Chương 1: MỞ ĐẦU  GIỚI THIỆU  LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH VI SINH VẬT  CÁC NGÀNH NGHIÊN CỨU CHUN SÂU  MỐI LIÊN HỆ CỦA VSV VÀ CÁC NGÀNH KHÁC GIỚI THIỆU  Vi sinh vật học nghiên cứu VSV  Đặc điểm chung :  Nhóm sinh vật rộng lớn đa dạng, tồn dạng chùm tế bào, hay tế bào  Kích thước nhỏ bé  Hấp thu nhiều, chuyển hố nhanh  Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh  Khả thích ứng mạnh dễ phát sinh biến dị  Phân bố rộng, nhiều chủng loại  Vi sinh vật học nghiên cứu:  Các tế bào sống hoạt động chúng  Một lớp tế bào có khả tồn dạng tế bào độc lập  Tính đa dạng tiến hố VSV  Các loại VSV khác phát sinh  Phân bố VSV  Lý do:  Ngành KH sinh học  thăm chất q trình sống  Ngành KH ứng dụng – y học, cơng nghiệp, nơng nghiệp  Các ngành nghiên cứu chun sâu  Các nhóm vi sinh vật : Vi khuẩn học, Virus học, Nấm học  Tính chất khoa học : Tế bào học vi sinh vật, Sinh lý học vi sinh vật, Di truyền học vi sinh vật…  Theo hướng ứng dụng : Vi sinh vật y học, Vi sinh vật nước, Vi sinh vật thực phẩm, Vi sinh vật cơng nghiệp… 2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VSV HỌC 2.1 TRƯỚC KHI CĨ KÍNH HIỂN VI Chưa nhận thức tồn vi sinh vật người biết tác dụng vi sinh vật gây :   Trong nơng nghiệp : bảo quản, lên men Trong phòng bệnh LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VSV HỌC 2.2 SAU KHI PHÁT MINH RA KÍNH HIỂN VI Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723) Một số hình ảnh vi sinh vật 2.3 GĐ HÌNH THÀNH KHOA HỌC VSV Louis Pasteur (1822-1895) Lên men lactique  Hiện tượng tự sinh  2.3 GĐ HÌNH THÀNH KHOA HỌC VSV  Hiện tượng tự sinh 2.3 GĐ HÌNH THÀNH KHOA HỌC VSV Robert Koch (1843-1910)  Lý thuyết mầm bệnh  Đònh đề Koch 2.3 GĐ HÌNH THÀNH KHOA HỌC VSV  Định đề Koch • Tác nhân gây bệnh nghi ngờ có mặt cá thể bị bệnh khơng tìm thấy cá thể khơng bị bệnh • Phân lập tác nhân gây bệnh từ cá thể bị bệnh • Gây bệnh thực nghiệm súc vật nhạy cảm • Phân lập tác nhân gây bệnh từ cá thể bị bệnh thực nghiệm 2.3 GĐ HÌNH THÀNH KHOA HỌC VSV Joseph Lister (1827-1912) Kỹ thuật vơ trùng ngoại khoa 2.3 GĐ HÌNH THÀNH KHOA HỌC VSV Jenner: 1798 Lần tiêm chủng vaccin 2.3 GĐ HÌNH THÀNH KHOA HỌC VSV Ivanowski (1864-1920) Phát virus năm 1892 2.4 GĐ HIỆN ĐẠI Kính hiển vi điện tử 2.4 GĐ HIỆN ĐẠI  Watson et Crick khám phá cấu trúc ADN năm 1953 2.4 GĐ HIỆN ĐẠI Mối liên hệ VSV học với ngành khác Hoạt động sống vi sinh vật với enzyme ứng dụng nhiều lĩnh vực kinh tế khác Nhưng ứng dụng nhiều nơng nghiệp, cơng nghiệp y dược 10  Các yếu tố ảnh hưởng đến tác động kháng khuẩn:  Tính chất cường độ tác dụng thân yếu tố,  Đặc tính tế bào,  Tính chất môi trường Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang  Cơ chế chung:  Phá huỷ thành tế bào  Biến đổi tính thấm màng tế bào  Thay đổi đặc tính keo nguyên sinh chất  Kiềm hãm hoạt tính  Huỷ hoại trình tổng hợp Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Độ ẩm Các yếu tố vật lý  Đa số cần nước dạng tự do, dễ hấp thu Một số ưa khô hạn (Xạ khuẩn) sử dụng nước gắn bề mặt hạt  Hoạt độ nước Aw = P/P0  Ứng dụng Acinetobacter P fluorescens Salmonella 0,990 0,957 0,950 C perfringens Escherichia coli S.aureus Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 0,970 0,950 0,860 Các yếu tố vật lý Nhiệt độ      Ảnh hưởng sâu sắc đến trình sống tế bào Vùng sinh động học 20C – 1000C (chứa nước hấp thụ) Nhiệt độ cao : biến tính protein Nhiệt độ thấp : bất hoạt trình vận chuyển chất qua màng Nhiệt độ tối thiểu, tối ưu, tối đa Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Các yếu tố vật lý Nhóm vi khuẩn Ưa lạnh (psychrophilic) Ưa ấm (mesophilic) Ưa nóng (thermophilic) Nhiệt độ sinh trưởng (0C) Cực tiểu Tối thích Cực đại -15 15 -20 0-5 10 - 20 20 - 40 40 - 45 45 - 60 60 - 80 25 - 45 Ngoài có VK chòu lạnh, VK chòu nhiệt Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Các yếu tố vật lý Ứng dụng:   Nhiệt độ thấp: Ức chế VSV- Bảo quản thực phẩm Nhiệt độ cao: Giết chết VSV  Khử trùng theo pp Pasteur 600C/ 30 ph  Tyndall: 1000C/1 giờ, lần liên tiếp cách ngày  Sấy khô tiệt trùng: 1600C-1800C/ 1-2  Autoclave: 1210C/ 15 ph Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Các yếu tố vật lý Áp lực Áp suất thẩm thấu      Màng TB màng bán thấm Ưu trương : co sinh chất Thường dùng Cmuối 10-15% Cđường 50-80% Nhược trương: tăng áp lực bên tế bào Đa số phát triển tốt Cmuối< 2% VSV ưa muối (halophilic) VSV ưa đường (saccharophilic) VSV ưa thẩm áp (osimophilic) Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Các yếu tố vật lý Áp suất thuỷ tónh   Làm chậm hay làm khả di động VK Cơ chế: áp lực cao, thể tích tế bào giảm, độ nhớt nội chất tế bào tăng  bất hoạt số enzyme, enzyme thuộc trình phân bào Áp lực thuỷ tónh cao ảnh hưởng đến chức màng tế bào chất Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 10 Các yếu tố vật lý Âm   Sóng âm thanh, đặc biệt vùng siêu âm (trên 20kHz) có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng VK Các tế bào sinh dưỡng chết nhanh chóng Các tế bào mẫn cảm: tế bào non, tế bào hình sợi Các tế bào đề kháng: cầu khuẩn, bào tử, VK kháng acid Cơ chế: Độ nhớt môi trường tăng lên, xuất chất nâng cao sức căng bề mặt hình thành bọt khí nhỏ nguyên sinh chất  tế bào bò huỷ hoại Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 11 Các yếu tố vật lý Sức căng bề mặt   Đa số môi trường dòch thể dùng phòng thí nghiệm có sức căng bề mặt khoảng 0,57-0,63 mN/cm Sức căng bề mặt thấp: màng tế bào bò tổn thương, thành phần tế bào chất bò tách khỏi tế bào Chất làm giảm sức căng bề mặt (chất có hoạt tính bề mặt): acid béo, alcohol, saponat chất khác có chuỗi carbon dài, thẳng thơm Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 12 Các yếu tố vật lý Các tia xạ Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 13 Các yếu tố vật lý Các tia xạ  Tia cực tím (UltraViolet)     Chỉ có tác dụng bề mặt Tại bước sóng 260 nm, hình thành dimer thymine, làm rối loạn cấu trúc ADN, ảnh hưởng đến việc nhân lên chép Khử trùng không khí bề mặt bộc lộ với tia – nước Gây tổn thương mắt, bỏng da VK: sửa chữa tổn thương nhờ enzyme quang tái hoạt Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 14 Các yếu tố vật lý Các tia xạ  Bức xạ ion hoá - Tia Gamma từ cobalt 60 - Có khả xuyên thấu cao - Cơ chế diệt khuẩn : hình thành gốc hydroxyl tự do, peroxid từ nước hợp chất khác - Ứng dụng: Khử trùng dược phẩm, dụng cụ y học : găng tay, ống tiêm Bảo quản thực phẩm Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 15 Ảnh hưởng yếu tố hoá học pH   Các giá trò pH (cực tiểu, tối thích, cực đại) cần cho sinh trưởng sinh sản VK tương ứng với giá trò pH cần cho hoạt động nhiều men Giới hạn pH hoạt động VSV : 4-10 Đa số VK sinh trưởng tốt pH trung bình (7,0) - VK ưa môi trường kiềm : VK nitrate hoá, VK nốt sần, Xạ khuẩn, VK phân giải ure - VK ưa acid: Acetobacter acidophilus, Thiobacillus thiooxidans, nấm mốc, nấm men Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 16 Ảnh hưởng yếu tố hoá học Thế oxy hoá khử   Biểu thò mức độ thoáng khí môi trường, rH = -log (H2) Nước bão hidro có rH = 0, bão hoà oxi có rH = 41 pH có ảnh hưởng đến giá trò rH môi trường : rH = Eh / 0,03 + 2pH (Eh : oxy hoá khử tính volt) VK kỵ khí bắt buộc sinh sản rH thấp (< 8-10) VK hiếu khí / kỵ khí tuỳ ý giới hạn rH rộng (0-30) rH>30 lợi cho sinh sản VK, VK hiếu khí bắt buộc 17 Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Ảnh hưởng yếu tố hoá học Các loại vi khuẩn dựa vào nhu cầu oxy  Vi khuẩn hiếu khí bắt buộc: cần oxy để phát triển  Vi khuẩn vi hiếu khí: cần oxy với lượng nhỏ  Vi khuẩn kỵ khí tuỳ ý: có hay oxy phát triển được, có oxy phát triển mạnh  Vi khuẩn kỵ khí bắt buộc: oxy yếu tố độc  Trong tế bào có loại hoạt hoá oxy tuỳ theo số e- chuyển đồng thời đến oxy: (1) O2 + 4e-  O2- + O2- : + 2H+ Oxydase H2O (2) O2 + 3e-  O22: + H+  H2O2 catalase H2O + O2 (3) O2 + 1e  O2 : + H2O2 + H+  O2 + H2O2 + OH O2- + 2H+ superoxit-dismutase H2O2 + O2 Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 18 Ảnh hưởng yếu tố hoá học Các tác nhân kháng khuẩn  Gồm: chất tẩy uế, chất sát khuẩn, thuốc tổng hợp - Chất tẩy uế hợp chất hóa học phá huỷ VSV gây bệnh thường dùng tẩy uế vật dụng - Chất sát khuẩn sử dụng bề mặt thể Chất sát khuẩn độc chất tẩy uế, thường ức chế VSV - Các thuốc tổng hợp sử dụng bên thể (do có độc tính chọn lọc) 19 Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Ảnh hưởng yếu tố hoá học Phenol  Gây tổn thương màng tế bào  Phenol 5% giết chết TB sinh dưỡng bào tử  Cresol (methyl phenol) dùng làm chất bảo quản đưa vào xà phòng, làm chất tẩy uế  Hexachlorophene (trộn với xà phòng) chống VK Gr+ Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 20 10 Ảnh hưởng yếu tố hoá học Rượu  Dung môi hoà tan lipid, phá vỡ màng bào tương lipid làm biến tính protein  giết chết VSV  Tác dụng diệt khuẩn alcohol tăng theo tăng TLPT  Ethanol isopropanol sử dụng rộng rãi làm chất sát trùng, có hiệu nồng độ 70% Isopropanol có hiệu sát khuẩn mạnh ethanol 21 Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Ảnh hưởng yếu tố hoá học Các halogen Chlor  Cl2 + H2O  HClO + H+ClHClO  H+ + OCl- (pH tăng phương trình chuyển sang phải) Chlor tự : Cl2, HClO, OClHClO tác dụng diệt khuẩn nhanh, mạnh OCl Các yếu tố ảnh hưởng : pH, chất hữu cơ, ánh sáng Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 22 11 Ảnh hưởng yếu tố hoá học  Các hợp chất chứa chlor Chlorua vôi CaOCl2 Calcium hypochlorite Ca(OCl)2 Sodium hypochlorite NaOCl Chloramine 23 Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Ảnh hưởng yếu tố hoá học Iodine  Iodine tan alcohol, dung dòch KI/NaI Iodine dạng liên kết với hợp chất hữu có tác dụng diệt khuẩn Tác dụng sát trùng lên tất loài VK bào tử Thường dùng sát trùng da, nước Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 24 12 Ảnh hưởng yếu tố hoá học Các tác nhân oxy hoá khác  Cl2  H2O2  KMnO4  O3  Acid peracetic : CH3COOOH 25 Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Ảnh hưởng yếu tố hoá học Các chất tẩy rửa (các chất có hoạt tính bề mặt)  Xà phòng  Muối kali natri acid bậc cao  Tác dụng diệt khuẩn yếu Pneumococcus, Streptococcus : tương đối mẫn cảm TK Gr-, VK acid, tụ cầu : đề kháng  Xà phòng làm giảm sức căng bề mặt, hoà tan, tẩy rửa vết bẩn, dầu mỡ  loại VSV  Chất tẩy rửa tổng hợp  Không kết tủa không tạo thành cặn nước cứng Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 26 13 Ảnh hưởng yếu tố hoá học Về mặt hoá học chất tẩy rửa chia thành nhóm  Chất tẩy anion: kháng khuẩn yếu thường dùng làm xà phòng Xà phòng : [C9H19COO]-Na+ Chất tẩy tổng hợp : DodecylSulfateNatri [C12H25OSO3]-Na+  Chất tẩy cation: Diệt khuẩn VK gr+ gr-, thường dùng làm chất tẩy uế dụng cụ nhà máy chế biến, bệnh viện Sử dụng rộng rãi hợp chất ammonium bậc Vd : Cetylpyridinium chloride (Ceepryn), Cetrimide, Zephiran  Chất tẩy không ion hoá: không kháng khuẩn polysorbate 80, octoxynol 27 Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Ảnh hưởng yếu tố hoá học Các tác nhân alkyl hoá  Gắn nhóm methyl hay ethyl vào phân tử tế bào protein ADN làm chúng chức  Formaldehyde Làm chất bảo quản ướp xác, bảo quản, cố đònh mô Được sử dụng sản xuất vaccine, phá huỷ VSV không tác động đến đặc tính kháng nguyên  Glutaraldehyde có hiệu hơn, độc formaldehyde, sử dụng ngày tăng để khử trùng dụng cụ phẩu thuật Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 28 14 Ảnh hưởng yếu tố hoá học  Ethylene oxide (EtO) Dễ dàng thấm qua giấy, áo quần, plastic  khử trùng dụng cụ sử dụng đóa Petri, ống tiêm, ống sonde Công nghiệp thực phẩm: bảo quản gia vò, trái khô, Bệnh viện: khử trùng dụng cụ phẩu thuật EtO độc hít phải, nổ nên thường trộn với khí trơ khác Sau khử trùng buồng thổi mạnh khí trơ để loại hết EtO sót lại  -propiolactone (BPL): gây nổ, phá huỷ VSV mạnh EtO, khả xâm nhập gây ung thư  không sử dụng làm tác nhân khử trùng thường xuyên EtO 29 Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Ảnh hưởng yếu tố hoá học Kim loại nặng  Ở dạng nguyên chất hay hợp chất độc đối VK, tác dụng diệt khuẩn bất hoạt nhóm -SH  Bạc: có tác dụng diệt khuẩn mạnh giải phóng ion vào môi trường (AgNO3 dùng làm chất sát khuẩn)  Thuỷ ngân: merbromin (mercurochrome), nitromersol (metaphen), thimerosal (merthiolate) sử dụng để khử trùng dụng cụ, sát khuẩn da, rửa niệu quản  Đồng: Sulfate đồng (CuSO4) sử dụng để giết tảo Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 30 15 Ảnh hưởng yếu tố hoá học Thuốc nhuộm  Đa số thuốc nhuộm VK kiềm hãm chúng  Thuốc nhuộm base tác dụng mạnh pH thích hợp, chúng có lực với nhóm phosphate nucleoprotein nhóm carboxyl protein Một số thuốc nhuộm chủ yếu acridine bò ion hoá mạnh, dễ dàng tạo thành phức hợp với kim loại quan trọng tế bào  Crystal violet, Acriflavin tác dụng lên VK gr+ Vert malachite, Vert brillant tác dụng chọn lọc lên VK gr- 31 Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang Các yếu tố sinh học  Kháng thể  Kháng sinh Thử nghiệm nhạy cảm kháng sinh (1) Phương pháp xác đònh MIC (nồng độ ức chế tối thiểu) (2) Phương pháp khuếch tán đóa Ng Minh Trí- ĐH Nha Trang 32 16