Bài tiểu luận: Các phương pháp cải tiến giống vi sinh vật trong công nghiệp

Chia sẻ: HUYNHNGOCQUANG HUYNHNGOCQUANG | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

256
lượt xem 57
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với kết cấu nội dung gồm 5 phần, bài tiểu luận "Các phương pháp cải tiến giống vi sinh vật trong công nghiệp" trình bày về: Phân lập các giống vi sinh vật thuần chủng, các phương pháp cải tạo giống vi sinh vật trong công nghiệp, các yêu cầu của cải tạo giống, ứng dụng của các phương pháp cải tiến giống trong sản xuất công nghiệp,...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài tiểu luận: Các phương pháp cải tiến giống vi sinh vật trong công nghiệp

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỈ THUẬT MÔI TRƯỜNG  oOo  Đề tài: CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP. BÀI TIỂU LUẬN NHÓM 4 Môn: VI SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn: Ths. Trần Quốc Huy TPHCM, tháng 9 năm 2015 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỈ THUẬT MÔI TRƯỜNG  oOo  Đề tài: CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP. BÀI TIỂU LUẬN NHÓM 4 Môn: VI SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn: Ths. Trần Quốc Huy Nhóm sinh viên thực hiện 1. Bùi Văn Sự 3008140170 2. Nguyễn Phước Thịnh 3008140175 3. Thái Văn Tú 3008140580 4. Huỳnh Ngọc Quang 3008140018 5. Nguyễn Đình Gian 3008140143 6. Lê Tân 3008140153 7. Trần Minh Quan 3008140207 TPHCM, tháng 9 năm 2015
LỜI CẢM ƠN Chúng tôi xin trân thành cảm ơn Ths. Trần Quốc Huy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian học tập.Một lần nữa nhóm chúng tôi xin trân thành cảm ơn thầy. Mặc dù bài tiểu luận đã hoàn thành nhưng khó tránh những sai sót.Mong rằng sẽ nhận được đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để bài tiểu luận hoàn thiện hơn. Từ đó,chúng tôi sẽ có thêm nhiều kinh nghiệm để thực hiện những bài tiều luận tiếp theo cũng như đồ án sau này và nghề nghiệp tương lai. Sau cùng chúng tôi xin chúc Ths. Trần Quốc Huy và toàn thể các thầy cô trong Khoa thật dồi dào sức khỏe, niềm vui để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức của mình cho thế hệ mai sau. Trân trọng cảm ơn! NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN 3
LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi xin cam đoan: Bài tiểu luận do các thành viên trong nhóm cùng chung tay làm việc,có sự phân công rõ ràng và công bằng giữa các thành viên trong nhóm. Đồng thời, không sao chép bất cứ bài tiểu luận của bất kì ai. Các nội dung trong bài báo cáo đã được tham khảo kỉ lưỡng trước khi đưa vào bài tiều luận.Chúng tôi sẽ chịu hoàn toàn trách nhiệm trước thầy và Khoa về những cam đoan này. TP.HCM, ngày 30 tháng 9 năm 2015 NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN 4
KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT VSV Vi sinh vật GFP Green fluorescense protein PTN Phòng thí nghiệm 5
CN Công nghệ CNSH Công nghệ sinh học 2,5 DKG Axit 2,5diketoDgluconic 2KLG Axit 2ketoLglucoznic Vit Vitamin 6
DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Số trang Bảng 2.1 : Một số sản phẩm sinh ra thông qua các vi khuẩn chứa các gene 1 người được tạo dòng nhờ phương páp 2021 kỉ thuật di truyền. Bảng 3.1 : Các loại protein trị liệu tạo 2 ra do E. coli hay nấm men S. cerevisiae 2324 7
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Số STT Tên hình trang Hình 1.1: “Ông tổ” của nghành vi sinh vật học 1 2 Hình 1.2 : Qúa trình sàng lọc 2 3 8
Hình 2.1 : Gen bị đột biến 3 6 Hình 2.2: Các tác nhân vật lí gây độ biến 4 67 Hình 2.3: Các tác nhân hóa học gây đột biến 5 8 Hình 2.4: Các loại vi sinh vật được cải tiến cho năng 6 suất cao 10 7 Hình 2.5 : Hiện tượng biến nạp 12 Hình 2.6: Kỉ thuật biến nạp được sử dụng ở vi 8 khuẩn E. Coli 13 Hình 2.7: Tải nạp chung (generalized transduction). 9 14 Hình 2.8: Tải nạp chuyên biệt hay tải nạp hạn chế 10 (restricted transduction). 15 Hình 2.9: Sơ đồ thí nghiệm tạo dòng vi khuẩn mang 11 ADN tái tổ hợp có chứa gen Insulin ở người 16 Hình 2.10: (a) Joshua Lederberg (trái) và E.L. Tatum; (b) E. coli tiếp hợp. Hai tế bào kết hợp 12 nhau bằng một cầu nối, thể cho bên trái và thể 17 nhận bên phải. 9
Hình 2.11: Sự tiếp hợp giữa các tế bào E. coli 13 18 F+(đực) với F (cái) Hình 2.12 : Thí nghiệm kinh điển của J. Lederberg 14 và E. Tatum 19 Hình 2.13: Cơ chế tiếp hợp và tái tổ hợp gene ở các 15 tế bào E. coli. 19 10
11
MỤC LỤC
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP NHÓM 4 LỜI MỞ ĐẦU Trong sự phát triển của Nghành Công Nghệ Sinh Học ngày nay Vi sinh vật đang dần chiếm ưu thế về số lượng các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong đó có lĩnh vực công nghiệp. Và có thể nói ứng dụng của vi sinh vật trong công nghiệp ngày nay là rất lớn nó được sử dụng rộng rãi trong công nghệ lên men( rượu, bia, sữa chua,...),sản xuất các chế phẩm sinh học phục vụ cho con người. Trên cơ sở những kiến thức đã được học trong môn học: nhóm chúng tôi đã được giao thực hiện đề tài “Các phương pháp cải tạo giống vi sinh vật trong công nghiệp” với mục đích là tìm hiểu thêm đề nâng cao kiến thức đã học cho bản thân và các bạn. Mặc dù đã cố gắng do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không được nhiều nên đề tài của chúng tôi còn rất nhiều hạn chế và sai sót. Đề tài này nhóm chia làm 5 phần như sau: Phần I : Phân lập các giống vi sinh vật thuần chủng: Tạo cơ sở cho việc cải tạo giống sau này. Phần II: Các phương pháp cải tạo giống vi sinh vật trong công nghiệp : Ở đây trình bày ba phương pháp cơ bản nhất Phương pháp gây đột biến Phương pháp tái tổ hợp Phương pháp lựa chọn thường xuyên Phần III: Các yêu cầu của cải tạo giống Phần IV: Ứng dụng của các phương pháp cải tiến giống trong sản xuất công nghiệp. Phần cuối: Sẽ trình bày một số thành tựu cải tiến giống vi sinh vat. Chúng tôi mong sự góp ý của Ths. Trần Quốc Huy, các thầy cô trong khoa và các bạn để bài luận này hoàn thiện và ngày càng tốt hơn. NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN Page | 13 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường
Muốn cải tạo một giống vi sinh vật nào đó, trước hết ta phải có nguồn giống muốn thế ta phải phân lập vi sinh vật thuần chủng từ nguồn gốc tự nhiên . Sau đó, tiến hành cải tạo chúng bằng các biện pháp nhân tạo. I . PHÂN LẬP GIỐNG VI SINH VẬT THUẦN CHỦNG Để chọn được giống VSV thuần chủng, bước đầu tiên là phân lập chúng từ các nguồn tự nhiên như: nước, không khí, đất, các mô động thực vật, các vật liệu hữu cơ vô cơ đã bị phân huỷ ít nhiều. Bằng những kỹ thuật VSV cổ điển từ thời L. Pauster và R.Koch đã đề ra . Nhiều phương pháp đặc biệt chủng giống thuần khiết dùng cho công nghiệp đã được phát triển trên cơ sở những kỉ thuật vi sinh vật cổ điển này, nhất là trong việc tìm chất sản xuất chất kháng sinh mới. L. Pauster R.Koch Hình 1.1: “Ông tổ” của nghành vi sinh vật học Theo kỹ thuật VSV cổ điển, việc phân lập các chủng thuần khiết mất nhiều công sức và chậm. Ngày nay người ta dùng phương pháp “ sàng lọc” vừa nhanh vừa có hiệu quả. Page | 14 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP NHÓM 4 Nguyên lý của phương pháp “sàng lọc” là: Trước hết người ta kiểm tra sơ bộ hỗn hợp các giống VSV từ mẫu tự nhiên như đất hoặc nước, cỏ cây chẳng hạn…pha loãng tạo thành các huyền phù pha có độ loãng từ 1/10 đến 1/100, rồi gieo dung dịch trên lên bề mặt hộp petri đựng môi trường thạch dinh dưỡng và đã cấy một chủng VSVkiểm định có tác dụng đối kháng.Chỉ có những chất nào trong đất sinh chất đối kháng với chủng kiểm định, nghĩa là có tính chất kháng sinh thì sau khi nuôi sẽ tạo ra vùng ức chế đặc hiệu trên đĩa thạch. Ta tách khuẩn lạc của chủng ấy và đem nuôi cấy, thử chất sinh ra và xác định tiếp theo. Cũng có thể đơn giản là đặt các mẫu lên các điểm khác nhau trên mặt thạch dinh dưỡng (nếu muốn tìm vi khuẩn) hoặc của thạch khoai tây (nếu muốn tìm nấm), đã có chủng kiểm định được nuôi cấy từ trước. Giữ đĩa thạch ở 2837 oC trong khoảng 2 ngày, quan sát vùng bị ức chế và quyết định công việc phân lập các chủng vi sinh vật có tác dụng tiếp theo. Dung dịch huyền phù Đĩa petri đã rắc huyền phù Đĩa petri sau 12 ngày đã cấy VSV kiểm định Hình 1.2 : Qúa trình sàng lọc Phương pháp “sàng lọc” cho phép nhanh chống xác định được tính kháng khuẩn kháng nấm hoặc virus hoặc kháng ung thư của một chủng được phân lập. Phương pháp này thường dùng hai kiểu kỹ thuật: Page | 15 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường
Lấy một mẫu thử để khảo sát tác dụng với nhiều chủng kiểm định. Lấy nhiều mẫu thử để khảo sát tác dụng với một chủng kiểm định . Cấy những chủng đã được phân lập bằng những đường vạch trên mặt thạch dinh dưỡng trong hộp petri. Sau đó cấy chủng kiểm định theo đường song song hoặc vuông góc với đường vạch của chủng nghiên cứu. Đặt hộp petri vào tủ ấm với nhiệt độ thích hợp với chủng kiểm định. Tác dụng kháng sinh của mẫu thử sẽ được xác định ở vùng mặt thạch không bị mờ tại các giao điểm đường cấy của chủng bị ức chế. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong việc tìm chủng sản xuất các chất kháng sinh. Từ nguyên lý cơ bản phương pháp đã được cải tiến và ngày một phong phú hơn. Để chọn các chủng sản xuất các acid amin người ta đã sử dụng kiểu chọn lọc theo kỹ thuật penicilin. Trong phương pháp này các điều kiện được lựa chọn sao cho các tế bào hoang dại có thể phát triển trong môi trường dinh dưỡng thiếu một acid amin nào đó và bị giết chết bằng pennixilin. Chúng ta đã biết, penicilin chỉ có tác dụng lên các tế bào đang sinh trưởng.Các tế bào cần acid amin không sinh trưởng được nên sống sót. Đối với những vi khuẩn mẫn cảm với penicilin thì dùng chất kháng sinh khác. Để phân lập những chủng có tính chất đặc biệt (như chuyển hoá steroit), người ta dùng hỗn hợp của nhiều chủng vi sinh vật đem nuôi cấy trong cùng một môi trường có chất mà ta muốn thực hiện sự biến đổi. Sau khi nuôi ta chiết xuất và các sản phẩm, phân tích theo các phương pháp sắc ký. Page | 16 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP NHÓM 4 Các chủng thu được qua phân lập được gọi là chủng nguyên thủy, chủng hoang dại hay chủng tự nhiên. Các chủng này chưa hẳn đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu dùng cho sản xuất công nghiệp. Thông thường các chủng này được nghiên cứu tuyển chọn tiếp dựa vào các điều kiện sinh lý, sinh hoá và các điều kiện tích hợp để sao cho có hoạt tính cao và thực hiện được quá trình lên men có tính kinh tế. Những chủng vi sinh vật nguyên thủy đạc biệt là các chủng có hoạt tính siêu tổng hợp tổng hợp thừa các sản phẩm trao đổi chất bậc 1 và bậc 2 có đặc điểm là không bền vững, thường hay bị biến đổi các tính chất ban đầu. Vì thế mới cần tới các phương pháp cải tiến giống vi sinh vật đề đáp ứng các nhu cầu đăt ra đó. II. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP Tuyển chọn và cải tạo giống vi sinh vật cho năng suất cao: Yêu cầu đối với giai đoạn này là tuyển chọn được chủng tổng hợp sinh khối cần thiết, với lượng đáng kể và hoạt tính cao. Môi trường tuyển chọn phân lập thường từ đất, nước, lương thực, thực phẩm…. Tuy nhiên các chủng phân lập theo phương pháp thông thường, chỉ tổng hợp một lượng nhỏ sinh khối, người ta cần tiến hành gây đột biến bằng phương pháp sinh học, lý, hóa học…để tạo chủng có khả năng “siêu tổng hợp sinh khối” như: Phương pháp gây đột biến, phương pháp tái tổ hợp, phương pháp lựa chọn giống thường xuyên. Page | 17 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường
2.1 Phương pháp đột biến nhân tạo 2.1.1 Đặc điểm của phương pháp chọn lọc đột biến Các thành tựu của Công nghiệp vi sinh vật không thể tách rời với những tiến bộ nhảy vọt của khoa học kỉ thuật trong chọn lọc các chủng có năng suất cao. Phương pháp này có các đặc điểm: Thu nhận kết quả rất nhanh. Chỉ đánh giá sản phẩm thu được, không quan tâm các biến đổi sinh lí, sinh hoá. Tạo ra các chủng có năng suất cao. Khắc phục một số nhược điểm của chủng ban đầu. Làm biến đổi bản chất hoá học các chất trong chủng ban đầu. Quá trình chọn giống các chủng Penicillium chrysogenum ở Mỹ có thể lấy làm ví dụ điển hình cho phương pháp này. Từ dòng ban đầu có sản lượng 60mg/l, chọn các đột biến ngẫu nhiên được dòng 150mg/l và sau đó sử dụng các đột biến nhận được do tác động tia X và UV. Việc chọn lọc theo nguyên tắc: lấy dòng có sản lượng cao nhất đem gây đột biến rồi chọn chủng Vi nấm Penoicillium chrysogenum suất cao nhất. Qua nhiều bước trung gian cuối cùng tạo được dòng E.15.1 có sản lượng 7000mg/l. Phương pháp chọn giống đột biến được sử dụng để tạo các chủng sản sinh ra nhiều axit amin (như glutamic axit) hay các nucleotit. Ngoài ra còn có thể nhận các đột biến liên quan đến cơ chế điều hoà trao đổi chất: Các đột biến cơ cấu (constitutive mutants): tạo sản phẩm không cần chất cảm ứng (inducer). Các đột biến kháng ức chế ngược là các đột biến tạo sản phẩm nhiều mà không bị ức chế bởi sản phẩm cuối (end product repression). Page | 18 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHIỆP NHÓM 4 Hình 2.1 : Gen bị đột biến 2.1.2 Phân loại các tác nhân gây đột biến. 2.1.2.1 Những tác nhân vật lý: Tia cực tím Tia X (rơnghen) Tia Y Bắn phá bằng hạt nơtron hay electron. Page | 19 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường
Hình 2.2: Các tác nhân vat lí gây độ biến Trong các tác nhân vật lý dùng vào mục đích này là tia cực tím hay là tia tử ngoại. Người ta dùng đèn thạch anh phát ra tia cực tím chiếu lên dịch huyền phù, giống vi sinh vật được chuẩn bị trong môi trường đẳng trương, đựng trong hộp petri mở nắp và có khuấy hoặc lắc. Khoảng cách từ đèn UV đến dịch huyền phù vi sinh vật, thời gian chiếu và cường độ bức xạ được điều chỉnh sao cho số tế bào bị tiêu diệt và số sống sót tối đa vào khoảng 0,20,5%. Page | 20 Khoa Công Nghệ Sinh Học Và Kỉ Thuật Môi Trường