Mot so hieu biet ve vi sinh vat

 Cấu trúc các loại virut
I. KHÁI NIỆM

1. Sự phát hiện ra virut

Từ trước Công nguyên, đã có nhiều tài liệu về một số bệnh mà sau này người ta xác định là do virut gây nên như bệnh dại, bại liệt, đậu mùa. Năm 1892 D.I.Ivanopxki, nhà khoa học người Nga khi lấy dịch ép của lá cây thuốc bị bệnh khảm, cho lọc qua nến lọc vi khuẩn rồi lấy dịch ép này nhiễm vào lá cây thuốc lá không bị bệnh thì thấy cây cũng bị mắc bệnh. Soi dưới kính hiển vi, ông không quan sát thấy mầm bệnh, nuôi cấy trên thạch không có khuẩn lạc. Ông cho rằng mềm bệnh là một loại vi sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn, năm 1898 người ta gọi là virut (nghĩa là mầm độc). Năm đó, người ta cũng phát hiện ra virut gây bệnh cho động vật (bệnh lở mồm long móng ở trâu bò). Năm 1915 phát hiện ra virut ở vi khuẩn và được gọi là thể thực khuẩn (Bacterio phagơ gọi tắt là phagơ).

2. Khái niệm

* Từ cách phát hiện ra virut, có nhận xét gì về đặc điểm chung của virut? (kích thước, cấu tạo, cách dinh dưỡng).

Virut là một thực thể sống chưa có cấu tạo tế bào, kích thước của chúng rất nhỏ, trung bình 10 – 100 nm. Chúng chỉ gồm 2 phần chính: vỏ là prôtêin (capsit) và lõi là axit nuclêic. Do chưa có cấu tạo tế bào nên virut sống kí sinh bắt buộc trong tế bào chủ (vi sinh vật, động vật hoặc thực vật), virut ngoài tế bào chủ được gọi là hạt virut hay virion.

II. HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO

1. Hình thái

Dựa vào hình thái ngoài của virut, người ta chia virut làm 3 loại: cấu trúc xoắn, cấu trúc khối và cấu trúc hỗn hợp. Cấu trúc khối chúng ta xét 2 đại diện: virut Ađênô là virut trần và HIV là một dạng virut có vỏ ngoài. Còn virut cấu trúc xoắn chúng ta nghiên cứu đại diện là virut khảm thuốc lá và cấu trúc hỗn hợp là virut của vi khuẩn (phagơ T2) là một loại phagơ ở E.coli.

Các phagơ có cấu tạo phức tạp nhất. Cuối của trụ đuôi có đĩa gốc là một hình 6 cạnh có một lỗ ở giữa, nơi trụ đuôi có thể xuyên qua. Đĩa gốc có 6 gai từ đó mọc ra 6 sợi lông đuôi mảnh và dài có chứa các thụ thể giúp phagơ bám lên bề mặt tế bào của vật chủ.

Nhìn chung, cấu trúc của các loại phagơ đều giống phagơ T2, nhưng có thể khác ít nhiều ở từng loại khác nhau.

2. Cấu tạo

- Lõi axit nuclêic của virut chính là bộ gen của chúng. Virut chỉ chứa ADN hoặc ARN. ADN và ARN của virut có thể là mạch đơn hoặc mạch kép.
- Vỏ prôtêin: được cấu tạo bởi nhiều đơn vị hình thái (capsôme) kích thước virut càng lớn thì số lượng capsôme càng nhiều. Vỏ mang các thành phần kháng nguyên và có tác dụng bảo vệ lõi axit nuclêic.

Một số virut còn có thêm vỏ ngoài được tạo bởi lipit kép và prôtêin. Trên vỏ ngoàn có thể có gai glicôprôtêin chứa các thụ thể giúp virut hấp phụ vào tế bào vật chủ. Vỏ ngoài thực chất là màng sinh chất của vật chủ nhưng đã bị virut cải tạo và mang kháng nguyên đặc trưng cho virut. Phức hợp gồm axit nuclêic với vỏ capsit tạo thành nuclêôcapsit.

III. PHÂN LOẠI VIRUT

Người ta có thể phân loại virut dựa vào đặc điểm loại axit nuclêic của chúng (chứa ADN hay ARN, mạch đơn hay mạch kép, mạch thẳng hay mạch vòng…) hoặc dựa vào nhiều đặc điểm khác như: đặc điểm vỏ prôtêin, vật chủ, phương tiện lây truyền… tuỳ theo mục đích nghiên cứu.

Đơn giản hơn, có thể dựa vào vật chủ để phân loại virut:

1. Virut ở người và động vật

Loại virut này thường chứa ADN hoặc có thể là ARN. Dựa vào cấu trúc của axit nuclêic hoặc dựa vào tính chất và mức độ gây bệnh của virut mà người ta có thể chia làm nhiều nhóm khác nhau.

2. Virut ở vi sinh vật

Hầu hết các virut ở vi sinh vật chứa ADN. Một số khác lại có thể chứa ARN. ADN hoặc ARN có thể là mạch đơn hoặc mạch kép, thẳng hoặc vòng. Các phagơ ở E.coli được nghiên cứu kĩ nhất vì khả năng ứng dụng to lớn của nó trong các kĩ thuật di truyền.

3. Virut ở thực vật

Hầu hết các virut ở thực vật mang ARN. Ví dụ như virut gây bệnh ở nhiều loài cây trồng: bệnh khảm thuốc lá, khảm dưa chuột, vàng cây lúa mạch, đậu đỏ…

Virut là một thực thể sống đặc biệt có kích thước vô cùng nhỏ bé và chưa có cấu tạo tế bào. Hình thái của virut có 3 loại: dạng xoắn, hình khối đa diện và dạng khối hỗn hợp. Cấu tạo gồm 2 phần: vỏ prôtêin làm nhiệm vụ bảo vệ, lõi axit nuclêic, hoặc ADN hoặc ARN đơn hoặc kép. Chúng sống kí sinh bắt buộc ở vi sinh vật, thực vật hoặc ở người và động vật.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Virut có được coi là một cơ thể sinh vật không? Vì sao?
2. Trình bày khái niệm và cấu trúc của virut?
3. Phân biệt các nhóm virut ở người, động vật, thực vật và vi khuẩn
4. Hãy chọn phương án đúng nhất
4.1. Virut là:
a) Một dạng sống đặc biệt chưa có cấu trúc tế bào
b) Chỉ có vỏ là prôtêin và lõi là axit nuclêic
c) Sống kí sinh bắt buộc
d) Cả a, b và c
4.2. Virut ở người và động vật có bộ gen:
a) ADN
b) ARN
c) ADN hoặc ARN
4.3. Virut có cấu tạo:
a) Có vỏ prôtêin và axit nuclêic, có thể có vỏ ngoài
b) Có vỏ prôtêin và ADN
c) Có vỏ prôtêin và ARN
d) Có vỏ prôtêin, ARN và có thể có vỏ ngoài

EM CÓ BIẾT?
VIROIT VÀ PRION

Chúng ta đã thấy rằng virut tưởng như là một dạng sống đơn giản nhất, không có cấu tạo tế bào mà cơ thể chỉ gồm có 2 chất cơ bản nhất của sự sống là vỏ prôtêin và lõi axit nuclêic. Nhưng có những dạng sống khác còn đơn giản hơn cả virut đó là viroit và prion:
- Viroit là những phân tử ARN vòng, ở dạng trần không có vỏ capsit, mạch đơn và chúng là tác nhân gây bệnh nhỏ nhất mà con người đã biết. Viroit thậm chí không mã hoá bất kì một prôtêin nào và sự nhân lên của chúng phụ thuộc hoàn toàn vào sự hoạt động của enzim của tế bào chủ. Viroit gây nhiều bệnh ở thực vật như bệnh hình thoi ở khoai tây và bệnh hại cây dừa.
- Prion lại là một dạng cực đoan khác. Chúng là phân tử prôtêin và không chứa một loại axit nuclêic nào hoặc nếu có thì cũng quá ngắn để mã hoá bất kì một prôtêin nào mà prion có. Trong cơ thể bình thường có thể có sẵn các prion nhưng chúng không gây bệnh. Trong một điều kiện nào đó prion có thể thay đổi cấu trúc và gây bệnh. Prion gây nhiều bệnh nguy hiểm ở động vật và người, gây thoái hoá hệ thần kinh trung ương và giảm sút trí tuệ như bệnh bò điên, bệnh Kuru ở người.
Những kiến thức về di truyền cho chúng ta thấy prion phải được mã hoá bởi một gen. Đó là gen nào? Trong điều kiện nào thì prion có thể gây độc? Cơ chế sinh ra prion như thế nào?
Đó là những vấn đề còn bỏ ngỏ mà các em sẽ là người giải đáp.
Sự nhân lên của virut trong tế bào chủ
I. CHU TRÌNH NHÂN LÊN CỦA VIRUT
Để thấy rõ quá trình xâm nhiễm và phát triển của virut, chúng ta sẽ nghiên cứu 2 ví dụ phagơ T và HIV (một loại virut ở người). 
1. Các giai đoạn xâm nhiễm và phát triển của phagơ
Bảng 44. Các giai đoạn xâm nhiễm và phát triển của phagơ 

Các giai đoạn Phagơ
1. Hấp thụ Phagơ bám lên bề mặt tế bào chủ nhờ thụ thể thích hợp với thụ thể của tế bào chủ.
2. Xâm nhập Bao đuôi của phagơ co lại đẩy bộ gen của phagơ chui vào trong tế bào chủ.
3. Sinh tổng hợp Bộ gen của Phagơ điều khiển bộ máy di truyền của tế bào chủ tổng hợp ADN và vỏ capsit cho mình.
4. Lắp ráp Vỏ capsit bao lấy lõi ADN, các bộ phận như là đĩa gốc, đuôi gắn lại với nhau tạo thành phagơ mới.
5. Phóng thích Các Phagơ mới được tạo thành phá vỡ vỏ tế bào chủ chui ồ ạt ra ngoài hoặc tạo thành một lỗ thủng trên vỏ tế bào chủ và chui từ từ ra ngoài.
2. Virut ôn hoà và virut độc
Trong một quần thể vi khuẩn bị nhiễm virut ta có thể thấy hai chiều hướng phát triển là:
Ở nhiều tế bào, các virut phát triển làm tan tế bào, đây là virut độc. Ở một số tế bào khác, bộ gen của virut gắn vào nhiễm sắc thể của tế bào, tế bào vẫn sinh trưởng bình thường, virut này gọi là virut ôn hoà và tế bào này gọi là tế bào tiềm tan. Chỉ khi có một số tác động bên ngoài như tia tử ngoại có thể chuyển virut ôn hoà thành virut độc làm tan tế bào. 
II. HIV VÀ HỘI CHỨNG AIDS
HIV là virut gây hội chứng suy giảm miễn dịch ở người. 
1. Phương thức lây nhiễm
* Hãy nêu những phương thức lây truyền của HIV qua các kiến thức đã học ở lớp 8 và các phương tiện thông tin đại chúng? 
Đối tượng bị nhiễm virut HIV phần lớn là thanh niên, các đối tượng nghiện hút, gái mại dâm…
2. Các giai đoạn phát triển của hội chứng AIDS
Sau khi lây nhiễm, HIV hấp phụ lên thụ thể của tế bào limphô T. ARN của virut chui ra khỏi vỏ capsit rồi phiên mã ngược thành ADN của HIV và gắn vào ADN của tế bào T rồi chỉ huy bộ máy di truyền và sinh tổng hợp của tế bào, bắt đầu sao chép sản sinh ra một loại HIV, làm tế bào T bị vỡ ra. Tế bào T tham gia vào hệ thống đáp ứng miễn dịch của cơ thể. Lúc này, tế bào T bị tan hàng loạt, hệ thống miễn dịch của người bệnh bị suy giảm nghiêm trọng. các vi sinh vật cơ hội sẽ lợi dụng để gây một loạt bệnh truyền nhiễm cơ hội như: lao, viêm phổi, viêm màng não, ỉa chảy, ung thư… làm cho người bệnh kiệt sức dần đến chết.
Sau quá trình ủ bệnh thì xuất hiện các triệu chứng của AIDS. Quá trình phát triển của bệnh có thể chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn sơ nhiễm (còn gọi là giai đoạn cửa số): Biểu hiện bệnh chưa rõ, có thể sốt nhẹ (kéo dài 2 tuần – 3 tháng)
- Giai đoạn không triệu chứng: Một số trường hợp có thể sốt, ỉa chảy không rõ nguyên nhân… Số lượng tế bào limphô T giảm dần (kéo dài 1 – 10năm)
- Giai đoạn biểu hiện triệu chứng AIDS: Có triệu chứng điển hình của AIDS như viêm niêm mạc thực quản, phế quản, phổi… viêm não, ung thư da và máu. Sau đó, virut tiếp tục tấn công các tế bào thần kinh, cơ và kết quả là cơ thể chết vì tê liệt và điên dại. 
* Quá trình xâm nhiễm và nhân lên của HIV khác phagơ ở những điểm nào?
3. Phòng tránh
Hiện nay chưa có thuốc chữa AIDS đặc hiệu, chỉ có thuốc làm chậm quá trình tiến triển của bệnh. Một số loại thuốc có thể ngăn cản sự nhân lên của virut nhưng mới đang ở giai đoạn thử nghiệm.
* Từ cách lây nhiễm của AIDS, hãy rút ra cách phòng tránh AIDS?
Mức độ phát triển của bệnh còn phụ thuộc vào thể lực của người bệnh, vì vậy, chế độ luyện tập, ăn uống, sinh hoạt của người bệnh rất có ý nghĩa. Phòng tránh bệnh bằng cách sống lành mạnh, thực hiện các biện pháp vệ sinh y tế, không tiêm chích ma tuý… 
Quá trình xâm nhiễm và nhân lên của virut trong tế bào chủ chia làm 5 giai đoạn như sau:
1. Hấp phụ
2. Xâm nhập
3. Sinh tổng hợp
4. Lắp ráp
5. Phóng thích
Virut độc: Virut nhân lên làm tan tế bào
Virut ôn hoà: Axit nuclêic của virut không nhân lên mà cài xen vào nhiễm sắc thể của tế bào chủ. Tế bào này gọi là tế bào tiềm tan.
HIV là virut gây ra hội chứng AIDS được coi là hiểm hoạ của loài người 
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 
1. Tóm tắt quá trình xâm nhập và phát triển của virut vào tế bào chủ
2. Trình bày các khái niệm: virut ôn hoà, virut độc và tế bào tiềm tan. Mối quan hệ giữa chúng
3. HIV có thể lây nhiễm theo con đường nào? Những biện pháp phòng tránh bệnh AIDS?
4. Tại sao bệnh nhân AIDS ở giai đoạn đầu rất khó phát hiện? Giải thích các triệu chứng ở giai đoạn 2 và 3?
5. Thế nào là vi sinh vật gây bệnh cơ hội? Bệnh nhiễm trùng cơ hội?
6. Hãy chọn phương án đúng:
a) Người ta tìm thấy HIV trong máu, tinh dịch hoặc dịch nhầy âm đạo của người nhiễm loại virut này
b) HIV dễ lan truyền qua đường hô hấp và khi dùng chung bát đũa với những người bệnh
c) Khi xâm nhập vào cơ thể, HIV tấn công vào các tế bào hồng cầu
d) HIV có thể lây lan do các vật trung gian như muỗi, bọ chét…
Virut gây bệnh, ứng dụng của virut
I. VIRUT GÂY BỆNH

1. Virut kí sinh ở thực vật

* Hãy kể tên những bệnh virut gây ra ở thực vật

Bộ gen của hầu hết virut kí sinh ở thực vật là ARN mạch đơn. Tế bào thực vật có thành xenlulôzơ nên rất bền vững, virut không thể tự chui qua thành tế bào mà phải chủ yếu nhờ vào vết tiêm chích của côn trùng hoặc các vết xước (do thiên tai hay cơ học)… Ví dụ sâu, rệp, bọ rẫy khi hút nhựa kèm theo cả virut. Cũng có trường hợp nhờ dây tơ hồng, hay virut truyền bệnh thông qua hạt giống, củ giống, cành chiết, mắt ghép, cỏ dại… Sau khi nhân lên trong tế bào, virut lan sang các tế bào khác qua cầu sinh chất. Hiện nay người ta đã biết 600 – 1000 bệnh ở thực vật do virut gây ra. Virut gây tắc mạch làm cho hình thái lá thay đổi: đốm chết, làm xoăn lá hay đốm lá rồi rụng gây nhiều thiệt hại cho cây trồng như bệnh khảm thuốc lá, bệnh xoăn lá khoai tây, khảm súp lơ, khảm dưa chuột… hoặc làm cho thân bị lùn, còi cọc như bệnh còi cà chua. Hiện nay, chưa có thuốc chống các loại virut kí sinh ở thực vật. Khi phát hiện ra dịch bệnh chỉ có cách là thu gom và đốt. Để phòng tránh virut ở thực vật thì người ta phải chọn giống cây sạch bệnh, luân canh cây trồng, thực hiện vệ sinh đồng ruộng, tiêu diệt các côn trùng truyền bệnh.

2. Virut kí sinh ở vi sinh vật (phagơ)

Người ta đã biết khoảng 3000 loại phagơ. Chúng có thể kí sinh ở nhiều loại vi sinh vật nhân sơ và vi sinh vật nhân thực nhưng được nghiên cứu kĩ hơn cả là các phagơ của E. coli. Chúng thường có ADN xoắn kép và 90% là có đuôi. Phagơ được coi là mô hình về sự nhân lên của virut và ngày nay trở thành công cụ thuận lợi cho sự phát triển kĩ thuật gen. Nhưng thông tin về các loại virut ở vi khuẩn được dùng để khái quát cho virut động vật. Nhiều loài phagơ gây những tổn thất lớn cho nhiều ngành công nghiệp vi sinh như: mì chính, sinh khối, thuốc trừ sâu sinh học, thuốc kháng sinh.

3. Virut kí sinh ở côn trùng

Có thể chia làm 2 nhóm virut ở côn trùng:
- Nhóm virut chỉ kí sinh ở côn trùng: Người ta đã tìm thấy nhiều loại virut chỉ kí sinh ở côn trùng. Ví dụ như virut Baculo sống kí sinh ở nhiều sâu bọ ăn lá cây. Một số virut Baculo có dạng tinh thể.

- Nhóm virut kí sinh ở côn trùng sau đó mới nhiễm vào người và động vật: Người ta đã phát hiện ra khoảng 150 loại virut kí sinh trên côn trùng (muỗi, bọ chét) truyền bệnh cho người và động vật. Những virut này thường sinh ra độc tố. Khi muỗi hoặc bọ chét đốt người và động vật thì virut sẽ xâm nhiễm và gây bệnh như virut viêm não ngựa, sốt xuất huyết virut Đangơ (DHF).

4. Virut kí sinh ở người và động vật

* Hãy cho biết những dịch bệnh lớn nào do virut gây ra ở người và động vật?

Càng ngày, người ta càng phải chú ý tới những bệnh do virut gây ra ở người và động vật vì khả năng lây lan nhanh và mức độ nguy hiểm của nó. Chúng ta đã chứng kiến mối quan tâm của cả nhân loại với bệnh AIDS và gần đây là bệnh SARS. Đến nay người ta đã biết tới hơn 500 bệnh do virut gây ra ở người và động vật trong đó có nhiều bệnh nguy hiểm như ung thư, viêm não Nhật Bản, bệnh dại… Nhiều bệnh tưởng như không nguy hiểm lắm nhưng dễ lây lan thành dịch nên gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và sản xuất như đau mắt đỏ, sởi, quai bị, sốt xuất huyết… Tuỳ từng loại virut gây bệnh mà chúng có cách lây nhiễm và gây tác hại với các mức độ khác nhau. Ví dụ, các bệnh lây qua đường tình dục (LQĐTD) như AIDS, viêm gan B, viêm gan C… Hầu hết, các bệnh do virut gây ra ở người và gia súc đã được nghiên cứu khá kĩ nhưng cũng có bệnh hiện nay vẫn chưa có phương pháp điều trị hiệu quả như AIDS, SARS, sốt Ebola.

II. ỨNG DỤNG CỦA VIRUT TRONG THỰC TIỄN

1. Bảo vệ đời sống con người và môi trường

Nhiều loại virut gây bệnh cho người và động vật đã được nghiên cứu để sản xuất vacxin phòng chống có hiệu quả của bệnh này. Nhờ đó đã hạn chế và ngăn chặn được hầu hết các đại dịch đã từng là mối đe doạ trong lịch sử loài người như: đậu mùa, dịch cúm, dịch sốt… và điều trị một cách hiệu quả một số bệnh được coi là nan y như: bệnh dại, viêm gan B, viêm gan C… Một số virut ở động vật được nghiên cứu để giảm thiểu sự phát triển của một số loại động vật hoang dã như virut pox để hạn chế sự phát triển quá mức những đàn thỏ tự nhiên.

2. Bảo vệ thực vật

* Từ những kiến thức về virut kí sinh ở côn trùng, hãy đề xuất phương pháp sử dụng virut để diệt côn trùng có hại?

Virut có thể được dùng để tiêu diệt các loại côn trùng gây hại cho thực vật. Ví dụ, người ta đã tạo ra một loại virut tái tổ hợp với khả năng diệt sâu đo ở bắp cải. Nó được thiết kế để tự huỷ sau một thời gian nhất định. Ở Việt Nam, chúng ta đã sản xuất thuốc trừ sâu sinh học có chứa virut Baculo để diệt nhiều loại sâu ăn lá. Thuốc được bọc bởi một màng keo chỉ tan trong đường ruột của côn trùng. Khi màng keo tan ra, virut mới chuyển sang dạng hoạt động để gây chết cho sâu. Thuốc trừ sâu sinh học có nhiều ưu điểm: chỉ diệt một số loại sâu nhất định nên không độc hại cho con người và môi trường như thuốc trừ sâu hoá học, virut được bảo vệ trong một thể bọc cho nên dễ bảo quản, dễ sản xuất, giá thành hạ…

3. Sản xuất dược phẩm

Virut có vai trò quan trọng trong kĩ thuật di truyền và thiết lập bản đồ gen. Đặc biệt, chúng có vai trò quyết định trong việc sản xuất một số loại dược phẩm: intefêron, insulin. Trước đây, việc sản xuất insulin và intefêron rất khó khăn vì intefêron chỉ có thể chiết xuất từ huyết tương của người và insulin từ tuyến tuỵ của người, vì vậy, sản lượng ít, giá thành cao. Ngày nay, nhờ kĩ thuật chuyển ghép gen cho phép người ta có thể sản xuất intefêron và insulin với số lượng lớn, giá thành hạ, nhờ vậy đã cứu sống được nhiều bệnh nhân. Một số phagơ chứa các đoạn gen không thực sự quan trọng nên nếu có cắt đi thì cũng không ảnh hưởng đến quá trình nhân lên của chúng. Lợi dụng tính chất này, người ta cắt bỏ gen đó để thay bằng các gen mong muốn và biến chúng thành vật vận chuyển gen lí tưởng.

Virut kí sinh và gây nhiều bệnh cho vi sinh vật, thực vật và động vật. Chúng gây nhiều thiệt hại cho nông nghiệp và công nghiệp vi sinh. Virut cũng là tác nhân gây nên nhiều bệnh nguy hiểm cho con người và gia súc.

Virut cũng có nhiều ứng dụng trong việc bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Chúng có vai trò đặc biệt quan trọng trong kĩ thuật di truyền để sản xuất các loại dược phẩm.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Trình bày tác hại của virut gây ra đối với thực vật
2. Trình bày tác hại của virut gây ra đối với con người, động vật
3. Trình bày những ứng dụng của virut trong việc bảo vệ đời sống con người và môi trường
4. Tại sao nhờ kĩ thuật di truyền mà người ta đã cứu được rất nhiều bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường?
5. Hãy chọn phương án đúng
Virut thường không thể xâm nhập cơ thể thực vật vì:
a) Thành tế bào thực vật rất bền vững
b) Không có thụ thể thích hợp
c) Kích thước virut thường lớn hơn
d) Cả a và c
Khái niệm về bệnh truyền nhiễm và miễn dịch
I. KHÁI NIỆM VỀ BỆNH TRUYỀN NHIỄM

* Hãy kể tên những bệnh truyền nhiễm mà em biết. Từ đó cho biết thế nào là bệnh truyền nhiễm?

1. Khái niệm

Bệnh truyền nhiễm là bệnh lây truyền từ cá thể này sang cá thể khác. Không phải cứ có tác nhân gây bệnh vào cơ thể là có thể gây bệnh. Muốn gây bệnh phải hội tụ đủ 3 điều kiện: độc lực (mầm bệnh và độc tố), số lượng nhiễm đủ lớn và con đường xâm nhiễm thích hợp. Tác nhân gây bệnh có thể rất đa dạng: virut, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, nấm…

2. Các phương thức lây truyền và phòng tránh

Mỗi loại bệnh truyền nhiễm có một cách lây truyền riêng:
- Lây truyền theo đường hô hấp
- Lây truyền theo đường tiêu hoá
- Lây truyền qua tiếp xúc trực tiếp (qua da và niêm mạc bị tổn thương, qua vết cắn của động vật và côn trùng, qua đường tình dục)
- Truyền từ mẹ sang thai nhi (khi sinh nở hoặc qua sữa mẹ)

* Lấy ví dụ các bệnh truyền nhiễm theo các con đường trên và đề xuất cách phòng tránh.   

3. Các bệnh truyền nhiễm thường gặp do virut

* Hãy kể tên một số dịch bệnh do virut gây ra ở người và gia súc. Đề xuất cách phòng tránh.

II. MIỄN DỊCH
1. Khái niệm

Miễn dịch là khả năng tự bảo vệ đặc biệt của cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh (các vi sinh vật, độc tố vi sinh vật, các phân tử lạ…) khi mà chúng xâm nhập vào cơ thể.

2. Các loại miễn dịch

a) Miễn dịch không đặc hiệu

Mang tính chất bẩm sinh, bao gồm các yếu tố bảo vệ tự nhiên của cơ thể: da, niêm mạc, các dịch do cơ thể tiết ra (dịch tiêu hoá, dịch mật, nước mắt, nước bọt…), dịch nhầy và lông rung ở hệ hô hấp, các đại thực bào, các bạch cầu trung tính đều có tác dụng tiêu diệt các tác nhân gây bệnh. Miễn dịch không đặc hiệu có vai trò khi miễn dịch đặc hiệu chưa kịp phát huy.

b) Miễn dịch đặc hiệu

Xảy ra khi có kháng nguyên xâm nhập vào, bao gồm 2 loại: miễn dịch tế bào và miễn dịch dịch thể.

* Dựa vào kiến thức đã học ở lớp 8, hãy cho biết thế nào là kháng nguyên, thế nào là kháng thể?

- Miễn dịch dịch thể

Là miễn dịch có sự tham gia của các kháng thể nằm trong dịch thể của cơ thể do tế bào limphô B tiết ra, chúng được đưa vào tất cả các chất lỏng (thể dịch) trong cơ thể: máu, hệ bạch huyết, dịch tuỷ sống, màng phổi, màng bụng, dịch khớp và dịch màng ối. Chúng có thể có trong các chất lỏng do cơ thể bài tiết ra như nước tiểu, nước mắt, dịch mũi, dịch tiêu hoá (nước bọt, dịch mật, dạ dày…). Chúng có nhiệm vụ ngưng kết, bao bọc các loại virut, vi sinh vật gây bệnh, lắng kết các loại độc tố do chúng sinh ra.

- Miễn dịch tế bào

Là miễn dịch có sự tham gia của tế bào limphô T độc. Các tế bào mang kháng thể này chịu trách nhiệm tiêu diệt: các virut, vi sinh vật gây bệnh, thu gom các mảnh vụn trong cơ thể, bằng cách tiết ra loại prôtêin làm tan các tế bào bị nhiễm độc, ngăn cản sự nhân lên của virut. Trong những bệnh do virut gây ra, miễn dịch tế bào đóng vai trò chủ lực vì virut nằm trong tế bào nên thoát khỏi sự tấn công của kháng thể.

III. INTEFÊROM (IFN)

1. Khái niệm

Năm 1935, Phinđơlây (Findlay) và Mac Calum (Mac Callum) đã phát hiện thấy khỉ đã từng bị nhiễm virut gây sốt trước khi bị nhiễm virut sốt vàng sẽ không bị chết bởi bệnh sốt vàng. Sau đó các nhà khoa học thấy rằng nếu đưa virut cúm bất hoạt, hoặc đưa bất cứ một axit nuclêic lạ (thậm chí pôlisaccarit) vào tế bào cũng tạo ra intefêron. Hiện nay, intefêron đã được sản xuất bằng con đường lên men để phòng chống bệnh ung thư và bệnh do virut.

* Vậy theo em hiểu thế nào là intefêron?

- Khái niệm: Intefêron là loại prôtêin đặc biệt do nhiều loại tế bào của cơ thể tiết ra chống lại virut, chống tế bào ung thư và tăng cường khả năng miễn dịch.

2. Vai trò và các tính chất cơ bản của intefêron (IFN)

- Intefêron có bản chất là các prôtêin, khối lượng phân tử lớn.
- Intefêron bền vững trước nhiều loại enzim (trừ prôtêaza), chịu được pH axit, nhiệt độ cao (ở vẫn giữ được hoạt tính).
- Đặc tính sinh học quan trọng của intefêron có tác dụng không đặc hiệu với virut có nghĩa là có thể kìm hãm sự nhân lên của bất kì virut nào.
- Có tính đặc hiệu loài. Nó có thể bảo vệ tế bào sinh ra nó và các tế bào lân cận khỏi sự nhân lên của virut nhờ cơ chế enzim trong một thời gian ngắn chứ không thể bảo vệ tế bào của loài khác. Ví dụ IFN do tế bào người sinh ra chỉ có tác dụng chống virut gây bệnh ở người. Nó làm tăng sức đề kháng của cơ thể bằng cách kích thích tăng số lượng của một loạt tế bào miễn dịch: đại thực bào, tế bào giết tự nhiên, tế bào limphô. Vì vậy, nó được coi là yếu tố quan trọng nhất trong sức đề kháng của cơ thể chống virut và tế bào ung thư. Trong một số trường hợp tính đặc hiệu này không cao.

Bệnh truyền nhiễm là bệnh có thể lây truyền từ cá thể này sang cá thể khác. Mỗi loại vi sinh vật có một cách lây truyền riêng.
Miễn dịch là tổng hợp các phản ứng của cơ thể nhằm chống lại sự xâm nhập của các tác nhân gây bệnh. Miễn dịch gồm có miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu.
Intefêron là những prôtêin đặc biệt xuất hiện trong tế bào bị nhiễm virut. Nó có khả năng chống virut, chống tế bào ung thư và tăng khả năng miễn dịch.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Thế nào là bệnh truyền nhiễm? Bệnh truyền nhiễm phụt thuộc vào các yếu tố nào? Vì sao?
2. Tại sao xung quanh và trên cơ thể chúng ta có rất nhiều vi sinh vật gây bệnh mà chúng ta không bị mắc bệnh?
3. Tại sao người ta nói hiện nay các bệnh truyền nhiễm khó có thể lây lan thành dịch lớn (trừ những bệnh dịch do virut gây ra)?
4. Thế nào là miễn dịch? Các loại miễn dịch. Vai trò của miễn dịch.
5. Thế nào là intefêron? Nêu tính chất và vai trò của intefêron.
Vi sinh vật
Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào có kích thước nhỏ, không quan sát được bằng mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi. Thuật ngữ vi sinh vật không tương đương với bất kỳ đơn vị phân loại nào trong phân loại khoa học. Nó bao gồm cả virus, vi khuẩn, archaea, vi nấm, vi tảo, động vật nguyên sinh .v.v.
Đặc điểm chung
1. Kích thước nhỏ bé. Kích thước vi sinh vật thường được đo bằng micromet
2. Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh. Vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể phân giải một lượng đường lactozơ nặng hơn 1000-10000 lần khối lượng của chúng.
3. Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh. So với các sinh vật khác thì vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng cực kì lớn. Ví dụ vi khuẩn E.coli trong điều kiện thích hợp khoảng 12-20 phút phân cắt 1 lần. Do đó vi sinh vật được ứng dụng nhiều trong sản xuất sinh khối và nhiều chất khác.
4. Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị.
5. Phân bố rộng, chủng loại nhiều. Vi sinh vật có ở khắp mọi nơi trên trái đất, ngay ở điều kiện khắc nghiệt nhất như ở nhiệt độ cao trong miệng núi lửa, nhiệt độ thấp ở Nam Cực, và áp suất lớn dưới đáy đại dương vẫn thấy sự có mặt của vi sinh vật. Vi sinh vật có khoảng trên 100 nghìn loài bao gồm 30 nghìn loài động vật nguyên sinh, 69 nghìn loài nấm, 1,2 nghìn loài vi tảo, 2,5 nghìn loài vi khuẩn lam, 1,5 nghìn loài vi khuẩn, 1,2 nghìn loài virut và ricketxi...
Do tính chất dễ phát sinh đột biến nên số lượng loài vi sinh vật tìm được ngày càng tăng , chẳng hạn về nấm trung bình mỗi năm lại được bổ sung thêm khoảng 1500 loài mới.
Sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật
I. SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT NHÂN SƠ

1. Phân đôi

Hầu hết vi khuẩn sinh sản bằng cách nhân đôi (hình 39.1). Trong quá trình này, mỗi tế bào tăng lên về kích thước, tạo nên thành và màng, tổng hợp mới các enzim và ribôxôm đồng thời nhân đôi ADN. Sau khi tế bào đạt gấp đôi chiều dài (nếu là trực khuẩn) hoặc gấp đôi đường kính (nếu là cầu khuẩn), 1 vách ngăn sẽ phát triển tách 2 ADN giống nhau và tế bào chất thành 2 phần riêng biệt. Cuối cùng thành tế bào được hoàn thiện và 2 tế bào con rời nhau ra.

2. Nảy chồi và tạo thành bào tử

Xa khuẩn (nhóm vi khuẩn hình sợi) lại sinh sản bằng cách phân cắt phần đỉnh của sợi khí sinh (sợi sinh trưởng phía trên cơ chất) thành một chuỗi bào tử. Khi phát tán đến một cơ chất thuận lợi, mỗi bào tử sẽ nảy mầm thành một cơ thể mới. Một số vi khuẩn sống trong nước lại sinh sản nhờ nảy chồi, tế bào mẹ tạo thành một chồi ở cực, chồi lớn dần rồi tách ra thành một vi khuẩn mới.

II. SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT NHÂN THỰC

1. Phân đôi và nảy mầm

Ở nấm men, chỉ một số sinh sản bằng cách phân đôi còn đa số sinh sản theo kiểu nảy chồi (nấm men rượu). Trên bề mặt tế bào mẹ xuất hiện một chồi, chồi lớn dần, nhận được đầy đủ các thành phần của tế bào rồi tách ra tiếp tục sinh trưởng cho đến khi đạt được kích thước của tế bào mẹ.

2. Sinh sản hữu tính và vô tính

Nấm men có thể sinh sản hữu tính. Khi tế bào lưỡng bội giảm phân, tạo thành 4 hoặc nhiều hơn 4 bào tử đơn bội có thành dày bên trong tế bào mẹ. Ở đa số nấm men, thành tế bào mẹ trở thành một túi (nang) chứa các bào tử. Khi túi vỡ, các bào tử được giải phóng; các bào tử đơn bội khác nhau về giới tính sẽ kết hợp với nhau tạo thành một tế bào lưỡng bội nảy chồi mạnh mẽ (hình 39.2).

Nấm sợi sinh sản bằng cả bào tử vô tính và hữu tính:
- Bào tử vô tính tạo thành chuỗi trên đỉnh của các sợi nấm khí sinh hoặc được tạo thành bên trong các túi (nang) nằm ở đỉnh của các sợi nấm khí sinh. Một loại bào tử vô tính khác gọi là bào tử áo có vách dày (hình 39.3).

- Bào tử hữu tính: bao gồm một số dạng sau đây:
+ Các nấm lớn (ví dụ: nấm rơm) có một cấu trúc gọi là thể quả (mũ nấm), mặt dưới thể quả (mũ nấm), mặt dưới thể quả chứa các dãy cấu trúc dạng dùi cui gọi là đảm (nghĩa là cái giá). Bào tử phát sinh trên đỉnh của đảm, do đó được gọi là các bào tử đảm.
+ Bào tử túi do nằm bên trong một túi, một số túi lại được chứa trong thể quả chung lớn hơn.
+ Bào tử tiếp hợp (hình 39.4) và bào tử noãn cũng là hai loại bào tử hữu tính ở nấm. Bào tử tiếp hợp được bao bọc bởi một vách dày, màu sẫm giúp chúng kháng được khô hạn và nhiệt độ cao. Bào tử noãn tạo thành ở một số nấm thuỷ sinh, là các bào tử lớn hơn có lông, roi.

Hầu hết vi khuẩn sinh sản bằng cách phân đôi. Riêng nhóm vi khuẩn dạng sợi (xạ khuẩn) lại sinh sản nhờ các bào tử vô hình.
Đa số nấm men sinh sản bằng cách nảy chồi, một số có thể có giai đoạn sinh sản bằng bào tử hữu tính (bào tử đảm, bào tử túi), một số ít sinh sản bằng cách phân đôi.
Nấm sợi sinh sản bằng cả bào tử vô tính và hữu tính.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Vi khuẩn có thể sinh sản bằng các hình thức nào?
2. Quá trình nảy chồi ở nấm men diễn ra như thế nào?
3. Hãy mô tả sự tạo thành bào tử hữu tính ở nấm men
4. Nấm sợi có thể sinh sản bằng các loại bào tử hữu tính nào?
Ảnh hưởng của các yếu tố hoá học đến sinh trưởng của vi sinh vật
I. CÁC CHẤT DINH DƯỠNG CHÍNH

Để sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật cũng cần tất cả các chất dinh dưỡng như ở các cơ thể bậc cao.

1. Cacbon

Ngoài nước, cacbon là yếu tố dinh dưỡng quan trọng nhất đối với sinh trưởng của vi sinh vật, là bộ khung cấu trúc của chất sống, cần cho tất cả các hợp chất hữu cơ tạo nên tế bào. Cacbon chiếm 50% khối lượng khô của tế bào vi khuẩn điển hình. Vi sinh vật hoá dị dưỡng nhận được hầu hết cacbon từ các chất hữu cơ như: prôtêin, cacbohiđrat và lipit. Vi sinh vật hoá tự dưỡng và quang tự dưỡng lại thu nhận cacbon từ .

2. Nitơ, lưu huỳnh và phôtpho

Tổng hợp prôtêin đòi hỏi một lượng lớn nitơ và một phần lưu huỳnh. Việc tổng hợp ADN và ARN cũng cần nitơ và phôtpho tương tự như tổng hợp ATP. Nitơ chiếm khoảng 14% khối lượng khô của tế bào vi khuẩn còn lưu huỳnh và phôtpho chiếm 4%.

Vi sinh vật sử dụng nitơ chủ yếu để tạo thành nhóm amin của các axit amin. Chúng phân giải các prôtêin thành axit amin rồi sử dụng các axit amin này để tổng hợp các prôtêin mới. Số khác sử dụng nitơ từ ion gặp trong một số chất hữu cơ của tế bào hoặc từ .

Nhiều vi khuẩn trong đó có các vi khuẩn lam, có khả năng sử dụng trực tiếp từ khí quyển thông qua quá trình cố định nitơ.

Lưu huỳnh được dùng để tổng hợp các axit amin chứa lưu huỳnh như xistêin, mêtiônin.

Phôtpho cần cho tổng hợp axit nuclêic và phôtpholipit của màng sinh chất, cũng như tổng hợp ATP.

3. Ôxi

Dựa vào nhu cầu ôxi cần cho sinh trưởng, vi sinh vật được chia thành:

* Hiếu khí bắt buộc: chỉ có thể sinh trưởng khi có mặt ôxi (nhiều vi khuẩn, hầu hết tảo, nấm, động vật nguyên sinh).
* Kị khí bắt buộc: chỉ có thể sinh trưởng khi không có mặt ôxi (vi khuẩn uốn ván, vi khuẩn sinh mêtan).
* Kị khí không bắt buộc: có thể sử dụng ôxi để hô hấp hiếu khí, những khí không có mặt ôxi có thể tiến hành lên men (nấm men rượu) hoặc hô hấp kị khí (Bacillus).
* Vi hiếu khí: có khả năng sinh trưởng chỉ khi nồng độ ôxi thấp hơn nồng độ ôxi trong khí quyển (vi khuẩn giang mai).

4. Các yếu tố sinh trưởng

Đây là các chất hữu cơ quan trọng mà một số vi sinh vật không tổng hợp được và phải thu nhận trực tiếp từ môi trường, chẳng hạn các vitamin, axit amin, các bazơ purin và pirimidin.

Nhiều vi sinh vật có khả năng tổng hợp tất cả các vitamin, axit amin và bazơ nitơ nhưng một số chủng tự nhiên bị đột biến mất khả năng tổng hợp các yếu tố sinh trưởng trên. Vì vậy, khi nuôi cấy cần phải bổ sung thêm.

II. CÁC CHẤT ỨC CHẾ SINH TRƯỞNG

Sinh trởng của vi sinh vật có thể bị ức chế bởi nhiều loại hoá chất tự nhiên cũng như nhân tạo. Con người đã lợi dụng các hoá chất này để bảo quản thực phẩm và các vật phẩm khác cũng như đề phòng trữ các vi sinh vật gây bệnh, chẳng hạn:

Các phenol và alcohol: gây biến tính prôtêin, thường được dùng làm chất tẩy uế và sát trùng.

Các halogen (iôt, clo, brôm và fluo): gây biến tính prôtêin, thường được dùng làm chất tẩy uế và làm sạch nước.

Các chất ôxi hoá (perôxit, ôzôn và axit peraxetic): gây biến tính prôtêin do ôxi hoá, thường được dùng làm chất tẩy uế, sát trùng các vết thương sâu, làm sạch nước, khử trùng các thiết bị y tế và thiết bị chế biến thực phẩm.
Các chất hoạt động bề mặt: làm giảm sức căng bề mặt của nước và gây hư hại màng sinh chất. Ví dụ: xà phòng được dùng để loại bỏ vi sinh vật, các chất tẩy rửa được dùng để sát trùng.

Các kim loại nặng: gây biến tính prôtêin, nitrat bạc được dùng để tẩm các vật liệu băng bó khi phẫu thuật nhằm phòng trừ các vi khuẩn đã kháng kháng sinh; mercuacrom (một hợp chất của thuỷ ngân) là chất sát trùng, thường có mặt trong các tủ thuốc gia đình.

Các anđêhit: gây biến tính và làm bất hoạt các prôtêin, là các chất tẩy uế và là dịch dùng ướp xác (như formalin).
Chất kháng sinh: diệt khuẩn có tính chọn lọc, có tác dụng lên thành tế bào và màng sinh chất, kìm hãm việc tổng hợp axit nuclêic và prôtêin, dùng trong ngành y tế, thú y.

Để sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật cũng cần tất cả các chất dinh dưỡng, các yếu tố sinh trưởng giống các sinh vật bậc cao như: cacbon, nitơ, lưu huỳnh, axit amin, vitamin… Sinh trưởng của vi sinh vật có thể bị ức chế bởi nhiều hoá chất tự nhiên và nhân tạo. Con người đã sử dụng các hoá chất này để bảo quản và phòng trừ các vi sinh vật gây bệnh.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Hãy kể tên các chất dinh dưỡng chính ảnh hưởng tới sinh trưởng của các vi sinh vật.
2. Các chất nào được gọi là yếu tố sinh trưởng? Tại sao vi sinh vật lại cần yếu tố sinh trưởng?
3. Những loại chất nào thường được sử dụng để ức chế sinh trưởng của các vi sinh vật?

EM CÓ BIẾT?

Nếu trong đời sống hằng ngày con người luôn phải gắn bó mật thiết với nhau như “Nước nương vào mạ, mạ nương vào nước” thì giữa các vi sinh vật sống trong tự nhiên cũng tồn tại mối quan hệ tương tự. Không phải cơ thể nào cũng có khả năng “tự cung tự cấp” cho mình mọi chất dinh dưỡng cần thiết. Trái lại, trong vòng đời, chúng có thể bị đột biến mất khả năng tổng hợp một chất hoặc một thành phần của chất đặc biệt là các yếu tố sinh trưởng. Trong hoàn cảnh đó, chúng chỉ có thể sinh trưởng nếu sống chung và có sự trao đổi chất dinh dưỡng cho nhau. Ví dụ:
+ Loài mốc trắng (Mucor ramannianus) và loài nấm men đỏ (Rhodotorula rubra) đều cần vitamin B1 (tiamin) để sinh trưởng nhưng cả hai đều không tự tổng hợp được. Tuy nhiên, loài đầu có thể tổng hợp phần pirimidin, còn loài sau lại tổng hợp được nhân tiazol. Vì vậy, trong tự nhiên, chúng dễ tìm đến nhau “góp thức ăn chung” để sống.
+ Vi khuẩn lactic Lactobacillus arabinosus và vi khuẩn đường ruột Enterococcus faecalis cũng phụ thuộc vào nhau về dinh dưỡng. Cả hai đều cần axit folic (vitamin) và phenylalanin (axit amin). Tuy nhiên, chỉ vi khuẩn lactic có khả năng tổng hợp axit folic và chỉ vi khuẩn đường ruột có khả năng tổng hợp phenylalanin. Thế là chúng gặp nhau để chung sống.
Ảnh hưởng của các yếu tố vật lý đến sinh trưởng của vi sinh vật
Để sinh trưởng và phát triển vi sinh vật cũng đòi hỏi phải có các nhu cầu về vật lí thích hợp như: nhiệt độ, pH, độ ẩm, bức xạ.

I. NHIỆT ĐỘ

Nhiệt độ ảnh hưởng sâu sắc đến tốc độ phản ứng hoá học, sinh hoá học trong tế bào nên cũng ảnh hưởng tới tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật.

Dựa trên phạm vi nhiệt độ ưa thích, vi sinh vật được chia thành 4 nhóm chủ yếu: ưa lạnh, ưa ấm, ưa nhiệt và ưa siêu nhiệt. Đa số vi khuẩn đều có một phạm vi nhiệt độ sinh trưởng đặc trưng, đó là: nhiệt độ cực đại, nhiệt độ tối ưu và nhiệt độ cực tiểu. Nhiệt độ tối ưu là nhiệt độ mà vi khuẩn sinh trưởng mạnh nhất. Ở nhiệt độ cực đại và cực tiếu vi khuẩn vẫn có thể sinh trưởng nhưng yếu ớt.

* Dựa vào phạm vi nhiệt độ sinh trưởng ở hình dưới đây, hãy điền tên các nhóm vi khuẩn vào ô trống.

Vi sinh vật ưa lạnh thường sống ở các vùng Nam Cực, Bắc Cực, các đại dương (90% đại dương có nhiệt độ ≤ , sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ ≤ .

Các enzim, các prôtêin vận chuyển chất dinh dưỡng và các ribôxôm của các vi sinh vật này hoạt động bình thường ở nhiệt độ thấp. Màng sinh chất của chúng chứa nhiều axit không no, nhờ vậy, ngay ở nhiệt độ thấp màng vẫn duy trì được trạng thái bán lỏng. Ở nhiều vi khuẩn ưa lạnh, khi nhiệt độ > màng sinh chất đã bị vỡ.

Vi sinh vật ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 20 – . Đa số thuộc nhóm này là các vi sinh vật đất, vi sinh vật nước, vi sinh vật sống trong cơ thể người và gia súc (kể cả các vi sinh vật gây bệnh), vi sinh vật gây hư hỏng đồ ăn, thức uống hằng ngày.

Một số vi sinh vật ưa nhiệt, sinh trưởng tối ưu ở 55 – . Đa số chúng là vi khuẩn, một số là nấm và tảo. Nơi sống của chúng là các đống phân ủ, đống cỏ khô tự đốt nóng và các suối nước nóng. Hoạt động của các enzim và ribôxôm của chúng thích ứng ở nhiệt độ cao.

Ở các vùng nóng bỏng của biển hoặc đáy biển tồn tại một số vi khuẩn ưa siêu nhiệt (có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 85 - .

II. pH

Độ pH ảnh hưởng tới tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hoá vật chất trong tế bào, hoạt tính enzim, sự hình thành ATP…

Đại lượng đo độ axit hay độ kiềm tương đối được gọi là pH. Giá trị pH được biểu hiện bằng một số từ 0 đến 14. Các chất axit có pH < 7, các chất kiềm có pH > 7. Nước thuần khiết có pH là 7 (trung tính).

Vi sinh vật đáp ứng với pH tương tự như với nhiệt độ. Dựa vào pH thích hợp chúng cũng được chia thành 3 nhóm chủ yếu:
- Đa số vi khuẩn và động vật nguyên sinh là nhóm ưa trung tính, sinh trưởng tốt nhất ở pH 6 – 8 và ngừng sinh trưởng ở pH < 4 hoặc pH > 9. Sở dĩ như vậy vì các ion và kìm hãm hoạt động của các enzim trong tế bào.
- Số ít vi khuẩn và đa số nấm ưa pH axit, khoảng 4 – 6. Các ion chỉ làm màng sinh chất của chúng vững chắc nhưng không tích luỹ bên trong tế bào, do đó pH nội bào vẫn duy trì gần trung tính. Một số vi khuẩn sống trong vùng đất khai mỏ có thể sinh trưởng thích hợp ở pH 2 – 3; số khác gặp trong các suối nóng axit, sinh trưởng mạnh ở pH 1 – 3 và ở nhiệt độ cao.

* Hãy nêu một số vi khuẩn ưa axit thường gặp trong các thức ăn hàng ngày?

- Nhiều vi khuẩn ưa kiềm sinh trưởng tốt ở pH > 9, đôi khi ở pH >11. Những vi khuẩn này có mặt ở các hồ và đất kiềm. Chúng duy trì pH nội bào gần trung tính nhờ khả năng tích luỹ các ion từ bên ngoài.

*  Trong tự nhiên, nhiều vi khuẩn ưa trung tính tạo ra các chất thải có tính axit hoặc kiềm, vậy mà chúng vẫn sinh trưởng bình thường trong môi trường đó. Hãy giải thích vì sao?

- Công nghiệp xà phòng bột và chất tẩy rửa sử dụng một số enzim vi sinh vật. Các enzim này phải có đặc tính gì (ưa axit, ưa trung tính, ưa kiềm)? Vì sao?

III. ĐỘ ẨM

Để sinh trưởng và chuyển hoá vật chất, vi sinh vật cần có nước. Nước cần cho việc hoà tan các enzim và chất dinh dưỡng nhưng cũng là chất tham gia trong nhiều phản ứng chuyển hoá vật chất quan trọng.

Khi sinh trưởng trong môi trường nước có nồng độ chất hoà tan cao hơn nồng độ nội bào, nước bên trong tế bào sẽ bị rút ra bên ngoài dẫn đến hiện tượng co nguyên sinh chất và sinh trưởng bị kìm hãm. Ngược lại, nếu môi trường có nồng độ chất hoà tan quá thấp (ví dụ như nước thuần khiết), nước từ bên ngoài sẽ xâm nhập tế bào.

Trong tự nhiên, vi sinh vật thường sống ở những nơi nghèo dinh dưỡng. Hậu quả là nước từ bên ngoài sẽ xâm nhập tế bào.

* Khi sinh trưởng trong môi trường nghèo dinh dưỡng (nhược trương), tế bào chất của vi khuẩn sẽ rút nước từ bên ngoài vào làm tế bào căng lên. Tế bào vi khuẩn có thể bị  vỡ do áp suất thẩm thấu nội bào tăng lên hay không? Tại sao?

Nhiều vi khuẩn sống ở biển chứa nồng độ muối cao (3,5%), thậm chí một số gặp ở các hồ muối (có nồng độ NaCl trên 15%). Người ta gọi chúng là các vi khuẩn ưa mặn. Chúng dựa vào các ion để duy trì thành tế bào và màng sinh chất được nguyên vẹn. Để cân bằng áp suất thẩm thấu với môi trường nhiều vi khuẩn biển đã tích luỹ các ion trong tế bào chất, số khác lại tích luỹ axit amin, glixêrin hoặc mannitol.

Nồng độ đường cao cũng gây mất nước cho tế bào vi sinh vật. Nhưng, một số nấm men và nấm mốc có thể sinh trưởng bình thường trên các loại mứt quả. Chúng được gọi là các vi sinh vật ưa thẩm thấu (hoặc ưa saccarôzơ).

IV. BỨC XẠ

Có 2 loại bức xạ:

- Bức xạ ion hoá (tia gamam, tia X) có tác dụng phá huỷ ADN của vi sinh vật được dùng để khử trùng các thiết bị y tế và thiết bị phòng thí nghiệm và để bảo quản thực phẩm.
- Bức xạ không ion hoá (tia tử ngoại): kìm hãm sự sao mã và phiên mã của vi sinh vật, được dùng để tẩy uế và khử trùng bề mặt các vật thể, các dịch lỏng trong suốt và các khí.

Ngoài các yếu tố hoá học, vi sinh vật cũng cần một số yếu tố vật lí để sinh trưởng, phát triển như: nhiệt độ, pH, độ ẩm, bức xạ. Lợi dụng các nhu cầu nói trên của vi sinh vật, con người có thể chủ động tạo ra các điều kiện nuôi cấy thích hợp (với các vi sinh vật có lợi) hoặc không thích hợp (với các vi sinh vật có hại) để kích thích hoặc kìm hãm sự sinh trưởng của chúng.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Hãy cho biết nơi sống của các loại vi khuẩn ưa lạnh, ưa ấm, ưa nhiệt và ưa siêu nhiệt?
2. Tác nhân gây hư hại các loại quả thường là nấm mốc mà ít khi là vi khuẩn. Hãy giải thích vì sao?
3. Khi mua một miếng thịt lợn hoặc một con cá nhưng chưa kịp chế biến, người ta thường sát muối lên miếng thịt hoặc con cá. Hãy giải thích tại sao?
4. Gặp hôm trời nắng to, ai cũng muốn mang phơi một số đồ dùng (như quần áo, chăn chiếu…) cũng như thực phẩm (đậu nành, đậu tương…). Việc phơi nắng có tác dụng gì?

EM CÓ BIẾT?

* Nếu có dịp đến thăm Nam Cực, Bắc Cực em có thể phát hiện thấy một hiện tượng kì lạ: giữa đại dương mênh mông của màu trắng mượt mà bống nổi bật lên các sông băng và cácnh đồng tuyết màu hồng. Cái gì vậy? Xin trả lời đó là màu cảu bào tử một loài tảo lục đơn bào (tên khoa học: Chlamydomonas nivalis). Loài tảo này ưa lạnh, nhiệt độ thích hợp là , chỉ > chúng đã ngừng sinh trưởng. Do trao đổi chất, nhiệt thoát ra làm tan tuyết xung quanh mỗi tế bào, cung cấp nước lỏng cần cho sinh trưởng của tảo; ánh sáng mặt trời bảo đảm năng lượng cho quang hợp của chúng và để các bào tử được dịp khoe sắc với thiên nhiên.
Thật là một loài tảo kì lạ và hấp dẫn!
* Viêm, loét và ung thư dạ dày là một bệnh khá phổ biến ở người. Nhưng chỉ mấy năm gần đây, các nhà khoa học mới phát hiện ra “thủ phạm” của bệnh là một loài vi khuẩn có tên là Helicobacter pylori. Như ta đã biết, màng nhầy dạ dày tiết ra dịch chứa enzim phân giải prôtêin và HCl dùng hoạt hoá enzim này. Các tế bào chuyên hoá khác sản sinh ra một lớp nhầy bảo vệ dạ dày khỏi bị tự tiêu hoá. Dịch dạ dày (dịch vị) có pH 2 – 3. Do đó, các vi khuẩn không ưa axit thường không thể tồn tại ở đây. H. pylori không phải là vi khuẩn ưa axit nhưng bằng cách gắn vào các tế bào tiết chất nhầy của dạ dầy và tiết ra enzim urêaza phân giải urê thành ion (có đặc tính kiềm) chúng đã nâng cao pH tại chỗ và đàng hoàng ngự trị tại dạ dày.
Đúng là một kẻ “ranh mãnh” đáng… khâm phục!
Thực hành quan sát một số vi sinh vật
I. MỤC TIÊU

Học sinh tiến hành được các thao tác nhuộm đơn tế bào và quan sát đựoc hình dạng của một số loại nấm men, vi khuẩn, nấm mốc và bào tử của nấm mốc.

II. CHUẨN BỊ

1. Dụng cụ, hoá chất

- Que cấy vô trùng, phiến kính sạch, đèn cồn, kính hiển vi, chậu đựng nước rửa, pipet, giấy lọc cắt nhỏ (cỡ 2 x 3cm), ống nghiệm
- dung dịch fucsin 1% (có thể thay thế fucsin đỏ bằng các thuốc kiềm khác màu đỏ như safranin, pirônin), nước cất.

2. Nguyên vật liệu

- Nấm men: Tốt nhất là dùng dung dịch lên men, nếu không có có thể dùng bột bánh men tán nhỏ hoà với nước đường 10% trước 24 giờ.
- Nước váng dưa chua
- Nấm mốc có thể dùng vỏ cam, vỏ quýt hay bánh mì bị mốc xanh
- Một số tiêu bản làm sẵn của một số loài vi sinh vật và bào tử nấm mốc

III. CÁCH TIẾN HÀNH

1. Nhuộm đơn và quan sát tế bào nấm men

- Cách tiến hành:
Dùng que cấy lấy một giọt dung dịch lên men hoặc một giọt dung dịch bánh men cho vào ống nghiệm đã có sẵn 5ml nước cất, khuấy đều. Dùng que cấy lấy một giọt dung dịch này cho lên một phiến kính sạch, hong khô tự nhiên hay hơ nhẹ vài lượt phía trên cao đèn cồn. Dùng pipet nhỏ một giọt fucsin vào vị trí đã nhỏ giọt dung dịch lên men khô. Để một phút rồi nghiêng phiến kính đổ fucsin đi. Rửa nhẹ tiêu bản bằng nước cất, hong khô rồi đưa lên soi kính, lúc đầu soi ở vật kính x 10, sau đó là ở vật kính x 40.
- Yêu cầu
Quan sát được nấm men hình trái xoan có tế bào này chồi

2. Nhuộm đơn phát hiện vi sinh vật trong khoang miệng

- Cách tiến hành:
Dùng tăm tre lấy một ít bựa răng cho vào ống nghiệm có 5ml nước cất, khuấy đều. Dùng que cấy lấy một giọt dung dịch này cho lên một phiến kính sạch. Sau đó làm như nhuộm đơn tế bào nấm men.

- Yêu cầu:
Quan sát được cầu khuẩn và trực khuẩn (vi khuẩn hình que ngắn)
(Trong khoang miệng của người có một hệ vi sinh vật đặc trưng: các liên cầu, tụ cầu, trực khuẩn lactic và một số dạng nấm men).

3. Quan sát nấm sợi trên thực phẩm bị mốc

- Cách tiến hành:
Dùng que cấy vô trùng lấy một ít nấm sợi trên mẩu bánh mì, hoặc vỏ cam, vỏ quýt đã bị mốc cho vào ống nghiệm đã có sẵn 5ml nước. Dùng que cấy lấy một giọt nước dung dịch này đưa lên một phiến kính sạch. Hong khô tự nhiên hoặc hơ nhẹ vài lượt phía trên cao ngọn lửa đèn cồn rồi đưa lên soi kính.
- Yêu cầu:
Quan sát được hình dạng của một số nấm mốc

4. Quan sát tiêu bản một số loại vi sinh vật và bào tử nấm

Lần lượt đưa các tiêu bản một số loại vi sinh vật và bào tử nấm lên soi kính.

IV. THU HOẠCH

Viết thu hoạch và vẽ hình dạng các vi sinh vật đã quan sát được
Sự chuyển hoá vật chất và năng lượng ở vi sinh vật

Dinh dưỡng, chuyển hoá vật chất và năng lượng ở vi sinh vật
I. KHÁI NIỆM VI SINH VẬT
Vi sinh vật là những cơ thể sống có kích thước rất nhỏ bé, đường kính tế bào chỉ khoảng 0,2 – 2 µm (đối với vi sinh vật nhân sơ) và 10 – 100 µm (đối với vi sinh vật nhân thực). Phần lớn chúng là đơn bào, không thể thấy được bằng mắt thường mà phải quan sát dưới kính hiển vi.
Vi sinh vật gồm nhiều nhóm khác nhau, tuy vậy chúng đều có đặc điểm chung là hấp thụ, chuyển hoá chất dinh dưỡng nhanh, sinh trưởng nhanh, phân bố rộng.
II. MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VÀ CÁC KIỂU DINH DƯỠNG
1. Các loại môi trường nuôi cấy cơ bản
Để nuôi cấy vi sinh vật trong phòng thí nghiệm người ta phải chuẩn bị môi trường (tức là dung dịch các chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh trưởng và sinh sản của chúng).
Có ba loại môi trường cơ bản:
+ Môi trường tự nhiên là môi trường chứa các chất tự nhiên không xác định được số lượng, thành phần như: cao thịt bò, pepton, cao nấm men (pepton là dịch thuỷ phân một phần của thịt bò, cazêin, bột đậu tương… dùng làm nguồn cacbon, năng lượng và nitơ. Cao thịt bò chứa các axit amin, peptit, nuclêôtit, axit hữu cơ, vitamin và một số chất khoáng. Cao nấm men là nguồn phong phú các vitamin nhóm B cũng như nguồn nitơ và cacbon).
+ Môi trường tổng hợp là môi trường trong đó các chất đều đã biết thành phần hoá học và số lượng. Nhiều vi khuẩn hoá dưỡng dị dưỡng có thể sinh trưởng trong môi trường chứa glucôzơ là nguồn cacbon và muối amôn là nguồn nitơ.
+ Môi trường bán tổng hợp là môi trường trong đó có một số chất tự nhiên không xác định được thành phần và số lượng như pepton, cao thịt, cao nấm men và các chất hoá học đã biết thành phần và số lượng…
Các môi trường nói trên đều ở dạng lỏng nên được gọi là môi trường lỏng (hoặc môi trường dịch thể).
Để nuôi cấy vi sinh vật trên bề mặt môi trường đặc, người ta thêm vào môi trường lỏng 1,5 – 2% thạch (agar). Thạch là một loại pôlisaccarit phức tạp chiết rút từ tảo đỏ ở biển và có một số ưu điểm phù hợp với việc nuôi cấy vi sinh vật (không bị các vi sinh vật phân giải, nóng chảy ở nhiệt độ , đông lại khi để nguội đến ).
2. Các kiểu dinh dưỡng
Khác với thực vật và động vật, dinh dưỡng ở sinh vật có tính đa dạng hơn. Vì vậy, để phân biệt các kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật, người ta phải dựa vào hai thông số: nguồn năng lượng và nguồn cacbon chủ yếu. Theo đó, tất cả vi sinh vật đều thuộc vào một trong bốn kiểu dinh dưỡng cơ bản sau
Bảng: Các kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật 

Kiểu dinh dưỡng Nguồn năng lượng Nguồn cacbon chủ yếu Ví dụ
1. Quang tự dưỡng Ánh sáng Tảo, vi khuẩn lam, vi khuẩn lưu huỳnh màu tía, màu lục
2. Quang dị dưỡng Ánh sáng Chất hữu cơ Vi khuẩn tía, vi khuẩn lục không chứa lưu huỳnh
3. Hoá tự dưỡng Chất vô cơ:
Vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn ôxi hoá lưu huỳnh, vi khuẩn hiđrô…
4. Hoá dị dưỡng Chất hữu cơ Chất hữu cơ Vi sinh vật lên men, hoại sinh…
* Hãy lấy một số ví dụ về sinh vật hoá dị dưỡng được sử dụng trong đời sống hàng ngày.
II. HÔ HẤP VÀ LÊN MEN
Tất cả các phản ứng hoá học diễn ra trong tế bào vi sinh vật, xúc tác bởi các vitamin được gọi chung là chuyển hoá vật chất. Quá trình này bao gồm:
- Sinh tổng hợp các đại phân tử từ các chất dinh dưỡng đơn giản hơn lấy từ môi trường bên ngoài.
- Các phản ứng cần cho việc tạo thành các chất giàu năng lượng (cao nặng) dùng cho các phản ứng sinh tổng hợp.
Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật khác nhau không chỉ ở nguồn năng lượng mà cả ở chất nhận electron. Vi sinh vật hoá dưỡng (thu nhận năng lượng từ thức ăn) chuyển hoá chất dinh dưỡng qua hai quá trình cơ bản sau đây:
1. Hô hấp
- Hô hấp hiếu khí: tương tự như ở sinh vật nhân thực (chất nhận electron cuối cùng là ). Tuy nhiên, cần chú ý ở nấm và tảo (là sinh vật nhân thực) hô hấp hiếu khí diễn ra ở màng trong gấp khúc (các mào) của ti thể còn ở vi khuẩn (vi sinh vật nhân sơ) hô hấp hiếu khí diễn ra ở màng sinh chất.
- Hô hấp kị khí: tương tự hô hấp hiếu khí, diễn ra ở màng sinh chất của nhiều vi khuẩn hiếu khí không bắt buộc hoặc kị khí bắt buộc nhưng ở đây chất nhận electron cuối cùng là một chất vô cơ như trong điều kiện kị khí.
2. Lên men
Là sự phân giải cacbohiđrat xúc tác bởi enzim trong điều kiện kị khí, không có sự tham gia của một chất nhận electron từ bên ngoài. Chất cho electron và chất nhận electron là các phân tử hữu cơ.
Ví dụ: nấm men lên men êtilic từ glucôzơ:
            
Vi khuẩn lên men lactic từ glucôzơ:
            
Đặc biệt, các vi khuẩn hoá tự dưỡng (còn gọi là hoá dưỡng vô cơ) sử dụng chất cho electron ban đầu là vô cơ và chất nhận electron cuối cùng là hoặc .
Có 3 loại môi trường để nuôi cấy vi sinh vật: môi trường tự nhiên, môi trường tổng hợp và môi trường bán tổng hợp.
Dựa vào nguồn năng lượng và nguồn cacbon chủ yếu người ta phân biệt 4 kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật là: quang tự dưỡng, quang dị dưỡng, hoá tự dưỡng và hoá dị dưỡng.
Tuỳ theo những tính chất của chất nhận electron cuối cùng các vi sinh vật hoá dưỡng thuộc một trong ba kiểu chuyển hoá vật chất: lên men, hô hấp hiếu khí và hô hấp kị khí. 
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Phân biệt sự khác nhau giữa 3 loại môi trường nuôi cấy
2. Định nghĩa và cho ví dụ về 4 kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật
3. Phân biệt 3 kiểu chuyển hoá vật chất: lên men, hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí.
EM CÓ BIẾT?
TẠI SAO NƯỚC Ở MỘT SỐ SÔNG, BIỂN CÓ MÀU ĐEN? 
Ở các môi trường kị khí (như bùn của ao, hồ, sông, biển) một số vi khuẩn phân giải chất hữu cơ bắt nguồn từ xác thực vật (ví dụ: các axit hữu cơ, alcol…) và vận chuyển ion và electron đến chất nhận electron cuối cùng là (được gọi là hô hấp sunphat). Phản ứng diễn ra như sau: 
            

là một khí độc, mùi trứng ung, có ái lực cao với nhiều kim loại. Do đó có thể kết hợp với Fe trong chuỗi hô hấp của người tạo thành FeS (sắt sunphua). May thay, ta ít bị đầu độc bởi , một phần vì mới thoáng ngửi thấy “mùi trứng ung” ai cũng vội bịt mũi chạy. Nhưng phần khác trong tự nhiên sắt rất phổ biến trong đất và nước, vì vậy, dễ hiểu rằng bùn của các ao, hồ, thậm chí nước của một số sông (Tô Lịch, Kim Ngưu – Hà Nội), biển (Hắc Hải) đều có màu đen. Đó chính là màu của FeS kết tủa.
Cũng nhờ các vi khuẩn hô hấp sunphat mà con người được giải độc khỏi nhiều kim loại nặng vì các sunphua kim loại (như HgS, PbS, ZnS…) đều không tan trong nước và kết lắng xuống bùn
Quá trình tổng hợp các chất ở vi sinh vật và ứng dụng
I. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP Ở VI SINH VẬT

Cũng như các sinh vật bậc cao, vi sinh vật có khả năng tổng hợp tất cả các thành phần chủ yếu của tế bào như: axi nuclêic, prôtêin, pôlisaccarit, lipit… Hơn nữa, do có tốc độ sinh trưởng cao, vi sinh vật trở thành một nguồn tài nguyên cho con người khai thác.

1. Tổng hợp axit nuclêic và prôtêin

Việc tổng hợp ADN, ARN và prôtêin diễn ra tương tự ở mọi tế bào sinh vật và là biểu hiện của dòng thông tin di truyền từ nhân đến tế bào chất:

             (sao chép) Prôtêin

ADN (vật chất di truyền) có khả năng tự sao chép; ARN được tổng hợp (phiên mã) trên đoạn mạch ADN; cuối cùng prôtêin được tạo thành (dịch mã) trên ribôxôm. Đáng chú ý, ở một số virut có quá trình phiên mã ngược (ví dụ HIV), ở đây, ARN được dùng làm sợi khuôn để tổng hợp ADN.

2. Tổng hợp pôlisaccarit

Ở vi khuẩn và tảo, việc tổng hợp tinh bột và glicôgen cần hợp chất mở đầu là ADP – glucôzơ (ađênôzin điphôtphat – glucôzơ):

             (Glucôzơ) + [ADP-glucôzơ] ----> (Glucôzơ) + ADP

Một số vi sinh vật còn tổng hợp kitin và xenlulôzơ

3. Tổng hợp lipit

Vi sinh vật tổng hợp lipit bằng cách liên kết glixêrol và các axit béo. Glixêrol là dẫn xuất từ đihiđrôxiaxêtôn – P (trong đường phân). Các axit béo được tạo thành nhờ sự kết hợp liên tục với nhau của các phân tử axêtyl-CoA.

II. ỨNG DỤNG CỦA SỰ TỔNG HỢP Ở VI SINH VẬT

Do có tốc độ sinh trưởng và tổng hợp sinh khối cao nên vi sinh vật trở thành nguồn tài nguyên khai thác của con người. Thật khó tưởng tượng rằng một con bò nặng 500 kg lại chỉ sản xuất thêm mỗi ngày 0,5 kg prôtêin; 500kg cây đậu nành mỗi ngày tổng hợp được 40kg prôtêin nhưng 500 kg nấm men có thể tạo thành mỗi ngày 50 tấn prôtêin.

1. Sản xuất sinh khối (hoặc prôtêin đơn bào)

Trong hoàn cảnh nhiều nước trên thế giới (chủ yếu ở châu Phi và châu Á) còn bị đói prôtêin trầm trọng, các nước châu Âu hằng năm vẫn phải nhập đậu tương cho chăn nuôi, thì prôtêin vi sinh vật là một nguồn hấp dẫn. Đã có nhiều nhà máy sản xuất sinh khối vi sinh vật ở quy mô lớn.

Nhiều loại nấm ăn (nấm hương, nấm mỡ, nấm rơm…) là loại thực phẩm quý. Vi khuẩn lam Spirulina là nguồn thực phẩm ở châu Phi, là loại thực phẩm tăng lực (ở dạng bột hoặc dạng bánh quy) ở Mĩ. Ở Nhật, tảo Chlorella được dùng làm nguồn prôtêin và vitamin bổ sung vào kem, sữa chua, bánh mì. Chất thải từ các xí nghiệp chế biến rau, quả, bột, sữa… là cơ chất lên men để thu nhận sinh khối dùng làm thức ăn cho chăn nuôi. Như vậy, việc sản xuất sinh khối vi sinh vật cũng góp phần giảm nhẹ ô nhiễm môi trường.

2. Sản xuất axit amin

Nhiều thực phẩm có nguồn gốc thực vật chứa hàm lượng prôtêin cao nhưng lại không thể dùng làm nguồn prôtêin thức ăn cho con người và gia súc do thiếu một số axit amin không thay thế cần thiết. Ví dụ: prôtêin lúa mì nghèo lizin, prôtêin lúa nước nghèo lizin và thrêônin, prôtêin ngô nghèo lizin và triptôphan, prôtêin đậu nghèo mêtiônin. Do đó, trên toàn thế giới việc thiếu hụt lizin, thrêônin và mêtiônin còn trầm trọng hơn là sự đói prôtêin nói chung. Vì vậy, để đảm bảo hiệu quả của thức ăn cho người và gia súc, cần thiết phải bổ sung các axit amin không thay thế nói trên vào thực phẩm có nguồn gốc cây trồng.

Các axit amin nói trên đều được thu nhận chủ yếu nhờ lên men vi sinh vật.

Ví dụ: riêng chủng vi khuẩn đột biến Corynebacterium glutamicum đã được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất các axit amin như axit glutamic, lizin, valin, pheninalanin…
Ngoài ra, một axit amin được dùng làm gia vị nhằm tăng độ ngon ngọt của các món ăn đó là axit glutamic (ở dạng natri glutamat – mì chính).

3. Sản xuất các chất xúc tác sinh học

Các enzim ngoại bào của vi sinh vật được sử dụng phổ biến trong đời sống con người và trong nền kinh tế quốc dân, chẳng hạn:
- Amilaza (thuỷ phân tinh bột), được dùng khi làm tương, rượu nếp, trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, công nghiệp dệt, sản xuất xirô.
- Prôtêaza (thuỷ phân prôtêin) được dùng khi làm tương, chế biến thịt, trong công nghiệp thuộc da, công nghiệp bột giặt…
- Xenlulaza (thuỷ phân xenlulôzơ) được dùng trong chế biến rác thải và xử lí các bã thải dùng làm thức ăn cho chăn nuôi và sản xuất bột giặt
- Lipaza (thuỷ phân lipit) dùng trong công nghiệp bột giặt và chất tẩy rửa

4. Sản xuất gôm sinh học

Nhiều vi sinh vật tiết vào môi trường một số loại pôlisaccarit gọi là gôm. Gôm có vai trò bảo vệ tế bào vi sinh vật khỏi bị khô, ngăn cản sự tiếp xúc với virut, đồng thời là nguồn dự trữ cacbon và năng lượng.

Gôm được dùng trong công nghiệp để sản xuất kem, sản xuất kem phủ bề mặt bánh và làm chất phụ gia trong công nghiệp khai thác dầu hoả. Trong y học, gôm được dùng làm chất thay huyết tương và trong sinh hoá học dùng làm chất tách chiết enzim.

Vi sinh vật có khả năng tổng hợp tất cả các thành phần của tế bào, đặc biệt là axit nuclêic, prôtêin, pôlisaccarit và lipit. Con người đã sử dụng vi sinh vật để sản xuất nhiều loại chế phẩm phục vụ cho đời sống và cho các ngành sản xuất công, nông nghiệp.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Hãy nêu đặc điểm chung của quá trình tổng hợp ở vi sinh vật
2. Trên thị trường thường gặp các loại bột giặt sinh học. Em hiểu chữ “sinh học” ở đây là gì và tác dụng để làm gì?
3. Tại sao trâu bò lại đồng hoá được rơm, rạ, cỏ giàu chất xơ?

EM CÓ BIẾT?

Trong số các sản phẩm do vi sinh vật tổng hợp, ngoài các chất có lợi còn có một loại chất mà thoạt nghe ta đã thấy rợn người: độc tố! Khi nhiễm vào đồ ăn, thức uống, một số vi sinh vật không chỉ làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm mà còn tiết vào đây một trong ba loại độc tố: độc tố tế bào, độc tố thần kinh và độc tố ruột. Vi khuẩn bạch hầu và vi khuẩn lị tiết ra loại độc tố tế bào; vi khuẩn độc thịt tiết ra loại độc tố thần kinh; vi khuẩn tả và E. coli tiết ra loại độc tố ruột.
Trong số các loại độc tố nấm, đáng sợ nhất là aflatôxin (tạo thành bởi một loại nấm tương tự mốc tương) và fumonisin (tạo thành bởi nấm lúa von). Aflatôxin thường gặp trong lạc và ngô bị mốc, có thể là nguyên nhân gây xơ gan và ung thư gan. Fumonisi cũng được phát hiện trong ngô bị mốc và là độc tố gây ung thư vòm họng. Vì vậy, không nên ăn ngô và lạc đã bị mốc.
Quá trình phân giải các chất ở vi sinh vật và ứng dụng
I. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI Ở VI SINH VẬT

Khi tiếp xúc với các chất dinh dưỡng có phân tử lớn như axit nuclêic, prôtêin, tinh bột và lipit… (chứa trong xác của động vật và thực vật) không thể được vận chuyển qua màng sinh chất, vi sinh vật phải tiết vào môi trường các enzim thuỷ phân các cơ chất trên thành các chất đơn giản hơn. Trong trường hợp này, quá trình phân giải ngoại bào có ý nghĩa đồng hoà quan trọng đối với tế bào.

1. Phân giải axit nuclêic và prôtêin

Để phân giải các axit nuclêic và prôtêin, vi sinh vật tiết ra các enzim nuclêaza (phân giải ADN và ARN thành các nuclêôtit) và prôtêaza (phân giải prôtêin thành các axit amin).

2. Phân giải pôlisaccarit

Các loại pôlisaccarit tự nhiên khá phong phú và đa dạng. Để đồng hoá được các cơ chất trên, vi sinh vật tiết ra các enzim amilaza phân giải tinh bột thành glucôzơ, xenlulaza phân giải xenlulôzơ thành glucôzơ và kitinaza phân giải kitin thành N-axêtyl-glucôzamin.

3. Phân giải lipit

Để thu được nguồn cacbon và năng lượng từ lipit, vi sinh vật tiết vào môi trường enzim lipaza phân giải lipit (mỡ) thành các axit béo và glixêrol.

II. ỨNG DỤNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI Ở VI SINH VẬT

1. Sản xuất thực phẩm cho người và thức ăn cho gia súc

Lợi dụng hoạt tính phân giải xenlulôzơ người ta đã tận dụng các bã thải thực vật (rơm, rạ, lõi ngô, bã mía, xơ bông) để trồng nhiều loại nấm ăn.
Nước thải từ các xí nghiệp chế biến sắn, khoai tây, dong riềng có thể được dùng để nuôi cấy một số nấm men có khả năng đồng hoá tinh bột nhằm thu nhận sinh khối làm thức ăn cho gia súc.

Sản xuất tương dựa vào 2 enzim chủ yếu của nấm mốc và vi khuẩn nhiễm tự nhiên hoặc cấy chủ động vào các nguyên liệu: amilaza phân giải tinh bột (trong xôi hoặc ngô) thành glucôzơ và prôtêaza phân giải prôtêin (trong đậu tương) thành các axit amin.

Muối dưa, muối cà là quá trình sử dụng vi khuẩn lên men lactic, chuyển hoá một số đường đơn chứa trong dưa, cà thành axit lactic.

Đặc biệt, con người sử dụng amilaza từ nấm mốc để thuỷ phân tinh bột dùng trong sản xuất rượu:

             Tinh bột    Glucôzơ   Êtanol +

2. Cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng

Nhờ các hoạt tính phân giải của vi sinh vật mà xác các động vật và thực vật trong đất được chuyển thành chất dinh dưỡng cho cây trồng. Do đó, chính vi sinh vật tạo nên độ phì nhiêu của đất. Đây cũng là cơ sở khoa học của việc chế biến rác thải thành phân bón.

3. Phân giải các chất độc

Muốn tăng năng suất cây trồng, người ta phải sử dụng các chất trừ sâu, diệt cỏ, diệt nấm. Đây là các chất do con người tổng hợp ra và thường độc đối với người và động vật. Rất may, nhiều vi khuẩn và nấm có khả năng phân giải các hoá chất độc nói trên còn tồn đọng trong đất.

4. Bột giặt sinh học

Để tẩy sạch các vết bẩn (bột, thịt, mỡ, dầu, xenlulôzơ…) trên quần áo, khăn bàn, chăn màn… người ta thêm vào bột giặt một số enzim vi sinh vật như amilaza, prôtêaza, lipaza, xenlulaza…

5. Cải thiện công nghiệp thuộc da

Để tẩy sạch lông ở bộ da động vật, trước đây người ta phải sử dụng các hoá chất vừa kém hiệu quả, vừa gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng các enzim prôtêaza và lipaza từ vi sinh vật thay cho hoá chất không những làm tăng chất lượng của da mà còn tránh được các ảnh hưởng xấu đến môi trường sống.

III. TÁC HẠI CỦA CÁC QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI Ở VI SINH VẬT

Hoạt tính phân giải của vi sinh vật cũng gây nên những tổn thất to lớn cho con người. Ví dụ như:
- Gây hư hỏng thực phẩm: các loại đồ ăn, thức uống giàu tinh bột và prôtêin dễ bị ôi, thiu do bị vi khuẩn và nấm mốc phân giải.
- Làm giảm chất lượng của các loại lương thực, đồ dùng và hàng hoá.
Hàng năm, các loại lương thực hoa màu (gạo, đậu, ngô, khoai, sắn) bị hư hỏng sau thu hoạch do vi sinh vật gây ra là rất lớn. Nhiều đồ dùng và hàng hoá bằng nguyên liệu thực vật (quần áo, chăn, màn, chiếu, các hàng mây, tre, sách vở, tranh ảnh…) rất dễ bị mốc và làm giảm phẩm chất.

Vi sinh vật có khả năng phân giải các chất phức tạp ở bên trong và bên ngoài tế bào nhờ các enzim xúc tác: prôtêaza (phân giải prôtêin), xenlulaza (phân giải xenlulôzơ), lipaza (phân giải lipit)… Người ta đã lợi dụng các quá trình phân giải của vi sinh vật để phục vụ cho đời sống (nếu có lợi) hoặc tìm cách kìm hãm chúng (nếu có hại).

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Hãy nêu đặc điểm chung của các quá trình phân giải ở vi sinh vật
2. Tại sao vi sinh vật phải tiết các enzim vào môi trường?
3. Hãy nêu 1-2 ví dụ về ích lợi và tác hại của các vi sinh vật có hoạt tính phân giải tinh bột và prôtêin?

EM CÓ BIẾT?

MỘT SỰ CỘNG SINH “CHẾT NGƯỜI”

Nói đến mối gỗ không ai không biết những tai hoạ mà chúng gây ra cho con người: từ các đống tài liệu, sách báo bị cắn nát, những nhà cửa, công trình bằng gỗ bị huỷ hoại cho đến các đê, đập bị vỡ. Nhưng ít ai biết rằng, thực ra mối chỉ là kẻ “tòng phạm” mà “thủ phạm” chính là một loại trùng roi (động vật nguyên sinh) có tên khoa học là Trichonympha cộng sinh trong ruột mối. Khi gặm gỗ và nuốt gỗ vào ruột, mối đã cung cấp thức ăn cho trùng roi. Nhờ khả năng tạo ra enzim xenlulaza, trùng roi phân giải xenlulôzơ trong hạt gỗ thành axêtat và các sản phẩm khác. Mối ôxi hoá axêtat để sinh trưởng. Mối non mới sinh, ruột còn “trong sạch”. Nhưng sau khi chúng ăn các giọt phân do các con trưởng thành tiết ra, lũ trùng roi cộng sinh lập tức theo phân vào cư trú trong ruột của chúng. Thật là mối quan hệ tuyệt vời của tự nhiên, nhưng chính sự cộng sinh đó đã làm cho con người phải nhiều phen điêu đứng. Dùng hoá chất để diệt mối thì phải coi chừng! Không khéo “Trạng chết Chúa cũng băng hà!”. Trên cơ sở đó một số công ti nước ngoài đang thử nghiệm một loại chế phẩm diệt mối sản xuất từ nguyên liệu thực vật có tẩm một chất nhuận tràng. Chế phẩm được đưa vào các tổ mối. Nếu ăn phải mối sẽ thải hết các trùng roi ra ngoài. Hậu quả là những kẻ “tòng phạm” cũng chết đói.
Thực hành
A: THỰC HÀNH LÊN MEN ÊTILIC
I. MỤC TIÊU
- Học sinh tiến hành được các bước thí nghiệm
- Quan sát, giải thích và rút ra kết luận các hiện tượng của thí nghiệm lên men êtilic.
- Học sinh hiểu và giải thích được các bước tiến hành thí nghiệm. 
II. CHUẨN BỊ 
1. Dụng cụ, hoá chất
- Bình nón (bình tam giác) 250ml (1 chiếc)
- Bình thuỷ tinh hình trụ 2000ml (3 chiếc), đánh số 1, 2, 3
- Bình thuỷ tinh hình trụ 500ml (mỗi nhóm 1 chiếc)
2. Nguyên vật liệu
- Dung dịch đường kính (saccarôzơ) 8 – 10 %, nếu bổ sung thêm dịch nước một loại quả ngọt tươi, ép (nho, cam, quýt…) thì càng tốt. Chuẩn bị khoảng 6000ml.
- Bột bánh men tán nhỏ đã được làm nhuyễn trong bình nón để trong tủ ấm 28 – được làm trước đó 24 giờ. Chuẩn bị khoảng 60ml.
III. CÁCH TIẾN HÀNH
1. Cách tiến hành
Giáo viên làm thí nghiệm trên 3 bình thuỷ tinh hình trụ 2000 ml:
- Bình 1: Đổ 1500ml nước đường 8 – 10% vào
- Bình 2: Đổ 1500ml nước đường 8 – 10% vào. Đổ thêm 20ml dung dịch bột bánh men trong bình nón vào.
- Bình 3: Cũng làm như với bình 2 nhưng đã làm trước đó 48h
Học sinh tiến hành tương tự như bình 2, nhưng sử dụng các bình có dung tích 500ml và chỉ rót 400ml nước đường 8 – 10% với 5ml dung dịch bột bánh men trong bình nón vào.
2. Hiện tượng
Học sinh quan sát hiện tượng ở các bình do giáo viên đã làm.
- Bọt khí
- dung dịch trong bình xáo trộn như bị khuấy ở bình 3
- Lớp váng trên mặt và lớp cặn ở đáy bình 3
- Độ đục của dung dịch ở 3 bình 1, 2, 3
- Ngửi mùi của dung dịch
- Nếm vị của dung dịch ở 3 bình
- Nhiệt độ của dung dịch (sờ vào thành bình hoặc dùng nhiệt kế). 
* Từ các hiện tượng kể trên hãy rút ra kết luận và viết phương trình phản ứng

IV. THU HOẠCH
Học sinh hoàn thành bảng và trả lời các câu hỏi sau:
Bảng 36. Thí nghiệm lên men êtilic 

Tên các bước Nội dung các bước
Cách tiến hành  
Quan sát hiện tượng  
Giải thích hiện tượng  
Kết luận  
1. Vang là một đồ uống quý và bổ dưỡng có đúng không? Tại sao?
2. Tại sao người ta nói vang hoặc sâmpanh đã mở phải uống hết?
3. Rượu nhẹ (hoặc bia) để lâu có váng trắng và vị chua gắt, để lâu hơn nữa thì có mùi thối ủng. Hãy giải thích hiện tượng trên.
4. Nếu sirô quả (nước quả đậm đặc đường) trong bình nhựa kín thì sau một thời gian bình nước sẽ căng phồng. Vì sao?
B: THỰC HÀNH LÊN MEN LACTIC
I. MỤC TIÊU
- Học sinh tiến hành được các bước của thí nghiệm. Quan sát, giải thích và rút ra kết luận các hiện tượng của thí nghiệm lên men lactic (làm sữa chua và muối chua rau quả).
- Học sinh hiểu và giải thích được các bước tiến hành thí nghiệm 
II. CHUẨN BỊ
Dụng cụ, nguyên vật liệu cho nhóm 8 – 10 học sinh 
1. Dụng cụ, hoá chất
- Cốc đong 500ml (1 chiếc)
- Cốc nhựa nhỏ 50 ml (10 chiếc)
- Bình thuỷ tinh hình trụ 2000ml (1 chiếc)
2. Nguyên vật liệu
- Sữa đặc có đường (1 hộp), sữa chua Vinamilk (1 hộp)
- Rau cải (cải sen, cải bắp, dưa chuột…) rửa sạch, muối NaCl (20g), đường saccarôzơ (5g).
III. CÁCH TIẾN HÀNH
1. Làm sữa chua
* Cách tiến hành
- Lấy 100ml sữa đặc vào cốc đong. Rót tiếp 350ml nước sôi vào và khuấy đều. Để nguội đến (dùng nhiệt kế hoặc áp tay vào cốc đong còn ấm là được). Cho 1 thìa sữa chua Vinamilk vào, khuấy đều, đổ ra cốc nhựa. Đưa vào tủ ấm (có thể đưa vào các hộp xốp, đậy kín). Sau 6-8h, sữa để đông tụ lại là sữa chua đã được hình thành. Muốn bảo quản sữa chua phải để vào tủ lạnh. Giáo viên đưa mỗi bàn một hộp sữa chua đã làm trước đó 6-8h cho học sinh quan sát và nếm.
* Quan sát hiện tượng, nhận xét hiện tượng dựa vào gợi ý sau:
- Trạng thái của sữa chua
- Ngửi mùi của sữa chua
- Vị của sữa chua 
* Hãy rút ra kết luận và viết phương trình phản ứng
2. Muối chua rau quả
* Cách tiến hành
Rau cải cắt nhỏ từ 3-4cm, dưa chuột để cả quả hoặc cắt dọc (có thể phơi chỗ nắng nhẹ hoặc râm để cho rau quả se mặt). Đổ rau (hoặc quả) vào trong bình hình trụ (hoặc vại, âu). Pha nước muối NaCl 5-6% và đổ cho ngập nước rau quả. Nén chặt, đậy kín, để nơi ấm . Có thể cho thêm 2 thìa cà phê đường saccarôzơ hoà tan. Giáo viên nên làm 1 bình muối chua hoa quả trước 2-3 ngày.
* Quan sát và nhận xét hiện tượng dựa vào gợi ý
- Màu sắc của rau quả
- Vị của rau quả 
* Hãy rút ra kết luận và viết phương trình phản ứng
IV. THU HOẠCH
Học sinh hoàn thành bảng và trả lời các câu hỏi sau:
Bảng: Thí nghiệm lên men lactic: làm sữa chua và muối chua rau quả 

ướ Nội dung các bước
Làm sữa chua Muối chua rau quả
Cách tiến hành    
Quan sát hiện tượng    
Giải thích hiện tượng    
Kết luận    
1. Vì sao sữa chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái đặc sệt (đông tụ) và có vị chua khi làm sữa chua? Viết phương trình phản ứng và giải thích
2. Người ta nói sữa chua là một loại thực phẩm rất bổ dưỡng có đúng không? Vì sao?
3. Khi muối dưa người ta thường cho thêm một ít nước dưa cũ, 1 – 2 thìa đường để làm gì? Tại sao khi muối dưa, người ta phải đổ ngập nước và nén chặt rau, quả?
4. Khi muối dưa người ta có thể phơi dưa ở chỗ nắng nhẹ hoặc chỗ râm cho se mặt để làm gì?
5. Rau, quả muốn làm dưa chua thì phải có điều kiện gì? Nếu không đạt được điều kiện ấy phải làm như thế nào?
6. Nếu dưa để lâu sẽ bị khú. Vì sao?