Một số khái niệm chung về Vi Sinh Vật !
Sơ lược một số khái niệm chung
1. Vi sinh học (microbiology)
Là khoa học nghiên cứu các cơ thể sống hiển vi và siêu hiển vi, cấu tạo tế bào và quy luật
hoạt động của chúng, sử dụng các vi sinh vật nhằm phục vụ lợi ích của con người và giữ
vững hệ sinh thái trên trái đất.
2. Vi sinh vật (microorganisms)
. Vi sinh vật là tên gọi chung để chỉ tất cả các sinh vật có hình thể bé nhỏ, muốn thấy rõ
được, người ta phải sử dụng tới kính hiển vi.
. Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới. Chúng thậm chí thuộc về
nhiều giới (kingdom) sinh vật khác nhau. Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật
thiết với nhau nhưng chúng có một số đặc điểm chung (cái này sẽ tìm hiểu ở phần sau)
3. Virut (virus)
Virut là nhóm vi sinh vật đặc biệt, chúng nhỏ bé tới mức chỉ có thể quan sát được qua
kính hiển vi điện tử (electron microscope) . Virut chưa có cả cấu trúc tế bào.
Virut là kí sinh nội bào bắt buộc có cấu tạo rất đơn giản, chỉ gồm một loại axit nuclêic
được bao bởi vỏ protein, muốn nhân lên phải nhờ bộ máy tổng hợp của tế bào chủ.
Một số vấn đề ban đầu về vi sinh vật
1.Đặc điểm của vi sinh vật
1.1 Kích thước nhỏ bé
- Mắt con người khó có thể thấy được các vật nhỏ hơn 1 mm. Vậy mà vi sinh vật lại được
đo bằng micromet, virut thường được đo bằng nanomet.
- Vì vi sinh vật có kích thước nhỏ bé nên diện tích bề mặt của một tập đoàn vi sinh vật
hết sức lớn.
VD: Số lượng cầu khuẩn chiếm thể tích 1cm3 có diện tích bề mặt là 6m
1.2 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh
- Vi sinh vật tuy nhỏ bé nhất trong sinh giới nhưng lại có năng lực hấp thu và chuyển hoá
vượt xa các sinh vật bậc cao.
VD: Vi khuẩn lactic (lactobasillus) trong một giờ có thể phân giải 1 lượng đường lactozơ
nặng hơn 1000 – 10000 lần khối lượng chúng.
Nếu tính số microlit O2 mà mỗi mg chất khô của cơ thể sinh vật tiêu hao trong một
giờ(biểu thị là – QO2 thì ở mô lá hoặc mô rễ thực vật là 0,5 – 4, ở tổ chức gan và thận
động vật là 10 – 20, ở nấm men rượu (Sacharomyces cerevisiae) là 110, ở vi khuẩn thuộc
chi Pseudomonas là 1200, ở vi khuẩn thuộc chi Azôtbacter là 2000.
- Năng lực chuyển hoá sinh hoá mạnh mẽ của vi sinh vật (VSV) dẫn đến những tác dụng
rất lớn lao của chúng trong thiên nhiên cũng như trong hoạt động sống của con người.
1.3 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh
So với các sinh vật khác thì VSV có tốc độ sinh trưởng và sinh sôi nảy nở cực kì lớn.
Ví dụ: Vi khuẩn Escherichiacoli trong các điều kiện thích hợp cứ khoảng 12 – 20 phút lại
phân cắt một lần. Nếu lấy thời gian thế hệ (generation time) là 20 phút thì mỗi giờ phân
cắt 3 lần, 24 giờ phân cắt 72 lần, từ một tế bào ban đầu sẽ sinh ra
4.722.366.500.000.000.000.000 tế bào (nặng 4722 tấn!). Tất nhiên trong thực tế không
thể tạo ra số lượng tế bào như vậy cho nên số lượng vi khuẩn thu được trong một ml dịch
nuôi cấy thường chỉ đạt tới mức độ 10^8 – 10^9 tế bào.
1.4. Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị
- Năng lực thích ứng của VSV vượt rất xa so với thực vật và động vật. Trong quá trình
tiến hoá lâu dài, VSV đã tạo cho mình những cơ chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng
với những điều kiện sống bất lợi. Người ta nhận thấy số lượng enzim thích ứng chiếm tới
10% lượng chứa protein trong tế bào VSV.
+ Phần lớn VSV có thể giữ nguyên sức sống ở nhiệt độ của nitơ lỏng (-196 độ C) thậm
chí ở nhiệt độ của hiđrô lỏng (-253 độ C). Một số VSV có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 250
độ C, thậm chí có thể 300 độ C. Một số VSV có thể thích nghi với nồng độ 32% NaCl.
Ví dụ: vi khuẩn thiobacillus thioxidans có thể sinh trưởng ở pH = 0,5; trong khi đó vi
khuản thiobacillus denitrificans lại thích hợp phát triển ở pH = 10,7.
+ Ở nơi sâu nhất trong đại dương (11034m), nơi có áp lực tới 1103,4 atm, vẫn thấy có vi
sinh vật sinh sống, nhiều VSV thích nghi với điều kiện sống hoàn toàn thiếu oxi (VSV kị
khí bắt buộc – obligate anaerobes), một số nấm sợi có thể phát triển thành váng dày trong
bể ngâm xác có nồng độ phenol rất cao.
- VSV rất dễ phát sinh biến dị bởi vì thường là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số
lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống. Tần số biến dị ở VSV thường là 10^-
5 —> 10^-10. Hình thức biến dị thường gặp là đột biến gen và dẫn đến những thay đổi về
hình thái, cấu tạo, kiểu trao đổi chất, sản phẩm trao đổi chất, tính đề kháng….Bên cạnh
các biến dị có lợi, VSV cũng sinh ra những biến dị có hại đối với nhân loại, chẳng hạn
biến dị về tính kháng thuốc.
1.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều
- VSV phân bố ở khắp mọi nơi trên trái đất, chúng có mặt trên cơ thể người, động vật,
thực vật, trong đất, nước, không khí, trên mọi đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao,
từ nước ngọt đến nước biển…
- Về chủng loại: Trong khi toàn bộ giới Động vật có khoảng 1,5 triệu loài, thực vật có
khoảng 0,5 triệu loài thì VSV cũng có tới trên 100 nghìn loài.
Đúng nhà VSV học người Nga nổi tiếng A.A.Imsenhetskii đã nói : “Các loài VSV mà ta
đã biết đến hiện nay nhiều lắm cũng không quá đuợc 10% tổng số loài VSV có sẵn trong
thiên nhiên”./.
2. Vị trí của vi sinh vật trong hệ thống sinh giới
Vị trí của các nhóm vi sinh vật đã được xếp vào các hệ thống sinh giới khác nhau.
2.1 Hệ thống 5 giới của Whittaker (1969)
- Giới khởi sinh (Monera) (vi khuẩn)
- Giới nguyên sinh (Protista) (VSV nhân chuẩn đơn bào)
- Giới nấm (Fungi)
- Giới thực vật
- Giới động vật
2.2 Hệ thống 4 giới của Takhtakjan (1970)
- Giới vi khuẩn
- Giới nấm (từ nấm đơn bào đến đa bào)
- Giới thực vật (từ TV đơn bào đến đa bào)
- Giới động vật (Từ ĐV nguyên sinh đến bậc cao)
2.3 Hệ thống 3 nhóm giới của Trần Thế Tương (1979)
- Nhóm giới sinh vật vô bào: giới virut
- Nhóm giới sinh vật nhân sơ (nhân nguyên thủy): giới vi khuẩn và vi khuẩn lam
- Nhóm giới sinh vật nhân chuẩn: giới thực vật, giới nấm và giới động vật
* Năm 1980, Woese nhận thấy thứ tự nucleotit của ARN của ribôxôm 16S và 5S (có thể là
18S) ở một số vi khuẩn có sai khác rất lớn so với ở đa số các vi khuẩn khác, quá trình
dịch mã không chịu tác dụng của cloramphenicol nhưng lại bị ức chế bởi độc tố của vi
khuẩn bạch hầu. Và ông xếp chúng thành một giới riêng gọi là giới vi khuẩn cổ
(Archaebacteria). Như vậy, hệ thống phân loại sinh giới của ông lại chỉ có 3 giới là Sinh
vật nhân thật (Eukaryota), Vi khuẩn thật (Eubacteria). (Theo Whittaker, thì vi khuẩn cổ
vẫn thuộc về giới khởi sinh).
3. Phương pháp nuôi cấy Vi sinh vật
3.1. Pha loãng mẫu trong nước vô trùng.
3.2. Cấy lên môi trường
3.3. Điều chỉnh độ pH, nhiệt độ, dinh dưỡng để mẫu phát triển thành khuẩn lạc.
3.4. Dùng thao tác vô trùng cấy từ khuẩn lạc sang một môi trường mới —> thu được
chủng vi sinh vật thuần khiết.
4. Môi trường nuôi cấy Vi Sinh Vật
Có 2 loại môi trường là môi trường liên tục và môi trường không liên tục.
- Môi trường liên tục là môi trường thường xuyên cung cấp thêm chất dinh dưỡng, đồng
thời lấy đi một lượng chất thải tương đương.
- Môi trường không liên tục là không bổ sung chất dinh dưỡng mới và không lấy đi các
sản phẩm trao đổi chất.
5. Sinh trưởng kép
- Đường cong sinh trưởng gồm 2 pha lag và 2 pha log.
- Nguyên nhân: Khi môi trương (MT) nuôi cấy có 2 chất hữu cơ cung cấp cacbon khác
nhau cung cấp cho VSV, sau khi vi khuẩn tổng hợp enzim để chuyển hoá nguồn C thứ
nhất, chúng trải qua giai đoạn tiềm phát 2 (pha lag), tổng hợp enzim chuyển hoá nguồn C
thứ 2 nên có 2 pha lag và 2 pha log.
Vi sinh vật thuộc giới sinh vật nào?
Vi sinh vật không phải là một nhóm phân loại trong sinh giới mà là bao gồm tất cả các
sinh vật có kích thước hiển vi, không thấy rõ được bằng mắt thường, do đó phải sử dụng
kính hiển vi thường hoặc kính hiển vi điện tử. Ngoài ra muốn nghiên cứu vi sinh vật
người ta phải sử dụng tới phương pháp nuôi cấy vô khuẩn.
Từ trước đến nay có rất nhiều hệ thống phân loại sinh vật. Các đơn vị phân loại sinh vật
nói chung và vi sinh vật nói riêng đi từ thấp lên cao là Loài (Species), Chi (Genus), Họ
(Family), Bộ (Order), Lớp (Class), Ngành (Phylum), và Giới (Kingdom). Hiện nay trên
giới còn có một mức phân loại nữa gọi là lĩnh giới (Domain). Đấy là chưa kể đến các
mức phân loại trung gian như Loài phụ (Subspecies), Chi phụ (Subgenus), Họ phụ
(Subfamily), Bộ phụ (Suborder),Lớp phụ (Subclass), Ngành phụ (Subphylum).
John Ray (1627-1705) Carl Von Linnaeus (1707-1778)
* Xưa kia John Ray (1627-1705) và Carl Von Linnaeus (1707-1778) chỉ chia ra 2 giới là
Thực vật và Động vật. Năm 1866 E. H. Haeckel (1834-1919) bổ sung thêm giới Nguyên
sinh (Protista).
Năm 1969 R. H. Whitaker (1921-1981) đề xuất hệ thống phân loại 5 giới : Khởi sinh
(Monera), Nguyên sinh (Protista), Nấm (Fungi), Thực vật (Plantae) và Động vật
(Animalia).
- Khởi sinh bao gồm Vi khuẩn (Bacteria) và Vi khuẩn lam (Cyanobacteria).
- Nguyên sinh bao gồm Động vật nguyên sinh (Protzoa),
- Tảo (Algae) và các Nấm sợi sống trong nước (Water molds).
* Gần đây hơn có hệ thống phân loại 6 giới- như 5 giới trên nhưng thêm giới Cổ vi
khuẩn (Archaebacteria), giới Khởi sinh đổi thành giới Vi khuẩn thật (Eubacteria) (P. H.
Raven, G. B. Johnson, 2002).
* T. Cavalier-Smith (1993) thì lại đề xuất hệ thống phân loại 8 giới:
+ Vi khuẩn thật (Eubacteria),
+ Cổ vi khuẩn (Archaebacteria),
+ Cổ trùng (Archezoa),
+ Sắc khuẩn (Chromista),
+ Nấm (Fungi),
+ Thực vật (Plantae) và
+ Động vật (Animalia).
Theo R. Cavalier-Smith thì Cổ trùng (như Giardia) bao gồm các cơ thể đơn bào nguyên
thuỷ có nhân thật, có ribosom 70S, chưa có bộ máy Golgi, chưa có ty thể (mitochondria)
chưa có thể diệp lục (Chloroplast), chưa có peroxisome. Sắc khuẩn bao gồm phần lớn
các cơ thể quang hợp chứa thể diệp lục trong các phiến (lumen) của mạng lưới nội chất
nhăn (rough endpplasmic reticulum) chứ không phải trong tế bào chất (cytoplasm), chẳng
hạn như Tảo silic , Tảo nâu, Cryptomonas, Nấm noãn.
* Năm 1980, Carl R. Woese dựa trên những nghiên cứu sinh học phân tử phát hiện thấy
Cổ khuẩn có sự sai khác lớn trong trật tự nucleotid ở ARN của ribosom 16S và 18S. Ông
đưa ra hệ thống phân loại ba lĩnh giới (Domain) bao gồm
+ Cổ khuẩn (Archae),