VSDC chuong 1 cau tao VK

Bài giảng Vi Sinh Đại Cương Chương 1: Cấu tạo Vi Khuẩn. Bài giảng vi sinh đại cương chính xác nhất. Bài giảng vi sinh đại cương chính xác nhất. Bài giảng vi sinh đại cương chính xác nhất. Bài giảng vi sinh đại cương chính xác nhất. Bài giảng vi sinh đại cương chính xác nhất

Vi sinh học Đại cương

Introduction to Microbiology

Hồ Thị Kim Hoa Khoa Chăn nuôi – Thú y Đại học Nông Lâm Tp HCM Email: hoa.hothikim@hcmuaf.edu.vn

1

Vi sinh Đại cương

Co Sơ lược lịch sử phát triển ngành Vi sinh vật học (3 t)

C1 Cấu tạo vi khuẩn (3 t)

C2 Dinh dưỡng và phát triển (3 t)

C3 Định danh & phân loại vi khuẩn (3 t)

Vi sinh Đại cương – Kiểm tra và Thi

- Thực hành:

Bắt buộc; sinh viên không đạt kết quả kiểm tra TH không đủ điều kiện thi hết môn.

- Hai lần kiểm tra/thi:

Kiểm tra giữa kỳ sau khi học hết chương 4.

Câu hỏi ngắn, viết tên vi khuẩn theo mô tả (4 câu, 2 đ)

Thực hành

- Sinh viên đăng ký nhóm thực hành (khi được giáo viên thông báo)

- Sinh viên phải tham gia đầy đủ các buổi thực hành

- Cuối kỳ thực hành, sinh viên thực hiện một bài kiểm tra

- Sinh viên không được dự thi lý thuyết khi:

vắng ít nhất 1 buổi thực hành; hoặckhông đạt yêu cầu bài kiểm tra thực hành

- Sinh viên học lại môn để cải thiện điểm, không muốn thực hành,

phải xin phòng ĐT bảng điểm học kỳ có môn học,

và đưa cô Hoa bảng điểm này trước khi phần lý thuyết kết thúc

4

3

Sơ lược lịch sử ngành Vi sinh vật học

5

- Vi sinh vật học (Microbiogy): Môn học/khoa học về vi sinh vật

- Vi sinh vật:

• Sinh vật có kích thước vi thể: vi khuẩn (bacteria), vi nấm (fungi)

Đơn bào: vi khuẩn, nấm men

Đa bào: nấm mốc

• Virus, prion, viroid (acellular):

có kích thước vi thể, nhưng không là sinh vật

6

5

7 clipartkid.com/bacteria

• Vi khuẩn: đơn bào, phát triển, sinh trưởng độc lập (từng tế bào)

• Động vật - thực vật:

- mỗi tế bào không thể tồn tại độc lập trong tự nhiên;

- tạo thành các mô có chức năng chuyên biệt;

- phối hợp/phụ thuộc nhau trong một cá thể sinh vật

 Vi sinh vật học: xoay quanh 2 vấn đề chính:

- hiểu thế giới vi sinh vật sống;

- dùng những hiểu biết này để đem lại lợi ích cho con người & trái đất:

• là đơn vị cơ bản để nghiên cứu tế bào sống;

• có vai trò quan trọng trong: y học, thú ý, nông nghiệp, công nghiệp

8

7

Lịch sử

- 1664, Robert Hooke (Anh)

nhà triết học tự nhiên, toán họclần đầu tiên mô tả hình dáng các sợi vi nấm

9

- 1684, Anton van Leeuwenhoek (Hà Lan)

lần đầu tiên quan sát & mô tả hình dáng vi khuẩn

bằng kính hiển vi do ông tự sáng chế

Leeuwenhoek’s drawings of bacteria, published in 1684.

(Madigan et al., 1997; p 21)

A replica of Leeuwenhoek’s microscope (Madigan et al., 1997; p 21)

Leeuwenhoek’s microscope

(Davidson & The Florida State University)

10

9

- Louis Pasteur (Pháp) cho rằng vsv làm hư

thực phẩm có nguồn gốc từ không khí

1880 – 1890: vaccine nhiệt thán, fowl

cholera, dại

Thí nghiệm của Pasteur với bình cổ cong

(nay được gọi là bình “Pasteur).

Vsv phát triển trong chất lỏng

Bụi và vsv bị giữ lại

ở khúc uốn cong

(b) Dung dịch được

để nguội từ từ

Dung dịch vẫn tiệt trùng trong nhiều năm

Miệng bình được để mở

- Robert Koch (Đức) & Koch’s postulates (Định đề Koch, 1884):

Ứng dụng trong việc mô tả nguyên nhân gây bệnh dịch tả & lao

1 Vsv gây bệnh luôn hiện diện trong cơ thể động vật mắc bệnh,

không hiện diện trong động vật khỏe mạnh (mang trùng/carriers?)

2 Vsv gây bệnh này phải được phân lập trong môi trường ngoài cơ thể

3 Khi gây nhiễm mẫu vsv phân lập trên động vật nhạy cảm, chúng phải gây

bệnh với các triệu chứng đặc trưng của bệnh

4 Từ động vật mắc bệnh thứ hai này, vsv ban đầu vẫn được phân lập lại

trong phòng thí nghiệm

- Dựa vào thuyết Koch, các nhà khoa học

• đã phát hiện ra nhiều vsv gây bệnh quan trọng trên người và động vật;

• phát triển thành công các pp phòng và trị nhiều bệnh truyền nhiễm

13

14

Figure 1.20 Koch’s postulates for proving cause and effect in infectious diseases

(Brock Biology of Microorganisms, 15 th Ed).

13

Môi trường nuôi cấy phân lập vi sinh vật thuần (pure culture)

- Robert Koch (Giải Nobel Y học, 1905 cho n/c bệnh lao)

Lần đầu tiên nuôi cấy vsv trên các lát cắt khoai tây

Sau đó, phát triển môi trường đặc dinh dưỡng gelatin,

nuôi cấy vi khuẩn gây bệnh: các miếng gelatin, đậy bằng cốc thủy tinh

tuy nhiên, gelatin không đông đặc ở 37 oC, trong khi 37 oC là nhiệt độ tối

ưu cho hầu hết vsv gây bệnh trên người & động vật

- Dr Walter Hesse (và vợ, Angelina Hesse) – đồng sự với Koch:

Dùng thạch (agar) làm môi trường nuôi cấy phân lập vsv

- Dr Richard Petri (Đức), 1887 mô tả cải tiến pp Kock  đĩa Petri

15

Royal Society of Chemistry, www.rsc.org

http://web.med.unsw.edu.au/cdstest 16

Petri dish 15

Một số cột mốc trong nghiên cứu vi sinh vật học

- 1684 Anton van Leeuwenhoek Phát hiện vi khuẩn

- 1798 Edward Jenner Vaccine đậu mùa (smallpox)

- 1864 Louis Pasteur Xác định sự vấy nhiễm vsv trong thực phẩm

- 1867 Robert Lister Nguyên lý sát trùng trong phẩu thuật

- 1880’s Robert Koch Nuôi cấy gốc vsv thuần; Định đề Koch

- 1884 Hans Christian Gram PP nhuộm Gram

- 1889 Martinus Beijerinck Khái niệm virus

- 1908 Paul Ehrlich K/niệm về hóa trị liệu (đặt nền tảng cho ngành dược)

- 1915 Frederick Twort Phát hiện virus “giết” vi khuẩn (bactereriophage)

- 1928 Frederick Griffith Phát hiện transformation ở pneumococci

- 1929 Alexander Flemming Phát hiện penicillin

- 1931 Ernest William Goodpasture Nuôi cấy virus cím & 1 số virus khác trên phôi gà

- 1953 James Watson & Francis Crick Cấu trúc DNA

- 1977 Sanger, Niklen, Coullson DNA sequencing

- 1982 Stanley Prusiner Công bố phân lập được prion.

- 1983 Luc Montagnier Phát hiện HIV, virus gây bệnh AIDS

of death in 1900.

Today, infectious diseases account for relatively few deaths.

18

17

The impact of microorganisms on humans

 Gây hư hỏng thực phẩm (vi khuẩn & nấm)

Penicillium mold on mandarin oranges

https://en.wikipedia.org/wiki/Penicillium

Moldy bread

www.wisegeek.org Leftover soup gone bad.

19

The impact of microorganisms on humans

 Vi sinh vật thực phẩm (vi khuẩn & nấm)

 Microbial fermentation  yogurt, cheese, sausages, pickles, …

 Yeast fermentative to produce alcoholic beverage: wine, beer, …

20

19

The impact of microorganisms on humans

 Tái chế dưỡng chất trong đất (vi khuẩn & nấm)

Vd., vi khuẩn cố định đạm

Root nodules on this soybean plant contain bacteria that x molecular N2

for use by the plant (the process of nitrogen fixation)

21

The impact of microorganisms on humans

 Vi sinh vật đường ruột

The gut microbiota:

- protection against bad organisms;

- increasing the host immunity;

- trophic effects on ileal & colonic epithelium;

- production of Vit K, B groups

Microorganisms in the rumen of the cow convert cellulose from grass into fatty acids that are

key energy sources to the ruminants (Madigan et al., 2012). 22

21

The impact of microorganisms on humans

 Xử lý chất thải

- Phân hủy các chất hữu cơ trong đất, trong nước  làm sạch môi trường

- Xử lý nước thải

- Biogas

- Composting (ủ phân nhiệt sinh học)

Khí sinh học được truyền ống từ hầm chứa vào nhà để nấu bếp tại nhà một nông dân ở Huế.

Photo courtesy of biogas.org.vn

The impact of microorganisms on humans

 Sản xuất năng lượng “xanh”

- VK lên men carbohydrate (đường) sinh ethanol;

- Sinh khí methane (biogas)

100% biogas-fuelled public transport in

Linköping, Sweden.

(Natalie Mayer, https://sustainabilitywriter.wordpress.com/

An ethanol plant in the U.S Sugars (from corn

or other crops) are fermented to ethanol for

use as a motor fuel extender (Madigan et al., 2012)

24

23

Chương 1.Cấu tạo vi khuẩn

Bacterial Structure

Vi sinh đại cương

Introduction to Microbiology

25

The phylogenetic tree is based on rRNA data (Woese et al., 1990)

Prokaryotes and Eukaryotes

Phylogenetic Tree of Life - Three-domain system

Cây di truyền – Hệ thống “three domains”

26

25

Eubacteria Archaea Eukaryotes

So sánh một số tính chất giữa Bacteria, Archaea, & Eukaryotes

27

Prokaryotes: sinh vật nhân sơ (nhân nguyên thủy)

Eukaryotes: sinh vật nhân thực

http://pathmicro.med.sc.edu/mhunt/vir-size.jpg Microbiology and ImmuKhônglogy Online University of South Carolina School of Medicine http://www.tokresource.org/tok_classes/biobiobi

27

Hình dạng tế bào (cell morphology)

- Các hình dạng cơ bản:

Trực khuẩn (bacillus/bacilli)

- Đặc trưng cho giống

Có thể thay đổi theo môi trường & điều kiện nuôi cấy

- Hình dạng tế bào (kính hiển vi) & hình dạng khuẩn lạc (trên thạch)

các tính chất được quan sát đầu tiên trong định danh vi khuẩn.

29

- Một số cầu khuẩn có các tế bào khôngtách rời, dính với nhau tạo thành cácsắp xếp đặc biệt

 có thể dùng để nhận dạng sơ khởi

 Mặt phẳng phân bào:

- Streptococci (liên cầu khuẩn):

Phân bào theo 1 mặt phẳng cố định các tế bào dính nhau, tạo chuỗi

- Staphylococci (tụ cầu khuẩn):

Mặt phẳng phân bào ngẫu nhiên

các tế bào dính nhau thành chùm

Sự sắp xếp tế bào các cầu khuẩn

Mặt phẳng phân bào(Plane of division)

29

Sự sắp xếp tế bào các cầu khuẩn

Phân bào theo một mặt phẳng

Phân bào theo một mặt phẳng

Phân bào theo hai mặt phẳng

4 tế bào dính nhau

Midlands Technical College

Sự sắp xếp tế bào các cầu khuẩn

Phân bào theo 3 mặt phẳng

Hình dạng tế bào vi khuẩn

StreptobacilliCác trực khuẩn dính nhau tạo chuỗi

Trực khuẩn(bacillus, bacilli; rods)

Midlands Technical College http://classes.midlandstech.edu/ 33

Hình dạng tế bào vi khuẩn

Vibrio (phẩy khuẩn)Trực khuẩn, cong như dấu phẩy

Cầu trực khuẩn(coccobacillus, coccobacilli)

Midlands Technical College http://classes.midlandstech.edu/ 3433

Hình dạng tế bào vi khuẩn

Xoắn khuẩn – spirochete

Tế bào dài, mảnh, xoắn, di chuyển bằngflagella nằm dọc trục tế bào

Xoắn khuẩn – spirillum

Midlands Technical College http://classes.midlandstech.edu/ 35

 Các protein xác định hình dạng tế bào VK

- Protein MreB có ở hầu hết vi khuẩn

- Là “khung xương tế bào” đơn giản

- Tạo khung xoắn xung quanh bên trong tế

bào, ngay bên dưới màng tế bào chất

- Cầu khuẩn không có gene mã hóa MreB;

Đột biến gene mã hóa MreB

trực khuẩn có hình cầu

- VK Caulobacter crescentus, dạng dấu phẩy,

protein định dạng crescentin nằm dọc mặt

tế bào Caulobacter crescentus.

Madigan et al., 2012; p 120 36

MreB

35

Cấu trúc chung của các tế bào trong tất cả sinh vật

- DNA trong nhân (nucleus) hay nucleoid;

- Plasma membrane (màng nguyên sinh );

- Cytoplasm (tế bào chất )

- Cytosol (chất nguyên sinh) là chất nền của tế bào chất.

- Ribosome.

Ở eukaryote, trong tế bào chất có chứa các bào quan (organelle) có màng bao quanh.

Midlands Technical College http://classes.midlandstech.edu/

Copyright © 2010 Pearson Education Inc

Không phải tất cả các vi khuẩn đều

“Vỏ” tế bào vi khuẩn - The cell envelope

- Bảo vệ tế bào khỏi ảnh hưởng của các tác động bất lợi từ môi trường

Không bị phá hủy (lysis, bursting)

do thay đổi áp suất thẩm thấu (osmotic pressure)

- Gắn các cấu trúc phụ (pili/fimbriae, flagellum/flagella)

- Có tính thấm không chọn lọc (non-selectively permeable)

Cấu trúc:

- Thành tế bào VK có peptidoglycan – một polymer chỉ có ở prokaryote

40

39

Peptidoglycan - Chỉ có ở prokaryotes.

- Tạo tính cứng của thành tế bào;

- Tạo hình dạng đặc trưng của tế bào

 Kháng sinh nhóm β-lactam

gắn vào DD-transpeptidase(penicillin-binding protein, PBP)

 ức chế phản ứng tạo cầu nối giữa các chuỗi peptidoglycan

 thành tế bào yếu đi, dễ bị phá hủy

 Lysozyme thủy phân nối 1,4-β-linkages giữa NAM & NAG

41

NAG: poly-N-acetylglucosamine

NAM: N-acetylmuramic acid

2 chuỗi tetra-peptide kết nối bằng cầu nối peptide

42

By Mcstrother - Own work, CC BY 3.0,

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14510741

No more peptide bridges are made.

Penicillin and most other β-lactam antibiotics

DD-transpeptidase 41

Câu hỏi:

β-lactam, lysozyme có tác động tế bào động vật & người?

Vi khuẩn Gram dương & vi khuẩn Gram âm

Thành tế bào vk Gram dương

• Lớp PG rất dày (90%);

• teichoic & lipoteichoic acid

Peptidoglycan (PG) Màng tế bào chất

Thành tế bào vk Gram âm

• Lớp PG mỏng (15-20%);

• Màng ngoài (outer membrane)chứa

lipopolysaccharides & lipoproteins.

Có 2 loại cấu trúc thành vi khuẩn.

 Hans Christian Gram (Đan Mạch) – phát minh pp nhuộm phân biệt.

 Vi khuẩn Gram dương & vi khuẩn Gram âm.

Peptidoglycan Màng tế bào chất Màng ngoài

45 Porin

The Gram-negative cell wall

(Brock’s Biology of Microorganisms, 14 th Ed., 2015)

Vi khuẩn Gram âm

Lipopolysaccharides (LPS):

• Kháng nguyên O

(O polysaccharide)

• Core (oligosaccharide):

cấu trúc bảo tồn chung.

• Lipid A: endotoxin – nội độc tố.

LPS là một “endotoxin”:

- Vi khuẩn chết  tế bào bị phân hủy  giải phóng LPS  vào máu

- Kích thích tế bào bạch cầu tiết các pro-inflammatory cytokine, NO

 P ứng mảnh liệt của miễn dịch không đặc hiệu (để loại vsv gây hại):

• Gây sốt, có thể tiêu chảy, ói mữa

• Kích hoạt bạch cầu đơn nhân (p/ứng viêm),

• tác động tế bào nội mô mạch máu

tổn thương thành mạch

giãn mạch  hạ huyết áp, trụy tim mạch,

• Tổn thương nhiều cơ quan (phổi, gan, thận, não)

 mức độ LPS cao  gây chết (shock nội độc tố).

47

Vi khuẩn Gram âm

Màng ngoài của VK Gram âm

• cho đi qua các phân tử nhỏ;

• ngăn không cho protein và các chất có phân tử lớn đi qua

- Porin:

• Protein màng ngoài;

• “kênh” (channel) vận chuyển các chất qua màng (ra/vào);

• Porin không đặc hiệu: chứa nước, cho các chất có phân tử nhỏ đi qua;

• Porin đặc hiệu: có vị trí gắn đặc hiệu (specific binding site)

cho các chất khác nhau ( chọn lựa)

48

Vi khuẩn Gram âm 47

 Kháng sinh phổ rộng, kháng sinh phổ hẹp

Vi khuẩn Gram dương & Gram âm có cấu trúc thành tế bào khác nhau

 Tính nhạy cảm với kháng sinh khác nhau Ví dụ:

- Kháng sinh kháng vk Gram dương

Vd., penicillin G (ức chế tổng hợp các nối giữa các chuỗi peptidoglycan)

- Kháng sinh kháng vi khuẩn Gram âm

colistin (làm tan màng ngoài & màng tế bào);

polymycin B gắn với lipid A của LPS

- Kháng sinh phổ rộng

Ví dụ,

Ức chế tổng hợp protein (vd, oxytetracycline, streptomycin; );

Ức chế tổng hợp DNA, ức chế phân bào (ciprofloxacine)

49

Nhuộm Gram (Gram staining)

• Nhuộm phân biệt vi khuẩn Gram dương với vi khuẩn Gram âm

Dựa vào cấu trúc thành tế bào khác nhau

- Gram dương – tế bào vk bắt màu tím (purple)

- Gram-negative – tế bào vk bắt màu hồng

Bước kiểm tra đầu tiên trong định danh & phân loại vi khuẩn;

hỗ trợ chẩn đoán & điều trị (kháng sinh)

50

49

Nguyên lý nhuộm Gram (PP nhuộm đặt theo tên nhà vi khuẩn học Hans Christian Gram)

Cơ chế phản ứng:

- Vi khuẩn Gram dương: thành tế bào chứa lớp peptidoglycan (PG) dày

 giữ màu nhuộm ban đầu (crystal violet, CV).

- Vi khuẩn Gram âm: lớp PG mỏng, không giữ được CV

 nhuộm màu hồng của thuốc nhuộm thứ hai (safranin hay carboyl fuchsin).

4 bước cơ bản của pp nhuộm Gram:

- Nhuộm với crystal violet, thành tế bào bắt màu tím;

- Rửa với iodine - gắn với crystal violet, phức hợp được giữ chặt trong thành t.bào

- Khử màu nhuộm bằng cồn (alcohol);

- Nhuộm với chất nhuộm thứ hai có màu hồng- safranin hay carbol fushin.

51

Kỹ thuật nhuộm Gram:

1) Làm phết kính, cố định tế bào trên đèn (cồn)

2) Nhuộm với dd crystal violet- CV (30 giây – 1 phút);

CV phân ly tạo CV+(và Cl-); CV+thấm qua thành tế bào,

tương tác với các gốc mang điện tích âm  thành tế bào bắt màu tím

3) Rửa mẫu bằng dd iodine (30 giây – 1 phút);

4) Rửa mẫu bằng 95% alcohol (~ 10 giây) hay cho tới khi phết kính hết màu;

5) Nhuộm với carboyl fuchsin hay safranin (30 giây)

6) Nghiêng và nhẹ nhàng giũ lam kính trên giấy thấm cho hết nước;

chờ mẫu khô

7) Kiểm tra dưới kính hiển vi, vật kính x100 (dùng dầu soi kính)

52

51