Chương 1: Kiểm tra vi sinh vật 1.1 Một số phương pháp xác định chủng loại vi sinh vật Phần Giới thiệu môn học Phân loại vi sinh vật: - Vi sinh vật nhóm phân loại sinh giới mà bao gồm tất sinh vật có kích thước hiển vi, không thấy rõ mắt thường, phải sử dụng kính hiển vi thường kính hiển vi điện tử Ngoài muốn nghiên cứu vi sinh vật người ta phải sử dụng tới phương pháp nuôi cấy vô khuẩn -Từ trước đến có nhiều hệ thống phân loại sinh vật Các đơn vị phân loại sinh vật nói chung vi sinh vật nói riêng từ thấp lên cao Loài (Species), Chi (Genus), Họ (Family), Bộ (Order), Lớp (Class), Ngành (Phylum), Giới (Kingdom) - Ray (1627-1705) Carl Von Linnaeus (1707-1778) chia giới Thực vật Động vật Năm 1866 E H Haeckel (18341919) bổ sung thêm giới Nguyên sinh (Protista)  Năm 1969 R H Whitaker (1921-1981) đề xuất hệ thống phân loại giới : Khởi sinh (Monera), Nguyên sinh (Protista), Nấm (Fungi), Thực vật (Plantae) Động vật (Animalia) Khởi sinh bao gồm Vi khuẩn (Bacteria) Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) Nguyên sinh bao gồm Động vật nguyên sinh (Protozoa), Tảo (Algae) Nấm sợi sống nước (Water molds)  Gần có hệ thống phân loại giới giới thêm giới Cổ vi khuẩn (Archaebacteria), T Cavalier-Smith (1993) lại đề xuất hệ thống phân loại giới: Vi khuẩn thật (Eubacteria), Cổ vi khuẩn (Archaebacteria), Cổ trùng (Archezoa), Sắc khuẩn (Chromista), Nấm (Fungi), Thực vật (Plantae) Động vật (Animalia) Năm 1980, Carl R Woese dựa nghiên cứu sinh học phân tử đưa hệ thống phân loại ba lĩnh giới (Domain) bao gồm: Cổ khuẩn (Archae), Vi khuẩn (Bacteria) Sinh vật nhân thực (Eucarya) Vi khuẩn Cổ khuẩn thuộc nhóm Sinh vật nhân sơ (Prokaryote), sinh vật khác thuộc nhóm Sinh vật nhân thật (Eukaryote)  Người ta ước tính số 1,5 triệu loài sinh vật có khoảng 200 000 loài vi sinh vật (100 000 loài động vật nguyên sinh tảo, 90 000 loài nấm, 2500 loài vi khuẩn lam 1500 loài vi khuẩn) Virus dạng đặc biệt chưa có cấu trúc thể chưa kể đến số 200 000 loài vi sinh vật nói Số virus đặt tên khoảng 4000 loài Tuy nhiên hàng năm, có thêm hàng nghìn loài sinh vật phát hiện, có không loài vi sinh vật Trong thực tế, số loài vi sinh vật phải tới hàng triệu loài Điều nói lên rằng, xác định chủng loại vsv việc làm không đơn giản  Vi sinh vật đóng vai trò vô quan trọng thiên nhiên sống người Nó biến đá mẹ thành đất trồng, làm giàu chất hữu đất, tham gia vào tất vòng tuần hoàn vật chất tự nhiên Nó khâu quan trọng chuỗi thức ăn hệ sinh thái Nó đóng vai trò định trình tự làm môi trường tự nhiên  Từ xa xưa, người biết sử dụng vi sinh vật đời sống hàng ngày Các trình làm rượu, làm dấm, làm tương, muối chua thực phẩm ứng dụng đặc tính sinh học nhóm vi sinh vật Khi khoa học phát triển, biết rõ vai trò vi sinh vật, việc ứng dụng sản xuất đời sống ngày rộng rãi có hiệu lớn: Sản xuất sản phẩm thực phẩm với chất lượng ngày cao, chế vacxin phòng bệnh, sản xuất chất kháng sinh dược phẩm quan trọng khác Đặc biệt bảo vệ môi trường, người ta sử dụng vi sinh vật làm môi trường, xử lý chất thải độc hại Sử dụng vi sinh vật việc chế tạo phân bón sinh học, thuốc bảo vệ thực vật không gây độc hại cho môi trường, bảo vệ mối cân sinh thái  Trong thiên nhiên nhóm vi sinh vật có ích trên, có nhóm vi sinh vật gây hại Đó nhóm vi sinh vật gây bệnh cho người, động vật thực vật, nhóm vi sinh vật gây ô nhiễm thực phẩm, ô nhiễm nguồn nước, đất không khí Nếu nắm vững sở sinh học tất trình có lợi hay có hại trên, ta đưa biện pháp khoa học để phát huy mặt có lợi hạn chế mặt gây hại vi sinh vật, đặc biệt bảo vệ môi trường Năng lực thích ứng vi sinh vật vượt xa so với động vật thực vật Trong trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật tạo cho chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng với điều kiện sống bất lợi Vi sinh vật vô phong phú thành phần số lượng Chúng bao gồm nhóm khác có đặc tính khác hình dạng, kích thước, cấu tạo đặc biệt khác đặc tính sinh lý, sinh hoá Phần Cơ sở phân biệt chủng loại vsv: Dựa vào đặc tính hình thái vsv: - hình dạng - kích thước - cấu tạo tế bào - khả di động, bố trí tiên mao - khả hình thành bào tử - nhuộm màu Gram 2.3 Hô hấp trình lên men - Một số vi sinh vật lên men nguồn chất điều kiện kỵ khí, ngược lại, điều kiện hiếu khí chúng chuyển hoá theo đường oxy hoá Một số dòng vi sinh vật khác chuyển hoá chất hai cách Sự khác biệt đường chuyển hoá nguồn chất hữu phụ thuộc vào nhóm vi sinh vật, giống hay loài, vào đường khác biệt phân biệt loài với 2.4 Hình thức sinh sản quy luật biến hoá hình thái trình phát triển cá thể - Hình thức sinh sản cá thể làm sở để phân biệt loài vsv với 2.5 Dựa vào đặc tính khác: - Năng lực thích ứng: Một số vi sinh vật tạo cho chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng với điều kiện sống khác nhau, kể điều kiện bất lợi mà sinh vật khác thường tồn Có vi sinh vật sống môi trường nóng đến 130 0C, lạnh đến -50 0C, mặn đến nồng độ 32% muối ăn, đến nồng độ mật ong, pH thấp đến 0,5 cao đến 10,7; áp suất cao đến 1103 at Nhiều vi sinh vật phát triển tốt điều kiện tuyệt đối kỵ khí, có loài nấm sợi phát triển dày đặc môi trường với nồng độ Formol cao - Các đặc tính phạm vi pH, nhiệt độ thích hợp, phân bố tự nhiên Dựa vào đặc tính sinh hoá: - Các sản phẩm trao đổi chất rượu, axit, loại khí CO2, H2S, NH3, chất kháng sinh, enzym, vitamin, độc tố, sản phẩm bậc khác 3.1 Thử nghiệm khả sinh H2S Nguyên tắc: Xác định khả sinh H2S từ hợp chất hữu vô chứa lưu huỳnh trình phát triển vi khuẩn tạo nên vệt màu đen môi trường nuôi cấy Cơ sở sinh hoá: Khi phân giải protein thu aminoacid, vi sinh vật dị dưỡng sử dụng aminoacid để trao đổi trình sinh trưởng phát triển phóng thích khí H2S từ amonoacid chứa lưu huỳnh Các nguồn pepton, cystein, cystine, sulphite, thiosulphate nguồn chứa lưu huỳnh, loài vi sinh vật khác sử dụng số hợp chất chứa lưu huỳnh định để tạo H2S Các enzym vi sinh vật tham gia vào trình  Một vi sinh vật tạo H2S nuôi cấy môi trường chứa hợp chất lưu huỳnh mà chúng có khả đồng hoá khử hợp chất để tạo nên khí H2S Trong môi trường có chứa ion kim loại ion sắt dấu hiệu để nhận biết H2S Các hợp chất nhận biết H2S sắt, FeSO4, ferric amonium sulphate, sodium thiosulphate, bismuth sulphite Nguyên tắc để nhận biết H2S hợp chất sau: H2S + Fe2+ = FeS + H+ Các hợp chất sulphur kim loại có dấu hiệu màu đen 3.2 Thử nghiệm khả lên men nguồn Carbonhydrate Nguyên tắc:  Nhằm thử nghiệm khả lên men nguồn carbohydrate xác định môi trường nuôi cấy để tạo acid tạo  Cơ chế sinh hóa:  Carbonhydrate chia thành nhóm sau monosaccharide, aldehyde hay ketone, polysaccharide hay oligosaccharide, polyhydric alcohol cyclitol, sản phẩm khử monosacchride Các sản phẩm cuối nhận từ lên men chất hydrate carbon phụ thuộc vào nhân tố như: (1) dòng vi sinh vật lên men; (2) chất tự nhiên dùng để lên men; (3) thời gian, nhiệt độ pH môi trường Các sản phẩm cuối trình lên men nguồn hydrate carbon alcohol thường dạng khí (H2, CO2), acid hữu cơ, alcohol vài keton … Đối với nguồn carbon glucose, số vi sinh vật lên men nguồn chất điều kiện kỵ khí, ngược lại, điều kiện hiếu khí chúng chuyển hoá theo đường oxy hoá Một số dòng vi sinh vật khác chuyển hoá chất hai cách Sự khác biệt đường chuyển hoá nguồn chất hữu phụ thuộc vào nhóm vi sinh vật, giống hay loài, vào đường khác biệt phân biệt loài với Dựa vào kỹ thuật sinh học phân tử: (Các đặc điểm nhân tố di truyền vsv)  Ngày người có nhiều nghiên cứu chuyên sâu vsv dựa phát triển sinh học phân tử kỹ thuật di truyền đại Các nghiên cứu sâu vào chất sống mức độ phân tử, sâu vào kỹ thuật cấy mô tháo lắp gen vsv đưa kỹ thuật vào công nghệ sinh học Sinh học phân tử môn khoa học nghiên cứu giới sinh vật mức độ phân tử, chủ yếu tập trung nghiên cứu mối tương tác hệ thống cấu trúc khác tế bào, bao gồm mối quan hệ qua lại trình tổng hợp ADN, ARN protein tìm hiểu cách thức điều hòa mối tương tác Bản đồ gene thực chất trình tự Nucleotit (A, T, C, G) phân tử ADN nhiễm sắc thể Trình tự mang tính chất đặc hiệu mặt số lượng, tỷ lệ đặc biệt nghiêm ngặt việc xếp thứ tự Nucleotit  Định tính vsv (Indentification) Đồng định thực phòng thí nghiệm có quy mô Đồng định hay gọi chẩn đoán phòng thí nghiệm (Laboratory diagnosis) Thực chất mô tả đối tượng ta có, để quy thuộc vào nhóm đối tượng mô tả, xếp lớp đặt tên khứ biết có liên quan đến bệnh hay tượng (lên men, )  Quá trình quy thuộc vào nhóm nhỏ tốt Trong công nghệ thực phẩm, chế biến nguyên vật liệu để thu sản phẩm thực phẩm bia, sữa, rượu, bánh mỳ…nhờ hoạt động sống chủng loại vi sinh chủng Tuy vậy, vấn đề kịp thời phát xử lý nhiễm vi sinh vật lạ quan trọng xác suất xẩy nhiễm khuẩn có lúc Các ngành sản xuất khác có phương pháp khác để kiểm tra, kiểm soát công nghệ nhà máy sản xuất thực phẩm [...]... các nguyên tố chứa trong cùng một loài vi sinh vật cũng không giống nhau Trong tế bào vi sinh vật các hợp chất được phân thành hai nhóm lớn: (1) nước và các muối khoáng; (2) các chất hữu cơ Nước chiếm đến 70 - 90 % khối lượng cơ thể vi sinh vật Phần nước có thể tham gia vào quá trình trao đổi chất của vi sinh vật được gọi là nước tự do Đa phần nước trong vi sinh vật đều ở dạng nước tự do Nước kết hợp... protein, axit nucleic, lipit, hydrat- cacbon Vitamin cũng có sự khác nhau rất lớn về nhu cầu của vi sinh vật Có những vi sinh vật tự dưỡng chất sinh trưởng, chúng có thể tự tổng hợp ra các vitamin cần thiết Nhưng cũng có nhiều vi sinh vật dị dưỡng chất sinh trưởng, chúng đòi hỏi phải cung cấp nhiều loại vitamin khác nhau với liều lượng khác nhau Người ta sử dụng những đặc điểm riêng biệt của từng loài... protein Rất nhiều vi sinh vật có được khả năng này, đặc biệt là các vi sinh vật gây thối yếm khí Loại thứ ba là vi sinh vật không có các acid amine trong môi trường vẫn phát triển được, nhưng nếu có mặt của một số acid amine thì chúng phát triển tốt hơn Nhu cầu về các loại acid amine ở các loài vi sinh vật khác nhau là không giống nhau Để tìm hiểu mối quan hệ giữa acid amine của một chủng vi khuẩn nào... có 3 mối quan hệ khác nhau đối với từng loại vi sinh vật Có những loại vi sinh vật không cần đòi hỏi cung cấp bất kỳ một loại acid amine nào Chúng có khả năng tổng hợp ra toàn bộ những acid amine mà chúng cần từ những nguồn nitơ vô cơ hay hữu cơ chuyển thành dạng NH3 để xây dựng cơ thể Người ta gọi nhóm vi sinh vật này là tự dưỡng amine Có những vi sinh vật bắt buộc phải cung cấp thêm một số acid amine... tế bào vi sinh vật luôn luôn tồn tại ở những tỷ lệ nhất định, nhằm duy trì độ pH và áp suất thẩm thấu thích hợp cho từng loại vi sinh vật  Chất hữu cơ trong tế bào vi sinh vật chủ yếu được cấu tạo bởi các nguyên tố: C, H, O, N, P, S Riêng các nguyên tố C, H, O, N chiếm tới 90 - 97% toàn bộ chất khô của tế bào Đó là các nguyên tố chủ yếu cấu tạo nên protein, axit nucleic, lipit, hydrat- cacbon Vitamin... khả năng tổng hợp được, người ta gọi chúng là vi sinh vật dị dưỡng acid amine, loại này chúng tổng hợp protein và nguyên sinh chất của mình từ những acid amine có sẵn, acid amine được sử dụng làm nguyên liệu trực tiếp không bị phân giải thành NH3 Protein là hợp chất cao phân tử chúng không thể xâm nhập vào tế bào vi sinh vật Vì vậy chỉ có những vi sinh vật tiết vào môi trường men protease thủy phân... cách phân biệt từng acid amine một Theo dõi sự phát triển của vi sinh vật, sẽ xác định được nhu cầu của chúng đối với từng loại acid amine Nhiều vi sinh vật có khả năng dùng một loại acid amine nào đó làm nguồn thức ăn nitơ duy nhất Chúng sẽ phân giải amine này thành NH3 rồi sau đó tự tổng hợp nên các acid amine khác Có những chủng vi sinh vật biểu hiện mối quan hệ mật thiết giữa nồng độ một acid amine... khoáng (nhu cầu các nguyên tố vi lượng và nguyên tố đại lượng)… - Hô hấp và quá trình lên men - Hình thức sinh sản và quy luật biến hoá hình thái trong quá trình phát triển cá thể 2.1 Các chất dinh dưỡng  Các chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật là bất kỳ chất nào được vi sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành... cầu sinh trưởng và phát triển được gọi là quá trình dinh dưỡng Chất dinh dưỡng phải là những hợp chất có tham gia vào các quá trình trao đổi chất nội bào Thành phần hoá học của tế bào vi sinh vật quyết định nhu cầu dinh dưỡng của chúng Thành phần hoá học của các chất dinh dưỡng được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, các nguyên tố khoáng đa và vi lượng Lượng các nguyên tố chứa ở các vi sinh vật. .. thường có chiều dài thay đổi tuỳ theo loài vi khuẩn Các vi sinh vật khác nhau có số lượng và sự sắp xếp các tiên mao trên tế bào khác nhau 1.5 khả năng hình thành bào tử: Bào tử là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn Một số vi khuẩn có khả năng hình thành bào tử Một số loài không có khả năng này 1.6 sự nhuộm màu Gram Dựa vào tính chất hoá học của thành tế bào và tính chất bắt màu của nó, người ta chia