GIÁO TRÌNH VI SINH ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG I MỞ ĐẦU (3 tiết) -Giảng viên: BSTY Nguyễn Xuân Hòa - PGS TS Phạm Hồng Sơn Trường Đại Học Nông Lâm Huế- Khoa Chăn Nuôi –Thú Y-Bộ môn Ký sinh – Truyền nhiễm -Tóm tắt: Chương mở đầu với thời lượng tiết trình bày trang với hình ảnh minh họa nhằm thể vấn đề sau: Đối tượng vi sinh vật học học đại cương vi khuẩn, virus, nấm men, nấm mốc tảo protozoa Vi sinh vật phân bố rộng rãi tự nhiên ảnh hưởng lớn đến đời sống người sinh vật khác Là môn học đại cương nên người học cần nắm vững đặc điểm hình thái, cấu tạo, tính chất lý hóa đối tượng đồng thời nghiên cứu phương pháp để phát triển vi sinh vật có lợi phát triển tìm cách để ức chế, hạn chế phát triển vi sinh vật có hại sống Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật thể qua giai đoạn: trước phát minh kính hiển vi, kính hiển vi đời, Pasteur với thực nghiệm, giai đoạn sau Pasteur sinh học đại Ngày người có nhiều nghiên cứu chuyên sâu vi sinh vật nhờ phát triển sinh học phân tử kỹ thuật di truyền đại - Mục tiêu chương 1: Chương mở đầu giúp cho sinh viên có cách nhìn tổng quát lịch sử giai đoạn phát triển ngành vi sinh vật học I ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT HỌC 1.1 Đối tượng vi sinh vật học đại cương Xung quanh chúng ta, ngồi sinh vật lớn mà nhìn thấy được, cịn có vơ vàn vi sinh vật nhỏ bé, muốn nhìn thấy chúng phải sử dụng kính hiển vi, người ta gọi chúng vi sinh vật Môn khoa học nghiên cứu hoạt động sống vi sinh vật gọi Vi sinh vật học Vi sinh vật học phát triển nhanh dẫn đến việc hình thành lĩnh vực khác nhau: vi khuẩn học (Bacteriology), nấm học (Mycology), tảo học (Algology) virus học (Virolory), Việc phân chia lĩnh vực cịn dựa vào phương hướng ứng dụng Do thấy cịn có y sinh vi sinh vật học, vi sinh vật học thú y, vi sinh vật công nghiệp, vi sinh vật học nông nghiệp [1] Ngay vi sinh vật học nơng nghiệp có nhiều chun ngành: vi sinh vật lương thực, vi sinh vật thực phẩm, Mỗi lĩnh vực có đối tượng cụ thể riêng, cần sâu Tuy nhiên mức độ định chuyên ngành có điểm giống Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu quy luật chung vi sinh vật Đối tượng nghiên cứu vi sinh vật học vi khuẩn, xạ khuẩn (Actinomycetes), virus, Bacteriophage (thể thực khuẩn), nấm, tảo, nguyên sinh động vật Vi khuẩn: nhóm vi sinh vật có nhân nguyên thủy, thể đơn bào, sinh sản chủ yếu hình thức trực phân, thể nhỏ bé, muốn quan sát phải sử dụng kính hiển vi quang học Virus: sinh vật mà kích thước chúng vô nhỏ bé, ký sinh nội bào tuyệt đối, muốn quan sát chúng phải sử dụng kính hiển vi điện tử Nấm: trước coi thực vật bậc thấp khơng có diệp lục tố, thường đơn bào, có nhóm giả đa bào, thể phân nhiều nhánh khơng có vách ngăn vách ngăn có lỗ thơng, thuộc tế bào nhân thật Vi sinh vật có kích thước nhỏ bé có cấu trúc thể tương đối đơn giản chúng có tốc độ sinh sơi nẩy nở nhanh chóng hoạt động trao đổi chất vơ mạnh mẽ Vi sinh vật phân giải hầu hết tất loại chất có giới, kể chất khó phân giải, chất gây hại đến nhóm sinh vật khác Bên cạnh khả phân giải, vi sinh vật cịn có khả tổng hợp nhiều hợp chất hữu phức tạp, điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường 1.2 Sự phân bố vi sinh vật Vi sinh vật phân bố rộng rãi tự nhiên: đất, nước, khơng khí, thể sinh vật khác, lương thực, thực phẩm loại hàng hóa Chẳng thế, phân bố chúng cịn theo hệ sinh thái vơ phong phú, đa dạng, từ lạnh đến nống, từ chua đến kiềm, từ háo khí đến kị khí, Do phân bố rộng rãi hoạt động mạnh mẽ nên vi sinh vật có tác dụng lớn việc tham gia vịng tuần hồn vật chất trái đất tham gia vào trình sản xuất nông nghiệp Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu quy luật chung vi sinh vật 1.3 Vai trò vi sinh vật Trong thiên nhiên, vi sinh vật giữ mắt xích trọng yếu chu chuyển liên tục bất diệt vật chất, khơng có vi sinh vật hay lý mà hoạt động vi sinh vật bị ngừng trệ dù thời gian ngắn, làm ngưng hoạt động sống trái đất Thật người ta tính tốn khơng có vi sinh vật hoạt động để cung cấp CO2 cho khí đến lúc lượng CO bị cạn kiệt, lúc xanh quang hợp được, sống lồi sinh vật khác khơng tiến hành bình thường được, bề mặt trái đất trở nên lạnh lẽo [1] Vi sinh vật nhân tố tham gia vào việc giữ gìn tính bền vững hệ sinh thái tự nhiên Đối với sản xuất nơng nghiệp, vi sinh vật có vai trị lớn, vi sinh vật tham gia vào việc phân giải hợp chất hữu cơ, chuyển hóa chất khống, cố định nitơ phân tử để làm giàu thêm dự trữ nitơ đất Trong trình sống, vi sinh vật cịn sản sinh nhiều chất có hoạt tính sinh học cao có tác dụng trực tiếp trình sinh trưởng, phát triển trồng, vật ni Người ta nhận thấy khơng có vi sinh vật tiêu thụ sản phẩm trao đổi chất trồng tiết quanh rễ số sản phẩm đầu độc trở lại trồng Trong chăn nuôi ngư nghiệp, vi sinh vật có tác dụng to lớn, thể lồi động vật có hệ vi sinh vật phong phú, hệ vi sinh vật giúp cho q trình đồng hóa chất dinh dưỡng thải chất cặn bã trình sống Trong chăn nuôi vấn đề lớn làm để phịng chống bệnh truyền nhiễm, mơn vi sinh vật thú y môn dịch tễ học đề biện pháp phòng dịch bệnh súc vật số bệnh lây sang người, dại, lao, nhiệt thán, Hiện vi sinh vật môn khoa học mũi nhọn cách mạng sinh học Nhiều vấn đề quan trọng sinh học đại như, nguồn gốc sống, chế thông tin, chế di truyền, chế điều khiển học tổ chức sinh vật học, vi sinh vật học có bước tiến vĩ đại, trở thành vũ khí sắc bén tay người để nhằm chinh phục thiên nhiên phục vụ đắc lực cho sản xuất đời sống 1.4 Nhiệm vụ vi sinh vật học đại cương[2] -Nghiên cứu đặc điểm hình thái, cấu tạo, di truyền, hoạt động sinh lý hóa học, nhóm vi sinh vật -Sự phân bố vi sinh vật tự nhiên mối quan hệ chúng với môi trường sinh vật khác -Nghiên cứu biện pháp thích hợp để sử dụng cách có hiệu vi sinh vật có lợi biện pháp tích cực nhằm ngăn ngừa vi sinh vật có hại hoạt động đời sống người II KHÁI YẾU VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC Căn vào q trình phát triển chia vi sinh vật học làm giai đoạn phát triển.[3] 2.1 Giai đoạn trước phát minh kính hiển vi Từ thời thượng cổ người ta biết ủ phân, trồng xen họ đậu với trồng khác, ủ men, nấu rượu, chưa giải thích chất biện pháp Trong trình định canh người thấy tác hại bệnh Đối với bệnh ''rỉ sắt'' thời Aristote người ta xem tạo hóa gây Ở Hy Lạp người ta cho bị bệnh đất xấu, phân xấu, gây khí hậu khơng ơn hồ chủ yếu trời đất Trung Quốc vào kỷ thứ trước công nguyên ''Ký thắng Chi thư'' ghi: muốn cho tốt phải dùng phân tằm, khơng có phân tằm dùng phân tằm lẫn tạp Trong sách ghi nhận trồng xen họ đậu với loại trồng khác Trong tài liệu ''Giáp cốt'' Trung Quốc cách 4000 năm thấy đề cập đến kỹ thuật nấu rượu Người ta nhận thấy trình lên men rượu có tham gia mốc vàng, vi sinh vật ứng dụng vào sản xuất, phục vụ sống từ lâu, người ta chưa hiểu chất vi sinh vật, đến kính hiển vi quang học đời, hiểu biết vi sinh vật phát triển, mở trước mắt nhân loại giới mới, giới vi sinh vật vô nhỏ bé vô phong phú 2.2 Giai đoạn sau phát minh kính hiển vi (Phát vi sinh vật) Leewenhoek người phát vi sinh vật nhờ phát minh kính hiển vi, Ơng thương nhân bn vải, muốn tìm hiểu cấu trúc sợi vải ông chế tạo thấu kính lắp ráp chúng thành kính hiển vi có độ phóng đại 160 lần, Ơng quan sát nước ao tù, nước ngâm chất hữu cơ, bựa răng, Leewenhoek nhận thấy đâu có sinh vật nhỏ bé Rất ngạc nhiên trước tượng quan sát ông viết ''Tôi thấy bựa miệng tơi có nhiều sinh vật tý hon hoạt động, chúng nhiều so với vương quốc Hà Lan hợp nhất'' Phát minh Leewenhoek củng cố quan niệm khả tự hình thành vi sinh vật Thời gian người ta cho sinh vật quan sát từ vật vơ sinh, thịt, cá sinh dịi sau người ta cho đời thuyết tự sinh (hay thuyết ngẫu sinh) A- Kính hiển vi nhân loại B- Bình cổ ngỗng mà Pasteur đánh đổ học thuyết tự sinh 2.3 Giai đoạn vi sinh vật học thực nghiệm với Pasteur Đến kỷ XIX với phát triển chủ nghĩa tư bản, ngành khoa học kỹ thuật nói chung vi sinh vật học nói riêng, phát triển mạnh mẽ, nhiều nhà khoa học quan sát nghiên cứu số vi sinh vật gây bệnh sáng tạo số phương pháp để nghiên cứu vi sinh vật Đóng góp cho phát triển vi sinh vật giai đoạn phải kể đến nhà bác học người Pháp Pasteur (1822-1895) Với công trình nghiên cứu ơng đánh đổ học thuyết tự sinh, nhờ chế tạo bình cổ ngỗng Ông chứng minh thuyết tự sinh không thí nghiệm sau: TN1: Dùng bình chứa nước thịt đun sôi, để nguội sau thời gian nước thịt đục, quan sát thấy có vi sinh vật TN2: Tiến hành thí nghiệm thứ sau ơng bịt kín miệng bình lại, để thời gian nước thịt không bị vẩn đục Lúc người phản đối, họ nói khơng có khơng khí nên vi sinh vật khơng phát triển được, chưa thuyết phục họ ơng làm thí nghiệm TN3: Ơng uốn cổ bình giống hình cổ ngỗng kéo dài cho thơng với khơng khí, sau đun sôi để thời gian nước thịt không bị đục, người ta cơng nhận bác bỏ thuyết tự sinh Pasteur người đề xuất thuyết mầm bệnh, thuyết miễn dịch học, sở để sản xuất vaccin phịng bệnh Ơng chứng minh bệnh than cừu vi khuẩn gây lan truyền từ bệnh sang lành ơng tiến hành thí nghiệm tiêm phịng vaccin nhiệt thán cho cừu năm 1881, ông chọn 50 cừu khỏe mạnh, tương đồng, tiêm vaccin cho 25 cịn 25 khơng tiêm vaccin, sau cường độc 25 khơng tiêm vaccin bị chết cịn 25 tiêm vaccin sống bình thường Thời bị chó dại cắn phải chết, thương tâm trước chết người bị chó dại cắn, ơng lao vào nghiên cứu vaccin phòng trị bệnh chó dại, thành cơng cứu bé trai khỏi phát bệnh dại Sau thành cơng nhà hảo tâm xây dựng viện Pasteur pháp, sau nhân rộng ra, thành công lớn Pasteur nhân loại L Pasteur tốt nghiệp sinh hóa, ơng thành cơng nghiên cứu gia đình ơng bất hạnh, anh trai ông chết bệnh tật Mặc dầu L Pasteur người chứng minh sở khoa học việc chế tạo vaccin thuật ngữ vaccin lại bác sĩ nông thơn người anh Edward Jenner (17491823) đặt Ơng người nghĩ phương pháp chủng đậu mủ đậu mùa bò cho người lành, để phòng bệnh đậu mùa, bệnh nguy hiểm cho tính mạng thời 2.4 Giai đoạn sau Pasteur vi sinh học đại Tiếp theo sau Pasteur Koch (Robert Koch 1843-1910), người có cơng việc phát triển phương pháp nghiên cứu vi sinh vật Ông đề phương pháp chứng minh vi sinh vật nguyên nhân gây bệnh truyền nhiễm mà ngày nhà nghiên cứu bệnh học phải theo gọi quy tắc Koch Ngày 24-3-1882, Koch cơng bố cơng trình khám phá vi trùng gây bệnh lao gọi Mycobacterium tuberculosis, bệnh nan y thời Khám phá mở đường cho việc chữa trị bệnh ngày Kế học trò Koch Petri (Juliyes Richard Petri, 1852-1921) chế dụng cụ nghiên cứu vi sinh vật mà ngày cịn dùng tên ơng để đặt cho dụng cụ ấy: đĩa Petri Ông nêu biện pháp nhuộm màu vi sinh vật Ivanopxki, 1892 Beijerrinck, 1896 người phát virus giới chứng minh vi sinh vật nhỏ vi khuẩn, qua lọc sứ xốp, nguyên nhân gây bệnh khảm thuốc Ngày vi sinh vật phát triển sâu với hàng trăm nhà bác học có tên tuổi hàng chục ngàn người tham gia nghiên cứu, nghiên cứu sâu vào chất sống mức độ phân tử phân tử, sâu vào kỹ thuật cấy mô tháo lắp gen vi sinh vật ứng dụng kỹ thuật tháo lắp để chữa bệnh cho người, gia súc, trồng sâu vào để giải bệnh ung thư lồi người Hooke (1665) láưn âáưu tiãn quan sạt tháúy tãú bo Anton van Leewenhoek (1632-1723) Louis Pasteur (1822-1895) Robert Koch (1843-1910) Alexander Fleming (1881-1955) Watson and Crick (1953) phạt hiãûn cáúu trục ca DNA Klug (1982) phạt hiãûn cáúu trục virus khm thúc lạ (TMV) MỘT SỐ MỐC TRONG LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VI SINH VẬT Năm Tác giả Cơng trình 1665 Hooke Lần quan sát thấy tế bào (bần) 1673 Van Leewenhoek Lần quan sát thấy vi sinh vật sống 1785 Linaeus Phân loại sinh vật 1798 Jenner Lần đấu tiên tiêm chủng (mủ đậu) vaccin để phòng bệnh đậu mùa 1835 Bassi Phát bệnh nấm tằm 1840 Semmelweis Phát sốt trẻ sơ sinh nhiễm khuẩn 1853 Debary Phát bệnh nấm thực vật 1857 1864 Phát trình lên men Pasteur 1866 Bác bỏ thuyết tự sinh Phát phương pháp khử trùng kiểu Pasteur 1867 Lister Đề xuất phương pháp phẫu thuật vô trùng 1870 Abbes Phát vật kính dầu 1876 Koch Đề xuất lý thuyết mầm bệnh 1879 Neisser Phát lậu cầu 1880 Pasteur Đề xuất kỹ thuật gây miễn dịch 1881 Koch Đề xuất phương pháp phân lập khiết vi khuẩn 1882 Koch Phát trực khuẩn nhiệt thán Bacillus anthrracis vi khuẩn lao Mycobacterium tuberculossis Phát môi trường đặc nuôi cấy vi sinh vật 1883 Koch Phát vi khuẩn tả, đề xuất biện pháp tẩy uế 1884 Metchnikoff Gram Escherich Đề xuất học thuyết thực bào Đề xuất phương pháp nhuộm Gram Phát vi khuẩn E coli 1887 Petri Đề xuất nuôi cấy vi sinh vật hộp lồng 1890 Von Bering Erhlich Phát kháng độc tố bạch hầu Đề xuất lý thuyết miễn dịch 1892 Ivanopxki Phát virus 1898 Shiga Phát vi khuẩn lị 1910 Erhlich Phát xoắn thể giang mai 1928 Fleming Griffith Khám phá Penicillin Phát hiện tượng biến nạp 1934 Lancefield Phát kháng nguyên liên cầu khuẩn 1935 Stanley, Northrup, Summer Phát virus kết tinh 1941 Bead and Tatum Đề xuất mối quan hệ gen enzyme 1943 Delbruck and Luria Sự xâm nhập virus vào vi khuẩn 1944 Avery, McLeod, McCarty Chứng minh vật chất di truyền ADN 1946 Lederberg and Tatum Phát hiện tượng tiếp hợp 1953 Watson and Crick Khám phá cấu trúc ADN 1957 Jacob and Monod Phát điều hòa tổng hợp protein 1959 Sterwart Nguyên nhân virus ung thư 1962 Edelman and Porter Phát kháng thể 1964 Epstein, Achong, Barr Phát virus gây ung thư người 1969 Whittaker Đề xuất hệ thống phân loại giới sinh vật 1971 Nathans, Smith, Arber Phát men Pestrictaza dùng kỹ thuật di truyền 1973 Berg, Boyer, Cohen Đề xuất kỹ thuật di truyền 1975 Dulbeco, Temin, Baltimore 1978 Aber, Smith, Nathans Mithchell Phát Transcriptaza ngược Phát men Endonucleaza giới hạn Phát chế thẩm thấu hóa học 1981 Margulis Đề xuất nguồn gốc tế bào nhân thực 1982 Klug Phát cấu trúc virus khảm thuốc 1983 McClintock Phát gen nhảy ngô 1983 1988 Deisenhofer, Huber, Michel Phát sắc tố quang hợp vi khuẩn -Câu hỏi ơn tập: Trình bày đối tượng, nhiệm vụ vi sinh vật học đại cương Nêu khái yếu giai đoạn phát triển vi sinh vật học -Tài liệu tham khảo: Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (2000) Nhà xuất giáo dục Hà Nội màng ảnh hưởng đến việc hình thành tiêu thụ ATP cần cho trình vận chuyển chủ động chất dinh dưỡng Vi khuẩn thường chịu đựng nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ điểm băng thấp chúng hoạt động trao đổi chất rõ rệt Nhiệt độ thấp coi yếu tố chế khuẩn làm lạnh nhanh Trong trường hợp làm lạnh xuống điểm băng, cấu trúc tế bào bị tổn hại tinh thể băng tạo thành kích thước nhỏ, tế bào không bị phân hủy Nếu làm lạnh chân khơng, tinh thể băng thăng hoa, phương pháp đông khô vi sinh vật 2.2 Nhiệt độ cao Nhiệt độ cao 650C gây tác hại cho vi sinh vật nhiệt độ 100 0C vi sinh vật bị tiêu diệt gần hết thời gian định Đó nhiệt độ cao làm biến tính protein tế bào, enzyme bất hoạt, mang tế bào bị phá hủy tế bào bị đốt cháy hồn tồn Tác dụng nhiệt độ cao vi sinh vật cịn có quan hệ với nhân tố khác thời gian tác động, sức chịu nhiệt vi sinh vật , sức chịu nhiệt phụ thuộc vào chất tế bào tính di truyền, tuổi có hay khơng có nha bào sau tồn chúng mơi trường có độ pH, thẩm áp hợp chất hữu khác Đây sở việc khử trùng nhiêt độ cao có hiệu Giới hạn nhiệt độ cực tiểu nhiệt độ cực đại vùng nhiệt sinh trưởng vi sinh vật Giới hạn khác loài vi khuẩn: tương đối rộng vi khuẩn hoại sinh hẹp vi khuẩn gây bệnh Tùy theo quan hệ với vùng nhiệt chia vi khuẩn thành số nhóm a, Vi khuẩn ưa lạnh: sinh trưởng tốt nhiệt độ 200C thường gặp nước biển, hồ sâu suối nước lạnh, chẳng hạn vi khuẩn phát quang, vi khuẩn sắt, hoạt tính trao đổi chất vi khuẩn thấp Trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhiều vi khuẩn ưa lạnh dễ dàng thích ứng với nhiệt độ cao b, Vi khuẩn ưa ấm: chiếm đa số, cần nhiệt độ khoảng 20-400C Ngồi dạng hoại sinh ta cịn gặp dạng ký sinh gây bệnh cho người động vật, chúng sinh trưởng tốt 37 0C (tương ứng với nhiệt độ thể người động vật) c, Vi khuẩn ưa nóng: giới hạn nhiệt độ sinh trưởng 30-70oC, thích hợp 55-60oC gồm vi sinh vật sinh trưởng đất, phân rác, suối nước nóng Các vi khuẩn ưa nóng gồm chủ yếu xạ khuẩn, vi khuẩn sinh bào tử Thường gặp chúng suối nước nống, phân ủ Các giới hạn nhiệt độ cực tiểu, tối thích cực đại trình bày bảng sau Nhóm khuẩn vi Nhiệt độ sinh trưởng (0C) Cực tiểu Tối thích Tối đa Ưa lạnh 0-5 5-15 15-20 Ưa ấm 10-20 20-40 40-45 Ưa nóng 25-45 45-60 60-80 Các loài Bacillus sống đất, thường có nhiệt độ sinh trưởng rộng (15 - 400C) Vi khuẩn E coli có nhiệt độ sinh trưởng 10 - 47,5 0C Vi khuẩn gây bệnh lậu gonococcus phát triển nhiệt độ 36 - 400C Năm 1983 J A Baross phát có lồi vi khuẩn ưa nhiệt, sinh trưởng thích hợp 250 - 3000C 141 Áp lực Áp suất thẩm thấu áp lực thủy tĩnh ảnh hưởng đến phát triển tế bào vi khuẩn Màng tế bào vi khuẩn màng bán thấm việc điều chỉnh thẩm áp qua hệ thống permease có liên quan đến màng Trong môi trường ưu trương tế bào khả hút nước chất hòa tan, tế bào chịu trạng thái khô sinh lý, bị co nguyên sinh chất chết kéo dài Trong thực tế người ta áp dụng tượng để bảo quản cá muối, muối dưa, bảo quản trái Ngược lại đưa vi khuẩn vào dung dịch nhược trương nước xâm nhập vào tế bào, áp lực bên tế bào tăng lên Đa số vi khuẩn sinh trưởng tốt mơi trường chứa 20% muối Nồng độ muối cao có hại cho tế bào, có loại vi khuẩn sinh trưởng tốt môi trường chứa 30% muối, ta gọi chúng vi khuẩn ưa muối, nhiều vi khuẩn biển thuộc nhóm Chúng phát triển tốt mơi trường có nồng độ đường cao gọi vi khuẩn ưa đường Âm Sóng âm đặc biệt vùng siêu âm có ảnh hưởng lớn đến phát triển vi khuẩn Với tần số 8.800-8.900Hz xử lý 40-60 phút giảm 99% vi khuẩn Các tế bào sinh dưỡng bị chết nhanh chóng, tế bào non mẫn cảm nhiều so với tế bào già Mẫn cảm tác dụng sóng siêu âm lên tế bào hình sợi, mẫn cảm tế bào hình cầu Nhưng sóng siêu âm khơng có tác dụng với bào tử tế bào vi khuẩn kháng acid Do tác dụng siêu âm mà độ nhớt môi trường tăng lên, xuất chất nâng cao sức căng bề mặt nguyên sinh chất hình thành bọt khí nhỏ Kết tế bào bị hủy hoại Hiện người ta ứng dụng siêu âm để thu nhận chế phẩm vô bào để tách enzyme nội bào, phân lập số thành phần tế bào, riboxom, thành tế bào màng tế bào chất Sức căng bề mặt Khi sinh trưởng môi trường dịch thể, vi khuẩn chịu ảnh hưởng sức căng bề mặt môi trường Đa số mơi trường dịch thể dùng phịng thí nghiệm có sức căng bề mặt khoảng 5,7-0,63 mN/cm Những thay đổi mạnh mẽ sức căng bề mặt làm ngừng sinh trưởng làm chết tế bào Khi sức căng bề mặt thấp, thành phần tế bào bị tách khỏi tế bào Điều chứng tỏ thành tế bào bị tổn thương Các chất nâng cao sức căng bề mặt, hầu hết muối vô cơ, chất làm giảm sức căng bề mặt hầu hết acid béo, anchol, chất gọi chất có hoạt tính bề mặt Tác dụng chúng thể việc làm thay đổi đặc tính bề mặt tế bào vi khuẩn, trước hết nâng cao tính thấm tế bào Trong thực tế người ta ứng dụng tượng nuôi cấy vi khuẩn kháng acid Khác với vi khuẩn khác, vi khuẩn kháng acid, có bề mặt kỵ nước giảm sức căng bề mặt mơi trường kích thích sinh trưởng chúng Sức căng bề mặt ngăn cản vi khuẩn gắn vào bề mặt cứng, tránh cho chúng khỏi cạnh tranh sinh trưởng Tia xạ Ánh sáng gây biến đổi hóa học tổn thương sinh học, tế bào hấp thu Mức độ gây hại tùy thuộc vào mức lượng lượng tử ánh sáng hay tùy thuộc vào chiều dài bước sóng ánh sáng Các tia xạ gây nên biến đổi hóa học nguyên tử phân tử có chiều dài sóng khoảng 10000 A0 Thuộc loại sau: ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại, tia X, tia Gamma tia vũ trụ, tia sáng có lượng lớn Khi vật chất hấp phụ chúng làm bắn electron từ vật chất Vì tia gọi tia xạ ion hóa Những xạ với chiều dài bước sóng lớn có lượng nhỏ, 142 khơng đủ gây nên biến đổi hóa học tác dụng biểu chủ yếu nhiệt tia hồng ngoại 6.1 Ánh sáng mặt trời Là nguồn tia sáng chiếu tự nhiên có tác dụng phá hủy tế bào vi khuẩn (ngoại lệ vi khuẩn quang hợp sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn lượng) Tác dụng bị yếu vi khuẩn chứa sắc tố hay vỏ nhầy Ánh sáng mặt trời gián tiếp tác động lên tế bào làm biến đổi môi trường Chẳng hạn, tụ cầu khuẩn Staphylococcus không sinh trưởng môi trường thạch bị chiếu tia sáng mặt trời vài Ảnh hưởng ánh sáng mặt trời lên tế bào vi khuẩn tăng cường xử lý tế bào số thuốc nhuộm (metylen, ) Người ta gọi tượng có tác dụng quang động học ánh sáng 6.2 Tia tử ngoại (tia cực tím -UV) [2] So với xạ ion tia tử ngoại có lượng nhỏ Khi bị vật chất hấp phụ, tia tử ngoại khơng gây nên tượng ion hóa kích thích phân tử, nghĩa chuyển điện tử đến mức cao Tác dụng mạnh tia tử ngoại là vùng có chiều dài bước sóng khoảng 254-260 nm nghĩa vùng hấp thụ cực đại acid nucleic nucleoprotein Dưới ảnh hưởng tia tử ngoại, vi khuẩn bị chết bị đột biến theo loại vi khuẩn liều lượng chiếu, bào tử mốc có sức đề kháng cao Điều đáng ý hư hại tia tử ngoại gây cho tế bào phần có tính đảo ngược Nếu sau chiếu tia tử ngoại, ta lại cho vi khuẩn chịu tác dụng ánh sáng ban ngày, nhiều vi khuẩn có khả sống sót tiếp tục phân chia Hiện tượng gọi tượng quang tái hoạt Trong trình quang tái hoạt số enzyme gọi enzyme sửa chữa tổng hợp hoạt hóa Enzyme xúc tác việc phá hủy liên kết dime-timin xuất thời gian chiếu tia tử ngoại Hiện tượng sửa chữa ADN bị tổn hại sau chiếu tia tử ngoại xảy bóng tối Trước hết endonuclease tách rời dime-timin nguyên vẹn ra, sau men ADNpolymerase tiến hành sửa chữa cách tổng hợp đoạn ADN bị thiếu, cuối enzyme polynucleotidase liên kết đoạn ADN tổng hợp lại Tia tử ngoại ảnh hưởng đến acid nucleic (đặc biệt với mARN) tế bào sinh vật Cistein hợp chất chứa nhóm SH gần với có khả hấp phụ tia tử ngoại, có tác dụng bảo vệ vi sinh vật khỏi tác hại tia Tia sáng mặt trời có chứa phần tia tử ngoại phần lớn tia bị khí (mây, ozon, ) giữ lại Vì ánh nắng có tác dụng diệt khuẩn nhỏ so với tia tử ngoại dùng phịng thí nghiệm Do lực xuyên sâu tia tử ngoại kém, xuyên qua lớp nước thủy tinh mỏng nên thường sử dụng khử trùng khơng khí, buồng cấy vi sinh vật, phòng mổ III ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ HĨA HỌC Trong yếu tố hóa học ảnh hưởng đến chức phận sống tế bào, trước hết phải kể đến, nồng độ ion hydro (pH), oxy hóa khử mơi trường, chất sát trùng chất hóa trị liệu Ảnh hưởng pH mơi trường pH mơi trường có ý nghĩa định phát triển vi sinh vật Các ion H+ OH- hai ion hoạt động lớn tất ion, biến đổi dù nhỏ chúng ảnh hưởng mạnh mẽ Cho nên việc xác định pH thích hợp ban đầu pH trì q trình ni cấy việc làm quan trọng Giới hạn hoạt động vi sinh vật 143 khoảng pH= 4-10 Đa số vi sinh vật sinh trưởng tốt môi trường có pH =7, nhiều vi khuẩn gây bệnh thể người động vật pH máu, huyết 7,4 Các vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn nốt sần, vi khuẩn phân giải ure lại ưa môi trường kiềm, số khác lại ưa acid Acetobacter acidophilus, Thiobacillus thioxydans (oxy hóa lưu huỳnh thành SO4 sinh trưởng pH 30 khơng có lợi vi sinh vật hiếu khí bắt buộc Vi sinh vật kỵ khí hay hiếu khí tùy tiện thích ứng rH2 = 0- 30 Ưng dụng: nuôi cấy vi sinh vật hay bảo quản, chế biến khống chế lượng oxy để tăng cường hay ức chế tăng trưởng vi sinh vật Trong điều kiện cần thiết điều chỉnh độ pH làm giảm pH mơi trường Eh giảm (rH giảm) để ni cấy vi khuẩn yếm khí bắt buộc mơi trường có oxy Oxy có vai trị qua trọng hoạt động sống vi sinh vật Trong khơng khí, O2 chiếm 20,95% thể tích 23,14% khối lượng Tùy thuộc vào nhu cầu oxy mà người ta chia vi sinh vật thành nhóm sau -Hiếu khí bắt buộc: thuộc nhóm vi sinh vật sinh trưởng có mặt oxy phân tử Chúng có chuỗi hơ hấp hồn chỉnh, dùng O2 làm thể nhận hydro cuối -Hiếu khí khơng bắt buộc: thuộc nhóm vi sinh vật sinh trưởng điều kiện có oxy lẫn điều kiện khơng có oxy, có oxy chúng sinh trưởng tốt Ví dụ: E coli, Proteus, -Vi hiếu khí: thuộc nhóm vi sinh vật sinh trưởng điều kiện áp lực oxy thấp, loại Vibrio cholerae, Zymononas, -Kỵ khí chịu dưỡng: vi khuẩn kỵ khí tồn có mặt oxy Chúng khơng sử dụng oxy, khơng có chuỗi hơ hấp, có mặt oxy khơng có hại cho chúng Streptococcus lactic, S faecalis 144 -Kỵ khí: với vi sinh vật thuộc nhóm có mặt oxy có hại với chúng, chúng sinh trưởng mơi trường dịch thể sâu, nơi khơng có oxy Các chất diệt khuẩn (sát trùng) Các chất diệt khuẩn thường dùng phenol hợp chất phenol, ancohol, halogen, kim loại nặng, H2O2 thuốc nhuộm, xà phòng chất tẩy rửa tổng hợp muối amon bậc bốn 3.1 Phenol Được dùng dạng dung dịch để sát trùng dụng cụ bị nhiễm bẩn Tùy theo nồng độ phenol có tác dụng ức khuẩn hay diệt khuẩn Hoạt tính phenol bị giảm mơi trường kiềm có mặt chất hữu cơ, trái lại tăng lên có mặt muối Bào tử vi sinh vật kháng lại tác dụng phenol Một dẫn xuất phenol crezol có hoạt tính mạnh phenol Phenol crezol tác dụng chủ yếu lên lớp màng tế bào, phá hoại tính bán thấm màng tế bào chất làm biến tính protein 3.2 Ethanol Dùng để sát trùng da, phenol ethanol khơng có tác dụng với bào tử Chẳng hạn, bào tử Bacillus subtillis sống ethanol năm, B anthracis 20 năm Alcohol tác dụng cách gây đông tụ protein dung giải cấu trúc màng phospholipid Nhưng alcohol có nồng độ cao khử nước mạnh, rút nước khỏi tế bào, cản trở xâm nhập ancohol vào tế bào có tác dụng ức khuẩn, cố định vi khuẩn (ethanol 70% có tác dụng sát trùng mạnh 90%) 3.3 Các halogen tác dụng độc với vi khuẩn Khí Cl2 dùng để sát trùng nước, hợp chất Cl dùng để khử trùng nước Một chất quan trọng nhóm halogen iot Iot dễ hịa tan ancol dung dịch nước iodua kali natri Iod có tác dụng sát trùng mạnh với tất loài vi khuẩn bào tử, thường dùng dể sát trùng da tẩy khơng khí (I+iodua kali, khử trùng khơng khí) 3.4 Kim loại nặng Đa số kim loại nặng dù dạng nguyên chất hay hợp chất có tác dụng đầu độc với vi khuẩn, đáng kể bạc, thủy ngân, đồng, asen, +Bạc thường sử dụng để làm nước uống điều chế hợp chất kháng khuẩn Tác dụng bạc ion kim loại nặng khác làm bất hoạt nhóm -SH phân tử enzyme permease R - SH +X+  R - S -X + H (X+ kim loại nặng) +Thủy ngân chất có tác dụng mạnh nhóm kim loại nặng, người ta thường dùng HgCl để sát trùng nồng độ 1/1000 có khả sát khuẩn mạnh Tác dụng chủ yếu thủy ngân kìm hãm lên men acid amin có nhóm -SH gây kết tủa protein tế bào (có tác dụng tương thể bậc cao, nên dùng để sát trùng da) +Đồng muối đồng có tác dụng diệt khuẩn mạnh tác dụng mạnh nấm CuSO4 CuCl2 gây đơng vón protein +Arsen độc với thể sinh vật bậc cao liều lượng nhỏ có tác dụng diệt khuẩn, chế phẩm arsen salyarsan, neosalvarsan dùng khử trùng, điều trị bệnh giang mai 145 +Peroxit hydro (H2O2) permanganat kali (KMnO4) chất oxy hóa mạnh tác dụng kìm hãm nhóm -SH enzyme 2R - SH + X  R - S - S - R +XH2 Hiện việc dùng số hóa chất để sát trùng da, dụng cụ dược phẩm, thực phẩm, nước uống, Người ta dùng dung dịch brom 1%, HgCl 0,1%, cồn, AgNO3 để sát trùng bề mặt hạt giống +Xà phòng: chủ yếu loại bỏ cách học khỏi bề mặt da số vi khuẩn gây bệnh Xà phòng làm giảm sức căng bề mặt, hòa tan tẩy vết bẩn qua loại bỏ vi sinh vật +Các chất hóa trị liệu: chất có tác dụng độc vi khuẩn không gây hại cho thể bậc cao (khác với chất sát trùng) Cơ chế tác dụng chất hóa trị liệu dựa vào tương tự cấu trúc chất với hợp chất mà vi khuẩn cần để tạo thành coenzyme, protein acid nucleic Các chất hóa trị liệu cạnh tranh vị trí gắn với hợp chất phân tử enzyme kìm hãm nhiều phản ứng sinh hóa quan trọng Đa số chất hóa trị liệu dùng để điều trị bệnh khác Các chất hóa trị liệu quan trọng sulfonamit dẫn xuất từ acid p-aminosulfonic Đó chất đối kháng acid p-aminobenzoic (P ABA) cạnh tranh phân tử enzyme với PABA, sulfonamit kìm hãm việc tạo thành acid folic tiền chất coenzyme tham gia vào trình tổng hợp số acid amin purin (base nitơ haivòng Adenin Guanin) Các hợp chất sufonamit có phổ kháng khuẩn mạnh nên thường dùng điều trị bệnh nhiễm khuẩn IV ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ SINH HỌC HAY TƯƠNG TÁC GIỮA VI SINH VẬT VỚI VI SINH VẬT VÀ VỚI VI SINH VẬT KHÁC [4] 4.1 Kháng sinh 4.1.1 Khái niệm phân loại chất kháng sinh Năm 1928 A Fleming phát thấy ức chế nấm penicilium Staphylococcus aureus chúng mọc cạnh Ông nghiên cứu kỹ nấm chất tiết nó, phát kháng sinh penicilin vào 1940 Các nhà khoa học tách chiết penicillin dùng chữa bệnh vi trùng gây ra, ngày có nhiều kháng sinh chiết xuất để chữa bệnh 146 Trước người ta có xu hướng định nghĩa thuốc kháng sinh chất thể sống sinh (hầu hết vi sinh vật) nói chung chất có tác dụng ngăn cản phá hoại phát triển vi khuẩn Các chất chiết xuất tinh chế, dùng để chữa bệnh Nhưng đến sản phẩm vi sinh vật tạo xác định thành phần hóa học Người ta sản xuất chất kháng sinh cách tổng hợp (Chloramphenicol) Mặt khác nhà hóa học thay đổi chất để tạo nhiều chất khác Những phân tử bán tổng hợp có nhiều tính chất tốt chọn lọc chất chiết xuất ban đầu penicillin, xerosporin, tetracyclin, Vì định nghĩa phải thay đổi phải mang tính khái quát hơn, phải bao gồm số sản phẩm hóa học, phần lớn tổng hợp, có tác dụng chống vi khuẩn Trước đề cập đến định nghĩa thuốc kháng sinh ta cần phân biệt chất sát khuẩn thường dùng với nhân tố hóa học dùng để chữa bệnh Thuốc sát khuẩn: chất hóa học khác nhau, có tác dụng mạnh vi khuẩn, làm phá hủy vi khuẩn Bằng q trình lý, hóa học chúng có tác dụng cách toàn trực tiếp lên tế bào màng tế bào làm cho vi khuẩn bị li giải hay làm biến tính tồn bộ, phối hợp hai tượng mức độ khác Các thuốc sát khuẩn khác kháng sinh chỗ, tác động hóa học đặc hiệu (tất vách tế bào mà thuốc ngấm vào bị tác dụng, nhạy cảm), liều có hiệu với chúng gần với liều độc Tác dụng phổ biến chúng ức chế vi khuẩn, vi khuẩn phục hồi trở lại Trong ứng dụng thực tế, thuốc sát khuẩn nguy hại đến thể sống Định nghĩa thuốc kháng sinh hay nhân tố hóa học liệu pháp: Với đặc điểm khác ta định nghĩa (theo nghĩa rộng): Kháng sinh chất có tác động chống vi khuẩn, ngăn cản vi khuẩn nhân lên phá hủy vi khuẩn liều thấp (tầm phân tử) cách đặc hiệu, vào hay nhiều giai đoạn chuyển hóa cần thiết cho sống vi khuẩn, tác động vào sống vi khuẩn, tác động vào cân hóa lý Kháng sinh tác động đặc hiệu có nghĩa loại kháng sinh tác động lên hay số nhóm vi khuẩn định Tính đặc hiệu kháng sinh cao hoạt phổ hẹp Hoạt phổ kháng sinh phạm vi loại vi khuẩn mẫn cảm với kháng sinh tồn giới vi khuẩn Người ta chia kháng sinh thành: kháng sinh hoạt phổ rộng kháng sinh hoạt phổ hẹp Theo nghĩa hẹp: Kháng sinh (antibiotic) chất đặc hiệu sinh vật sinh trình sống, nồng độ thấp có khả ức chế tiêu diệt vi sinh vật cách chọn lọc Phân loại kháng sinh Có nhiều cách phân loại kháng sinh khác nhau: vào nguồn gốc, tính chất hóa học, tính chất chữa bệnh, theo hiệu tác động lên vi khuẩn Xét phương diện vi sinh vật giới thiệu phân loại theo nguồn gốc cách phân loại khác giới thiệu phần dược lý -Căn vào nguồn gốc Có thể sản xuất cách, tổng hợp hóa học hồn tồn, bán tổng hợp, nghĩa hóa tổng hợp từ nhân vi sinh vật sản xuất ra, nguyên liệu lấy hoàn toàn từ vi sinh vật (từ vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc) + Kháng sinh từ vi khuẩn Kháng sinh có nguồn gốc từ vi khuẩn khơng nhiều, có vài loại sử dụng rộng rãi 147 Vi khuẩn Kháng sinh Phổ tác dụng Bacillus licheniformis Bacitdraxin Gram + Ba polymixa Polimycin Bac brevis Tirotricin GramGram+ Tụ cầu, liên cầu +Kháng sinh từ xạ khuẩn Kháng sinh từ xạ khuẩn chiếm lượng lớn Xạ khuẩn Kháng sinh Streptomyces griceus Strepstomycin (A, B, C) Actinomyces fradiae Neomycin Act kanamyceticus Kanamycin Phổ tác dụng Gram âm Gram Gram- + Gram - + Kháng sinh từ nấm mốc Kháng sinh từ nấm mốc có số lượng lớn, có độ độc cao nên dùng thực tiễn Loại nấm Penixillium Chrysogenum Kháng sinh Penecilin, G, F, K, X,V, O Phổ kháng sinh Gram + + Kháng sinh từ thực vật Nhiều loại thực vật có chứa thân, lá, quả, chất có khả gây ức chế tiêu diệt vi sinh vật Những chất gọi kháng sinh thực vật Alicin (có tỏi), Lactuxin (bồ cơng anh), Ocubin (có mã đề), + Kháng sinh từ động vật Cơ thể động vật có khả tiết chất có tính kháng sinh Lyzozim: có nước bọt, nước mắt, niêm dịch, huyết thanh, lòng trắng trứng (phá vỡ thành vi khuẩn) Eritrin: từ hồng cầu động vật Kháng thể: có huyết động vật, sữa đầu động vật, có vai trị vơ quan trọng miễn dịch học 4.1.2 Một số vấn đề kháng sinh Trên tìm hiểu nguồn gốc, đặc tính, tác dụng kháng sinh Qua thấy chất hóa học chất kháng sinh định đặc tính, tác dụng chúng Các chất có chất hóa học khác hoạt động chúng khác Và ngược lại chất có chất hóa học tương tự có hoạt động tương tự - Cơ chế tác động kháng sinh Thuốc kháng sinh tác động tầm phân tử, tác động vào tế bào vi khuẩn theo hai chế sau đây: +Cơ chế che phủ: Thuốc kháng sinh gắn lên phân tử định ngăn cản hoạt động enzyme phân tử 148 +Cơ chế cạnh tranh: Do gần giống cấu trúc phân tử, chất kháng sinh chiếm chỗ chất khác Đặc biệt chiếm chỗ phần tử cần thiết cho chuyển hóa vi khuẩn Hai phân tử giống nhau, cạnh tranh với enzym, làm rối loạn hoạt động tế bào: sulfamid, β-Lactamin Acid paraminobenzoic chất cần thiết để tổng hợp nên acid folic Acid folic vitamin quan trọng cho tổng hợp nên bazơ purin pyrimidin, acid amin: methionin serin, Sulfamid cạnh tranh với P ABA làm cho tế bào tổng hợp acid folic sau purin pirimidin tương ứng Hai chế tác động vào hướng sau: -Làm ngừng tổng hợp vách tế bào, kháng sinh ngăn trở murein (thành phần có cấu tạo màng vi khuẩn) Ví dụ: penicilin -Tác động vào màng, làm cho màng tế bào chất thay đổi tính thấm, phá vỡ màng tế bào chất, làm ngưng trình trao đổi chất -Ức chế trình tổng hợp acid nucleic, tổng hợp ARN hay ADN tế bào Ví dụ: Actinomycin -Làm ngưng trình tổng hợp protein, xúc tiến tổng hợp protein khơng có quan hệ khăng khít với q trình sống tế bào Ví dụ: Chloramphenicol, Streptomycin - Hiện tượng kháng thuốc vi sinh vật Sự xuất dạng vi khuẩn kháng thuốc có ý nghĩa đặc biệt hóa học trị liệu Một số vi khuẩn chịu tác động liều nhỏ kháng sinh, thường giảm tính mẫn cảm với kháng sinh loại Q trình gọi q trình phát triển đề kháng hay phát triển tính không mẫn cảm Hiện tượng kháng thuốc mối lo ngại lớn, gây khó khăn việc dùng kháng sinh điều trị bệnh nhiễm khuẩn Vấn đề kháng thuốc phát dùng kháng sinh điều trị cách rộng rãi penicillin, streptomycin, sulfonamit Khoảng 20 năm sau sử dụng rộng rãi kháng sinh, penicillin, streptomycin, người ta phát thấy ngày có nhiều vi khuẩn có khả ngăng chống lại tác dụng hóa trị liệu kháng sinh penicilin, streptomycin sau tetracyclin chlormphenicol, trực khuẩn mủ xanh kháng thuốc vi khuẩn E coli, Salmonella, Shigella, nấm mốc, nấm men, Trước năm 1955 streptomycin diệt tất vi khuẩn lao, nhờ mà bệnh lao kiềm chế Ngày có 40% vi khuẩn lao kháng lại kháng sinh này, làm hiệu kháng sinh Khi dùng tetracyclin hiệu điều trị cao sau vi khuẩn lao lại trơ với tetracilin, tiếp đến penicilin hiệu lực ln -Cơ chế hình thành tính kháng thuốc vi sinh vật Trước hết phải thấy trình hình thành tính kháng thuốc vi sinh vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Nồng độ chất kháng sinh -Thời gian tác động - Cơ chế tác dụng kháng sinh -Đặc tính vi sinh vật nhiều nhân tố khác Mặc dù có tác động khác loại kháng sinh lên vi sinh vật, chế hình thành tính kháng thuốc chủ yếu hai chế sau: *Kháng thuốc biến đổi máy di truyền vi sinh vật 149 Cấu trúc ADN bị thay đổi tác động kháng sinh làm thay đổi thứ tự bazơ kiềm, làm xuất chức khác thường tế bào tạo nên kháng thuốc, -Làm cho kháng sinh bị giữ lại bề mặt tế bào, không xâm nhập vào bên Tế bào trạng thái mẫn cảm với kháng sinh -Làm tế bào tăng cường tổng hợp men cảm ứng có khả phân hủy chất kháng sinh trước chất gây tác hại -Làm cho q trình trao đổi chất tế bào khơng mẫn cảm với chất kháng sinh, q trình có liên quan đến biến đổi acid nucleic protein có giảm thấp q trình sinh hóa học tế bào Kết chất kháng sinh không gây nên tổn thương sâu sắc đến trao đổi chất tế bào - Có thể cách khác nữa, vi sinh vật tạo cho khả kháng thuốc, nhiều trường hợp đặc tính kháng thuốc cố vững truyền lại cho hệ sau tế bào khác đường biến nạp tải nạp *Cơ chế kháng thuốc gây nên nhân tố kháng thuốc Tính kháng nhiều thuốc chủng vi khuẩn, chưa tiếp xúc trực tiếp với loại thuốc xác định Kitamoto (1956) Shigella Nhân tố kháng thuốc, plasmid-R phát 1960 với đặc điểm: - Cấu tạo ADN xoắn kép, khép vòng nên quan sát có hình trịn - Tồn tách biệt NST, gắn vào thành màng tế bào - Một vi khuẩn có từ đến nhiều plasmid, có khoảng 30 loại plasmid kháng kháng sinh Nhân tố R phức hợp gồm hai thành phần: 1- Gen chủ trì việc đối kháng kháng sinh, gồm gen đối kháng với nhiều loại kháng sinh, gen chịu trách nhiệm đề kháng với loại kháng sinh, có gen kháng hai loại 2- Gen đạo quy phạm hóa tái sinh nhân tố R Trong tế bào vi khuẩn kháng thuốc, hai thành phần kết hợp với tách rời nhau, phần dạng xoắn kép có khả nhân đơi độc lập Khi có tiếp xúc với kháng sinh đó, gen tương ứng gen R nhân tố R đọc mã cho tổng hợp lại gen chống lại kháng sinh men β-lactamase chống ampicilin, men axetintraspherase chống lại Chloramphenicol, Hiện tượng kháng nhiều thuốc truyền qua lại đường tiếp hợp, không kèm theo truyền NST tế bào, đường truyền ngồi nhân, nhờ nhân tố di truyền tế bào chất Khi vi khuẩn khơng chưa có nhân tố di truyền R-plasmid vi khuẩn trần, bị kháng sinh tiêu diệt, vi khuẩn trần được vi khuẩn plasmid truyền cho vũ khí bí mật có khả chống đối lại kháng sinh -Biện pháp tính kháng thuốc Trước hết phải đề cập đến vấn đề việc sử dụng rộng rãi thuốc kháng sinh có quan hệ đến tính kháng thuốc vi khuẩn Việc dùng thuốc kháng sinh rộng rãi để chữa bệnh, tất nhiên dẫn đến trạng tạo tế bào thích ứng, thích ứng nhanh hay chậm phụ thuộc vào nồng độ phương pháp sử dụng Các tế bào có tính thích ứng cách bền vững di truyền Qua nghiên cứu cho thấy vi khuẩn mang plasmid tồn khắp nơi, kể nơi không sử dụng đến chất kháng sinh, tách vi khuẩn từ phân động vật hoang dại, vi khuẩn có mẫu hóa thạch tách plasmid kháng kháng 150 sinh, hiển nhiên việc dùng kháng sinh rộng rãi làm cho nhân tố kháng thuốc lan truyền rộng nhờ chọn lọc Để đối phó với tính kháng thuốc vi sinh vật người ta có biện pháp: -Hạn chế tối đa sử dụng kháng sinh điều trị phòng ngừa (bổ sung vào thức ăn cho gia súc) -Tìm kiếm loại kháng sinh nghiên cứu sử dụng phối hợp nhiều loại kháng sinh điều trị, kết hợp hiệu lực nghĩ đến chuyện tăng liều lượng tăng mà phải tìm loại kháng sinh Tránh dùng liều thấp kéo dài -Làm thay đổi chất plasmid ngăn ngừa tái sinh truyền plasmid tế bào Hiện kỹ thuật đại người ta tách mảnh plasmid ghép mảnh lại thành plasmid hoàn chỉnh Điều cho phép lai tạo plasmid tế bào khác nhau, ghép mảnh ADN lấy từ virus, tế bào động vật, tế bào ung thư, để ghép thành plasmid có chức định hướng theo ý muốn, việc làm có triển vọng điều trị bệnh ung thư chống lại tượng kháng thuốc 4.2 Tế bào diệt tự nhiên yếu tố hòa tan Tế bào diệt tự nhiên hay tế bào NK (Natural killer cell) tế bào bị nhiễm virus lại lần thứ hai Bạch cầu có khả nhận biết thay đổi bề mặt tế bào bị nhiễm virus Tế bào NK gắn vào tế bào đích diệt chúng Tế bào NK hoạt hóa interferon, interferon sản xuất tế bào nhiễm virus có tế bào lympho Ngoài tác động tế bào NK ra, interferon cịn có khả tạo tình trạng đề kháng virus cho tế bào chưa bị nhiễm virus mơ Interferon sản xuất chống lại nhiều loại virus khác Trong huyết thể bị nhiễm trùng, nồng độ nhiều loại protein gia tăng nhanh chóng Các protein gọi chung ''protein pha cấp tính '' (acute phase protein) Nồng độ protein pha cấp có tăng từ 2-100 lần so với mức bình thường chúng tiếp tục giữ mức độ cao suốt trình nhiễm trùng Bổ thể chuỗi khoảng 20 protein huyết tác dụng nối phản ứng chuỗi, đồng thời chúng tác dụng với thành phần khác hệ thống miễn dịch bẩm sinh thu Sau hoạt hóa số thành phần bổ thể có tác dụng opsonin hóa vi khuẩn giúp cho trình thực bào, số thành phần khác đóng vai trị thu hút tế bào thực bào đến trường nhiễm trùng Một nhóm thành phần bổ thể khác tạo ly giải trực tiếp màng tế bào vi khuẩn 4.3 Kháng thể Kháng thể phân tử sản xuất tế bào lympho B, loại tế bào hệ thống miễn dịch thu Kháng thể hoạt động với tư cách cầu nối vi sinh vật gây bệnh với tế bào thực bào Từ có định nghĩa kháng thể: Kháng thể globulin máu động vật, có khả liên kết đặc hiệu với kháng nguyên kích thích sinh Kháng thể chủ yếu tìm thấy huyết động vật, huyết chứa kháng thể đặc hiệu kháng nguyên gọi kháng huyết Kháng thể tìm thấy dịch thể khác thể, sữa Những kháng thể có sẵn sữa hay huyết tương người, động vật từ trước có tiếp xúc với kháng nguyên gọi kháng thể tự nhiên hay kháng thể không đặc hiệu Kháng thể đặc hiệu kháng thể sinh kích thích kháng nguyên (vi sinh vật) kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên 151 Khi kháng nguyên kháng thể tương ứng kết hợp với xẩy phản ứng ngưng kết 4.4 Tiêu độc khử trùng Công tác tiêu độc, khử trùng đặc biệt quan trọng nhiều lĩnh vực công nghệ sinh học, chế biến, dự trữ thức ăn, phòng trị bệnh nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác 4.4.1 Tiêu độc phương pháp tiêu độc Tiêu độc tên chung để biện pháp sử dụng hóa chất để hủy hoại vi sinh vật, nhiên sử dụng biện pháp vật lý sinh học Khi có mặt chất tiêu độc, vi sinh vật ngừng sinh trưởng chết Q trình tiêu độc khơng phải phát sinh lúc mà diễn theo qui luật định Trong số đơn vị thời gian số lượng vi sinh vật chết lúc bắt đầu nhiều, tùy theo tăng dần thời gian mà giảm dần thể qua đường cong tử vong Như số lượng vi khuẩn môi trường lớn thời gian tiêu độc dài, điều có ý nghĩa thực tiễn tiêu độc để đạt hiệu cao Các nhân tố ảnh hưởng đến tiêu độc Tác dụng tiêu độc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: +Trước hết phụ thuộc vào loại hình nhân tố tác động cường độ tác động chúng, nhân tố vật lý hay hóa học, hóa chất loại gì, +Đặc tính tế bào: loài giống trạng thái sinh lý tế bào, tuổi tế bào, có hình thành nha bào, giáp mô hay không, hàm lượng muối loại tế bào +Tính chất mơi trường mà vi sinh vật tồn tại: trạng thái môi trường rắn, lỏng, thành phần môi trường, nồng độ ion, pH môi trường, tồn chất hữu nhiệt độ môi trường +Thời gian tác động nhân tố Những nhân tố có quan hệ tác động qua lại lẫn Phương pháp tiêu độc Những hóa chất vừa chất ức chế, chất phịng thối hay chất tiêu độc, khử trùng có thay đổi nồng độ có tác động khác Tùy theo mục đích u cầu cơng việc mà sử dụng hóa chất hợp lý đạt hiệu cao Để ngăn ngừa lên men thối chế phẩm, sản phẩm chế biến người gia súc ta phải sử dụng hóa chất với nồng độ khơng gây độc chế biến bảo quản Hóa chất gồm hai nhóm: Nhóm chất hữu cơ: acid hữu cơ: lactic, citric, acetic, beoic, salicilic, muối: benzoat, salixilat, tiophosphat metin, etilic, khói củi gia vị Nhóm chất vô cơ: acid boric, muối borat, acid sunfuaric, kiềm, muối kiềm, NaCl, nitrat, halogen, peoxit, khí 4.4.2 Khử trùng phương pháp khử trùng Khử trùng phương pháp loại trừ hồn tồn vi sinh vật có mơi trường cách tiêu diệt hay loại bỏ chúng * Ý nghĩa khử trùng: Tránh lây truyền, gây nhiễm vi sinh vật từ nơi sang nơi khác, vật sang vật khác, từ vật thể sang thể động vật Đảm bảo độ xác thí nghiệm, khiết công tác vệ sinh nuôi cấy, phân lập, giữ giống 152 Đảm bảo bảo quản lâu dài môi trường dinh dưỡng, thuốc, thực phẩm dụng cụ tinh xảo khác Những nhân tố có quan hệ đến khử trùng có nhiều tương tự trình bày phần tiêu độc +Khử trùng hóa chất Có nhiều chất có tác dụng khử trùng tùy theo mục đích, đối tượng mà dùng chất hóa học cho có hiệu Acid phenic: 5% đun sôi để khử trùng đồ vật chế vaccin Bơm vào buồng cấy 10-15 phút khử trùng Crezin: dùng dung dịch 5% khử trùng chuồng trại, nhà vệ sinh HgCl: 0,1% ngâm dụng cụ, 0,05-0,2% khử trùng chuồng trại Focmon: 40% pha với thuốc tím để sát trùng buồng cấy Khử trùng tia xạ Tia tử ngoại: dùng đèn tử ngoại để phát tia có chiều dài bước sống 2300-2700A 0, thường dùng đèn thủy ngân thạch anh có độ dài bước sóng 2537A 0, khử trùng phịng cấy cách trì thời gian chiếu 30 phút-1giờ Nhân tố ảnh hưởng đến chiếu tia tử ngoại khử trùng: thời gian chiếu, cường độ chiếu, tính chất mơi trường (mơi trường chứa muối khống làm giảm, khả khử trùng, mơi trường mỡ, chất béo tăng khả khử trùng) Tia tử ngoại dùng phổ biến rộng rãi công nghiệp thực phẩm Nó có khả diệt hồn tồn vi khuẩn nấm móc + Tia phóng xạ Hiện người ta sử dụng tia γ, X để khử trùng, tia phóng xạ máy phóng xạ phát Đặc điểm khử trùng phóng xạ: - Khử trùng hoàn thiện, diệt trừ vi sinh vật sâu bệnh khác -Bảo đảm xử lý sản phẩm đồng đều, cần xử lý lần, thời gian bảo quản kéo dài - Độ xuyên sâu tia cao, đảm bảo khử trùng độ dày 20-30cm cho phép xử lý sản phẩm bao bì - Có ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị sản phẩm +Khử trùng nhiệt độ Như đa biết vi sinh vật sinh trưởng giới hạn 0-900C Ngoài giới hạn hầu hết vi sinh vật khơng hoạt động, nhiệt độ cao làm biến tính protein phá hủy men, dẫn đến phá hủy tế bào Khử trùng nhiệt độ khô Đốt: sử dụng khử trùng que cấy, dao kéo vật liệu khơng cháy Hoặc đốt xác chết, bơng băng, dùng đèn cồn hay đèn xì, xăng đốt Sấy khơ: sử dụng lị hấp có nguồn nhiệt điện Khử trùng nhiệt ướt Khử trùng Pasteur: sử dụng nhiệt độ thấp 100 0C để khử trùng; 63650C/30phút, dùng để khử trùng sữa, hoa quả, phương pháp không diệt vi khuẩn chịu nhiệt nha bào chất lượng không bị ảnh hưởng Đun sôi: dùng phương pháp đun sôi trực tiếp 30 phút-1 Hấp ngắt quảng: hấp nhiệt độ đun sôi 1000C tránh hỏng cho môi trường hấp nhiệt độ cao, mơi trường huyết thanh, lịng trắng trứng, sinh tố, đường, 153 Khử trùng nước cao áp: nha bào thường bị diệt nhịêt độ ẩm 120 0C Muốn phải sử dụng nồi hấp cao áp Khử trùng lọc Một số dung dịch khử trùng nhiệt độ bị thay đổi đặc tính vật lý, hóa học, mơi trường huyết ngưng kết, men dung dịch bị phá hủy, Như mơi trường dịch dùng phương pháp lọc khử trùng tốt Hiện có nhiều loại ống lọc khác nhau, muốn lọc trước hết phải dùng ống có kích thước lớn để loại bỏ hạt có kích thước lớn Sau dùng ống lọc khử trùng Khi lọc phải sử dụng máy áp lực chân không, thường dùng để khử trùng huyết thanh, hồng cầu, khiết giống virus, lọc ADN -Câu hỏi ôn tập: Trình bày phương pháp khử trùng tác nhân vật lý? Trình bày phương pháp khử trùng tác nhân hóa học? Trình bày phương pháp khử trùng pháp sinh học? Cơ chế tác động điểm tác động chất kháng sinh? Phân loại kháng sinh vào nguồn gốc -Tài liệu tham khảo: Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (2000) Nhà xuất giáo dục Hà Nội Vũ Thị Minh Đức (2001) Thực tập vi sinh vật học Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội Hoàng Thủy Nguyên, Đặng Đức Trạch, Ninh Đức Dự, Nguyễn Hồng Điệt, Nguyễn Thị Kê, Nguyễn Thị Oanh (1974) Vi sinh y học tập I Nhà xuất Y học Hà Nội Nguyễn Vĩnh Phước(1976) Vi sinh vật học Thú y tập III Nhã xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội Phạm Hồng Sơn(2006), Giáo trình bệnh truyền nhiễm thú y Nhã xuất nông nghiệp Hà Nội Nguyễn Khắc Tuấn(1999) Vi sinh vật học, nhà xuất nông nghiệp Hà Nội Giải thích thuật ngữ: Natural killer cell: tế bào diệt tự nhiên, tế bào lympho có khả nhận diện tiêu diệt tế bào lạ tế bào chủ nhiễm virus theo cách không đặc hiệu Antigen: protein mà vào thể động vật kích thích hệ miễn dịch sinh đáp ứng miễn dịch Antibiotic : Chất kháng sinh, có tác dụng tiêu diệt vi khuẩn 154 155 ... (Algology) virus học (Virolory), Vi? ??c phân chia lĩnh vực cịn dựa vào phương hướng ứng dụng Do thấy cịn có y sinh vi sinh vật học, vi sinh vật học thú y, vi sinh vật công nghiệp, vi sinh vật học... triển ngành vi sinh vật học I ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT HỌC 1.1 Đối tượng vi sinh vật học đại cương Xung quanh chúng ta, sinh vật lớn mà nhìn thấy được, cịn có vơ vàn vi sinh vật nhỏ... hiển vi, người ta gọi chúng vi sinh vật Môn khoa học nghiên cứu hoạt động sống vi sinh vật gọi Vi sinh vật học Vi sinh vật học phát triển nhanh dẫn đến vi? ??c hình thành lĩnh vực khác nhau: vi khuẩn