Giáo trình Vi sinh nông nghiệp

Nội dung text: Giáo trình Vi sinh nông nghiệp

1. GIÁO TRÌNH VI SINH NÔNG NGHIỆP
2. CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT HỌC 1.1 Đối tượng Xung quanh chúng ta, ngoài các sinh vật lớn mà chúng ta có thể nhìn thấy được, còn có vô vàn vi sinh vật nhỏ bé, muốn nhìn thấy chúng phải sử dụng kính hiển vi, người ta gọi chúng là vi sinh vật. Môn khoa học nghiên cứu về hoạt động sống của các vi sinh vật được gọi là Vi sinh vật học. Vi sinh vật học phát triển rất nhanh và đã dẫn đến việc hình thành các lĩnh vực khác nhau: vi khuẩn học (Bacteriology), nấm học (Mycology), tảo học (Algology) virus học (Virolory), Việc phân chia các lĩnh vực còn có thể dựa vào phương hướng ứng dụng. Do đó chúng ta thấy hiện nay còn có y sinh vi sinh vật học, vi sinh vật học thú y, vi sinh vật công nghiệp, vi sinh vật học nông nghiệp. Ngay trong vi sinh vật học nông nghiệp cũng có rất nhiều chuyên ngành: vi sinh vật lương thực, vi sinh vật thực phẩm, Mỗi lĩnh vực có đối tượng cụ thể riêng, cần đi sâu. Tuy nhiên ở mức độ nhất định các chuyên ngành trên đều có những điểm cơ bản giống nhau. Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu những quy luật chung nhất về vi sinh vật. Đối tượng nghiên cứu của vi sinh vật học là vi khuẩn, xạ khuẩn (Actinomycetes), virus, Bacteriophage (thể thực khuẩn), nấm, tảo, nguyên sinh động vật. Vi khuẩn: là nhóm vi sinh vật có nhân nguyên thủy, cơ thể đơn bào, sinh sản chủ yếu bằng hình thức trực phân, cơ thể nhỏ bé, muốn quan sát được phải sử dụng kính hiển vi quang học. Virus: là những sinh vật mà kích thước của chúng vô cùng nhỏ bé, ký sinh nội bào tuyệt đối, muốn quan sát chúng phải sử dụng kính hiển vi điện tử. Nấm: trước đây được coi là thực vật bậc thấp nhưng không có diệp lục tố, thường đơn bào, có nhóm giả đa bào, cơ thể phân nhiều nhánh nhưng không có vách ngăn hoặc vách ngăn nhưng chính giữa có lỗ thông, thuộc tế bào nhân thật. Vi sinh vật tuy có kích thước nhỏ bé và có cấu trúc cơ thể tương đối đơn giản nhưng chúng có tốc độ sinh sôi nẩy nở rất nhanh chóng và hoạt động trao đổi chất vô cùng mạnh mẽ. Vi sinh vật có thể phân giải hầu hết tất cả các loại chất có trên thế giới, kể cả những chất rất khó phân giải, hoặc những chất gây hại đến nhóm sinh vật khác. Bên cạnh khả năng phân giải, vi sinh vật còn có khả năng tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp, trong điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường. 1.2. Sự phân bố của vi sinh vật Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự nhiên: trong đất, nước, không khí, trên
3. cơ thể các sinh vật khác, trên lương thực, thực phẩm và các loại hàng hóa. Chẳng những thế, sự phân bố của chúng còn theo một hệ sinh thái vô cùng phong phú, đa dạng, từ lạnh đến nống, từ chua đến kiềm, từ háo khí đến kị khí, Do sự phân bố rộng rãi và do hoạt động mạnh mẽ nên vi sinh vật có tác dụng rất lớn trong việc tham gia các vòng tuần hoàn vật chất trên trái đất cũng như tham gia vào các quá trình sản xuất nông nghiệp. Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu những quy luật chung nhất về vi sinh vật. 1.3. Nhiệm vụ của vi sinh vật học -Nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về hình thái, cấu tạo, di truyền, hoạt động sinh lý hóa học, của các nhóm vi sinh vật. -Sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên và mối quan hệ giữa chúng với môi trường và các sinh vật khác. -Nghiên cứu các biện pháp thích hợp để có thể sử dụng một cách có hiệu quả nhất vi sinh vật có lợi cũng như các biện pháp tích cực nhằm ngăn ngừa các vi sinh vật có hại trong mọi hoạt động của đời sống con người. 2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC Căn cứ vào quá trình phát triển có thể chia vi sinh vật học ra làm 4 giai đoạn phát triển. 2.1. Giai đoạn trước khi phát minh ra kính hiển vi Từ thời thượng cổ người ta đã biết ủ phân, trồng xen cây họ đậu với cây trồng khác, ủ men, nấu rượu, nhưng chưa giải thích được bản chất của các biện pháp. Trong quá trình định canh con người đã thấy được tác hại của bệnh cây. Đối với bệnh ‘’rỉ sắt’’ ở thời Aristote người ta xem như là do tạo hóa gây ra. Ở Hy Lạp bấy giờ người ta cho rằng cây bị bệnh là do đất xấu, phân xấu, gây ra khí hậu không ôn hoà nhưng chủ yếu là do trời đất. Trung Quốc vào thế kỷ thứ nhất trước công nguyên trong quyển ‘’Ký thắng Chi thư’’ đã ghi: muốn cho cây tốt phải dùng phân tằm, không có phân tằm thì dùng phân tằm lẫn tạp cũng được. Trong sách này cũng đã ghi nhận trồng xen cây họ đậu với các loại cây trồng khác. Trong các tài liệu ‘’Giáp cốt’’ của Trung Quốc cách đây 4000 năm đã thấy đề cập đến kỹ thuật nấu rượu. Người ta nhận thấy trong quá trình lên men rượu có sự tham gia của mốc vàng, như vậy vi sinh vật đã được ứng dụng vào sản xuất, phục vụ cuộc sống từ rất lâu, nhưng người ta chưa hiểu được bản chất của vi sinh vật, mãi đến khi kính hiển vi quang học ra đời, những hiểu biết về vi sinh vật dần dần được phát triển, mở ra trước mắt nhân loại một thế giới mới, thế giới của những vi sinh vật vô cùng nhỏ bé nhưng vô cùng phong phú. 2.2. Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi (Phát hiện ra vi sinh vật)
4. Leewenhoek là người đầu tiên phát hiện ra vi sinh vật nhờ phát minh ra kính hiển vi, Ông là một thương nhân buôn vải, muốn tìm hiểu cấu trúc của sợi vải ông đã chế tạo ra các thấu kính và lắp ráp chúng thành một kính hiển vi có độ phóng đại 160 lần, Ông đã quan sát nước ao tù, nước ngâm các chất hữu cơ, bựa răng, Leewenhoek nhận thấy ở đâu cũng có những sinh vật nhỏ bé. Rất ngạc nhiên trước những hiện tượng quan sát được ông viết ‘’Tôi thấy trong bựa răng của miệng của tôi có rất nhiều sinh vật tý hon hoạt động, chúng nhiều hơn so với vương quốc Hà Lan hợp nhất’’. Phát minh của Leewenhoek củng cố quan niệm về khả năng tự hình thành của vi sinh vật. Thời gian này người ta cho rằng sinh vật quan sát được là từ các vật vô sinh, thịt, cá sinh ra dòi và sau đó người ta cho ra đời thuyết tự sinh (hay thuyết ngẫu sinh). A- Kính hiển vi đầu tiên của nhân loại B- Bình cổ ngỗng mà Pasteur đã đánh đổ học thuyết tự sinh 2.3. Giai đoạn vi sinh vật học thực nghiệm với Pasteur Đến thế kỷ XIX cùng với sự phát triển của chủ nghĩa tư bản, các ngành khoa học kỹ thuật nói chung và vi sinh vật học nói riêng, phát triển mạnh mẽ, nhiều nhà khoa học đã quan sát và nghiên cứu về một số vi sinh vật gây bệnh và sáng tạo ra một số phương pháp mới để nghiên cứu về vi sinh vật. Đóng góp cho sự phát triển của vi sinh vật ở giai đoạn này phải kể đến nhà bác học người Pháp Pasteur (1822-1895). Với công trình nghiên cứu của mình ông đã đánh đổ học thuyết tự sinh, nhờ chế tạo ra bình cổ ngỗng. Ông đã chứng minh thuyết tự sinh là không đúng bằng các thí nghiệm sau: TN1: Dùng một cái bình chứa nước thịt đun sôi, để nguội sau một thời gian thì nước thịt đục, quan sát thấy có vi sinh vật. TN2: Tiến hành như thí nghiệm thứ nhất nhưng sau đó ông bịt kín miệng bình lại, để một thời gian nước thịt không bị vẩn đục. Lúc này mọi người phản đối, họ nói không có không khí nên vi sinh vật không phát triển được, chưa thuyết phục được họ ông làm thí nghiệm tiếp theo. TN3: Ông uốn cổ bình giống như hình cổ ngỗng kéo dài ra cho thông với không khí, sau khi đun sôi để một thời gian nước thịt không bị đục, khi đó người ta mới công nhận bác bỏ thuyết tự sinh. Pasteur là người đã đề xuất thuyết mầm bệnh, thuyết miễn dịch học, là cơ sở để sản xuất vaccin trong phòng bệnh. Ông đã chứng minh bệnh than ở cừu là do vi khuẩn gây ra và lan truyền từ con bệnh sang con lành và ông đã tiến hành thí nghiệm tiêm phòng vaccin nhiệt thán cho cừu năm 1881, ông chọn 50 con cừu khỏe mạnh, tương đồng, tiêm vaccin cho 25 con còn 25 con không tiêm vaccin, sau đó cường độc thì 25 con không tiêm vaccin bị chết còn 25 con tiêm vaccin sống bình thường. Thời đó hễ bị chó dại cắn là phải chết, rất thương tâm trước cái chết của
5. những người bị chó dại cắn, ông đã lao vào nghiên cứu vaccin phòng và trị bệnh chó dại, thành công đầu tiên là cứu một bé trai thoát khỏi phát bệnh dại. Sau khi thành công đó các nhà hảo tâm đã xây dựng viện Pasteur tại pháp, sau này nhân rộng ra, đây là thành công lớn nhất của Pasteur đối với nhân loại. L. Pasteur tốt nghiệp sinh hóa, ông rất thành công trong nghiên cứu nhưng gia đình ông rất bất hạnh, anh trai và các con của ông đều chết do bệnh tật. Mặc dầu L. Pasteur là người đầu tiên chứng minh cơ sở khoa học của việc chế tạo vaccin nhưng thuật ngữ vaccin lại do một bác sĩ nông thôn người anh Edward Jenner (1749-1823) đặt ra. Ông là người đầu tiên nghĩ ra phương pháp chủng đậu bằng mủ đậu mùa bò cho người lành, để phòng bệnh đậu mùa, một căn bệnh hết sức nguy hiểm cho tính mạng thời bây giờ. 2.4. Giai đoạn sau Pasteur và vi sinh học hiện đại Tiếp theo sau Pasteur là Koch (Robert Koch 1843-1910), là người có công trong việc phát triển các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật. Ông đề ra phương pháp chứng minh một vi sinh vật là nguyên nhân gây ra bệnh truyền nhiễm mà ngày nay mọi nhà nghiên cứu bệnh học phải theo và gọi là quy tắc Koch. Ngày 24-3-1882, Koch công bố công trình khám phá ra vi trùng gây bệnh lao và gọi nó là Mycobacterium tuberculosis, là một bệnh nan y thời đó. Khám phá này mở đường cho việc chữa trị bệnh ngày nay. Kế đó học trò của Koch là Petri (Juliyes Richard Petri, 1852-1921) chế ra các dụng cụ nghiên cứu vi sinh vật mà ngày nay còn dùng tên của ông để đặt cho dụng cụ ấy: đĩa Petri. Ông cũng nêu ra các biện pháp nhuộm màu vi sinh vật. Ivanopxki, 1892 và Beijerrinck, 1896 là những người phát hiện ra virus đầu tiên trên thế giới khi chứng minh vi sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn, qua được lọc bằng sứ xốp, là nguyên nhân gây bệnh khảm cây thuốc lá. Ngày nay vi sinh vật 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 độ phân tử và dưới phân tử, đi sâu vào kỹ thuật cấy mô và tháo lắp gen 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 bệnh ung thư ở loài người Hooke (1665) láön âáöu tiãn quan saït tháúy tãú baìo Anton van Leewenhoek (1632-1723) Louis Pasteur (1822-1895) Robert Koch (1843-1910) Alexander Fleming (1881-1955)
6. Watson and Crick (1953) phaït hiãûn ra cáúu truïc cuía DNA Klug (1982) phaït hiãûn ra cáúu truïc virus khaím thuäúc laï (TMV) 3. VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG HOẠT ĐỘNG SỐNG CỦA CON NGƯỜI VÀ TRONG NÔNG NGHIỆP Trong thiên nhiên, vi sinh vật giữ những mắt xích trọng yếu trong sự chu chuyển liên tục và bất diệt của vật chất, nếu không có vi sinh vật hay vì một lý do nào đó mà hoạt động của vi sinh vật bị ngừng trệ dù chỉ trong thời gian ngắn, có thể nó sẽ làm ngưng mọi hoạt động sống trên trái đất. Thật vậy người ta đã tính toán nếu không có vi sinh vật hoạt động để cung cấp CO2 cho khí quyển thì đến một lúc nào đó lượng CO2 sẽ bị cạn kiệt, lúc bây giờ cây xanh không thể quang hợp được, sự sống của các loài sinh vật khác không tiến hành bình thường được, bề mặt trái đất sẽ trở nên lạnh lẽo. Vi sinh vật còn là nhân tố tham gia vào việc giữ gìn tính bền vững của các hệ sinh thái trong tự nhiên. Đối với sản xuất nông nghiệp, vi sinh vật có vai trò rất lớn, vi sinh vật tham gia vào việc phân giải các hợp chất hữu cơ, chuyển hóa các chất khoáng, cố định nitơ phân tử để làm giàu thêm dự trữ nitơ của đất. Trong quá trình sống, vi sinh vật còn sản sinh ra rất nhiều chất có hoạt tính sinh học cao có tác dụng trực tiếp đối với quá trình sinh trưởng, phát triển của cây trồng, vật nuôi. Người ta nhận thấy nếu không có vi sinh vật tiêu thụ các sản phẩm trao đổi chất do cây trồng tiết ra quanh bộ rễ thì một số sản phẩm này sẽ đầu độc trở lại cây trồng. Trong chăn nuôi và ngư nghiệp, vi sinh vật cũng có tác dụng rất to lớn, trong cơ thể của các loài động vật đều có một hệ vi sinh vật rất phong phú, hệ vi sinh vật này giúp cho quá trình đồng hóa các chất dinh dưỡng và thải các chất cặn bã trong quá trình sống. Trong chăn nuôi một vấn đề lớn là làm thế nào để phòng chống được các bệnh truyền nhiễm, môn vi sinh vật thú y đã cùng môn dịch tễ học đã đề ra những biện pháp phòng dịch bệnh của súc vật và một số bệnh có thể lây sang người, như dại, lao, nhiệt thán, Hiện nay vi sinh vật là một môn khoa học mũi nhọn trong cuộc cách mạng sinh học. Nhiều vấn đề quan trọng của sinh học hiện đại như, nguồn gốc sự sống, cơ chế thông tin, cơ chế di truyền, cơ chế điều khiển học và các tổ chức sinh vật học, vi sinh vật học đang có những bước tiến vĩ đại, đang trở thành vũ khí sắc bén trong tay con người để nhằm chinh phục thiên nhiên phục vụ đắc lực cho sản xuất và đời sống.
7. Chương 2: VIRUS MỤC TIÊU: Sau khi phần học xong phần naỳ sinh viên nắm được: 1. Sự phát triển cuả ngành virut học và tầm quan trong cuả nó. 2. Virut là nhóm đối tượng đặc biệt cuả ngành virut học. 3. Các đặc điểm cuả virut. 4. Cấu taọ cuả virut. 5. Các kiểu chu trình sống cuả các virut ở vi khuẩn và ở động, thực vật. 6. Virut và bệnh tật. I/ LƯỢC SỬ PHÁT HIỆN VÀ NGHIÊN CỨU VIRUT. I.1 Phát hiện ra virut là tác nhân gây nhiều bệnh ở các loại cơ thể sống.
8. Trước khi loài người biết đến bản chất cuả virut, nó đã là tác nhân gây nhiều bệnh truyền nhiễm. người ta đã tìm thấy dấu dấu vết gây bệnh virut trên người từ thời thượng cổ. năm 1884, Lui Paster khi nghiên cứu bệnh daị đã giả định rằng tác nhân gây bệng daị là một loại tế baò sống nhở hơn vi khuẩn và ông đề nghị sử dụng thuật ngữ virut dành cho loại bệnh không rõ nguồn gốc( virut _ tiến lalinh có nghiã là chất độc). _Năm 1892, Đ. I. Ivannôpxkii dã chứng minh rằng dịch qua lọc từ cây thuốc lá bị bệnh đốm thuốc lá có bản chất sống, có khả năng lây nhiễm và rút ra kết luận: tác nhân gây bệnh đốm thuốc lá là một loại vi sinh vật đi qua hết thaỷ các loại phểu lọc vi khuẩn. _Năm 1898, Beijerinck Martinus đã khẳng định kết luận cuả ivanopxkii và tính kí sinh bắt buộc cuả chúng: nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc là lá do dịch chật độc sớng qua lọc. Chất dịch độc này chỉ gây bệnh tr6en mô sống cuả cây thuốc lá, có thể mất hoạt tính khi dun sôi, nhưng nếu sấy khô sẽ vẫn bảo toàn hoạt tính. Các vi sinh vật qua lọc này ngaỳ nay được gọi chung là vi rut. _Tiếp đó, các loại virut gây bệnh trên người, động vật và vi sinh vât cũng đã lần luợc được khám phá, ví dụ virut gây bệnh lở mồm lông mống ở đại gia súc có sừng, virut gây bệng số vàng ở châu phi, virut gây bệnh máu trắng ở gà, virut gây khối u ở gà. Năm 1915,F.W.Twort dã quan sát thất hiện tượng virut làn tan Micrococcus trên môi trường thạch. Năm 1917 Fellix D Herelle đã phân lập được virut làm tan Shigella disenteriae. Ông gọi virut kí sinh trên vi khuẩn là thực khuẩn. _Ngày nay danh sách các virut gây bệnh ở người và động thực vật ngaỳ cáng dài thêm, trong đó có hhiều loại virut gây bệnh cực ki nguy hiểm như HIV/AIDS, virut Ebola, virut Sart và cúm gà tuyp A(H5n1), virut ung thư gan, vòng họng, Burkit . I.2 Nghiên cứu về hình thái, câu tạo hạt virut và xây dựng các phương pháp nghiên cứu virut. Ngành virut học cũng đã tiến những bước tiến rất dài về xây dựng phương pháp nghiên cứu toàn diện về bản chất virut. + Năm 1933 bằng phương pháp li tâm đặc biệt, Schllesinger thu được Phage ở dạng thuần chủng. +Năm 1940 nhờ có sự ra đời cuả kính hiển vi điện tử, người ta đã nhìn thấy virut đốm thuốc lá( Tabaco mosaic virut= TMV) và ngành virut học có những bước phát triển nhanh chóng. +Năm 1935 Stanley tinh thể hóa đuợc TMV. + Năm 1937 Bawden và Pirie đã thuần chủng TMV và xác điịnh được thành phần cấu trúc cuả hạt TMV gồm có axit nuclêic (ARN) và vỏ protein.
9. + Mặt dù TMV là virut đuợc phát hiện sớm nhất nhưng các thí nghiệm sinh hoá và di truyền về sau này lại chủ yếu đuợc tiến hành trên phage. + Holmos (1929) đã xá định phương pháp đếm đơn vị nhiễm ở thực vât nhờ các vết hoại tử trên cây và lá. +Max Theiler (1937) đã đưa ra phương pháp nuôi cấy virut động vật trong phôi gà mở đầu sự nghiê cứu các virut động vật. Sự nuôi cấy thành công các virut trên các mô sống nhân tạo cuả Ender năm 1949 đã cho phép các nghiên cứu virut tiến hành thuận lợi hơn. Tiếp đó, năm 1952 Dulbelco đã đưa ra phương pháp đếm đơn vị nhiễm ở động vật nhờ nuôi cấy tế bào một lớp trong hộp petri. +Năm 1941 Hirst đã phát hiện khả năng làm ngưng kết hồng cấu cuả virut cúm đặt nền móng cho phương pháp chuẩn đóan các bệnh virut bằng huyết thanh và miễn dịch học virut. +Từ những năm 1960 các phuơng pháp huyềt thanh và miễn dịch học tiếp tục được phát triển và hoàn thiện. + Năm 1975 nhờ thành công cuả Kohler và Mils về tạo kháng thể đơn dòng mở ra một bước tiến mới trong việc hoán thiện các phuơng pháp nghiên cứu virut. II. ĐAỊ CƯƠNG VỀ VIRUT II.1 Tóm tắt về đặc điểm chính (tính chất) cuả virut: -Virut là một nhánh cuả sự sống, bao gồn nhửng thể sống siêu hiển vi, nằm ở ranh giới giữa phân tử hữu cơ lớn nhất( phân tử albumin 10 nm) và tế bào vi khuẩn nhỏ nhất ( Mycoplasma _ 150nm) đi qua màng lọc vi khuẩn không nhìn thấy dưới kính hiển vi quang học, không lắng đọng trong máy quay li tâm thường. -Virut chỉ có kết cấu đaị phân tử, không có cấu tạo tế bào, thường được gọi là hạt virut chứ không goị là tế bào virut( virut particles). Thành phần cuả hạt virut chỉ bao gồm vỏ protein và lõi axit nucleic ( môt vài virut phúc tạp có màng bao bọc chứa thêm polisaccharit hoặc lipopolisaccharic) -Không có hệ thống trao đổi chất và năng lượng riêng. Khác với tất cả các loại vi sinh vật đã biết, hạt virut chỉ chứa một loại axit nucleic hoặc ADN hoặc ARN. Chí có axit nucleic mới giử chúc năng di truyền, protein và vỏ bọc chỉ giữ chức năng năng bảo vệ. -Virut là vi sinh vật kí sinh bắt buộc, chỉ sinh trưởng phát triển trong tế bào vật chủ sống. Khi ở ngoài cơ thể vật chủ vi rut chỉ có thể tồn tại ở dạng đại phân tử hoá học và có tính truyền nhiễm ( dạng virion). -Một số virut thực vật có khả năng hình thành tinh thể. Virut là nhóm đặc biệt cuả sinh giới và có khả năng gây bệnh trên tất cả các sinh vật khác từ vi khuẩn , nấm tảo nguyên sinh động vật đến thực vật và con người,.
10. - Vì những tính chất rất đặc biệt như trên virut chưa được xếp vào bất cứ nhóm phân loại naò trong các hệ thống phân loại sinh giới. II.2 Những đặc điểm đặc trưng cuả virut II.2.1 Hình dạng, kích thước - Virut chưa có cấu tạo tế bào, mỗi virut không thể gọi là một tế bào mà được goị là hạt virut hay virion. Đó là một virut thành thục có cấu trúc hoàn chỉnh. Virut có nhiều dạng hình thái khác nhau. 1. hình dạng cầu đối xứng xoắn Dạng thường hay gập, đa số các virut gây bệnh cho người và động vật thường dạng này như virut cúm, virut quai bị, virut ung thư ở người và gia cầm, kích thước từ 100- 150 nm. Virut quai bị virut ung thư 2. Dạng hình que đối xứng xoắn Gồm hầu hết các virut gây bệnh cho thực vật như: virut đốm lá cây thuốc lá, virut đốm khoai tây, kích thước từ 15-250 nm. 3. Dạng hình khối đối xứng xoắn Cây đốm thuốc lá Gồm các virut có nhiều góc cạnh, có cấu tạo phức tạp như: virut đậu muà, virut khối u cuả nguời và động vật, virut đường hô hấp, kích thước từ 30-300nm. 4. Dạng hình tinh trùng Gồm hai phần: phần đầu có dạng hình khối saú cạnh, phần sau là đuôi có Virut đâu mùa dạng hình que, goị là thực khuẩn thể (phage, bacteriophage) có kích thưóc biến động từ 10-250nm. Trừ virut đậu mùa có thể quan sát bằng kính hiển vi quang học, còn hầu hết tất cả các virut có kích thước khoảng 1,2 µm thì không thấy được. Về độ lớn thì virut họ Poxviridae có kích thước lớn nhất 250 nm và virut nhỏ nhất là virut thuộc họ Piconaviridae có kich thước khoảng 10- 20 nm.
11. II.2.2 CÂÚ TRÚC CUẢ VIRUT Có thể khái quát cấu trúc của viut như sau: Vỏ Vỏ capsit Màng bọc + gai+enzim(ở một số virut) Hạt virut Lõi AND hoặc ARN enzym(ở một số virut) Tất cả các virus đều có cấu tạo gồm hai thành phần cơ bản: lõi là acid nucleic (tức genom) và vỏ là protein gọi là capsid, bao bọc bên ngoài để bảo vệ acid nucleic. Phức hợp bao gồm acid nucleic và vỏ capsid gọi là nucleocapsid hay xét về thành phần hoá học thì gọi là nucleoprotein. Đối với virus ARN thì còn gọi là ribonucleoprotein Genom của virus có thể là ADN hoặc ARN, chuỗi đơn hoặc chuỗi kép, trong khi genom của tế bào luôn là ADN chuỗi kép, và trong tế bào luôn chứa hai loại acid nucleic, ADN và ARN. II.2.2.1Vỏ capsid: - Capsid là vỏ protein được cấu tạo bởi các đơn vị hình thái gọi là capsome. - - Capsome lại được cấu tạo từ 5 hoặc 6 đơn vị cấu trúc gọi là protome. Protome có thể là monome (chỉ có một phân tử protein) hoặc polyme (có nhiều phân tử protein) - Pentame (penton) có 5 protome nằm trên các đỉnh của khối đa diện, còn hexame (hexon) tạo thành các cạnh và bề mặt hình tam giác. - Capsid có khả năng chịu nhiệt, pH và các yếu tố ngoại cảnh nên có chức năng bảo vệ lõi acid nucleic - Trên mặt capsid chứa các thụ thể đặc hiệu, hay là các gai glicoprotein, giúp cho virus bám vào các thụ thể trên bề mặt tế bào. Đây cũng chính là các kháng nguyên (KN) kích thích cơ thể tạo đáp ứng miễn dịch (ĐƯMD). Vỏ capsid có kích thước và cách sắp xếp khác nhau khiến cho virus có hình dạng khác nhau. Có thể chia ra ba loại cấu trúc: đối xứng xoắn, đối xứng hình khối và cấu trúc phức tạp (Hình 1).
12. Hình 1. Kích thước và hình thái của một số virus điển hình .Theo Presscott L. M. et al. , Microbiology. 6th ed. Intern. Ed. 2005. 1. Cấu trúc đối xứng xoắn:
13. Sở dĩ các virus có cấu trúc này là do capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic. Tuỳ loại mà có chiều dài, đường kính và chu kỳ lặp lại của các nucleocapsid khác nhau. Cấu trúc xoắn thường làm cho virus có dạng hình que hay hình sợi ví dụ virus đốm thuốc lá (MTV), dại (rhabdo), quai bị, sởi (paramyxo), cúm (orthomyxo). ở virus cúm các nucleocapsid được bao bởi vỏ ngoài nên khi quan sát dưới kính hiển virus điện tử thấy chúng có dạng cầu. ( chen hinh) 2. Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện 20 mặt Hình của phòng thí nghiệm Ở các virus loại này, capsome sắp xếp tạo vỏ capsid hình khối đa diện với 20 mặt tam giác đều, có 30 cạnh và 12 đỉnh. Đỉnh là nơi gặp nhau của 5 cạnh thuộc loại này gồm các virus adeno, reo, herpes và picorna. Gọi là đối xứng vì khi so sánh sự sắp xếp của capsome theo trục. Ví dụ đối xứng bậc 2, bậc 3, bậc 5, vì khi ta xoay với 1 góc 1800 (bậc 2), 1200 (bậc 3) và 720 (bậc 5) thì thấy vẫn như cũ. Các virus khác nhau có số lượng capsome khác nhau.
14. Virus càng lớn, số lượng capsome càng nhiều. Dựa vào số lượng capsome trên mỗi cạnh có thể tính được tổng số capsome của vỏ capsid theo công thức sau: N= 10(n-1)2+2 Trong đó N- tổng số capsome của vỏ capsid, n-số capsome trên mỗi cạnh. Hình 2. A. Sơ đồ virus hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virus khảm thuốc lá). Capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic. B- Sơ đồ virus đa diện đơn giản nhất. Mỗi mặt là một tam giác đều. Đỉnh do 5 cạnh hợp lại. Mỗi cạnh chứa 3 capsome. C- Sự đối xứng của hình đa diện thể hiện khi quay theo trục bậc 2 (1800), bậc 3 (1200) và bậc 5 (720). Theo J. Nicklin et al., Instant Notes in Microbiology, Bios Scientific Publisher, 1999 đại diện kiểu cấu trúc khối có các loại: virut đường hô hấp,virut đường ruột, virut khối u . 3. Virus có cấu tạo phức tạp Một số virus có cấu tạo phức tạp, điển hình là phage và virus đậu mùa. Phage có cấu tạo gồm đầu hình khối đa diện, gắn với đuôi có cấu tạo đối xứng xoắn. Phage T chẵn (T2, T4, T6) có đuôi dài trông giống như tinh trùng, còn phage T lẻ (T3,T7) có đuôi ngắn, thậm chí có loại không có đuôi Virus đậu mùa có kích thước rất lớn, hình viên gạch. ở giữa là lõi lõm hai phía trông như quả tạ. Đối diện với hai mặt lõm là hai cấu trúc dạng thấu kính gọi là thể bên. Bao bọc lõi và hai thể bên là vỏ ngoài. II.2.2.2. Axit nucleic Nằm ở giữa hạt virut tạo thành lõi hay hệ gen của virut, chứa axit nucleic, mỗi loại virut đếu có một trong hai axit nucleic hoặc AND hoặc ARN.
15. Những virut có cấu trúc AND phần lớn mang AND sợi lép, còn virut mang ARN thì chủ yếu dạng sợi đơn. Axit nucleic chủ yếu là vât liệu được mã hoá mang thong tin di truyền của virut, hầu hết các virut thực vật chứa ARn, virut gây bệnh cho người và động vật một số chứa AND, một số chứa ARN, còn thực thể khuẩn(phage) thì luôn luôn chứa AND. Trong dạng virut que, axit nucleic xắp xếp như một mạch xoắn vòng, giống như hình lò xo xoắn ốc. Trong dạng virut hình khối, hình cầu và phần đầu của phage thì axit nuleic nằm cuộn tròn chính giữa trong như cuộn len rối. Axit nuleic của virut chỉ chiếm từ 1-2% khối lượng của hạt virut,nhưng có chức năng đặc biệt quan trọng: + các axit nuleic mang mật mã di truyền đặt trưng cho từng virut. + axit nuleic quyết định khả năng gây nhiễm trùng của virut trong từng tế bào cảm thụ. + axit nuleic quyết định chu ki nhân lên cùa virut trong từng tế bào cảm thụ. + axit nuleic mang tính bán kháng nguyên trong từng tế bào cảm thụ. II.2.2.3 Cấu trúc riêng 1.Cấu trúc bọc ngoài hay vỏ bọc ngoài(envelop) Một số virut bên ngoài capsit còn có một màng bao, gọi là envelop, cấu tạo bởi lipoprotein, trên màng bao còn có thể có them gai nhú (spike) bám xung quan. Màng này thực chất là màng tế bào chất của vất chủ nhưng đã bị virut cải tạo thành và mang tính kháng nguyên đặt trưng cho virut, màng bao có thể bị các dung môi hòa tan virut phá hủy. Cấu trúc vỏ ngoài của virut có một số chức năng sau: + Tham gia vào sự của virut trên các vị trí thích hợp của tế bào cảm thụ, như chất hemagglutinin của virut cúm. + Tham gia vào giai đoạn lắp ráp và giải phóng virut ra khỏi tế bào. + Vỏ bọc ngoài giúp cho virut giữ được tính ổn định của kích thước. +Tạo nên các kháng nguyên đặcc hiệu trên bề mặt virut. 2. Enzym Trong thành phần cấu trúc của virut có một số enzyme, đó là những enzyme cấu trúc, chúng gắn với cấu trúc của hạt virut hoàn chỉnh. Các enzyme cấu trúc thường gặp là Neuraminidaza, AND và ARN polimeraza, men sao chép ngược(reverse transcriptase). Mỗi enzyme cấu trúc có những chức năng riêng trong chu kì nhân lên của virut trong tế bào cảm thụ và chúng cũng mang tính kháng nguyên riêng đặt hiệu cho mội loại virut. 3.Tiểu thể bao hàm(inclusion)
16. Trong tế bào động vật và thực vật bị nhiễn vi rut, có thể xuất hiện những hạt nhỏ trong nhân hoặc trong tế bào tương, có kích thước và bắt màu đặc trưng nên có thể nhuộm và quan sát dưới kính hiển vi quang học được, đồng thời dựa vào đó có thể dự đoán gián tiếp sự nhiễm virut trong tế bào.Bản chất của các hạt này có thể là do các hạt virut ko6ng giải phóng khỏi tế bào hoặc có thể là do thành phần cấu trúc của virut chưa được lắp ráp thành hạt virut mới, cũng có thể là các hạt phản ứng của tế bào khi nhiễn virut, những hạt đó gọi là tiểu thể bao hàm hay thể ẩn nhập(inclusion). Ví dụ trong nguyên sinh chất tế bào của người mắt đậu mùa có tiểu thể bao hàm Guarnieri, ở gà mắt bệnh đậu có tiểu thể bao hàm Bollinge, trong nguyên sinh chất tế bào thần kinh trung ương của người mắt bệnh dại có tiểu thể bao hàm Negri. III Chu trình nhân lên của virut trong tế bào vật chủ _Virus không có khả năng sống độc lập, chúng sống ký sinh trong tế bào sống. Kết quả của quá trình ký sinh có thể xảy ra 2 khả năng: Khả năng thứ nhất là phá vỡ tế bào làm tế bào chết và tiếp tục xâm nhập rồi phá vỡ các tế bào lân cận. Khả năng thứ 2 là tạo thành trạng thái tiềm tan trong tế bào chủ, nghĩa là tạm thời không phá vỡ tế bào mà chỉ hoạt động sinh sản cùng nhịp điệu với tế bào chủ. Ở những điều kiện môi trường nhất định, trạng thái tiềm tan có thể biến thành trạng thái tan phá vỡ tế bào. _Những virus có khả năng phá vỡ tế bào gọi virus độc, những virus có khả năng tạo nên trạng thái tiềm tan gọi là virus không độc.  Quá trình hoạt động của virus độc: Quá trình của virus độc chia làm 4 giai đoạn: + Giai đoạn 1: Giai đoạn hấp thụ của hạt virus tự do trên tế bào chủ: Các hạt virus tự do tồn tại ngoài tế bào không có khả năng hoạt động, chúng ở trạng thái tiềm sinh gọi là hạt Virion. Khi gặp tế bào chủ, phụ thuộc vào tần số va chạm giữa hạt virion và tế bào, va chạm càng nhiều càng có khả năng tìm ra các điểm thụ cảm trên bề mặt tế bào gọi là các receptor. Lúc đó điểm thụ cảm của tế bào chủ và gốc đuôi của virus kết hợp với nhau theo cơ chế kháng nguyên - kháng thể nhờ có thành phần hoá học phù hợp với nhau. Kết quả là virus bám chặt lên bề mặt tế bào chủ. Mỗi loại virus có khả năng hấp thụ lên một hoặc vài loại tế bào nhất định. Điều này giải thích được tại sao mỗi loại virus chỉ gây bệnh cho một vài loại nhất định. + Giai đoạn 2:Giai đoạn xâm nhập của virus vào tế bào chủ Quá trình xâm nhập của virus vào tế bào chủ xảy ra theo nhiều cơ chế khác nhau phụ thuộc vào từng loại virus và tế bào chủ.
17. Ở thực khuẩn thể T4 sau khi virus bám vào điểm thụ cảm của tế bào chủ, nó tiết ra men Lizozym thuỷ phân thành tế bào vi khuẩn. Sau đó dưới tác dụng của ATP - aza bao đuôi của phage co rút làm cho trụ đuôi xuyên qua thành tế bào và phân tử ADN được bơm vào bên trong tế bào chủ. Vỏ capxit vẫn nằm ở ngoài. Người ta chứng minh được cơ chế trên nhờ phương pháp nguyên tử đánh dấu. Ngoài cơ chế trên còn có một số cơ chế khác: ở một số virus động vật, sau khi tiết ra men phân huỷ thành tế bào chủ, toàn bộ hạt virion lọt vào trong tế bào, sau đó các men bên trong tế bào mới tiến hành phân huỷ vỏ Capxit giải phóng ADN. Người ta gọi là quá trình này là quá trình “cởi áo”. Một số tế bào chủ lại có khả năng bao bọc virion rồi “nuốt” theo kiểu thực bào. Sau đó có quá trình “cởi áo” giải phóng ADN của virus. + Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh sản của virus trong tế bào chủ (sao chép và nhân lên). Quá trình sinh sản của virus còn gọi là sự nhân lên của chúng. Đây là vấn đề rất hấp dẫn của sinh học phân tử trong thời gian gần đây. Bằng các phương pháp hiện đại người ta đã làm sáng tỏ quá trình nhân lên của virus. Sau khi phân tử ADN của virus lọt vào tế bào chủ, quá trình tổng hợp ADN của tế bào chủ lập tức bị đình chỉ. Sau đó quá trình tổng hợp protein của tế bào cũng ngừng và bắt đầu quá trình tổng hợp các enzym này còn gọi là protein sớm vì nó là những protein được tổng hợp đầu tiên sau quá trình xâm nhập. Khi các enzym này được hoàn thành, bắt đầu xúc tác cho quá trình tổng hợp ADN của virus bằng nguyên liệu ADN của tế bào chủ bị phân huỷ. Sau khi các phân tử ADN virus được tổng hợp đến một số lượng nhất định quá trình này ngừng và bắt đầu quá trình tổng hợp Protein muộn bao gồm vỏ Capxit của virus và các enzym có trong thành phần của virus trưởng thành. Các quá trình này được tiến hành do sự điều khiển của bộ gen virus. Như vậy, 2 phần vỏ và lõi virus được tổng hợp riêng biệt. + Giai đoạn 4: Giai đoạn lắp ráp hạt virus và giải phóng chúng ra khỏi tế bào: Giai đoạn này còn gọi là sự chín của virus. Sau khi các bộ phận của virus được tổng hợp riêng biệt (axit nucleic, vỏ capxit, bao đuôi, đĩa gốc, lông đuôi) các thành phần lắp ráp lại với nhau thành hạt virus trưởng thành, kết thúc thời kỳ tiềm ẩn, tức là thời kỳ trong tế bào chưa xuất hiện virus trưởng thành. Thời kỳ tiềm ẩn kéo dài bao lâu tuỳ thuộc từng loại virus. Trong nhiều trường hợp các virus trưởng thành tiết men lizozym phân huỷ thành tế bào và ra ngoài, tế bào bị phá vỡ. Các virus con tiếp tục xâm nhập vào các tế bào xung quang và phá vỡ chúng. Ở một số virus, virus trưởng thành không phá vỡ tế bào mà chui ra qua lỗ liên bào sang tế bào bên cạnh hoặc được phóng thích nhờ quá trình đào thải của tế bào. Trong tế bào đầu
18. tiên vẫn tiếp tục quá trình tổng hợp virus mới. Ở cả 2 cơ chế, tế bào chủ sớm muộn cũng bị chết hàng loạt. Đó là quá trình hoạt động của virus độc. Sau đây ta nghiên cứu quá trình hoạt động của virus không độc.  Quá trình hoạt động của virus không độc Virus không độc còn gọi là virus ôn hoà, hoạt động của nó không làm chết tế bào chủ mà chỉ gây nên trạng thái tiềm tan, gọi là trạng thái Lyzogen. Virus sống chung với tế bào chủ, sinh sản cùng nhịp điệu với nó. Hiện tượng Lyzogen được phát hiện trên vi khuẩn, các phage này được gọi là phage ôn hoà hoặc prophage. Tế bào có chứa prophage có khả năng miễn dịch với các phage khác. Nguyên nhân của hiện tượng này là do prophage có khả năng tổng hợp nên các protein có tác dụng kìm hãm sự nhân lên của virus lạ cũng như vản thân prophage. Một số tác nhân đột biến làm mất hoạt tính hoặc làm ngừng sự tổng hợp chất kìm hãm trên, dẫn đến sự thay đổi trạng thái Lyzogen, tức là biến trạng thái tiềm tan thành trạng thái tan. Lúc đó phage ôn hoà biến thành phage độc và tế bào chủ sẽ bị phá vỡ. Quá trình này ngoài tác nhân đột biến còn phụ thuộc vào hệ gen của prophage và trạng thái sinh lý của tế bào cũng như đặc điểm nuôi cấy. Bởi vậy, cùng một loài vi khuẩn, có những chủng cảm ứng với phage, có chủng không. Khi nuôi chung hai chủng với nhau trên môi trường thạch đĩa có thể thấy rõ những vệt bị tan trong thảm vi khuẩn không bị tan. Trong điều kiện tự nhiên, tần số biến trạng thái tiềm tan thành trạng thái tan chỉ là 10-2 - 10-5. Chu trình nhân lên của virut trong tế bào bao gồm 5 giai đoạn. Các giai đoạn: Các Đặc điểm giai đoạn 1 Hấp thụ _ Virut bám trên bề mắt vật chủ nhờ thụ thể đặt hiệu với thụ thể của tế bảo vật chủ. _ Virut bám một cách đặt hiệu lên thụ thể bề mặt tế bào nhờ gai glycoprotein đặt hiệu với thụ thể trên bề mặt tế bao. _ Chính vì sự bám đặt hiệu trên mà ỗi loài virut chỉ có thể kí siinh trên một hoặc một số loài vật chù nhất định 2 Xâm _ Bao đuôi của virut co lại đẩy bộ gen của virut chui vào nhập trong tế bào vật chủ. _virut động vật đưa cả nulecapsit vào tế bào chất sau đó cởi vỏ để giải phóng axit nuleic. _Vrut tiết enzyme lizoxom phá huỷ thành tế bào để đưa
19. axit nuleic vào trong 3 Sinh _ Bộ gen của virut điều khiển bộ máy di truyền của tế bào tổng hợp chủ tổng hợp AND và vỏ capsit cho mình. 4 Lấp ráp _ Vỏ capsit bao lấy lõi AND, các bộ phận như đĩa gốc, đuôi gắn lại với nhau tạo thành virut hoàn chỉnh 5 Phóng _ Các virut mới được thạo thành phá bỏ vỏ tế bào chủ ồ at thích ra ngoài tạo thành một lổ thủng trên vỏ tế bào chủ và chui ra ngoài. _ Khi virut nhân lên mà làm tan tế bàothì gọi là chu trình tan. Sơ đồ hoá năm giai đoạn phát triển của phage độc: IV. Hiện tượng cảm nhiễm (Interference) và ứng dụng của nó Interference là hiện tượng khi gây nhiễm một loại virus cho tế bào thì việc gây nhiễm virus khác sẽ bị ức chế. Hiện tượng ức chế này không có tính đặc hiệu đối với virus. Các virus hoàn toàn khác nhau có thể ức chế nhau, ví dụ virus AND có thể ức chế sự xâm nhiễm của virus ARN và ngược lại. Một virus đã bị làm bất hoại bởi tia cực tím vẫn có khả năng gây ra hiện tượng Interference đối với virus sống. Song hiện tượng này lại có tính đặc hiệu đối với loài thuộc tế bào chủ. Chất ức chế gọi là Interferon sinh ra bởi tế bào thuộc loài nào thì chỉ có tác dụng đối với các tế bào thuộc loại ấy. Ví
20. dụ Interferon sinh ra ở tế bào gà thì không có tác dụng ức chế ở tế bào bò hoặc lợn. Interferon là một loại protein đặc biệt được sinh ra trong tế bào sau khi bị nhiễm virus. Chính nó đã ức chế quá trình tổng hợp ARN của virus lạ, từ đó không thể có quá trình tổng hợp AND hay protein. Bởi vậy mà virus lạ có thể xâm nhập vào tế bào nhưng không phát triển nhân lên được. Cường độ của hiện tượng này phụ thuộc vào số lượng virus gây nhiễm lần thứ 1 và thời gian từ lúc đó đến lúc gây nhiễm lần thứ 2, thường khoảng 2 giờ thì có tác dụng. Người ta đã ứng dụng hiện tượng Interference trong việc phòng chống bệnh do virus gây nên. Chất Interferon có thể ức chế rộng rãi nhiều loại virus khác nhau vì nó không có tính đặc hiệu đối với virus mà chỉ có tính đặc hiệu đối với tế bào chủ. V. Virut và bệnh tật Virut là dạng sống vô bào gây nhiều loại bệnh trên mọi đối tượng sinh vât( từ vi sinh cho đến các động vật bậc cao cấp) là tác nhân gây hơn 500 loại bệnh trên cơ thể người, động vật và hơn 600 bệnh hiện biết trên thực vật. Từ năm 1971, người ta còn lien tiếp phát hiện ra các tác nhân gây bệnh có cấu trúc đơn giản hơn cả virut: đó chính là viriot (virino), prion) và virutoit. Ngày nay khi các bệnh dịch virut đã được đẩy lùi, thì các bệnh virut khác lại đang là nguy cơ đe doạ tính mạng của toàn nhân loại:ví dụ virut ebola gây bệnh sốt xuất huyết ác tính ở châu phi, virut gây bệnh viêm phổi cấp( SARS),, virut cúm gia cầm các tính(H5N1), virut B gây viêm gan, virut gây ung thư và virut HIV gây đại AIDS. V.1 Sự lan truyền virut Bệnh virut có thể lan truyền theo hai cơ chế chính: +Sự lan truyền dọc( lan truyền di truyền): các tế bào bố mẹ nhiễm virut ở dạng tiền sinh truyền cho con cháu từ thế hệ này sang thế hệ khác. Ví dụ các virut thuộc retro, virut gây AIDS, virut rubella.(Togaviridae) +Lan truyền ngang ) lan truyền tiếp xúc: bao gồm một số con đường chính sau: - Qua đường hô hấp: qua không khí bẩn chức virut gây bệnh, ví dụ như viirut cúm, quai bi, sởi, đậu mùa . - Qua đường tiêu hoá( qua thức ăn và nước uống bị nhiễm) ,ví dụ như virut bại liệt(poliomyelite),virut viêm gan A( piconaviridae) - Qua đường sinh duc và tiết niệu:HIV, HIV - Lan truyền do vật trung gin như muỗi, bọ chét, chấy rận .ví dụ các virut gây bệnh sốt vàng da, viêm não, sót vẹt, sốt xuất huyết - Lan truyền qua vêt cắn; virut dại(Rhabdoviridae)
21. - Lan truyền đường truyền máu: HIV ,HBV Virus bệnh dại V.2. Virut và bệnh ung thư Ung thư là căn bệnh nang y nhất hiện nay. Người ta biết rắng nguyên nhân chủ yếu gây bệnh ung thư là do thức ăn và môi trường sống( 30%-60% ). Virut chỉ là nguyên nhân của một phần nhỏ các khối u ác tính( chiếm khoảng 5%). Cho đến nay người ta cho rằng có ít nhất 4 loại virut có lien quan chặt chẽ đến sự tiến triển của ung thư. Đó là: +Virut Epstein (EBV) là virut gây bệnh ung thư được nghiên cứu lĩ nhất. chúng gây bệnh máu trắng (ung thư máu dạng burkit),ung thư vòm họng, ung thư vùng bụng,ung thư hàm +Virut gây viêm gan B(HBV) cũng đã được chứng minh chắc chắn lien quan đến ung thư gan. +Virut Papilona gây ung thư cổ tử cung ở người +Ít nhất có một loài retro virut gây bệnh ung thư tế bào limpho ở người V.3.Virit HIV và hội chứng suy giãm miễn dịch Virus viêm gan B V.3.1 sơ lược về HIV HIV (tiếng Anh: human immunodeficiency virus, có nghĩa virus suy giảm miễn dịch ở người) là một lentivirus (thuộc họ retrovirus) có khả năng gây hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải (AIDS), một hội chứng hệ miễn dịch trong cơ thể con người bắt đầu bị hỏng, dẫn đến những nhiễm trùng cơ hội có thể làm chết người. Retrovirus là một họ virus phổ biến ở các loài động vật và ít phổ biến hơn ở người. Họ virus này có dạng hình cầu, bên ngoài có vỏ lớp pepton và bên trong có vỏ capsid, di truyền ARN. Vì vậy dòng di truyền của nó là dòng di truyền ngược chiều từ ARN sang ADN chứ không phải thuận chiều ADN sang ARN. ARN của virus được phân mã thành ADN nhờ một enzim đặc biệt là một enzim phiên mã ngược. ADN của virus di truyền vào trong nhân và lồng ghép với ADN của tế bào bị nhiễm trở thành ADN tiền virus, tồn tại ở đó một cách thầm lặng. Khi tế bào bị nhiễm phân chia, ADN tiền virus cũng được chuyển cho tế bào con. ADN tiền virus có thể sản sinh ra các
22. protein virus, tổng hợp các proten đó và hình thành các virus mới. Các virus mới này phá huỷ các tế bảo mẹ và gây nhiễm HIV cho các tế bào lân cận và có thể tiếp tục nhân lên. V.3.2Cấu trúc HIV: Bao ngoài là một lớp màng lipid kép, dưới màng có gai là các glycoprotein trọng lượng phân tử 120 kilođanton (KD) ký hiệu là gp120 hay còn gọi là Protein màng ngoài. Xuyên qua các lớp lipid kép là các lớp glycoprotein gp41 (Protein xuyên màng) gp120 và gp41 gắn với nhau tạo thành các phân tử gp160. Vỏ Protein: có dạng hình cầu gồm các phân tử Protein có trọng lượng phân tử 18KD, p18. Lõi: có dạng hình trụ được bao bọc bằng một lớp protein p24. Trong lõi có hai sợi ARN đơn, có enzym phiên mã ngược và một số phân tử protein phân tử lượng nhỏ. Trong mỗi sợi ARN của Virus này có 3 gen cấu trúc là gen GAG- gen mã hoá cho các protein trong của Virus; gen pol mã hoá cho các enzyme phiên mã ngược và gen env mã hoá cho protein bao ngoài của Virus gp120. Cấu tạo của virus V.3.3 Các biểu hiện lâm sàng của nhiễm trùng HIV được chia theo 4 giai đoạn:
23. 1. Nhiễm trùng cấp (còn gọi là sơ nhiễm hay nói cách khác là thời kỳ cửa sổ) Trong 2-8 tuần sau khi nhiễm HIV, bất kỳ qua con đường nào, 20% bệnh nhân có biểu hiện của một nhiễm trùng cấp với sốt (38-40 độ C), đau cơ, đau khớp, vã mồ hôi, mệt mỏi, chán ăn, nôn ói, tiêu chảy, viêm họng, phát ban đỏ ngoài da (xuất hiện ở 50% bệnh nhân), hạch to, lách to. Một số bệnh nhân có biểu hiện thần kinh như viêm não, viêm màng não, viêm dây thần kinh ngoại biên Các triệu chứng này hiện diện trong vòng 5-10 ngày và tự khỏi hoàn toàn. Còn lại, hầu hết những người nhiễm HIV không có biểu hiện gì khi mới nhiễm. Trong giai đoạn này, chỉ mới có sự hiện diện của kháng nguyên tức virus HIV trong máu. Phải chờ 2-12 tuần sau kháng thể mới xuất hiện và lúc này mới có thể xác định được bằng các thử nghiệm xác định nhiễm HIV thông thường (huyết thanh chẩn đoán). Đây là giai đoạn đặc biệt dễ lây do bệnh nhân không biết mình nhiễm bệnh. 2. Nhiễm trùng không triệu chứng Sau thời kỳ nhiễm trùng cấp, bệnh nhân nhiễm HIV rơi vào giai đoạn dài không triệu chứng lâm sàng, nhưng chẩn đoán huyết thanh lại khá dễ dàng, dựa vào sự hiện diện của kháng thể chống HIV. Tức là trong giai đoạn này bệnh nhân sẽ có kết quả chính xác sau khi làm xét nghiệm máu để tìm kháng thể chống virus HIV. Sở dĩ, chúng ta phải làm xét nghiệm tìm kháng thể là vì việc xét nghiệm tìm kháng nguyên (phát hiện virus HIV) đòi hỏi phải có điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị cao cấp. Trong khi đó, tình trạng ngân sách của chúng ta thì chưa thể đáp ứng được. 3. Hội chứng hạch to toàn thân và kéo dài Sau khi huyết thanh dương tính, 50-70% trường hợp xuất hiện hội chứng hạch to toàn thân và kéo dài. Hội chứng này được chẩn đoán khi có đủ các điều kiện sau: - Có ít nhất 2 hạch khác nhau (không kể hạch bẹn). - Mỗi hạch thường có đường kính trên 1 cm. - Hiện diện kéo dài trên 1 tháng
24. -Không giải thích được lý do nổi hạch. Hay gặp nhất là hạch cổ, rồi đến hạch dưới hàm, hạch nách. Một số hạch ít gặp hơn là hạch ở khuỷu tay, trung thất (trong lồng ngực), và trong ổ bụng. 4. Biểu hiện lâm sàng thực sự của AIDS Khi bệnh nhân được chẩn đoán là AIDS nghĩa là đã mắc các bệnh nhiễm trùng cơ hội từ bên ngoài hay nói cách khác là do HIV đã đến giai đoạn cuối cùng. Thời gian từ lúc bệnh nhân được xác định là AIDS đến lúc chết thường không quá 2 năm, trung bình là 18 tháng. Riêng đối với trẻ em, thời gian này thường ngắn hơn, khoảng 10-12 tháng. Biểu hiện lâm sàng chính thường là nhiễm trùng cơ hội hoặc ung thư. Phần lớn là bệnh nhân mắc các bệnh lao đặc biệt là lao phổi, các bệnh đường tiêu hoá, bệnh liên quan đến dây thần kinh và các nhiễm trùng ngoài da. Tuy nhiên, nếu được chăm sóc tốt, người bệnh có thể sống hoàn toàn khoẻ mạnh trong vòng 15-17 năm kể từ khi nhiễm HIV đến khi có biểu hiện của AIDS. Ngày nay, với các tiến bộ trong thuốc điều trị, thời gian này còn khả quan hơn nhiều. Tuy nhiên, thử thách lớn nhất hiện tại là thuốc điều trị vẫn còn quá đắt và cũng thường không sẵn có. V.3.4 Đường truyền HIV và cách phòng tránh HIV lây truyền qua ba con đường: Tình dục, đường máu và mẹ truyền sang con (Lúc mang thai, khi sinh hoặc khi cho con bú). Tình dục Virus HIV có rất nhiều trong máu, trong các chất dịch sinh dục. Do vậy, virus có thể xâm nhập vào máu bạn tình qua cơ quan sinh dục. Việc sinh hoạt tình dục, dù có giao hợp hay chỉ tiếp xúc cơ quan sinh dục, đều dẫn đến nguy cơ lây nhiễm. Đường máu HIV có nhiều ở trong máu. Bơm kim tiêm dùng xong mà không tiệt trùng, hoặc tiệt trùng không tốt thì vẫn còn đọng máu (dù có thể không nhìn thấy). Do đó, nếu dùng chung bơm kim tiêm với một người mang HIV, bạn có thể nhiễm HIV. Nếu bạn mang HIV, bạn có thể truyền cho người khác theo đường ấy. Từ mẹ truyền sang con
25. Cứ một trăm phụ nữ nhiễm HIV sinh con thì khoảng 25-30 trẻ bị nhiễm. HIV có thể lây sang bé qua rau thai khi bé ở trong bụng mẹ, qua máu và chất dịch của mẹ khi sinh, hoặc qua sữa mẹ khi mẹ cho con bú. Trẻ sơ sinh nhiễm HIV thường không sống được quá ba năm. V.3.4 SARS . HỘI CHỨNG HÔ HẤP CẤP -Hội chứng hô hấp cấp tính nặng (SARS), là bệnh đường hô hấp gây viêm phổi không điển hình ở những người bị nhiễm. -Viêm phổi không điển hình gây sưng và suy yếu phế nang, làm giảm cung cấp máu tại chỗ cũng như ức chế vận chuyển oxy. Mặc dù nguyên nhân chưa được xác định, song các Con cầy hương nhà khoa học cho rằng bệnh do virut mới thuộc họ coronavirus gây ra. Cầy hương được coi là thủ phạm truyền virut SARS. Cũng có ý kiến cho rằng virut bắt nguồn từ động vật, nhưng dường như nó không có gì giống với các virut đã thấy ở trên người và động vật. 1. Virut đi vào cơ thể qua miệng, mũi và mắt. 2. Virut đến phế nang hay là các túi ở trong phổi 3. Khi bị tấn công, phế nang bị sưng lên và suy yếu, làm giảm cung cấp máu và vận chuyển oxy. Các coronavirus là nhóm các virut thường gây ra các bệnh đường hô hấp trên ở mức độ nhẹ và vừa choVirus người sars và có liên quan đến các bệnh thần kinh, gan, tiêu hóa và hô hấp trên động vật. Trong khi, ngày càng nhiều các chứng cớ rằng virut là nguyên nhân ban đầu, vẫn còn rất nhiều công việc xét nghiệm để tìm ra các đặc điểm chính xác của nó. *Các triệu chứng: Các triệu chứng chính gồm: - Sốt cao trên 38 ° C - Ho, thở nông, khó thở, đau đầu hoặc đau họng và
26. - Ði đến những khu vực có các ca bệnh SARS trong vòng 10 ngày gần đây hoặc - Tiếp xúc trực tiếp trong vòng 10 ngày gần đây với những người có những triệu chứng trên và đã đi đến khu vực bị ảnh hưởng. Nếu có một trong các vấn đề trên, cần đi khám bệnh ngay lập tức. Ðể giúp các bác sĩ, bạn cần kể về việc đi lại gần đây của bạn và những người mà bạn đã tiếp xúc gần đây. *Lây nhiễm: - Virut có thể lây lan qua dịch hô hấp do hắt hơi - Vi rút cũng có thể lây lan gián tiếp như tiếp xúc với những đồ vật có dính dịch bài tiết của cơ thể chứa vi rút như điện thoại, tay xoay cửa bị nhiễm vi rút. Bởi vì vi rút có thể sống từ 3-6 giờ ở ngoài cơ thể người. - Bệnh có thể được lây truyền qua không khí. - Vi rút tồn tại trong phân (và nước tiểu) ở nhiệt độ phòng trong ít nhất 1-2 ngày, thậm chí tới 4 ngày. - Vi rút mất hoạt tính gây nhiễm sau khi tiếp xúc với các chất tiệt khuẩn và có thể bị chết ở 56 ° C. *Tự phòng: Tránh đi đến các khu vực bị ảnh hưởng. - Tránh tiếp xúc trực tiếp với bệnh nhân SARS. - Thực hiện vệ sinh cá nhân: + Ðeo khẩu trang có phần mềm để tiện cho việc hắt hơi. + Rửa tay nếu bạn tiếp xúc với dịch hô hấp (sau hắt hơi chẳng hạn). + Rửa tay trước khi phải đụng, sờ lên mắt hoặc miệng của bạn. virus cúm gia cầm Virus cúm + Thường xuyên vệ sinh nơi ở, bếp và nhà vệ sinh. * Sự nguy hiểm: Tỷ lệ tử vong khoảng 3-5%. Có tài liệu cho rằng có thể lên đến 10%, đặc biệt là ở những người cao tuổi. Những người bị nhiễm xảy ra viêm phổi có thể gây nhiều biến chứng. Thể trạng suy sụp rất nhanh, trong vòng vài ngày. *Điều trị :
27. Hiện chưa có thuốc điều trị đặc hiệu, nhưng các bác sĩ đang chữa trị bệnh bằng các thuốc kháng vi rút và steroid. Nếu điều trị sớm, phần lớn bệnh nhân không mắc các bệnh khác, có thề hồi phục. V.3.5 VIRUT CÚM VÀ DỊCH CÚM GIA CẦM Virus cúm thuộc chi Cúm (gồm cúm A, B và C), họ Orthomyxoviridae, là những virus có genome là RNA đối mã (negative- sense RNA) gồm nhiều đoạn (multipartite). Virus cúm thường có hình cầu, với đường kính từ 90 đến 100 nm. Genome của nó là tám đoạn RNA mã hóa cho nhiều loại protein khác nhau, trong đó có các protein của enzyme phiên mã trên khuôn RNA (RNA dependent transcriptase) cần thiết cho sự sao chép của loại virus RNA đối mã trong tế bào. Virus cúm sau khi đi vào tế bào sẽ đi vào nhân để sử dụng bộ máy phiên mã của nhân cho việc tạo ra các RNA virus mang mã bởi virus cúm không có khả năng “đóng nắp” (capping) ở đầu 5’. Virus cúm được bao bọc bởi một lớp lipid kép có nguồn gốc từ tế bào vật chủ khi nó bứt ra khỏi tế bào. Trên lớp màng này nhô ra các glycoprotein thuộc hai nhóm chính là Hemagglutinin (HA) và Neuraminidase (NA). Vai trò của HA là giúp virus gắn vào thụ thể trên tế bào vật chủ để kích thích tế bào vật chủ “nuốt” virus vào trong (endocytosis) còn vai trò của NA thì không rõ ràng lắm, có lẽ nó giúp virus bứt ra khỏi tế bào vật chủ bằng cách cắt sialic acid khỏi các glycoprotein của virus và tế bào vật chủ. Bên trong lớp vỏ lipid kép là lớp protein nền bao quanh vỏ nhân (nucleocapsid). Các loại cúm A, B và C khác nhau về số lượng các đoạn RNA cũng như cấu trúc của protein nền và protein nhân. Cúm A là loại gây ra các đại dịch cho con người và vật nuôi nhiều nhất. Sự khác nhau giữa cấu trúc của HA và NA của các chủng virus cúm khác nhau được sử dụng để phân loại chúng. Ví dụ chúng ta có các chủng virus cúm từng gây đại dịch cho người như H0N1, H1N1, H2N2, H3N2 H7N7, H5N1. Điều đáng chú ý là đại dịch cúm thường lặp lại có tính chu kỳ, nhiều khi do cùng một chủng virus cúm gây ra. Ví dụ chủng H1N1 gây ra 3 đại dịch ở các năm 1947, 1977, 1986 và 1995. Cúm B : HA ít thay đối thường chỉ gặp trên người. Cúm C: it gặp và thường chỉ gặp trên người . VI. PHÂN LOẠI VIRUT 1. Dựa vào cơ thể bị bệnh do virut
28. Virut thực vật (phytophagineae). Virut động vật (zoophagineae). Virut vi khuẩn (phagineae). Virut côn trùng. 2. Dựa vào tính chất dịch tễ và tính chất lâm sàng của bệnh. Bệnh do virut đường hô hấp. Bệnh do virut đường ruột. Bệnh do virut hướng bì. Bệnh do virut hướng thấn kinh. Bệnh do virut hướng nội tạng. 3. Dựa vào cấu trúc và đặc điểm sinh học. Họ virut Kiểu đối Đường Vỏ bọc Dạng và cấu trúc Vị trí xứng của kính của của của axt nucleic nhân lên virion virion virion của virut trong tế bào Pravoviridae Khối 18-26 Không AND sợi đơn Nhân Parovirus Densovirus Adeno_assovirus Papovaviridae Khối 44-55 Không AND Nhân Papillomavirus 55 Sợi kép Nhân Polimavirus 45 Adenoviridae Khối 70-90 Không AND Nhân Mastadenovirus sợi kép Aviadenovirue Iridoviridae Khối 130-300 Có AND Nguyên Iridovirus sợi kép sinh chat Herpesvisudae Khối 120-150 Có AND Herpervirus sợi kép nhân Poxviridae Phức 300-450 Có AND Orthopoxvirus tạp 170_260 Vỏ phức sợi kép nguyên
29. Avipoxvirus tạp sinh chất Capripoxvirus Leporixvirus Parapoxvirus Entomopoxvirus Picornaviridae 20-30 ARN nguyên Enterivirus Khối không Sợi đơn sinh chất Rhinovirus Calicivirus 35-40 ARn sợi kép nguyên Reoviridae sinh chất Reovirus 60-80 không Orbivirus Togaviridae Alphavirus Khối 40-70 ARN sợi đơn nguyên Flavivirus sinh chất Ribivirus Pestivirus Khối 80-120 Orthomyxoviridae Inluuenzavirus Trụ 150 ARN nguyên Paramyxoviridae sợi đơn sinh chất Paramyxovirus ARN nguyên Morbillivirus Có sợi đơn sinh chất Retrovoridae Khối 100 có ARN nguyên Onornamavirinae sới đơn sinh chất Lentivirinae Spumavirinae Rhabdoviridae Vesiculovirus Trụ 130-300 có ARN nguyên Lyssavirus sợi đơn sinh chất Sigmavirus Bunyavirudae 90-100 có ARN nguyên Bunyavirus sợi đơn sinh chất Arenavirudae Arenavirus 50-500 có ARn nguyên Coronviridae sợi đơn sinh chất coronavirus 100 có ARn nguyên sợi đơn sinh chất
30. CHƯƠNG IV SINH LÍ HỌC VI SINH VẬT 4.1 DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT Các chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật là bất kỳ chất nào được vi sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào hoặc để cung cấp cho quá trình trao đổi năng lượng. Quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng để thoả mãn mọi nhu cầu sinh trưởng và phát triển được gọi là quá trình dinh dưỡng. Chất dinh dưỡng phải là những hợp chất có tham gia vào các quá trình trao đổi chất nội bào. Thành phần hoá học của tế bào vi sinh vật quyết định nhu cầu dinh dưỡng của chúng. Thành phần hoá học của các chất dinh dưỡng được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, các nguyên tố khoáng đa và vi lượng. Lượng các nguyên tố chứa ở các vi sinh vật khác nhau là không giống nhau. Trong các điều kiện nuôi cấy khác nhau, tương ứng với các giai đoạn phát triển khác nhau, lượng các nguyên tố chứa trong cùng một loài vi sinh vật cũng không giống nhau. Trong tế bào vi sinh vật các hợp chất được phân thành hai nhóm lớn: (1) nước và các muối khoáng; (2) các chất hữu cơ. 90 % khốiNước và muối khoáng. Nước chiếm đến 70 lượng cơ thể vi sinh vật. Phần nước có thể tham gia vào quá trình trao đổi chất của vi sinh vật được gọi là nước tự do. Đa phần nước trong vi sinh vật đều ở dạng nước tự do. Nước kết hợp là phần nước liên kết với các hợp chất hữu cơ cao phân tử trong tế bào. Nước liên kết mất khả năng hoà tan và lưu động. 5 % khối lượng khô củaMuối khoáng chiếm khoảng 2 tế bào. Chúng thường tồn tại dưới các dạng muối sunfat, phosphat, cacbonat, clorua Trong tế bào chúng thường ở dạng các ion. Các ion trong tế bào vi sinh vật luôn luôn tồn tại ở những tỷ lệ nhất định, nhằm duy trì độ pH và áp suất thẩm thấu thích hợp cho từng loại vi sinh vật. Chất hứu cơ trong tế bào vi sinh vật chủ yếu được cấu tạo bởi các nguyên tố: C, H, O, N, P, S Riêng các nguyên tố C, H, O, N chiếm 97% toàn bộ chất khô của tế bào. Đó là các nguyên tố chủ yếu cấu tạotới 90 nên protein, axit
31. nucleic, lipit, hydrat- cacbon. Trong tế bào vi khuẩn các hợp chất đại phân tử chỉ chiếm 3,5% , còn các ion vô cơ chỉ có 1%. Vitamin cũng có sự khác nhau rất lớn về nhu cầu của vi sinh vật. Có những vi sinh vật tự dưỡng chất sinh trưởng, chúng có thể tự tổng hợp ra các vitamin cần thiết. Nhưng cũng có nhiều vi sinh vật dị dưỡng chất sinh trưởng, chúng đòi hỏi phải cung cấp nhiều loại vitamin khác nhau với liều lượng khác nhau. 4.1.1 Nguồn thức ăn cacbon của vi sinh vật Căn cứ vào nguồn thức ăn cacbon người ta chia sinh vật thành các nhóm sinh lý tự dưỡng và dị dưỡng. Tuỳ nhóm vi sinh vật mà nguồn cácbon được cung cấp có thể là các chất vô cơ (CO2, NaHCO3, CaCO3 ) hoặc chất hữu cơ. Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ các nguồn thức ăn khác nhau phụ thuộc vào hai yếu tố: một là thành phần hoá học và tính chất sinh lý của nguồn thức ăn này, hai là đặc điểm sinh lý của từng loại vi sinh vật. Thường sử dụng đường làm nguồn cacbon khi nuôi cấy phần lớn các vi sinh vật dị dưỡng. Trong các môi trường chứa tinh bột trước hết phải 700C, sau đó đun sôi rồi mới đưa đitiến hành hồ hoá tinh bột ở nhiệt độ 60 khử trùng. Xenluloza được đưa vào các môi trường nuôi cấy vi sinh vật phân giải xenluloza dưới dạng giấy lọc, bông hoặc các dạng xenluloza . Khi sử dụng lipit, parafin, dầu mỏ làm nguồn cácbon nuôi cấy một số loài vi sinh vật, phải thông khí mạnh để tạo từng giọt nhỏ để có thể tiếp xúc được với thành tế bào của vi sinh vật. Các hợp chất hữu cơ chứa cả C và N (pepton, nước thịt, nước chiết ngô, nước chiết nấm men, nước chiết đại mạch, nước chiết giá đậu ) có thể sử dụng vừa làm nguồn C vừa làm nguồn N đối với vi sinh vật. Trong công nghiệp lên men, rỉ đường là nguồn cacbon rẻ tiền và rất thích hợp cho sự phát triển của nhiều loại vi sinh vật khác nhau. Nguồn C (Carbon sources) - Tự dưỡng (autotroph) CO2 là nguồn C duy nhất hay chủ yếu - Dị dưỡng (heterotroph) Nguồn C là chất hữu cơ
32. Nguồn năng lượng - Dinh dưỡng quang năng Nguồn năng lượng là ánh sáng (phototroph) - Dinh dưỡng hoá năng (chemotroph) Nguồn năng lượng là năng lượng hoá học giải phóng ra từ sự oxi hoá hợp chất hữu cơ Nguồn điện tử - Dinh dưỡng vô cơ (lithotroph) Dùng các phân tử vô cơ dạng khử để cung cấp điện tử - Dinh dưỡng hữu cơ (organotroph) Dùng các phân tử hữu cơ dạng khử để cung cấp điên tử Nguồn năng lượng, Loại hình dinh dưỡng Hydrogene, điện Đại diện tử, carbon Quang năng; H2, Vi khuẩn sulfur, - Tự dưỡng quang năng vô H2S, S hoặc H2O; màu tím, màu lục, vi cơ (photolithoautotrophy) CO2 khuẩn lam - Dị dưỡng quang năng hữu Vi khuẩn phi lưu Quang năng; chất cơ huỳnh màu tía, màu hữu cơ (photoorganoheterotrophy) lục Hoá năng (vô cơ), Vi khuẩn oxi hoá S, - Tự dưỡng hoá năng vô cơ H2, H2S, Fe2+, Vi khuẩn hydrogene, (chemolithoautotrphy) NH3 hoặc NO2-, vi khuẩn nitrat hoá, CO2 vi khuẩn oxi hóa sắt Động vật nguyên sinh, nấm, phần lớn - Dị dưỡng hoá năng hữu cơ Hoá năng (hữu các vi khuẩn không (chemoorganoheterotrophy) cơ); Chất hữu cơ quang hợp (bao gồm cả các vi khuẩn gây bệnh) Nguồn thức ăn nitơ của vi sinh vật + Nguồn nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH3 và NH4 .
33. Muối nitrat là nguồn thức ăn nitơ thích hợp đối với nhiều loại tảo, nấm sợi và xạ khuẩn nhưng ít thích hợp đối với nhiều loại nấm men và vi khuẩn. Thường sử dụng muối NH4NO3 để làm nguồn nitơ cho nhiều loại vi sinh vật. Nguồn nitơ dự trữ nhiều nhất trong tự nhiên chính là nguồn khí nitơ tự do (N2) trong khí quyển. Vi sinh vật còn có khả năng đồng hoá rất tốt nitơ chứa trong các thức ăn hữu cơ. Nguồn nitơ hữu cơ thường được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật là pepton loại chế phẩm thuỷ phân không triệt để của một nguồn protein nào đấy. Nhu cầu về axit amin của các loại vi sinh vật khác nhau là rất khác nhau. Nguồn thức ăn khoáng của vi sinh vật Khi tạo các môi trường tổng hợp (dùng nguyên liệu là hoá chất) bắt buộc phải bổ sung đủ các nguyên tố khoáng cần thiết. Nồng độ cần thiết của từng nguyên tố vi lượng trong môi trường thường chỉ vào khoảng 10-6 10-8 M. Nhu cầu khoáng của vi sinh vật cũng không giống nhau đối với từng loài, từng giai đoạn phát triển. Nhu cầu về chất sinh trưởng của vi sinh vật Một số vi sinh vật muốn phát triển cần phải được cung cấp những chất sinh trưởng thích hợp nào đó. Đối với vi sinh vật chất sinh trưởng là một khái niệm rất linh động. Chất sinh trưởng có ý nghĩa nhất là những chất hữu cơ cần thiết cho hoạt động sống của một loài vi sinh vật nào đó không tự tổng hợp được ra chúng từ các chất khác. Như vậy những chất được coi là chất sinh trưởng của loại vi sinh vật này hoàn toàn có thể không phải là chất sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật khác. Thông thường các chất được coi là các chất sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật nào đó có thể là một trong các chất sau đây: các gốc kiềm purin, pirimidin và các dẫn xuất của chúng, các axit béo và các thành phần của màng tế bào, các vitamin thông thường 4.2 HÔ HẤP VÀ CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN
34. 4.2.1 HÔ HẤP HIẾU KHÍ VÀ KỊ KHÍ Thông thường khi chất nhận electron cuối cùng là oxi phân tử thì người ta gọi là quá trình hô hấp và vi sinh vật thuộc dạng này gọi là vi sinh vật hiếu khí. Khi chất nhận electron cuối cùng là một chất khác không phải là oxi tự do, thì gọi là quá trình lên men và tác nhân gây lên men gọi là vi sinh vật kị khí. Trong số các cơ thể kị khí có loại có thể dùng chất nhận electrron là chất hữu cơ, loại khác – chất vô cơ. Đối với loại đầu, người ta gọi là lên men (nghĩa hẹp), đối với loại sau người ta gọi là hô hấp kị khí. - Hô hấp đối với một vi khuẩn là do nó có một chuỗi vận chuyển electron liên kết ở màng tế bào và sự đi vào của một dòng electron theo một chiều và một dòng tương đương các proton theo chiều ngược lại, mà hợp chất làm chất nhận electron cuối cùng có thể là O2, NO3-, hợp chất hữu cơ, - Lên men để chỉ sự có mặt của chuỗi vận chuyển electron nằm trong tế bào chất, không có sự tự động đi qua của dòng electron hoặc proton ở phần bên này và phần bên kia của tế bào. Về phương diện chuyển hoá năng lượng, lên men cũng là một quá trình oxi hoá khử, nhung chất nhận electron cuối cùng là các hợp chất hữu cơ, chứ không phải là các phân tử oxi. Quá trình này cũng giải phóng năng lượng nhưng ít hơn nhiều so với quá trình hô hấp. Oxi hoá hoàn toàn một phân tử glucozơ (hô hấp) thành CO2 và H2O trung bình sinh ra được 2800kJ, trong khi lên men một phân tử glucozơ thành axit lactic chỉ giải phóng được 94kJ 4.3 SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN, PHÂN BỐ Khi nói về sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn tức là đề cập tới sinh trưởng và phát triển của một số lượng lớn tế bào của cùng một loài. Do tế bào vi khuẩn quá nhỏ nên việc nghiên cứu chúng gặp nhiều khó khăn. Sự tăng số lượng không phải bao giờ cũng diễn ra cùng với sự tăng sinh khối.Vì vậy cần phải phân biệt các thông số và hằng số khác nhau khi xác định số lượng và khối lượng vi khuẩn.Bảng các thông số và hằng số sử dụng khi xác địnhsố lượng và khối lượng vi khuẩn: Các thông số cần xác Số lượng vi khuẩn Khối lượng vi khuẩn định Đơn vị thể tíchSố lần Nồng 1)Thời gian thế hệ Mật 1)Thời gian tăng tăng đôi sau một đơn vị g độ vi khuẩn (số tế (hđộ vi khuẩn (sinh khối thời gianThời gian cần bào/ ml)Hằng số tốc độ khô/ ml)Hằng số tốc độ thiết cho sự tăng đôi phân chia C (h (h) sinh trưởng đôi (h)
35. Tuỳ theo tính chất thay đổi của hệ vi khuẩn có hai phương pháp nuôi cấy vi khuẩn cơ bản: nuôi cấy tĩnh và nuôi cấy liên tục.Trong vi sinh vật học khi nói đến sinh trưởng là nói đến sự sinh trưởng của cả quần thể. Dưới đây chúng ta khảo sát mẫu thí nghiệm lí tưởng để theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. Nếu số tế bào ban đầu là No thì sau n lần phân chia số tế bào tổng cộng là N: n N=No⋅2 (1.1) Giá trị n (số thế hệ) có thể tính nhờ logarit thập phân: logN=logNo+nlog2 Thời gian thế hệ (g) được xác định theo công thức Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều kiện nuôi cấy tĩnh Phương pháp nuôi cấy mà trong suốt thời gian đó người ta không bổ sung thêm chất dinh dưỡng và cũng không loại bỏ sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất gọi là nuôi cấy tĩnh (quần thể tế bào bị giới hạn trong một khoảng thời gian nhất định). Sự sinh trưởng trong một “hệ thống động” như vậy tuân theo những quy luật bắt buộc [theo các pha lag (pha mở đầu), pha log, pha ổn định và pha tử vong]. Pha lag tot1titr hlog2N12Hình 1.8 .Đồ thị biểu diễn pha lag:1- Đường thẳng lý tưởng;2- Đường thẳng thực tế;(r- Thực tế; i- Lý tưởng)hlog2Ni= log2NrPha này tính từ lúc bắt đầu cấy đến khi vi khuẩn đạt được tốc độ sinh trưởng cực đại. Trong pha lag vi khuẩn chưa phân chia nhưng thể tích và khối lượng tế bào tăng lên rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất trước hết là các hợp chất cao phân tử (protein, enzim, axit nucleic) diễn ra mạnh mẽ. Độ dài của pha lag phụ thuộc trước hết vào tuổi của ống giống và thành phần môi trường. Thường tế bào càng già thì pha lag càng dài. Việc tìm hiểu độ dài của pha lag là cần thiết trong việc phán đoán đặc tính của vi khuẩn và tính chất của môi trường. Để thuận tiện cho việc tính toán người ta chuyển các phương trình này thành các phương trình đường thẳng bằng cách sử dụng logarit:
36. lnN=Ctln2+lnNo =μt+lnNo Và log2N=μlog2e+log2No=Ct+log2No Pha lag được coi như là khoảng cách thời gian giữa đường thẳng thực nghiệm (hoặc thực tế) và đường thẳng lý tưởng song song với nó khi mà vi khuẩn, giả dụ không phải trải qua pha lag. Gọi thời gian của pha lag là TL, ta có : TL=tr−ti =t1−to(1.11) Phương trình của đường thẳng lý tưởng là: logNi=Cti+logN0 Vì: logNi=logNr Có thể viết: logNr=Cti+logNo logNr−logNo=Cti Pha log Trong pha này vi khuẩn sinh trưởng và phát triển theo luỹ thừa, nghĩa là sinh khối và số lượng tế bào tăng theo phương trình: N = t. Trong pha này kích thước của tế bào, thành phần hoá học,No.2ct hay X = Xo.C hoạt tính sinh lý không thay đổi theo thời gian. Nếu lấy trục tung là logarit của số tế bào thì đường biểu diễn sinh trưởng theo luỹ thừa của vi khuẩn sẽ là đường thẳng. Vì pha sinh trưởng theo luỹ thừa của vi khuẩn được biểu diễn bằng sự phụ thuộc theo đường thẳng giữa thời gian và logarit của số tế bào nên pha này được gọi là pha logarit. Thường dùng logarit cơ số 2 là thích hợp hơn cả vì sự thay đổi một đơn vị của log2 trên trục tung chính là sự tăng đôi số lượng vi khuẩn và thời gian cần để tăng một đơn vị của log2 lại là thời gian thế hệ. Thời gian thế hệ (hoặc thời gian tăng đôi) g, hằng số là ba thông số quan trọng củatốc độ phân chia C và hằng số tốc độ sinh trưởng có thể tính được từ phương trình:pha log.
37. Trong điều kiện thí nghiệm có thể điều chỉnh sao cho tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn chỉ mẫn cảm, nghĩa là chỉ phụ thuộc vào một yếu tố. Trong trường hợp như vậy yếu tố đã cho là yếu tố hạn chế tốc độ sinh trưởng. Chất dinh dưỡng hạn chế có thể là đường, axit amin, chất vô cơ. với nồng độ chấtMối quan hệ giữa các hằng số C và dinh dưỡng hạn chế được biểu diễn qua các phương trình: C=Cmax Pha ổn định Trong pha này quần thể vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động học. Số tế bào mới sinh ra bằng số tế bào cũ chết đi. Kết quả là số tế bào và cả sinh khối không tăng cũng không giảm. Nguyên nhân tồn tại của pha ổn định là do sự tích luỹ các sản phẩm độc của trao đổi chất và việc cạn kiệt chất dinh dưỡng. Sự tăng sinh khối tổng cộng tỷ lệ thuận với nồng độ ban đầu của chất dinh dưỡng hạn chế. G = K.C trong đó: G - độ tăng sinh khối tổng cộng; C - nồng độ ban đầu của chất dinh dưỡng hạn chế; K - hằng số hiệu suất:
38. Pha tử vong Trong pha này số lượng tế bào có khả năng sống giảm theo luỹ thừa. Chưa có một quy luật chung cho pha tử vong. Sự chết của tế bào có thể nhanh hay chậm, có liên quan đến sự tự phân hay không tự phân. Trong trường hợp môi trường tích lũy các axit là nguyên nhân làm chết tế bào tương đối rõ thì nồng độ chất dinh dưỡng thấp dưới mức cần thiết và hậu quả là giảm hoạt tính trao đổi chất, phân huỷ dần dần các chất dự trữ và cuối cùng dẫn đến sự chết hàng loạt của tế bào. Ngoài đặc tính của bản thân chủng vi sinh vật, tính chất của các sản phẩm trao đổi chất tích luỹ lại cũng ảnh hưởng đến tiến trình của pha tử vong. Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong quá trình nuôi cấy liên tục Trong thực tiển sản xuất cần cung cấp cho vi sinh vật những điều kiện ổn định để trong một thời gian dài chúng vẫn có thể sinh trưởng trong pha log. Dĩ nhiên ở một mức độ nào đó có thể cấy chuyền tế bào nhiều lần vào môi trường dinh dưỡng mới. Đơn giản hơn nên đưa liên tục môi trường dinh dưỡng mới vào bình nuôi cấy vi khuẩn đồng thời loại khỏi bình một lượng tương ứng dịch vi khuẩn. Đây chính là cơ sở của phương pháp nuôi cấy liên tục trong các thiết bị nuôi cấy liên tục. Giả sử có một bình nuôi cấy trong đó vi khuẩn đang sinh trưởng, phát triển. Liên tục bổ sung vào bình môi trường mới có thành phần không đổi. Thể tích bình nuôi cấy không đổi, nghĩa là lượng môi trường được bổ sung cân bằng với lượng môi trường đi ra cùng tốc độ. Gọi thể tích bình là V (lít), tốc độ dòng môi trường đi vào là f (lít/h) thì tốc độ pha loãng (hệ số pha loãng) D sẽ là f/V. Đại lượng D biểu thị sự thay đổi thể tích sau 1 giờ. Nuôi cấy tĩnh được coi như hệ thống đóng, quần thể tế bào sinh trưởng trong đó phải trải qua các pha mở đầu, logarit, ổn định và tử vong. Mỗi pha sinh trưởng được đặc trưng bởi những điều kiện nhất đinh. Việc tự động hoá các pha là khó thực hiện. Nuôi cấy liên tục, trái lại, là hệ thống mở có khuynh hướng dẫn đến việc thiết lập một cân bằng động học. Yếu tố thời gian ở đây, trong phạm vi nhất định, bị loại trừ. Tế bào được cung cấp những điều kiện không đổi, nhờ việc điều chỉnh tự động.
39. CHƯƠNG 5 DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ Ở VI SINH VẬT 5.1 DI TRUYỀN Ở VI SINH VẬT
40. 5.1.1 Đặc điểm di truyền vi sinh vật + Vi sinh vật có cấu tạo rất đơn giản, cho nên trong di truyền ở vi sinh vật có sự sai khác nhất định so với sinh vật bậc cao. + Tế bào VSV thường đơn bội, sinh sản VSV cực nhanh, do đó nghiên cứu di truyền VSV bitees được két quả nhanh hơn ở các sinh vật bậc cao. + VSV cũng như sinh vật bậc cao, các phân tử mang thông tin di truyền chứa trong một vùng xác định của tế bào, theo một trình tự mạch thẳng và được truyền lần lượt từ tế bào cho sang tế bào nhận. + Nghiên cứu di truyền VSV gặp phải những khó khăn chủ yếu đó là: kích thước vô cùng nhỏ bé, nhiều vi cấu trúc của tế bào nằm ngoài phạm vi kiểm soát của máy móc. 5.1.2 Nhân tố di truyền của VSV. -Ở VSV thì nhân tố di truyền là axit nucleic (AND và ARN ) là nguyên liệu di tryền sơ cấp mà từ đó trực tiếp cấu tạo nên các nhiễm sắc thể và các gen cũng như các plasmit VSV. - ARN là nguyên kiệu di truyền thứ cấp, nó tham gia vào quá trình phiên mã thông tin di truyền 5.1.3 Sơ lược về sự trao đổi di truyền ở VSV và cơ chế sao chép lại a Sự trao đổi di truyền b Cơ chế sao chép lại Khi AND sinh sản, 2 sợi lò xo duỗi ra, mối liên kết hiddro giữa các bazo nito bị đứt. hai nhiễm sắc thể tách rời nhau, từng sợi 1 tự sao chép thành một sợi mới tương đồng với nó. 5.4Quá trình truyền nguyên liệu di truyền ở vi sinh vật 5. 4.1 Biến nạp (transformation ) Định nghĩa Biến nạp là sự biến đổi genotip của vi khuẩn thể nhận dưới ảnh hưởng của AND từ vi khuẩn thể cho. AND dưới thể dung dịch do một thể vi khuẩn thẻ cho giải phóng ra, được truyền đi không có sự can thiệp của một nhân tố cấu trúc nhiễm sắc thể hoặc epixom, hoặc của phage vecto. Điều kiện của quá trình biến nạp: quá trình biến nạp chỉ xảy ra khi vi khaunar nhân ở một tình trạng sinh lý đặc biệt (ở khoảng 1- 15% tế bào ở quần thể thông thường ở giai đoạn phát triển giảm ) tình trạng này đã làm thay đổi tính chất bề mặt tế bào nhận có các yếu tố cảm ứng enzyme đặc biệt trên đó có các đoạn phân tử AND có thể xâm nhập được trên bề mặt tế bào nhận có các yếu tố cảm ứng để cho đoạn phân tử AND có thể cố định có chưng 30- 70 vùng cảm ứng như thế đoạn AND đã nhập vào tế bào được tách đôi, và một mạch đơn được ghép vào NST của tế bào nhận. Quá trình này gọi là sự tái tổ hợp (recombination ).
41. Grifith là người đầu tiên đã phát hiện sự biến nạp ở phế cầu khuẩn (streptococcus pneumoniae, tên cũ là Diplococcus pneumonae hay pneumococcus ) vào năm 1928 vi khuẩn này có hai dạng khác nhau - Dạng gây bệnh cho động vật hình thành khuẩn lạc láng kí hiệu là S - Dạng không gây bệnh hình thành khuẩn lạc nhám ký hiệu R. nếu tiêm vi khuẩn sống chủng s thì làm cho chuột nhắt chết, tiêm s chết cho qua sử lí nhiệt (hơ nóng ) thì chuột vẩn sống, còn tiêm vi khuẩn chủng R cho chuột thi chuột vẫn sống , nhưng đồng thời tiêm R và S chết thì lại làm chuột chết và sau đó trong máu chuột chết phân lập được chủng S đặc trưng. Các thí nghiệm sau đó (Avery, Macleod và Mecarty, 1946 ) cho thấy nếu sử lý dịch S chết được tinh chế vẫn có năng lực biến nạp Invitro và nếu xử lý bằng Dnase thì làm mất hoạt tính biến nạp của dịch này trong khi xử lý bằng protease vẫn giữ nguyên tính biến nạp điều đó chứng minh rằng AND chứ không phải là protein là vật chất mang thông tin di truyền. - Cho đến nay những tính trạng được biến nạp được biết là khả năng tổng hợp yếu tố sinh trưởng, khả năng sử dụng để sinh trưởng, khả năng kháng thuốc, khả năng sinh độc tính hiện tượng này được vận dụng rộng rãi trong kỹ thuật di truyền. VD: 5. 4.2. Tải nạp (chuyể n nạp _ transdu ction ) Định nghĩa: tải nạp là sự vận chuyển vật chất di truyền nhờ phage (bacteriophage hay thực khuẩn thể ) là các virut kí sinh vi khuẩn, có 2 loại phage. Các phage độc làm tan vi khuẩn. tuy vậy các phage ôn hòa có hai giai đoạn thay thế nhau trong chu trình phát triển, chúng có thể trơ thành phage độc khi mà môi trường có tác nhân (hóa, lý ) gây đột biến.
42. Khi phage hấp bám trên màng tế bào vi khuẩn đặc hiệu bằng thụ thể ở lông đuôi, ATP- ase ống đuôi của phage được hoạt hóa phân giải ATP giải phóng năng lượng làm co rút vỏ đuôi, kết quả là ống đuôi chọc thủng màng tế bào vi khuẩn và làm AND phage theo ống đuôi này xâm nhập vào tế bào vi khuẩn, sau khi xâm nhập AND phage độc tồn tại độc lập trong tế bào chất điều chỉnh quá trình tổng hợp protein phage và làm phân hủy AND của vi khuẩn , trong quá trình láp ráp vỏ protein phage lại chứa mảnh AND vi khuẩn ( tạo thành phage khuyết tổn ) khi giải phóng ra ngoài cùng của phage khác do dung giải tế bào phage khuyết tổn nay lại tiếp tục hấp bám lên tế bào mới và đưa đoạn AND của tế bào cũ vào tế bào mới. Ở một số phage gọi là phage ôn hòa sau khi xâm nhập vào tế bào chất của vi khuẩn, AND ấn nhập vào cấu trúc phân tử AND NST của vi khuẩn ở dạng tiền phage (prophage ). Ở trạng thái episome này bộ gen của phage ôn hòa được truyền cho thế hệ sau của vi khuẩn tương tự các gen khác của NST. Các vi khuẩn mang prophage được gọi là vi khuẩn dung nguyên (lysogennic bacteria ) do những vi khuẩn này mang mầm móng của quá trình dung khuẩn sau này, khi chuyển sang trạng thái độc vi khuẩn dung nguyên tiếp tục sinh trưởng bình thường. tuy nhiên khi gặp điều kiện môi trường có các yeus tố gây đột biến thì phage chuyển sang trạng thái độc làm vi khuẩn dung giải khi đó các prophage từ sao chép thành những phiên bản ở trạng thái độc lập trong tế bào chất và bắt đầu chu trình dung giải vi khuẩn. trong quá trình sao chép đó các phage mới hình thành có thể mang theo AND của phage và đoạn AND (nằm kề bên ) cua NST vi khuẩn khi xâm nhập tế bào mới, các phage mang gen NST thực hiện chức năng mang vật chất di truyền từ tế bào cho sang tế bào nhận. sự tải nạp phổ biến rộng rãi và được nghiên cứu ở vi khuẩn họ enterobacteriaceac. ở ecoli đó là các phage T và P-1, ở shigella P-1, ở salmonella typhimurum P-22. các phage tải nạp ở pseudomanas và proteus cũng biết đến. quá trình tải nạp có thể vận chuyển một hoặc một số gen bất kì như nêu trên được gọi là tải nạp chung hay tải nạp không đặc hiệu (như tải nạp do phage P- 1 và P-22 ở Ecoli Shigella và Salmonella. Nhiều phage chỉ có thể tái tổ hợp vào 1 vị trí (Locus) nhất định trong genome ký chủ chính vì vậy chúng chỉ có thể vận chuyển những gen phân bố gần locus này mà thôi hiện tượng này gọi là tải nạp đăc hiệu. Nói chung ở vi khuẩn chuyển nạp đóng vai trò trong lan truyền độc tính, lan truyền kháng nguyên thân (gây phản ứng chéo miễn dịch) và nâng cao khả năng tổng hợp các chất yếu tố sinh trưởng. 5.4.3 Tiếp hợp Tiếp hợp là một hiện tượng truyền một phần vật chất di truyền theo một chiều từ tế bào cho (thể cho là vi khuẩn đực ) sang tế bào nhận (thể nhận là vi khuẩn cái), việc truyền dẫn này đòi hỏi sự tiếp xúc và sự kết đôi giữa hai vi sinh vật. dẫn tới sự hình thành một hợp tử hợp nhân (Meoyzot ) chứa hệ gen của vi sinh vật được thụ tinh và một mảnh của hệ gen của vi sinh vật cho. Hai thành phần này kết hợp lại
43. thành một nhiễm sắc thể duy nhất. nhưng trạng thái nhị bội chỉ là tam thời. trong sự phân chia này, những tế bào sinh ra do tiếp hợp được gọi là thể tái tổ hợp (Recombinant ). Quá trình truyền vật chất di truyền chỉ diễn ra một chiều từ tế bào đực (F+) sang tế bào cái (F-). Điều này được Lederberg và Tatum chứng minh lần đầu tiên vào năm 1964 trên các biến chủng E.coli K-12. khả năng cho của tế bào đực quyết định bởi sự có mặt của yếu tố di truyền ngoài NST là F ( fertility factor, sẽ-factor, yếu tố giới tính ). Các thuật ngữ “ tế bào đực” và “tế bào cái” được dùng theo hệ thống định danh hiện đại từ năm 1976. Trên bề mặt tế bào F+ có các nhung mao đặc biệt _pili giới tính có thể hấp thụ các phage đặc biệt số lượng pili giới tính rất ít (khoảng 2-3). Đường kính trong khoảng 25 A có thể cho phép sợi AND của tế bào đi qua khi nó tiếp xúc với tế bào nhận. Yếu tố ngoài NST điều khiển quá trình tiếp hợp ( conjugative plasmid ) những plasmid này có thể điều khiển tổng hợp coliein ( colj, colv2, colv3 ). Plasmid điều khiển tổng hợp enterotoxin ở E.coli, và một vài kháng nguyên khác. Quá trình tiếp hợp của plasmid F tái tổ hợp trong AND mạch vòng của NST bắt đầu từ khi 2 tế bào đực và cái tiếp xúc nhau. Khi đó một đoạn của NST ở kề bên yếu tố F bị cắt và duỗi ra mà trở nên có cấu trúc thẳng. Đầu NST tự do này tách ra và tự sao thành 2 sợi hướng về phía pili giới tính và được chuyển theo pili này sang tế bào F- . Bởi vì plasmid F nằm ở cuối chuổi thẳng NST nên nó không được truyền qua tế bào F- vì trong quá trình tiếp hợp ngắn ngủi AND nhiễm sắc thể thường bị đứt đoạn, và nhờ đó chỉ một phần NST của tế bào F + được chuyển sang tế bào F- nhưng chúng có tầng suất biến nạp gen NST cao được gọi là chủng Hfr (chúng có tần suất biến nạp cao). Trong trường hợp pili giới tính tự do trong tế bào chất hai hiện tượng này có thể gặp là biến nạp một phần genome plasmid F hoặc biến nạp toàn bộ genome plasmid trong trường hợp đầu chỉ 1 số gen của plasmid F được chuyển sang và có thể tái tổ hợp vào NST tế bào nhận trong trường hợp sau: tế bào nhận trở thành tế bào F + hiện tương này gọi là sự hùng hóa (“ đực hóa”) tế bào cái. 5.2 BIẾN DỊ Ở VI SINH VẬT VÀ SỰ ĐỘT BIẾN 5.2.1. Các loại biến dị a. Biến dị phenotip Là những biến dị về kiểu hình, tam thời và thuận nghịch, không ổn định của toàn bộ quần thể vi sinh vật, gây ra do những điều kiện của môi trường trong đó vi sinh vạt bắt buộc phải sống và sinh sản. những biểu hiện này xuất hiện chậm và mất đi với sự biến mất của yếu tố làm xuất hiện chúng, chúng không phải là sinh ra do di truyền. a.1. Biến dị về hình thái vi sinh vật
44. Hình thái vi sinh vật không phải là cố định. Những biến dị về hình thái có thể sinh ra dưới ảnh hưởng của những yếu tố khác nhau, có liên quan đến tuổi của vi sinh vật và của môi trường xung quanh. Biến dị về hình thái trong quá trình sinh sản Biến dị về hình thái dưới ảnh hưởng của ngoại cảnh: cấu tạo hóa học của môi trường những điều kiện lý hóa không thuạn lợi của môi trường, những chất tiêu độc, sát trùng, kháng sinh, hóa trị liệu. a.2.Biến dị về dạng khuẩn lạc Những biến dị trên khuẩn lạc phát triển trên môi trường đặc từ những vi khuẩn cùng loài hiện nay được coi như những biến dị gây ra do ngoại cảnh. Những tổn thương trong cấu trúc của vi sinh vật hình thành những khuẩn lạc riêng biệt này, làm biến đổi dạng của những khuẩn lạc này. Biến dị genotip ( đột biến ) Biến dị genotip là những biến dị đột ngột, xuất hiện một cách ngẫu nhiên, không dự định trước và không liên tục ở một số cá thể hiếm hoi ( 1x 10-5 đến 1x10- 8) của một quần thể sinh vật. chúng tương đối độc lập với môi trường xung quanh, có tính chất cố định, vĩnh cửu, di truyền. Những tác nhân gây đột biến vật lý (tia phóng xạ hoặc hóa học chỉ làm tăng gấp bội tần số của đột biến này) 5.2.2 Những biểu hiện của sự đột biến ở vi khuẩn - Có khả năng phát sinh đột biến - Dạng khuẩn lạc phát triển trên môi trường dinh dưỡng đặc - Sự hình thành sắc tố trên môi trường chon lọc - Sự hình thành nội tử - Khả năng tổng hợp một chất chuyển hóa hoặc một yếu tố sinh trưởng - Khả năng lên men đường - Độc lực của vi sinh vật kiểm tra bằng cách tiêm nhiễm qua động vật thí nghiệm. - Tính kháng nguyên kiểm tra bằng cách cấy trên môi trường có huyết thanh đặc hiệu - Sự mẫn cảm đối với kháng sinh 5.2.3. Thể đột biến tự phát và thể đột biến cảm ứng a. Thể đột biến tự phát Người ta phát hiện các thể đột biến từ môi trường chọn lọc. những sự chọn lọc trực tiếp này có thể làm xuất hiện một thể đột biến chứ không phát hiện sự có mặt của một thể đột biến hình thành từ trước. Có hai phương pháp được áp dụng: phương pháp thứ nhất để chứng minh sự có mặt của những thể đột biến tự phát có trước khi phân lập trên môi trường chọn lọc ( phương pháp thống kê )
45. Phương pháp thứ hai là phương pháp thực nghiệm theo kĩ thuật đóng dấu Lơdebec. b. Thể đột biến cảm ứng bằng nhũng tác nhân gây đột biến Các tác nhân gây đột biến có thể làm tăng rất nhiều lần tần số đột biến. đó là các tác nhân vật lý như: tia phóng xạ ( tia X, tia tử ngoại ) có cường độ thấp hoặc những tác nhân hoá học ( oxi già, axit nitoric, cacbua hidro gây ung thư ). c. các loại thể đột biến - Biến dị của khuẩn lạc vi khuẩn - Thể đột biến hóa sinh hoặc dinh dưỡng thể đột biến sinh trưởng - Những thể đột biến đề kháng Tóm lại: đột biến là một quá trình gây ra do tác nhân đột biến tác động lên các cấu trúc của gen, gây ra những sai sót trong quá trình sao lại AND. 5.3 NHỮNG THÀNH TỰU TRONG NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN VI SINH VẬT 5.3.1. Các phương pháp chọn lọc giống không dùng tác nhân gây đột biến - Phương pháp chọn lọc tự nhiên: dựa vào mục tiêu và yêu cầu sản xuất mà từ đó chọn được những nòi VSV thích nghi và tồn tại trong môi trường theo ý muốn. - Phương pháp chọn lọc nhân tạo: theo phương pháp này người ta tách những nòi VSV mang những dấu hiệu hữu ích cần thiết từ quần thể VSV nuôi cấy trên môi trường đặc, môi trường phân lập thạch điãhoặc thạch phân lập đặc biệt và chọn lọc những khuẩn lạc điển hình đáp ứng yêu cầu sản xuất. - Sử dụng cơ chế lai: người ta phối 2 dạng vi sinh vật để tạo thể lai có những dấu hiêu trội của VSV bố mẹ (lai lưỡng bội) hoạc có thể kết hợp các tính trạng của bố mẹ ( tái tổ hợp ). 5.32. Các phương pháp chọn lọc giống dùng tác nhân gây đột biến - Tạo giống vi sinh vật bằng tác nhân sinh học - Tạo giống vi sinh vật bằng tác nhan hóa học - Tạo giống vi sinh vật bằng các tác nhân vật lý CHƯƠNG 6 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN NGOẠI CẢNH ĐẾN VI SINH VẬT VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN I. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN NGOẠI CẢNH ĐỐI VỚI VI SINH VẬT 1. Ảnh hưởng của các nhân tố vật lí
46. Ảnh hưởng độ ẩm Hoạt động của vi sinh vật điều liên quan đến nước, VSV cần nước ở trạng thái tự do, do đó quá trình trao đổi chất nếu thiếu nước sẽ có hiện tượng loại nước ra khỏi tế bào, làm cho tế bào có thể bị chết. Nhiệt độ - Khi nhiệt độ thấp dưới 0 0C làm ngừng quá trình sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật Ứng dụng: để bảo quản giống vi sinh vật, thức ăn và các vật liệu cần thiết - Khi nhiệt độ cao hơn 0 0C VSV có sự sinh trưởng và phát triển. Mỗi loại VSV đều có nhiệt độ thấp nhất, cao nhất và nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng của riêng nó. Ứng dụng: để khử trùng dụng cụ, nguyên liệu trong lĩnh vực chế biến thực phẩm, y tế, VSV học Áp suất thẩm thấu Màng tế bào là một màng bán thấm, nồng độ chất hòa tan trong dung dịch mà VSV tồn tại quyết định áp suất thẩm thấu. Ứng dụng: thường dùng muối, đường nồng độ cao trong bảo quản và chế biến thực phẩm. Các tia bức xạ Đa số VSV không cần ánh sáng, tác động của ánh sáng mặt trời có thể trực tiếp làm phá hủy tế bào, hoặ gián tiếp tạo ra các chất độc trong môi trường, gây hại cho VSV. Ứng dụng: các tia bức xạ được sử dụng trong khử trùng, tiêu độc, trong bảo quản, chế biến và công tác y, VSV học. 2. Ảnh hưởng của các nhân tố hóa học Độ pH Giới hạn pH của sự sinh trưởng là giới hạn pH từ cực tiểu đến cực đại mà VSV có khả năng sinh trưởng. Trong giới hạn này có pH thích hợp nhất, mà ở đó VSV có sự sinh trưởng và phát triển cao nhất. đa số VSV thích ứng ở pH 4,5 – 9,0. Các chất xác trùng, ức chế, diệt khuẩn - Chất xác trùng là những chất có thể gây chết VSV gây bệnh hoặc không gây bệnh nhưng không giết chết được nha bào. - Chất ức chế là những chất làm ngừng quá trình sinh trưởng, phát trienr, VSV không bị giết mà ở trạng thái tiềm tàng. - Chất diệt khuẩn: là những chất có thể giết toàn bộ vi khuẩn kể cả nha bào ( hay bào tử), một chất vừa xác trùng, ức chế hay diệt khuẩn tùy thuộc vào nồng độ, thời gian, loại VSV tác động và các yếu tố khác. Các chất hóa trị liệu: gồm những chất có thể tổng hợp được bằng phương pháp hóa học. có tác dụng độc đối với VSV nhưng không gây hại cho động vật. Chất kháng sinh: là chất do VSV sinh ra, ngay ở nồng độ thấp kgangs sinh cũng có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các VSV một cách đặc hiệu, mỗi kháng sinh chỉ tác
47. động lên một vi khuẩn hoặc một nhóm vi khuẩn bằng cách gây rối loạn phản ứng VSV ở ngưỡng phân tử. Tiêu độc, khử trùng, tiệt trùng - Cơ chế tác dụng của các yếu tố tiêu độc, khử trùng Gây tổn hại đến màng nguyên sinh chất, làm thay đổi tính thấm của màng, trở ngại đến quá trình trao đổi chất. Gây tổn hại đến thành phần nguyên sinh chất tế bào, làm trở ngại hoặc ngừng các phản ứng trao đổi chất. Gây nên sự kìm hãm hoặc mất hoạt tính men trong tế bào. Thay đổi quá trình sinh tổng hợp trong tế bào làm hình thành các chất không cần thiết cho quá trình sinh trưởng, phát triển của tế bào. Phá vỡ hoặc hủy hoại toàn bộ tế bào. - Tiêu độc, khử trùng: tiêu độc là biệ pháp loại trừ và tiêu diệt mầm bệnh ở ngoại cảnh bên ngoài cơ thể người và động vật, khử trùng là một biện pháp laoij trừ hoàn toàn VSV có trong một môi trường nào đó bằng cách tiêu diệt hay loại bỏ chúng. Biện pháp tiêu độc khử trùng - Bằng các chát hóa học - Bằng nhiệt độ - Bằng phương pháp lọc 3. Tác động của các yếu tố sinh vật học Quan hệ cộng sinh: là mối quan hệ hai bên cùng có lợi giữa hai sinh vật khác nhau, hoạt động sống của sinh vật này sẽ thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật kia và ngược lại, mối quan hệ giữa chúng khó tách rời. nếu chúng tách rời sẽ ảnh hưởng đến hoạt đọng sống của chúng. Quan hệ tương hổ: không có sự ràng buộc một cách chặt chẽ giữa các sinh vật trong mối quan hệ này, chúng có thể tách rời nhau, không cần đến nhauvaf giữa chúng chỉ có một bên nhận mà không hề có sự giúp đỡ bên kia. Quan hệ đối kháng: đây là mối quan hệ không có lợi, gây ra những ảnh hưởng hạn chế hoặc tiêu diệt loại trừ nhau biểu hiện trên các mặt như tranh chấp chất dinh dưỡng, tiết ra những sản phẩm độc hại. Quan hệ kí sinh: là mối quan hệ giữa hai cá thể mà một bên có lọi, một bên bị hại. II. Phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên 1. Sự phân bố của vi sinh vật trong đất 1.1. Mối quan hệ giữa đất và vi sinh vật đất - Độ dày của tầng đất canh tác - Đặc điểm và tính chất của đất - Thời tiết khí hậu - Rễ cây họ đậu 1.2. Tác dụng của vi sinh vật trong đất
48. Tổng hợp các chất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng và tăng nguồn dinh dưỡng cho đất Tăng cường sự phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất góp phần hình thành chất mùn trong đất để tăng độ phì trong đất. Tăng cường sự chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong đất: VSV mà trong đó phần lớn là vi khuẩn có tác dụng chuyển hóa các hợp chất có chứa N và không chứa N. 2. Phân bố vi sinh vật trong nước 2.1 Nguồn gốc vi sinh vật trong nước Trong tự nhiên ít khi có nước vô trùng. Nguồn VSV trong nước từ đất, không khí và chất thải, do đó nước trên bề mặt sông hồ, đại đương cũng chứa VSV Sự tồn tại phát triển của vi sinh vật trong nước: nước là môi trường được coi là thích hợp của nhiều loại VSV, vì nước có chứa đầy đủ các chất hữu cơ, không khí và nhiệt độ thuận lợi cho sinh trưởng phát triển của VSV. - Nước trên bề mặt: nhiều chất hữu cơ, nhiệt độ và độ thoáng khí tốt, do đó VSV phát triển thuận lợi, số lượng và loại hình khá lớn. - Nước dưới sâu: ít chứa chất hữu cơ, nhiệt độ lạnh do đó quần thể VSV ở đây không đa dạng, chỉ tồn tại một số nhóm với số lượng nhỏ hơn ở nước bề mặt. - Vi sinh vật trong ao hồ - Vi sinh vật trong sông ngòi - Vi sinh vạt trong nước mạch, nước giếng, nước mưa Vấn đề làm nước sạch: Nước dung thường bị ô nhiễm bởi các VSV gây bệnh xuất phát từ một nguồn gốc đó là nước thải Bảo vệ nước tránh ô nhiễm bởi nước thải Các biện pháp để tránh nước bị ô nhiễm - Xây dựng các trạm xử lý nước thải để loại trừ các vi sinh vật gây bệnh. - Có sự hướng dẫn và quy định cho cá nhân, gia đình và cụm dân cư về sự thoát nước thải phải đúng cách, đúng chổ để tránh ô nhiễm vao nước dùng của chính họ. - Xây dựng và xác định các nguồn nước sinh hoạt phục vụ đời sống dân cư đều góp phần phòng ngừa sự ô nhiễm của nước. - Các hố chứa nước thải có sự chống thấm tốt để phòng ngừa ngấm vào các mạch nước, nguồn nước khác. - Phải có biên pháp tránh nhiễm chất thải vào bể chứa, giếng nước bằng sử dụng nắp đậy và luôn luôn kiểm tra để loại trừ tất cả các khả năng ô nhiễm nước thải. Biện pháp: - Làm lắng - Lọc nước: lọc nhanh bằng cát, lọc chậm bằng cát - Khử trùng: sử dụng Clo và hợp chất có chứa Clo, tia cực tím, dùng ozon Xác định giá trị của nước: không có hợp chất hữu cơ, không có mùi vị lạ, không có các sản phẩm hóa học gây độc, không có VSV gây bệnh.
49. 3. Phân bố vi sinh vật trong không khí 3.1. Sự tồn tại của vi sinh vật trong không khí Không khí được coi là môi trường không thuận lợi cho sự phát triển của VSV, thiếu dinh dưỡng, khô, luôn bị ánh sáng mặt trời chiếu sáng và mưa rửa trôi bụi bẩn trong không khí. 3.2. Biện pháp làm sạch không khí - Phương pháp lọc: sử dụng các vật liệu, nguyên liệu để lọc như dùng bông có tác dụng giữ VSV với bụi bẩn trong không khí - Khử trùng bằng tác nhân vật lí: dùng đèn tử ngoại để khử trùng không khí trong phòng mổ, phòng thí nghiệm VSV, phòng lên men - Khử trùng bằng hóa chất: xông phòng bằng hơi foocmon pha trong thuốc tím
50. Chương 7 Vi sinh vât ứng dụng trong trồng trọt và lâm nghiệp I.1. VI SINH VẬT ĐẤT, CÁC NHÓM CHÍNH VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG 1. Những giống vi sinh vật quan trọng thường gặp trong đất 1.1. Những giống vi khuẩn thường gặp trong đất Bảng 2: Giống vi khuẩn quan trọng thường gặp trong đất TT Tên giống vi khuẩn Những đặc điểm quan trọng 1 Chromatium Yếm khí, môi trường giàu chất hữu cơ, có H2S 2 Rhodospirilum Yếm khí và yếm khí tùy tiện, môi trường Rhodopeseudomanas giàu chất hữu cơ, cơ thể quan hợp được 3 Nitrosomonas Hình que, dinh dưỡng hóa năng, oxi hóa + - Nitrobacter NH4 thành NO2 và NO3 , hảo khí và hảo khí tùy tiện 4 Thiobacillus Hình que dinh dưỡng hóa năng, oxi hóa hợp charat chứa S hay chất khử chứa S, yềm khí tùy tiện 5 Hidrogennomonas Hình que,dinh dưỡng hóa năng, lấy năng methanomonas lượng từ oxi hóa hidrogen, oxi cacbon, metan 6 Canlobacter Hình que, Gram âm, sống trong nước, nổi Gallionella theo mặt nước, bám vào tàn dư thực vật 7 Siderocapsa Hình que, hình cầu, hình chùy, là những vi Ferribaterium khuẩn chuyển hóa sắt 8 Pseudomonas Hình que, hình bầu dục, thường sinh sản Acetobacter các sắt tố tan hoặc không tan trong nước. 9 Virbro, Cellvibro Hình xoắn, hình dấu phẩy, hảo khí hoặc 2- Spirillum yếm khí, phân hủy xenlulo, khử SO4 thành H2S. 10 Azotobacter, Hình cầu, hình que, hảo khí, cố định nitơ Rhizobium phân tử tự do hoặc cộng sinh 11 Chromonobacterrium, Hình que, hoại sinh hay kí sinh, yếm khí Agrobacter tùy tiện. 12 Achromobacter, Hình que, Gram âm, không sinh nha bào, Flavobacterrium lên men hidratcacbon, hảo khí.
51. 131.2NhữngEscherichia, giống xạ khuẩn quanHình trọng que, Gramthường âm, gặp hảo trong khí hoặc đất yếm khí Proteus, Aerobacter tùy tiện, lên men hidratcacbon. 14 Micrococcus, Hình cầu, hảo khí hoặc yếm khí tùy loài, Sarcina Gram dương, không sinh nha bào 15 Brevibacterium Hình que, Gram dương, hảo khí, yếm khí tùy tiện 16 Streptorcocus, Hình cầu, hình que, yếm khí đến vi yếm Laetobacillus khí. 17 Corynebacterium, Hình que, hình chuỗi xoắn, Gram dương, Cellulomonas hảo khí hoặc hảo khí tùy tiện. 18 Clostridium, Hình que, Gram dương, sinh nha bào, hảo Bacillus khí, yếm khí, cố định N2, phân hủy các chât khó tan STT Tên giống xạ khuẩn Những đặc điểm quan trọng 1 Actinomyces, Hảo khí, hình cành cây, chân chim, phân Bacterionema hủy, chuyển hóa chất hữu cơ 2 Actinoplanes, Hảo khí, hình cành cây hoặc hình răng Amorphosporangium. lược, phân hủy chất hữu cơ 3 Streptosporangium, Hảo khí, hình xoắn, răng lược, phân hủy, Streptomyces chuyển hóa chất hữu cơ 4 Cellulomonas, Hảo khí, hình xoắn, chùm quả, phân hủy Jonesia chuyển hóa chất hữu cơ. 5 Dermatophilus Hảo khí, hình lá dừa, chùm quả, phân hủy, chất hữu cơ. 6 Frankia Hảo khí, hình cành cây, chân chim, phân hủy, chuyển hóa chất hữu cơ. 1.3. Những giống nấm quan trọng thường gặp trong đất STT Tên giống nấm Những đặc điểm quan trọng 1 Zygomycetes Sống hoại sinh, ưa ẩm, giàu hữu cơ, lên men tinh bột. 2 Rhizopus Ưa ẩm, giàu chất hữu cơ, phân hủy cơ chất mạnh, chịu được nhiệt độ cao. 3 Ascomyces Ưa ẩm, phân hủy mạnh cơ chất, chịu được nhiệt độ cao. 4 Basidomycetes Kí sinh trên cây hòa thảo, phân hủy mạnh xenlulo, lignin.
52. 5 Penicilitum Bậc cao, ưa ẩm, phân hủy mạnh hợp chất hữu cơ. 1.1. Những giống tảo thường gặp trong đất STT Tên giống tảo Những đặc điểm quan trọng 1 Cyanophyta – tảo Ở nước ngọt, sản phẩm quan hợp là lam glicogen, sống cộng sinh với bèo hoa dâu, 2. Vi sinh trong quá trình hình thành và kết cấu mùn 2.1.1 Quan điểm về quá trình hình thành mùn a)Theo quan điểm hóa học, thì mùn là chất trung gian, hay chất dư thùa chưa được phân giải hết do các phản ứng hóa học trong đất. b)Quan điểm sinh học thì mùn không phải là hợp chất dư thừa, vì đã là hợp chất dư thừa thì không bao giờ có thành phần và tỷ lệ các nguyên tố, trong đó, lại nhiều hơn ở chất ban đầu được vùi vào đất _ Mùn không phải là chất trung, vì nếu là chất trung gian thì sớm hay muộn cũng bị phân giải, nhưng thực tế luôn luôn dược tích lũy. Mùn là một sản phẩm tổng hợp đươc hình thành nhờ vào hoạt động sống của vi sinh vật. Họ cho rằng tùy từng chủng giống vi sinh vật khác nhau cơ chế hoạt động khác nhau mà tạo axit mùn khác nhau. Sự chuyển hóa các chất hữu cơ dược chuyển hóa vùi vào trong đất dưới tác dụng của vsv theo 2 hướng sau: _ Quá trình vô cơ hóa: là quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ dễ tiêu. Nếu quá trình vô cơ hóa xảy ra mạnh. Cây trồng không đồng hóa hết, dẫn đến sự dư thừa gây độc cho cây. _ Quá trình mùn hóa: là quá trinh chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ và hữu cơ đơn giản hơn kết hợp với quá trình tự tiêu tư giải của vsv. 2.1.2 Khu vsv và sơ đồ hình thành mùn của Konopva: Theo Konopva, thì vsv phân hủy xác động, thực vật để hình thành mùn, gồm 2 nhóm tham gia: + Nhóm vsv lên men, gồm: vsv phân giải tinh bột , vsv lên men đường, vsv phân hủy chuyển hóa xenlulozo, hemixenlulozo, + Nhóm vsv sinh tính đất là vsv phân hủ, chuyển hóa các chất bền vững như: kitin, sáp 2.2 Vi sinh vật yrong quá trình cấu tạo và kết cấu mùn:
53. Vsv đã phân hủy, chuyển hóa các hợp chất có vòng thơm phức tạp để thành các dạng quinol kết hợp với axit amin và polipeptit để tạo ra những sãn phẩm đầu tiên của axit mùn. Qúa trình phân giải các hợp chất trong đất, vsv đã hấp thụ các chất dinh dưỡng. Trong quá trình tư tiêu, tự giải đã tạo thành các hợp chất mùn hoạt tính, chất này đã gắn chặt các hạt đất lại với nhau làm cho hạt đất tơi xốp. Hơn nữa xác của vsv sau khi chết, chúng kết hợp với một sồ chất trong quá trình phân giải tạo thành phức chất, phức chất này đã tham gia tích cực vào thành phần và kết cấu mùn. 3. Vi sinh vật phân giải và chuyển hóa cacbon trong đất. 3.1 Quá trình phân giải xenlulozo 3.1.1 Quá trình phân giải xenlulozo - mXenlulozo có cấu tạo dạng sợi Các loại VSV có khả năng phân giải xenlulozo: VSV hảo khí (Niêm vi khuẩn, vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc), VSV yếm khí (vi khuẩn dạ cỏ), VSV yếm khí sống tự do, VSV ưa nóng. Cơ chế của quá trình phân giải: muốn phân giải được xenlulozo, các loại VSV phải tiết ra enzym xenlulaza. Enzym xenlulaza là enzym ngoại bào và cơ chế chung của quá trình phân giải xenlulozo là: Xenlulozo díaccarit monosaccarit (glucozo) 3.1.2 Các loại vsv phân giải xenlulozo Có rất nhiều vsv phân giải xenlulozo: _ Vsv hảo khí: Vi khuẩn: các giống Bacillus, giống Clostridium. Xạ khuẩn: Streptomyces. Nấm mốc:Aspergillus, Penicillium, Fusarium. _Vsv yếm khí: Vi sinh vật dạ cỏ: giống Ruminococcus _ Vi khuẩn ưa nóng: Bacillus cellulosae thermophicus. 3.1.3 Cơ chế của quá trình phân giải Muốn phân giải được xenlulozo, các loại vsv phải tiết ra enzim xenluloza. Enzim xenluloza là enzim ngoại bào là cơ chế chung của quá trình phân giải xenlulozo là: xenlulozo disaccarit monosaccarit (glucozo) 3.2 Sự phân giải xilan: Co chế phân giải: Dưới tác dụng của enzim xilanza ngoia5 bào, xilan sẽ phân giải thành các phần khác nhau: những đoạn dài xilanbiozo và xilozo. Một số xilan có chứa các thành phần bổ sung khác: arabinozo, glucozo, galactozo, axit glucuronic. Công thức chung của xinlan là (C5H8O)n 3.3 Phân giải pectin Vi sinh vật phân giải pectin
54. Bcillus nesenterricus, Bacillus maccaras, Bacillus ppomyxa Cơ chế phân giải: Vi sinh vật phân giải pectin nhờ có enzim protopectinaza biến protopectin không tan thành pectin hòa tan. Pectin hòa tan là polysaccarit đươc tạo nên từ các gốc axit α.D.galacturonic 3.4 Sự phân giải lignin (liginine ) Vi sinh vật phân giải lginine Nấm mốc Basidomycetes có thể chia làm 2 nhóm. Một nhóm có thể chuyển nhanh chóng gỗ thành một khối màu đỏ, chủ yếu là phá hủy xenlulozo và hemyxenlulozo, không có tác đọng lên lignin. Một nhóm phân hủy gỗ thành một khối trắng, chúng chủ yếu tác động lên lignin, hầu như không làm phân giải xenlulozo. Các loại nấm tác động lên lignin: Polisitctus versicolor, pholiota, Lenzites Nhiều loại vi khuẩn và xạ khuẩn cũng có khả năng phân giải ligin. Các loài vi khuẩn có hoạt tính phân giải lignin cao thường thuộc về các giống Pseudomonas, Agrobacterium 4. Quá trình tổng hợp và phân giải các hợp chất chứa N2 Quá trình amon hóa 4.2.1 Quá trình amon hóa protein: + Dưới tác dụng của vsv, protein được phân giải để cho NH 3 gọi là quá trình amon hóa protein. + Vsv chủ yếu: có rất nhiều loại vsv có khả năng phân giải protein: vi khuẩn hảo khí, yếm khí, xạ khuẩn, nấm. + Cơ chế phân giải: Dưới tác dụng của enzim proteaza, các protein dược phân giải thành các hợp chất đơn giản hơn. Các chất này được tiếp tục phân giải thành axit anim nhờ tác dụng của enzim peptidaza ngoại bào. Các chất này cũng có thể trực tiếp hấp thụ vào tế bào vsv, sau đó dược chuyển hóa thánh axit amin. Các axit amin này sẽ được sử dụng một phần vào quá trình sinh tổng hợp protein của vsv, một phần được tiếp tục phân giải để tạo ra NH3, CO2 và nhiều sản phẩm trung gian khác. 4.2.2 Quá trinh amon hoa ure, axit uric + ure: Ure là hợp chất hữu cơ đơn giản chứa tới 46,6% N. Ure thường có trong nước tiểu động vật và người. Ure có thể điều chế với điều kiện áp suất 150- 200atm và nhiệt độ 150- 190C. NH3 + CO2 CO(NH2)2(ure ) Vi khuẩn amon hóa ure: Planosarcina ureae, Bachesmogenes Nhiều loại xạ khuẩn và nấm mốc cũng có khả năng phân giải ure. Vi khuẩn ure thường thuộc loại hảo khí hoặc kị khí không bắt buộc. Chúng phát triển tốt trong môi trường trung tính hoặc hơi kiềm. Chúng không sử dụng được
55. cacbon trong ure, ure chỉ dùng làm nguồn cung cấp nito cho chúng. Chúng có enzim ureaza làm xúc tac21 quá trình phân giải ure thành NH3, CO2, H2O. 4.2.3 Quá trình amon hóa kitin Vi sinh vật phân giải kitin: nhiều loài vsv có khả năng phân giải kitin. Đáng chú ý là những loài thuộc các giống sau: Achromobacter, Bacillus, Penicillium. Quá trình phân giải kitin được nghiên cứu kĩ ở vi khuẩn bacchitinovoium và xạ khuẩn Streptomyces griseus. Chúng có khả năng sinh ra nội bào. Kitinaza, Kitobioza. Kitinaza có tác dụng lên các phần khác nhau của phân tử kitin và phân giải thành kitobio và kitotrio, kitoyrio sau sẽ tiếp tục phân giải thành các gốc đơn phân tử nhờ xúc tác của enzim kitobioza. 4.3 Quá trình nitrat hóa 4.3.1 Định nghĩa Dưới tác dụng của một số loài vsv đặc biệt, NH 3 được hình thành do quá trình amon + - hóa hoặc NH4 ở các loại phân hóa học sẽ được tiếp tục chuyển hóa thành NH 2 rồi - sau đó chuyển thành NO3 , gọi là quá trình nitrat hóa. 4.3.2 Vi sinh vật chủ yếu Quá trình này chia làm 2 giai đoạn khác nhau do 2 loại vi khuẩn dảm nhiệm: + Giai đoạn 1: giai đoạn nitrit hóa - Vi khuẩn tham gia vào giai đoạn chuyển hóa NH3 thành NO2 thuộc về 4 giống khác: Nitrosomonas, Nitrocystis, Nitrosolobus, Nitrosospira. Enzim xúc tác cho quá trình oxy hóa này là enzim thông thường của quá trình hô hấp hảo khí. + Giai đoạn 2: giai đoạn nitrat hóa Vi khuẩn tham gia vào giai đoạn này gồm các giống sau: Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus. Cơ chế của quá trình được biểu thị bằng phương trình sau: - NO2 + 3/2O2 NO2+ H2O+ 2H+ năng lượng Vi khuẩn nitrat hóa thuộc loại tự dưỡng hóa năng. 4.5 Quá trình cố dịnh N2: 5.TÁc dụng của vsv chuyển hóa lưu huỳnh trong tự nhiên 5.1 Chu trình tuần hoàn lưu huỳnh Vòng tuần hoàn S và N có nhiều điể giống nhau: + Trong đất, N và S ở dạng hữu cơ là chủ yếu cho nên cây trồng không đồng hóa được. Muốn đồng hóa phải được vô cơ hóa. 2- - +Quá trình SO4 hóa gần giống quá trìng NO3 hóa. + Quá trình sunphat hóa( hay còn gọi là quá trình vô cơ hóa S hữu cơ) rất giống quá -2 - trình amomn hóa. Quá trình khử SO4 rất gống quá trình phản NO3 hoá 5.2 Vô cơ hóa lưu huỳnh hữu cơ Lưu huỳnh hữu cơ trong đất thường ở 3 dạng sau: _ Axit amin có S
56. _ Sunfat hữu cơ và este sunfuric của hidratcacabon và lipit _ S hữu cơ gắn chặt trong các phần tử axit humic và phần khoáng 5.3 Vi sinh vật phân giải lưu huỳnh hữu cơ và cơ chế phân giải _ Vi sinh vật: Froteus, Seratia, Microsporum 5.4 Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến quá trình phân giải lưu huỳnh hưu cơ Độ ẩm 40- 60%: nhiệt đọ nhỏ hơn 10C xảy ra yếu, thường ở 25- 35C. Sự khoáng hóa trong chất hữu cơ phụ thuộc vào tỷ lệ C/S là 112. 5.5 Quá trình oxy hòa hợp chất lưu huỳnh vô cơ Trong tự nhiên có một số nhóm vsv có thể oxy hóa hợp chất lưu huỳnh và vô cơ. Thường có 4 nhóm vsv: + VSV hóa năng dinh dưỡng- giống Thiobacillus. + VSV hóa năng hữu cơ dinh dưỡng (dị dưỡng ) + VSV hóa năng dinh dưỡng thuộc họ Beggiatoaces + VSV hóa năng dinh dưỡng: Chlro bacteriacees và Thiorhodacees 5.6. Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến quá trình oxy hòa S Đất bảo hòa nước làm giảm quá trình oxy hóa sinh học S Nhiệt độ 4- 23C Độ pH: 5,2 đến 6,4- 7,5 5.7. Tác dụng của quá trình oxy hóa S + Thiobacillus có thể oxi hóa lưu huỳnh thành SO4. Môi trường trở nên chua. Do đó có thể trung hòa một phần chất kiềm, tăng cường cấu trúc đất. + H2SO4 được hình thành trong quá trình oxi hóa S sẽ làm tăng độ tan cũa muối Ca3(PO4)2 khó tan, cung cấp photphat monocanxi cho cây. + Quá trình oxi hóa lưu huỳnh làm tăng độ chua của đất, từ đó một số nguyên tố từ khó tan thành dễ tan, ví dụ như Mn: Mn4+. + Quá trình khử các hợp chất lưu huỳnh vô cơ. 6. Quá trình chuyển hóa photpho 6.1 Các dạng photpho (lân) và vòng tuần hoàn của photpho 6.1.1 Lân hữu cơ _Lân hữu cơ có trong cơ thể động vật, thực vật, vsv thường gặp ở các hợp chất chủ yếu như phytin, photpholipit,axit nucleic. Trong không bào người ta còn tìm thấy lân vô cơ ở dạng orthhophotphat làm nhiệm vụ dệm và chất dự trữ. Cây trồng, vsv không thể trực tiếp đồng hóa lân hữu cơ. Muồn đồng hóa chúng phải được chuyển hóa thành dạng muối của H2PO4. 6.1.2 Lân vô cơ Lân vô cơ thường ở trong các dạng khoáng như apatic, photphoric, photphat sắt, photphat nhôm Muồn cây trồng sử dụng được phải qua chế biến, biến chúng thành dạng dễ tan. 6.3 Cơ chế hòa tan Quá trình phân giải photpho được biểu diễn bằng phương trình sau: