzim" (1940, giài Nobel 1958 cùng với J Lederberg) ; A Kom berg khám phá ra ADN polimeraza (giải Nobel 1959 cùng với S.Ochoa).

Tính đến nâm 1984 người ta đã biết đến 2477 loại enzim khác nhau và enzim đả

có m ặt trong rất nhiều hoạt động sàn xuát và đời sống của con người Cùng với việc

sử dụng enzim bất động (immobilized enzymes), công nghệ enzim đã trở thành một trong các mùi nhọn của Công nghệ sinh học

Các nhà vi sinh vật còn tạo ra bước ngoặt của di truyén học D.T Avery, C.M MacLeod,

M Mc Carty với thực nghiệm trên vi khuẩn (1944) đã chứng minh quá trình biến nạp được thực hiện thông qua ADN ; H Fraenkel - Conrat và B Singer thí nghiệm "láp ráp" virut khảm thuốc lá (1957) và đã chứng minh thêm vai trò của axit nucleic trong việc chuyển giao thông tin di truyén Như vậy là cùng với phát hiện vỉ đại vé cấu trúc ADN xoán kép của J.D Watson và F.H.C Crick (1952, giài Nobel 1962 cùng với M.H.F VTilkins), p h át hiện về vai trò của operon tro n g việc "đđng, mở gen" của F Jacob,

J Monod (1961, giải Nobel 1965 cùng với A.Lwoff), việc xác định ra m ã di truyền cúa M N irenberg, G K horana (1961 - 1965, giải Nobel 1968 cùng với R.Holley)

con người đã đủ nhận thức để có được bức tra n h toàn cảnh vễ cấu trú c chức năng

và các quy luật vận động của vật liệu di truyén, mở ra kỉ nguyên tạo ra các cơ th ể hoàn toàn mới lạ một cách chủ động nhờ m ang gen tái tổ hợp Các chủng vi sinh vầt được tạo ra nhờ thao tác di tru y ển sẽ cd m ặt tro n g đời sống nhân loại ở mọi lỉnh vực khác nhau Đđ là hi vọng để tháo gỡ mọi khó khăn vể lương thực, vé thực P-lấm, vê thuốc men, về bảo vệ môi trường M ặt khác cũng là mổi đe dọa khủng kiỉếp đối với n h ân loại nếu các vi sinh vật đã thay đổi gen được sử dụng tro n g chiến tranh như những loại vũ khí phân tử vô phương cứu chữa

Một vài mốc quan trọ n g cđ th ể kể đến là :

Nàm 1970 một số nhà bác học (H o Smith, K.W.Wilkox, T.J Kelly lẩn đẩu tiên téch được loại enzim (men) cò khả năng cắt ADN ở những vị trí xác định (restriction eadonuclease) Năm 1972 nhdm bác học Mỉ H Boyer, p Berg, S.N Cohen lẩn đầu tiên

ư n g hợp ra được một ADN theo ý muốn, người ta gọi là ADN tái tổ hợp (recombinant DMA) Trong khoảng 1975-1977 nhđm bác học Mỉ F Sanger, và w Gilbert (giái Nobel 1980) và A Maxam phát hiện ra một kỉ th u ật cho phép xác định nhanh chđng trậ t tự

CIC nucleotit trong ADN (DNA sequencing).

Nàm 1978 lán đầu tiên sản xuất ra insulin (chữa bệnh tiểu đường) bằng công nghệ gtn (dùng vi khuẩn đã được ghép gen mã hóa việc sinh tổng hợp ra insulỉn Năm 1982 tỉuốc insulin tái tổ hợp được Mĩ và Anh cho phép ứng dụng rộng rãi Cũng vào nãm niy người ta đã chế tạo thành công kích tố sinh trưởng người (HGH - Hum an Growth Hormone) Năm 1988 J.D Watson nhận chủ trì Dự án hệ gen người (HGP - Human Gĩnome Project) với kinh phí được Chính phủ Mĩ đầu tư là 3 tỉ USD Nàm 1996 hoàn

tlàn h việc khám phá hệ gen (genom) của men rượu (Saccharomyces cerevisiae) Năm

1*97 Jan Wilmut và các cộng sự ở Viện nghiên cứu Roslin, gần Edinburgh (Scotland) lài đầu tiên cho ra đời cô cừu Dolly bằng kĩ th u ật sinh sản vô tính (cloning) không cẩn

tđ quá trình thụ tinh

Ngày 26/6/2000 cùng một lúc các nhà khoa học thuộc hai nhổm nghiên cứu độc lập

là nhóm Consortium của F Collins và nhóm Celera Genomics của c V ainter đã công bố vặc khám phá ra hầu như toàn bộ hệ gen (genom) của người

15

Riboxom Virut

Clamiđi a Ricketxi

Tithế Lục lạp Vikhuẩn

Nhản tế bào Nấm men

Tế bào hống cáu

T ế bào nấm -

Tế bào biếu bì Động vật nguyên sinh lớn

Các phương pháp quan sát thế giỏi sống (từ nguyên tủ, phân tủ, cáu trúc dưới tế bào,

vi sinh vật, đến các cơ quan và cơ thẻ sinh vật bậc cao)

HC thống phân loại 5 giỏi của R.H W hittaker (1920-1981)

Cảch đây 4,5 tỉ nàm

MỘT SỐ MỐC TRONG LỊCH s ử VI SINH VẬT HỌC

1665 / Hooke- Lần đẩu tién quan sót thấy té bào

1673 Van Leeuwenhoek - Lán đáu tiên quan sát thấy vi sinh vật sống

1785 / Linnaeus - Phân loại các sinh vật

1798 / Jen n er - Lần đáu tiên tiêm chủng vacxin để phòng bệnh đậu mùa

1835 / Bassi - P hát hiện bệnh nấm của tầm

1 8 4 0 / Semmelweis - P h á t hiện sốt h trè sơ sinh do nhiễm khuẩn

P asteur - P h át hiện quá trình lên men

P asteur - Bác bò thuyết tụ sinh

P asteur - P h át hiện phương pháp khử trùng kiểu P asteur

Lister - Đề xuất phương pháp phẫu th u ậ t vô trùng

Abbé - Đề xuất kĩ th u ậ t kính hiển vi soi dáu

1876 \ Koch - Đề xuất lí thuyết mầm bệnh (Germ theory )

Neisser - P hát hiện lậu cáu

P asteur - Đề x u ất các kĩ th u ậ t gáy miễn dịch

1881 \ Koch - Đề x uất phương pháp phàn lập thuắn khiết vi sinh vật

1882 \ Koch - P h át hiện trực khuẩm lao

Hess - Để xuất môi trường thạch ( Môi trường đặc ) Koch - P h át hiện vi khuẩn tà

Metchnikotr - Đề xuất học thuyết thực bào Gram - Đề xuất phương pháp nhuộm Gram Escherich - P h át hiện trực khuẩn Coli

P etri - Đề x uất dùng hộp lông ( Hộp Petri ) Von Bering - P hát hiện kháng độc tố bạch cầu Ehrlich - Đề x uất lí thuyết miễn dịch

2 VVinogradsky - Để xuâ't chu trìn h lưu huỳnh

8 Shiga - P h á t hiện trự c khuẩn lj Ị10 -Ehrlich - P hát hiện xoấn thể giang mai

1883

1884

1887 89(

L8Í

192$ Fleming, Chain, Florev - Khám phá ra Pênixilin Griffith - P h á t hiện hiện tượng biến nạp ( T ransíorm ation)

L93ị / Lanceíield - P h át hiện kháng nguyên của liên cầu khuẩn

193ỹ Stanley, N orthrup, S u m n tr - P h át hiện vi rú t k ế t tinh( Crystanllizet virut)

1 9 4 f Beadle and Tatum - Đề xuất mối quan hộ giửa gen và enzym

1947 Delbruck and Luria - Sự xâm nhiễm của vi rú t vào vi khuẩn 194y Avery, MacLeod, McMarty - Chưng minh v ật liệu di truyền là ADN

Ì9A& Lederberg and Tatum - P hát hiện hiện tượng tiếp hợp

1 9 5 / VVatson and Crick - Khám phá ra cấu trúc của ADN 195ỵ Jacob and Monod - P hát hiện sự điều hòa tống hạp Protein

195y S tew art - Nguyên nhân virut đối với ung th ư

Edeỉman and P orter - P hát hiện kháng thể

1 9 6 / Epstein, Achong, B arr - P h át hiện ra v im t Epstein-Barr gây ung th ư ờ người

196íf W hittaker - Đề xuất hệ thống phân loại 5 giói sinh vật

N athana, Smith, Arber * P h át hiện men P cstrictaza ( Dùng trong kĩ th u ậ t di truyén)

1 9 7 ỵ Berg, Boyer, Cohen - Để xuấtkl th u ậ t di truyền

197íy Dulbecco, Temin, Baltimore - P h á t hiộn men Tran8criptaza ngược

Arber, Smith, N athans - P h á t hiện men Endonucỉeaxa giói hạn

Mitcheỉl - P h át hiện cơ chế thẩm th ấ u hóa học

198/ M arguỉis - Đế x u ất nguôn gốc các t ế bào có nhân th ậ t

198/ Klug - P h át hiệncấu trúc của v irut đốm thuốc ỉá ( Khảm thuốc lá )

McCỉintock - P h át hiện gen nhảy

1988 \ Deisenhofer, Huber, Michel - P h át hiện các 8ấc tố quang hợp vi khuẩn

1989 \ Bishop and Varmus - P h át hiện gen ung th ư (Oncogenes)

M urray and Thomas - Ghép cơ quan của cơ thể

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)

Louis Pasteur (1822 - 1895)

/Ạ ý /si/r? /fo ự / 6 0 / /T I/01C / / p /

Thí nghiệm bác bỏ thuyết tự sinh

Robert Koch (1843-1910)

Uja Ilitch M etchnikov (1845-1916)

HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO TẾ BÀO CÁC VI SINH VẬT NHÂN NGUYÊN THUY (PROKARYOTES)

Vi sinh vât n hân nguyên thủy bao g6tn : Vi khuẩn th ậ t (E ubactena) và vi k h u ẩn

cổ (Archaebacteria) Trong vi khuẩn thật lại gổm rất nhiéu nhổm khốc nh^ ; N hf nể nhổm chủ yếu là vi (Bacteria), ^ " h u ẩ n (A ^ o m y c e te s ) vi kh utn lam

(Cyanobacteria) và nhdm vi khuẩn n g ^ ê n thủy M icoplatm a (Mycoplasma), R icketxi (Ricketsia), Clamidia (Chlamydia)

1 VI KHUẨN1.1 H ìn h th á i, k íc h th ư ớ c, n h u ộ m m àu

, tuxs Iríí.1, và cách sấp xếp khác nhau Đường kính

Vi khuẩn có n h iéu hình thái, kich thươc va c au i oop r °

2 0 -8 ,O^m N hững hlnh dạng chủ yếu của vì Knuan m

phẩy, hỉnh xoán, h ỉn h cđ cuống, hỉnh có sợi ••

co : pụng XUI 11 \ ~ khuẩn hlnh que - trực khuẩn cB a c i l l u sJ,

(nghía tiếng La Tinh là que ngắn) i Bactirium (ta CHU m »p q

ngắn) có th ể gặp d ạn g đơn, dạng đôi, d ạn g chuôi

, J Jrf,j nhẩv • Phẩy khuắn (Vibrio), hlnh xoán

ở vi khuẩn h ỉn h xoán ctí dạng h ỉn h dãu pnay : rrm y

th ư a (xoắn khuẩn - S p ư tllu m ), hình xoán k h ít (xoán ể pirochae 8

, , !.L J » LUXP A vi khuẩn (hình khối vuông, khối tam giác,

Côn có th ề gặp các h ì n h d ạ n g khác > v ilk h u il 'inm » ■ > “

khối hình sao ) Chi B eggiatoa và S a p m p ir a tó “ “ ■ “

Caryòphanon có t í bào hlnh đ ĩ xếp lãng vào nhau nha một xâu c ic M ng xu.

, , _Up Lấv trư c khuẩn đại trà n g Escherichia

Môi tế bào vi khuẩn đêu.rất nhô v à r ồ t - h ^ L áytrự c an «

coZi làm ví dụ Vi k h u ẩn này ctí kích thước z,u X v w m ,

lm g m à thôi

, - _ A KX vừn trong suổt cho nên nếu soi tươi (phương

Vì tế bào vi khu n vừa r n , được đại th ể vê hỉnh dạng và tìn h

t r ạ n g di động Muốn q u a n s á t ki hơ n d ư ô i k i n h m e n VI q u a n ^

-m àu Có rấ t nhiều phương pháp nhuộ-m -m àu, các pnu g p

CHUƠNG II

25

A Phưang pháp nhuộm vi khudn chết bao gôm '

(a) Phương pháp nhuộm ảnh dương

1 Phương pháp nhuộm đơn

2 Phương pháp nhuộm phân biệt

- Phương pháp nhuộm Gram

- Phương pháp nhuộm kháng axit

- Phương pháp nhuộm bào tử nội sinh

- Phương pháp nhuộm Giemsa

(b) Phương pháp nhuộm ảnh âm Chảng hạn dùng mực tà u để làm nổi lẽn bao nhẩy (capsule) của vi khuẩn

B Phương ph á p nhuộm vi khuán sổng

D ùng thuốc nhủộm xanh m etilen, thuổc nhuộm TTC (triphenyl tetrazo liu m chlorid.e)Đậc biệt quan trọ n g là phương pháp nhuộm G ram do nhà VI khuẩn học Đ an M ạch

H ans C hristian G ram (1853-1938) p h át m inh ra từ năm 1884 Nhờ phương pháp n&y

c đ th ể phân biệt vi khuẩn ra th àn h 2 nhổm lớn : vi khuẩn G ram dương (gram - poèitive) và vi khuẩn G ram âm (gram - negative)

Đẩu tiên cổ định tiêu bản vi khuẩn bằng ngọn lửa rổi nhuộm thuốc đẩu bàn g dumg dịch tím tin h th ể (crystal violet) tro n g khoảng 1 phút Rửa bàng nước N huộm tiẽíp bằng dung dịch iốt (dung dịch Lugol) tro n g một phút Rửa bầng nước P hủ lên vết bcôi dung dịch etanol 95% : axeton ( 1 : 1 ) tro n g khoảng 1 phút Lại rử a bàng nước Sau đtó nhuộm tiếp bằng thuốc nhuộm m àu đỏ (như sa íra n in hay Fuchsin Ziehl) tro n g 30-650 giây Rửa qua nước, để khô íổ i soi kính Nhdm vi khuẩn G ram dương cđ đậc tím h

không bị dung môi hữu cơ (etanol, axeton) tấy phức ch ất m àu giữa tím kết tin h vrằ

iổt Kết quả cuối cùng sẽ b ất m àu tím Nhđm vi khuẩn G ram âm bị dung môi tẩíy

m àu thuốc nhuộm đầu do đtí sẽ bát m àu với thuốc nhuộm bổ sung (đỏ vàng VỚI s â íra n iin hay đỏ tía với Fuchsin) G ram dương và G ràm âm thường được viết tá t là G+ và G~Đáng chú ý là 2 nhổm vi khuẩn G ram dương và G ram âm cđ rấ t nhiểu đặc điểim khác nhau m à chúng ta sẽ xem xét tới tro n g các phẩn sau

Dưới đây là m ột só ví dụ vé các chi vi khuẩn thuộc G ram dương và G ram âm ::

Gram dương : Micrococcus, Deinococcús, Planococcus, Marinococcus, Saccharococcus (cẩiu

khuẩn hiếu khí), Staphylococcus, Aerococcus Enterococcus, Gemella, Lactococcus, Leuconostocc,

Pediococcus, Meliaococcus, Stomatococcus, Streptococcus (cẩu khuẩn kị khí không bát buộc)) Peptococcus, Coprococcus, Peptostreptococcus, Ruminococcus, Sarcina (cẩu khuẩn kị khí))' Brochothrix, Camobacterium, Lactobacillus, Caryophanon, Erỵsipelothrix, Kurthia, Listenaì, Renibacterium, (trực khuẩn không sinh bào tử), Arthrobacter, Aureobacterium, Brachybacteriumi Brevibacterium, Caseobacter, Clavibacter, Curtobacterium, Deinobacter, Exiguobacteriumì, Ưonesia, Microbacterium, Pimelobacter (trực khuẩn không sinh bào tử cđ hỉnh không đểua,

hiốu khí), Actinomyces, Agromyces, Arcanobacterium, Cellulomonas, Corynebactenumì, Gardnerella, Pntpionibacterium, Rarobacter, R othia (như nhdm trên nhưng kị khí không b ắ it

buộc), Acetogenium, Bifidobacterium, Butyrivibrio, Coriobacterium, Eubacterium, Lachnospirai

Thermoanaerobacter (như nhdm trôn nhưng kị khí).

Herbaspirillum , O ceanospirillum , S p irillu m , Vam pirovibrio (phẩy khuẩn, xoán khuẩn d ii

động), Flectobacillus, M eniscus, Ancylobacter, R unella, Spirosom a (hình cong, không di

động) các chí thuộc các họ Pseudom onadaceae, Asotobacteraceae, Rhizobỉaceae,

M ethỷlococcaceae, Acètobacteraceae, Legionellaceae, N eisseriaceạe, các chi Achromobacter,

A cid ip h ìliu m , Agrom onas, Alcaligenes, Alteromonas, Beijerinckia Bordetella Brucella,

Jcm thinobacterium , Lam propedia, M arincm onas, M ethylobacillus, M ethylobacterium,

xà n tho b acter (cẩu khuẩn, trự c khuẩn hiếu khí), các chi thuộc các họ E nterobacteriaceae,

Vibuónaceae, Pasteurellaceae, Aeromonadaceae, các chi Chromobacterium, Zymom onas,

Streptobacillus, Cardiobacterium (trực khuẩn kị khí không b át buộc) v.v

1.2 Thành tế bào (cell wall)

T hành t ế bào là lớp cấu trú c ngoài cùng, có độ rá n chác n h ấ t địn duy tr hlnh dạng t ế bào, ctí k h ả nâng bào vệ tế bào đổi vôi m ột sổ điéu kiện b ấ t lợi Nông

độ đường và muổi bên tro n g tế bào thường cao hơn bổ ngoài tế bào (áp su ấ t thẩm

th ấu tư ong đương vôi du n g dịch glucozd 10-20%) do đd tế bào hấp th u khá nhiévj nưôc

từ bên ngoài vào, nếu không cd th àn h tế bào vững chác th ì tế bào sẽ bị vỡ Khi thựchiện quá trìn h CO nguyên stoh rói quan sá t dưôi à n h h iển vi tiêu bản tế bào vi khuẩn

ta cd th ể n h ìn th áy lớp th àn h tế b à ã Q uan sá t dưới kính h iển vi điện tử càng thấy

rỗ hTronngh lnhữ ng trư ờ n g họp sau đây ctí th ể không quan s á t thấy cd 3ự tổn tại của

th àn h tế bào :

Thẻ nguyên sin h (protoplast) Sau khi dùng 1ÌZ0ZÌB1 để phá vỡ th àn h tố bào hoặc

dùng pem xiiin để ức chế việc tổ n g hợp th àn h tế bào cđ th ể tạo ra những tế bào chỉđược bao bọc b ằng m àn g tế bào chất Thường chỉ gặp ở vi khuẩn G \

th àn h tế bào, th ư ờ n g chỉ gặp ở vi khuẩn G

cứu y học dự phòng L iste r ở Anh p h át hiện ra m ột dạng đột biến không ctí thành tế

bào ở trư c khuẩn Streptobacillua m o n ilifo rm is T ế bào của chúng phlnh to lên và rấ t

m án cảm với áp s u ấ t th ẩm th áu , trô n môi trư ờ n g đặc, khuẩn lạc nhỏ bé và cổ dạng

Ốp lết D ùng chữ L ở đây là lấy chữ đ ẩu của L ister In stitu te (Viện Lister) Nhiéu vi

khuẩn cả G lẫn G~ đểu có th ể hình th à n h ra dạng L Trước kia nhiều người đa nhẩm

lẫn, xếp cả th ể nguyên sinh và th ể cẩu vào dạng L H iện nay ta chi coi dạng L là chủng vi khuẩn th iế u th à n h tế bào được sin h ra do đột biến tro n g phòng thí nghiệm

và cd th ể m ang tín h di truyôn ổn định

M icoplatm a Một d ạ n g vi khuẩn không cđ th àn h tế bào sinh ra tron g quá trìn h

tiến hđa lâu dài của tự nhiên (xem phôn sau)

Thể nguyên sin h và th ể cẩu cđ các đặc điểm chung là không cđ th àn h tố bào, tế

bào trở nên cđ hình cầu, r ấ t m ẫn cảm với áp su ấ t th ẩm th ấu , cđ th ể có tiên mao

như ng không di động được, không m ẫn cảm với th ể thự c khuẩn (phage, bacteriophage),

tế bào không p hân c á t được Nếu trư ớ c khi hinh th àn h th ể nguyên sinh và th ể cáu

đã cđ sự xâm n h ậ p củ a th ể thự c k h u ấn th l các th ể thực khuẩn này vản sinh sôi nảy

27

nở và làm phá vỡ tế bào Cũng như vậy nếu đang hình th àn h bào tử trước khii sinh

ra th ể nguyên sinh thỉ bào tử này vẫn được hình th àn h một cách bình thường

Thành tế bào có các chức năng chủ yếu sau đây :

- Duy trì ngoại hỉnh của tế bào

- Hỗ trợ sự chuyển động của tiên mao

- Giúp tế bào đê kháng với các lực tác động từ bên ngoài (chảng hạn vi khuẩn G+ chịu được áp su ấ t thấm th ấu tới 15-20 atm , vi khuẩn G~ chịu được tới 5 - l<0atm)

- Cẩn th iết cho quá trìn h phân cắt bình thường của tế bào

- Cản trở sự xâm nhập vào tế bào của một số chát có hại (chẳng hạn thàinh tế bào vi khuẩn G có thê’ ngăn cản sự xâm nhập của các chất kháng sinh có khối lượng phân tử vượt quá 800)

- Có liên quan m ật th iết đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh, chẳng hạm như khả năng sinh nội độc tố, tín h m ẫn cảm với th ể thực khuẩn

Thành phẩn cấu tạo của th àn h tế bào ră t phức tạp Cấu trú c của th àn h tế toào vi khuẩn G+ và G r ấ t khác nhau Cđ th ể nhác đến m ột sai khác chủ yếu như s a u vể

Peptidoglican là loại polime xốp, không tan , khá cứng và bền vững, bao quamh tế

bào như một m ạng lưới Cấu trúc cơ bản của peptidoglican gổm cd 3 th àn h phổín :

N - axetylglucozam in (N - ảcetylglucosam ine), axit N - axetylm uram ic và tetraip e p tit chứa cả L và D axit am in

Để tạo th àn h m ạng lưới cứng, te tra p e p tit trẽ n mỗi chuỗi peptidoglican (P G ) liên kết chéo với các te tra p e p tit trê n chuỗi khác Đổng thời các th àn h phẩn của lướií plhải được liên tục mở ra bởi các enzim autolizin để polime mới cđ th ể lấp thêm vào và tế bào ctí th ể sinh trưởng, phân cắt

ở các vi khuẩn G~ lớp ngoài cùng của th àn h phẩn tế bào là 2 lớp lipopolisaiccairit

cổ đan xen với các phân tử protein Các protein này đã được chứng m inh là cd k h ả năng chống lại sự tấ n công của các vi khuẩn khác T hành tế bào cho phép các cỉhểtt dinh dưỡng đi qua như ng lại cđ th ể ngăn cản sự xâm nhập của m ột số ch ất cid lhại đối với tế bào (thuốc nhuộm , một số ch ất kháng sinh, muối m ật, muổi kim ĩoại nậmg,

m ột sổ enzim phân giải)

T hành tế bào vi khuẩn G+ ctí th ể bị phá hủy hoàn toàn để trở th à n h th ể nguy'ên sinh khi chịu tác động cùa ỉizozim (ctí chứa tro n g lòng trá n g trứ ng, nước m át, nurớc muối, đuôi của th ể thự c khuẩn ) T hành tế bào vi khuẩn G~ cđ sức đề kháng lớn hiơn với lizozim do đó bị phá hủy ít hơn với lizozim

Ở vi khuẩn G+ ctí tới 50% trở lên khối lượng khô của th àn h tế bào là peptidoglican trong khi ở vi khuẩn G" tỉ lệ này chi khoảng 5-10% m à thôi Hiện đã biết được tới

100 kiểu peptidoglican khác nhau được gọi là cấu tru n g gian (interbridge) Một số axit amin không bao giờ thấy có trong các cẩu tru n g gian chảng hạn như valin, lơxin, izolơxin, xixtein, m etionin, histidin, acginin, prolin, phenylalanin, tirozin

A x it teicoic là m ột th àn h phần đậc trư n g của tế bào vi khuẩn G+ Chữ "teichoic"

là từ tiếng Hi Lạp "teichos" là th àn h , vách Axit teicoic là polime của ribitol và glixerol photphat liên kết với PG hoặc m àng tế bào chất Loại liên kết với m àng tế bào chất đirợc gọi là axit lipoteicoic Do tích điện âm axit teicoic giúp cho việc vận chuyển các ion dương vào, ra tế bào và giúp tế bào dự trữ photphat Ngoài ra axit teicoic còn liên quan đến kháng nguyên bề m ặt và tính gây bệnh của một số vi khuẩn G+ Chúng còn gọi là thụ th ể hấp phụ đặc biệt đối với một số th ể thực khuẩn

Vi khuẩn G có th àn h tế bào với cấu trú c khá phức tạp T rong cùng là một lớp

PG mỏng Cách m ột lớp không gian chu chất là tới lớp m àng ngoài M àng ngoài cđcâu trú c gấn giống với m àng tế bào chất nhưng photpholipit hấu như chỉ gặp ở lớptrin g , còn lớp ngoài là lipopolisaccarit (LPS) LPS dày khoảng 8 -10nm và cấu tạo bởi

+ K háng nguyên o : P h ẩn polisaccarit vươn khỏi m àng vào môi trường, gổm các phân tử hexozd (bao gồm galactozơ, ramnozơ, mannozơ, abequozơ)

Phấn lipit A là nội độc tố của vi khuẩn, gây ra sốt, tiêu chảy, phá hủy hổng cấu

và dẫn đến sốc (shock) nguy hiểm

Kháng nguyên c quyết định nhiéu đặc tín h huyết th an h của các vi khuấn ctí chứa LFS và là vị trí gán (thụ thể) của th ể thực khuẩn

Màng ngoài của vi khuẩn G’ còn có th ể cố m ột số loại protein, đó là :

- Protein cơ ch ất (m atrix protein) : Chẳng hạn porin ở vi khuẩn Escherichia coli

Pcrin còn gọi là p rotein lỗ Các protein này nằm xuyên suốt qua m àng ngoài và cho pháp đi qua chúng m ột số loại phân tử như đường (nhất là disaccarit), axit amin, dipeptit, trip ep tit, penixilin và các ion vô cơ

- P rotein m àng ngoài (outer m em brane protein, OMP) : OMP là loại protein cd năng lực vận chuyển chuyên biệt m ột số phân tử khá lớn và đưa chúng đi qua m àng ngDài, như vitam in B 12, nucleotit, fericrom , enterokelin

- Lipoprotein : R ất nhiểu chủng loại, chủ yếu là các lipoprotein cđ khối lượng phân

tử 7200 Chúng có vai trò liên kết giữa lớp PG bên tro n g với lớp m àng ngoài

- Lớp không gian chu ch ất : Lớp không gian chu chất không chỉ ở giữa lớp m àng ngỉài và lớp PG m ỏng ở th àn h tế bào vi khuẩn G~ m à còn cd ở giữa lớp th àn h tế bà) và lớp m àng tế bào chất của cả vi khuẩn G+ lẫn G~ Trong lớp này có nhiều loại, chàng hạn proteinaza, nucleaza, protein vận chuyển qua m àng, protein th ụ th ể (làmchS bám của thể thự c khuẩn)

29

Trong quá trỉn h nhuộm Gram tế bào trước hết được xử lí với tím tin h th ể rối với iốt Kết quả là ctí sự tạo th àn h phức chất tím tinh th ể - iổt bên tro n g tế bào Khi

vi khuẩn G” bị tẩy cổn, lipit của lớp m àng ngoài bị hòa ta n làm tá n g tính th ấ m của

m àng dản đến sự rử a trôi phức ch ất tím tin h th ể - iốt và làm cho vi khuẩn m ấ t màu Khi nhuộm bổ sung chúng sẽ b át m àu với thuốc nhuộm này (màu đỏ vàng hay đỏ tía),

ở vi khuẩn G+ cổn làm cho các lỗ trong PG co lại do đđ phức ch ất tím tin h th ể - iổt bị giữ lại tro n g tế bào

Sự hda lỏng động học này là cán th iế t cho các chức n ăng của m àng Cách sáp xếp của PL và protein như vậy gọi là mô hỉnh khảm lỏng

H ấu hết m àng tế bào ch ất của vi khuẩn (vi khuẩn th ật) khống chứa các sterol,như colesterol, do đđ không cứng như CM của các t ế bào cđ nhân th ật M icoplatm a lànhdm vi khuẩn th ậ t khống có th àn h tế bào CM của chúng cđ chứa sterol do đtí khá vững chắc

CM là hàng rào đối với đa sổ các phân tử ta n tro n g nước và cd tín h chọn lọc hơn

n h iêu 'so với th àn h tế bào Tuy vậy do CM có chứa các protein đặc biệt gọi là pecm eaza,

chúng cđ th ể vận chuyển các phân tử nhỏ vào tế bào theo cơ chế thụ động, không cấn năng lượng hoặc chủ động, cẩn n&ng lượng

CM ở vi khuẩn là vị trí làm nhiệm vụ hô hấp (tương tự như m àng trong có dạng

gấp khúc ở ti th ể của các tế bào cd n hân th ật) CM có chứa các p rotein của chuỗi hô

hấp và các enzim tổng hợp ATP (ATP synthetase) ở các vi khuẩn lưu huỳnh m àu tía

CM còn có chứa cả bộ m áy quang hợp.

ở CM ta còn gặp các enzim th am gia vào các quá trĩn h tổng hợp lipit m àng, PG,axit teicoic, LPS, và còn gặp cả các polisaccarit đơn giản

CM còn chứa các vị trí gán với nhiễm sắc^thể (NST) và plasm it, đtíng vai tr ò qu an trọng trong việc phân phổi cốc yếu tố di tru y ển vào từ n g tế bào con

ở nhiều vi khuẩn, n h ấ t là vi khuẩn G+, CM xâm nhập vào tế bào ch ất và tạo

th àn h các hệ thổng ống gọi là mezoxom Mezoxom nàm gần CM hay đâm sâu vảo trong tế bào chất Loại, thứ hai ctí lẽ gán với NST và cđ chức n ă n g n h á t đ ịn h tro n g quá trỉn h sao chép ADN và quá trìn h phân bàọ Mezọxom loại đ ẩu cđ vai tr ò n h ấ t định tro n g việc sinh penixilinaza và m ột số enzim khác

Sự gấp khúc của CM vào bên tro n g chỉ gặp ở m ột số nhdm vi khuẩn q u a n g hợp

hay các vi khuẩn cđ hoạt tín h hô hấp cao chẳng hạn như Azotobacter, vi k h u ẩn n itr a t

hda Do ctí gấp khúc m à diện tích của CM đa tă n g lên m ột cách đán g kể, th íc h ứng được với các hoạt động hô hấp và quang hợp ở các nhdm vi khuẩn này

Nhìn chung, CM cố các chức năng sau đây :

- Khống chế sự vận chuyển trao đổi ra, vào tế bào của các ch ất dinh dưỡng, các

sả phẩm trao đổi chất

- Duy trì một áp su ấ t thầm th ấu bỉnh thường bên trong tế bào

- Là nơi sinh tổng hợp các th àn h phấn của th àn h tế bào (GP, LPS, axit teicoic)

và các polime của vò nhầy

- Là nơi tiến hành các quá trin h photphoryl oxi hđa và photphoryl quang hợp

- Là nơi tổng hợp nhiéu loại enzim (/3 - galactozidaza, các enzim liên quan đến

tổig hợp th àn h tế bào, vỏ nhấy, ATP - aza), các protein của chuỗi hô hấp

- Cung cấp n ă n g lượng cho sự vận động của tiên mao (lông roi, ílagella)

1.4 Tế bào chất (cytoplasm)

Tế bào ch ất (TBC) là vùng dịch th ể ở dạng keo chứa các chất hòa ta n tro n g suốt

và các h ạt như riboxom, gổm khoảng 80% nước Trong TBC cổ protein, axit nucleic, hicratcacbon, lipit, các ion vô cơ và nhiều ch ất có khối lượng phân tử th ấp khác TBC

củ vi khuẩn không di động bên trong tế bào cũng không chứa bộ khung tế bào tức

là n ạ n g lưới các sợi giúp duy trì hình dạng của tế bào Điéu này khác hẳn với TBC

củ các tế bào nh ân thật

Riboxom nằm tự do tro n g TBC chiếm tới 70% khối lượng khô của tế bào vi khuắn Phin cò chức n à n g tổng hợp các protein tiết gán với phía trong của m àng tế bào chất Rioxom gồm 2 tiể u phấn : 50S và 30S Hai tiểu phán này kết hợp với nhau tạo th àn h mcioxom 70S s là đơn vị Svedberg, đại lượng đo tốc độ láng của các h ạt trong một huển dịch khi li tâm cao tốc Riboxom của vi khuẩn chịu tác động của nhiêu chất kh.ng sinh như streptom ixin, neomixin, tetraxiclin

Trong môi trư ờ n g giàu cacbon nhưng nghèo nitơ tế bào ch ất của nhiéu vi khuẩn thrông tích lũy các chất dự trữ Các chất này không ta n tro n g nước và trở vể áp suất than thấu

Có th ể chia các chất dự trữ th àn h các nhòm như sau :

A - Chát hữu cơ

(a) Nguổn c và năng lượng :

+ Glicogen+ PHB (poly - - hydroxybutyrate)(b) Nguồn N :

4- Xianophixin+ Phicoxianin

B - Chát vô cơ

(a) H ạ t dị nhiễm (m etachrom atic body)

(b) H ạt lưu huỳnh

Khi nuôi cấy B a cillu s m egatherium trê n mồi trư ờ ng cđ chứa axit axetic vì axit

buiric lượng PHB tích lũy tro n g tế bào cổ th ể đ ạt tới* 60% khối lượng khô Trong

n a g xác (kyste) của Azotobacter cũng cđ th ấy cổ PHB.

31

o - H

Xianophixin co' dạng hạt Đđ là m ột p ep tit phân n h án h của acginin và axit asp.-actic

(ti lệ = 1 : 1), khối lượng phân tử khoảng 25.000 - 125.000 Xianophixin của Anabiaena

cylindrica có cấu trú c như sau :

Ở m ột số vi khuân tự dưỡng hđa n âng còn thấy có tro n g tế bào chất những h ạ t

nh ư n g khững phải là ch át dự trữ Đđ là cacboxixom Chúng cd kích thước như p h ẩ n đầu của th ể thực khuẩn (khoảng lOnm) Cđ th ể th ấy dễ dàn g các h ạt này ở tế bào

các vi k h u ân Thiobacillus thioparus, Thiobacillus neapolitanus, Beggiatoa spip.,

Cacboxixom cd vai trò n h ấ t định tro n g quá trìn h cố định C 0 2 ở ọác vi khuẩn tự dưíỡng Cacboxixom chứa ADN, ribulozơ - bis - p - cacboxylaza / oxigenaza

N hữ ng loại h ạ t như vậy cùítg với cốc h ạ t chất dự trữ đểu được gọi là các t h ế ẩn nhập Thuộc vể các th ể án nhập còn có khổng bào khí, tin h th ể d iệt côn trùng Các vi khuẩn q u an g hợp thủy sinh khổng tiên m ao cd chứa các không bào khí tro n g t ế bào chất C húng được bao bọc bởi m ột lớp m àng protein dày khoảng 2 n m

K hông bào khí đđng vai trò điều tiế t tỉ trọ n g của tế bào để nổi lên đến những Itấng

nước thích hợp Thường gặp ở các chi vi khuẩn như H alobacterium , Pelodicttyon,

Rhodopseudomonas ; các chi vi khuẩn lam như Anabaena, Gloetrichia, M icrocystis, Osciltatoria

Tinh thể diệt côn trù n g có hình quả trám , cố bản chất protein và có m ật tro n g

tế bào một số vi khuẩn như Baciỉỉus thuringientis B sphaericus, B lentim orbus

1.5 T h ể n h â n ( n u c le a r body)

Thể nhân là nhân nguyên thủy chưa có m àng nhân đặc trư n g cho các cơ th ể thuộc giới Monera (hay Prokaryota) Thể nhân còn gọi là vùng nhân, th ể giống nhân Khi

nhuộm bằng thuốc thử Feulgen có thể quan sá t thấy th ể nhân có hỉnh d ạn g b ấ t định

va bát màu tím T hể nhân của vi khuẩn là một nhiễm sác th ể (NST) duy n h ấ t cấu

tạo bởi một sợi ADN xoán kép (tuy nhiên ở Streptom yces cũng gặp NST ở d ạn g thẳng)

con gán với m àng tế bào chất Như vậy là phấn lớn các tế bào của sinh vật nhân

nguyên thủy là tê bào đơn bội NST của vi khuẩn có chiễu dài thay đổi tro n g khoảng

0 2 5 -3 ,0/^m (chiểu dài ADN của vi khuẩn E.coli là khoàng l//m ) NST của vi khuẩn ciứ a 6,6-13,0 X 106 cặp bazơ nitơ NST của vi khuẩn E.coli gổm 4,6 X 106 cặp bazơ

va có khối lượng phân tử là 3 X 109 Số lượng hệ gen hay genom tro n g tế bào vi

kiu ần thay đổi tùy thuộc vào loài và điểu kiện nuôi cấy Khi nuôi cấy tĩn h tế bào

Ecoli chứa 1 - 4 genom, tế bào Azotobacter chroococcum chứa 2 0 -4 0 genom, tế bào D>sulfovibrÌồ gigas chứa 10-15 genom.

Ngoài NST, nhiều vi khuẩn còn có chứa ADN ngoài nhiễm sác th ể Đấy cũng là

m ừ ng sợi ADN kép, dạng vòng kín, cổ khả năng sao chép độc lập và gọi là plasm it

Một số xạ khuẩn, liên cẩu khuân và Nocardia opaca có chứa loại plasm it này bằng cơ

clế nào m à trá n h được sự phân giải của enzim exonucleaza

Thể nhân là cơ sở vật chất chứa đựng thông tin di truyên của vi khuẩn

1.6 Bao nhầy (capsule)

ỏ một số loài vi khuẩn bên ngoài th àn h tế bào còn cđ một lớp bao n hấy hay còn

gci là giáp mạc Đổ là một lớp vật chất dạng keo, có độ dẩy bất định.

Căn cứ vào mức độ kích thước của vỏ nhấy mà người ta chia th àn h :

- Bao nhấy mỏng (vi giáp mạc, microcapsule)

- Bao nháy (giáp mạc, capsule)

- Khối nhấy (khuẩn giao đoàn, zooglea)

Khối nhẩy thực chất là các bao nhầy liên kết lại với nhau mà tạo th àn h

Khi quan s á t dưới kính hiển vi người ta dùng phương pháp nhuộm b ằn g mực tàu

T hành phấn chù yếu của bao nhầy là polisaccarit, ngoài ra còn có polipeptit và

piDtein Bao nhấy polisaccarit chiếm tỉ lệ lớn (Streptococcus m u ta n s, Streptococcus

sdivarius, Xanthom onas, Corynebacterium ) Ngoài glucozơ tro n g bao nhầy polisaccarit

CÒI có glucozamin, ram nozơ, axit 2 keto - 3 deoxigalacturonic, axit uronic, ax it piruvic, a>it axetic

ở vi khuẩn Acetobacter xylinum bao nhấy cấu tạo bởi xenlulozơ Người ta dùng loii bao nhấy này để ăn khi nuôi cấy A xylin u m trên nước dừa Loại sàn phẩm có

hiơng vị cùi vải, cùi nhãn này có tẽn gọi là "Nato de coco”

3 'SVH

33

Bao nhấy của một số loài B acillus (như B acillus anthracis, B subtilis ) cáu tạo

bởi polipeptit, chủ yếu là axit poliglutamic

Vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides có lớp bao nháy rấ t dày, tạo th àn h khối nháy Dạng này cũng gập ở vi khuẩn Acinetobacter.

Vi khuẩn Streptococcus pneum oniae (typVI) có bao nhầy chứa hetero polisaccarit,

bao gổm các monome là glucozơ, galactozơ và ramnozơ

Bao nhẩy của Leuconostoc mesenteroides cấu tạo bởi một loại polisaccarit là d ex tran ,

một polime được sàn xuất để thay th ế tạm huyết tương khi cấp cứu người m ất m áu nhiéu Mật khác vì phá hủy đường saccarozơ để tạo ra d ex tran cho nên vi khuẩn này

cò th ể gây tác hại lớn cho các nhà máy đường nếu bị nhiễm vào các bể chứa nước

ép mía Cơ chế của quá trìn h tổng hợp dextran từ saccarozơ là như sau :

đextransucraza

n saccarozơ - ■> d ex tran + n fructozơSản phẩm dextran - Fe được dùng làm thuốc bổ máu tro n g chăn nuôi

Bao nhấy có th ể cổ các chủc nâng sau đây :

- Bảo vệ vi khuẩn trá n h bị thương tổn khi khô hạn, bảo vệ trá n h khỏi hiện tư ợ ng thực bàc (phagocytosis) của bạch cầu

- Dự trữ thức ăn, đổ phòng khi thiếu thức ân có thể sử dụng vỏ nhầy như nguổn chất dinh dưỡng

- Tích lũy m ột số sản phẩm trao đổi chất

- Nhờ bao nhấy và một số cấu tạo có liên quan m à giúp cho vi khuẩn bám được

vào bé m ặt của m ột số giá th ể v í dụ trư ờ ng hợp các vi khuẩn gây sâu răn g Strep t 0 c 0 'ccus

hợp chất polime của fructozơ, giúp cho vi khuẩn bám được trê n bể m ật của răng, lên men đường sinh axit lactic và dán dẩn làm hỏng m en râng, gây sâu răng Bao n háy tạo thành bao ở' một số loài vi khuấn thủy sinh đóng vai trò bám giữ vào các giá th ể trong nước

Ngoài Nato de coco, dextran, hiện nay người ta còn có nhiểu ứng dụng quan trọ n g khác đối với bao nhấy C hẳng hạn việc chế tạo ra sephadex để làm sác kí phân t.ấng, việc sản xuất x an tan (xanthan, X ) để làm ch ất phụ gia tro n g công nghệ dấu m õ

1.7 Tiên mao (flagella) và khuẩn mao (pilus hay íìmbria)

Tiên mao (hay lông roi) là những sợi lông dài, uốn khúc, mọc ở m ật ngoài một

số vi khuẩn và ctí tác dụng giúp các vi khuẩn này có th ể chuyển động trong môi trường lỏng Nhờ sự chuyển động của tiên mao mà có th ể giúp cho vi khuẩn di d ộ n g trong dịch lỏng với tốc độ khoảng 100/<m/s (gấp 3000 lấn chiểu dài cơ thể/phút)

Quan sá t tiên mao dễ dàng n h ất là sử dụng kính hiển vi điện tử Muốn th ấy (được dưới kính hiển vi phải xử lí tiêu bản và nhuộm theo những phương pháp nhuộm tiên mao đặc biệt Khi quan sát sự di động của vi khuẩn tro n g giọt treo (dùng loại p h iến kính đặc biệt có chỗ lõm ở giữa) ta có th ể biết được từ n g loại vi khuẩn có tiên m ao hay không ? Khi cấy trích sâu bàng que cấy đẩu nhọn trên môi trư ờ ng thạch imểm (chỉ chứa 0,4% aga - aga) cũng có thê’ xác định được khả n ăn g di động nhờ tiên mao của vi khuẩn Quan sát khuẩn lạc của vi khuẩn mọc trên môi trư ờ ng đặc cũng cd) th ể phán đoán được vể khả năn g sinh tiên mao của chúng Nếu khuẩn lạc mỏng, lan nhianh, mép không đéu, hình không trò n th ì chứng tỏ đó là loại vi khuẩn cổ tiên m ao v à có

khả náng di động Ngược lại nếu khuấn lạc rấ t tròn, mép phảng, khá dấy thỉ thường

là khuẩn lạc của các vi khuẩn không có tiên mao và không di động

Tiên mao của vi khuẩn gổm các phấn chủ yếu sau đây (lấy ví dụ ở vi khuẩn G~) :

T hể gốc : gổm m ột trụ nhỏ được gắn với 4 đĩa tròn có dạng vòng, kí hiệu là L

p, s và M Vòng L nàm ở ngoài cùng, tương ứng với lớp LPS của m àng ngoài Vòng

p tiếp theo về phía trong, tương ứng với lớp PG Vòng s ở sâu hơn, tương ứng với lớp không gian chu chất 0 vi khuẩn G+ chỉ thấy có 2 vòng gọi là vòng protein ngoài (nằm ở vị trí thành tế bào) và vòng protein trong (nằm ở vị trí m àng tế bào chất) Trụ nhỏ (rod) xuyên chính giữa các vòng Giữa vòng p và L còn có ổng hình trụ nối

2 vòng với nhau Bao bọc bên ngoài tiên mao ở phấn phía ngoài lớp LPS là một baohình mác (hook) Sợi tiên mao (íìlam ent) có chiểu dài khoảng lO-^O^m và có đườngkính khoảng 13,5nm (đường kính ngoài của bao hình móc ià 17nm) Khoảng cách giữa vòng s và vòng M là 3nm, giữa vòng p và vòng L là 9nm, giữa vòng p và vòng s là 12nm Đường kính của các vòng là 22,5nm Đường kính trụ nhỏ là 7nm Đường kính

lỗ ở các vòng là lOnm Khoảng cách từ m ặt ngoài của vòng L đến m ật tro n g của vòng

M là 27nm

Tiên mao hoạt động theo cách quay như kiểu vặn n ú t chai Nhờ các phản ứng hóa học mà các vòng của th ể gốc có th ể làm quay tiên mao Bao hỉnh móc giữ cho sợi tiên mao quay đều đ ận quanh một trụ c dọc

Sợi tiên mao cấu tạo bởi các phân tử của một loại protein đặc biệt gọi là Aagellin Các protein này được tổng hợp tro n g tế bào chất, sau đó chuyển qua trụ nhỏ (rỗng)

+ Chi có 1 sợi : ví dụ ở Spirochaeta m orsusm aris

+ Có 1 chùm : ví dụ ở S p irillu m rubrum, S p irillu m serpens.

tì Mọc khắp x u n g quanh bề m ặt tế bào (peritrichous, chu mao) : Ví dụ ở các chi Salmonella, Proteus, Escherichia, Shigella, Bacillus, C lostridium

c Mọc từ giữa tế bào : v í dụ à Selenomonas rum inantium

Xoắn thê’ (Spirochaeta) có dạng tiên mao đặc biệt gọi là tiên mao chu chất, xuất ohát từ cực tế bào và quấn quanh cơ th ể, phía dưới m àng ngoài của th àn h tế bào Tiên mao chu chất còn được gọi là sợi trục Chúng sẽ giúp cho xoắn th ể chuyển động iược nhờ sự uốn vận tế bào theo kiểu vặn n ú t chai

Vi khuẩn di động tro n g môi trư ờng lỏng theo kiểu nào phụ thuộc vào nhiễu lí do thác nhau N hiễu khi hoàn toàn là ngẫu nhiên Cũng không ít trư ờng hợp là do tìm ỉến hoặc trán h khỏi m ột yếu tố nào đó Ví dụ tìm đến nguổn thức ăn, tỉm tới chỗ có inh sáng, tìm đến chỗ ấm áp, trán h chỗ có axit, trán h chỗ nóng, trá n h chỗ có hóa

35

chất độc hại Nếu vi khuẩn tìm đến hoặc trán h khỏi một tác nhân hổa học th ỉ hiện tượng đó được gọi là hổa hướng động Hóa chất có tính dẫn dụ vi khuẩn được gọi là chất dản dụ còn hđa chất gây ra hóa hướng động âm được gọi là ch ất xua đuổi Cùng

một chất có khi ở nỗng độ th ấp là ch ất dản dụ nhưng ở nổRg độ cao lại là c h ất xuađuổi Đưa một ống thủy tinh cò chứa chất dẫn dụ hay chất xua đuổi vào m ộ t môi trường dịch th ể cổ chứa vi khuẩn Sau m ột thời gian rú t ra và tiến hành ph ân tích

số lượng vi khuẩn trong ống thủy tinh ta có th ể xác định được hòa ch ất cổ chứa trong

ống là chất dẫn dụ hay chất xua đuổi Người ta đã tỉm thấy những protein truyểncảm ở vi khuẩn Đổ là những protein hđa hướng động tiếp nhận m etyl (MCPS, m ethyl

- accepting chem otaxis proteins) hay còn gọi là những ch ất tru y ền cảm N hữ ng chấttruyền cảm này sẽ dản đến những quá trìn h hóa học làm tiên mao chuyển động mộtcách định hướng tùy thuộc vào hóa hướng động dương tính hoậc âm tính

Sự sắp xếp của tiên mao có liên quan đến kiểu di động của vi khuẩn T iên mao

ở cực giúp vi khuẩn di động theo kiểu tiến lùi Chúng đảo ngược hướng b ằ n g cáchđảo ngược hướng quay của tiên mao Vi khuẩn chu mao chuyển động tới hướng nào thì các tiên mao lại hoat động ở hướng ngược lại Khi bổ tiên mao tả n ra vi khuẩn không bơi vổ một phía m à nhào lộn theo các hướng lung tung 4

Tiên mao thường gặp ở các chi vi khuẩn như Vibrio, S p irillu m , P seudom onas,

Escherichia, Shigella, Salm onella, Proteus ở C lostridium , Bacterium , B acillus cố

loại có tiên mao cổ loại không, ỏ cầu khuẩn chỉ có một chi (chi Planococcus) có khả

năng di động nhờ tiên mao

Nđi chung tốc độ di động của vi khuẩn cd tiên mao là khoảng 2 0 -8 0 //m/giây, nghĩa

là có th ể gấp 20-30 lấn so với chiéu dài của cơ th ể chúng

Khuẩn mao (pilus hoặc Hmbria) cd khi còn gọi là nhung mao C húng rấ t ngắn, rấ t nhò (đường kính 7-9nm ), rỗng giữa (đường kính trong 2 -2 ,5nm ), số lượng r ẩ t nhiều

(250-300 sợi/tế bào), cđ bản chất protein Vi khuẩn G" thường có khuần mao K ết cấu

cùa chúng giản đơn hơn so với của tiên mao Chức năng của khuẩn mao là giúp vi khuẩn bám giữ vào giá th ể (m àng nhấy của đường hô hấp, đường tiêu hóa, đường tiế t niệu - sinh dục của người và động vật) R ất nhiễu vi khuẩn G có khuẩn mao là các

vi khuẩn gây bệnh (chẳng hạn vi khuẩn gây bệnh lậu N eisseria gonorrhoeae).

Có một loại khuẩn mao đặc biệt gọi là khuẩn mao giới tín h (sex pilus, F - pilus,

sex ĩimbria) Nổ giống khuẩn mao nhưng dài hơn nhiều Mỗi vi khuần có th ể có 1

-4 khuẩn mao giới tính Công dụng của chúng là làm cấu nối giữa 2 tế bào khác giới tính và qua cẩu nối này những đoạn ADN từ tế bào này được chuyển san g t ế bào khác Khuẩn mao giới tính còn là thụ th ể để cho các th ể thực khuần ARN h ấp phụ.Dưới đây là một số tín h chất so sánh giữa tiên mao và khuẩn mao :

T ế bào ch ất

Một số vi khuẩn vào cuối thời kl sinh trưởng phát triể n sẽ sinh ra bên trong tếDào một thể nghi có dạng hình cấu hay hỉnh bầu dục được gọi là bào tử hay nội bào

ử Vì mỗi tế bào chỉ sinh ra có 1 bào tử cho nên đây không phải là loại bào tử có 'hức năng sinh sôi nảy nở như ở nấm

Bào tử có tính kháng nhiệt, kháng bức xạ, kháng hóa chất, kháng áp su ất thẩm

-.hấu Chảng hạn bào tử của vi khuẩn gây bệnh ngộ độc th ịt C lostridium botulinum

iun sôi 100°c trong 5,0 - 9,5 giờ mới chết, phải ở 121°c mới chết được sau 10 phút

Fế bào dinh dưỡng của vi khuẩn C lostridium therm osaccharolytium ở 5 0 °c cũng chết

•ất nhanh, nhưng bào tử của chúng có th ể chịu được nhiệt độ rấ t cao, đưa lên đến

L32°c trong 4,4 p h ú t m à mới chỉ giết được khoảng 90% tế bào N ăng lực đẽ kháng'ới bức xạ tử ngoại của bào tử thường gấp đôi của tế bào dinh dưỡng N àng lực đe

cháng với tia phóng xạ của bào tử B acillus m egaterium gấp 36 lẩn so với của tế bào dinh dưỡng vi khuẩn E.coli.

Trong thời kì nghi không thấy bào tử vi khuẩn th ể hiện bất kl một hoạt lực trao dổi ch ất nào cà Người ta gọi đó là trạ n g thái sổng ẩn (cryptobiosis) Bào tử có th ểfiữ sức sống từ vài nâm đến vài chục nâm Đã có những chứng cứ vể việc duy tri

lức sống 200-300 nâm củ a bào tử vi khuẩn B acillus subtilis Trong đ ất đá trá m tích

dưới đáy các hổ sâu có những bào tử vi khuẩn duy trì được sức sống tới -500-1000 lăm Dã có những th ông báo tìm được những bào tử tro n g các tiêu bản khảo cổ cách iây 3000 năm mà vân duy trì được sức sống

• Chỉ có m ột số chi vi khuẩn có nàng lực sản sinh bào tử : B acillus, C lostridium ,

Sporosarcina (G+) và D esuựotom aculum (G~) B acillus và C lostridium đẽu có hỉnh que

ìhưng khác nhau ở chỗ loại trước sống hiếu khí và khi sinh bào tử không biến dạng lình thái tế bào, loại sau sống kị khí và khi sinh bào tử biến tế bào th àn h hình thoi,

lỉnh đinh ghim Sporosarcina có hỉnh khối gốm 8 cấu khuẩn D esuựotom aculum là

'i khuẩn khử lưu huỳnh ctí hình que cong, đứng riêng rẽ hay xếp th àn h chuỗi

0 vi khuẩn sinh bào tử thì nang bào là vỏ tế bào mẹ Màng ngoài nàm ở ngoài

(ùng, đó là các phấn còn sót lại của tế bào mẹ, khi có khi không, khi dày, khi xốp,chiếm khoảng 2-10% khối lượng khô của bào tử Màng ngoài gòm có 2 lớp, lớp ngoài

cẩy 6nm, lớp trong dẩy 19nm T hành phấn chủ yếu là lipoprotein, cũng có chứa một

ltợng nhỏ a x it amin, ctí tín h thẩm th ấu kém Đã có tài liệu phân tích thẵy m àng ngoài

chứa 52% protein, 20% h id rat cacbon, 12,5% lipit ; 5,5% photphat và 3,8% ch ất khoáng,

(ó thể thấy rõ m àng ngoài khi quan sát bào tử của vi khuẩn B acillus cereus.

Lớp áo bào tử (spore coat) nằm dưới m àng ngoài dấy khoảng 3nm, cấu tạo bởi

í - 15 lớp, chủ yếu là protein sừng (chiếm 50-80% protein tổng sổ của bào tử) và một

í photpholipoprotein Áo bào tử có sức để kháng rá t cao với lizozim, proteinaza, các

(hất hoạt động bể m ật, có tính thẩm thấu kém đối với các cation

Dưới áo bào tử là lớp vỏ bào tử vỏ bào tử chiếm th ể tích rẵ t lớn (36-60% ) trong

lào tử Vỏ bào tử chứa m ột lượng lốn peptidoglican đặc biệt, ít liên kết chéo, ngoài

n còn có 7-10% (tính theo khối lượng khô của bào tử) chãt dipicolinat canxi (DPA - Ca),

kiông chứa axit teicoic Áp su ất thẩm tháu của lớp vỏ bào tử cao tới 20atm , lượngCiứa nước là 70% (lượng chứa nước của tế bào dinh dưỡng là 80%), cao hơn nhiêu so

\ới lượng chứa nước bình quân tro n g bào tử (khoảng 40%)

Dưới lớp vỏ bào tử là lõi bào tử còn gọi là th ể ch át nguyên sinh của bào tử Lõitíu tạo bởi 4 th àn h phấn : thành bào tử, m àng bào tử, bào tử ch ất và vùng nhân

1.8 Bào tử (spore, endospore)

Lượng chứa nước trong lõi rấ t thẩp Ngoài việc không thấy ctí axit teicoic n h ư n g lại

có DPA - Ca trong bào tử chất, còn thì các th àn h phần khác của lõi bào tử cũng tương tự như ở các tế bào bình thường của vi khuẩn

Quá trìn h hỉnh th àn h bào tử : Các tế bào sinh bào tử khi gập điéu kiện thiếuthức ăn hoặc có tích lũy các sản phẩm trao đổi ch ất cd hại sẽ bát đẩu thực h iẽ n quátrin h hỉnh th àn h bào tử Vé m ặt hình thái cố th ể chia quá trìn h hình th àn h lbào tử

ra thành các giai đoạn :

- Hình thành những búi chất nhiễm sác

- Tế bào bát đẩu phân cát không đối xứng, tạo ra một vùng nhỏ gọi là ttén b à o tử

- Tiển bào tử hình th àn h 2 lớp màng, tân g cao tín h kháng bức xạ

- Lớp vỏ sơ khai hlnh th àn h giữa 2 lớp m àng của bào tử sau khi đã tích lũy n hiêu

PG và tổng hợp DPA, tích lũy canxi Tính chiết quang tăn g cao

- Kết thúc việc hình th àn h áo bào tử

- Kết thúc việc hình th àn h vỏ bào tử Bào tử bắt đẩu th àn h thục, bát đầu có ttínhkháng nhiệt

- Bào nang vỡ ra, bào tử th o át ra ngoài

Sự nảy mấm của bào tử : Quá trìn h chuyển từ bào tử ở trạ n g thái nghi siang tế bào sinh' dưỡng của vi khuẩn được gọi là quá trìn h nảy m ẩm của bào tử Q u á tirìnhnày gồm 3 giai đoạn : hoạt hda, nảy m ẩm và sinh trưởng

- Hoạt hóa : Có th ể hoạt hóa bằng cách nâng n h iệt trong thời gian ngán, h.ạ th ấ p

pH, xử lí bằng htía ch ẫt khử C hảng hạn sau khi cho bào tử của B acilus su b tiiis tổn

tại ở trạn g thái nghỉ 7 ngày ta xử lí ở 6 0°c tro n g 5 p h ú t có th ể làm xúc tiến s ự nảy

m ẩm Cũng ctí khi phải hoạt hda bằng cách xử lí ở 100°c tro n g 10 phút Sau khii xử

lí chuyển bào tử vào môi trư ờng nuôi cấy thích hợp sẽ thực hiện được m ục đí<ch của hoạt hđa Có một số hđa chất đặc biệt ctí th ể xúc tiến quá trin h này m ấm của lbào> tử

Các chất này được gọi là thuổc nảy mám Thuộc vé loại này có th ể kể đến L - .ala:nin,

Mn2+, chất hoạt động bé m ặt, glucozơ Cũng ctí những chất lại có tác dụng 'ức chế quá trin h nảy m ẩm (ví dụ như D - alanin, n a tri bicacbonat )

- N ảy m àm : P rotein cđ chứa nhiều xixteiA tro n g áo bào tử hda xốp lên làun chotăn g tính thấm , xúc tiến sự hoạt động của enzim proteinaza Khi đd lượng pro>tein trong bào tử áo giảm xuống Các cation bên ngoài cd th ể xâm nhập vào lớp -vỏ bào

tử và làm trương lớp vỏ lên, sau đđ làm ta n ra và tiêu thoái đi Khi đtí nưiớc bên ngoài sẽ xâm nhập vào lớp lõi bào tử, làm cho lõi trư ơ ng to lên, các loại enziim bát đẩu được hoạt hđa lên, b át đấu quá trỉn h tổng hợp th àn h tế bào Trong quá trìm h nảy

m ầm các đặc tính chịu nhiệt, chiết quang cao bát đấu giảm dấn, lượng BPA - Ca, axit am in, polipeptit dẩn dán m ất đi, bắt đầu xảy ra việc tổ n g hợp ADN, A31NI và protein trong lõi bào tử Bào tử chuyển sang th àn h tế bào dinh dưỡng Khi n ả y miẩm,bào tử m ầm cd th ể đâm ra theo phía cực hoặc đâm ngang ra Lúc đđ th àn h tế bào

còn r ấ t m ỏng và chưa hoàn chỉnh do đó nâng cao khả năn g tiếp nhận thênn ADN

ngoại lai để thực hiện quá trỊnh biến nạp

Về cơ chế kháng n h iệt của bào tử chưa cd những giải thích th ậ t đẩy đủ N h ữ n g kết quả nghiên cứu gấn đây của lí thuyết điéu tiế t th ẩm th ấu và trư ơ n g vỏ (osmoregiulaitory expanded cortex theory) cho thấy do ctí sự chênh lệch cao vé các cation và tín h tlhấm nước giữa lớp áo và lớp vỏ của bào tử làm cho lớp vỏ cđ áp su ấ t thẩm th áu cao, h ú t hết nước của lõi bào tử Kết quả là lớp vỏ th ì trư ơ ng to lên còn các ch ất sốnịg a lõi