Bài giảng Vi sinh vật học đại cương

ÑAÏI HOÏC NOÂNG LAÂM TP. HOÀ CHÍ MINH<br /> KHOA COÂNG NGHEÄ MOÂI TRÖÔØNG<br /> <br /> Leâ Quoác Tuaán<br /> <br /> Baøi giaûng<br /> <br /> VI SINH VAÄT HOÏC ñaïi cuông<br /> <br /> Löu haønh noäi boä<br /> -2003-<br /> <br /> CHÖÔNG 1<br /> MÔÛ ÑAÀU<br /> 1. Sô löôïc lòch söû phaùt trieån cuûa vi sinh vaät<br /> Töø xöa khi chöa nhaän thöùc ñöôïc vi sinh vaät, con ngöôøi ñaõ bieát khaù nhieàu veà taùc<br /> duïng do vi sinh vaät gaây neân. Trong saûn xuaát vaø trong ñôøi soáng, con ngöôøi ñaõ tích luyõ<br /> nhieàu kinh nghieäm veà caùc bieän phaùp lôïi duïng vi sinh vaät coù ích vaø phoøng traùnh caùc vi sinh<br /> vaät coù haïi.<br /> Caùch ñaây treân 600 naêm, ngöôøi daân Ai caäp doïc soâng Nile ñaõ coù taäp quaùn naáu röôïu.<br /> ÔÛ Trung Quoác röôïu ñaõ ñöôïc naáu caùch ñaây treân 4000 naêm. Muoái döa, laøm giaám, laøm töông,<br /> laøm maém, laøm söõa chua, öôùp thòt caù… laø nhöõng bieän phaùp höõu hieäu ñeå söû duïng hoaëc khoáng<br /> cheá vi sinh vaät phuïc vuï cho cheá bieán thöïc phaåm.<br /> Vieäc saùng taïo ra caùc hình thöùc uû phaân, ngaâm phaân, ngaâm ñay, troàng luaân canh vôùi<br /> caây hoï ñaäu…ñeàu laø nhöõng bieän phaùp maø toå tieân ta töø laâu ñaõ bieát phaùt huy taùc duïng cuûa vi<br /> sinh vaät trong noâng nghieäp.<br /> Veà phöông dieän chöõa beänh loaøi ngöôøi cuõng ñaõ sôùm tích luyõ ñöôïc nhieàu kinh<br /> nghieäm phong phuù. Ngay töø tröôùc coâng nguyeân Hippocrate (460-373 TCN) ñaõ ñeà caäp ñeán<br /> baûn chaát soáng cuûa caùc taùc nhaân gaây ra beänh truyeàn nhieãm.<br /> Ngöôøi coù coâng phaùt hieän ra theá giôùi vi sinh vaät laø moät ngöôøi Haø Lan Antonie van<br /> Leeuwenhoek (1632-1723). OÂng ñaõ töï cheá taïo ra treân 400 chieác kính hieån vi, nhôø ñoù oâng<br /> coù theå quan saùt ñöôïc theá giôùi sinh vaät nhoû beù maø maét thöôøng khoâng theå phaùt hieän ñöôïc.<br /> Cho tôùi theá kyû 19 nhöõng chieác kính hieån vi quang hoïc hoaøn chænh ra ñôøi. Naêm 1934 kính<br /> hieån vi ñieän töû ñaàu tieân ra ñôøi. Ñoù laø loaïi kính hieån vi khoâng duøng aùnh saùng maø duøng moät<br /> chuøm ñieän töû khueách ñaïi leân nhôø ñieän töø tröôøng.<br /> Töø thaäp kyû 60 cuûa theá kyû 19 baét ñaàu thôøi kyø nghieân cöùu sinh lyù hoïc cuûa caùc vi sinh<br /> vaät. Ngöôøi coù coâng lôùn trong vieäc naøy, vaø veà sau ñöôïc xem laø oâng toå cuûa vi sinh vaät hoïc<br /> ñoù chính laø Louis Pasteur (1822-1895), moät nhaø khoa hoïc ngöôøi Phaùp. Coâng trình cuûa oâng<br /> ñaõ ñem laïi nhöõng bieán ñoåi quan troïng trong 3 lónh vöïc: veà coâng nghieäp, oâng ñaõ ñeà ra caùc<br /> cô sôû hôïp lyù, vöõng chaéc cho caùc quaù trình leân men; veà noâng nghieäp, cuøng vôùi caùc nhaø<br /> khoa hoïc ñöông thôøi oâng ñaõ vaïch ra cho caùc nhaø noâng nhöõng aùnh saùng môùi veà nhieäm vuï<br /> vaø phöông phaùp cô baûn; veà y hoïc, töø tröôùc ñeán nay trong lòch söû phaùt trieån chöa coù nhöõng<br /> tieán boä naøo coù yù nghóa quyeát ñònh nhö caùc coâng trình nghieân cöùu cuûa L. Pasteur.<br /> <br /> 1<br /> <br /> Döôùi ñaây laø moät soá coáng hieán quan troïng cuûa L. Pasteur veà vi sinh vaät hoïc:<br /> Naêm<br /> <br /> Coáng hieán<br /> <br /> 1854 – 1864<br /> <br /> Chöùng minh quaù trình leân men laø do vi sinh vaät gaây neân.<br /> <br /> 1862<br /> <br /> Nhaän giaûi thöôûng cuûa Vieän Haøn laâm Khoa hoïc Phaùp veà vieäc phuû<br /> ñònh hoïc thuyeát Töï sinh.<br /> <br /> 1863<br /> <br /> Chöùng minh vi khuaån laø nguoàn goác cuûa beänh than.<br /> <br /> 1865<br /> <br /> Phaùt hieän ra nguyeân nhaân cuûa beänh baøo töû truøng ôû taèm vaø ñeà xuaát<br /> ñöôïc caùc bieän phaùp phoøng traùnh<br /> <br /> 1877<br /> <br /> Phaùt hieän caùc phaåy khuaån gaây beänh.<br /> <br /> 1880<br /> <br /> -<br /> <br /> Phaùt hieän caùc tuï caàu khuaån vaø caùc lieân caàu khuaån gaây beänh<br /> Tìm ra vaccin choáng beänh dòch taû gaø nhôø söû duïng vi khuaån<br /> ñaõ chuyeån sang daïng maát ñoäc löïc.<br /> Phaùt hieän naõo moâ caàu khuaån<br /> <br /> 1881<br /> <br /> Tìm ra vaccin choáng beänh than<br /> <br /> 1883<br /> <br /> Phaùt hieän tuï huyeát khuaån lôïn<br /> <br /> 1880-1885<br /> <br /> Nghieân cöùu vaccin choáng beänh daïi vaø ñaõ thaønh coâng vaøo ngaøy 67-1885<br /> <br /> 1888<br /> <br /> Trôû thaønh vieän tröôûng ñaàu tieân cuûa Vieän Pasteur ôû Paris (cho ñeán<br /> khi qua ñôøi)<br /> <br /> Nhaø baùc hoïc Ñöùc Robert Koch (1843-1910), laø ngöôøi coäng söï maät thieát vôùi Pasteur.<br /> Ngoaøi coâng lao to lôùn trong vieäc khaùm phaù ra vi khuaån lao, vi khuaån taû, oâng coøn tìm ra<br /> phöông phaùp phaân laäp thuaàn khieát vi sinh vaät treân caùc moâi tröôøng ñaëc (solid medium).<br /> Hoïc troø cuûa oâng laø J.R.Petri (1852-1921) ñaõ phaùt kieán ra loaïi hoäp loàng laøm baèng thuûy tinh.<br /> R. Koch ñaõ phaùt hieän ra phöông phaùp nhuoäm maøu teá baøo vi sinh vaät. Veà sau caùc phöông<br /> phaùp nhuoäm tieâu baûn ñaõ ñöôïc caûi tieán bôûi Ehrlich (1881), Ziehl vaø Neelsen (1883),<br /> Loeffler (1884), Gram (1884)… R. Koch ñöôïc nhaän giaûi Nobel naêm 1905. Ngöôøi coù coâng<br /> ñaàu tieân cho vieäc chöùng minh coù söï toàn taïi cuûa loaïi vi sinh vaät nhoû beù hôn vi khuaån nhieàu<br /> laàn laø nhaø sinh lyù hoïc thöïc vaät Nga D.I. Ivanovskii (1864-1920). OÂng chöùng minh coù söï<br /> toàn taïi cuûa loaïi vi sinh vaät sieâu hieån vi gaây ra beänh khaûm (mosaic) ôû laù thuoác laù vaøo naêm<br /> 2<br /> <br /> 1892. Ñeán naêm 1897 nhaø khoa hoïc Haø Lan M.W. Beijerinck (1851-1931) goïi loaïi vi sinh<br /> vaät naøy laø virus theo goác La Tinh coù nghóa laø “noïc ñoäc”. Ñeán naêm 1917 thì F.H. d’<br /> Heùrelle (1873-1949) phaùt hieän ra caùc virus cuûa vi khuaån vaø ñaët teân laø theå thöïc khuaån<br /> (Bacteriophage).<br /> Maëc daàu L. Pasteur laø ngöôøi ñaàu tieân chöùng minh cô sôû khoa hoïc cuûa vieäc cheá taïo<br /> vaccin nhöng thuaät ngöõ vaccin (Vaccin, töø goác La Tinh Vaccinae coù nghóa laø beänh ñaäu<br /> muøa boø) laïi do baùc só noâng thoân ngöôøi Anh Edward Jenner (1749-1823) ñaët ra. OÂng laø<br /> ngöôøi ñaàu tieân nghó ra phöông phaùp chuûng muû ñaäu boø cho ngöôøi laønh ñeå ñeà phoøng beänh<br /> ñaäu muøa heát söùc nguy hieåm cho tính maïng con ngöôøi.<br /> Ngöôøi ñaët neàn moùng cho khoa Mieãn dòch hoïc (Immunology) laø nhaø khoa hoïc Nga<br /> Ilya Ilitch Metchnikov (1845-1916). OÂng ñaõ ñeán Paris naêm 1887 ñeå gaëp L. Pasteur töø<br /> nhöõng ngaøy ñaàu xaây döïng Vieän Pasteur Paris. Vôùi lyù thuyeát “thöïc baøo” noåi tieáng oâng ñaõ<br /> ñöôïc nhaän giaûi thöôûng Nobel naêm 1908 (cuøng vôùi P. Ehrlich).<br /> Caàn phaûi noùi theâm coâng lao cuûa nhaø khoa hoïc ngöôøi Anh J. Lister (1827-1912),<br /> ngöôøi ñaõ ñeà xuaát ra vieäc söû duïng caùc hoùa chaát dieät khuaån vaø vieäc söû duïng phöông phaùp voâ<br /> truøng trong phaåu thuaät.<br /> Nhaø khoa hoïc Phaùp goác Nga S.N. Vinogradskii (1856-1953) laø ngöôøi ñaàu tieân phaùt<br /> hieän ra vi khuaån saét (1880), vi khuaån löu huyønh (1887), vi khuaån nitrate hoùa (1890). Nhaø<br /> khoa hoïc Haø Lan M.W. Beijerinck (1851-1931) laø ngöôøi ñaàu tieân phaân laäp ñöôïc vi khuaån<br /> noát saàn Rhizobium (1888), vi khuaån coá ñònh ñaïm hieáu khí Azotobacter (1901), vi khuaån<br /> leân men butylic, vi khuaån phaân giaûi pectin vaø nhieàu nhoùm vi khuaån khaùc.<br /> Ngöôøi ñaàu tieân phaùt hieän ra chaát khaùng sinh laø baùc só ngöôøi Anh Alexander<br /> Fleming (1881-1955). Naêm 1928 oâng laø ngöôøi ñaàu tieân taùch ñöôïc chuûng naám sinh chaát<br /> khaùng sinh penicilin, môû ra moät kyû nguyeân môùi cho khaû naêng ñaåy luøi nhanh choùng caùc<br /> beänh nhieãm khuaån. OÂng ñöôïc nhaän giaûi thöôûng Nobel naêm 1945 (cuøng vôùi B.E. Chain vaø<br /> H.W. Florey).<br /> Naêm 1897 Eduard Buchner (1860-1917) laàn ñaàu tieân chöùng minh ñöôïc vai troø cuûa<br /> enzyme trong quaù trình leân men röôïu. OÂng ñaõ nghieàn naùt teá baøo naám men baèng caùt thaïch<br /> anh vaø laáy chaát dòch voâ baøo chieát ruùt töø men ñöa vaøo moät dung dòch chöùa 37% ñöôøng, sau<br /> nöûa giôø ñaõ baét ñaàu thaáy saûn sinh CO2 vaø röôïu ethylic. Tính ñeán naêm 1984 ngöôøi ta ñaõ bieát<br /> ñeán 2477 loaïi enzyme khaùc nhau vaø enzyme ñaõ coù maët trong raát nhieàu hoaït ñoäng saûn xuaát<br /> vaø ñôøi soáng cuûa con ngöôøi.<br /> Caùc vi sinh vaät coøn taïo ra böôùc ngoaët cuûa di truyeàn hoïc trong caùc nghieân cöùu veà di<br /> truyeàn. Con ngöôøi ñaõ ñuû nhaän thöùc veà taàm quan troïng cuûa vi sinh vaät trong nhieàu lónh vöïc.<br /> Maët khaùc cuõng laø moái ñe doaï khuûng khieáp ñoái vôùi nhaân loaïi neáu caùc vi sinh vaät ñaõ ñöôïc<br /> thay ñoåi gen ñöôïc söû duïng trong chieán tranh nhö nhöõng loaïi vuõ khí phaân töû voâ phöông cöùu<br /> chöõa.<br /> 3<br /> <br /> 2. Ñaëc ñieåm chung cuûa vi sinh vaät<br /> Vi sinh vaät (microoganisms) laø teân goïi chung ñeå chæ taát caû caùc sinh vaät coù hình theå<br /> nhoû beù, chæ coù theå thaáy ñöôïc döôùi kính hieån vi.<br /> Virus laø nhoùm vi sinh vaät nhoû beù tôùi möùc chæ coù theå quan saùt ñöôïc qua kính hieån vi<br /> ñieän töû. Virus chöa coù caáu truùc teá baøo. Caùc vi sinh vaät khaùc thöôøng laø ñôn baøo hoaëc ña baøo<br /> nhöng coù caáu truùc ñôn giaûn vaø chöa phaân hoaù thaønh caùc cô quan sinh döôõng.<br /> Vi sinh vaät khoâng phaûi laø moät nhoùm rieâng bieät trong sinh giôùi. Chuùng thaäm chí<br /> thuoäc veà nhieàu giôùi sinh vaät khaùc nhau. Giöõa caùc nhoùm coù theå khoâng coù quan heä maät thieát<br /> vôùi nhau. Chuùng coù chung nhöõng ñaëc ñieåm sau ñaây:<br /> 2.1.<br /> <br /> Kích thöôùc<br /> <br /> Kích thöôùc nhoû beù, maét ngöôøi khoâng theå thaáy ñöôïc. Thöôøng ñöôïc ño baèng<br /> micrometer, virus ñöôïc ño baèng nanometer. Vì coù kích thöôùc nhoû neân dieän tích beà maët<br /> cuûa moät taäp ñoaøn raát lôùn. Ví duï caàu khuaån chieám theå tích 1cm3 coù dieän tích beà maët laø 6m2.<br /> 2.2.<br /> <br /> Haáp thu vaø chuyeån hoaù<br /> <br /> Vi sinh vaät coù khaû naêng haáp thu nhieàu vaø chuyeån hoaù nhanh, naêng löïc haáp thu cuûa<br /> noù vöôït xa caùc sinh vaät baäc cao. Chaúng haïn vi khuaån lactic (Lactobacillus) trong 1 giôø coù<br /> theå phaân giaûi moâït löôïng ñöôøng lactose naëng hôn 1000-10000 laàn khoái löôïng cuûa chuùng.<br /> Naêng löïc chuyeån hoaù cuûa vi sinh vaät raát maïnh (neáu tính μl O2 maø moãi mg chaát khoâ cuûa cô<br /> theå sinh vaät tieâu hao trong 1 giôø, thì ôû moâ laù cuûa thöïc vaät laø 0.5-4, ôû gan ñoäng vaät laø 10-20,<br /> coøn naám men röôïu laø 110, vi khuaån thuoäc chi Azotobacter laø 2000). Vì naêng löïc chuyeån<br /> hoaù maïnh cho neân chuùng coù taùc duïng heát söùc lôùn lao trong thieân nhieân cuõng nhö trong<br /> hoaït ñoäng soáng cuûa con ngöôøi.<br /> 2.3.<br /> <br /> Sinh tröôûng vaø phaùt trieån<br /> <br /> So vôùi caùc sinh vaät khaùc thì vi sinh vaät coù toác ñoä sinh tröôûng vaø phaùt trieån raát lôùn.<br /> Vi khuaån Escherichia coli trong caùc ñieàu kieän thích hôïp cöù khoaûng 12-20 phuùt laïi phaân<br /> chia 1 laàn. Neáu laáy thôøi gian theá heä laø 20 phuùt thì moãi giôø phaân chia 3 laàn, sau 24 giôø thì 1<br /> teá baøo ban ñaàu seõ sinh ra 4.722.366.500.1012 teá baøo (naëng 4722 taán!). Taát nhieân trong<br /> thöïc teá khoâng theå taïo ra caùc ñieàu kieän sinh tröôûng lyù töôûng nhö vaäy ñöôïc cho neân soá löôïng<br /> vi khuaån thu ñöôïc trong 1 ml dòch nuoâi caáy thöôøng chæ ñaït möùc ñoä 108-109 teá baøo. Thôøi<br /> gian theá heä cuûa moãi loaøi vi sinh vaät laø khaùc nhau, ví duï nhö naám men Saccharomyces<br /> cerevisiae laø 120 phuùt. Khi nuoâi caáy ñeå thu nhaän sinh khoái giaøu protein phuïc vuï chaên nuoâi<br /> ngöôøi ta nhaän thaáy toác ñoä sinh toång hôïp cuûa naám men naøy cao hôn boø ñeán 100.000 laàn.<br /> Thôøi gian theá heä cuûa taûo Chlorella laø 7 giôø, vi khuaån lam Nostoc laø 23 giôø.<br /> <br /> 4<br /> <br />