Trao đổi trực tuyến tại: www.mientayvn.com/chat_box_sinh.html TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THỦY SẢN Giáo trình VI SINH ĐẠI CƯƠNG Ts Đặng Thị Hoàng Oanh 2008 THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ Họ tên tác giả: Ts Đặng Thị Hoàng Oanh Sinh năm 1969 Cơ quan công tác: Bộ môn sinh học bệnh thuỷ sản, Khoa Thuỷ sản Đại học Cần Thơ E-mail: PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG Sinh viên ngành: Nuôi trồng thuỷ sản bệnh học thuỷ sản Dùng cho trường Cao đẳng đại học Từ khoá: vi sinh vật, vi khuẩn, vi-rút, vi nấm, nguyên sinh động vật, Vi khuẩn lam, vi sinh vật nước Yêu cầu kiến thức trước học: sinh học bản, sinh hoá MỤC LỤC THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ 1 THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG MỤC LỤC GIỚI THIỆU Chương MỞ ĐẦU 1.1 VI SINH VẬT VÀ VI SINH VẬT HỌC 1.2 VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN VÀ ĐỐI VỚI ĐỜI SỐNG CON NGƯỜI 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC .8 Chương VI SINH VẬT NHÂN NGUYÊN 14 2.1 VI KHUẨN THẬT 14 2.1.1 Vi khuẩn 14 2.1.1.1 Kích thước hình dạng 14 2.1.1.2 Cấu tạo tế bào 16 2.1.2 Xạ khuẩn 23 2.1.3 Vi khuẩn lam 24 2.1.4 Vi khuẩn nguyên thủy .26 2.1.4.1 Mycoplasma 26 2.1.4.2 Ricketxi .27 2.1.4.3 Clamydia 28 2.2 VI KHUẨN CỔ .28 2.2.1 Vi khuẩn sinh khí mêtan 28 2.2.2 Vi khuẩn ưa mặn .28 2.2.3 Vi khuẩn ưa nhiệt 29 Chương VI SINH VẬT NHÂN THẬT 30 3.1 VI NẤM .30 3.1.1 Đặc điểm chung vi nấm 30 3.1.2 Nấm men 31 3.1.2.1 Hình thái nấm men .31 3.1.2.2 Sinh sản nấm men .32 3.1.3 Nấm sợi 33 3.1.3.1 Hình thái cấu trúc nấm sợi .33 3.1.3.2 Sinh sản nấm sợi 35 3.2 MỘT SỐ NGUYÊN SINH ĐỘNG VẬT 36 3.3 TẢO .38 Chương VIRUT 41 4.1 LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VIRUT 41 4.2 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA VIRUT .41 4.3 HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO CỦA VIRUT 42 4.3.1 Kích thước hình dạng virut 42 4.3.2 Cấu tạo virut 42 4.3.2.1 Axit nucleic (lõi) .42 4.3.2.2 Vỏ protein (capsit) 43 4.3.2.3 Màng bao 44 4.3.3 Cấu tạo thể thực khuẩn .44 4.3.4 Các dạng cấu trúc đối xứng virut 44 4.3.4.1 Virut đối xứng xoắn 44 4.3.4.2 Virut đối xứng khối 46 4.3.4.3 Virut đối xứng phức hợp 47 4.4 CÁC HÌNH THỨC SAO CHÉP CỦA VIRUT 48 4.4.1 Sao chép virut động virut thực vật 48 4.4.1.1 Giai đoạn hấp thụ bề mặt tế bào ký chủ 48 4.4.1.2 Giai đoạn xâm nhập vào bên tế bào chủ 48 4.4.1.3 Giai đoạn tổng hợp thành phần virut 49 4.4.1.4 Giai đoạn lắp ráp .50 4.4.1.5 Giai đoạn phóng thích .50 4.4.2 Sự chép thể thực khuẩn (phage) 51 4.4.2.1 Các giai đoạn chu trình tan 51 4.4.2.2 Các giai đoạn chu trình tiềm tan .52 Chương DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT 55 5.1 DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT 55 5.2 NGUỒN THỨC ĂN CABON CỦA VI SINH VẬT 56 5.3 NGUỒN THỨC ĂN NITƠ CỦA VI SINH VẬT 57 5.4 NGUỒN THỨC ĂN KHOÁNG CỦA VI SINH VẬT 58 5.5 NHU CẦU VỀ CHẤT SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 58 5.6 CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO VI SINH VẬT.60 5.7 MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI SINH VẬT 60 Chương SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT .61 6.1 ĐƯƠNG CONG SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 61 6.1.1 Giai đoạn chuẩn bị (pha lag): 62 6.1.2 Giai đoạn tăng trưởng nhảy vọt (pha log): 62 6.1.3 Giai đoạn ổn định (pha ổn định): 62 6.1.4 Giai đoạn chết (pha tử vong): 62 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỰ TĂNG TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT .62 6.2.1 Các phương pháp xác định số lượng tế bào 62 6.2.2 Các phương pháp xác định sinh khối tế bào 63 6.2.2.1 Các phương pháp trực tiếp 63 6.2.2.2 Các phương pháp gián tiếp 64 6.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ BÊN NGÀI LÊN SỰ PHÁT TRIẺN CỦA VI SINH VẬT .64 6.3.1 Cơ chế tác dụng yếu tố bên lên vi khuẩn 64 6.3.1.1 Phá hủy thành tế bào: 64 6.3.1.2 Biến đổi tính thấm màng tế bào chất: 65 6.3.1.3 Thay đổi đặc tính keo nguyên sinh chất: 65 6.3.1.4 Kìm hãm hoạt tính: 65 6.3.1.5 Hủy hoại trình tổng hợp: 65 6.3.2 Các yếu tố vật lí .65 6.3.2.1 Độ ẩm 65 6.3.2.2 Nhiệt độ .65 6.3.2.3 Áp lực áp suất thẩm thấu 67 6.3.2.4 Âm 67 6.3.2.5 Sức căng bề mặt 67 6.3.2.6 Các tia xạ 67 6.3.3 Các yếu tố hoá học 68 6.3.3.1 Ảnh hưởng pH môi trường: 68 6.3.3.2 Oxi 69 6.3.3.3 chất diệt khuẩn (sát trùng) 69 6.3.4 Các yếu tố sinh học 70 Chương DI TRUYỀN CỦA VI SINH VẬT 71 7.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ DI TRUYỀN CỦA VI SINH VẬT 71 7.2 DI TRUYỀN Ở VIRUT .72 7.3 DI TRUYỀN Ở VI KHUẨN 73 7.3.1 Hiện tượng biến nạp 73 7.3.2 Hiện tượng tải nạp 75 7.3.2.1 Tải nạp không đặc hiệu .75 7.3.2.2 Tải nạp đặc hiệu 75 7.3.3 Hiện tượng tiếp hợp .76 7.4 DI TRUYỀN Ở VI SINH VẬT NHÂN THẬT 78 7.5 ĐỘT BIẾN VÀ SỰ PHÁT SINH ĐỘT BIẾN 79 Chương SINH CẢNH VÀ VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT NƯỚC 81 8.1 SINH CẢNH VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT NƯỚC 81 8.1.1 Sinh cảnh vi sinh vật nước 81 8.1.2 Sự phân bố vi sinh vật thuỷ vực 82 8.2 VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG CÁC VÙNG NƯỚC 83 8.2.1 Tham gia phân giải chất hữu thủy vực 83 8.2.2 Tham gia vòng tuần hoàn vật chất thuỷ vực 84 8.2.2.1 Vòng tuần hoàn cac bon 84 8.2.2.2 Vòng tuần hoàn oxy 86 8.2.2.3 Vòng tuần hoàn nitơ 86 8.2.2.4 Vòng tuần hoàn lưu huỳnh 87 8.2.3 Vai trò vi sinh vật chuỗi dinh dưỡng thuỷ vực 88 8.2.4 Tham gia vào lắng cặn 89 8.2.5 Vi sinh vật làm bẩn nước .90 8.2.6 Vi sinh vật tác nhân gây bệnh nước 91 8.2.7 Vi sinh vật tự làm nguồn nước 91 Chương MẦM BỆNH VI SINH VẬT VÀ CƠ CHẾ BẢO VỆ CỦA VẬT CHỦ 93 9.1 MẦM BỆNH VI SINH VẬT 93 9.1.1 Mầm bệnh vi khuẩn .93 9.1.2 Mầm bệnh nấm 94 9.1.3 Mầm bệnh virut .95 9.2 MIỄN DỊCH HỌC .96 9.2.1 Các loại miễn dịch 96 9.2.1.1 Miễn dịch tự nhiên (bẩm sinh) 96 9.2.1.2 Miễn dịch thu 96 9.2.2 Các chế miễn dịch thể sinh vật 97 9.2.2.1 Miễn dịch tế bào đặc biệt .97 9.2.2.2 Kháng nguyên, kháng thể phản ứng huyết 98 GIỚI THIỆU Vi sinh đại cương môn học sở cung cấp kiến thức cho sinh viên chuyên ngành nuôi trồng thủy sản môi trường Là sở để sinh viên tiếp thu kiến thức môn học chuyên ngành bệnh học thủy sản, dinh dưỡng, quản lý môi trường động thái ao nuôi thủy sản Để học tốt môn vi sinh đại cương, sinh viên cần phải có kiến thức di truyền, sinh học sinh hóa học đại cương Phần lý thuyết giáo trình biên soạn tập trung vào hai phần phần vi sinh vật học đại cương vi sinh vật nước Nội dung môn học bao gồm kiến thức lịch sử trình phát sinh phát triển ngành vi sinh vật, thành tựu đạt triển vọng ngành vi sinh vật đời sống sản xuất Trọng tâm môn học sâu vào kiến thức cấu trúc, chức hoạt động sống vi sinh vật Môn học đề cập đến mối quan hệ vi sinh vật với yếu tố môi trường vai trò vi sinh vật môi trường nước Phần tài liệu tham khão sử dụng để xây dựng giáo trình trình bày sau chương Sinh viên tìm thấy tài liệu từ thư viện trung tâm hay thư viện Khoa Thuỷ sản Phần thực hành vi sinh vật học cung cấp kiến thức hỗ trợ cho phần lý thuyết sở để sinh viên tiếp cận phương pháp phân tích nghiên cứu vi sinh vật dùng chuyên ngành môi trường nuôi trồng thủy sản Chương MỞ ĐẦU 1.1 VI SINH VẬT VÀ VI SINH VẬT HỌC Vi sinh vật học ngành khoa học chuyên nghiên cứu vi sinh vật bao gồm: (1) cấu tạo đời sống vi sinh vật; (2) đa dạng sinh học tiến hoá vi sinh vật (3) vai trò vi sinh vật tự nhiên đời sống động, thực vật người Vi sinh vật sinh vật có kích thước nhỏ muốn thấy rõ chúng người ta phải sử dụng tới kính hiển vi Vi sinh vật thường đo micromet (µm) nanomet (nm) Các vi sinh vật thường đơn bào đa bào có cấu trúc đơn giản phân hoá Khác với tế bào động vật thực vật, tế bào vi sinh vật có khả sống, phát triển sinh sản cách độc lập tự nhiên (hình 1) Hình Cơ thể sinh vật (a) súc vật (b) có cấu tạo từ nhiều tế bào Vi sinh vật sinh vật đơn bào (c & d) Trong hệ thống phân loại tổng quát, vi sinh vật chia thành nhóm vi sinh vật nhân nguyên thủy (gồm có vi khuẩn, xạ khuẩn, vi khuẩn lam vi khuẩn nguyên thủy); vi sinh vật nhân thật (gồm có vi nấm, tảo số nguyên sinh động vật); virút (virút nhóm vi sinh vật đặc biệt chưa có cấu tạo tế bào vi sinh vật có mức độ tiến hoá thấp nhất) Các môn học chuyên sâu thuộc ngành vi sinh vật học phân chia theo nhóm vi sinh vật riêng biệt bao gồm virút học, vi khuẩn học, nấm học, tảo học ký sinh trùng học Các chuyên ngành nghiên cứu tính chất riêng biệt vi sinh vật bao gồm tế bào học, phân loại học, sinh lý học, sinh hóa học, di truyền học vi sinh vật, v.v Vi sinh vật học có chuyên ngành ứng dụng nhiều lảnh vực vi sinh học y học, vi sinh học công nghiệp, vi sinh học thực phẩm, vi sinh học thú y, bệnh lý thực vật, vi sinh học đất, vi sinh học nước, vi sinh học không khí, v.v 1.2 VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN VÀ ĐỐI VỚI ĐỜI SỐNG CON NGƯỜI Vi sinh vật phân bố khắp nơi trái đất đa dạng chủng loài Tuy nhỏ bé sinh giới lực hấp thu chuyển hóa vi sinh vật vượt xa sinh vật bậc cao chúng có tốc độ tăng trưởng sinh sôi nảy nở lớn Trong trình tiến hóa lâu dài vi sinh vật tạo cho chế điều hòa trao đổi chất để thích ứng với điều kiện sống bất lợi Năng lực thích ứng vi sinh vật vượt xa so với động vật thực vật Vi sinh vật dễ phát sinh biến dị thường đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống Do mà vi sinh vật có vai trò quan trọng thiên nhiên hoạt động sống người Trong nông nghiệp, vi sinh vật sống đất nước tham gia tích cực vào trình phân giải xác hữu thành CO2 hợp chất vô dùng làm thức ăn cho trồng sinh vật khác Các vi sinh vật cố định nitơ thực việc biến khí nitơ không khí thành hợp chất nitơ cung cấp cho cối Vi sinh vật có khả phân giải hợp chất khó tan chứa P, chứa K, chứa S tạo vòng tuần hoàn tự nhiên Vi sinh vật tham gia tích cực trình hình thành chất mùn Vi sinh vật nguồn thức ăn tự nhiên quan trọng thủy vực, thành phần chủ yếu chế phẩm sinh học dùng cho việc quản lý môi trường nuôi thuỷ sản Một số nhóm vi khuẩn có tác dụng lớn hệ thống lọc sinh học Trong công nghệ thực phẩm, vi sinh vật lực lượng sản xuất trực tiếp công nghiệp lên men Vi sinh vật sinh nhiều sản phẩm trao đổi chất khác số có nhiều sản phẩm đa sản xuất lớn qui mô công nghiệp men bánh mì, rượu etilic, riboflavin, vitamin B2, penixilin, streptomixin, oxitetraxilin… Trong nguồn lượng mà người khai thác mạnh mẽ tương lai có lượng thu từ khối lượng chất sống vi sinh vật Vi sinh vật động lực để vận hành bể sinh khí sinh học Vi sinh vật có vai trò quan trọng việc phân giải phế thải nông nghiệp, phế thải đô thị, phế thải công nghiệp chúng đóng vai trò quan trọng việc bảo vệ môi trường Tuy nhiên, có không vi sinh vật gây bệnh cho người, gia súc, gia cầm, tôm cá trồng Một số vi sinh vật gây ô nhiễm môi trường Một số khác hư hao biến chất lương thực, thực phẩm, nguyên liệu, vật liệu, hàng hóa hay sản sinh độc tố 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC Từ cổ xưa, chưa nhận thức tồn vi sinh vật, người có kinh nghiệm việc lợi dụng vi sinh vật có ích phòng tránh vi sinh vật có hại đời sống sản xuất nấu rựu, muối dưa, ủ phân Ngay từ trước Công nguyên có tài liệu đề cập đến chất sống tác nhân gây bệnh truyền nhiễm Dần dần người nhận có mặt sinh vật nhỏ nhìn thấy mắt thường, năm 1664 điều xác định Robert Hooke (16351703) lần mô tả tế bào nấm mốc quan sát kính hiển vi (hình 2) (a) (b) Hình (a) Kính hiển vi R Hook sử dụng mô tả tế bào nấm mốc; (b) Tế bào nấm mốc mọc bề mặt da thuộc Người nhìn thấy mô tả chi tiết hình thái nhiều loại vi sinh vật Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) người Hà Lan Ông người chế tạo kính hiển vi thô sơ có phóng đại từ 270-300 lần Ông quan sát thứ chung quanh nhìn thấy vi khuẩn ký sing trùng Tất quan sát miêu tả ông xuất vào năm 1684 (hình 3) b a c Hình (a) Kính hiển vi Leeuwenhoek; (b) Hình vẽ vi khuẩn xuất năm 1864; (c) Tiêu máu người chụp kính hiển vi Leeuwenhoek Những quan sát Leeuwenhoek nhiều người khác tiếp tục khẳng định Tuy nhiên vào thời kỳ trình tìm hiểu vi sinh vật tầm quan trọng chúng tự nhiên tiến triển chậm Chỉ tới đầu kỹ thứ 19 với đời kính hiển vi quang học hoàn chỉnh, nghiên cứu vi sinh vật có bước phát triển rỏ rệt Hình 79 Vị trí vi sinh vật chuỗi dinh dưỡng thuỷ vực Các chuỗi dinh dưỡng chiếm vị trí quan trọng hệ sinh thái tự nhiên thủy vực Trong tất các thủy vực, vi sinh vật có chức quan trọng chuỗi dinh dưỡng Chúng hấp thu chất hữu hòa tan phần lớn sinh vật sơ cấp tức sinh vật nội địa thải vào nước Ngoài có chất có nguồn gốc từ động vật từ nước từ đất thuỷ vực nội địa từ bờ biển Các chất vi sinh vật chuyển hoá nhanh thành dạng hạt phần lớn động vât khác tiêu hoá, nhờ chúng xâm nhập vào chuỗi dinh dưỡng Khả hấp thu chất hữu có nồng độ thấp vi sinh vật đóng vai trò quan trọng Nhờ có vi sinh vật mà chất hữu có nồng độ thấp gần không sử dụng lại đưa vào chuỗi dinh dưỡng Vi sinh vật có vai trò quan trọng việc cung cấp CO2 cho thực vật thực trình quang hợp tạo O2 thủy vực Bản thân vi sinh vật sau nhiều động vật khác dùng làm thức ăn vi sinh vật lại thuộc mắc xích thức ăn khác chuỗi dinh dưỡng (hình 79) Vi khuẩn nấm dị dưỡng có vai trò đặc biệt quan trọng việc làm thức ăn cho sinh vật khác 8.2.4 Tham gia vào lắng cặn Vi sinh vật có ảnh hưởng định đến tạo thành chất sa lắng thủy vực Do vi sinh vật thường sống chất phù du có chất vô hay hữu nên chúng làm thay đổi kích thước hình dạng chất dẫn đến làm thay đổi tốc độ sa lắng tích tụ hạt sa lắng thủy vực Do trú ngụ vi sinh vật mà hạt phù du bị phá hủy phần hoàn toàn thông qua việc chúng vi sinh vật sử dụng làm thức ăn tan vào dung dịch qua phản ứng vô 89 Sự bám vi sinh vật thường làm tăng kích thước hạt sa lắng Vi sinh vật có tác dụng hợp nhiều hạt nhỏ lại thành hạt lớn Chẳng hạn trường hợp nấm nhờ rễ giả sợi nấm giữ nhiều hạt cuối liên kết chúng lại với Tác dụng tương tự nhóm vi khuẩn có tiên mao khuẩn mao có khả gây kết đám hạt cực nhỏ Các vi sinh vật có vai trò quan trọng kiến tạo đáy thủy vực Vi sinh vật gây nên trình sa lắng thông qua hoạt động trao đổi chất chúng Chẳng hạn kết tủa vôi vùng biển nông nhiệt đới thay đổi pH hàng loạt trình vi khuẩn học khác gây nên Trong đa số phần lắng cặn thuỷ vực nội địa vùng biển, vùng giàu chất hữu dễ bị phân giải, diễn hoạt động phong phú vi sinh vật Do tác động vi sinh vật mà hàm lượng tổng số chất hữu phần lắng cặn giảm thành phần chúng bị biến đổi Trong phần lắng cặn giàu chất dinh dưỡng thuộc thủy vực giàu thức ăn thường xuất vùng yếm khí việc tiêu thụ oxy hoá mạnh vi sinh vật để phân giải chất hữu Ở vùng yếm khí xảy trình lên men phản nitrat hoá phản sunphat hoá H2S sinh từ khử sunphat liên kết với Fe tạo thành FeS dẫn đến việc tạo thành chất bùn sunfua sắt màu đen có mùi khó chịu Bùn thường tích lũy nhiều đầm hồ vùng bị nhiễm nước thải 8.2.5 Vi sinh vật làm bẩn nước Vi sinh vật thường xâm nhập vào nguồn nước qua rác nước thải Một lượng lớn chất hữu vô xâm nhập vào thủy vực qua đường tác động lên phát triển vi sinh vật Nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều vi khuẩn Chủ yếu vi khuẩn nhóm Pseudomonas, Bacilluscereus, Aerobacter, Zooglea, vv…Ngoài có đại diện nhóm vi sinh vật phân giải đường, mỡ, urê xenlulozơ Đặc biệt vi khuẩn thuộc nhóm E coli thường xem thị quan trọng độ nhiễm phân nước Vi khuẩn dạng ống Sphaerotilus thường có mặt nguồn nước giàu chất hữu làm nguồn nước bẩn chúng sử dụng protein làm chất dinh dưỡng tiêu thụ nhiều oxy để phân giải protein Một loài vi khuẩn xuất nhiều thường gây bên tình trạng báo động oxy thuỷ vực oxy bị hoàn toàn loài vi khuẩn chết bị thối rữa làm xuất H2S chất khác Ngoài vi khuẩn dạng ống, số vi khuẩn khác tham gia làm bẩn nước như: vi khuẩn phản sunphat Desulfovibrio desufuricans, vi khuẩn oxyhóa lưu huỳnh (nhất nhóm Thiobacillus, Thiothrix Beggialoa), vi khuẩn sinh mêtan vi khuẩn sắt Trong nước thải thường có nhiều loài nấm đặc biệt nấm men thuộc giống Saccharomyces Ngoài có bào tử sợi nấm Nấm nước tiêu biểu Leptomitus lacteur Furasium aquaeductuum Giống vi khuẩn dạng ống, loại nấm nước có khả gây bẩn nhanh khu công nghiệp có sản phẩm thải xenlulozơ nguồn dinh dưỡng chủ yếu chúng hydrat cacbon 90 8.2.6 Vi sinh vật tác nhân gây bệnh nước Các vi sinh vật gây bệnh cho người động vật có khả xâm nhập vào thủy vực nước thải Đa số vi sinh vật gây bệnh không tồn lâu nước đặc tính sống ký sinh bắt buộc chúng, điều kiện môi trường nước không thích hợp cho phát triển chúng Tuy nhiên có tác nhân gây bệnh tồn lâu nước thủy sinh vật Một số tác nhân gây bệnh thường gặp nước bao gồm: - Các vi khuẩn gây bệnh đường ruột người E coli, Salmonella typhi S paratyphi gây bệnh thương hàn, vi khuẩn lị Shigella, bào tử Clostridium gây bệnh, phẩy khuẩn Vibrio cholerae V alginolitycus - Các nấm gây bệnh da - Một số virut gây bệnh polyovirut gây bệnh bại liệt trẻ em, virut gây bệnh đường ruột người, virut gây bệnh cúm, virut hepatitit 8.2.7 Vi sinh vật tự làm nguồn nước Sự tự làm nguồn nước thủy vực thực nhờ trình vật lý hoá học tượng sa lắng oxi hóa Tuy nhiên trình sinh học có vai trò định Tham gia vào trình tự làm nước thuỷ vực có nhiều sinh vật từ chim, cá vi sinh vật Chim cá nhặt mẫu chất thải lớn làm thức ăn, nhiên vai trò chúng việc làm nguồn nước nhỏ Các động vật bậc thấp mà trước hết ấu trùng côn trùng, giun nguyên sinh động vật có vai trò lớn chim cá chúng sử dụng hạt chất thải nhỏ cực nhỏ Vi sinh vật giữ vai trò định chúng phân giải hợp chất hữu tồn dạng thể rắn hay tan nước thành chất vô vơ Trong điều kiện thích hợp vi sinh vật có khả tái khoáng hoá nhiều chất bẩn hữu Protein, đường tinh bột vi sinh vật phân hủy nhanh Mỡ, sáp, xenlulozơ kitin bị phân giải chậm nhiều thường không hoàn toàn Do quần thể vi sinh vật thay đổi theo tiến độ tự làm Thêm vào nồng độ chất cung cấp oxy thủyvực giảm theo trình làm Tuy nhiên tự làm tự nhiên xảy địa điểm mà thành phần số lượng chất bẩn phù hợp với lực tự làm thủy vực Lực khác tuỳ theo nguồn nước đạt trị số lớn nơi chuyển động mạnh nước chia nước thải trao đổi khí với không khí khí xảy mạnh Lực tự làm nước tháng mùa nóng lớn tháng mùa lạnh Khi nhiệt độ cao hoạt động phần lớn vi sinh vật kích thích, đồng thời chiếu sáng thực vật nổI cung cấp thêm oxy Ờ thủy vực bị nhiễm nhiều nước thải rác rưỡi so với khả mà thủy vực tự xử lý, điều kiện thuận lợi nhất, khả tự làm thuỷ vực bị phá điều thường dẫn đến hậu xấu môi trường Do việc sử dụng oxy lớn để phân giải chất thải làm xuất khu vực yếm khí thủy vực, trình thối rửa, phản ứng sunphat hoá H2S tạo 91 thành Gần toàn sinh vật bậc cao vi sinh vật chết, quần thể vi sinh vật nghèo nàn chủng loại phát triển chúng phân giải phần nhỏ chất bẩn hữu thủy vực Việc phá tự làm cùa thuỷ vực xuất cung cấp trực tiếp chất độc, trước hết nước thải rác rưởi nhà máy thủ công hay công nghiệp đưa vào làm chết sinh vật than gia vào trình tái khoáng hoá Các chất độc bao gồm trước hết hợp chất kim loại nặng, axit chất độc hữu Tài liệu tham khảo: Phạm Văn Kim, 2001 Giáo trình vi sinh đại cương Khoa Nông nghiệp, Đại học Cần thơ Nguyễn Lân Dũng, 2000 Vi Sinh Vật học Nhà xuất giáo dục Madigan, M.T., Martinko, J.M and Parker, J., 2002 Biology of Microorganisms Tenth edition, Prenhall Kiều Hữu Anh Ngô Tự Thành, 1985 Vi sinh vật học nguồn nước (Dịch từ nguyên tiếng Đức) Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà nội Ford T E., 1994 Aquatic Microbiology 92 Chương MẦM BỆNH VI SINH VẬT VÀ CƠ CHẾ BẢO VỆ CỦA VẬT CHỦ 9.1 MẦM BỆNH VI SINH VẬT 9.1.1 Mầm bệnh vi khuẩn Vi khuẩn có mặt hầu hết môi trường sống, đa số vi khuẩn có lợi, có số loài vi khuẩn có khả gây bệnh cho người động vật Để gây bệnh cho sinh vật vi khuẩn phải có khả năng: (1) ủ bệnh ổ dịch bệnh môi trường hay thể vật chủ trước sau gây bệnh (2) có khả xâm nhập vào tế bào chủ (3) lây nhiễm khắp thể (4) gây tổn thương thể vật chủ Tuy nhiên khả gây bệnh vi khuẩn phụ thuộc vào khả đề kháng tình trạng sức khỏe vật chủ mà chúng gây bệnh Vi khuẩn tiếp xúc với vật chủ nhờ vào khả di chuyển roi Vi khuẩn có roi thường có nhiều khả gây bệnh vi khuẩn roi Vi khuẩn sử dụng roi để xâm nhập vào bên thể vật chủ (hình 80) Hình 80 Xoắn thể mô tế bào Trong thể vật chủ, vi khuẩn gây bệnh có khả bám vào mô quan vật chủ để tránh bị hàng rào vật lý vật chủ đào thải Chúng thực việc cách sử dụng khuẩn mao (hình 81) nhờ vào protein bám liên kết với thụ thể tế bào chủ (hình 82a) Một số vi khuẩn sử dụng bao nhày để bám (hình 82b) Hình 81 Vi khuẩn bám vào thể vật chủ nhờ khuẩn mao 93 (a) (b) Hình 82 (a) vi khuẩn sử dụng protein bám liên kết với thụ thể tế bào chủ; (b) vi khuẩn sử dụng bao nhày để bám Khả gây bệnh làm tổn thương thể vật chủ vi khuẩn thường nhờ vào khả tạo các phân tử giúp vi khuẩn công tế bào gọi chất invasin Những phân tử làm hoạt hóa tế bào chủ để giúp vi khuẩn xâm nhập vào tế bào nhờ tượng thực bào Khi vào bên tế bào chất tế bào chủ vi khuẩn cung cấp chất dinh dưỡng bảo vệ chế bảo vệ tế bào (hình 83) Hình 83 Một dạng xâm nhập vi khuẩn vào tế bào chủ nhờ invasin 9.1.2 Mầm bệnh nấm Khả gây bệnh nấm có hai dạng khả tiếp cận xâm nhập vào thể vật chủ khả lây nhiễm bệnh bên thể Tuy nhiên, khả nấm chưa nghiên cứu tường tận vi khuẩn Khả tiếp cận xâm nhập vào tế bào vật chủ nhân tố gây bệnh quan trọng nấm Một số loài nấm gây bệnh có khả sinh vỏ nhày để tránh ự phát bạch cầu nấm Cryptococcus neoformans Histoplasma capsulatum Một số nấm Candida albicans lại có khả kích thích việc tạo cytokin GM-CSF để ức chế khả sinh bổ thể tế bào mono đại thực bào làm hạn chế khả bảo vệ thể chúng Nấm C albicans có khả lấy Fe từ tế bào hồng cầu Một số mấm có khả phản kháng với thực bào bạch 94 cầu chúng có khuẩn ti thể làm bạch cầu khó thực bào sinh chất độc có dạng ống xâm nhập vào màng chất làm chết đại thực bào Sau xâm nhập vào thể vật chủ, nấm tiết loại men để tiêu hoá tế bào gây tổn thương thể vật chủ Rất nhiều loại nấm có khả tiết độc tố loài Aspergillus tiết độc tố Aflatoxins 9.1.3 Mầm bệnh virut Mầm bệnh virut gây tổn thương hay làm hại tế bào chủ nhiều hình thức: Ức chế trình chép thông tin di truyền nhân tế bào chủ làm ảnh hưởng đến trình sinh tổng hợp protein dẫn đến biến đổi cấu trúc chức tế bào chủ Làm tổn thương nhiễm sắc thể tế bào chủ trường hợp virut gây bệnh sởi Đức Protein glycoprotein virut làm thay đổi tính kháng nguyên bề mặt màng tế bào chất làm ảnh hưởng đến khả đáp ứng miễn dịch vật chủ Làm cạn kiệt nguồn vật chất cần thiết cho hoạt động sống tế bào chủ trình chép sinh tổng hợp thành phần virut Tấn công hệ miễn dịch tế bào chủ Gây viêm nhiễm tế bào chủ Liên kết tế bào chủ lân cận lại với tạo thành tế bào đại phì có nhiều nhân hậu tế bào bị trương to (hình 84) trường hợp nhiễm cytomegalovirus (CMV) hay HIV Làm cho tế bào bình thường trở nên ác tính cuối hủy hoại tế bào chủ Hình 84: virut liên kết tế bào chủ lân cận lại với tạo thành tế bào phì đại có nhiều nhân hậu tế bào bi trương to 95 9.2 MIỄN DỊCH HỌC Tính miễn dịch khả bảo vệ thể chống lại tác nhân gây bệnh từ bên Các tác nhân gây bệnh yếu tố truyền nhiễm bệnh vi sinh vật, côn trùng, ký sinh trùng protein lạ gây độc cho thể Mọi loài sinh vật có khả tự bảo vệ chống lại xâm nhập vật lạ bên Sự nhận biết có khả tương tác phức hệ tế bào hệ miễn dịch người động vật 9.2.1 Các loại miễn dịch Quá trình nhận biết chất lạ hậu nhận biết thể sinh vật gọi đáp ứng miễn dịch Tất đáp ứng miễn dịch thể trước tiên bao gồm nhận biết tác nhân gây bệnh chất lạ, phản ứng nhằm loại chúng khỏi thể Đáp ứng miễn dịch người động vật chia làm hai loại miễn dịch tự nhiên miễn dịch thu 9.2.1.1 Miễn dịch tự nhiên (bẩm sinh) Miễn dịch bẩm sinh gọi miễn dịch không đặc hiệu khả tự bảo vệ có sẵn từ sinh mang tính chất di truyền thể loài Miễn dịch bẩm sinh không đòi hỏi phải có tiếp xúc trước thể với mầm bệnh hay vật lạ Điển nhiều loài động vật không mắc bệnh người ngược lại Ví dụ gà không mắc bệnh than, trâu bò không mắc bệnh giang mai thương hàn người 9.2.1.2 Miễn dịch thu Miễn dịch thu gọi miễn dịch đặc hiệu trạng thái miễn dịch xuất sau thể tiếp xúc với kháng nguyên có phản ứng sinh kháng thể đặc hiệu chống lại chúng Miễn dịch thu có hai có hai đặc điểm khác với miễn dịch tự nhiên khả nhận dạng trí nhớ đặc hiệu kháng nguyên (vật lạ) Hệ thống miễn dịch đặc hiệu ghi nhớ lại tác nhân gây bệnh ngăn cản tác động gây bệnh chúng lần tiếp xúc lặp lại Miễn dịch đặc hiệu lại chia làm hai loại dựa vào phương thức tạo tình trạng miễn dịch: Miễn dịch chủ động: - Miễn dịch chủ động tự nhiên trạng thái miễn dịch tiếp xúc ngẫu nhiên với kháng nguyên vi sinh vật có môi trường xung quanh - Miễn dịch chủ động nhân tạo trạng thái miễn dịch thu nhờ tiêm vacxin truyền tế bào limpho thường limpho miễn dịch, ghép Miễn dịch thụ động: - Miễn dịch thụ động tự nhiên trạng thái miễn dịch thu kháng thể ghép truyền từ sữa mẹ 96 - Miễn dịch thụ động nhân tạo miễn dịch nhờ kháng thể chuyển từ bên truyền kháng huyết 9.2.2 Các chế miễn dịch thể sinh vật 9.2.2.1 Miễn dịch tế bào đặc biệt Hệ thống miễn dịch bao gồm nhiều quan nhiều loại tế bào nằm rải rác khắp thể, tác động qua lại với theo nhiều cách để dẫn đến đáp ứng miễn dịch cuối Tế bào chủ chốt tham gia vào đáp ứng miễn dịch miễn dịch tế bào limpho Bất kì tổ chức chứa tế bào limpho tham gia vào đáp ứng miễn dịch xem tổ chức limpho Các tế bào limpho có nguồn gốc từ tế bào nguồn, gọi tế bào gốc, không biệt hóa tủy xương Từ tế bào nguồn, nhiều dòng tế bào có chức khác biệt hóa sau trải qua trình thành thục hay chín kết hợp với tổ chức chuyên hóa Tế bào limpho Limpho bào phân tán khắp thể hệ tuần hoàn máu bạch huyết tế bào thịnh hành động vật có vú Có hai loại tế bào limpho: limpho bào B (gọi tắc tế bào B) limpho bào T (gọi tắc tế bào T) cần cho đáp ứng miễn dịch Tuy hai biệt hóa từ tế bào nguồn trình chín tế bào B thực tủy xương Ở gia cầm, tế bào B chín quan chức chuyên hóa, gọi túi Bursa Fabricicus tuyến ống tiêu hóa phía Tế bào T chín quan chức tuyến ức Do tủy xương tuyến ức có vai trò lớn phát triển ban đầu chín tế bào B tế bào T, nên chúng gọi quan limpho trung tâm Sau chín, tế bào T B phân tán khắp thể thông qua hệ tuần hoàn máu bạch huyết, đến cư trú hạch limpho lách Các quan gọi quan limpho ngoại vi Chúng nằm hệ tuần hoàn máu bạch huyết hoạt động máy lọc Đại thực bào làm nhiệm vụ bẩy kháng nguyên chúng qua quan tế bào B T thực đáp ứng miễn dịch Tế bào B thực tương tác với kháng nguyên tạo kháng thể Tế bào B khác với tế bào T chổ bề mặt có chứa kháng thể Kháng thể bề mặt dùng để kháng thể mà chúng sinh trình phát triển sau Trên bề mặt tất tế bào T có thụ thể đặc hiệu kháng nguyên có khả tương tác đặc hiệu với kháng nguyên Quần thể tế bào T lại biệt hóa thành tiểu quần thể có chức khác gọi quần thể tế bào T phân lớp Có quần thể phân lớp tế bào T phân biệt với có mặt protein thụ thể CD4 CD8 Quần thể tế bào TCD4 lại biệt hóa thành hai phân lớp có chức khác Một loại gọi tế bào T hỗ trợ, kí hiệu TH có nhiệm vụ kích thích tế bào B sản xuất nhiều kháng thể Một loại tế bào T mẫn muộn, kí hiệu TD Tế bào TD tham gia vào phản ứng trung gian tế bào T, không tương tác với tế bào B mà chịu trách nhiệm hoạt hóa tế bào không đặc hiệu, ví dụ đại thực bào 97 Quần thể tế bào TCD8 biệt hóa làm hai phân lớp Một loại tế bào T độc, kí hiệu TC làm nhiệm vụ tương tác phá hủy trực tiếp tế bào có kháng nguyên bề mặt Có loại tế bào T ức chế, kí hiệu TS làm nhiệm vụ điều hòa đáp ứng miễn dịch, ức chế tác động tế bào miễn dịch tế bào B Đại thực bào Đại thực bào tế bào có kích thước lớn có khả bắt giữ, nuốt phá hủy kháng nguyên Đại thực bào hợp tác với tế bào limpho để sản xuất kháng thể đặc hiệu Thực bào có hai phân nhóm: tế bào đơn nhân tế bào đa nhân có hạt (hay bạch huyết cầu đa nhân) Tế bào đa nhân biệt hóa thành đại thực bào Thuật ngữ đại thực bào chủ yếu dùng để mô tả thực bào gắn cố định bề mặt tổ chức, thuật ngữ bạch cầu đơn nhân dùng để mô tả thực bào lưu động tự Đại thực bào có nhiều tổ chức limpho lách, bạch cầu đơn nhân có nhiều máu bạch huyết Khi kháng nguyên xâm nhập vào biểu mô tiếp xúc với thực bào Các thực bào bắt giữ, nuốt tế bào có kích thước lớn vi khuẩn tiết enzim thủy phân proteinaza, nucleaza, lipaza lizozim để tiêu hóa chúng Khi tế bào vi khuẩn bị phân hủy giải phóng kháng nguyên chứa đại thực bào Các kháng nguyên với kháng nguyên đại thực bào nuốt trực tiếp từ bên dùng để bắt đầu giai đoạn sớm trình tổng hợp kháng thể Ở đại thực bào làm nhiệm vụ tế bào trình diện kháng nguyên chúng đẩy kháng nguyên lạ bề mặt tạo điều kiện cho kháng nguyên tiếp cận với tế bào B tế bào T Sự nhận mặt kháng nguyên hai loại tế bào bước khới đầu tạo thành kháng thể Khác với tế bào B T, đại thực bào tế đơn nhân khả phân biệt kháng nguyên, không mang tính đặc hiệu Chúng bắt giữ nuốt vật lạ mà chúng gặp có tính kháng nguyên hay không Tuy nhiên thực tế nhiều cao phân tử kháng nguyên tế bào lạ có chứa nhiều kháng nguyên, phần lớn hạt lạ tế bào nuốt kháng nguyên Động tác trình diện kháng nguyên đại thực bào đóng vai trò quan trọng sản xuất kháng thể, số lớn kháng nguyên kích thích tế bào limpho thông qua đại thực bào 9.2.2.2 Kháng nguyên, kháng thể phản ứng huyết Chất sinh miễn dịch kháng nguyên Một chất gọi chất sinh miễn dịch đưa vào thể động vật điều kiện thích hợp gây đáp ứng miễn dịch Bất chất gắn với thành phần đáp ứng miễn dịch (kháng thể tế bào limpho hai) gọi kháng nguyên Tất chất sinh miễn dịch kháng nguyên, nhiên số chất coi kháng nguyên không gây đáp ứng miễn dịch Như trường hợp Hapten chất có khối lượng phân tử thấp gắn với kháng thể đặc hiệu thân không kích thích tạo kháng thể Hapten bao gồm phân tử đường, axit amin, polime nhỏ nhiều loại chất kháng sinh 98 Điều kiện bắt buộc chất sinh miễn dịch Một chất muốn có tính sinh miễn dịch phải đạt ba tiêu chuẩn: tính lạ, khối lượng phân tử lớn cấu trúc đủ phức tạp Nếu thiếu ba tiêu chuẩn phải gắn với chất mang để làm tăng khối lượng phân tử có mức độ phức tạp cấu trúc - Tính lạ: Chất coi kháng nguyên trước hết phải chất lạ với thể bình thường thể không đáp ứng bảo vệ với chất thân Chất lạ khả kích thích tạo kháng thể mạnh - Khối lượng phân tử: Nhìn chung kháng nguyên có khối lượng phân tử >10000 dalton Nếu nhỏ thường tính sinh miễn dịch Từ 1000 đến 6000 dalton trường hợp insulin có khả tạo đáp ứng miễn dịch - Cấu trúc phân tử phức tạp: Một chất có tính sinh miễn dịch phải chất có cấu trúc hóa lý phức tạp Các chất có cấu trúc phức tạp tính sinh miễn dịch cao Tính đặc hiệu kháng nguyên Sự liên kết kháng nguyên với kháng thể hay kháng nguyên với tế bào limpho mang tính đặc hiệu cao, nghĩa phải khớp với khóa với chìa Kháng thể hay tế bào limpho liên kết với toàn phân tử kháng nguyên mà với phần định kháng nguyên, gọi định kháng nguyên hay epitop Phần tương ứng với nói kháng thể gọi vị trí kết hợp kháng nguyên hay paratop Phần tương ứng với định kháng nguyên nằm tế bào limpho gọi thụ thể Mỗi epitop gắn đặc hiệu với paratop kháng thể sinh dòng kháng thể đặc hiệu Một kháng nguyên có nhiều epitop khác tạo thành nhiều dòng kháng thể khác tương ứng với epitop Kháng thể Kháng thể globulin máu động vật, có khả liên kết đặc hiệu với kháng nguyên kích thích sinh gọi kháng thể miễn dịch hay kháng thể đặc hiệu Kháng thể chủ yếu tìm thấy huyết động vật, huyết chứa kháng thể đặc hiệu kháng nguyên gọi kháng huyết Kháng thể tìm thấy thể dịch khác thể, sữa Những kháng thể có sẵn sữa hay huyết tương người động vật trước có tiếp xúc với kháng nguyên gọi kháng thể tự nhiên hay kháng thể không đặc hiệu Bản chất tính chất kháng thể Kháng thể γ -globulin có huyết người động vật có vú Bản chất kháng thể protein nên tác nhân vật lý hóa học nhiệt độ, axit, kiềm làm biến tính protein phá hủy kháng thể Hoạt tính kháng thể phụ thuộc vào pH môi trường nhiều yếu tố khác Kháng thể thường ký hiệu Ig (Imumnoglobulin) Có loại kháng thể Ig IgG, IgA, IgM, IgD, IgE 99 Cấu trúc kháng thể miễn dịch Tất Ig có cấu trúc giống Điển IgG kháng thể lưu hành phổ biến chiếm 80% tổng số Ig huyết người, có khối lượng phân tử 160.000 IgG chứa chuỗi polipeptit Hai chuỗi nhẹ (ngắn) kí hiệu L hai chuỗi nặng (dài) kí hiệu H, gắn với cầu disunphua (S-S) Trình tự axit amin kháng thể giống hệt theo đôi chuỗi nặng đôi chuỗi nhẹ Mỗi chuỗi nhẹ chứa 212 axit amin, chuỗi nặng chứa khoảng 450 axit amin Cả phân tử có cấu tạo đối xứng Dưới tác dụng enzim phân giải protein-papain phân tử phân giải thành ba mảnh nhỏ Hai mảnh nhỏ chứa toàn chuỗi nhẹ cộng với chuỗi nặng có đầu amin (NH2) Đây nơi gắn với kháng nguyên gọi đoạn Fab (từ chữ Fragment of antigen binding) Mảnh lại hai có đầu carboxyl (COOH) hai chuỗi nặng Phần không gắn với kháng nguyên có khả kết tinh nên gọi phần Fc (từ chữ Fragment crystallizable) Như phân tử IgG chứa hai vị trí kết hợp kháng nguyên có hai hóa trị Vị trí chiếm khoảng 1% diện tích bề mặt IgG Vị trí kết hợp kháng nguyên nằm phần nhỏ phía đầu amin hai chuỗi nặng nhẹ IgG cón chứa lượng nhỏ carbon hydrat, gồm chủ yếu đường hexozơ hexozamin Carbon hidrat không liên quan đến vị trí kết hợp kháng nguyên Mỗi chuỗi nhẹ IgG chứa hai vùng axit amin Một vùng nằm phía đầu amin mà trật tự axit amin thay đổi gọi vùng biến đổi Vùng Vùng lại nằm phía đầu cacboxyl có trật tự amin không thay đổi, gọi vùng cố định Trật tự axit amin vùng cố định chuỗi nhẹ giống kể IgG kết hợp với kháng nguyên khác Sở dĩ phần cố định có hai kiểu trật tự axit amin: Trật tự lamda (γ) trật tự kappa (K) Một phân tử IgG chứa hai chuỗi nhẹ lamda hai chuỗi nhẹ kappa mà không chứa hai loại Ngược lại, vùng biến đổi chuỗi nhẹ, trật tự axit amin khác nhau, kể Ig tế bào sinh Mỗi chuỗi nặng IgG chứa bốn vùng axit amin, vùng biến đổi ba vùng cố định Cũng tương tự chuỗi nhẹ, tất globulin miễn dịch thuộc lớp IgG có trật tự axit amin đoạn đầu carboxyl giống kí hiệu CH1, CH2 CH3 Ở chuỗi nặng, đoạn có đầu amin (nơi có vị trí kết hợp kháng nguyên) có trật tự axit amin biến đổi, bảo đảm tính đa dạng phân tử kí hiệu VH Vùng nằm CH1 CH2 chuỗi nặng gọi kớp nối, có tác dụng lề, làm cho phân tử có cấu tạo hình chữ Y, nên điều chỉnh dãng hay khép lại giúp cho việc gắn, phù hợp với hai định kháng nguyên 100 Hình 85: Cấu tạo kháng thể IgG Các globulin miễn dịch khác: • IgM chiếm 5-10% tổng globulin huyết globulin lớn nhất, có khối luợng phân tử 900.000, số lắng 19S chứa 10% cacbon hidrat IgM có cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa lamda hai chuỗi nặng muy nên kí hiệu K2μ2 γ2μ2 Năm globulin cụm lại với thành năm cánh nhờ cầu nối disunphua chuỗi peptit nhỏ (chuỗi J) nên IgM có tới 10 vị trí kết hợp kháng nguyên hoạt tính hoạt tính IgG từ 60 đến 180 lần IgM xuất sớm, bệnh virut, sau IgG xuất muộn thay IgM IgM đáp ứng với polisaccarit vỏ nhầy nhiều loài vi khuẩn nên dùng để chống vi khuẩn IgM dạng đơn (monome) có bề mặt limpho B làm nhiệm vụ thụ thể dành cho kháng nugyên Trong máu số loài động vật, IgM dạng monome, số loài khác tetrame hexame • IgA có khối lượng phân tử từ 140.000-300.000, số lắng 7S Cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa lamda hai chuỗi nặng α nên kí hiệu K2α2 γ2α2 Trong huyết người có IgG dạng dime trime gắn với nhờ chuỗi peptit J, chủ yếu chúng có dịch nhầy Chúng tổng hợp chủ yếu nhờ tế bào B niêm mạc ruột, đường hô hấp thực chức chống vi khuẩn bề mặt niêm mạc • IgD chiếm 0.2-1% tổng globulin có nồng độ huyết thấp (0.5-40 mg/100ml) Cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa lamda hai chuỗi nặng delta, nên kí hiệu K2δ2, λ2δ2 IgD có bề mặt tế bào B, nên làm nhiệm vụ thụ thể dành cho kháng nguyên • IgE có khối lượng phân tử 180.000, số lắng 8S Cấu tạo gồm hai chuỗi nhẹ kappa lamda hai chuỗi nặng epsilon, nên kí hiệu K2ε2, λ2ε2 Nồng độ huyết thấp, 1/50.000 nồng độ IgG, tăng lên nhanh bị dị ứng nhiễm trùng kí sinh (giun) 101 Các phản ứng huyết Nhiều phản ứng miễn dịch phụ thuộc vào phản ứng kháng nguyên, kháng thể Như ta biết, kháng thể phản ứng đặc hiệu với kháng nguyên kích thích sinh Kháng thể có huyết thanh, nghiên cứu tương tác kháng nguyên kháng thể có sử dụng huyết gọi huyết học Kháng thể xác định chúng gắn với kháng nguyên đặc hiệu Phản ứng kháng nguyên, kháng thể xác định thông qua kết tủa, ngưng kết, cố định bổ thể, phát huỳnh quang, hoạt tính enzim gắn với đồng vị phóng xạ Có nhiều phương pháp khác để xác định mối tương quan kháng nguyên kháng thể Phản ứng kết tủa: cho kháng thể đặc hiệu phản ứng với kháng nguyên hòa tan liều lượng chuẩn xuất kết tủa nhìn thấy mắt thường Phản ứng dùng phổ biến để phát kháng nguyên có sẵn kháng thể đặc hiệu để phát kháng thể có kháng nguyên hòa tan đặc hiệu Phản ứng kết tủa bị ức chế có thừa kháng nguyên kháng thể Sự kết tủa tối ưu có nồng độ kháng nguyên phù hợp với kháng thể Phản ứng ngưng kết: thực với kháng nguyên hữu hình, kháng nguên có kích thước lớn hồng cầu tế bào vi sinh vật Kháng nguyên hữa hình có epitop bề mặt liên kết chéo với kháng thể tạo thành cụm nhìn thấy mắt thường Kháng thể phản ứng gọi kháng thể gây ngưng kết Phản ứng ngưng kết nhạy phản ứng kết tủa nên dùng để định tính bán định lượng kháng thể huyết Phản ứng kết hợp bổ thể: Trong phản ứng có hai hệ thống Hệ thống 1: bao gồm kháng nguyên- kháng thể- bổ thể Nếu kháng nguyên đặc hiệu với kháng thể kết hợp với bổ thể, không đặc hiệu với kháng thể không kết hợp với bổ thể, nên bổ thể dạng tự Do phản ứng không nhìn thấy nên phải dùng hệ thống làm thị Hệ thống 2: bao gồm hồng cầu cừu, huyết kháng thể hồng cầu cừu đun nóng để phá bổ thể Nếu hệ thống kháng nguyên đặc hiệu với kháng thể bổ thể trạng thái tự Khi thêm hệ thống hai vào phản ứng, hồng cầu cừu không bị tan cho phản ứng dương tính Ngược lại hệ thống kháng nguyên không đặc hiệu với kháng thể không kết hợp với bổ thể Khi thêm hệ thống vào phản ứng, bổ thể tự kết hợp với hệ thống làm tan hồng cầu cừu cho phản ứng âm tính Kỹ thuật huỳnh quang miễn dịch: kháng thể (hoặc kháng nguyên) đánh dấu thuốc nhuộm huỳnh quang, dựa tính chất thuốc nhuộm kích thích xạ có bước sóng đặc hiệu phát sáng Kháng thể gắn thuốc nhuộm huỳnh quang gọi kháng thể đánh dấu kháng thể huỳnh quang Kỹ thuật đánh dấu huỳnh quang miễn dịch trực tiếp hay gián tiếp: - Kỉ thuật huỳnh quang miễn dịch trực tiếp: kháng nguyên kháng thể tạo hai lớp phản ứng Một hai thành phần gắn trưc tiếp với thuốc nhuộm huỳnh quang 102 - Kỹ thuật miễn dịch gián tiếp: hai thành phần kháng nguyên kháng thể đặc hiệu tạo hai lớp phản ứng có thành phần gắn với thuốc nhuộm huỳnh quang, tạo lớp thứ ba Thí nghiệm miễn dịch phóng xạ (Radioimmunoassay-RIA): dựa cạnh tranh kháng nguyên đánh dấu đồng vị phóng xạ (ví dụ 125I) với kháng nguyên không đánh dấu đồng vị phóng xạ gắn vào với kháng thể đặc hiệu Kỹ thuật chất hấp phụ miễn dịch gắn enzim (ELISA): kỹ thuật nhạy đơn giản, cho phép xác định kháng nguyên kháng thể nồng độ thấp (khoảng 0,1 ng/ml) So với kỹ thuật phóng xạ kỉ thuật rẽ tiền an toàn mà xác Nguyên tắc kỹ thuật giống kỹ thuật miễn dịch huỳnh quang, khác chổ thay kháng thể gắn thuốc nhuộm huỳnh quang người ta gắn kháng thể với enzim Khi cho thêm chất thích hợp vào phản, enzim thủy phân chất thành chất có màu Sự xuất màu chứng tỏ xảy phản ứng đặc hiệu kháng nguyên với kháng thể, thông qua cường độ màu mà biết nồng độ kháng nguyên cần phát ELISA dùng để xác định nhiều tác nhân gây bệnh virus, vi khuẩn, nấm sợi, kí sinh Tài liệu tham khảo: Phạm Văn Kim, 2001 Giáo trình vi sinh đại cương Khoa Nông nghiệp, Đại học Cần thơ Nguyễn Lân Dũng, 2000 Vi Sinh Vật học Nhà xuất giáo dục Madigan, M.T., Martinko, J.M and Parker, J., 2002 Biology of Microorganisms Tenth edition, Prenhall Đỗ Ngọc Liên, 1999 Miễn dịch học sở Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà nội 103