Bài giảng Vi sinhvật học (microbiology)

9/11/2013 1 LOGO 9/11/2013 1 VI SINHVẬT HỌC (MICROBIOLOGY) ThS. Nguyễn Thành Luân luannt@cntp.edu.vn HỆ CAO ĐẲNG CHÍNH QUY LOGO 9/11/2013 2 Nô ̣i dung môn ho ̣c STT TÊN CHƢƠNG Số tiết 1 Chương 1: Mở đầu 2 2 Chương 2: Hình thái, cấu tạo và sinh sản của vi sinh vật 6 3 Chương 3: Dinh dưỡng va ̀ sinh trưởng ở vi sinh vật 6 4 Chương 4: Các quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lượng ở vi sinh vật 6 5 Chương 5: trình chuyển hóa các chất tự nhiên nhờ vi sinh vật 4 6 Chương 6: Miễn dịch 6 LOGO 9/11/2013 3 Tài liệu học tập 1. Vi sinh vật học – Nguyễn Lân Dũng – NXB Giáo Dục, 2009. 2. Vi sinh vật công nghiệp - Lê Xuân Phương - NXB xây dựng, Hà nội 2001 9/11/2013 2 LOGO 9/11/2013 4 Đánh giá học tập Dự học ít nhất 75% (12/15 buổi)  Được dự thi. Cách đánh giá điểm: - Bài tập, kiểm tra, tiểu luận: 30% - Thi giữa kì: 0% - Thi cuối kì: 70% LOGO Đánh giá học tập Đánh giá qua bài kiểm tra ngẫu nhiên trên lớp (trước, giữa, sau giờ học) – 10% Seminar cuối môn học – 10% Báo cáo môn học – 10% LOGO Nhiệm vụ ngƣời học 9/11/2013 3 LOGO Báo cáo tiểu luận 20% Được chia thành các nhóm theo chủ đề lớn GV giao (10% báo cáo Seminar nhóm + 10% báo cáo chủ đề dạng Report MS Word) Viết theo cấu trúc yêu cầu, sử dụng ngôn ngữ khoa học Không sao chép lẫn nhau hoặc trên Internet Ít nhất 3 tài liệu nước ngoài đính kèm Không sử dụng wikipedia, google translate, tuoitre, thanhnien online…. LOGO PHÂN CHIA NHÓM  Mỗi nhóm tối đa 3 thành viên (có nhóm trưởng) GV sẽ yêu cầu bất kỳ thành viên trong nhóm báo cáo định kỳ  Yêu cầu nhóm báo cáo tiến độ làm việc  Điểm cá nhân = điểm nhóm LOGO YÊU CẦU CHỦ ĐỀ  Đăng ký và nộp chủ đề liên quan đến chuyên ngành VSV  Chọn đối tượng cụ thể cho chuyên ngành đó  Tìm hiểu các nghiên cứu và ứng dụng mới về loài đó. Tìm bài báo tiếng Anh hỗ trợ cho nghiên cứu Tóm tắt bài báo. 9/11/2013 4 LOGO Vị trí môn học LOGO Vị trí môn học LOGO HÌNH THỨC THI CUỐI KỲ Trắc nghiệm khách quan  Bao gồm tất cả kiến thức đã học  Có thể mở rộng các kiến thức trong quá trình báo cáo seminar… 9/11/2013 5 LOGO Chƣơng 1. MỞ ĐẦU LOGO Khái niệm môn học  Vi sinh vật học là gì?  Microbiology = micro + bios + logos  Là ngành khoa học nghiên cứu hình thái, cấu tạo, hoạt động sống của vi sinh vật. LOGO VI SINH VẬT HỌC LÀ GÌ? Sinh học (biology) là một ngành khoa học nghiên cứu về cấu trúc, chức năng, sự phát triển, sự phân bố và quá trình sống của các sinh vật sống Vi sinh vật: là những sinh vật sống có kích thước rất nhỏ, chỉ quan sát được dưới kính hiển vi. Vi sinh vật học (microbiology) là ngành sinh học nghiên cứu về virus, vi khuẩn (bacteria) và các sinh vật cực nhỏ khác. Vi sinh vật học đại cương: nghiên cứu những qui luật chung nhất về vi sinh vật. Nguồn: New Penguin English Dictionary, 2002 9/11/2013 6 LOGO Rượu ngon nhờ VI SINH VẬT??? NẤM MEN LOGO LOGO From the day you are born ……………….. 9/11/2013 7 LOGO To the day that you die ………. LOGO Hàng ngày chúng ta thƣờng gặp các vi sinh vật và các sản phẩm của chúng LOGO Vi sinh vật trên kênh thông tin đại chúng: AIDS Typhoid Bird flu MAD COWS Disease 9/11/2013 8 LOGO Lịch sử phát triển vi sinh vật học Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3 Giai đoạn 4 Trước khi phát hiện kính hiển vi Sau khi phát hiện kính hiển vi Vi sinh học thực nghiệm Vi sinh hiện đại Đặc điểm và thành tựu nổi bật ở mỗi giai đoạn? LOGO LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VI SINH VẬT LOGO • Kỹ thuật làm bia – cách nay 6000 năm • Các sản phẩm lên men từ sữa - 4000 năm • Bệnh dịch hạch – thế kỷ 13 • Bệnh đậu mùa – thế kỷ 15-17 • Bệnh bạch hầu, dịch tả, bệnh lỵ, thương hàn, họai thư – thế kỷ 17-19 • 1900 – Bệnh cúm, viêm phổi, bệnh lao và viêm dạ dày • 1920 – dịch cúm gia cầm • 1929 – chất kháng sinh đầu tiên –Penicillin • 1983 – Bệnh HIV ẢNH HƯỞNG CỦA VI SINH VẬT TRONG LỊCH SỬ 9/11/2013 9 LOGO Những trở ngại chính của quá trình nghiên cứu vi sinh vật • Không thể nhìn thấy VSV • Thiếu các kỹ thuật cơ bản • Thuyết tự sinh – Aristotle (384-322 B.C.) TRƯỚC KHI CÓ KÍNH HIỂN VI LOGO Antonie van Leeuwenhoek (circa 1684) “Wee animalcules” SAU KHI PHÁT MINH RA KÍNH HIỂN VI LOGO BÀO TỬ VÀ SỰ TIỆT TRÙNG (Spores and sterilization)  John Tyndall chứng minh một vài vi sinh vật trong bụi và không khí có khả năng chịu nhiệt cao.  Ferdinand Cohn khám phá và mô tả nội bào tử  Thuật ngữ “tiệt trùng” được giới thiệu có nghĩa là loại bỏ hoàn toàn tất cả các dạng sống bao gồm các nội bào tử 9/11/2013 10 LOGO SINH VẬT SINH TỰ NHIÊN & THUYẾT PHÁT SINH SINH VẬT  “Thuyết tự sinh” được tin tưởng rằng mọi sinh vật sống có thể sinh ra từ các thế lực sự sống hiện diện trong các vật chất không sống và phân hủy. (VD: ruồi dấm sinh ra từ thịt hoặc nấm sinh ra từ gỗ mục)  Giả thuyết thay thế cho rằng các sinh vật sống chỉ có thể sinh ra từ các dạng sống tồn tại trước đó được gọi là “Thuyết phát sinh sinh vật” LOGO Franco Redi (1668) chống lại thuyết tự sinh Thí nghiệm của Redi Ấu trùng của ruồi giấm LOGO  1745 -John Needham: canh dinh dưỡng trong bình thóp cổ bịt kín Điều kiện Kết quả Canh dinh dưỡng được đun sôi sau đó cho vào bình thóp cổ được bịt kín Tất cả vi sinh đều phát triển Vi sinh vật từ đâu đến? Thuyết tự sinh hay Thuyết phát sinh sinh vật? 9/11/2013 11 LOGO Louis Jablot Dịch chiết LOGO Franz Schultze and Theodor Schwann LOGO Louis Pasteur (1864) bác bỏ thuyết tự sinh TN bình cổ ngổng VSV THỰC NGHIỆM VỚI LOUIS PASTEUR Ông là cha đẻ của ngành vi sinh vật học 9/11/2013 12 LOGO SAU PASTEUR VÀ VSV HỌC HIỆN ĐẠI • Koch (Robert Koch 1843-1910) - Phát triển các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật. - Phương pháp: chứng minh một vi sinh vật là nguyên nhân gây ra bệnh truyền nhiễm (quy tắc Koch) - Phát hiện bệnh lao do VK Mycobacterium tuberculosis LOGO TN bệnh Than – Qui tắc Koch 1. Chứng minh sự hiện diện của vi sinh vật trong động vật và cây trồng mắc bệnh 2. Thu được chủng thuần khiết 3. Tiêm chủng cho vật chủ khỏe mạnh với chủng thuần khiết và quan sát các triệu chứng bệnh đặc trưng. 4. Tái phân lập mầm bệnh nghi ngờ từ các vật chủ thử nghiệm LOGO • Juliyes Richard Petri, 1852-1921 - Hộp lồng Petri - Các pp nhuộm màu vi sinh vật 9/11/2013 13 LOGO • Ivanopxki, 1892 và Beijerrinck, 1896 Phát hiện virus đầu tiên trên thế giới khi chứng minh vi sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn, qua được lọc bằng sứ xốp, là nguyên nhân gây bệnh khảm cây thuốc lá. LOGO Klug (1982) phát hiện ra cấu trúc đối xứng xoắn của virus gây bệnh khảm thuốc lá TMV LOGO Alexander Fleming (1881-1955) Là người đầu tiên phát hiện ra chất kháng sinh, đó là Penicillin được sinh ra từ nấm Penicilium 9/11/2013 14 LOGO Watson and Crick (1953) phát hiện ra cấu trúc xoắn kép của phân tử DNA LOGO Ngày nay vi sinh vật đã phát triển rất sâu vào bản chất của sự sống ở mức độ phân tử và dưới phân tử  Kỹ thuật nuôi cấy mô và tháo lắp gen ở vi sinh vật và ứng dụng kỹ thuật tháo lắp này để chữa bệnh cho người, gia súc, cây trồng và đang đi sâu vào để giải quyết bệnh ung thư ở loài người. VI SINH VẬT HỌC HIỆN ĐẠI LOGO Đối tƣợng nghiên cứu của vi sinh vật học Vi sinh vật 9/11/2013 15 LOGO Một số hình ảnh về vi sinh vật LOGO Một số hình ảnh về vi sinh vật LOGO Một số hình ảnh về vi sinh vật 9/11/2013 16 LOGO Một số hình ảnh về vi sinh vật LOGO Một số hình ảnh về vi sinh vật LOGO Một số hình ảnh về vi sinh vật 9/11/2013 17 LOGO Vị trí phân loại của vi sinh vật LOGO Dựa vào: • Kiểu hình (Các đặc tính quan sát được) – Ví dụ: kích thước tế bào, cấu trúc, chức năng và hình thái học, quá trình chuyển hóa, các yêu cầu sinh lý, phương thức sinh sản … • Kiểu gen (Cấu trúc di truyền) Hệ thống phân loại 5 giới LOGO Cây tiến hóa 9/11/2013 18 LOGO - Trần thế Tương (1905-1988), 1979: Hệ thống phân loại 6 giới và 3 nhóm giới I. Nhóm giới sinh vật phi bào 1. Giới virut (virus) II. Nhóm giới sinh vật nhân nguyên thuỷ (prokaryote) 2. Giới vi khuẩn (Bacteria) 3. Giới vi khuẩn lam (tảo lam) III. Nhóm giới sinh vật nhân thực 4. Giới thực vật (plantae) 5. Giới nấm (Fungi) 6. Giới động vật (Animalia) LOGO Dựa vào trật tự các nucleotide của 16S rRNA hoặc 18S rRNA mà thể nhân sơ có 2 nhóm lớn khác biệt nhau: vi sinh vật cổ (Achaea) và vi khuẩn (bacteria) (Carl R.Woose.1981; Thomas D.Brock và cộng sự, 1995) LOGO HT 3 nhóm giới: Archaea, Eubacteria, Eukaryote Phân loại theo mô hình tiến hóa dựa vào: - Kiểu gen – Có quan hệ di truyền với RNA ribosom - Cấu trúc lipid của màng tế bào - Tính nhạy với các chất kháng sinh 9/11/2013 19 LOGO Vị trí phân loại của vi sinh vật Theo Woese (1980): SV nhân thật (Eukaryote) Thứ tự rRNA 16S và 5S Text Vi khuẩn thật (Eubacteria) Vi khuẩn cổ (Archaebacteria) LOGO Dựa vào cấu trúc tế bào, sinh vật chia thành 2 nhóm  Prokaryote: nhân phân hóa chưa hoàn chỉnh • Chưa có màng bao nhân • Chưa hình thành tiểu hạch • Trong nhóm này có: vi khuẩn, xạ khuẩn, niêm vi khuẩn, tảo lam …  Eukaryote: Nhân phân hóa hoàn toàn, có màng nhân và tiểu hạch. • Eukaryote đơn bào: nấm men, tảo đơn bào … • Eukaryote đa bào: nấm mốc, nấm bậc cao, thực vật, động vật. Vị trí phân loại của vi sinh vật LOGO Eukaryote Prokaryote Vi sinh vật Thực vật Nấm Động vật Vi tảo Vi nấm ĐVNS Achaea Bacteria Những nghiên cứu về đa dạng sinh học vi sinh vật cho biết có khoảng 110.000 loài vi sinh vật được mô tả (Hanhs Worth,1991) VỊ TRÍ CỦA VI SINH VẬT TRONG SINH GIỚI 9/11/2013 20 LOGO Địa y Thời gian 1,5 tỉ năm trước ĐVNS Nhân sơ, kị khí Cổ xưa Các dạng vô bào Nhân sơ, kị khí Quang hợp Nhân sơ, hiếu khí Nhân chuẩn, kị khí Cổ xưa Nhân chuẩn, kị khí Quang hợp Nhân chuẩn, hiếu khí Quang hợp Nhân chuẩn, hiếu khí không quang hợp 3 tỉ năm trước 4 tỉ năm trước Tảo Thực vật ĐV Nấm Mức tiến hoá cao Vk hiếu khí Vk qh lục, tía Vk lam Vk kị khí Achaea Virus Phage ? Cộng sinh Sự tiến hoá của các nhóm vi sinh vật (Elinov N.P., 1989) LOGO NHÓM VI SINH VẬT NHÂN SƠ (PROKARYOTE) LOGO Archaea (Vi khuẩn cổ) Methanococcus sp. Thermal springs Soda lakes 9/11/2013 21 LOGO Bacteria Escherichia coli Endospore LOGO NHÓM VI SINH VẬT NHÂN THỰC (EUKARYOTE) LOGO Microalgae (vi tảo) Giới nguyên sinh 9/11/2013 22 LOGO Paramecium sp. Protista Fungi Plantae Animalia LOGO • Chưa có tế bào, gồm protein và acid nucleic • Kích thước 0.01-0.2 um • Ký sinh ở mức độ phân tử • Không có sự chuyển hóa vật chất bên trong • Sử dụng bộ máy sinh sản của vật chủ để tự nhân lên bản thân NHÓM VI SINH VẬT PHI BÀO - VIRUS LOGO Kích thước nhỏ bé: đo kích thước bằng đơn vị micromet (1m= 1/1000mm hay 1/1000 000m); virus được đo kích thước đơn vị bằng nanomet (1nm=1/1000 000mm hay 1/1000 000 000m).  Diện tích tiếp xúc bề mặt lớn. Một số tính chất chung của VSV 9/11/2013 23 LOGO Phần lớn vi khuẩn KHV điện tử KHV quang học LOGO Một số tính chất chung của VSV Vd : + Vi khuẩn lactic: 1 giờ phân giải lactose >100-10 000 lần so với khối lượng của chúng. + Nấm men tốc độ tổng hợp protein của cao gấp 1000 lần so với đậu tương và gấp 100 000 lần so với trâu bò.  Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh LOGO Một số tính chất chung của VSV Escherichia coli: 12-20 phút /phân cắt  24 giờ phân cắt 72 lần và tạo ra 4 722 366. 1017 tế bào = 4722 tấn.  Sinh trƣởng nhanh, phát triển mạnh 9/11/2013 24 LOGO Một số tính chất chung của VSV  Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị VSV có thể sống trong điều kiện: - T0C > 130oC - T0C < 0-5oC, - Mặn đến nồng độ 32% - pH > 0,5 hoặc <10,7 - P > 1103 at (lòng biển sâu)  Phân bố rộng rãi khắp nơi LOGO Vai trò của vi sinh vật LOGO Tác động tích cực của VSV 9/11/2013 25 LOGO Hệ thống phân loại vi sinh vật LOGO Định danh và Phân loại vi sinh vật LOGO Luật danh pháp sinh vật Bao gồm những qui tắc về đặt tên vi sinh vật Hiện nay có 3 bộ luật danh pháp  Luật quốc tế danh pháp động vật (ICZN - International Commission on Zoological of Nomenclature)  Luật quốc tế danh pháp thực vật (ICBN – International Code of Botanical Nomenclature, ICBN)  Luật quốc tế danh pháp vi sinh vật (ICMN - (International Code of Microbiological Nomenclature) Luật danh pháp không có tính chất pháp lý, việc tuân thủ dựa trên tính tự nguyện 9/11/2013 26 LOGO e.g. Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus S. aureus Staphylococcus sp. Staphylococcus spp. ĐẶT TÊN CHO CÁC VI SINH VẬT ? LA plate Do • Sử dụng danh pháp kép • Giống (genus) và loài (species) • In nghiêng hoặc gạch dưới LOGO Tính chất của tên khoa học Tính duy nhất: Tên mỗi taxon là duy nhất, không trùng với các tên khác. Tính phổ cập: Để trao đổi thông tin, các nhà khoa học buộc phải học tên khoa học của sinh vật. Tên các loài sinh vật được gọi theo tiếng Latin. Tính ổn định: Ủy ban Danh pháp Quốc tế đóng vai trò giữ ổn định cho hệ thống danh pháp quốc tế. LOGO 1. Linneaus đề xướng, sử dụng tiếng Latinh để thống nhất gọi tên từng loài. 2. Là danh pháp kép a) Từ thứ nhất: là danh từ chỉ tên chi (động vật học gọi giống), luôn luôn viết hoa và viết ở chủ cách. b) Từ thứ hai: nói lên đặc điểm nào đó của loài để phân biệt với các loài cùng chi, không viết hoa (có thể là danh từ chỉ về tên người hay địa danh..). c) Đôi khi, sau tên chi cần thiết phải dùng hai từ để diễn đạt đủ ý về loài, thì hai từ đó phải nối với nhau bằng dấu gạch ngang Tính chất của tên khoa học 9/11/2013 27 LOGO d) Dùng 3 từ nhưng giữa từ thứ hai và thứ ba có viết chèn chữ viết tắt thứ bậc phân loại var. (varietas: thứ), f. (forma: dạng) Ví dụ: Avicennia marina var. rhumphiana e) Một loài nào đó được xác định là có thực nhưng chưa được giám định chính xác, chưa thể công bố tên thì người ta viết tên chi kèm chữ sp. (Acacia sp.) f) Khi muốn ám chỉ nhiều loài cùng chi trong một quần xã thực vật nào đó chưa được xác định chính xác người ta ghi tên chi kèm chữ spp. (Acacia spp.) Tính chất của tên khoa học LOGO LOGO 9/11/2013 28 LOGO SỰ KHÁC BIỆT TB NHÂN SƠ & TB NHÂN THỰC LOGO 2um 100 um 30um Yeast cells Bacteria LOGO CÁC ĐẶC ĐIỂM PHÂN BIỆT Đặc điểm Prokaryotes Eukaryotes Kích thƣớc Đường kính 100um Cấu trúc nhân và chức năng Vùng nhân, chưa có màng nhân và hạch nhân Có nhân, màng nhân DNA Nhiễm sắc thể dạng vòng đơn, không có histon Một hoặc nhiều nhiễm sắc thể dạng thẳng có histon Phân chia tế bào Phân đôi và nảy chồi, không có quá trình nguyên phân Nguyên phân Sinh sản Quá trình phân đoạn không theo qui luật, không giảm phân Có qui luật, phân chia giảm phân, toàn bộ nhiễm sắc thể Vị trí của bộ gen Về mặt chức năng các gen liên quan thường tập trung thành cụm Các gen liên quan không tập trung thành cụm 9/11/2013 29 LOGO Đặc điểm Prokaryotes Eukaryotes Cấu trúc tế bào chất và sự hình thành các cơ quan tử Không có các cơ quan tử, có thể có các màng nội bào đơn giản Có các cơ quan tử, màng tế bào bao, màng lưới nội chất, thể Golgi Hệ thống hô hấp Bên trong màng tế bào chất hoặc màng nội bào, không có ty thể Trong ty thể Bộ máy quang hợp Trong màng nội bào hoặc nhiễm sắc thể Trong các lục lạp Ribosomes 70S 80S and 70S Thành tế bào Phổ biến, chứa peptidoglycan Chỉ có ở thực vật, tảo, nấm, không có ở động vật và nhiều protozoa CÁC ĐẶC ĐIỂM PHÂN BIỆT LOGO Đặc điểm Prokaryotes Eukaryotes Nội bào tử Có ở một vài loài Không có Không bào Có ở một vài loài Vận động tiên mao Tiên mao siêu nhỏ và đơn giản Tiên mao rất nhỏ hoặc lông mao Không vận động bằng tiên mao Vận động trượt Năng lực của tế bào chất và vận động theo kiểu amoeboid CÁC ĐẶC ĐIỂM PHÂN BIỆT LOGO KẾT THÚC CHƢƠNG I NHIỆM VỤ  Lịch sử ngành vi sinh vật học  Vai trò của vi sinh vật trong đời sống  Phân loại vi sinh vật  Tính chất cơ bản của vi sinh vật  Hệ thống phân loại tên VSV  Phân biệt nhóm Prokaryote và Eukaryote