Bài giảng Vi sinh vật đại cương - Đào Hồng Hà cung cấp cho học viên các kiến thức về vi sinh vật học; vi sinh vật nhân nguyên thủy; vi sinh nhân thật; sinh lý học vi sinh vật; ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự sinh trưởng của vi sinh vật; di truyền học vi sinh vật; kỹ thuật bảo quản giống vi sinh vật;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Đ i t ố ượ ng c a vi sinh v t h c đ i c ủ ậ ọ ạ ươ ng
Xung quanh chúng ta có nhiều sinh vật lớn mà chúng ta có thể nhìn thấy, nhưng còn vô vàn vi sinh vật nhỏ bé chỉ có thể quan sát qua kính hiển vi Những sinh vật này được gọi là vi sinh vật Môn khoa học nghiên cứu hoạt động sống của các vi sinh vật này 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 như vi khuẩn học, nấm học, tảo học, và virus học Việc phân chia các lĩnh vực này còn phụ thuộc vào hướng nghiên cứu cụ thể Hiện nay, chúng ta có nhiều lĩnh vực vi sinh vật học như vi sinh vật y học, vi sinh vật thú y, vi sinh vật công nghiệp, và vi sinh vật trong nông nghiệp.
Trong lĩnh vực vi sinh vật học nông nghiệp, có nhiều chuyên ngành khác nhau như vi sinh vật lương thực và vi sinh vật thực phẩm Mỗi lĩnh vực này đều có đặc điểm và nội dung riêng, đòi hỏi sự nghiên cứu sâu sắc Tuy nhiên, để hiểu rõ hơn về các chuyên ngành này, cần nhận diện những điểm chung và khác biệt cơ bản giữa chúng.
Vi sinh vật học là lĩnh vực nghiên cứu các quy luật chung liên quan đến vi sinh vật Các đối tượng nghiên cứu của vi sinh vật học bao gồm vi khuẩn, nấm, virus, Bacteriophage (virus tấn công vi khuẩn), và nguyên sinh động vật Những nghiên cứu này giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc, chức năng và vai trò của vi sinh vật trong môi trường và đời sống.
Vi khuẩn là nhóm vi sinh vật có nhân nguyên thủy, có khả năng sinh sản chủ yếu bằng hình thức phân đôi Chúng có thể rất nhỏ, thường chỉ có thể quan sát được bằng kính hiển vi quang học.
Virus: là nh ng sinh v t mà kích thữ ậ ước c a chúng vô cùng nhủ ỏ bé, ký sinh n i bào tuy t đ i, mu n quan sát chúng ph i s d ng kínhộ ệ ố ố ả ử ụ hi n vi đi n t ể ệ ử
N m là một nhóm sinh vật đơn bào và đa bào, không có vách ngăn hoặc có vách ngăn nhưng không chính xác Chúng thường sống trong môi trường ẩm ướt và có khả năng phân nhánh Các tế bào của nhóm này có cấu trúc nhân thực, cho phép chúng thực hiện các chức năng sinh học phức tạp.
Vi sinh vật tuy có kích thước nhỏ và cấu trúc đơn giản nhưng chúng có khả năng sinh sôi nảy nở rất nhanh chóng và hoạt động trao đổi chất vô cùng mạnh mẽ Vi sinh vật có thể phân giải hầu hết các loại chất có trên thế giới, kể cả những chất rất khó phân giải, hoặc những chất gây hại đến các 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.
S phân b c a vi sinh v t ự ố ủ ậ
Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự nhiên, hiện diện trong đất, nước, không khí, trên cơ thể các sinh vật khác, cũng như trên thực phẩm và hàng hóa Chúng đóng vai trò quan trọng trong các hệ sinh thái phong phú và đa dạng, từ việc chuyển hóa chất hữu cơ đến duy trì cân bằng sinh thái, bao gồm cả các môi trường khắc nghiệt như đất chua, đất mặn và thiếu khí.
Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc tham gia các chu trình sinh thái trên trái đất và trong các quá trình sản xuất nông nghiệp Sự đa dạng và hoạt động mạnh mẽ của chúng góp phần cải thiện chất lượng đất và thúc đẩy sự phát triển bền vững trong nông nghiệp.
Vi sinh v t h c đ i cậ ọ ạ ương, nghiên c u nh ng quy lu t chungứ ữ ậ nh t v vi sinh v t.ấ ề ậ
Vai trò c a vi sinh v t ủ ậ
Trong thiên nhiên, vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong chu trình sinh thái và sự phát triển của các vật chất Nếu không có vi sinh vật hoặc nếu chúng hoạt động kém do lý do nào đó, quá trình phân hủy và tái chế chất hữu cơ sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến những hệ lụy nghiêm trọng cho môi trường và sự sống trên Trái Đất.
Th t v y ngậ ậ ười ta đã tính toán n u không có vi sinh v t ho tế ậ ạ đ ng đ cung c p COộ ể ấ 2 cho khí quy n thì đ n m t lúc nào đó lể ế ộ ượng
CO2 s b c n ki t, lúc bây gi cây xanh không th quang h p đẽ ị ạ ệ ờ ể ợ ược, s s ng c a các loài sinh v t khác không ti n hành bình thự ố ủ ậ ế ường được, b m t trái đ t s tr nên l nh l o ề ặ ấ ẽ ở ạ ẽ
Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng của các hệ sinh thái tự nhiên Trong nông nghiệp, vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải hợp chất hữu cơ và chuyển hóa các chất khoáng, giúp làm giàu đất đai Chúng cũng sản sinh ra nhiều chất có hoạt tính sinh học cao, ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng và vật nuôi Nếu không có vi sinh vật, các sản phẩm trao đổi chất do cây trồng tạo ra sẽ không được tiêu thụ, dẫn đến sự tích tụ và ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất cây trồng.
Trong chăn nuôi và ng nghi p, vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sức khỏe và phát triển của động vật Chúng tạo ra một hệ vi sinh vật phong phú, giúp quá trình tiêu hóa các chất dinh dưỡng diễn ra hiệu quả hơn Vi sinh vật cũng hỗ trợ trong việc phân hủy các chất cặn bã, góp phần vào sự sống còn và phát triển bền vững của các loài động vật.
Trong chăn nuôi, việc phòng chống dịch bệnh cho gia súc là rất quan trọng để ngăn ngừa sự lây lan của các bệnh truyền nhiễm Các chuyên gia vi sinh vật và thú y đã phát triển nhiều biện pháp phòng dịch hiệu quả nhằm bảo vệ sức khỏe của động vật và ngăn ngừa các bệnh có khả năng lây sang người, như dịch tả, lao, và nhiễm trùng Việc áp dụng các biện pháp này không chỉ giúp bảo vệ đàn gia súc mà còn đảm bảo an toàn cho cộng đồng.
Vi sinh vật là một lĩnh vực khoa học quan trọng trong cuộc sống hiện đại, liên quan đến sinh học và môi trường Nghiên cứu vi sinh vật cung cấp thông tin về nguồn gốc sự sống, cách thức di truyền, và các chức năng sinh học Hiện nay, vi sinh vật đang trở thành vũ khí sắc bén trong tay con người, giúp cải thiện sản xuất nông nghiệp và bảo vệ sức khỏe Việc hiểu biết về vi sinh vật không chỉ giúp ứng phó với các thách thức tự nhiên mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống.
Nhi m v c a vi sinh v t h c đ i c ệ ụ ủ ậ ọ ạ ươ ng
Nghiên c u các đ c đi m c b n v hình thái, c u t o, diứ ặ ể ơ ả ề ấ ạ truy n, ho t đ ng sinh lý hóa h c, c a các nhóm vi sinh v t.ề ạ ộ ọ ủ ậ
S phân b c a vi sinh v t trong t nhiên và m i quan h gi aự ố ủ ậ ự ố ệ ữ chúng v i môi trớ ường và các sinh v t khác.ậ
Nghiên cứu các biện pháp thích hợp nhằm sử dụng hiệu quả các vi sinh vật có lợi, đồng thời áp dụng các biện pháp tích cực để ngăn ngừa các vi sinh vật có hại trong mọi hoạt động của đời sống con người.
KHÁI L ƯỢ C V L CH S PHÁT TRI N C A VI SINH Ề Ị Ử Ể Ủ
Giai đo n tr ạ ướ c khi phát minh ra kính hi n vi ể
Từ lâu, con người đã biết đến việc xen canh cây hẹ với các loại cây trồng khác như men, nho, và rượu, nhưng vẫn chưa tìm ra giải pháp tối ưu cho các biện pháp này Trong quá trình nghiên cứu, người ta đã nhận thấy tác động của bệnh cây Đối với bệnh "rễ thối", Aristote cho rằng nguyên nhân là do tảo hóa, trong khi Hy Lạp cổ đại cho rằng cây bệnh là do đất xấu và phân hủy Trung Quốc vào thế kỷ thứ 2 trước Công Nguyên đã ghi nhận trong quyển "Ký Thông Chi Thư" rằng để cây phát triển tốt, cần phải sử dụng phân tươi; nếu không có phân tươi, có thể dùng phân hoại mục Sách này cũng đã đề cập đến việc xen canh cây hẹ với các loại cây trồng khác.
Trong tài liệu "Giáp cốt" của Trung Quốc cách đây 4000 năm, đã ghi nhận sự phát triển của kỹ thuật sản xuất rượu Quá trình lên men rượu có sự tham gia của các vi sinh vật, và mặc dù con người đã sử dụng chúng từ lâu, nhưng chưa hiểu rõ bản chất của vi sinh vật cho đến khi kính hiển vi được phát minh Hiện nay, kiến thức về vi sinh vật đã được phát triển, mở ra một thế giới phong phú và đa dạng, cho thấy vai trò quan trọng của chúng trong sản xuất rượu cũng như trong đời sống con người.
Giai đo n sau khi phát minh ra kính hi n vi (Phát ạ ể
Leewenhoek là người đầu tiên phát hiện ra vi sinh vật nhờ vào việc phát triển kính hiển vi Ông là một thương nhân, và để tìm hiểu cấu trúc của vi sinh vật, ông đã chế tạo 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, và răng miệng, từ đó nhận thấy rằng đâu đâu cũng có những sinh vật nhỏ bé Qua những quan sát của mình, ông viết: "Tôi thấy trong nước bọt của tôi có rất nhiều sinh vật tí hon hoạt động, chúng nhiều hơn so với ở những nơi khác tại Hà Lan."
Phát minh của Leewenhoek về kính hiển vi đã mở ra khả năng quan sát vi sinh vật, giúp con người hiểu rõ hơn về sự hình thành của chúng Trước đó, người ta tin rằng sinh vật chỉ xuất phát từ vật vô sinh, nhưng qua các thí nghiệm, Leewenhoek đã chứng minh rằng vi sinh vật có thể được quan sát và nghiên cứu một cách trực tiếp.
Hình 1.1 Anton Van Leeuwenhoek (1632 1723) và kính hi n vi t t oể ự ạ c a ôngủ
2.3 Giai đo n vi sinh v t h c th c nghi m v i Pasteurạ ậ ọ ự ệ ớ Đ n th k XIX cùng v i s phát tri n c a ch nghĩa t b n,ế ế ỷ ớ ự ể ủ ủ ư ả các ngành khoa h c k thu t nói chung và vi sinh v t h c nói riêng,ọ ỹ ậ ậ ọ phát tri n m nh m , nhi u nhà khoa h c đã quan sát và nghiên c u vể ạ ẽ ề ọ ứ ề m t s vi sinh v t gây b nh và sáng t o ra m t s phộ ố ậ ệ ạ ộ ố ương pháp m iớ đ nghiên c u v vi sinh v t Đóng góp cho s phát tri n c a vi sinhể ứ ề ậ ự ể ủ v t giai đo n này ph i k đ n nhà bác h c ngậ ở ạ ả ể ế ọ ười Pháp Pasteur (1822 1895) V i công trình nghiên c u c a mình ông đã đánh đ h cớ ứ ủ ổ ọ thuy t t sinh, nh ch t o ra bình c ng ng.ế ự ờ ế ạ ổ ỗ Ông đã ch ng minh thuy t t sinh là không đúng b ng các thíứ ế ự ằ nghi m sau:ệ
TN1: Dùng m t cái bình ch a nộ ứ ước th t đun sôi, đ ngu i sauị ể ộ m t th i gian thì nộ ờ ước th t đ c, quan sát th y có vi sinh v t.ị ụ ấ ậ
Trong thí nghiệm TN2, sau khi tiến hành, ông B đã tiến hành bảo quản mẫu trong môi trường kín để đảm bảo không có không khí Điều này giúp ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, vốn có thể gây ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm Tuy nhiên, trong quá trình này, ông B gặp khó khăn trong việc duy trì điều kiện thử nghiệm để có thể thực hiện các bước tiếp theo một cách hiệu quả.
TN3: Ông u n c bình gi ng nh hình c ng ng kéo dài ra choố ổ ố ư ổ ỗ thông v i không khí Sau khi đun sôi đ m t th i gian nớ ể ộ ờ ước th t khôngị b đ c, ngị ụ ời ta m i công nh n bác b thuy t t sinh.
Louis Pasteur (1822-1895) là nhà khoa học nổi tiếng với thí nghiệm "Thuyết tiêm chủng" Ông đã chứng minh rằng bệnh tật do vi khuẩn gây ra và có thể lây lan từ động vật bệnh sang động vật khỏe mạnh Năm 1881, Pasteur thực hiện thí nghiệm tiêm phòng vaccine cho 50 con cừu, trong đó 25 con được tiêm vaccine và 25 con không Kết quả cho thấy 25 con không tiêm vaccine bị chết, trong khi 25 con đã tiêm vaccine vẫn sống khỏe mạnh, chứng minh hiệu quả của vaccine trong việc phòng bệnh.
Thí nghiệm đầu tiên về vaccine phòng bệnh dại của Louis Pasteur đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong lịch sử y học Ông đã dũng cảm nghiên cứu và phát triển vaccine để cứu chữa cho những nạn nhân bị chó dại cắn, với thành công đầu tiên là cứu sống một cậu bé Sau thành công này, các nhà khoa học đã tiếp tục xây dựng Viện Pasteur tại Pháp, mở rộng nghiên cứu và ứng dụng vaccine, tạo nên một trong những thành tựu vĩ đại nhất của Pasteur trong việc bảo vệ sức khỏe con người.
L Pasteur t t nghi p sinh hóa, ông r t thành công trong nghiênố ệ ấ c u nh ng gia đình ông r t b t h nh, anh trai và các con c a ông đ uứ ư ấ ấ ạ ủ ề ch t do b nh t t.ế ệ ậ
Louis Pasteur là người đầu tiên chứng minh cơ sở khoa học của việc chế tạo vaccine, nhưng phương pháp vaccine đầu tiên được phát triển bởi bác sĩ Edward Jenner (1749-1823) Ông là người đầu tiên nghĩ ra phương pháp chống đậu mùa bằng cách tiêm virus đậu mùa vào người lành, nhằm phòng bệnh đậu mùa, một căn bệnh hết sức nguy hiểm cho tính mạng thời bấy giờ.
Giai đo n sau Pasteur và vi sinh h c hi n đ i ạ ọ ệ ạ
Sau Pasteur, Robert Koch (1843-1910) là người có đóng góp quan trọng trong việc phát triển các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật Ông đã đề ra phương pháp chứng minh một vi sinh vật là nguyên nhân gây ra bệnh truyền nhiễm, được biết đến như quy tắc Koch, và hiện nay vẫn được các nhà nghiên cứu y học áp dụng.
Ngày 24 3 1882, Koch công b công trình khám phá ra vi trùngố gây b nh lao và g i nó là ệ ọ Mycobacterium tuberculosis, là m t b nhộ ệ nan y th i đó Khám phá này m đờ ở ường cho vi c ch a tr b nh ngàyệ ữ ị ệ nay
K đó h c trò c a Koch là Petri (Juliyes Richard Petri, 1852 ế ọ ủ
1921) ch ra các d ng c nghiên c u vi sinh v t mà ngày nay cònế ụ ụ ứ ậ dùng tên c a ông đ đ t cho d ng c y: đĩa Petri Ông cũng nêu raủ ể ặ ụ ụ ấ các bi n pháp nhu m màu vi sinh v t.ệ ộ ậ
Ivanovski (1892) và Beijerinck (1896) là những nhà khoa học đầu tiên phát hiện ra virus trên thế giới, chứng minh rằng vi sinh vật có thể gây bệnh cho cây trồng Họ đã phát hiện ra virus qua việc lọc dịch cây bệnh, xác định nguyên nhân gây ra hiện tượng héo úa và vàng lá ở cây trồng.
Hình 1.3 Robert Koch (1843 1910) và vi khu n gây b nh lao doẩ ệ ông tìm ra
Hình 1.4 Alexander Fleming (1881 1955) và n m m cấ ố
Penicillium do ông tìm ra
Hình1.5 Watson and Crick (1953) phát hi n c u trúc c a DNAệ ấ ủ
Ngày nay, vi sinh vật đã phát triển mạnh mẽ với sự tham gia của hàng trăm nhà nghiên cứu và hàng chục ngàn người tham gia Các nghiên cứu đã đi sâu vào bản chất của virus, phân tích cấu trúc và chức năng của chúng Kỹ thuật giải mã gen vi sinh vật đang được áp dụng để phát triển các biện pháp bảo vệ sức khỏe cho con người, gia súc và cây trồng, đồng thời mở rộng ứng dụng trong việc điều trị ung thư ở người.
CÁC Đ C ĐI M CHUNG C A VI SINH V T Ặ Ể Ủ Ậ
Kích th ướ c nh bé ỏ
Hình 1.7 Kích thước vi sinh v t trong sinh gi iậ ớ
Vi sinh v t thậ ường được đo kích thước b ng đ n v micrometằ ơ ị (1mm= 1/1000mm hay 1/1000 000m) virus được đo kích thước đ n vơ ị b ng nanomet (1nn=1/1000 000mm hay 1/1000 000 000m).ằ
Kích thước vi sinh vật càng nhỏ thì diện tích bề mặt của chúng trong một thể tích nhất định càng lớn Chẳng hạn, một cầu khuẩn (Coccus) chỉ có đường kính 1 mm, nhưng nếu xếp chúng thành một khối có thể tích 1 cm³, thì diện tích bề mặt tổng cộng của chúng có thể lên tới 6 m².
H p thu nhi u, chuy n hoá nhanh ấ ề ể
Tuy vi sinh v t có kích thậ ướ ấc r t nh bé nh ng chúng l i cóỏ ư ạ năng l c h p thu và chuy n hoá vự ấ ể ượt xa các sinh v t khác Ch ng h nậ ẳ ạ
Vi khuẩn lactic (Lactobacillus) có khả năng phân giải đường lactose với tốc độ cao, đạt từ 100 đến 10.000 lần so với các vi khuẩn khác Đồng thời, nấm men trong quá trình này cũng tạo ra lượng protein cao gấp 1.000 lần so với đậu tương và gấp 100.000 lần so với trâu bò.
Hình 1.8 Lactobacillus qua KHV đi n tệ ử
Sinh tr ưở ng nhanh, phát tri n m nh ể ạ
Chủng khuẩn Escherichia coli có khả năng sinh sản mạnh mẽ trong điều kiện thích hợp, với thời gian sinh trưởng khoảng 12 đến 20 phút Nếu thời gian này là 20 phút, một tế bào có thể phân chia thành 3 lần, và sau 24 giờ, số lượng tế bào có thể đạt tới 72 lần, tạo ra khoảng 4,72 x 10^21 tế bào.
Trong quá trình phát triển của vi sinh vật, điều kiện môi trường là yếu tố quyết định đến số lượng tế bào được tạo ra Ví dụ, trong điều kiện tối ưu, một tế bào có thể sản sinh ra từ 100 triệu đến 1 tỷ tế bào chỉ trong 24 giờ Thời gian sinh trưởng của từng loại vi sinh vật cũng khác nhau; men rượu Saccharomyces cerevisiae có thời gian phát triển khoảng 120 phút, trong khi một số loại vi khuẩn như Nostoc có thể kéo dài hơn Những yếu tố như thiếu oxy, dinh dưỡng không đầy đủ, và các sản phẩm trao đổi chất có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển của vi sinh vật.
23 gi Có th nói không có sinh v t nào có t c đ sinh sôi n y nờ ể ậ ố ộ ả ở nhanh nh vi sinh v t.ư ậ
Có năng l c thích ng m nh và d dàng phát sinh ự ứ ạ ễ
Trong quá trình tiến hóa lâu dài, vi sinh vật đã phát triển các cơ chế điều hòa trao đổi chất thích ứng với nhiều điều kiện sống khác nhau Chúng có khả năng tồn tại trong môi trường cực đoan như nhiệt độ lên đến 130°C, áp suất cao trên 1103 at, và độ mặn 32% muối ăn Nhiều vi sinh vật có thể phát triển trong điều kiện thiếu khí và một số loài có thể phát triển dày đặc trong môi trường có nồng độ Formol rất cao Những khả năng này cho phép vi sinh vật sống sót và phát triển trong những điều kiện mà các sinh vật khác thường không thể chịu đựng được.
Vi sinh vật đa số là đơn bào, sinh sản nhanh, và có số lượng lớn, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống, do đó rất dễ dàng phát sinh biến dị Tần suất biến dị trong môi trường có thể lên đến 10^5 đến 10^10 Chỉ sau một thời gian ngắn, đã có thể tạo ra một số lượng rất lớn các cá thể biến dị để thích nghi với các thay đổi sau Những biến dị có ích sẽ giúp cải thiện đáng kể trong sản xuất Nếu như khi phát hiện ra penicillin có hoạt tính khoảng 20 đơn vị/ml trong quá trình lên men (năm 1943), thì hiện nay đã có thể đạt trên 100 đơn vị/ml.
000 đ n v /ml Khi m i phát hi n ra acid glutamic ch đ t 1 2g/l thìơ ị ớ ệ ỉ ạ nay đã đ t đ n 150g/ml d ch lên men (VEDAN Vi t Nam).ạ ế ị ệ
Phân b r ng, ch ng lo i nhi u ố ộ ủ ạ ề
Vi sinh v t có m t kh p m i n i trên Trái đ t, trong khôngậ ặ ở ắ ọ ơ ấ khí, trong đ t, trên núi cao, dấ ưới bi n sâu, trên c th , ngể ơ ể ười, đ ngộ v t, th c v t, trong th c ph m, trên m i đ v t ậ ự ậ ự ẩ ọ ồ ậ
Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các vòng tuần hoàn sinh học, bao gồm vòng tuần hoàn carbon, nitơ, photpho, lưu huỳnh và sắt Chúng giúp duy trì sự cân bằng của các nguyên tố trong môi trường, từ đó hỗ trợ sự sống và phát triển của hệ sinh thái Việc hiểu rõ vai trò của vi sinh vật trong các vòng tuần hoàn này là cần thiết để bảo vệ và quản lý tài nguyên thiên nhiên hiệu quả.
Trong nước vi sinh v t có nhi u vùng duyên h i (littoralậ ề ở ả zone), vùng nước nông (limnetic zone) và ngay c vùng nả ở ước sâu (profundal zone), vùng đáy ao h (benthic zone).ồ
Trong không khí thì càng lên cao s lố ượng vi sinh v t càng ít.ậ
S lố ượng vi sinh v t trong không khí các khu dân c đông đúc caoậ ở ư h n r t nhi u so v i không khí trên m t bi n và nh t là trong khôngơ ấ ề ớ ặ ể ấ khí B c c c, Nam c c ở ắ ự ự
Hầu hết các hợp chất carbon như kim cương, đá graphit đều là thức ăn của những nhóm vi sinh vật khác nhau, bao gồm khí thiên nhiên, formol và dioxin Vi sinh vật có khả năng phong phú với nhiều kiểu dinh dưỡng khác nhau, bao gồm quang tự dưỡng (photoautotrophy), quang dị dưỡng (photoheterotrophy), hóa tự dưỡng (chemoautotrophy) và hóa dị dưỡng (chemoheterotrophy) Các vi sinh vật này cũng có thể được phân loại theo cách thức sinh trưởng, như auxoautotroph và auxoheterotroph.
Là sinh v t xu t hi n đ u tiên trên trái đ t ậ ấ ệ ầ ấ
Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỷ năm, nhưng các vi sinh vật đầu tiên chỉ xuất hiện cách đây khoảng 3,5 tỷ năm Những vi sinh vật này đã để lại dấu vết trong các tầng đá cổ, cho thấy sự tồn tại và phát triển của chúng trong môi trường nguyên thủy Các mẫu vi sinh vật được phát hiện có cấu trúc rất giống với các sinh vật hiện đại, chứng minh sự liên kết giữa quá khứ và hiện tại trong lịch sử sự sống trên Trái đất.
Vi khuẩn lam hiện nay đã được J.William Schopf phát hiện tại các đá cổ miền Tây Australia Chúng có hình dạng đa bào đơn giản, thường có chiều dài lên đến vài centimet và đường kính khoảng 1-2 mm, với thành tế bào khá dày Trước đó, các nhà khoa học cũng đã tìm thấy vết tích của chi Gloeodiniopsis có niên đại khoảng 1,5 tỷ năm và vết tích của chi Palaeolyngbya có niên đại khoảng 950 triệu năm.
Hình 1.13.V t tích ế vi khu n lam cách ẩ đây 3,5 t nămỷ
Hình1.15 V t tíchế Palaeolyngbya cách đây 950 tri u nămệ
Đối tượng nghiên cứu của vi sinh vật học bao gồm vi khuẩn, virus, nấm men, nấm mốc và protozoa Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự nhiên và ảnh hưởng đến đời sống của con người cũng như môi trường xung quanh Là một môn học đa dạng, vi sinh vật học nghiên cứu các đặc điểm hình thái, cấu trúc và tính chất lý hóa của vi sinh vật để phát triển các phương pháp kiểm soát và hạn chế sự phát triển của chúng trong cuộc sống Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật trải qua bốn giai đoạn: trước khi phát minh ra kính hiển vi, giai đoạn phát minh kính hiển vi, giai đoạn của Pasteur với các thí nghiệm, và giai đoạn sau Pasteur với sự phát triển của sinh học hiện đại Ngày nay, con người đã có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về vi sinh vật, đặc biệt là sự phát triển của sinh học phân tử và các kỹ thuật di truyền hiện đại.
1 Trình bày đ i tố ượng, nhi m v c a vi sinh v t h c đ i cệ ụ ủ ậ ọ ạ ương.
2 Trình bày các đ c đi m chính v các giai đo n phát tri n c a viặ ể ề ạ ể ủ sinh v t h c ậ ọ
V I SINH VẬT NHÂN NGUYÊN THỦY
1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U HÌNH THÁI VÀ C U T O Ứ Ấ Ạ
Kính hi n vi ể
1.1.1 Kính hi n vi quang h cể ọ
Kính hi n vi: ể có nhi u lo i nh quang h c, ph n pha, hu nhề ạ ư ọ ả ỳ quang, soi n i, ổ
Nguyên lý các lo i kính hi n vi có c u t o gi ng nhau Có haiạ ể ấ ạ ố ph n chính là ph n c h c và ph n quang h c.ầ ầ ơ ọ ầ ọ
Phần chức năng của bộ đếm cho kính viễn vọng và điều khiển tự động bao gồm các thành phần như chân kính, khay kính, trục ngắm, cánh kính, cần gạt, bàn quay, và các vít điều chỉnh Những phần này có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh vị trí và hướng của kính, giúp người dùng dễ dàng quan sát và thao tác.
Ph n quang: h th ng cung c p ánh sáng và h th ng th u kínhầ ệ ố ấ ệ ố ấ phóng đ i.ạ
+ Ph n cung c p ánh sáng: gầ ấ ương, đèn, (ho c ánh sáng tặ ự nhiên), t quang kính, màn ch n.ụ ắ
+ H th ng th u kính g m có v t kính, th kính và kh i lăngệ ố ấ ồ ậ ị ố kính.
+ Đ phóng đ i c a kính b ng tích đ phóng đ i c a v t kínhộ ạ ủ ằ ộ ạ ủ ậ và th kính ị
Vật kính có hai loại chính: khô và dầu Vật kính dầu có độ phóng đại cao và độ tương phản tốt, vì vậy người ta thường thêm giọt dầu (như dầu khoáng hoặc glycerin) dưới kính để giảm thiểu hiện tượng khúc xạ ánh sáng giữa vật kính và không khí.
Quy t c s d ng kính hi n vi ắ ử ụ ể
Trước h t ph i ki m tra v trí c a t quang kính Nó ph i vế ả ể ị ủ ụ ả ở ị trí cao nh t Màn ch n ph i m ấ ắ ả ở
V n quay v t kính đ l y v t kính nh nh tặ ổ ậ ể ấ ậ ỏ ấ
Nhìn vào th kính và đi u ch nh gị ề ỉ ương đ có để ược ánh sáng t t nh t.ố ấ
Sau đó nh m t gi t d u lên tiêu b n đ t lên bàn kính V n ỏ ộ ọ ầ ả ặ ặ ổ quay v t kính đ l y v t kính d u (100) sao cho ph n th u kính ng pậ ể ấ ậ ầ ầ ấ ậ trong d u.ầ
Nhìn vào th kính và đi u ch nh c vĩ c p (quay ch m) đ l yị ề ỉ ố ấ ậ ể ấ tiêu c Đi u ch nh đ tự ề ỉ ộ ương ph n b ng c vi c p.ả ằ ố ấ
Sau khi quan sát, quay quay v t kính đ lau d u b ng dungổ ậ ể ầ ằ môi thích h p, th m trên gi y th m ho c v i màn H t quang kính.ợ ấ ấ ấ ặ ả ạ ụ Đ y kính.ậ
Kính hiển vi hiện nay có nhiều loại như kính hiển vi hai ngả, kính hiển vi soi sáng, kính hiển vi đen và kính hiển vi tổ hợp Mỗi loại kính hiển vi đều có đặc điểm và ứng dụng riêng, phù hợp với mục đích sử dụng khác nhau trong nghiên cứu và quan sát.
1.1.2 Kính hi n vi đi n tể ệ ử
T t c các b ph n đấ ả ộ ậ ược đ t trong m t tr kính và t o chânặ ộ ụ ạ không b ng m t b m hút Trong chân không, ho t đ ng c a đi n tằ ộ ơ ạ ộ ủ ệ ử không b c n tr ị ả ở
Các điển tần xuyên qua mẫu vật, đệ ử ắ ẫ ậ được các vật kính và thấu kính bằng tấm tráng rương làm tán ra (phân k), sau cùng hiện lên màn ảnh với hình ảnh quang học có bộ máy chụp ảnh đặc biệt khi cần.
Vi khuẩn là những vi sinh vật đơn bào có kích thước rất nhỏ, dao động từ 0,2 đến 20 micromet về chiều dài và từ 0,2 đến 8 micromet về chiều ngang Chúng có hình thái và đặc tính sinh học riêng, với một số loại có khả năng gây bệnh cho con người, động vật và thực vật, trong khi một số khác có khả năng sản xuất kháng sinh như Bacillus subtilis Đa số vi khuẩn sinh sống trong môi trường tự nhiên Hình thái của vi khuẩn thường được xác định bởi màng tế bào, nhưng một số loại không có màng nên hình thái không xác định.
Hình 2.1 C u t o ấ ạ t ng quát kính hi n ổ ể vi quang h cọ
Hình 2.2 Kính hi n vi đi n t quét (SEM)ể ệ ử
Ph ươ ng pháp làm tiêu b n hi n vi ả ể
1.2.1 Phương pháp làm tiêu b n soi tả ươi (gi t ép, gi t ọ ọ treo)
Sử dụng phiến kính sạch đã được chuẩn bị, đặt lên đế của kính hiển vi quang học Tiến hành điều chỉnh độ nghiêng và vị trí của phiến kính để đảm bảo ánh sáng chiếu vào khu vực cần quan sát Sau đó, quan sát mẫu vật qua kính hiển vi để thu được hình ảnh rõ nét.
Tiêu chuẩn giặt treo: Sử dụng phiến kính có hình lõm giữa, đặt lên giá treo ở vị trí là men mặt giặt cạnh khuôn Để đảm bảo phiến kính được giữ vững, cần lắp đặt đúng cách sao cho giặt dung dịch chế độ treo lơ lửng trong hình lõm Ngoài ra, nên bôi vaselin lên cạnh của men để tránh hiện tượng dính ướt.
Sau khi thực hiện tiêu bản soi tả ươi và quan sát dưới kính hiển vi quang học, chúng ta có thể nhận diện được hình thái, kích thước và tính chất di động của vi khuẩn Điều này cho phép bước đầu phân biệt và nhận dạng đặc điểm hình thái của vi khuẩn.
1.2.2 Phương pháp làm tiêu b n nhu m và soi kính hi n ả ộ ể vi quang h cọ
Khi quan sát mẫu vật qua kính hiển vi quang học, phần lớn các vi sinh vật có kích thước gần bằng nhau, dẫn đến việc phân biệt chúng trở nên rất khó khăn Để dễ dàng quan sát hơn, chúng ta cần sử dụng các phương pháp nhuộm màu tiêu bản.
Nhu m vi khu n quan sát dộ ẩ ưới kính hi n vi quang h c làể ọ phương pháp không th thi u để ế ược trong quá trình xét nghi m việ khu n.ẩ
Phân loại màu nhuộm trong vi sinh vật được chia thành hai nhóm chính: nhóm màu acid, trong đó các muối có ion mang màu là anion (mang điện tích âm), và nhóm màu base, với ion mang màu là cation (mang điện tích dương) Ví dụ tiêu biểu bao gồm sodium (có tính base) và eosinate (có tính acid).
Màu acid xuất hiện khi ion mang màu phản ứng với một base như NaOH, tạo ra muối màu Ngược lại, màu base hình thành khi ion mang màu tương tác với một acid như HCl, cũng dẫn đến sự hình thành muối màu.
M t cách t ng quát, màu acid ph i h p ch t v i thành ph n c aộ ổ ố ợ ặ ớ ầ ủ t bào ch t c a t bào còn màu base ph i h p (ăn màu) v i thànhế ấ ủ ế ố ợ ớ ph n c a nhân t bào (có tính acid).ầ ủ ế
M t s màu thu c nhu m ch bao ph m t ngoài m u v t,ộ ố ố ộ ỉ ủ ặ ẫ ậ được nhu m do quá trình h p thu ho c nó tan hay k t t a chungộ ấ ặ ế ủ quanh v t đậ ược nhu m.ộ
Nhuộm vi sinh là phương pháp nhuộm màu sử dụng các loại thuốc nhuộm để xác định và phân loại vi khuẩn Các loại thuốc nhuộm phổ biến bao gồm methylene blue, crystal violet và fuchsin Để nhuộm nấm, dung dịch Lactophenol cotton blue thường được sử dụng, tạo ra màu xanh đặc trưng cho mẫu nhuộm.
Nhuộm Gram là phương pháp do Hans Christian J Gram (1853-1938) phát triển, dùng để phân loại vi khuẩn thông qua kỹ thuật nhuộm màu kép Phương pháp này cho phép phân chia vi khuẩn thành hai nhóm chính: Gram âm và Gram dương, giúp xác định đặc điểm của vi khuẩn và hỗ trợ trong nghiên cứu bệnh lý.
Phương pháp nhu m Gramộ Đ u tiên c đ nh tiêu b n trên ng n l a đèn c n, nhu m màuầ ố ị ả ọ ử ồ ộ qua 4 bước:
Thu c đ u tiên là dung d ch tím tinh th (Crystal violet) trongố ầ ị ể kho ng 1 phút R a b ng nả ử ằ ước
Nhu m ti p b ng dung d ch lugol (dung d ch c n Iot 1%)ộ ế ằ ị ị ồ trong 1phút, r a l i b ng nử ạ ằ ước.
Ph lên v t bôi dung d ch t y màu (metanol 95% aceton 1:1)ủ ế ị ẩ ho c c n 96ặ ồ 0 trong kho ng 20 giây đ n 1 phút, r a b ng nả ế ử ằ ước,
Cu i cùng nh lên v t bôi dung d ch fuchsin (đ tía) hayố ỏ ế ị ỏ safranin (đ vàng) đ 1 phút r a nỏ ể ử ước, đ khô t nhiên sau đó soiể ự dưới kính hi n vi.ể
Nhóm vi khuẩn Gram dương có khả năng không bị dung môi hữu cơ ảnh hưởng, dẫn đến việc giữ lại màu tím tinh thể và Iod, kết quả là chúng sẽ giữ màu tím Ngược lại, nhóm vi khuẩn Gram âm bị dung môi hữu cơ tác động, khiến chúng mất màu tím tinh thể và Iod, do đó sẽ chuyển sang màu hồng, kết quả là chúng sẽ có màu đậm hơn.
B ng nhi u phằ ề ương pháp k thu t nhu m khác nhau nhỹ ậ ộ ư phương pháp nhu m đ n, nhu m kép.ộ ơ ộ
Nhu m tiên mao có đường kính rất nhỏ, khiến việc quan sát bằng kính hiển vi quang học trở nên khó khăn Để quan sát hiệu quả, cần phải nhuộm màu đặc biệt cho mẫu vật Nguyên tắc nhuộm là sử dụng các hóa chất giúp làm tăng kích thước của roi, trong đó hóa chất thường được sử dụng là tannic acid, và màu nhuộm có thể là pararosanniline.
1.2.3 Phương pháp quan sát dưới kính hi n vi đi n tể ệ ử Đ quan sát dể ưới kính hi n vi đi n t , m u v t để ệ ử ẫ ậ ược c t látắ thành nh ng lỏt c t th t m ng, b dày dữ ắ ậ ỏ ề ưới 1 àm cú th đ t đ n 0,02ể ạ ế àm, m u v t c n đẫ ậ ầ ược nhu m b ng nh ng ch t ngăn c n đi n t độ ằ ữ ấ ả ệ ử ể t o s tạ ự ương ph n c a nh trên màn hu nh quang Các hóa ch t dùngả ủ ả ỳ ấ đ nhu m m u là basic lead citrate, ho c uranyl acetate 1%, nh doể ộ ẫ ặ Ả kính hi n vi đi n t cung c p có th quan sát tr c ti p, cũng có thể ệ ử ấ ể ự ế ể ch p nh b ph n ch p g n dụ ờ ộ ậ ụ ắ ưới màn hu nh quang Qua kính hi n viỳ ể đi n t ta có th th y rõ đệ ử ể ấ ược các vi c u trúc bên trong c a vi khu n.ấ ủ ẩ
VI KHU N Ẩ
Hình d ng và kích th ạ ướ c
Coccus, s nhi u là ố ề cocci, t ch Hy L p là Kokkys (quừ ữ ạ ả m ng), có nghĩa là lo i vi khu n này có hình thái gi ng nh quọ ạ ẩ ố ư ả m ng.ọ
Cầu khuẩn là những vi khuẩn có dạng hình cầu, nhưng cũng có loại không thật sự giống với hình cầu Thường gặp là hình bầu dục, điển hình là Neisseria gonorrhoeae, bậc màu Gram âm và có dạng hình cầu nhỏ, trong khi Streptococcus pneumoniae là bậc màu Gram dương Kích thước của cầu khuẩn thay đổi trong khoảng 0,5 đến 1 micromet.
3 mm) Tùy theo v trí c a m t ph ng phân c t và đ c tính r i hayị ủ ặ ẳ ắ ặ ờ dính nhau sau khi phân c t mà c u khu n đắ ầ ẩ ược chia thành các lo i sauạ đây: Đ n c u khu n (ơ ầ ẩ Micrococcus)
Thường đ ng riêng r t ng t bào m t, đa s s ng ho i sinhứ ẽ ừ ế ộ ố ố ạ trong đ t, nấ ước, không khí nh : ư M agillis, M roseus, M luteus.
C u khu n đầ ẩ ược phân c t theo m t m t ph ng xác đ nh và dínhắ ộ ặ ẳ ị v i nhau thành t ng đôi m t, m t s lo i có kh năng gây b nh nhớ ừ ộ ộ ố ạ ả ệ ư l u c u khu n gonococcus.ậ ầ ẩ
Liên c u khu n (ầ ẩ Streptococcus): cầu khu n phân c t b i m tẩ ắ ở ộ m t ph ng xác đ nh và dính v i nhau thành m t chu i dài.ặ ẳ ị ớ ộ ỗ
Streptococcus lactis vi khu n lên men lactic, ẩ Streptococcus pyogenes liên c u khu n sinh m ầ ẩ ủ
Trong chi này còn có lo i liên song c u khu n, t c là song c uạ ầ ẩ ứ ầ khu n t p trung t ng đôi m t thành chu i dài.ẩ ậ ừ ộ ỗ
Liên cầu khuẩn là vi sinh vật tồn tại trong đất, không khí và ký sinh trên niêm mạc đường tiêu hóa, hô hấp của người và động vật, một số loài có khả năng gây bệnh Chiều dài của liên cầu phụ thuộc vào môi trường sống của chúng Trong bệnh phẩm, liên cầu xuất hiện thành chuỗi từ 6 đến 8 đơn vị, trong khi môi trường lỏng có thể chứa từ 10 đến 100 đơn vị, tạo thành chuỗi đặc trưng.
Cụ khuẩn phân cắt theo hai mặt phẳng trực giao và sau đó dính với nhau thành từng nhóm 4 tế bào Cụ khuẩn này thường sinh sống trong môi trường nước nhưng cũng có loại gây bệnh cho người và động vật.
Cụ khuẩn phân cắt theo ba mặt phẳng trục giao và tạo thành các dạng 8, 16 tế bào Hoạt động sinh trưởng trong không khí ô nhiễm, Sarcina urea có khả năng phân giải ure khá mạnh Ngoài ra, còn có các chủng Sarcina putea và Sarcina aurantica.
Phân c t theo các m t ph ng b t k và dính v i nhau thành hình chùm nho, ho i sinh ho c ký sinh gây b nh cho người và gia súc C u khu n không có tiên mao roi nên không có kh năng di đ ng Khi nhu m màu đa s c u khu n b t màu Gram dương, đa s s ng ho i sinh m t s gây b nh nhố ố ạ ộ ố ệ ư.
(Staphylococcus sp.) 2.1.2 Tr c khu n (Bacillus, Bacterium)ự ẩ
Trắc khuẩn là thuật ngữ chỉ những khu vực có sự phân bố hình dạng và kích thước không đồng nhất, thường có diện tích từ 0,5 đến 1,4 hecta Những khu vực này thường có các đặc điểm địa lý đa dạng, ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ sinh thái và sự phân bố của các loài sinh vật.
Là một loại vi khuẩn Gram dương, Bacillus anthracis có khả năng gây bệnh nhiễm độc, trong khi Bacillus subtilis là một vi khuẩn có lợi trong môi trường đường ruột Bacillus subtilis phát triển mạnh mẽ trong hệ tiêu hóa, giúp duy trì sự cân bằng vi sinh vật và hỗ trợ tiêu hóa Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa các loại vi khuẩn này là quan trọng để áp dụng trong y học và dinh dưỡng.
Hình 2.5 Tr c khu n ự ẩ Bacillus sp Hình 2.6.Tr c khu n ự ẩ E coli
Là một khu vực Gram âm, vi khuẩn không sinh khí có thể gây bệnh cho người và gia súc, thường có tiên mao xung quanh thân Các loại vi khuẩn như Salmonella, Escherichia, Shigella và Proteus thường xuất hiện trong nhóm này.
Là loại vi khuẩn Gram âm, hình dạng của chúng thường có hai đầu tròn kích thước khoảng 0,4 đến 1 x 3 đến 8 micromet Sinh nha bào, chiều ngang của nha bào thường lớn hơn chiều ngang của tế bào vi khuẩn, nên khi mang nha bào, vi khuẩn bị biến đổi hình dạng nhờ hình thoi, hình vợt, hoặc hình dùi cui.
Clostridium là loài vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, bao gồm nhiều loại gây bệnh cho người và gia súc như Clostridium tetani, Clostridium chauvoei (ung khí thán) và Clostridium pasteurianum (vi khuẩn gây bệnh nit) Nha bào của Clostridium tetani tồn tại trong đất và môi trường ẩm ướt, có khả năng tồn tại lâu dài Khi xâm nhập vào vết thương của vật nuôi, chúng phát triển và sinh sản, sản xuất độc tố thần kinh gây co giật, dẫn đến bệnh uốn ván.
Vi khuẩn không sinh nha bào có hình dáng và kích thước thay đổi đa dạng tùy thuộc vào giống loài Khi nhuộm màu, vi khuẩn thể hiện rõ các đặc điểm hình thái khác nhau, chẳng hạn như Corynebacterium diphtheriae, một loại vi khuẩn gây bệnh bạch hầu, có hình dạng đặc trưng là hai đầu hình quạt.
Erysipelothrix rhusiopathiae gây b nh đóng d u l n, gây viêm da và tệ ấ ợ ổ ch c dứ ưới da.
Hình 2.7 Bào t hình viên ử đ n c a tr c khu n ạ ủ ự ẩ
Là tr c khu n Gram âm, không có bào t Có 1 tiên mao ho c 1ự ẩ ử ặ chùm tiên mao đ u Thở ầ ường sinh s c t Thắ ố ường g p th y h iặ ở ủ ả s n Ví d : ả ụ Xanthomonas, Photobacterium
2.1.3 C u tr c khu nầ ự ẩ (Cocco Bacillus)
Là những vi khuẩn trung gian giữa cầu khuẩn và trực khuẩn, vi khuẩn có hình bầu dục, hình tròn, kích thước khoảng 0,25 - 0,3 x 0,4 - 1,5 micromet Một số bậc màu tập trung hai đầu (vi khuẩn lộ ố ở ẩn ẩn cục).
Ví d : vi khu n gây b nh t huy t trùng: ụ ẩ ệ ụ ế Pasteurella Vi khu n gâyẩ s y thai truy n nhi m ẩ ề ễ Brucella.
Là tên chung cho các vi khuẩn hình que có khả năng gây bệnh, đặc biệt là Vibrio cholerae, loại vi khuẩn này có hình dạng cong lên và thường tạo thành các cấu trúc như chữ S hoặc số 8 Chúng có khả năng sinh sản nhanh chóng và gây ra nhiều loại bệnh lý nghiêm trọng.
Campylobacter là một nhóm vi khuẩn Gram âm, có hình dạng xoắn và di động, gây ra nhiều bệnh lý ở người Ban đầu, Campylobacter được xếp vào chi Vibrio, nhưng sau đó đã được phân loại vào nhóm Spirillum do những đặc điểm hình thái khác biệt với các vi khuẩn hình cầu Vi khuẩn này có khả năng gây bệnh và thường liên quan đến các vấn đề về tiêu hóa.
Hình 2.8 Ph y khu n ẩ ẩ Vibrio cholerae
Campylobacter jejuni là một loại vi khuẩn thuộc nhóm Spirochaeta, có hình dạng xoắn và kích thước nhỏ hơn so với các loại vi khuẩn khác Chúng không có cấu trúc sợi và lớp bao ngoài, với thành tế bào mỏng và di động nhờ vào lông roi Vi khuẩn này thường gây ra các bệnh tiêu hóa ở người và động vật.
C u t o t bào vi khu n ấ ạ ế ẩ
Cấu trúc của tế bào vi khuẩn khác biệt so với tế bào của vi sinh vật Dựa vào cấu trúc, có thể phân loại được sự khác nhau giữa tế bào vi khuẩn và tế bào động thực vật Các đặc điểm này giúp hiểu rõ hơn về chức năng và vai trò của từng loại tế bào trong hệ sinh thái.
STT T bào đ ng v t và th cế ộ ậ ự v tậ T bào vi khu nế ẩ
Nhi u ề nhi m s c thễ ắ ể hình que
Thường có lướ ội n i bào
Có ty thể Đôi khi có l c l pụ ạ
Ribosom 80S g n vào lắ ưới n i ch t 70S g n lộ ấ ắ ưới n iộ ch tấ
Không có lướ ội n i bào Không có ty l p th cóạ ể (Mesosom )
Không có l c l pụ ạ Không chuy n đ ng dòngể ộ n i bàoộ
Các phân t nhử ỏ Không có glycopeptit màng Có glycopeptit màng
Hình 2.11 C u trúc t ng quát t bào vi khu nấ ổ ế ẩ 2.2.1 Thành t bào (Cell wall)ế
Thành tế bào, còn gọi là vách tế bào, chiếm từ 10-40% trọng lượng khô của tế bào, với độ dày của thành tế bào vi khuẩn Gram âm khoảng 10nm và Gram dương từ 14-18nm Đây là lớp cấu trúc ngoài cùng, có nhiệm vụ duy trì hình dạng tế bào và bảo vệ tế bào khỏi các điều kiện bất lợi Áp suất bên trong tế bào thường cao hơn bên ngoài (áp suất thẩm thấu đối với dung dịch glucose từ 10-20%), giúp tế bào hấp thu nước từ bên ngoài Nếu không có thành tế bào, tế bào sẽ bị phá vỡ Khi thực hiện co nguyên sinh, có thể quan sát rõ lớp thành tế bào dưới kính hiển vi.
Thành t bào vi khu n Gế ẩ và G + có s sai khác v thành ph nự ề ầ c u t o nh sau:ấ ạ ư
Vi khuẩn Gram dương có thành phần cấu tạo chủ yếu là peptidoglycan (PG), hay còn gọi là glucopeptit, murein, chiếm 95% trọng lượng khô của thành tế bào Chất này tạo ra một màng polymer chắc chắn, không hòa tan và rất bền vững, bao quanh tế bào và giúp bảo vệ chúng khỏi tác động của môi trường bên ngoài.
Peptidoglycan (PG) là thành phần chính của thành tế bào vi khuẩn Gram dương, bao gồm N acetylglucozamin, N acetylmuramic và galactozamin, chiếm hơn 50% trọng lượng khô của thành tế bào Ngoài ra, thành tế bào còn chứa acid teichoic, là các polymer của glycerol và ribitol photphat, liên kết chặt chẽ với peptidoglycan và màng tế bào.
Vách vi khuẩn Gram âm có cấu trúc gồm màng ngoài và một khoang chứa lớp PG (peptidoglycan) chiếm khoảng 5-10% trọng lượng khô của vách Màng ngoài chứa lipoprotein và thành phần lipopolysaccharit (LPS), trong đó LPS chiếm khoảng 50% trọng lượng khô của vách Phần lipid của LPS có khả năng gây sốt, tiêu chảy và phá hủy hệ miễn dịch.
Hình 2.12 So sánh c u trúc vách t bào vi khu n Gram (+) và Gram ( )ấ ế ẩ Thành ph nầ
T l % đ i v i kh i lỷ ệ ố ớ ố ượng khô c a thành tủ ế bào vi khu nẩ
H u nh khôngầ ư Không ho c ítặ
Trong nh ng trữ ường h p sau đây có th không quan sát th y sợ ể ấ ự có m t c a thành t bào:ặ ủ ế
Th nguyên sinh (Protoplast) là một dạng tế bào được hình thành khi lysozyme phá vỡ thành tế bào, sau đó sử dụng penicillin để tạo thành tế bào có cấu trúc ổn định Những tế bào này chỉ được bao bọc bởi màng tế bào, không còn thành tế bào bên ngoài.
Th c u (t bào tr n, sphaeroplast): là th nguyên sinh ch cònể ầ ế ầ ể ỉ sót l i m t ph n thành t bào, thạ ộ ầ ế ường ch g p vi khu n Gỉ ặ ở ẩ
Vi khuẩn dạng L được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1935 bởi Viện nghiên cứu dược phẩm Lister ở Anh, khi các nhà khoa học tìm ra Streptobacillus moniliformis, một loại vi khuẩn không có thành tế bào Các tế bào này có khả năng phình to khi bị áp suất thẩm thấu tác động Nhiều vi khuẩn Gram âm và Gram dương cũng có thể hình thành dạng L Trước đây, dạng L thường được xem là nguyên nhân gây bệnh và liên quan đến sự sinh sản của vi khuẩn Hiện nay, dạng L được coi là một dạng vi khuẩn không có thành tế bào, được sinh ra trong phòng thí nghiệm và có thể mang tính di truyền nhất định.
Mycoplasma: M t d ng vi khu n không có thành t bào độ ạ ẩ ế ược sinh ra trong quá trình ti n hoá lâu dài c a t nhiên.ế ủ ự
Th nguyên sinh và th c u đều không có khả năng hình thành tế bào, tế bào thường có hình dạng đặc trưng và chịu áp lực từ môi trường xung quanh Chúng có thể có tiên mao nhưng không di động, không tương tác với khu vực xung quanh và không phân bào.
Thành t bào có các ch c năng ch y u sau:ế ứ ủ ế
Duy trì hình d ng c a t bàoạ ủ ế
Du y trì áp su t th m th u bên trong t bào ấ ẩ ấ ế
H tr s chuy n đ ng c a tiên maoỗ ợ ự ể ộ ủ
Giúp t bào đ kháng v i các l c tác đ ng bên ngoàiế ề ớ ự ộ
Quá trình phân cắt bình thường của tế bào là rất quan trọng để điều tiết sự xâm nhập của các chất độc hại, ngăn cản sự thất thoát của các enzyme và các chất hóa học từ bên ngoài, từ đó bảo vệ tế bào khỏi các tác nhân gây hại như enzyme tiêu hóa, lysozym và các chất kháng sinh.
Có liên quan m t thi t đ n tính kháng nguyên, c a vi khu nậ ế ế ủ ẩ gây b nh, đ c bi t liên quan đ n n i đ c t c a vi khu n Gramệ ặ ệ ế ộ ộ ố ủ ẩ âm.
Có vai trò trong vi c b t màu thu c nhu m khi nhu m Gram ệ ắ ố ộ ộ
Màng t bào ch t còn đế ấ ược g i là màng t bào hay màng ch tọ ế ấ (Cytoplasmic membrane), vi t t t là CM, dày kho ng 7 8 nm.ế ắ ả
Hình 2.13 C u trúc màng t bào (Thuy t dòng kh m)ấ ế ế ả
Màng tế bào chứa hai loại lipid chính: phospholipid chiếm 20-30% trọng lượng khô và protein chiếm 50% trọng lượng khô của màng Trong đó, protein có vai trò quan trọng trong cấu trúc và chức năng của màng, trong khi phospholipid tạo thành lớp kép giúp duy trì tính toàn vẹn của màng Tỷ lệ lipid trong tế bào thường dao động từ 70-90%, với phospholipid là thành phần chủ yếu Sự phân bố protein và phospholipid trong màng nguyên sinh có sự khác biệt tùy thuộc vào vùng màng, ảnh hưởng đến tính chất và chức năng của tế bào.
Vùng k ỵ n ướ c phân b đó t o nên các l h ng trên màng thu n l i cho s v nố ạ ỗ ổ ậ ợ ụ ậ chuy n ể
Protein c a màng g m có hai d ng: protein c u trúc và enzyme.ủ ồ ạ ấ Enzyme g m có: permeaza v n chuy n các ch t vào t bào vàồ ậ ể ấ ế các enzyme t ng h p các ch t murein, photpholipit, LPS, ổ ợ ấ
Phospholipid (PL) là thành phần chính của màng tế bào, chiếm khoảng 30-40% khối lượng và các protein chiếm 60-70% khối lượng Mỗi phân tử PL bao gồm một đầu ưa nước (đầu phosphate) và một đuôi kị nước (đuôi hydrocacbon) Đầu phosphate thường quay vào trong màng, trong khi đuôi hydrocacbon quay ra ngoài, tạo nên cấu trúc màng linh hoạt và cho phép các protein di chuyển tự do Sự sắp xếp này là cần thiết cho các chức năng của màng tế bào, và mô hình khảm lỏng được coi là cách mô tả chính xác nhất về cấu trúc này.
Hệ thống màng tế bào của vi khuẩn không chứa các sterol, bao gồm cholesterol, do đó không giống như màng tế bào của các tế bào nhân thực Mycoplasma là nhóm vi khuẩn nhân thực không có thành tế bào Màng tế bào của chúng chứa sterol, vì vậy khá đặc biệt.
CM là hàng rào phân cách các phân tử tan trong nước và có tính chọn lọc so với tế bào Mặc dù vậy, CM chứa các protein đặc biệt gọi là permease, chúng có khả năng vận chuyển các phân tử nhỏ vào tế bào theo cách thụ động mà không cần năng lượng.
CM t bào vi khu n là v trí làm nhi m v hô h p (tở ế ẩ ị ệ ụ ấ ương tự nh màng trong có d ng g p khúc ty th c a các t bào nhân th t).ư ạ ấ ở ể ủ ế ậ
CM có ch a các protein c a chu i hô h p và các enzyme t ng h pứ ủ ỗ ấ ổ ợ ATP Các vi khu n l u hu nh màu tía còn ch a b máy quang h p.ẩ ư ỳ ứ ộ ợ
CM ta g p các enzyme tham gia t ng h p lipid màng, PG, Ở ặ ổ ợ acid teicoic, LPS, và còn g p các polysaccarit đ n gi n.ặ ơ ả
CM có vai trò quan trọng trong việc phân phối các yếu tố di truyền vào tế bào con thông qua các vị trí gắn với nhiễm sắc thể và plasmid Nhiều vi khuẩn, đặc biệt là vi khuẩn Gram dương, xâm nhập vào tế bào chất và tạo thành các hệ thống ngầm gọi là Mesosom Mesosom có thể nằm gần màng tế bào hoặc đâm sâu vào trong tế bào chất.
Sự phân hủy của các chất hữu cơ trong môi trường tạo điều kiện cho sự phát triển của các nhóm vi khuẩn có hoạt tính hấp thụ cao, như Azotobacter và vi khuẩn nitrate hóa Những vi khuẩn này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng đất và tăng cường độ phì nhiêu cho cây trồng Việc hiểu rõ về sự tương tác của các vi khuẩn này có thể giúp nâng cao hiệu quả trong nông nghiệp và bảo vệ môi trường.
CM tăng lên m t cách đáng k , thích ng độ ể ứ ược ho t đ ng hô h pạ ộ ấ quang h p các nhóm vi khu n này.ợ ở ẩ
Nhìn chung CM có các ch c năng sauứ
Duy trì áp su t th m th u t bào ấ ẩ ấ ế
Kh ng ch s v n chuy n, trao đ i ra vào t bào c a các ch tố ế ự ậ ể ổ ế ủ ấ dinh dưỡng, các s n ph m trao đ i ch t.ả ẩ ổ ấ
Duy trì m t áp su t th m th u bình thộ ấ ẩ ấ ường bên trong t bào.ế
Là n i sinh t ng h p m t s thành ph n c a t bào nh vách,ơ ổ ợ ộ ố ầ ủ ế ư giáp mô, do trong màng có ch a enzyme và ribosom.ứ
Là n i ti n hành các quá trình photphoril oxy hoá và photphorilơ ế quang h p.ợ
Là n i t ng h p nhi u lo i enzyme.ơ ổ ợ ề ạ
Cung c p năng lấ ượng cho ho t đ ng c a tiên maoạ ộ ủ
Có quan h đ n s phân chia t bào ệ ế ự ế
X khu n ạ ẩ
Là nhóm vi sinh vật đơn bào, có giai đoạn đa bào, chúng thường xuất hiện dưới hình thức tia phóng x và có kích thước cùng cấu trúc tương đối nhỏ Chúng thường sống trong môi trường đất, có khả năng sinh hiếu khí và được phân loại là gram dương.
X khu n có k t c u t bào d ng s i khu n ty, có đạ ẩ ế ấ ế ạ ợ ẩ ường kính trong kho ng 1ư1.5 ả àm Nuụi c y trờn mụi trấ ường đ c cú th phõnặ ể bi t đệ ược ba lo i khu n ty: ạ ẩ
Khu n ty c ch t (ăn sâu vào trong môi trẩ ơ ấ ường làm nhi m vệ ụ h p th ch t dinh dấ ụ ấ ưỡng) còn g i là khu n ty dinh dọ ẩ ưỡng.
Khu n ty trên c ch t phát tri n trên b m t môi trẩ ơ ấ ể ề ặ ường
Khuẩn ty khí sinh là một phần quan trọng trong môi trường tự nhiên, thường xuất hiện ở những nơi có điều kiện sống thích hợp Đôi khi, khuẩn ty không có khuẩn ty có chất hữu cơ hoặc khuẩn ty khí sinh Những khuẩn này có khả năng phân hóa thành các dạng bào tử, sinh ra các bào tử theo kiểu kích thước đơn và cấu trúc khúc Chúng tạo thành khuẩn mầm, đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái.
Hình 2.25 Ba d ng khu n ty c a x khu nạ ẩ ủ ạ ẩ
Khu n l c x khu n r n ch c, b m t xù xì, có d ng nhăn.ẩ ạ ạ ẩ ắ ắ ề ặ ạ
D ng vòi, d ng nhung t hay d ng màng x Khu n l c x khu nạ ạ ơ ạ ơ ẩ ạ ạ ẩ thường cú d ng phúng x hay d ng đ ng tõm đạ ạ ạ ồ ường kớnh 0.5ư10 à.
Hình 2.24 Khu n ty c a x khu nẩ ủ ạ ẩ
Khu n l c x khu n thẩ ạ ạ ẩ ường có màu s c r t đ p: tr ng, đ ,ắ ấ ẹ ắ ỏ vàng, nâu, xanh, h ng tím, đây là tiêu chí quan tr ng trong đ nh tên xồ ọ ị ạ khu n.ẩ
Hình 2.26 X khu n phát tri n trên đĩa Petri (a), khu n l c x khu nạ ẩ ể ẩ ạ ạ ẩ
X khu n phân b r ng rãi trong t nhiên và có vai tròạ ẩ ố ộ ự quan tr ng v nhi u m t:ọ ề ề ặ
Tham gia vào quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ như cellulose, kitin, keratin, và lignin trong đất bùn giúp tăng độ phì nhiêu của đất Điều này đóng góp vào việc cân bằng các thành phần vật chất trong tự nhiên, từ đó cải thiện chất lượng đất và môi trường sống.
Actinomyces là một loại vi khuẩn có khả năng sản sinh ra nhiều loại kháng sinh quan trọng như tetracycline, streptomycin và chloramphenicol, hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực thú y Ngoài ra, một số kháng sinh được sản xuất từ vi khuẩn này còn có tác dụng diệt côn trùng và tuyến trùng, góp phần vào việc kiểm soát dịch bệnh trong chăn nuôi.
+ M t s x khu n có kh năng t ng h p m nh các ch t sinhộ ố ạ ẩ ả ổ ợ ạ ấ h c nh vitamin nhóm B, m t s acid h u c hay các enzyme nhọ ư ộ ố ữ ơ ư proteaza, ammylaza, kitinaza,
+ M t s x khu n có th gây h i cho các vi sinh v t trong đ tộ ố ạ ẩ ể ạ ậ ấ do nó ti t đ c t phytotoxin M t s có kh năng gây b nh cho ngế ộ ố ộ ố ả ệ ười, gia súc được g i chung là b nh ọ ệ Actinomycose.
Mycoplasma và d ng L c a vi khu n ạ ủ ẩ
Năm 1898, Nocar và Roux (Pháp) đã phát hi n th yệ ấ
Mycoplasma là nguyên nhân gây bệnh viêm phổi, được biết đến với tên gọi P.P.O (Pleuro pneumonia organisme) Sau đó, nó được phân loại thành nhóm P.P.L.O (Pleuro pneumonia like organisme), bao gồm các vi sinh vật gây bệnh tương tự, ảnh hưởng đến nhiều loài như gia súc, cừu, chó và các động vật khác Nhóm này đóng vai trò quan trọng trong việc gây ra các bệnh lý liên quan đến viêm màng phổi.
Hình thái của động vật có vỏ bào gồm nhiều dạng khác nhau như hình tròn, hình oval, hình vòng khuyên, hình sao, và hình sợi Những hình thái này phản ánh sự đa dạng và đặc trưng riêng biệt của từng loài.
Kớch thước nh bộ 0.1ỏ àm nh h n vi khu n hàng ch c l n.ỏ ơ ẩ ụ ầ Nhi u ề Mycoplasma ch ch a kho ng 1.200 đ i phân t protein.ỉ ứ ả ạ ử
C u t o t bào ch a hoàn ch nh, ch a có v t bào ch có màngấ ạ ế ư ỉ ư ỏ ế ỉ nguyên sinh ch t Trong t bào có ch a các h t ribosom và s i nhânấ ế ứ ạ ợ (th nhân nucleoid).ể
Sinh s n không theo phả ương pháp phân c t do không cóắ mezosome mà b ng cách tằ ương t nh n y ch i ho c phân c tự ư ẩ ồ ặ ắ các đ u s i thành các th hình c u m i.ầ ợ ể ầ ớ
Khó b t màu thu c nhu m thông thắ ố ộ ường, ph i dùng thu cả ố nhu m Gemsa là nhóm Gram âm.ộ
S ng hi u khí ho c y m khí tu ti n, thích h p nhi t đố ế ặ ế ỳ ệ ợ ở ệ ộ
Phát tri n t t môi trể ố ở ường phôi gà, có th phát tri n trên môiể ể trường nhân t o ch a hemoglobin, huy t thanh hay xistein.ạ ứ ế
Mycoplasma b có khả năng tồn tại ở nhiệt độ 0°C trong 15 phút Chúng rất nhạy cảm với các yếu tố như khô, tia cực tím và các chất sát khuẩn Đặc biệt, Mycoplasma không có khả năng kháng với các loại kháng sinh như Sunfonamit và penicillin, nhưng lại nhạy cảm với các kháng sinh khác như Clotetracillin, Streptomycin và oxitetracillin.
Mycoplasma là một loại vi khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên, có khả năng gây bệnh cho cả con người và gia súc Gần đây, Mycoplasma còn được phát hiện gây hại cho cây trồng, đặc biệt là loài Spiroplasma citri, gây bệnh héo vàng cam và chanh Các cá thể Mycoplasma có hình thái rất đa dạng, thể hiện sự phong phú của chúng trong môi trường sống.
D ng L c a vi khu n hình thành khi t bào b m t vách c đ nhạ ủ ẩ ế ị ấ ố ị bên ngoài do đ t bi n trong phòng thí nghi m ộ ế ệ
Rickettsia
Rickettsia là một nhóm vi sinh vật rất nhỏ, có kích thước tương đương với virus, với nhiều hình thái khác nhau và sống ký sinh Chúng được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1909 trong máu của người bệnh có triệu chứng phát ban.
Hình thái: hình que ng n, hình c u, hình que dài hay hình s i,ắ ầ ợ kớch thước 0.3ư5àm.
Rickettsia là một loại vi khuẩn có cấu trúc tế bào đặc biệt, bao gồm thành tế bào, màng nguyên sinh chất và nhân tế bào hình sợi Thành phần hóa học của Rickettsia chứa khoảng 30% protein, lipid trung tính, photpholipid và carbohydrate, cùng với acid nucleic (ADN và ARN) và một số enzyme cần thiết cho quá trình chuyển hóa Chúng có khả năng thực hiện một số quá trình chuyển hóa mà không cần men, điều này giúp chúng duy trì quá trình tổng hợp protein và chuyển hóa năng lượng hiệu quả.
Rickettsia ph i ký sinh b t bu c.ả ắ ộ
Ký sinh tuy t đ i, phát tri n t t trên môi trệ ố ể ố ường phôi gà, chu t lang, nhau thai, th ộ ỏ
Khó b t màu thu c nhu m, ph i dùng phắ ố ộ ả ương pháp nhu mộ đ c bi t nh Giemsa, ặ ệ ư Rickettsia b t màu Gram âm.ắ
Sinh s n b ng phả ằ ương pháp phân c t gi ng nh vi khu nắ ố ư ẩ Đ kháng y u v i nhi t đ cao, 80ề ế ớ ệ ộ 0 C ch t sau 1 phút, m nế ẫ c m v i s khô h n và các ch t sát trùng.ả ớ ự ạ ấ
Gây b nh s t phát ban ệ ố Rickettsia prowazekii và s t h i quyố ồ
Trong tự nhiên, có nhiều hình dạng vi khuẩn khác nhau, bao gồm hình khối vuông, hình tam giác và hình sao Chi Beggiatoa và Saprospira có tế bào dài, tạo thành hình sợi, trong khi chi Caryophanon có tế bào hình đĩa xếp chồng lên nhau, tạo thành các đống xếp.
