giáo trình vsv sinh học 10 nguyễn thị minh ngọc thư viện giáo dục tỉnh quảng trị

Acidovorax facilus, Alcaligenes eutrophus, A.ruhlandii, Aquaspirillum magnetotacticum, Pseudomonas carboxygendovorans, Hydrogenophaga flava, Seliberia carboxygendohydrogena, Paracoccus[r]

Trang 1

ĐẠI HỌC HUẾ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

34 Lê Lợi, Tp Huế Tel: 054 833121, Fax 84 8258244

TS BIỀN VĂN MINH

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ

VI SINH VẬT HỌC

Huế, năm 2007

Trang 2

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Giảng viên: GVC.TS BIỀN VĂN MINH

Đơn vị: Bộ môn SPKTNL- ĐHSP- ĐHHuế

Địa chỉ: 49 Hoàng Quốc Việt Huế

Điện thoại: 054 833121, 054.829207, Mobil: 0913 439 685

Email:bvminhsp@yahoo.com

THÔNG TIN VỀ MÔN HỌC

1 Số đơn vị học trình: 4 (3LT, 1TH)

2 Trình độ: Dùng cho sinh viên Khoa Sinh học và SPKTNL năm thứ 2

3 Phân bổ thời gian

- Thời gian lên lớp: 45 tiết

- Thực hành: 30 tiết

4 Điều kiện tiên quyết

Muốn học được học phần này phải học qua những học phần: Sinh hoá học, Tế bào học, Di truyền học, Thực vật học, Động vật học

5 Mục tiêu của học phần

- Nắm được các đặc tính cơ bản của vi sinh vật

- Thấy được tính chất đa dạng trao đổi chất, sự tiến hóa ở vi sinh vật và vai trò không

thể thiếu của chúng trong thiên nhiên và đời sống con người

6 Mô tả môn học

Học phần cung cấp cho sinh viên những kiến thức về lịch sử ra đời và phát triển của ngành vi sinh vật học, đặc điểm hình thái, cấu tạo và hoạt động sống của vi sinh vật; trình bày những nhóm vi sinh vật chính có ý nghĩa trong nông nghiệp, công nghiệp những ý nghĩa của chúng trong bảo quản, chế biến nông - lâm - thủy - sản, trong việc sản suất thức ăn gia súc, phân bón và thuốc trừ sâu sinh học

7 Tài liệu học tập

- Sách, giáo trình chính:

1 Kiều Hữu Ảnh, 2006 Giáo trình Vi sinh vật học Lý thuyết và bài tập giải sẵn song ngữ Việt- Anh, phần 1& phần 2, NXB KH&KT Hà Nội

2 Biền Văn Minh (chủ biên), Kiều Hữu Ảnh, Phạm Ngọc Lan, Phạm Hồng Sơn,

Phạm Văn Ty, Nguyễn thị Thu Thuỷ, 2006 Vi sinh vật học, NXB Đại học Huế

- Tài liệu tham khảo:

1 Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty, 1997 Vi sinh vật học NxbGD

2 Nguyễn Thành Đạt, 2001 Cơ sở sinh học vi sinh vật tập 1&2, NxbGD

3 Prescot Harley Klein, 2002 Microbiology W C Brown publisher, USA

Trang 3

8 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên

Theo Quy chế 25/2006/QÐ-BGDÐT ngày 26/6/2006 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo và Quy định tạm thời về thực hiện Quy chế 25 của Trường ĐHSP-ĐH Huế

+ Phần lý thuyết: hệ số 2

- Dự lớp: chuyên cần 10% tổng số điểm (trọng số 1,0)

- Bài tập lớn hoặc kiểm tra từng phần: 20% tổng số điểm (trọng số 2,0)

- Bài thi kết thúc học phần hoặc tiểu luận môn học: 70% tổng số điểm (trọng

số 70%) Hình thức thi: viết, hoặc trắc nghiệm khách quan

+ Phần thực hành: hệ số 1

- Dự lớp: chuyên cần 10% (trọng số 1,0)

- Kiểm tra từng bài: 20% tổng số điểm (trọng số 2,0)

- Bài thi thực hành: 70% tổng số điểm (trọng số 7)

Điểm LTx2 + Điểm THx1 Điểm tổng kết học phần =

3

9 Thang điểm: 10

10 Nội dung chi tiết học phần

Phần 1: Lý thuyết (45 tiết)

Chương 1: Mở đầu (2 tiết)

1 Vị trí và vai trò của vi sinh vật

2 Sơ lược lịch sử phát triển của vi sinh học

3 Cách đọc (phát âm) tiếng Latinh

4 Hệ thống sinh giới và vị trí của các nhóm vi sinh vật

5 Vai trò của vi sinh vật trong đời sống

6 Các phương pháp và kỹ thuật nghiên cứu VSV

Câu hỏi ôn tập

Chương 2: Sinh học của các cơ thể vô bào (4 tiết)

1 Sự phát hiện và định nghĩa virus

2 Hình thái và cấu trúc của virus

3 Nuôi cấy virus

4 Ảnh hưởng của virus lên tế bào

5 Phân loại virus

6 Các bệnh do virus

7 Ảnh hưởng của tác nhân vật lý, hoá học đến virus

8 Con đường lây nhiễm của virus vào cơ thể

9 Các phương thức nhân lên của virus

Trang 4

Chương 3: Sinh học của các cơ thể nhân sơ (3 tiết)

1 Cổ khuẩn

2 Vi khuẩn

3 Vi khuẩn đặc biệt

Chương 4: Sinh học của các cơ thể nhân thực (4 tiết)

1 Vi nấm

2 Vi tảo

3 Động vật nguyên sinh

Chương 5: Dinh dưỡng, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật (4 tiết)

1.Thành phần hóa học của vi sinh vật

2.Dinh dưỡng

3 Sinh trưởng của vi sinh vật

4 Sự kìm hãm sinh trưởng và diệt khuẩn

5 Sinh sản ở vi sinh vật

Chương 6: Trao đổi chất ở vi sinh vật (5 tiết)

1 Đường phân

2 Chu trình tricacboxylic acid (Krebs)

3 Chuỗi hô hấp và phosphoryl hóa

4 Sự vận chuyển các chất dinh dưỡng vào tế bào

5.Trao đổi chất và năng lượng

Chương 7: Hô hấp kị khí (3 tiết)

1 Khái niệm chung

2 Hô hấp nitrate, ammonium hóa nitrite và khử nitrogen

3 Hô hấp sunfate

4 Hô hấp carbonate tạo thành methan (CH4)

5 Hô hấp carbonate tạo thành Acetate

Chương 8: Vi khuẩn hóa dưỡng vô cơ hiếu khí (3 tiết)

1 Nitrate hoá

2 Oxygen hóa các hợp chất lưu huỳnh

3 Oxygen hóa sắt

Trang 5

4 Oxygen hoá hydrogen

Chương 9: Các quá trình lên men (6 tiết)

1 Các con đường lên men phổ biến ở vi sinh vật

2 Tính đa dạng của lên men

3 Lên men không có sự phosphoryl hoá cơ chất

4 Hiện tượng cộng dưỡng

5 Lên men rượu nhờ nấm men và vi khuẩn

6 Lên men lactic và họ Lactobacteriaceae

Chương 10: Vi khuẩn quang hợp và cố định nitrogen(4 tiết)

1 Vi sinh vật quang hợp

2 Cố định nitrogen

Chương 11: Di truyền và biến dị vi sinh vật (4 tiết)

1 Khái niệm chung

2 Cơ sở vật chất di truyền ở vi sinh vật

3 Cơ chế chống sự xâm nhập của gen lạ

4 Biến dị

5 Cơ chế vận chuyển vật chất di truyền

6 Kỹ thuật di truyền

Chương 12: Vi sinh vật gây bệnh, miễn dịch học và các chất có hoạt tính

Chương 13 Sinh thái học vi sinh vật (3 tiết)

1 Đại cương về sinh thái học vi sinh vật

2 Sự phân bố vi sinh vật trong tự nhiên

3 Một số biện pháp vi sinh góp phần bảo vệ môi trường

Chương 14 Câu hỏi, bài tập cơ sở và nâng cao (1 tiết)

Trang 6

1 Phần câu hỏi, bài tâp

2 Phần trả lời

Phần 2: THỰC HÀNH (30 tiết)

Bài 1: Pha chế môi trường nuôi cấy vi sinh vật

Bài 2: Phân lập, nuôi cấy và bảo quản chủng (giống) vi sinh vật

Bài 3: Quan sát hình thái vi sinh vật trong tự nhiên

Bài 4: Xác định số lượng và đo kích thước tế bào vi sinh vật

Bài 5: Quan sát cấu tạo tế bào vi sinh vật

Bài 6: Phân tích một số quá trình lên men các hợp chất carbon hydrate

Bài 7: Sự chuyển hoá các hợp chất nitrogen

Bài 8: Vi sinh vật cố định nitrogen

Bài 9: Các chất có hoạt tính sinh học của vi sinh vật

Bài 10: Vi sinh vật ứng dụng Người viết đề cương TS Biền Văn Minh

Trang 7

MỤC LỤC

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT 17

CHƯƠNG 1 18

VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG SINH GIỚI 18

I ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT 19

1 Khái niệm chung về vi sinh học và vi sinh vật 19

1.1 Vi sinh học (Microbiology) 19

1.2 Vi sinh vật (Microorganisms) 19

2 Các đặc điểm chung của vi sinh vật 19

2.1 Kích thước nhỏ bé 19

2.2 Hấp thụ chất dinh dưỡng trực tiếp qua bề mặt tế bào, chuyển hóa nhanh 20

2.3 Khả năng sinh sản nhanh 20

2.4 Khả năng thích ứng rất cao và phát sinh biến dị mạnh 20

2.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều 20

2.6 Sự đa dạng của các phản ứng hóa sinh học 20

2.7 Có chủng xuất hiện sớm nhất trên trái đất 21

3 Các nhóm đối tượng vi sinh học 21

4 Nội dung 22

5 Vai trò của vi sinh vật 22

II SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC 23

III CÁCH ĐỌC (PHÁT ÂM) CỦA CHỮ LATINH 33

IV HỆ THỐNG SINH GIỚI VÀ VỊ TRÍ CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT 35

1 Khái niệm về giới sinh vật 35

2 Một số hệ thống phân loại 36

3 Những sai khác giữa các tế bào Prokaryote và Eukaryote 39

V VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG ĐỜI SỐNG 40

VI CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU 41

1 Phương pháp quan sát tế bào 41

2 Phương pháp tách ly các thành phần của tế bào 45

3.Phương pháp nghiên cứu tính đa dạng của VSV 45

Câu hỏi ôn tập chương 1 47

* Tài liệu đọc thêm 47

* Tài liệu tham khảo 47

* Giải thích thuật ngữ 47

CHƯƠNG 2 52

SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ VÔ BÀO 52

I KHÁI NIỆM VỀ VIRUS, VIRION, VIROID VÀ PRION 53

1 Virus là gì? 53

2 Đặc điểm chung của virus 54

3 Virion, viroid, prion 54

3.1 Virion 54

3.3.1 Khái quát về prion 57

3.3.2 Cấu trúc của prion 58

3.3.3 Sự nhân lên của prion 58

3.3.4 Nghiên cứu biện pháp chống bệnh prion 59

4 Lịch sử phát hiện virus 59

Trang 8

II HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA VIRUS 61

1 Hình thái 61

1.1 Cấu tạo cơ bản 61

1.2 Vỏ capsid 61

2 Kích thước của virus 63

3 Cấu trúc của virus 63

4 Genom của virus 65

III NUÔI CẤY VIRUS 66

IV ẢNH HƯỞNG CỦA VIRUS LÊN TẾ BÀO 67

V CÁC BỆNH DO VIRUS 67

VI ẢNH HƯỞNG CỦA TÁC NHÂN VẬT LÍ, HÓA HỌC ĐẾN VIRUS 69

VII CON ĐƯỜNG LÂY NHIỄM VIRUS VÀO CƠ THỂ 69

VIII CÁC QUÁ TRÌNH NHÂN LÊN CỦA VIRUS 69

Quá trình nhân lên của virus diễn ra theo 7 giai đoạn 70

IX CÁC PHƯƠNG THỨC NHÂN LÊN CỦA VIRUS 72

1 Quá trình nhân lên của virus RNA chuỗi dương 72

2 Quá trình nhân lên của virus RNA chuỗi đơn, âm 74

3 Sơ đồ nhân lên của virus RNA chuỗi kép 75

4 Sơ đồ nhân lên của virus Retro 76

CHƯƠNG 3 79

SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ NHÂN SƠ 79

I CỔ KHUẨN (Archaea) 80

1 Khái niệm 80

2 Đặc điểm của cổ khuẩn 81

3 Môi trường sống của cổ khuẩn và giả thuyết về hình thành sự sống trên trái đất 83 4 Phả hệ cổ khuẩn dựa trên trình tự 16S rRNA 85

5 Các hình thức dinh dưỡng ở cổ khuẩn 86

6 Một số nhóm cổ khuẩn đại diện 87

6.1 Cổ khuẩn sinh methane (methanogens) 87

6.2 Cổ khuẩn ưa mặn Halobacteriales 93

6.3 Cổ khuẩn ưa nhiệt cao (hyperthermophiles) 94

6.4 Cổ khuẩn ưa nhiệt và acid (Thermoplasmatales) 96

Kết luận: 96

II VI KHUẨN (BACTERIA) 97

1 Khái niệm chung: 97

2 Lịch sử nghiên cứu và phân loại vi khuẩn 97

4 Cấu trúc tế bào vi khuẩn 98

4.1 Vỏ nhầy và dịch nhầy 98

4.2 Thành tế bào 100

4.3 Màng sinh chất 101

4.4 Tế bào chất 102

4.5 Thể nhân 103

4.6 Tiên mao và khuẩn mao 103

4.7 Khuẩn mao và Khuẩn mao giới: 105

Trang 9

5 Sơ lược phân loại vi khuẩn 105

6 Vi khuẩn có ích và Vi khuẩn gây hại 107

7 Các vấn đề khác 108

III VI KHUẨN ĐẶC BIỆT 108

1 Xạ khuẩn (Actinomycetes) 108

1.1 Đặc điểm chung 108

1.2 Xạ khuẩn khác nấm 110

1.3 Lợi ích của xạ khuẩn 110

2 Xoắn thể (Spirochaetales) 111

3 Rickettsia 111

4 Mycoplasma và Chamydia 112

CHƯƠNG 4 117

SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ NHÂN THỰC 117

I VI NẤM (MICROFUNGI) 118

1 Nấm men (Levures, Yeasts) 118

1.1 Đặc điểm hình thái, cấu trúc và sinh sản của nấm men 118

1.2 Vai trò sinh học của nấm men 121

2 Nấm mốc 123

2.1 Cấu tạo của nấm mốc 123

2.2 Đời sống của nấm mốc 124

2.3 Vai trò của nấm mốc 126

3 Nấm nhầy 127

3.1 Nấm nhầy có cấu tạo cộng bào 127

3.2 Nấm nhầy có cấu tạo tế bào 128

II ÐỊA Y 130

III VI TẢO 131

1 Đặc điểm chung 131

2 Đời sống của vi tảo 132

3.Vai trò của vi tảo 132

IV ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH 134

*Giải nghĩa từ: 137

CHƯƠNG 5 138

DINH DƯỠNG, SINH TRƯỞNG VÀ SINH SẢN Ở VI SINH VẬT 138

I THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TẾ BÀO VI SINH VẬT 139

1 Nước 139

2 Protein 139

3 Gluxit (hay carbonhydrate- saccharide) 141

4 Lipid và các chất tương tự (lipoid): 142

5 Một số chất hữu cơ có hoạt tính sinh học: 143

Trang 10

6 Các nguyên tố khoáng: 143

II DINH DƯỠNG 144

1 Các chất dinh dưỡng 144

2 Các loại môi trường sống của vi sinh vật 144

2.1 Phân loại dựa vào thành phần chất dinh dưỡng 144

2.2 Phân loại dựa vào trạng thái vật lý của môi trường 144

3 Các kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật 145

4 Vi sinh vật nguyên dưỡng và khuyết dưỡng 146

III SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 146

1 Các nhân tố sinh trưởng 146

2 Điều kiện sinh trưởng 146

2.1 Cơ chế tác dụng của các yếu tố bên ngoài lên vi sinh vật 146

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng 147

IV SỰ KÌM HÃM SINH TRƯỞNG VÀ DIỆT KHUẨN 155

1 Các phương pháp khử trùng 155

1.1 Khử trùng bằng nhiệt 155

1.2 Khử trùng không bằng nhiệt 155

1.3 Khử trùng bằng chiếu xạ 155

2 Kiểm soát tăng trưởng của vi sinh vật bằng hóa chất 155

3 Các phương pháp bảo quản 156

V SINH SẢN Ở VI SINH VẬT 156

1 Sinh sản ở vi khuẩn (Bacteria)và cổ khuẩn (Archaea) 156

2 Sinh sản ở vi sinh vật nhân thực 157

2.1 Sinh sản vô tính 158

2.2 Sinh sản hữu tính 158

3 Khai thác và phòng ngừa của con người đối với VSV 158

3.1 Với vi sinh vật có ích, con người đã sử dụng để 158

3.2 Với vi sinh vật có hại: 158

CHƯƠNG 6 161

TRAO ĐỔI CHẤT Ở VI SINH VẬT 161

I ĐƯỜNG PHÂN 162

II CHU TRÌNH TRICARBOXYLIC ACID (Krebs) 163

III CHUỖI HÔ HẤP VÀ PHOSPHORYL HÓA 164

1 Chuỗi hô hấp 164

2 Phosphoryl hoá 165

IV SỰ VẬN CHUYỂN CHẤT DINH DƯỠNG VÀO TẾ BÀO 165

V TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 167

1 Các nguồn năng lượng ở vi sinh vật 167

1.1 Các cơ thể quang dưỡng (phototroph) và quang tổng hợp (photosynthesis) 167 1.2 Các cơ thể hóa dưỡng và oxygen hóa sinh học 167

2 Các kiểu hô hấp 168

3 Nghiên cứu sự trao đổi năng lượng 170

3.1 Nghiên cứu kiểu hô hấp 170

3.2 Dùng phản ứng oxydase 170

Trang 11

3.3 Thử catalase 170

3.4 Phản ứng nitrate reductase 171

3.5 Nghiên cứu kiểu trao đổi chất 171

3.6 Khử các sản phẩm lưu huỳnh 171

3.7 Đo mức độ hô hấp 171

4 Sự tích trữ và sử dụng năng lượng 172

4.1 Các mối liên kết giàu năng lượng 172

4.2 Nguồn gốc hợp chất cao năng 172

5 Sự trao đổi carbohydrate 173

5.1 Sự phân giải carbohydrate 173

5.2 Sự tổng hợp carbohydrate 173

6 Sự trao đổi protein 174

6.1 Sự phân giải protein 174

6.2 Sự tổng hợp protein 176

7 Sự trao đổi lipid 177

7.1 Sự phân giải lipid 177

Câu hỏi ôn tập của chương 6 179

*Giải thích thuật ngữ 179

CHƯƠNG 7 181

HÔ HẤP KỴ KHÍ 181

I KHÁI NIỆM CHUNG 182

II HÔ HẤP NITRATE, AMMONIUM HÓA NITRITE VÀ KHỬ NITROGEN 182

III HÔ HẤP SULFATE 184

IV HÔ HẤP CARBONATE TẠO METHANE 185

V HÔ HẤP CARBONATE TẠO THÀNH ACETATE 187

CHƯƠNG 8 190

VI KHUẨN HÓA DƯỠNG VÔ CƠ HIẾU KHÍ 190

I NITRATE HÓA 191

1.Vi khuẩn nitrate hóa 191

1.1 Vi khuẩn nitrơ 191

1.2 Vi khuẩn oxygen hóa nitrite thành nitrate (biến NO−2→ NO−3) 191

2 Cơ chế phản ứng của quá trình nitrate hóa 191

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrate 192

4 Ý nghĩa của quá trình nitrate hóa 193

II OXYGEN HÓA CÁC HỢP CHẤT LƯU HUỲNH 193

1 Vi khuẩn tự dưỡng hóa năng 193

2 Vi khuẩn tự dưỡng quang năng 195

3 Vi khuẩn dị dưỡng 196

Trang 12

III OXYGEN HÓA SẮT 196

IV OXYGEN HÓA HYDROGEN 198

CHƯƠNG 9 202

CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN 202

I CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN PHỔ BIẾN Ở VSV 203

II TÍNH ĐA DẠNG CỦA LÊN MEN 203

III LÊN MEN KHÔNG CÓ SỰ PHOSPHORYL HÓA CƠ CHẤT 204

IV HIỆN TƯỢNG CỘNG DƯỠNG (syntrophy) 206

V LÊN MEN RƯỢU NHỜ NẤM MEN VÀ VI KHUẨN 206

1 Sự tạo thành ethanol nhờ nấm men 207

2 Các dạng phương trình Neuberg 207

3 Hiệu ứng Pasteur 208

4 Kỹ thuật sản xuất ethanol nhờ nấm men 209

5 Hiệu suất lên men 210

6 Sự tạo thành ethanol nhờ vi khuẩn 211

VI LÊN MEN LACTIC VÀ HỌ LACTOBACTERIACEAE 212

1 Nhu cầu về các chất bổ sung và nhân tố sinh trưởng 213

2 Lên men lactic đồng hình 214

3 Lên men lactic dị hình 214

4 Ứng dụng của lên men lactic 215

4.1 Thức ăn ủ chua 216

4.2 Dưa 216

4.3 Các sản phẩm sữa 216

* Giải thích thuật ngữ : 219

CHƯƠNG 10 220

VI KHUẨN QUANG HỢP VÀ CỐ NITROGEN PHÂN TỬ 220

I VI SINH VẬT QUANG HỢP 221

1 Chu trình carbon trong tự nhiên 221

2 Các vi khuẩn quang hợp (Phototrophic bacteria) 222

2.1 Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria) 222

a - Họ Chromatiaceae: 222

b- Họ Ectothiorhodospiraceae: 223

2.2 Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria) 224

2.3 Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria) 225

2.4 Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục (Green nonsulfur bacteria) 225

2.5 Vi khuẩn lam (Ngành Cyanobacteria) 226

3 Trao đổi chất ở các vi sinh vật quang dưỡng 229

II CỐ ĐỊNH NITROGEN 232

Trang 13

1 Vi khuẩn cố định N cộng sinh 233

1.1 Vi khuẩn nốt rễ 233

1.2 Phân bón nốt rễ (nitragin) 234

2 Vi sinh vật cố định nitrogen sống tự do (không cộng sinh): 235

2.1 Azotobacter 235

2.2 Clostridium pasteurianum và một số VSV cố định N khác 236

3 Vi khuẩn lam (xem chương III ) 236

CHƯƠNG 11 240

DI TRUYỀN HỌC VI SINH VẬT 240

I KHÁI NIỆM CHUNG 241

II CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN Ở VI SINH VẬT 244

1 Cấu trúc genom của sinh vật nhân sơ 244

1.1 Nhiễm sắc thể nhân sơ 244

1.2 Plasmid và episom 244

2 Vật chất di truyền ở virus 246

Phương thức sinh sản và vòng đời của virus 247

3 Cấu trúc genom của sinh vật nhân thực 249

III CƠ CHẾ CHỐNG SỰ XÂM NHẬP CỦA GENE LẠ (hạn chế và cải biến) 250

IV BIẾN DỊ 252

1 Biến dị kiểu hình 252

2 Biến dị kiểu gene 252

2.1.Thử nghiệm Luria và Delbrruck (1943) 252

2.2.Phương pháp phát hiện chủng đột biến bằng thí nghiệm in vết của Ledergberg, 1952 252

2.3 Bản chất của đột biến: 253

IV CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU DI TRUYỀN 254

1 Biến nạp (Transformation) 254

2 Sự tải nạp (Transduction) 255

3 Tiếp hợp (hay giao nạp - conjugation) 257

V KỸ THUẬT DI TRUYỀN 257

TÓM TẮT CHƯƠNG 11 260

*Câu hỏi ôn tập chương 10 260

CHƯƠNG 12 270

VI SINH VẬT GÂY BỆNH, MIỄN DỊCH HỌC VÀ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC 270

I VI SINH VẬT GÂY BỆNH 271

1 Bệnh truyền nhiễm và không truyền nhiễm 271

1.1 Khái niệm 271

1.2 Nguồn gốc bệnh truyền nhiễm 271

1.3.Phương thức truyền nhiễm 271

Trang 14

1.4 Đặc điểm quá trình bệnh truyền nhiễm 272

2 Độc tố và độc lực 272

2.1 Độc lực 272

2.2 Độc tố 272

3 Bệnh do virus, vi khuẩn và các phần tử hữu cơ khác 272

3.1 Bệnh do vi khuẩn 272

3.2 Bệnh do vi nấm 273

3.3 Bệnh do virus 273

II KHÁNG NGUYÊN, KHÁNG THỂ VÀ BỔ THỂ 273

1 Kháng nguyên 273

1.2 Tế bào trình diện kháng nguyên (tiếng Anh là antigen presenting cell, APC)274 1.2.1 Phân loại tế bào trình diện kháng nguyên 274

1.2.2 Sự tương tác với tế bào T 275

2 Kháng thể 275

2.2 Cơ chế tác động của kháng nguyên- kháng thể 279

2.3 Các hình thức tác động của kháng thể 280

2.4 Vai trò của kháng thể 281

3 Bổ thể 281

III VACCINE VÀ HUYẾT THANH MIỄN DỊCH 283

1 Vaccine 283

1.1 Định nghĩa 283

1.2 Các loại vaccine 283

1.3 Nguyên lý sử dụng vaccine 283

1.4 Một số loại vaccine mới đang nghiên cứu 284

2 Huyết thanh 284

2.1 Nguyên lý sử dụng huyết thanh 284

2.2 Nguyên tắc sử dụng 284

2.3 Đường đưa huyết thanh vào cơ thể 285

IV MIỄN DỊCH 285

1 Định nghĩa: 285

2 Cơ chế bảo vệ không đặc hiệu 285

3 Chất sinh miễn dịch (immunogen) 287

4 Tính đặc hiệu của kháng nguyên (KN) 287

5 Các cơ quan và tế bào tham gia vào hệ thống miễn dịch 287

5.1 các cơ quan lympho 287

5.2 Các tế bào tham gia và đáp ứng miễn dịch 288

6 Miễn dịch bệnh lý 289

6.1 Quá mẫn 289

6.2 Bệnh tự miễn 292

V CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC 293

1 Enzym 293

1.1 Khái niệm chung 293

1.2 Cấu tạo hóa học của enzym 294

1.3 Tính chất của enzym 294

1.4 Cơ chế tác dụng của enzym 294

1.5.Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzym 294

1.6.Cách gọi tên và phân loại enzym 294

1.7 Các phản ứng enzym phổ biến trong sản xuất thực phẩm 294

2 Chất kháng sinh 295

2.1 Định nghĩa 295

2.2 Bản chất hóa học 295

2.3 Tác động của kháng sinh 295

2.4 Sự đề kháng của vi khuẩn đối với kháng sinh 295

Trang 15

a Sự kháng chất kháng sinh có nguồn gốc từ nhiễm sắc thể: 295

b Sự kháng chất kháng sinh có nguồn gốc ngoài nhiễm sắc thể : 296

2.5 Qui tắc sử dụng kháng sinh: 296

3 Vitamin 296

3.1 Sơ lược về vitamin 296

3.2 Các nhóm vitamin 297

CHƯƠNG 13 315

SINH THÁI HỌC VI SINH VẬT 315

I ĐẠI CƯƠNG VỀ SINH THÁI HỌC VI SINH VẬT 316

1 Các khái niệm cơ bản 316

2 Đặc điểm của vi sinh vật trong tự nhiên 316

3 Các phương pháp nghiên cứu sinh thái học vi sinh vật 317

4 Hoạt động và vai trò của vi sinh vật trong các hệ sinh thái 322

4.1 Vi sinh vật trong các môi trường trên cạn 322

4.2 Yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính vi sinh vật trong môi trường đất 322

4.3 Vi sinh vật ở các tầng sâu 322

4.4 Vi sinh vật trong hệ sinh thái ao hồ 323

4.5 Ảnh hưởng của oxygen tan và chất hữu cơ lên vi sinh vật trong môi trường nước 323

4.6 Vi sinh vật trong biển sâu 323

4.7 Vi sinh vật tại các khe thủy nhiệt 324

5 Vai trò của vi sinh vật trong các chu trình sinh điạ hóa - các nguyên tố cần cho sự sống 325

5.1 Chu trình carbon 325

5.2 Chu trình nitrogen 328

5.3 Chu trình lưu hùynh 329

5.4 Chu trình sắt 331

5.5 Làm giàu quặng bằng vi sinh vật 332

5.6 Cơ chế kháng độc tính thủy ngân ở vi sinh vật 333

5.7 Các chất dị sinh 333

II SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN 335

1 Vi sinh vật trong không khí 335

2 Vi sinh vật đất 336

3 Vi sinh vật nước 337

III MỘT SỐ BIỆN PHÁP VI SINH GÓP PHẦN BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 337

1 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường 337

1.1 Phá rừng: 337

1.2 Sự phát triển các ngành công nghiệp: 338

1.3 Thuốc trừ sâu, phân hóa học: 338

1.4 Hoạt động của con người: 338

2 Một số biện pháp vi sinh góp phần bảo vệ môi trường 338

2.1 Trồng cây xanh: 338

2.2 Dùng phân sinh học thay phân hóa học 338

2.3 Dùng phương pháp sinh học để bảo vệ thực vật thay cho thuốc trừ sâu 338

2.4 Xử lý chất thải bằng CNVS 338

3 Một số biện pháp hiện đang được áp dụng trong nước và trên thế giới 338

3.1 Công nghệ cố định nitrogen và sản xuất phân bón vi sinh 338

Trang 16

3.1.1 Công nghệ gen tạo giống cây có khả năng cố định đạm 338

3.1.2 Công nghệ sinh học với sản xuất phân vi sinh vật 339

3.1.3 Phân vi khuẩn nốt sần (Nitragin): 339

3.1.4 Phân Azotobacterin 340

3.1.5 Phân lân sinh học 340

3.2 Thuốc sinh học bảo vệ thực vật 341

3.2.1 Biện pháp dùng VSV diệt côn trùng 341

3.3 Công nghệ xử lý rác thải hữu cơ 345

3.3.1 Xử lý rác thải bảo vệ môi trường và tận thu làm phân bón 345

3.3.2 Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học 347

CÂU HỎI ÔN TẬP 349

CHƯƠNG 14 351

CÂU HỎI ÔN TẬP 351

I PHẦN CÂU HỎI 352

II TRẢ LỜI 358

TÀI LIỆU THAM KHẢO 360

I TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 360

II TÀI LIỆU TIẾNG NƯỚC NGOÀI 360

III CÁC THÔNG TIN TỪ MẠNG 360

Trang 17

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

A-1,3-DPG Acid 1,3 diphosphoglyceric

A-6PA Acid 6-penicillanic

NAD Nicotinamid adenine dinucleotide dạng Oxygen hóa

NADH Nicotinamid adenine dinucleotide dạng khử

NADP Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng Oxygen hóa

NADPH Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng khử

X-5-P Xylulose-5-phosphate

Trang 18

ĐẠI HỌC HUẾ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

34 Lê Lợi, Tp Huế Tel: 054 833121, Fax 84 8258244

Giáo trình điện tử

VI SINH VẬT HỌC

TS BIỀN VĂN MINH

CHƯƠNG 1

VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT

TRONG SINH GIỚI

Trang 19

I ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT

1 Khái niệm chung về vi sinh học và vi sinh vật

1.1 Vi sinh học (Microbiology)

Là khoa học nghiên cứu các cơ thể sống hiển vi và siêu hiển vi, cấu tạo tế bào và quy luật hoạt động của chúng, sử dụng các vi sinh vật nhằm phục vụ lợi ích của con người và giữ vững hệ sinh thái trên Trái Đất

và hoạt động sinh lý gần giống nhau

2 Các đặc điểm chung của vi sinh vật

Trang 20

2.2 Hấp thụ chất dinh dưỡng trực tiếp qua bề mặt tế bào, chuyển hóa nhanh

Đa số VSV là đơn bào nên chúng nhận các chất dinh dưỡng bằng hấp thụ (absorbtion) qua bề mặt tế bào, khác với thực vật là tự dưỡng (autotrophic) và động vật là nội

tiêu hóa (ingestion) qua ống tiêu hóa Chính điều này mà việc nuôi các VSV được thực hiện

dễ dàng và nhanh chóng

Một vi khuẩn lắctic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể phân giải được một lượng

đường lactose lớn hơn 100-10 000 lần so với khối lượng của chúng Tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương và gấp 100 000 lần so với trâu bò

2.3 Khả năng sinh sản nhanh

Thời gian thế hệ ngắn

- 1 trực khuẩn Escherichia coli trong các điều kiện thích hợp chỉ sau 12-20 phút lại

phân cắt một lần

- Nấm men rượu (Saccharomyces cerevisiae) là 120 phút

- Tảo Tiểu cầu (Chlorella) là 7 giờ, với vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ

Hình 1.2: Một số vi sinh vật được sử dụng trong đời sống

2.4 Khả năng thích ứng rất cao và phát sinh biến dị mạnh

Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống Do đó, rất dễ dàng phát sinh biến dị Tần số biến dị thường ở mức 10-5-10-10

Ví dụ Khi mới phát hiện ra penicillin hoạt tính chỉ đạt 20 đơn vị/ml dịch lên men (1943) thì nay đã có thể đạt trên 100 000 đơn vị/ml

2.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều

Vi sinh vật có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong không khí, trong đất, trên núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể, người, động vật, thực vật, trong thực phẩm, trên mọi đồ vật

Người ta ước tính trong số 1,5 triệu loài sinh vật có khoảng 200 000 loài vi sinh vật (100 000 loài động vật nguyên sinh và tảo, 90 000 loài nấm, 2500 loài vi khuẩn lam và 1500 loài vi khuẩn) Tuy nhiên hàng năm, có thêm hàng nghìn loài sinh vật mới được phát hiện, trong đó có không ít loài vi sinh vật

2.6 Sự đa dạng của các phản ứng hóa sinh học

Các phản ứng sinh hóa trong cơ thể VSV thường đơn giản hơn nhiều so với trong cơ thể động, thực vật Nhưng mỗi loài có một số phản ứng riêng nên các phản ứng sinh hóa của

Trang 21

các loài VSV khác nhau rất đa dạng Dù một hợp chất có phức tạp đến đâu, trong thiên nhiên đều có các VSV sử dụng hoặc phân hủy chúng Sản phẩm do loài này tạo ra có thể được loài khác sử dụng

Mỗi loài thường tạo ra một số chất trao đổi thứ cấp (secondary metabolites) đặc hiệu giúp cho chúng phát triển tốt hơn và kìm hãm một số loài khác Ví dụ: các loài nấm men rượu thích nghi với nồng độ đường cao và tạo ra rượu là chất hạn chế sự phát triển nhiều loài khác

Do đặc điểm này, sản phẩm khi bị nhiễm sẽ kìm hãm sự tăng trưởng của các chủng sản xuất

2.7 Có chủng xuất hiện sớm nhất trên trái đất

Trái đất hình thành cách đây khoảng 4,6 tỷ năm nhưng chỉ tìm thấy dấu vết của sự sống từ cách đây 3,5 tỷ năm

Vi sinh vật hoá thạch cổ xưa nhất đã được phát hiện là những dạng rất giống với vi khuẩn lam ngày nay Chúng được J.William Schopf tìm thấy tại các tầng đá cổ ở miền Tây Australia Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm với đường kính khoảng 1-2 mm và có thành tế bào khá dày

Trước đó các nhà khoa học cũng đã tìm thấy vết tích của chi Gloeodiniopsis có niên đại cách đây 1,5 tỷ năm và vết tích của chi Palaeolyngbya có niên đại cách đây 950 triệu năm

3 Các nhóm đối tượng vi sinh học

Vi sinh vật học hiện đại đi sâu nghiên cứu từng nhóm đối tượng riêng biệt trên và đã

trở thành những môn học chuyên sâu như: virus học (Virology) - nghiên cứu vi sinh vật chưa

có cấu tạo tế bào (virus RNA và virus DNA), vi khuẩn học (Bacteriology) - nghiên cứu VSV nhân sơ, gồm cổ khuẩn (Archaea) và vi khuẩn (Bacteria), nấm học (Mycology)- nghiên cứu các vi nấm (nấm men, nấm sợi hay nấm mốc và nấm nhầy), tảo học (Algology)- nghiên cứu các vi tảo và động vật nguyên sinh học (Protozoology)- nghiên cứu các động vật nguyên sinh

Mặt khác vi sinh học hiện đại cũng đi sâu nghiên cứu những tính chất riêng biệt của VSV và hình thành các chuyên ngành như tế bào học, phân loại học, sinh lý học, hóa sinh học, di truyền học của vi sinh vật

Trang 22

Về mặt ứng dụng ngành vi sinh học gồm có các chuyên ngành như: vi sinh vật học công nghiệp, vi sinh vật học thực phẩm, vi sinh vật học y học, vi sinh vật học thú y, vi sinh vật đất, vi sinh vật học nước, vi sinh vật học không khí, vi sinh vật học dầu hỏa và ngày nay

còn thêm ngành vi sinh vật học ngoài trái đất (Exomicrobiology)

4 Nội dung

Lịch sử ra đời và phát triển của ngành vi sinh vật học Vai trò của vi sinh vật trong sản xuất và đời sống Cấu tạo và phân loại vi sinh vật Sinh lý vi sinh vật Di truyền vi sinh vật (virus, cổ khuẩn, vi khuẩn và vi nấm) Vi sinh vật gây bệnh, miễn dịch học và các chất có hoạt tính sinh học Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến hoạt động của vi sinh vật Sự phân bố

vi sinh vật trong tự nhiên

5 Vai trò của vi sinh vật

Hình 1.4: Một số ích lợi của VSV trong nông nghiệp, thực phẩm

 Đại đa số vi sinh vật là “bạn”:

- Về nông nghiệp: cố định đạm cho cây trồng; tuần hoàn các chất dinh dưỡng trong đất; giúp gia súc tiêu hóa cỏ, rơm thành thịt…

- Về thực phẩm: tạo các thực phẩm lên men (bia, rượu, fomage, yaourt…); kéo dài thời gian bảo quản; tạo các phụ gia thực phẩm…

- Về công nghiệp: tạo ra các dung môi hữu cơ, các chất dinh dưỡng, vitamin, sinh khối…

- Về y tế: sản xuất kháng sinh, giúp ổn định hệ vi khuẩn đường ruột

- Về môi trường: phân hủy các chất thải, cải thiện môi trường bị ô nhiễm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ…

Trang 23

- Về năng lượng: tạo khí methane dùng làm nhiên liệu; tạo H2 từ năng lượng ánh sáng và các nguồn năng lượng vô cơ, hữu cơ dùng làm nguồn năng lượng tái sinh của tương lai

- Có vai trò không thể thiếu trong Công nghệ Sinh học hiện đại

 Một sô ít vi sinh vật là “thù”:

- Gây bệnh trên người

- Gây bệnh trên vật nuôi

- Gây bệnh trên cây trồng

- Gây hư hỏng các dụng cụ thiết bị…

Hình 1.5 Ứng dụng của vi sinh vật trong công nghiệp

II SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC

Năm 1546, Girolamo Fracastoro (1478- 1553) cho rằng các cơ thể nhỏ bé là tác nhân gây ra bệnh tật

Năm 1590, Zacharias Janssen (1580-1638) người Hà Lan đầu tiên lắp ghép kính hiển vi Năm 1665, Robert Hooke nhà khoa học người Anh, lần đầu tiên quan sát thấy tế bào sống dưới kính hiển vi “miếng bấc bần” và đưa ra khái niệm: Tế bào “Cell”

Hình 1.6: 1.Girolamo Fracastoro (1478-1553); 2.Zacharias Janssen (1580-1638);

3 Robert Hooke (1635 - 1703) và 4 Lát cắt miếng bấc bần

Trang 24

Năm 1676, Antony van Leeuwenhoek(162-1723) hoàn thiện kính hiển vi và khám

phá ra thế giới vi sinh vật (mà ông gọi là anmalcules)

[A] [B] [C]

Hình 1.7: Antony van Leeuwenhoek (162-1723) [A]

Kính hiển vi đầu tiên của nhân loại [B]

Bút tích miêu tả vi sinh vật của Leeuwenhoek [C]

Năm 1688, nhà vạn vật học người Ý Francisco Redi (1626-1697) công bố nghiên cứu về sự phát sinh tự nhiên của giòi

Những năm 1765-1776, Spallanzani (1729-1799) công kích thuyết Phát sinh tự nhiên

Năm 1798, Edward Jenner (1749-1823) nghĩ ra phương pháp chủng mủ đậu bò để phòng ngừa bệnh đậu mùa

Những năm 1838-1839, Theodor Schwann (1810-1882) và Matthriat Schleiden (1804-1881) công bố Học thuyết tế bào

Hình 1.8: 1.Francisco Redi (1626-1697); 2.Spallanzani (1729-1799);

3.Theodor Schwann (1810-1882) và 4 Matthriat Schleiden (1804-1881)

Những năm 1847-1850, Ignaz Philipp Semmelweis (1818-1865) cho rằng bệnh sốt hậu sản lây truyền qua thầy thuốc và kiến nghị dùng phương pháp vô khuẩn để phòng bệnh

Năm 1873, Gerhard Armauer Hansen (1841-1912) tìm thấy trực khuẩn

Mycobacterium leprae gây bệnh hủi

Năm 1875 Ferdinand Julius Cohn (1828-1898) tìm được vi khuẩn than Bacillus anthracis

Năm 1880, Charles Louis Alphonse Laveran (1845 -1922) phát hiện ký sinh trùng

Plasmodium gây ra bệnh sốt rét

Trang 25

1 2 3 4 Hình 1.9: 1.Semmelweis (1818-1865); 2 G A Hansen (1841-1912) ;

3 F J Cohn (1828-1898) ; 4.Charles Louis Alphonse Laveran (1845 -1922)

Người có công lớn nhất khai sinh ra vi sinh vật học thực nghiệm, nhằm nghiên cứu

các hoạt động sinh lí, sinh hoá của vi sinh vật và ứng dụng chúng trong lên men, đặc biệt

trong chế tạo vaccine phòng bệnh dại, là nhà bác học lỗi lạc người Pháp Louis Pasteur

(1822-1895)

Đồng thời và tiếp theo Pasteur cũng có nhiều nhà vi sinh học nổi tiếng:

Robert Koch (1843-1910) đã nghiên cứu vi khuẩn gây bệnh lao (Mycobacterium

tuberculosis-1882), bệnh tả ( Vibrio cholerae-1883), ông đã sáng tạo nhiều phương pháp

nghiên cứu như kỹ thuật cố định, nhuộm màu vi khuẩn, nuôi cấy và phân lập VSV trên môi

trường đặc

Năm 1884, Elie Metchnikoff (1845-1916) miêu tả hiện tượng thực bào

(phagocytosis); Hans Christian J Gram (1853-1938) tìm ra phương pháp nhuộm Gram

Hình 1.10: 1 Louis Pasteur (1822-1895); 2 Robert Koch (1843-1910);

3 Elie Metchnikoff (1845-1916); 4 Theodor Escherich (1857 –1911)

Năm 1885, Theodor Escherich (1857 –1911) tìm ra vi khuẩn Escherichia coli gây ra

bệnh tiêu chảy; Daniel E Salmon (1850-1914) phát hiện ra Salmonella typhi gây ra bệnh

thương hàn

Năm 1886, Fraenkel phát hiện thấy Streptococcus pneumoniae gây ra bệnh viêm

phổi

Trang 26

Năm 1887, Richard Petri (1852-1921) phát hiện ta cách dùng hộp lồng (đĩa Petri) để

nuôi cấy vi sinh vật

Những năm 1887-1890, Serge Winogradsky (1856-1953) nghiên cứu về vi khuẩn lưu

huỳnh và vi khuẩn nitrate hoá

1 2 3 4 Hình 1.11: 1 Daniel E Salmon (1850-1914); 2 Hans Christian J Gram (1853-1938);

3 Richard Petri (1852-1921); 4 Serge Winogradsky (1856-1953)

Năm 1889, Martinus Beijerinick (1851-1931) phân lập được vi khuẩn nốt sần từ

rễ đậu

Năm 1890, Emil Adolph von Behring (1854-1917) làm ra kháng độc tố chống bệnh

uốn ván và bệnh bạch hầu

Năm 1892, Dmitri Iwanowski (1864-1920) phát hiện ra mầm bệnh nhỏ hơn vi khuẩn

(virus) gây ra bệnh khảm ở cây thuốc lá

Năm 1894, Alexandre Yersin (1863-1943) và Kitasato Shibasaburo (1852-1931)

khám phá ra vi khuẩn gây bệnh dịch hạch (Yersina pestis)

1 2 3 4

Hình 1.12: 1 Martinus Beijerinick (1851-1931); 2 Emil Adolph von Behring (1854-1917)

3 Dmitri Iwanowski (1864-1920) ; 4 Alexandre Yersin (1863-1943)

Năm 1895, Jules Bordet (1870-1961) khám phá ra Bổ thể (complement)

Năm 1896, Emile van Ermengem tìm ra mầm bệnh ngộ độc thịt (vi khuẩn

Clostridium botulinum)

Năm 1897, Eduard Buchner (1860- 1917) tách ra được các men (ferments) từ nấm

men (yeast); Ross, Sir Ronald (1857-1932) chứng minh ký sinh trùng sốt rét lây truyền bệnh

qua muỗi

Trang 27

Năm 1899, Martinus Beijerinick (1851-1931) chứng minh những hạt virus đã gây

nên bệnh khảm ở lá thuốc lá

Hình 1.13: 1 Jules Bordet (1870-1961); 2 Emile van Ermengem(?);

3 Ronald Ross(1857-1932); 4 Eduard Buchner (1860- 1917)

Năm 1900, Major Walter Reed (1851-1902) chứng minh bệnh sốt vàng lây truyền do muỗi

Năm 1902, Karl Landsteiner (1868-1943) khám phá ra các nhóm máu

Năm 1903, Wright và cộng sự khám phá ra kháng thể (antibody) trong máu của các

động vật đã miễn dịch

Năm 1905, Fritz Schaudinn (1871-1906) và Jakob Wassermann (1873-1934) tìm ra

mầm bệnh giang mai (Treponema pallidum)

1 2 3 4 Hình 1.14: 1 Major Walter Reed (1851-1902); 2 Karl Landsteiner (1868-1943);

3 Fritz Schaudinn (1871-1906); 4 Jakob Wassermann (1873-1934)

Năm 1906, Jakob Wassermann phát hiện ra xét nghiệm cố định bổ thể để chẩn đoán

giang mai

Năm 1909, Howard Taylor Ricketts (1871-1910) chứng minh bệnh Sốt ban núi đá

lan truyền qua ve là do mầm bệnh vi khuẩn (Rickettsia rickettsii)

Năm 1910, Peyton Rous (1879-1970) phát hiện ra ung thư ở gia cầm

Trang 28

1 2 3 4 Hình 1.15: 1 Jakob Wassermann (1873-1934); 2 Ricketts (1871-1910);

3 Prowazek(1875-1915) và 4 Peyton Rous (1879-1970)

Năm 1915, Frederick Twort (1877-1950) và năm 1917, Felix d'Herelle (1873-1949)

phát hiện ra virus của vi khuẩn ( thực khuẩn thể-phage)

Năm 1923, xuất bản lần đầu cuốn Phân loại vi khuẩn (Bergey's Manual of Systematic

Bacteriology)

Năm 1928, Frederick Griffith ( 1881-1941) khám phá ra việc biến nạp

(transformation) ở vi khuẩn

Hình 1.16; 1 Frederick Twort (1877-1950); 2 Felix d'Herelle (1873-1949);

3 David Hendricks Bergey (1860-1937); 4 Frederick Griffith ( 1881-1941)

Năm 1928, Alexander Fleming (1881-1955) phát hiện ra chất kháng sinh penicillin

Năm 1931, Van Niel (1897-1985) chứng minh vi khuẩn quang hợp sử dụng chất khử

như nguồn cung cấp electron và không sản sinh oxygen

Năm 1933, Ernst August Friedrich Ruska (1906-1988) làm ra chiếc kính hiển vi điện

tử đầu tiên

Năm 1935, Wendell Stanley (1904-1971) kết tinh được virus khảm thuốc lá (TMV);

Gerhard Domag (1895 –1964) tìm ra thuốc sulfamide

Năm 1937, Edouard Chatton (1883-1947)phân chia sinh vật thành hai nhóm: Nhân

sơ (Procaryotes) và Nhân thực (Eukaryotes)

Trang 29

1 2 3 4 Hình 1.17: 1 Alexander Fleming (1881-1955); 2 Friedrich Ruska (1906-1988);

3 Wendell Stanley (1909-1971) và 4 Gerhard Domag (1895 –1964)

Năm 1941, George W Beadle (1903-1989) và Tatum, Edward Lawrie (1909-1975)

đưa ra giả thuyết một gen- một enzym

Năm 1944, Oswald Avery (1877-1955) chứng minh DNA chuyển thông tin di truyền

trong quá trình biến nạp; Selman Abraham Waksman(1888-1973) tìm ra chất kháng

sinh streptomycin

Hình 1.18: 1 Edouard Chatton (1883-1947); 2.George W Beadle (1903-1989);

3 Tatum, Edward Lawrie (1909-1975); 4 Oswald Avery (1877-1955)

Năm 1946, Lederberg Joshua (1925-?), và Tatum Edward Lawrie (1909-1975),

khám phá ra quá trình tiếp hợp (conjugation) ở vi khuẩn

Năm 1949, Enders, John Franklin (1897-1985), Weller, Thomas Huckle (1915- ) và

Robbins, Frederick Chapman (1916-2003), nuôi được virus Polio (Poliovirus) trên mô người

nuôi cấy và nhiều loại mô khác nhau

Năm 1950, André Michel Lwoff (1902-1994)xác định được các thực khuẩn thể tiềm

tan (lysogenic bacteriophages)

Năm 1951 Barbara McClintock (1902-1992) phát hiện ra gen nhảy

Trang 30

1 2 3 4

Hình 1.19: 1.Selman Abraham Waksman (1888 – 1973);

2 Barbara McClintock (1902-1992);

3 Lederberg Joshua (1925- ); 4 F.C.Robbins (1916-2003)

Năm 1952, Alfred Hershey và Martha Chase chứng minh thực khuẩn thể tiêm DNA của mình vào tế bào vật chủ (host); Zinder và Lederberg khám phá ra quá trình tải nạp (transduction) ở vi khuẩn

Năm 1953, Watson và Crick khám phá ra chuỗi xoắn kép của DNA; Frits (Frederik) Zernike (1888-1966) làm ra kính hiển vi tương phản pha (phase-contrast microscope); Medawar khám phá ra hiện tượng nhờn miễn dịch (immune tolerance)

Hình 1.20: 1 A.M.Lwoff(1902-1994); 2 Alfred Hershey và Martha Chase;

3 J.D.Watson (1928-) và 4 F.H.C.Crick (1916-2004)

Năm 1955, Francois Jacob (1920- ) và Jacques Monod (1910-1976) khám phá ra yếu

tố F là một plasmid; Jerne và Burnet chứng minh lý thuyết chọn lọc clone (clonal selection)

Năm 1959, Yalow triển khai kỹ thuật miễn dịch phóng xạ

Năm 1961, Jacob và Monod giới thiệu mô hình điều hoà hoạt động gen nhờ operon

Những năm 1961-1966, Khorana, Har Gobind (1922-) Nirenberg Marshall (1927-)

và cộng sự giải thích mã di truyền

Trang 31

1 2 3 4 Hình 1.21 : 1 Francois Jacob (1920-); 2 Jacques Monod (1910-1976);

3 Har Gobind Khorana(1922-); 4.Nirenberg Marshall (1927- )

Năm 1962, Porter chứng minh cấu trúc cơ bản của Globulin miễn dịch G

Năm 1970, Nathans Daniel (1928-1999), Arber Werner (1929-), Smith Hamilton O (1931-) khám phá ra enzym giới hạn (restriction endonuclease); Temin và

Baltimore khám phá ra enzym phiên mã ngược (reverse transcriptase)

Hình 1.22 1.Nathans, Daniel (1928-1999); 2 Arber Werner (1929-);

3 Smith Hamilton O ( 1931-)

Năm 1973, Ames triển khai phương pháp vi sinh vật học để khám phá ra các yếu tố

gây đột biến (mutagens); Cohen, Boyer, Chang và Helling sử dụng vector plasmid để tách

dòng gen ở vi khuẩn

1 2 3 4 Hình 1.23: 1 Temin, Howard Martin(1934-1994); 2.Paul Berg (1926-);

3.Stanley N Cohen (1935-); 4 Herbert Boyer (1936-)

Trang 32

Năm 1975, Kohler và Milstein phát triển kỹ thuật sản xuất các kháng thể đơn dòng

(monoclonal antibodies)

Năm 1977, Woese và Fox thừa nhận Vi khuẩn cổ (Archaea) là một nhóm vi sinh vật

riêng biệt; Walter Gilbert và Frederick Sanger triển khai kỹ thuật giải trình tự DNA (DNA

sequencing)

Năm 1979, tổng hợp Insulin bằng kỹ thuật tái tổ hợp DNA

Năm 1980, phát triển kính hiển vi điện tử quét

Năm 1981, Stanley B Prusiner(1942- ) phát hiện ra các đặc trưng của Prion

Năm 1982, phát triển vaccin tái tổ hợp chống viêm gan B

Những năm 1982-1983, Thomas R Cech và Sidney Altman phát minh ra RNA xúc

tác

Những năm 1983-1984, Robert Gallo và Luc Montagnier phân lập và định loại virus

gây suy giảm miễn dịch ở người

1 2 3 Hình 1.24 : 1 Luc Montagnier; 2 Robert Montagnier; 3 Stanley B Prusiner(1942- );

Năm 1986, lần đầu tiên ứng dụng trên người vaccin được sản xuất bằng kỹ thuật di

truyền (vaccin viêm gan B)

Năm 1990, bắt đầu thử nghiệm lần đầu tiên liệu pháp gen (gene-therapy) trên người

Năm 1992, thử nghiệm đầu tiên trên người liệu pháp đối nghĩa (antisense therapy)

Năm 1995, Venter, Smith giải trình tự hệ gen của vi khuẩn Haemophilus influenzae

Năm 1996, giải trình tự hệ gen của vi khuẩn Methanococcus jannaschii; Giải trình

tự hệ gen nấm men S cerevisiae gồm 6 000 gene

Năm 1997, phát hiện ra loại vi khuẩn lớn nhất Thiomargarita namibiensis; Giải

trình tự hệ gen vi khuẩn Escherichia coli cỡ 3 200 gene

Năm 2000, Edward Delong phát hiện ra Archea biển

Vi sinh vật học là một ngành khoa học có tốc độ phát triển mạnh mẽ, nhiều giải

thưởng Nobel đã được trao cho các nhà vi sinh vật học hoặc những công trình nghiên cứu trên

đối tượng vi sinh vật

Giải Nobel Y học 2005 dành cho hai nhà khoa học Australia - Barry J Marshall và J

Trang 33

Robin Warren - do đã khám phá ra vi khuẩn Helicobacter pylori và vai trò của chúng trong

bệnh viêm loét hệ tiêu hoá (chứng viêm dạ dày, loét dạ dày hoặc tá tràng)

Hình 1.25: 1.Barry J Marshall (1951-); 2 J Robin Warren (1937-) và

vi khuẩn Helicobacter pyroli sống trong đáy dạ dày

Giải Nobel Y học 2006 dành cho hai nhà khoa học Mỹ Andrew Z Fire và Craig C Mello của Mỹ đã có công khám phá cách vô hiệu hóa ảnh hưởng của các gene đặc biệt

Hình 1.26: 1 Craig C Mello (1960-); 2 Andrew Z Fire (1959-)

và cơ chế vô hiệu hóa gen

Ngày nay vi sinh vật học đã phát triển rất sâu với hàng trăm nhà bác học có tên tuổi

và hàng chục ngàn người tham gia nghiên cứu Các nghiên cứu đã đi sâu vào bản chất của sự sống ở mức phân tử và dưới phân tử, đi sâu vào kỹ thuật cấy mô và tháo lắp gene ở vi sinh vật

và ứng dụng kỹ thuật tháo lắp này để chữa bệnh cho người, gia súc, cây trồng và đang đi sâu vào để giải quyết dần bệnh ung thư ở loài người

III CÁCH ĐỌC (PHÁT ÂM) CỦA CHỮ LATINH

Chữ Latinh tuy không còn thông dụng trên thế giới nhưng các nhà khoa học vẫn sử dụng loại chữ này để đặt tên cho các loài vi sinh vật Chúng ta cần biết cách đọc loại chữ này để phát âm cho đúng, như thế người khác mới hiểu được khi ta trao đổi với họ bằng bất cứ loại ngôn ngữ nào

Trang 34

Bảng 1.1: Cách đọc (phát âm) của chữ Latinh

1 A a a a apis a-pi-xơ (ong)

2 B b bê b beta bê-ta (củ cải đường)

3 C c xê k(cứng)

x (mềm)

cicada xi-ca-da (ve sầu)

4 D d đê đ decem đê- xêm (mười)

5 E e ê ê ego ê-gô (tôi)

6 F f ép-phơ ph familia pha-mi-lia (họ)

7 G g ghê gh gutta gu-ta (giọt)

8 H h hát h homo hô-mô (người)

9 I i i i iodum i-ô-đum (iốt)

10 J j iôta i injectio in-ếch-xi-ô (thuốc tiêm)

11 K k ca k kalium ca-li-um (kali)

12 L l e lơ l lamina la-mi-na (phiến lá)

13 M m em- mơ m mel mê- lờ (mật ong)

14 N n en-nơ n nomen nô-mênờ (tên)

15 O o ô ô ovum ô-vum (trứng)

16 P p pê p penna pên-na (lông chim)

17 Q q cu q quinque quanh-quê (năm)

18 R r e-rơ r raus ra-ru-xờ (hiếm)

19 S s ét-xơ x semen xê-mên (hạt)

20 T t tê t tela tê- la (vải)

21 U u u u đuo, dvo đu-ô(hai),

có thể viết:dvo

22 V v vê v vox vô-ích- xờ (tiếng nói)

23 X x ich-xơ kx simples xim-plêch- xờ (đơn giản)

24 Y y ip-xi-lon uy amylum a-my-lum (tinh bột)

25 Z z dê-ta d zona dô- na (vùng)

26 W w v

u

Wolfram vôn-phơ-ram wedelia u-ê-đê-li-a (cây sài đất)

Bảng 1.2 Quy tắc văn phạm Latinh biến đổi từ số ít sang số nhiều

Bacterium, Bacteria

Trang 35

IV HỆ THỐNG SINH GIỚI VÀ VỊ TRÍ CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT

1 Khái niệm về giới sinh vật

Giới (Kingdom) là đơn vị phân loại hiện nay bao gồm những sinh vật có chung

những đặc điểm nhất định Các hệ thống phân loại sinh vật là kết quả của hơn 200 năm nghiên

cứu về hệ thống học

Hệ thống các cơ thể ngày càng hợp lý nhờ những hiểu biết sâu sắc về sinh học phân

tử Ngày nay nhờ các phương pháp phân loại hiện đại như: Hóa phân loại (Chemotaxonomy),

phân loại số (Numerical taxonomy), phân loại chủng loại phát sinh (Phylogeney taxonomy),

mà khoa học đã xác định vị trí khá chính xác của các nhóm cơ thể và mối liên hệ chủng loại

phát sinh giữa chúng

Thế giới sinh vật vô cùng phong phú và đa dạng Để nghiên cứu chúng các nhà khoa

học phải dựa vào các tiêu chí về cấu tao, dinh dưỡng, sinh sản để sắp xếp chúng vào bậc

thang phân loại và đặt tên

Các sinh vật được sắp xếp theo thang phân loại lệ thuộc từ thấp đến cao:

Loài (Species), Chi (Genus), Họ (Family), Bộ (Order), Lớp (Class), Ngành

(Phylum), và Giới (Kingdom) Hiện nay trên giới còn có một mức phân loại nữa gọi là lĩnh

giới (Domain) Đấy là chưa kể đến các mức phân loại trung gian như Loài phụ (Subspecies),

Chi phụ (Subgenus), Họ phụ (Subfamily), Bộ phụ (Suborder), Lớp phụ (Subclass), Ngành phụ

(Subphylum)

Loài là bậc thang phân loại thấp nhất, lĩnh giới là cấp phân loại cao nhất Bất kỳ một

sinh vật nào cũng được sắp xếp vào một loài nhất định Nhiều loài thân thuộc tập hợp thành

chi, nhiều chi thân thuộc tập hợp thành họ, nhiều họ thân thuộc tập hợp thành bộ, nhiều bộ

thân thuộc tập hợp thành lớp, nhiều lớp tập hợp thành ngành, nhiều ngành hợp thành một giới

Để tránh nhầm lẫn người ta đặt tên loài theo nguyên tắc dùng tên kép (theo tiếng Latinh) Tên

thứ nhất là tên chi (viết hoa), tên thứ 2 là tên loài (viết thường) Ví dụ: Escherichia coli Khi

cần viết tắt ta chỉ viết tắt tên chi, tên loài viết đầy đủ (bằng chữ thường) Ví dụ: E coli

Một loài bất kỳ thì thường viết tắt là "sp." còn số nhiều là "spp."

1 2 3

Hình 1.27 : 1 A P de Candolle (1778 -1841),

2 George Gaylord Simpson ( 1902 – 1984) và 3 Ernst Mayr(1904-2005)

Trang 36

2 Một số hệ thống phân loại

Bảng 1.3 Một số hệ thống phân loại sinh vật

*Trước Linne có nhiều tác giả phân loại sinh vật nổi tiếng, đáng chú ý là Aristotle (384-322

TCN) có nhiều đóng góp trong phân loại động vật

Hình 1.28 Phân loại thế giới sống

Trang 37

Hình 1.29: Một số nhà phân loại học xuất sắc (từ trái qua phải)

Carolus Linnaeus (1707-1778); ; Ernst Heinrich Haeckel (1834-1919);

Robert Whittaker (1921-1981) và Carl R Woese (1928-)

Hình 1.30: Hệ thống 3 lĩnh giới của Carl R Woese và cộng sự, 1990

Trang 38

Hình 1.31: Vị trí phân loại của cổ khuẩn và hệ thống ba l nh giới (Domain)

Carl R Woese, 1 9

Hình 1.32 Hệ thống phân loại 8 giới sinh vật (T Cavalier- Smith -1993)

Bảng 1.4: Hệ thống ba siêu giới với bảy giới* (dẫn theo Nguyễn Thành Đạt, 2001)

1 Acaryote Protovira (Virus RNA); Euvira(Vi rut DNA)

2 Prokaryote Archaea (Vi sinh vật cổ); Bacteria (Vi khuẩn)

3 Eukaryote Plantae (Thực vật); Fungi (Nấm); Animalia (Động vật)

*Các siêu giới này được sắp xếp theo 3 mức phức tạp của cơ thể sống

Trang 39

3 Những sai khác giữa các tế bào Prokaryote và Eukaryote

Nhóm sinh vật nhân sơ và nhân thực có những sai khác cơ bản (Bảng 1.5):

Bảng 1.5: Những sai khác giữa các tế bào Prokaryote và Eukaryote

Đặc điểm Nhóm nhân sơ (Prokaryote) Nhóm nhân thực (Eukaryote)

Sinh vật điển hình bacteria, archaea protista, nấm, động vật, thực vật

-Các NST chứa histon

-Hạch nhân

-Trao đổi di truyền

1 không có không có

1 chiều qua plasmid

> 1

có

có bằng sự kết hợp giao tử

-Sợi thoi vô sắc không có có

-Màng sinh chất không chứa steron(trừ vk lam) có chứa steron

đôi khi có đôi khi có màng bào quan chuyển động nội bào rõ rệt

Ngoài virus là nhóm vi sinh vật chưa có cấu trúc tế bào ra, tất cả các sinh vật khác trên Trái đất này được chia thành hai nhóm lớn:

Nhóm nhân sơ (Prokaryote): bao gồm vi khuẩn (theo nghĩa rộng gồm vi khuẩn (Bacteria), xạ khuẩn (Actinomycetes), xoắn thể (Spirochaeta), vi khuẩn cực nhỏ (Rickettsia,

Mycoplasma, Chlamydia) và vi khuẩn lam Cyanobacteria

Nhóm sinh vật nhân thực (Eukaryote): bao gồm vi nấm(nấm men, nấm mốc, nấm nhầy), động vật nguyên sinh, vi tảo, thực vật, động vật

Trang 40

V VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG ĐỜI SỐNG

Cho đến nay con người vẫn sử dụng các phương pháp vi sinh vật cổ điển như sản

xuất rượu, bia, men nở bột mỳ, các sản phẩm sữa nhờ vi khuẩn lactic, dấm nhờ vi khuẩn

acetic, chế biến tương, đậu nành nhờ nấm mốc

Hầu hết các chất kháng sinh đều do vi sinh vật tổng hợp

Một số sản phẩm của vi sinh vật cũng được sản xuất nhờ các phương pháp vi sinh vật

hiện đại: carotenoid và steroid từ nấm mốc, acid glutamic và các aminoacid khác cũng như

nucleotid từ vi khuẩn Nhiều enzym quan trọng đều do vi sinh vật tổng hợp Chỉ có vi sinh vật

mới có khả năng chuyển hóa các nguyên liệu đặc biệt, trữ lượng lớn như dầu lửa, khí đốt,

cellulose thành sinh khối hoặc các sản phẩm trung gian tiết vào môi trường

Năm 1982 hai nhà khoa học y học Australia Robin Warren và Barry Marshall đã phát

hiện ra vai trò của vi khuẩn Helicobacter pylori và cơ chế gây bệnh viêm loét dạ dày và viêm

ruột ở người (giải Nobel năm 2005)

Kỹ thuật di truyền hiện đại có thể đưa một đoạn DNA bất kỳ vào vi khuẩn, buộc

chúng tổng hợp một protein tương ứng như hormon, kháng nguyên, kháng thể Việc chuyển

các gene cố định N và các gene kháng sâu hại sang cây hay chuyền khả năng điều trị các bệnh

do khuyết tật sinh hóa gây nên, cũng đang được quan tâm đặc biệt

Sau khi tạo DNA tái tổ hợp, việc tiếp theo là đưa nó vào lại tế bào chưa mang

plasmid được thực hiện với nhiều cách khác nhau:

1 2 3 Hình 1.33: Một số thiết bị chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào

1 Máy điện biến nạp(Electroporation);

2 Vi tiêm(Microinjection);

3 Súng bắn DNA (Biolistis apparatus)

+ Dung hợp tế bào trần (protoplast fusion): Dung hợp 2 tế bào đã loại bỏ thành tế bào

+ Hóa biến nạp: Xử lí CaCl2 lạnh, kèm sốc nhiệt (420C trong 2 phút)

+ Điện biến nạp: có thể đến 109- 1010 thể biến nạp/1µgDNA Đoạn biến nạp có kích

thước 25-135kb (hình 1.33.1)

+ Vi tiêm: Tiêm thẳng DNA tái tổ hợp vào tế bào (hình 1.33.2)

+ Bắn DNA vào tế bào bằng súng bắn DNA (hình 1.33.3)

Ngoài ra còn nhiều phương pháp khác đưa DNA tái tổ hợp vào tế bào như dùng

màng lipid (liposome) bao DNA để đưa vào tế bào hay phương thức “dội bom”

Định dạng
Số trang	360
Dung lượng	14,88 MB