Tổng quan về Vi sinh vật học - Tuần 1 | Môn Microbiology - Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58504431
Tuần 1: Tổng quan về Vi sinh vật học
Vi sinh vật học : là nghiên cứu về vi sinh vật (hoặc vi khuẩn). Chủ đề chung của vi sinh vật học là nghiên
cứu mối quan hệ giữa vi khuẩn và đời sống con người.
Vi sinh vật (Vi khuẩn) : tế bào đơn (đơn bào), cụm tế bào hoặc không có tế bào nào cả (vô bào), thường
là quá nhỏ để có thể nhìn thấy bằng mắt thường và cần phải dùng kính hiển vi mới có thể nhìn thấy. Bao
gồm cả tác động có hại và có lợi cho cuộc sống con người. Bao gồm: +Vi khuẩn
+Nấm (men, mốc) (men, nam mộc) +Tảo vi mô +Protozoa (dv nguyen sinh) + Virus, viroid, prion
Nhiều chức năng sinh học quan trọng và có lợi:
+ Quang hợp : Tảo và một số vi khuẩn hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa thành thức ăn.
+ Phân hủy : (phan huy): phân hủy các chất chết và phân hủy và tái chế các chất dinh dưỡng có thể
được nhiều sinh vật khác sử dụng.
+ Cố định nitơ : Một số vi khuẩn có thể lấy nitơ từ không khí và đưa vào đất.
+ Tiêu hóa : Động vật có hệ vi sinh vật trong đường tiêu hóa, rất cần thiết cho quá trình tiêu hóa và tổng hợp vitamin.
+ Y học : Thuốc kháng sinh và các loại thuốc khác được tổng hợp tự nhiên bởi vi khuẩn.
+ Ngành công nghiệp thực phẩm : nhiều loại thực phẩm và đồ uống quan trọng được làm từ vi
khuẩn (giấm, dưa chua, đồ uống có cồn, ô liu xanh, nước tương, bơ sữa, pho mát,...).
+ Kỹ thuật di truyền : Trong kỹ thuật ghép gen cho phép chúng ta tái tổ hợp các vi khuẩn sản xuất
ra các sản phẩm quan trọng như hormone tăng trưởng ở người, insulin, yếu tố đông máu,
hemoglobin ở người, erythropoietin và kháng thể đơn dòng.
+ Nghiên cứu y tế : Vi khuẩn rất phù hợp cho nghiên cứu sinh học và y tế vì nhiều lý do.
● đơn giản và nhỏ gọn , dễ học.
● Vật liệu di truyền dễ bị thao túng.
● Có thể nuôi cấy số lượng lớn tế bào rất nhanh chóng và với chi phí thấp.
● Thời gian thế hệ ngắn khiến chúng rất hữu ích cho việc nghiên cứu những thay đổi di truyền.
Mối quan hệ vi sinh vật :
+ sinh : Nhiều vi khuẩn hình thành mối quan hệ có lợi cho nhau với các sinh vật khác, chẳng hạn
như vi khuẩn đường ruột hỗ trợ tiêu hóa.
+ Sinh bệnh học : Một số vi khuẩn có thể gây bệnh bằng cách lây nhiễm và gây hại cho vật chủ,
dẫn đến việc nghiên cứu các tác nhân gây bệnh là vi khuẩn.
+ Cạnh tranh : Vi khuẩn cũng cạnh tranh về tài nguyên và có thể sản xuất ra các hợp chất kháng
khuẩn để đánh bại đối thủ của chúng (đối thủ)
Vi sinh vật và môi trường - 4 loại vi sinh vật đất chính:
+ Chu trình dinh dưỡng : vai trò quan trọng trong chu trình các chất dinh dưỡng thiết yếu như
carbon, nitơ và lưu huỳnh trong hệ sinh thái.
+ Phục hồi sinh học : Một số vi khuẩn có thể phân hủy chất ô nhiễm và làm sạch môi trường bị ô
nhiễm, khiến chúng trở nên có giá trị cho việc phục hồi.
+ Công nghệ sinh học : Vi khuẩn ngày càng được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng công nghiệp
và y tế, chẳng hạn như sản xuất nhiên liệu sinh học và dược phẩm. lOMoAR cPSD| 58504431
+ Tác động đến khí hậu : Hoạt động của vi sinh vật có thể ảnh hưởng đến các kiểu khí hậu toàn
cầu, thông qua việc sản xuất hoặc tiêu thụ khí nhà kính.
Tương tác của vi khuẩn với con người
+ Hệ vi sinh đường ruột : hàng nghìn tỷ vi khuẩn sống trong hệ tiêu hóa của chúng ta đóng vai trò
quan trọng trong việc duy trì sức khỏe
+ Hệ thống miễn dịch : Vi khuẩn có thể hỗ trợ và thách thức hệ thống miễn dịch của chúng ta, ảnh
hưởng đến sức khỏe tổng thể của chúng ta.
+ Bệnh truyền nhiễm : Một số vi khuẩn có thể gây ra các bệnh nghiêm trọng , đòi hỏi phải nghiên
cứu và điều trị các tác nhân gây bệnh là vi khuẩn.
+ Công nghệ sinh học : Vi khuẩn ngày càng được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng công nghiệp và y tế.
Kiến thức về vi sinh vật (MO) cho phép con người
+ Ngăn ngừa bệnh tật xảy ra
+ Ngăn ngừa hư hỏng thực phẩm (hư hỏng thực phẩm)
+ Đưa ra các kỹ thuật vô trùng để ngăn ngừa ô nhiễm trong y học và phòng xét nghiệm vi sinh.
Đặt tên và phân loại vi sinh vật
Tiếng Latin là ngôn ngữ được các học giả sử dụng theo truyền thống Có
nguồn gốc từ 4 nguồn khác nhau + Mô tả
VD: Staphylococcus aureus (cụm cầu giống quả nho, màu vàng)
+ Tên các nhà khoa học
VD: Escherichia coli (Theodor Escherich)
Vi khuẩn Listeria (Joseph Lister)
+ Địa điểm địa lý
VD: Legionella longbeachiae (Long Beach, California, Hoa Kỳ)
Pseudomonas fairmontensis (Công viên Fairmount, Pennsylvania, Hoa Kỳ) + Tổ chức:
VD: Afipia felis (Viện Bệnh học Không quân)
Bilophila wadsworthia (Trung tâm Y tế VA Wadsworth ở Los Angeles) Quy tắc danh pháp
+ Sử dụng tên nhị phân : tên nhị phân bao gồm tên chi (tên chi) và tên loài ( ví dụ, Escherichia
coli), phải được sử dụng cho tất cả các sinh vật. Tên của các loại ở cấp độ chi hoặc cao hơn có thể
được sử dụng riêng, nhưng tên gia vị và tên phân loài (tên loài) thì không được. KHÔNG BAO
GIỜ SỬ DỤNG TÊN LOÀI MỘT MÌNH!
+ Khi nào viết hoa : tên chi (và các chi trên) luôn được viết hoa , tên loài không bao giờ được
viết hoa , ví dụ Bacillus anthracis
+ Khi nào thì in nghiêng : tên của tất cả các loài (giới, ngành, lớp, bộ, họ, chi, loài và phân loài) được
in nghiêng và phải được gạch chân hoặc viết tay; các ký hiệu chủng và số thì không. Nếu tất cả
xung quanh đều in nghiêng, thì tên nhị phân sẽ không phải là in nghiêng (kiểu chữ La Mã) hoặc lOMoAR cPSD| 58504431
được gạch chân (ví dụ: Một nguyên nhân phổ biến gây tiêu chảy là E.coli 0157, một trực khuẩn âm tính hạt )
+ Khi nào sử dụng chữ viết tắt : tên chung phải được viết đầy đủ trước tên cụ thể khi lần đầu tiên sử
dụng trong bài báo. Sau đó, tên chung phải được viết tắt thành chữ in hoa đầu tiên (ví dụ: E.coli ),
miễn là không gây nhầm lẫn với các chi khác được sử dụng trong bài báo. Cẩn thận với các từ bắt
đầu bằng chữ “S”: Salmonella, Shigella, Serratia, Staphylococcus, Streptococcus , v.v.
+ Tên thông thường : tên thông thường phải viết thường, không nghiêng (ví dụ: streptococcus,
brucella). Tuy nhiên, khi đề cập đến tên chi thực tế (hoặc cao hơn) luôn viết hoa và in nghiêng
+ Phân loài và huyết thanh : đối với Salmonella, tên chi, loài và phân loài phải được trình bày theo
dạng chuẩn: Salmonella enterica khi sử dụng lần đầu, S.enterica sau đó; Salmonella enterica subsp.
Arizona khi sử dụng lần đầu, S. enterica subsp. Arizonae sau đó
+ Viết tắt cho loài : sử dụng “ sp.” cho một loài cụ thể, “spp.” cho một số loài (“spp” là viết tắt của
“loài số nhiều”). Các chữ viết tắt này không được in nghiêng; ví dụ Clostridium sp. hoặc Clostridium spp.
+ Các dạng số nhiều :
● Số nhiều của chi là chi
● Số nhiều của loài (sp.) là loài (spp.)
● Số nhiều của medium là media
● Số nhiều của mushroom là nấm
● Số nhiều của streptococcus là streptococci
● Số nhiều của bacillus là bacilli
● Số nhiều của bacteria là bateria
● Số nhiều của alga là tảo
● Số nhiều của protozoan là protozoa
Di truyền học vi khuẩn
+ Giải trình tự DNA : những tiến bộ trong công nghệ giải trình tự DNA đã cho phép nghiên cứu bộ
gen vi khuẩn ở mức độ chi tiết chưa từng có.
+ Lắp ráp bộ gen : ghép nối các bản thiết kế di truyền hoàn chỉnh của nhiều loại vi khuẩn khác nhau,
tiết lộ lịch sử tiến hóa và khả năng trao đổi chất của chúng.
+ Siêu gen : hiểu rõ hơn về vai trò sinh thái và tương tác của các dạng sống cực nhỏ này.
TUẦN 2: CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO Ở
VI KHUẨN VÀ CỔ SINH VẬT
AFM (Kính hiển vi lực nguyên tử) Phân loại: Cũ Mới
Hệ thống năm vương quốc Ba miền lOMoAR cPSD| 58504431 Monera Vi khuẩn (prokaryote) Sinh vật nguyên sinh Vi khuẩn cổ (Prokaryote) Thực vâṭ
Eukaryota (Protist, thực vật, nấm, động vật) Nấm Động vật
Cây phát sinh loài của sự sống
Cây phát sinh loài mô tả quá trình tiến hóa của tất cả các sinh vật sống dựa trên dữ liệu gen rRNA vi khuẩn cổ
Archaea là tế bào nhân sơ và đơn bào và chỉ có thể quan sát được dưới kính hiển vi (kính hiển vi quang học)
Phát triển mạnh trong môi trường khắc nghiệt
● Màng sinh chất: liên kết với lipid hoặc phytanol ● Ribosome 70S ● 16S rRNA
● Thành tế bào không có peptidoglycan
● Protein giống histone liên kết với DNA
● Không có nhân thực sự (nhân con trong tế bào chất)
● Không có bào quan có màng bao bọc
Màng sinh chất : liên kết với lipid hoặc với phytanol Đặc trưng Vi khuẩn
Sinh vật nhân chuẩn vi khuẩn cổ Thành phần protein Cao Thấp Cao Thành phần lipid Phospholipid Phospholipid Sulfolipid, glycolipid, lipid isoprenoid không phân cực, phospholipid Cấu trúc lipid Chuỗi thẳng Có nhánh Chuỗi thẳng Liên kết lipid Este Este Ester (đi và tetraete) Sterol Không có Đúng Không có Thành tế bào
Cấu trúc thay đổi rất nhiều (một số không có cấu trúc thành tế bào, ví dụ như Thermoplasma)
● Axit amin tích điện âm
● Chống lại sự tích tụ của các ion Na+ trong môi trường
● Các tế bào vẫn còn nguyên vẹn ở nồng độ NaCl lên tới 15%
=> Thiếu thành tế bào: Nhiệt plasma
=> Có thành tế bào: Methano microbium, MethanococcuMethanococcus
vi khuẩn cổ ưa nhiệt
● Chịu được nhiệt độ cao (chịu minh được nhiệt độ cao)
● Sống sót ở nhiệt độ lên tới 350oC trong điều kiện áp suất cao
● Nhiệt độ hoạt động tối thiểu là 110oC
● Sống trong môi trường kỵ khí ở nhiệt độ 250oC lOMoAR cPSD| 58504431
● Những tế bào này có thể tồn tại trong điều kiện tương tự như trên Trái đất thời kỳ đầu, nơi mà các
dạng sống khác không thể tồn tại Sinh vật nhân sơ
Vi khuẩn có thể sống trong mọi hệ sinh thái: ●
Về thực vật và động vật
● Bên trong thực vật và động vật ● Trong đất
● Ở mọi độ sâu của đại dương
● Môi trường cực kỳ lạnh, nóng và mặn
● Về sinh vật sống và chết
Sự đa dạng về hình thái: hình que; hình cầu và hình xoắn ốc…
Vi khuẩn hình que (trực + vi khuẩn không hình thành bào khuẩn) tử
+ The size ranges form 2-10 μm (smallest 2-4μm, largest 5- 10μm)
Binary fission: vi khuẩn sản sinh bằng pp nhân đôi
Streptobacillus: vkhuan hình
que kết nối nhau bằng chuỗi dài
Coccobacillus: Vkhuan có hình
dạng trung gian giữa cầu khuẩn và trực khuẩn lOMoAR cPSD| 58504431
Spherical bacteria (cocci) + Micrococci + Diplococci + Streptococci + Staphylococci + Tetracocci + Sarcine Spiral-shaped
bacteria Vibrios: rod-shaped cells that are (spirilla) curved like a comma. An
example of this group of bacteria is Vibrio cholera
Spirilla: dạng xoắn của vi khuẩn.
Các loài gây bệnh bao gồm:
Spirillum minus - liên quan đến
bệnh ở người do chuột cắn, gây sốt do chuột cắn;
Vi khuẩn Helicobacter Pylori
nguyên nhân chính gây ung thư dạ dày. lOMoAR cPSD| 58504431
Spirochaetes (xoắn trùng)
Giang mai (Treponema): tế bào
vi khuẩn có từ 6-14 vòng xoắn. Kích thước của
Treponema pallidum (tác nhân
gây bệnh giang mai - giang mai) từ 10-18 μm.
Nhiễm trùng Leptospira: cấu
trúc tế bào rất mỏng. Vi khuẩn
Leptospira từ 12-18 cuộn (xoắn
ốc sơ cấp) (L. interrogans) và
biểu hiện hình chữ C hoặc chữ S do xoắn ốc thứ cấp
Nhiễm trùng Borrelia: biểu
hiện hình dạng xoắn ốc bất
thường với 3-10 vòng xoắn (B. recurringis, B. persica)
Cấu trúc của sinh vật nhân sơ ● Đơn bào
● Kích thước: 1/10 kích thước tế bào nhân sơ (1 micron - 1 μm) ● Cấu trúc bên trong:
- Không có ngăn nội bào (không có bào quan có màng và chỉ có ribosome)
- Nhiễm sắc thể tròn, DNA trần (không có protein histon liên kết với DNA)
Nhiễm sắc thể Prokaryote so với Eukaryote Sinh vật nhân sơ
Sinh vật nhân chuẩn Hình dạng
Thông thường là hình tròn Tuyến tính Cấu trúc DNA
DNA trần trụi, không quấn quanh ADN được quấn quanh protein protein histon
histon, tạo thành chromatin
Số lượng nhiễm sắc thể
Thông thường là một nhiễm sắc thể đơn Nhiều nhiễm sắc thể, với số
lượng đặc trưng riêng của từng loài Vị trí
Nằm ở vùng nhân của tế bào, không Nằm bên trong nhân tế bào có
được bao bọc trong nhân có màng bao màng bao bọc bọc Đặc điểm của
Sinh vật nhân chuẩn Vi khuẩn vi khuẩn cổ Loại tế bào Sinh vật nhân chuẩn Sinh vật nhân sơ Sinh vật nhân sơ lOMoAR cPSD| 58504431 màng nhân Hiện tại Vắng mặt Vắng mặt
Hình dạng nhiễm sắc Tuyến tính Hình tròn Vòng tròn thể
Sterol trong màng tế Hiện tại Vắng mặt Vắng mặt bào
Kích thước ribosome 80S (tế bào chất) Những năm 70 Những năm 70
Các bào quan (ty thể Hiện tại Vắng mặt Vắng mặt và lục lạp)
Axit amin khởi đầu Methionin N-formylmethionin Methionin trong quá trình tổng hợp protein
Các thành phần của cấu trúc vi khuẩn a/ Các thành
phần phụ thuộc bề mặt của tế bào vi khuẩn: ● Roi vi khuẩn ●
Pili hoặc Firmbrea (khuẩn mao) b/ Vỏ tế bào ●
Lớp vỏ nang và lớp chất nhờn ●
Thành tế bào (peptidoglycan) ● Màng tế bào c/ Tế bào chất ● Nhân (ADN dạng vòng) ● Ribosome 70S ● Plasmid ● Mesosome ●
Các tạp chất dạng hạt
Flagella và Pili (vi khuẩn roi) Roi vi khuẩn: + Sự chuyển động
+ Sự gắn kết vào màng tế bào
+ Được cung cấp năng lượng bởi động lực proton (thế thẩm thấu hóa học) + Kháng nguyên
+ Được quan sát thấy trong các chế phẩm gắn ướt Các dạng vi khuẩn: a/ Đơn lông (một roi)
b/ Có lông roi (roi phân bố trên toàn bộ bề mặt) lOMoAR cPSD| 58504431
c/ Lophotrichous (nhiều roi ở một đầu)
d/ Lưỡng tính (roi ở cả hai đầu)
Sự sắp xếp của roi vi khuẩn
Fimbriae hoặc pili (khuẩn mao)
● Cấu trúc giống như tóc
● Liên quan đến bám dính và xâm lấn (bám và xâm lấn) ● Ức chế thực bào, Ví dụ: E.coli. Protein M.
● Kháng nguyên (kháng nguyên)
● Lông sinh dục (F pili) tham gia vào quá trình tiếp hợp. Ví dụ: E.coli lOMoAR cPSD| 58504431 Fimbriae và Pili
● Pili tham gia vào quá trình vận động và
trao đổi di truyền trong quá trình liên hợp
● Thông qua sự tiếp hợp, vi khuẩn có được khả năng mới + Sản xuất độc tố + Kháng thuốc kháng sinh Pili Lông đuôi -
Kích thước dài, cấu trúc ống cứng
- Cấu trúc nhỏ, cứng giống như sợi tóc -
Được cấu tạo từ protein pili
- Chủ yếu bao gồm protein -
Chỉ tìm thấy ở vi khuẩn gram âm
- Có xu hướng dính vào nhau và vào bề mặt -
Được sử dụng cho sự chia động từ của vi khuẩn Vỏ vi khuẩn
● Còn được gọi là nang, là lớp polysaccharide được tổ chức tốt, bám chặt vào bên ngoài cấu trúc thành tế bào
● Lớp chất nhờn là lớp polysaccharide khuếch tán kéo dài từ tế bào và không có tổ chức rõ ràng ● Kháng nguyên
● Ức chế thực bào và làm khô
● VD: Mảng bám răng - một màng sinh học - được bảo vệ khỏi môi trường và các vi khuẩn khác Glycocalyx
● Một lớp phủ glycoprotein-polysaccharide bao quanh màng tế bào của một số vi khuẩn
● Được hình thành bởi các lớp đơn vị polysaccharide, protein hoặc cả hai
● Bảo vệ tế bào vi khuẩn
● Giúp tế bào vi khuẩn thích nghi với môi trường của chúng
● Thay đổi giữa các nhóm vi khuẩn về độ dày, tổ chức và thành phần hóa học lOMoAR cPSD| 58504431
+ Lớp chất nhờn : một lớp lá chắn lỏng lẻo bảo vệ tế bào vi khuẩn khỏi bị mất nước và mất chất dinh dưỡng
+ Vỏ vi khuẩn : được hình thành khi các lớp glycocalyx liên kết chặt chẽ và dày đặc hơn ● Chức năng :
+ Bảo vệ tế bào vi khuẩn khỏi thực bào
+ Đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành màng sinh học Bào tử vi khuẩn
- Là dạng thức ngủ đông của cấu trúc vi khuẩn có thành tế bào dày và có tính chất khúc xạ và điện trở cao - Đặc trưng :
● Trạng thái ngủ đông: bào tử vi khuẩn là dạng vi khuẩn không hoạt động và có khả năng kháng thuốc cao
● Thành tế bào dày: thành tế bào dày, bảo vệ - giúp sống sót trong điều kiện khắc nghiệt
● Độ bền cao: khả năng chống chịu nhiệt, hóa chất, khô hạn, bức xạ cao
● Tính chất khúc xạ: có chiết suất cao, chống nhuộm màu và phát hiện dưới kính hiển vi
● Cơ chế sống sót: có thể tồn tại trong thời gian dài ngay cả trong môi trường khắc nghiệt,
có thể nảy mầm thành hoạt động khi điều kiện trở nên thuận lợi - Kết cấu :
● Lõi : chứa DNA của vi khuẩn và các protein thiết yếu, bị mất nước nhiều và được bảo vệ bởi lớp bào tử
● Vỏ : lớp peptidoglycan dày, cung cấp khả năng bảo vệ bổ sung và giúp tăng cường sức đề kháng
● Lớp vỏ bào tử: cấu trúc protein nhiều lớp, hoạt động như một rào cản chống lại tác hại
của môi trường và sự tấn công của hóa chất
● Exosporium : lớp ngoài cùng, bao gồm protein và lipid, cung cấp khả năng bảo vệ bổ sung
Nội bào tử là thuật ngữ chính được sử dụng để mô tả các cấu trúc tiềm ẩn, đàn hồi được hình thành bên
trong tế bào vi khuẩn để tồn tại
Exospore , nếu được nhắc đến, thường biểu thị lớp ngoài cùng của cấu trúc nội bào tử (exosporum),
nhưng thuật ngữ này ít phổ biến hơn và không được sử dụng rộng rãi trong vi sinh vật học hiện đại Hình
dạng của bào tử vi khuẩn : lOMoAR cPSD| 58504431
● Hình cầu: bào tử tròn, chẳng hạn như bào tử do Clostridium tetani tạo ra ● Hình
bầu dục : bào tử hình elip, giống như bào tử của Bacillus anthracis
● Hình que: một số bào tử vi khuẩn, như bào tử của loài Bacillus, có hình dài và hình trụ
Vị trí với tế bào
● Đầu cuối: bào tử nằm ở cuối tế bào, chẳng hạn như bào tử của Clostridium tetani
● Đầu dưới: bào tử nằm gần cuối nhưng không ở đầu tận cùng của tế bào, giống như bào tử của Bacillus subtilis
● Trung tâm: bào tử nằm ở giữa tế bào, thấy ở một số loài Bacillus Loại vi khuẩn
● Clostridia: bào tử được hình thành bởi vi khuẩn kỵ khí trong chi Clostridium
● Bacilli: bào tử được hình thành bởi vi khuẩn hiếu khí hoặc kỵ khí tùy ý trong chi Bacillus
Chức năng của nội bào tử vi khuẩn
1. Cơ chế sinh tồn: cho phép vi khuẩn sống sót trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, cho phép
chúng chịu đựng được những môi trường khắc nghiệt mà nếu không sẽ gây tử vong
2. Ngủ đông: (ngủ đông) nội bào tử ở trạng thái ngủ đông và không chuyển hóa tích cực. Ngủ đông
cho phép chúng tồn tại trong thời gian dài (nhiều năm hoặc nhiều thập kỷ) cho đến khi điều kiện trở nên thuận lợi
3. Bảo vệ: lớp bảo vệ dày cung cấp khả năng bảo vệ đáng kể chống lại các tác hại vật lý, hóa học và
tấn công sinh học, giúp chúng bảo tồn DNA của vi khuẩn và các thành phần thiết yếu của tế bào
4. Nảy mầm: (nảy mầm) khi điều kiện trở nên thuận lợi, bào tử bên trong có thể nảy mầm và trở lại
trạng thái hoạt động của chúng
5. Phân tán: (phân tán) có thể phân tán qua nhiều môi trường khác nhau (đất, nước, không khí). Khả
năng chống chịu cao với các áp lực môi trường giúp chúng phân bố rộng rãi và tồn tại lâu dài trên
nhiều môi trường sống khác nhau. lOMoAR cPSD| 58504431
KHÔNG PHẢI TẤT CẢ CÁC LOÀI VI KHUẨN ĐỀU CÓ KHẢ NĂNG HÌNH THÀNH BÀ TỬ BÀO TỬ
Sự hình thành bào tử vi khuẩn
Là quá trình mà một số vi khuẩn phát triển các cấu trúc có sức đề kháng cao được gọi là nội bào tử để tồn
tại trong điều kiện môi trường bất lợi
1. Sự khởi đầu
● Phản ứng căng thẳng: được kích hoạt bởi căng thẳng môi trường
2. Quá trình bào tử hóa
● Sao chép DNA: vi khuẩn sao chép DNA của nó để đảm bảo cả bào tử và tế bào mẹ đều có
bộ vật liệu di truyền hoàn chỉnh
● Sự hình thành vách ngăn bào tử: Một vách ngăn (phân chia) hình thành và phân chia tế
bào thành tế bào mẹ và bào tử.
● Sự bao bọc: tế bào mẹ bao bọc bào tử -> hình thành màng kép bao quanh bào tử
● Sự hình thành vỏ: khoảng không giữa hai màng được lấp đầy bằng lớp peptidoglycan dày, tạo thành vỏ
● Sự hình thành lớp vỏ bào tử: một lớp vỏ bào tử giàu protein hình thành xung quanh lớp
vỏ, cung cấp thêm lớp bảo vệ
● Sự hình thành exosporium: một số vi khuẩn, lớp ngoài cùng gọi là exosporium có thể có
mặt, cung cấp khả năng bảo vệ tốt hơn
3. Sự trưởng thành
● Mất nước: lõi của bào tử bị mất nước rất nhiều, giúp chống lại thiệt hại do nhiệt và hóa chất
● Các yếu tố bảo vệ: bào tử tích tụ nhiều phân tử bảo vệ khác nhau, bao gồm axit dipicolinic và ion canxi.
4. Giải phóng
● Sự phân hủy của tế bào mẹ: tế bào mẹ cuối cùng bị phân hủy (vỡ ra), giải phóng nội bào
tử trưởng thành vào môi trường
● Sự sống còn: nội bào tử vẫn ở trạng thái ngủ đông và có khả năng chống chịu cao với các
điều kiện khắc nghiệt trong thời gian dài lOMoAR cPSD| 58504431
Sự nảy mầm của bào tử vi khuẩn
- Khi điều kiện môi trường trở nên thuận lợi trở lại , các bào tử ở trạng thái ngủ đông sẽ trở lại trạng thái sinh dưỡng.
- Bào tử cần được kích hoạt bởi yếu tố căng thẳng của môi trường trước khi bắt đầu nảy mầm. -
Các tế bào vi khuẩn sẽ tiếp tục hoạt động trao đổi chất và lớp vỏ bào tử sẽ bị phá vỡ.
SỬ DỤNG QUY TRÌNH NHUỘM SCHAEFFER-FULTON ĐỂ XÁC ĐỊNH BÀ TỬ VI KHUẨN
Thành tế bào nhân sơ
● Một bức tường vững chắc - ngăn chặn sự phân hủy tế bào
● Murein là một dạng peptidoglycan độc đáo
● Glycan: liên kết chéo bởi chuỗi axit amin + peptidoglycan
● Lớp peptidoglycan được hình thành bởi các enzyme trong tế bào chất gọi là transglycosylase,
transpeptidases và carboxypeptidases
● Thuốc beta-lactam ức chế hoạt động của các enzym này và ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn. lOMoAR cPSD| 58504431
Thành tế bào Gram dương :
+ Rất dày, bao gồm một lớp peptidoglycan (murein)
+ Sự hiện diện độc đáo của axit teichoic trong thành tế bào của vi khuẩn Gram dương + Xuất hiện màu tím
+ Nhạy cảm với penicillin và lysosome
+ Lớp peptidoglycan chiếm 50% thành tế bào Gram dương, có độ dày từ 20 đến 80 nm
Màng ngoài (vách tế bào của vi khuẩn Gram âm):
+ Chỉ có ở vi khuẩn Gram âm, có 2 lớp. Lớp trong cùng là lớp mỏng peptidoglycan, lớp ngoài là phức hợp lipopolysaccharides
+ Lớp lipopolysaccharide dày 8-10 nm, có 3 thành phần (lipid A, polysaccharide lõi và kháng nguyên O)
+ Màng ngoài được xen kẽ với các protein
- Protein nền: protein xuyên màng (porin) cho phép một số loại phân tử nhất định đi qua
- Lipoprotein: đóng vai trò liên kết lớp peptidoglycan bên trong với màng ngoài
Nhiễm sắc thể vi khuẩn ● ADN dạng tròn
● Sự tổng hợp xảy ra ở một vùng dày đặc của tế bào vi khuẩn: nhân tế bào Plasmid
● Không quan trọng và ở dạng DNA sợi đôi
● Có trong tế bào chất nhưng có thể được đưa vào DNA nhiễm sắc thể
● Thường được coi là có vai trò bảo vệ, chẳng hạn như kháng kháng sinh, sản xuất độc tố và enzyme Ribosome
● Liên quan đến quá trình dịch mã RNA và tổng hợp protein
● Loại RNA đặc biệt là rRNA
● Đặc điểm của rRNA là nhóm rRNA 70S
Bao gồm (thể hợp)
● Một số vi khuẩn giải phóng chất dinh dưỡng vào các thể vùi khi có quá nhiều chất dinh dưỡng
● Chúng hoạt động như một kho dự trữ chất dinh dưỡng khi chúng cạn kiệt
● Chúng bao gồm các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng
● Các thể vùi của vi khuẩn thủy sinh cũng chứa các túi khí cho phép chúng nổi hoặc tách ra lOMoAR cPSD| 58504431 Hạt vi khuẩn
● Một dạng thể vùi chứa các tinh thể hợp chất vô cơ và không được bao quanh bởi màng ● Ví dụ:
+ Hạt lưu huỳnh của vi khuẩn tím
+ Các hạt polyphosphate của Corynebacterium và Mycobacterium, được gọi là các hạt biến sắc
vì chúng nhuộm màu tương phản bằng xanh methylen
Bộ khung tế bào Actin
● Dạng polymer dài của protein actin
● Được sắp xếp theo dạng xoắn ốc xung quanh tế bào và bên dưới màng tế bào
● Nó góp phần vào hình dạng của tế bào vi khuẩn
Sự trao đổi chất của sinh vật nhân sơ
Quang tự dưỡng: Vi khuẩn quang hợp Hóa
tự dưỡng: Oxy hóa các hợp chất vô cơ
Ví dụ: Nitơ, lưu huỳnh, hydro, v.v.
Sinh vật dị dưỡng
+ Sống trong thực vật và động vật
+ Chất phân hủy và mầm bệnh
TUẦN 3: DINH DƯỠNG VI SINH VẬT, NUÔI TRỒNG TRONG PHÒNG
THÍ NGHIỆM VÀ SỰ CHUYỂN HÓA CỦA VI SINH VẬT
Các loại dinh dưỡng của vi sinh vật lOMoAR cPSD| 58504431
Dựa trên nguồn Carbon
● Sinh vật tự dưỡng : lấy cacbon từ nguồn vô cơ
+ Quang tự dưỡng: sử dụng ánh sáng mặt trời, chuyển đổi CO2 thành các hợp chất hữu cơ
(ví dụ, thực vật, tảo, vi khuẩn lam)
+ Sinh vật tự dưỡng hóa học: lấy năng lượng từ các hóa chất vô cơ, như hydro sunfua hoặc
mêtan, để cố định CO2 (ví dụ, một số vi khuẩn và vi khuẩn cổ)
● Sinh vật dị dưỡng : lấy cacbon từ các hợp chất hữu cơ do các sinh vật khác tạo ra
+ Saprophytes: phân hủy chất hữu cơ chết (ví dụ, hầu hết các vi khuẩn và nấm)
+ Ký sinh trùng: lấy chất dinh dưỡng từ vật chủ sống (ví dụ, nhiều vi khuẩn, vi-rút và động vật nguyên sinh)
Dựa trên nguồn năng lượng
● Sinh vật quang dưỡng : lấy năng lượng từ ánh sáng mặt trời
● Sinh vật hóa dưỡng : lấy năng lượng từ quá trình oxy hóa các hợp chất hóa học
+ Sinh vật hóa hữu cơ: lấy năng lượng từ các hợp chất hữu cơ
+ Sinh vật hóa dưỡng: lấy năng lượng từ các hợp chất vô cơ
Các danh mục kết hợp
● Quang dị dưỡng : lấy năng lượng từ ánh sáng mặt trời và cacbon từ hợp chất hữu cơ
● Sinh vật hóa dưỡng dị dưỡng : lấy năng lượng từ hợp chất vô cơ và cacbon từ hợp chất hữu cơ
Vi chất dinh dưỡng
Còn được gọi là nguyên tố vi lượng (nguyên tố thiết yếu mà tế bào cần với số lượng nhỏ): 1. Sắt (Fe) 2.
Kẽm (Zn) 3. Đồng (Cu) 4. Mangan (Mn) 5. Selen (Se) 6. Molipđen (Mo) 7.
Vitamin B1 8. Vitamin D 9. Vitamin K
=> Bước 1: Phụ nữ (Fe) se (Se) zup (Z) mới người (Mn) không (vitamin K) mo (Mo) Củ dược (D)
Chất dinh dưỡng đa lượng
Là những yếu tố thiết yếu mà tế bào cần với số lượng tương đối lớn 1. Cacbon (C) 2. Hiđrô (H) 3. Oxy (O) 4. Nitơ (N) 5. Phốt pho (P) 6. Lưu huỳnh (S) 7. Kali (K) 8. Natri (Na) 9. Canxi (Ca) 10. Magiê (Mg) CHONP, suc (S) khỏe (K), N
Sự hấp thụ chất dinh dưỡng
1. Vận chuyển thụ động
- Sự khuếch tán đơn giản: chất dinh dưỡng di chuyển từ nồng độ cao hơn đến nồng độ thấp
hơn qua màng tế bào (phù hợp với các phân tử nhỏ, không tích điện)
- Sự khuếch tán được tạo điều kiện: cần protein màng để vận chuyển qua màng, ngay cả khi
ngược với nồng độ (các phân tử lớn hơn và tích điện) lOMoAR cPSD| 58504431
2. Vận chuyển tích cực
- Vận chuyển chủ động chính: sử dụng năng lượng trực tiếp từ quá trình thủy phân ATP để
vận chuyển các phân tử ngược với nồng độ gradien (ví dụ, bơm natri-kali)
- Vận chuyển tích cực thứ cấp: sử dụng năng lượng được lưu trữ trong một gradient điện hóa
để vận chuyển các phân tử khác. (có thể di chuyển các phân tử theo cùng hướng hoặc ngược hướng) 3. Chuyển vị nhóm
Hệ thống phosphotransferase phụ thuộc phosphoenolpyruvate (PEP) (PTS) là một cơ chế độc đáo
được vi khuẩn sử dụng để đồng thời vận chuyển và biến đổi hóa học đường
Các tính năng chính: - Nguồn năng lượng: PEP
- Hệ thống đa protein: bao gồm các protein nằm trong tế bào chất và màng tế bào
- Quá trình phosphoryl hóa: khi đường được vận chuyển qua màng, nó được phosphoryl hóa,
ngăn chặn sự thoát ra ngoài và chuẩn bị cho quá trình chuyển hóa tiếp theo. Ưu điểm của PTS:
- Ghép nối năng lượng hiệu quả: PTS ghép nối quá trình vận chuyển và phosphoryl hóa
đường trong một bước duy nhất, giúp nó có hiệu quả cao
- Điều chỉnh quá trình hấp thụ đường: PTS có thể được điều chỉnh để kiểm soát quá trình
hấp thụ các loại đường khác nhau dựa trên sự sẵn có của các chất dinh dưỡng trong môi trường. -
Ngăn ngừa đường thoát ra ngoài: ngăn không cho đường rò rỉ trở lại ra khỏi tế bào
4. Sự hấp thụ sắt
Sắt là một chất dinh dưỡng vi lượng thiết yếu đối với hầu hết các vi khuẩn, nhưng nó thường có ở nồng
độ thấp và ở dạng không hòa tan trong môi trường. Vi khuẩn đã phát triển nhiều chiến lược khác nhau để
thu được sắt một cách hiệu quả. Siderophore
- Định nghĩa: Siderophore là tác nhân tạo phức có trọng lượng phân tử thấp do vi khuẩn sản xuất để
liên kết với sắt (Fe³ ) với ái lực cao.⁺
- Các loại: Có nhiều loại siderophore khác nhau, bao gồm hydroxamate, catecholate và siderophore loại hỗn hợp.
- Thu nhận sắt: Vi khuẩn tiết ra các siderophore vào môi trường, tại đó chúng liên kết với sắt III.
Phức hợp siderophore-sắt sau đó được vận chuyển trở lại tế bào vi khuẩn.
Các chất vận chuyển phụ thuộc TonB
- Định nghĩa: Đây là các phức hợp protein màng có trách nhiệmsự hấp thụ sắt liên kết với siderophore vào tế bào vi khuẩn.
- Nguồn năng lượng: TonB, một protein màng trong, khai thác protonđộng lực cung cấp năng lượng
cần thiết cho quá trình vận chuyển sắt.
Hệ thống vận chuyển ABC (ATP - cassette liên kết)
Là họ lớn các protein màng được tìm thấy trong mọi sinh vật sống, rất quan trọng đối với quá trình hấp thụ
và đưa ra nhiều loại phân tử khác nhau. lOMoAR cPSD| 58504431
Cấu trúc và chức năng:
- Protein liên kết quanh chất (PBP): liên kết với phân tử cụ thể để được vận chuyển trong không gian quanh chất
- Protein liên kết màng (MFP): tương tác với PBP và chất vận chuyển ABC
- ABC Transporter: bao gồm hai miền xuyên màng và hai miền liên kết nucleotide (NBD). NBD liên
kết và thủy phân ATP để cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình vận chuyển
Các loại hệ thống vận chuyển ABC:
● Hệ thống nhập khẩu: vận chuyển phân tử vào tế bào, cần thiết cho việc thu nhận chất dinh dưỡng
và thường có tính đặc hiệu cao đối với các chất nền cụ thể
● Hệ thống xuất khẩu: vận chuyển phân tử ra khỏi tế bào, tham gia vào nhiều chức năng khác nhau
(ví dụ, đào thải độc tố, kháng kháng sinh, tiết protein)
Tầm quan trọng của hệ thống vận chuyển ABC:
- Cần thiết cho sự sống còn - Kháng thuốc - Độc lực
Uniport, Symport và Antiport trong vi khuẩn
Hệ thống vận chuyển tích cực thứ cấp được tìm thấy trong vi khuẩn Cảng đơn
- Một phân tử đơn lẻ được vận chuyển qua màng theo 1 hướng
- Ví dụ: một máy bơm proton có thể tạo ra một gradient proton trên màng, sau đó có thể được sử
dụng để điều khiển sự vận chuyển đơn hướng của các phân tử khác như glucose Nhập khẩu
- Hai hoặc nhiều phân tử được vận chuyển qua màng theo cùng một hướng
- VD: enzyme permease lactose trong E.Coli sử dụng gradient proton được tạo ra bởi bơm proton để
vận chuyển đồng thời lactose và proton vào trong tế bào Sân bay phản lực
- Hai hoặc nhiều phân tử được vận chuyển qua màng theo hướng ngược nhau
- VD: bơm natri-kali trong tế bào động vật là một ví dụ về phản vận chuyển, trong đó các ion natri
được bơm ra khỏi tế bào và các ion kali được bơm vào tế bào
Nhu cầu oxy của vi khuẩn
- Vi khuẩn hiếu khí bắt buộc : cần oxy để tồn tại và phát triển, sử dụng oxy làm chất nhận electron
cuối cùng trong chuỗi vận chuyển electron để tạo ra năng lượng.
● VD: Pseudomonas aeruginosa là một loại vi khuẩn hiếu khí bắt buộc phổ biến được tìm
thấy trong đất, nước và trong cơ thể con người
- Vi khuẩn kỵ khí bắt buộc : bị tiêu diệt bởi oxy, sử dụng các phân tử khác (Lưu huỳnh hoặc Nitrat)
làm chất nhận điện tử cuối cùng trong quá trình trao đổi chất của chúng.
● VD: Clostridium tetani là vi khuẩn kỵ khí bắt buộc gây bệnh uốn ván
- Vi khuẩn kỵ khí tùy ý : có thể phát triển có hoặc không có oxy. Khi có oxy, sử dụng hô hấp hiếu khí,
nếu không, chuyển sang quá trình lên men
● VD: Staphylococcus aureus là một loại vi khuẩn kỵ khí tùy ý thường được tìm thấy trên da người lOMoAR cPSD| 58504431
- Vi khuẩn ưa khí : cần oxy để tồn tại, nhưng ở nồng độ thấp hơn nồng độ có trong khí quyển (quá nhiều sẽ gây độc)
● VD: Helicobacter pylori là một loại vi khuẩn hiếu khí gây loét dạ dày
Nuôi cấy vi khuẩn trong phòng thí nghiệm
Bao gồm việc tạo ra các điều kiện được kiểm soát để thúc đẩy sự phát triển và sinh sôi của tế bào vi khuẩn.
Đây là một kỹ thuật cơ bản trong vi sinh học.
Nuôi cấy vi sinh vật là phương pháp nhân lên các vi sinh vật bằng cách cho chúng sinh sản trong môi trường
nuôi cấy được xác định trước trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát.
Mục đích nuôi cấy: - Phân lập vi khuẩn
- Duy trì nền văn hóa cổ phiếu
- Ước tính số lượng khả thi
- Kiểm tra độ nhạy cảm với kháng sinh
- Tạo kháng nguyên để sử dụng trong phòng thí nghiệm
- Một số nghiên cứu di truyền và thao tác tế bào cũng cần vi khuẩn được nuôi cấy trong ống nghiệm.
- Nuôi cấy trên môi trường rắn là một cách thuận tiện khác để tách vi khuẩn trong hỗn hợp
Môi trường nuôi cấy chứa nước, nguồn cacbon và năng lượng, nguồn nitơ, các nguyên tố vi lượng và một
số yếu tố tăng trưởng
Độ pH của môi trường phải được thiết lập phù hợp
Các thành phần thiết yếu của nuôi cấy vi khuẩn
- Môi trường: là chất giàu dinh dưỡng cung cấp cho vi khuẩn các chất dinh dưỡng cần thiết để phát
triển. Có thể là chất rắn (đĩa thạch) hoặc chất lỏng (nước dùng)
- Inoculum: mẫu vi khuẩn được đưa vào môi trường để bắt đầu nuôi cấy
- Ủ: quá trình đặt vật nuôi cấy vào môi trường được kiểm soát với nhiệt độ, độ ẩm thích hợp và đôi khi là mức carbon dioxide Văn hóa thuần túy
Là một nền văn hóa chỉ chứa một loại vi sinh vật duy nhất. Điều này rất cần thiết để nghiên cứu các đặc
điểm và tính chất của một vi khuẩn cụ thể mà không bị can thiệp từ các sinh vật khác
Tầm quan trọng của nền văn hóa thuần khiết:
- Nghiên cứu: cần thiết cho việc nghiên cứu sinh lý, di truyền và hành vi của vi sinh vật
- Vi sinh y học: được sử dụng để chẩn đoán nhiễm trùng và kiểm tra tính nhạy cảm của vi khuẩn với kháng sinh
- Vi sinh vật công nghiệp: được sử dụng trong sản xuất nhiều sản phẩm khác nhau, chẳng hạn như
thuốc kháng sinh, enzyme và thực phẩm lên men
Duy trì nền văn hóa thuần khiết
- Kỹ thuật vô trùng: phải tuân thủ nghiêm ngặt các kỹ thuật vô trùng để tránh nhiễm bẩn các nền văn hóa
- Bảo quản đúng cách: các nền văn hóa nên được bảo quản trong điều kiện thích hợp, chẳng hạn như
làm lạnh hoặc đông lạnh, để duy trì khả năng sống của chúng.