Bài giảng Vi sinh vật học - Nguyễn Trung Nhân

- 1 -
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG
KHOA SƯ PHẠM TỰ NHIÊN
TỔ SINH – KTNN

GV: NGUYỄN TRUNG NHÂN
BÀI GIẢNG
VI SINH VẬT HỌC
(Dùng cho sinh viên ngành Cao đẳng Sư phạm Sinh học)
Năm 2015
- 2 -
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU... 5
PHẦN A. LÍ THUYẾT. 7
Chương 1: ĐỐI TƯỢNG NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU CỦA VI SINH VẬT HỌC.......................................................
1.1. Đối tượng của vi sinh vật học........
1.2. Các phương pháp nghiên cứu của vi sinh vật học.
1.3. Lược sử của vi sinh vật học...
1.4. Giới thiệu các hệ thống sinh giới......
1.5. Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên và đời sống.......
Câu hỏi và bài tập........................
7
7
7
8
9
11
12
Chương 2: VI SINH VẬT NHÂN SƠ.......
2.1. Vi khuẩn Archaea............
2.2. Archaea.........
Câu hỏi và bài tập........
13
13
21
25
Chương 3: VI SINH VẬT NHÂN CHUẨN.....
3.1. Khái quát về cấu tạo tế bào nhân chuẩn.......
3.2. Vi nấm.......
3.3. Vi tảo.........
3.4. Động vật nguyên sinh.......
Câu hỏi và bài tập.........
26
26
29
30
32
33
Chương 4: VIRÚT......
4.1. Lược sử phát hiện và nghiên cứu virút.........
4.2. Đại cương về virút.........
4.3. Các kiểu chu trình sống của virút......
4.4. Virút và bệnh tật........
Câu hỏi và bài tập.................
34
34
36
39
42
44
Chương 5: SỰ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT..
5.1. Nhu cầu về các chất dinh dưỡng...........
45
45
- 3 -
5.2. Các tác nhân kiểm soát sự sinh trưởng của vi sinh vật.........
5.3. Đồ thị sinh trưởng của vi khuẩn...........
Câu hỏi và bài tập
46
47
51
Chương 6: SỰ CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT VÀ CÁC QUÁ TRÌNH
LÊN MEN...
6.1. Sự chuyển hóa vật chất trong tế bào vi sinh vật.....
6.2. Các kiểu hô hấp.......
6.3. Các con đường phân giải gluxit ở vi sinh vật.....
6.4. Sự chuyển hóa các hợp chất protein.......
6.5. Sơ đồ khái quát các quá trình lên men từ pyruvate....
6.6. Lên men hỗn hợp các axit hữu cơ.......
6.7. Lên men butyric và axetônobutylic.........
6.8. Lên men lactic......
6.9. Lên men êtylic......
6.10. Lên men metan.......
6.11. Tóm tắt các quá trình lên men chính......
Câu hỏi và bài tập
52
52
53
54
55
56
56
56
57
58
59
60
63
Chương 7: VI KHUẨN QUANG HỢP VÀ VI KHUẨN CỐ ĐỊNH
NITƠ
7.1. Vi khuẩn quang hợp........
7.2. Vi khuẩn cố định nitơ..........
Câu hỏi và bài tập...
64
64
66
69
Chương 8: ĐẠI CƯƠNG VỀ BỆNH TRUYỀN NHIỄM VÀ MIỄN
DỊCH..
8.1. Hệ vi sinh vật của người và động vật.......
8.2. Quá trình nhiễm vi khuẩn gây bệnh (nhiễm trùng).....
8.3. Sự đề kháng của cơ thể chủ..........
8.4. Diệt vi khuẩn gây bệnh bàng các chất kháng sinh...........
Câu hỏi và bài tập........
70
70
70
71
74
75
Chương 9: ĐẠI CƯƠNG VỀ DI TRUYỀN – BIẾN DỊ Ở VI SINH
- 4 -
VẬT......................................................................................................
9.1. Vật chất di truyền ở vi khuẩn và vi sinh vật nhân chuẩn......
9.2. Đặc điểm của sự di chuyển thông tin di truyền từ ADN sang protein ở
vi khuẩn và cơ thể nhân chuẩn.........
9.3. Cơ chế sinh hóa của hiện tượng biến đổi ADN........
9.4. Sự tái tổ hợp di truyền và sự truyền các tính trạng ở vi sinh vật.....
9.5. Một số ứng dụng của công nghệ di truyền vi sinh vật........
Câu hỏi và bài tập.........
76
76
77
77
78
80
82
PHẦN B. THỰC HÀNH........ 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO.... 84
- 5 -
MỞ ĐẦU
1. Nội dung bài giảng
Học phần này giúp sinh viên biết được hình thái cấu tạo của vi sinh vật
(VSV), hiểu được các quy luật hoạt động sống của các nhóm VSV (nhân sơ,
nhân chuẩn, virút), thấy được tính đa dạng về cơ chế trao đổi chất trong cơ thể
VSV (sinh trưởng, phát triển, lên men và phân giải các chất...).
Sinh viên phân tích được cơ sở khoa học của việc ứng dụng VSV học trong
thực tiễn công nông nghiệp, y học, công nghệ sinh học, công nghệ di truyền,
công nghiệp vi sinh, trong vệ sinh phòng bệnh và bảo vệ môi trường.
Sinh viên có một số kỹ năng thực hành (quan sát hình thái, pha chế môi
trường nuôi cấy, nhuộm, thí nghiệm lên men vài loại hợp chất, thử hoạt tính vài
hoạt chất sinh học), có thể ứng dụng những quy luật hoạt động của VSV vào thực
tiễn đời sống, sản xuất. Có năng lực tự học, tích lũy kiến thức và vận động người
khác tham gia các hoạt động xã hội, có khả tự định hướng, thích nghi và tìm hiểu
môi trường.
Học phần này dùng cho sinh viên ngành Cao đẳng Sư phạm Sinh học với
03 tín chỉ nhằm trang bị kiến thức cần thiết về VSV để sinh viên có thể dạy tốt
các phần có liên quan trong sách giáo khoa sinh học ở hệ THCS, bài giảng được
biên tập theo chương trình qui định, gồm 09 chương:
- Chương 1: Đối tượng nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của vi sinh
vật học
- Chương 2: Vi sinh vật nhân sơ
- Chương 3: Vi sinh vật nhân chuẩn
- Chương 4: Virút
- Chương 5: Sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật
- Chương 6: Sự chuyển hóa các chất và các quá trình lên men
- Chương 7: Vi khuẩn quang hợp và vi khuẩn cố định nitơ
- Chương 8: Đại cương về bệnh truyền nhiễm và miễn dịch
- Chương 9: Đại cương về di truyền-biến dị ở vi sinh vật
- 6 -
2. Mục tiêu bài giảng
*Kiến thức:
- Trình bày được các cấu trúc đặc trưng của các loại tế bào vi sinh vật
(VSV) từ tế bào nhân sơ (Prokaryote) đến tế bào nhân chuẩn (Eukaryote), các
hoạt động sống đa dạng ở các nhóm VSV, vai trò lớn lao trong đời sống con
người và muôn loài.
- Hiểu và trình bày được các kiến thức cần thiết để phục vụ cho việc giảng
dạy ở THCS nhất là các kiến thức về vi sinh nông nghiệp, vi sinh ứng dụng.
* Kỹ năng:
- Thành thạo các thao tác sử dụng và bảo quản kính hiển vi thường.
- Biết làm tiêu bản sống và tiêu bản cố định, biết cách nhuộm đơn, nhuộm
Gram.
- Có kỹ năng sử dụng tài liệu, kỹ năng phân tích, tổng hợp để tự rút ra vấn
đề trong lí luận và thực tiễn.
* Thái độ:
- Hình thành thế giới quan khoa học, lòng yêu mến, quí trọng thiên nhiên,
bảo vệ sự đa dạng sinh học và hệ sinh thái bền vững.
- Biết cách ứng dụng các kiến thức vi sinh vật học để giữ vệ sinh, phòng
chống các tệ nạn xã hội, góp phần tích cực vào phong trào văn hóa sinh thái ở địa
phương.
- Có năng lực dẫn dắt về chuyên môn, nghiệp vụ, có khả tự định hướng,
thích nghi và tìm hiểu môi trường. Có năng lực tự học tập, bồi dưỡng và nghiên
cứu khoa học, năng lực tổ chức đánh giá và dạy học phân hóa, tích hợp, năng lực
vận động người khác tham gia các hoạt động xã hội.
- 7 -
PHẦN A. LÝ THUYẾT
Chương 1: ĐỐI TƯỢNG NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU CỦA VI SINH VẬT HỌC
Mục tiêu
Sinh viên cần biết được VSV là gì? Lược sử phát triển, các phương pháp cơ
bản nghiên cứu VSV, hệ thống sinh giới và vị trí vai trò của VSV trong tự nhiên
và trong đời sống.
1.1. Đối tượng
1.1.1. Vi sinh vật và vi sinh vật học
Vi sinh vật (Microorganism) là những sinh vật có kích thước rất nhỏ (từ vài
trăm nm đến vài nm), muốn thấy rõ chúng phải sử dụng kính hiển vi.
Vi sinh vật học (Microbiology) là khoa học nghiên cứu sự sống hiển vi bao
gồm các vi sinh vật và dạng sống vô bào, hoạt động sống và vai trò của chúng
đối với đời sống trên hành tinh; đó là khoa học liên ngành và hiện đại.
1.1.2. Các chuyên ngành của vi sinh vật học
Theo nhóm đối tượng, vi sinh vật học có các chuyên ngành:
1. Virology: khoa học nghiên cứu các virút
2. Bacteriology: khoa học nghiên cứu cơ thể nhân sơ
3. Mycology: khoa học nghiên cứu về nấm
4. Algology: khoa học nghiên cứu về vi tảo
5. Protozoology: khoa học nghiên cứu về động vật nguyên sinh
Số lượng cá thể của từng nhóm cũng như số nhóm vi sinh vật có thể thay
đổi theo điều kiện sinh thái cụ thể; hơn nữa, tại một số vùng sinh thái, số lượng
đó cũng thay đổi theo chiều sâu các lớp đất và các lớp nước.
1.2. Các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật học
1.2.1. Đơn vị đo
Để đo kích thước của vi sinh vật, người ta thường dùng các đơn vị sau:
Đơn vị Viết tắt Giá trị so với met hoặc inch
1 xăngtimet cm 10-2 met hoặc 0,394 inch
1 milimet mm 10-3 met
- 8 -
1 micromet µm 10-6 met
1nanomet nm 10-9 met
1 angstrom Å 10-10 met
1 picomet pm 10-12 met
Để đo khối lượng vi sinh vật, khoa học thường dùng:
Đơn vị Viết tắt Giá trị so với kilogam
1 gam g 10-3 kg (1pao = 0,4536 kg)
1 miligam mg 10-6 kg
1 microgam µg 10-9 kg
1 nanogam ng 10-12 kg
1.2.2. Các thiết bị nghiên cứu vi sinh vật
- Kính hiển vi quang học (khv thường), khv nền đen, khv đối pha, khv
huỳnh quang, khv điện tử thường (TEM), khv điện tử quét (SEM).
- Nồi hấp vô trùng, tủ sấy, tủ nuôi cấy ổn nhiệt, phòng cấy vô trùng.
1.2.3. Các phương pháp khác
Muốn nghiên cứu cấu tạo siêu hiển vi nằm trong các vi sinh vật và tế bào
sống, người ta dùng phổ biến các phương pháp siêu li tâm với tốc độ 500.000
vòng/phút. Các phương pháp đồng vị phóng xạ ( thường dùng S35 đối với protein
chứa S và P32 đối với axit nucleic). Sử dụng các phương pháp sắc kí, điện di. Một
nhóm phương pháp rất phổ biến trong vi sinh vật học là phương pháp nuôi cấy
trên môi trường lỏng và đặc để nghiên cứu khả năng hiếu khí của tế bào và các
hợp chất mà chúng tiết ra. Các phương pháp cố định và nhuộm màu (nhuộm đơn,
nhuộm kép, nhuộm phân li...) để nghiên cứu hình dạng, kích thước và một số cấu
tạo trong tế bào vi sinh vật.
1.3. Lược sử của vi sinh vật học
Lịch sử vi sinh vật học có thể chia thành 4 giai đoạn: giai đoạn sơ khai,
giai đoạn Pasteur, giai đoạn sau Pasteur và giai đoạn hiện đại.
-Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723)
-Louis Pasteur (1822-1895)
- 9 -
-Vi sinh vật học sau Pasteur
-Vi sinh vật học hiện đại
1.4. Giới thiệu các hệ thống sinh giới
1.4.1. Hệ thống 5 giới
Hệ thống các cơ thể sống ngày càng hợp lí nhờ những hiểu biết sâu sắc về
sinh học phân tử.
Ngay từ năm 1969, dựa vào những nghiên cứu của Masgulis về cấu tạo và
hệ enzym oxi hóa các cơ thể nấm, Whittaker đã đề nghị tách nấm thành một giới
riêng và nêu ra hệ thống sinh giới gồm năm giới:
1.Giới (Kingdom) khởi sinh (Monera): gồm tất cả cơ thể nhân sơ, mà chủ
yếu là vi khuẩn.
2. Giới nguyên sinh (Protista): gồm tất cả cơ thể đơn bào hoặc tập hợp đơn
bào nhân chuẩn.
3. Giới nấm (Fungi): các cơ thể nấm dinh dưỡng theo kiểu “thấm”.
4. Giới thực vật (Plantae): gồm tất cả các cơ thể đa bào nhân chuẩn quang
hợp.
5. Giới động vật (Animalia): gồm tất cả các cơ thể đa bào nhân chuẩn dinh
dưỡng kiểu nuốt.
Hình 1.1. Hệ thống phân loại 5 giới sinh vật
- 10 -
Ba tiêu chí cơ bản của hệ thống 5 giới là:
- Loại tế bào nhân sơ hay nhân chuẩn
- Mức độ tổ chức cơ thể
- Kiểu dinh dưỡng.
1.4.2. Hệ thống 3 nhánh (domain, lãnh địa) sinh vật
Dựa vào trật tự các nucleotit của 16S ARNr hoặc 18S ARNr mà khoa học
đã thấy được trong các cơ thể có hai nhóm khác biệt nhau bởi nhiều đặc điểm: vi
sinh vật cổ (trước đây gọi là vi sinh vật cổ Archaeobacteria) và vi khuẩn
(Bacteria) (trước đây gọi là vi khuẩn Eubacteria). Những cơ thể nhân sơ này
khác hoàn toàn với các cơ thể nhân chuẩn, tế bào nhân chuẩn (Ecarya) có cấu
trúc màng bao quanh nhân, các cơ quan con. Các cơ quan này là những hạt có
cấu trúc đặc trưng nằm trong tế bào chất; mỗi cấu trúc thực hiện những chức
năng riêng.
Hình 1.2. Cây chủng loại phát sinh của các nhánh lớn cơ thể nhân
sơ và nhân chuẩn dựa trên 16S ARNr và 18S ARNr (Theo Thomas D.
Brock và cộng sự, 1995)
- 11 -
1.5. Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên và đời sống
1.5.1. Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên
Các vi sinh vật tham gia chủ yếu vào quá trình phân giải các chất hữu cơ.
Vi sinh vật có nhiều chức năng quan trọng trong môi trường tự nhiên, trong
đó có thể tóm tắt:
- Phân giải các hợp chất hữu cơ (vô cơ hóa).
- Làm nguồn thức ăn bổ dưỡng cho các vi sinh vật hóa dị hữu cơ khác, tức
chuyển hóa nhanh các chất hữu cơ trong chu trình thức ăn.
- Làm nguồn thức ăn cho các loại giun, sâu bọ tạo ra mạng lưới thức ăn.
- Biến đổi các chất để các cơ thể khác nhau có thể sử dụng được.
- Biến đổi rất lớn các chất bằng cách hình thành các chất hòa tan và khí, từ
đó tạo ra các chất tham gia vào các con đường chuyển hóa trực tiếp hoặc biến đổi
môi trường một cách gián tiếp.
- Hình thành các chất ức chế làm giảm hoạt động của các vi sinh vật khác,
của thực vật và động vật.
1.5.2. Vai trò của vi sinh vật trong đời sống
Sử dụng vi sinh vật trong lên men đồ uống, lên men lactic, ủ chua thức ăn
gia súc, sử dụng những tác nhân ức chế vi sinh vật trong bảo quản thực phẩm,
giữ vệ sinh môi trường làm việc và hoạt động sống.
- 12 -
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Vi sinh vật học gồm những chuyên ngành gì? Vi sinh vật có phải là khái
niệm phân loại không?
2. Hệ thống 5 giới (Kingdom) có ưu và nhược điểm gì? Hệ thống 3 nhánh
(domain) sinh vật dựa trên cơ sở khoa học nào? Vì sao virút không được nêu
trong hệ thống 5 giới và trong hệ thống 3 nhánh sinh vật?
3. Liệt kê 6 chức năng mà vi sinh vật có thể tham gia trong tự nhiên.
4. Nêu một số loại vi sinh vật gây bệnh thường thấy có thể lan truyền chủ
yếu bằng con đường không khí và nước bẩn.
5. Có người nói: "Vi sinh vật học là khoa học nghiên cứu về vi sinh vật".
Anh (chị) nên hiểu như thế nào?

- 13 -
Chương 2: VI SINH VẬT NHÂN SƠ
Mục tiêu
Sinh viên hiểu được cấu trúc tổng quát tế bào VSV nhân sơ, phân biệt được
thành tế bào vi khuẩn và thành tế bào Archaea, hiểu được vật chất nhân và sự
sinh sản của prokaryote, biết được các nhóm vi khuẩn có trong tự nhiên.
2.1.Vi khuẩn
2.1.1. Kích thước, hình dạng các loài vi khuẩn
Hình dạng vi khuẩn khác nhau giữa các loài này và loài khác.
Những hình dạng chính của vi khuẩn:
- Cầu khuẩn (coccus)
- Trực khuẩn:
+ Trực khuẩn không sinh bào tử như Escherichia coli... (0,5 × 2-3µm)
+ Trực khuẩn sinh bào tử: Bacillus, Clostridium với kích thước khoảng (2-
3 ×1µm).
- Xoắn khuẩn và xoắn thể: Xoắn khuẩn như Spirillum, Campylobacter.
Xoắn thể với các vòng khác nhau.
- Xạ khuẩn
- Vi sinh vật hình sao như giống Stella và vi sinh vật hình vuông như giống
Haloarcula, một loại vi sinh vật cổ ưa mặn.
2.1.2. Các phương pháp và kỹ thuật nghiên cứu vi sinh vật
Nhờ khv (LM, TEM, SEM) mà khoa học có thể thấy được tế bào, cấu trúc
siêu hiển vi của vi khuẩn với đường kính khoảng 1µm.
- Có thể quan sát vi sinh vật giữa lam và lamen, thường gọi là “tiêu bản
sống”, nhuộm mực nho để thấy rõ màng nhày. Đây là phương pháp hay dùng cho
những vi sinh vật nuôi cấy trong môi trường lỏng, với khv thường, quan sát được
khả năng vận động của chúng.
- Quan sát vi sinh vật trên tiêu bản cố định, nhuộm màu: phương pháp
nhuộm Gram và ZiehI-Nielsen cho phép nhận biết hai nhóm vi khuẩn Gram
dương và Gram âm, hình dạng của bào tử, các vật thể ẩn nhập như hạt dự trữ
poliphotphat (hạt dị nhiễm sắc, hạt volutin), các giọt mỡ, glucogen...
- 14 -
2.1.3. Thành phần hóa học của vi khuẩn
Thành phần hóa học tế bào ở các vi khuẩn thường gặp được nêu trong bảng
dưới đây:
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của các vi khuẩn ( Theo C.Senez, 1994)
Thành phần các chất
Hàm lượng tính theo % trọng
lượng tế bào
1. Thành phần nước:
- Ở Escherichia coli
- Ở Pseudomonas aeruginosa
- Ở Bacillus anthracis
- Ở Mycobacterium
73-78
75
80
86
2. Thành phần các nguyên tố trong tế bào
Escherichia coli
- Cacbon
- Nitơ theo phương pháp kjeldahl
- Photpho
- Lưu huỳnh
(theo % trọng lượng khô)
50 ± 5
10,3
3,2
1,1
3. Thành phần các nguyên tố kim loại trong
tế bào Escherichia coli:
- Tổng các tro
Trong đó: muối cố định không t ...  nhiên (miễn dịch của loài)
Loại miễn dịch này do bản thân loài xác định, phụ thuộc vào các nhân tố tế
bào có mặt ở trong máu và trong các mô khác nhau, chẳng hạn như các nhân tố
protein có mặt trong máu và trong dịch thể.
8.3.5.2. Miễn dịch thu được (riêng đối với từng cá thể)
Miễn dịch thu được chống lại tác nhân gây bệnh nhất định không chỉ là đặc
hiệu đối với tác nhân gây bệnh này mà còn được kéo dài. Sự kích thích của
kháng nguyên đối với cơ thể cảm ứng tổng hợp các kháng thể tương ứng diễn ra
trong một thời kì có thể trong thời gian rất dài có bệnh truyền nhiễm, hệ thống
miễn dịch bao gồm cả những tế bào ghi nhớ miễn dịch, chính những tế bào này là
cơ sở của phòng bệnh miễn dịch.
Sự kết hợp của KN và KT có tính đặc hiệu cao, nó phụ thuộc vào sự tương
tác của cấu trúc phân tử của KN và KT tương ứng, mối liên hệ giữa KN và KT
giống như kiểu liên kết giữa enzym và cơ chất, là những mối liên hệ yếu, không
đồng hóa trị như mối liên kết hydro, liên kết ion, liên kết Van derwal, liên kết kị
nước.
8.3.5.3. Vacxin và huyết thanh miễn dịch
L. Pasteur đã phát hiện: các chủng vi khuẩn gây bệnh đã giảm động lực có
thể tạo miễn dịch đối với người được tiêm chủng. Từ đó kĩ thuật chế vacxin và
chủng vacxin đã được sử dụng rộng rãi trong y học và phòng bệnh.
Sự tiêm huyết thanh miễn dịch trong có chứa các kháng thể lấy từ một cơ
thể truyền vào một cơ thể khác là một phương pháp tạo miễn dịch thụ động
trrong cơ thể được tiêm huyết thanh miễn dịch (kháng huyết thanh).
8.3.5.4. Bệnh lí miễn dịch (immunopathology)
Hệ thống miễn dịch hoạt động trục trặc có thể làm tăng khả năng mắc bệnh,
trong đó có những bệnh có thể dẫn đến tử vong. Người ta phân biệt thành các
loại:
- Bệnh thiếu hụt miễn dịch có thể do kết quả di truyền hoặc ngẫu nhiên (do
- 74 -
bị chiếu xạ) hay do virút.
- Các bệnh tự miễn dịch (autoimmunity) hiếm có, nhưng thường thấy hơn
khi cơ thể về già. Loại bệnh này là do tổng hợp kháng thể chống lại với chính các
cơ quan cá thể.
8.4. Diệt vi khuẩn gây bệnh bằng các chất kháng sinh
Khi cơ thể đang bị vi sinh vật gây bệnh tấn công mạnh thì cần sử dụng ngay
các biện pháp để ngăn chặn sự nhân lên của chúng, một phương pháp hiệu quả là
sử dụng chất kháng sinh thích hợp với liều lượng được thầy thuốc chỉ dẫn.
Các chất kháng sinh là những chất hóa học đặc hiệu có nguồn gốc từ hoạt
động sống của sinh vật, có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt một các có chọn lọc sự
sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật hoặc tế bào sống nhất định, ngay ở nồng
độ thấp.
Các chất kháng sinh rất đa dạng về hóa học, khối lượng phân tử của chúng
ở trong một dải rộng từ 150 đến 5000Da.
- 75 -
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Vi sinh vật gây bệnh đặc trưng (BPS) và vi sinh vật gây bệnh cơ hội
(BPO) là gì? Vi khuẩn, vi sinh vật và vi trùng là thuật ngữ giống nhau?
2. Trình bày ngoại độc tố và nội độc tố, cho ví dụ bệnh và vi sinh vật gây
bệnh.
3.Trình bày miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào, cho ví dụ.
4. Trình bày miễn dịch tự nhiên và miễn dịch nhân tạo, cho ví dụ.
5. Trình bày kháng nguyên: đặc điểm, cho ví dụ. Hap ten là gì?
6.Trình bày kháng thể: cấu trúc phân tử?
7. Bệnh tự miễn là gì? Cho ví dụ.
8. Các câu sau đúng hay sai, giải thích:
a. Nước lã đun sôi 100ºC là đủ để diệt tất cả các mầm vi sinh vật gây bệnh.
b. Nước javel (hypochlorit natri) sẽ mất tác dụng nếu lạm dụng thường
xuyên.
c. Xà phòng là chất diệt khuẩn.
d. Vi sinh vật gây bệnh là vi sinh vật ký sinh.

- 76 -
Chương 9: ĐẠI CƯƠNG VỀ DI TRUYỀN-BIẾN DỊ Ở VI SINH VẬT
Mục tiêu
Sinh viên hiểu được khái niệm về vật chất di truyền ở VSV nhân sơ và nhân
chuẩn. Hiểu được hiện tượng biến dị, các kiểu biến dị thường gặp ở vi khuẩn và
nguyên nhân của biến dị, biết được ba hình thức chuyển vật chất di truyền từ vi
khuẩn cho sang vi khuẩn nhận, biết được một số ứng dụng của công nghệ di
truyền VSV. Có năng lực tự nghiên cứu, ứng dụng trong giảng dạy và trong đời
sống.
9.1. Vật chất di truyền ở vi khuẩn và vi sinh vật nhân chuẩn
Các tính trạng ở vi sinh vật thường được chia thành các nhóm chính:
1. Các đặc điểm hình thái ở từng cá thể như hình dạng, kích thước tế bào, ở
từng khuẩn lạc phát triển từ một tế bào, sự hình thành màng nhày, hình thức phân
chia, cách phân bố cơ quan chuyển động...
2. Các đặc điểm sinh hóa như thành phần thành tế bào, tỷ lệ các bazơ nitơ
trong ADN, trật tự nucleotit trong rARN, sắc tố, chất chuyển hóa và chất trao
đổi,...
3. Các đặc điểm nuôi cấy như kiểu hô hấp, kiểu dinh dưỡng, phảm ứng với
các tác nhân vật lí môi trường, bền vững với các phage...
4. Các đặc điểm miễn dịch như tính kháng nguyên, đặc điểm huyết thanh,
khả năng gây bệnh...
9.1.1. Vật chất di truyền ở vi khuẩn
Tổ chức vật chất di truyền ở vi khuẩn lúc sắp phân chia chỉ là một phân tử
vòng ADN mà người ta gọi là thể nhiễm sắc trần của vi khuẩn dài khoảng 1mm,
với khối lượng phân tử khoảng 3.109 daltons, chứa khoảng 4.500.000 bp. Nó bao
gồm hai mạch polinucleotit có 2 cực ngược chiều nhau, và được nhân lên nhờ các
enzyme ADN-polimeraza, ligaza...
Các ADN của vi khuẩn được tổ hợp với các in Mg2+ hoặc Ca2+ và với các
protein. Một số protein (protein P) là loại protamin (gắn với spermine hoặc
spermidine).
Ngoài ra, phần lớn vi khuẩn còn mang các yếu tố ADN di truyền ngoài
- 77 -
nhân mà người ta gọi là plasmid, hay các ADN của virút từ các phage chuyển
vào.
Các yếu tố ADN thể nhiễm sắc hay là ngoài thể nhiễm sắc dưới dạng vòng
có khả năng nhân đôi độc lập và cách li trong quá trình nhân đôi của vi khuẩn,
người ta gọi chúng là các bản sao (replicon).
9.1.2. Vật chất di truyền ở sinh vật nhân chuẩn
Vật chất di truyền ở cơ thể nhân chuẩn cấu tạo thành các nhiễm sắc thể và
nằm trong nhân. Nhân tế bào nhân chuẩn có màng nhân và lỗ màng nhân, nơi cho
đi qua các tổ hợp protein-ARNm.
Ngoài vật chất di truyền ở trong nhân, ở vi sinh vật nhân chuẩn còn thấy vật
chất di truyền ngoài nhân, bao gồm vật chất di truyền ở ti thể, ở lục lạp (cơ thể
quang hợp), ở các plasmid (thấy ở một số nấm men)...
9.2. Đặc điểm của sự chuyển thông tin di truyền từ ADN sang protein ở vi
khuẩn và cơ thể nhân chuẩn
Sơ đồ chung của quá trình chuyển thông tin từ ADN sang protein có thể
tóm tắt như sau:
9.3. Cơ chế sinh hóa của hiện tượng biến đổi ADN
Phân tử ADN trong khi nhân đôi phụ thuộc khác nhiều vào các tác nhân lí-
hóa của môi trường, các tác nhân này có thể làm biến đổi, sai lệch các phân tử
mang thông tin di truyền của cơ thể. Để sửa chữa những tổn thất đó, tế bào đã
huy động một hệ thống enzyme sửa chữa.
Có 3 cơ chế hiện biết là:
ARNm Protein
ADN nhân đôi
sửa chữa
tái tổ hợp
Phiên mã
ARNmADN nhân đôi
sửa chữa
tái tổ hợp
Phiên mã
mã
ARNt
ARNr
Protein
Dịch mã
ARNmADN nhânđôi sửa chữa
tái tổ hợp
- 78 -
- Sửa chữa bằng cách loại bỏ trong khi nhân đôi ADN.
- Sửa chữa bằng cách tái tổ hợp các phân tử ADN.
- Sửa chữa khẩn cấp SOS (xem thêm di truyền học đại cương).
Hiện tượng đột biến có thể xảy ra một cách tự nhiên, tần số đột biến tăng
lên khi có mặt của nhiều tác nhân vật lí và hóa học mà người ta gọi là các tác
nhân gây đột biến.
Ba khả năng chủ yếu đã được nghiên cứu kĩ:
1. Thay đổi ADN do thay thế bazơ nitơ
2. Thay đổi ADN do thêm vào hoặc bớt đi.
3. Thay đổi ADN do tia tử ngoại.
9.4. Sự tái tổ hợp di truyền và sự truyền các tính trạng ở vi sinh vật
9.4.1. Một số khái niệm
Ở vi khuẩn, tế bào sinh sản bằng cách nhân đôi, hiện tượng hình thành “hợp
tử” rất hiếm khi xảy ra, trong quá trình đó một phần hoặc gần như toàn bộ bản
sao ADN của vi khuẩn A sẽ được chuyển sang vi khuẩn B. Hệ gen của vi khuẩn
nhận B gọi là hệ gen nội, trong khi một phần của gen vi khuẩn cho được gọi là
gen ngoại. Bản chất và kích thước của gen ngoại rất khác nhau tùy theo từng loại
vi khuẩn và tùy trường hợp, phương thức mà nó xâm nhập.
Hiện tượng cận tính là hiện tượng kết hợp giới tính bình thường ở các tế
bào nhân sơ và một số tế bào nhân chuẩn. Hiện tượng cận tính có thể được thực
hiện bằng cách lại hai tế bào, có sự kết hợp giữa 2 bộ gen và hình thành tế bào
lưỡng bội nếu có sự hợp nhân.
9.4.2. Biến nạp (Transformation)
Biến nạp chỉ những biến đổi tính trạng của vi khuẩn nhận dưới ảnh hưởng
của ADN dung dịch xâm nhập vào vi khuẩn này.
Những nghiên cứu về sau này đã chứng minh quá trình biến nạp phụ thuộc
vào 2 yếu tố:
1. Chủng vi khuẩn và khả năng trở thành vi khuẩn nhận (vi khuẩn khả
biến).
2. Đoạn ADN biến nạp và những tính chất của nó.
- 79 -
Mặc dù xâm nhập vào tế bào nhận có thể là bất kì đoạn ADN biến nạp,
nhưng sự tái tổ hợp chỉ xảy ra trong trường hợp ADN biến nạp lấy từ những
chủng vi sinh vật gần gũi.
Có thể chia quá trình biến nạp thành 5 giai đoạn:
1. Cố định ADN lên tế bào nhận.
2. Sự xâm nhập của ADN biến nạp vào tế bào khả biến.
3. Sự liên kết của ADN biến nạp với đoạn tương đồng của thể nhiễm sắc
của tế bào nhận.
4. Sự đồng hóa phân tử ADN ngoại sinh biến nạp vào ADN nội sinh nhờ tái
tổ hợp.
5. Sự nhân lên của thể nhiễm sắc đã được đồng hóa.
9.4.3. Tiếp hợp (Conjugation)
Người ta cho rằng sự có mặt của yếu tố giới tính F đã xác định sự hình
thành ở tế bào vi khuẩn yếu tố tiếp nhận trên bề mặt tế bào này và được gọi là
kháng nguyên F có bản chất là polisaccharit. Hợp chất này có vai trò quan trọng
trong việc kết đôi và hình thành cầu tiếp hợp, nó tham gia vào việc hình thành
lông giới tính. Chính lông giới tính với cấu tạo ống rỗng đã là cầu nối giữa hai vi
khuẩn tiếp hợp, mà tế bào “đực” tuồn ADN qua cầu này sang tế bào “cái”.
Vi khuẩn nhận (F) không có yếu tố giới tính do kết quả tiếp hợp với tế bào
cho (F+) mà có thể thu được yếu tố F để trở thành tế bào có yếu tố giới tính (F+).
Tế bào F+ chứa yếu tố F nằm độc lập trong tế bào chất.
9.4.4. Tải nạp (Transduction)
Quá trình tải nạp một hoặc một số gen được chuyển từ tế bào cho sang tế
bào nhận nhờ một tác nhân trung gian là Bacteriophage mà được gọi là phage tải
nạp. Hiện tượng tải nạp được phát hiện lần đầu vào năm 1951.
Khi tham gia tải nạp, phage chỉ chuyển một đoạn nhỏ ADN của tế bào chủ,
phage tải nạp là phage ôn hòa chỉ chiếm một phần nhỏ (10-5-10-8) của toàn bộ
quần thể phage. Có hai dạng tải nạp. Tải nạp không đặc hiệu là loại tải nạp, khi
axit nucleic phage có thể gắn vào bất kì đoạn gen nào của tế bào chủ và do đó có
thể chuyển bất kì gen nào sang tế bào nhận. Tải nạp đặc hiệu là loại tải nạp
- 80 -
chuyển những gen xác định của tế bào cho sang tế bào nhận.
9.5. Một số ứng dụng của công nghệ di truyền vi sinh vật
9.5.1. Các tác nhân gây đột biến
Trong môi trường sống quanh ta có rất nhiều nhân tố hóa lí, những sản
phẩm thải ra của hoạt động công nghiệp và đời sống, những nhân tố tiềm tàng
gây ung thư, đang là mối lo ngại khôn lường. Người ta dự tính rằng có khoảng
80% ung thư của người là do tiếp xúc (hấp thụ, hít thở, ăn uống...) với các tác
nhân trên.
9.5.2. Công nghệ di truyền
Công nghệ di truyền là vũ khí hiệu nghiệm của con người đang và sẽ tạo ra
nhiều sản phẩm giá trị. Một trong số đó là sản xuất các loại protein thế hệ mới
nhờ vi khuẩn. Gen cho (từ một tế bào nhân sơ hay nhân chuẩn) có thế được tổng
hợp trực tiếp bằng con đường hóa học hay gián tiếp từ phân tử mARN và là bản
sao chính xác của nó, để có thể đưa vào vi khuẩn nhận, gne này cần được ghép
vào một vecto plasmid, gen lai được đồng thời nhân lên khi vi khuẩn phân chia,
như vậy là tạo được dòng vi khuẩn mới, sự dịch mã của gen này là giai đoạn cuối
cùng làm cho tế bào vi khuẩn nhận sản xuất rất nhanh một loại protein mới lạ.
Sản xuất một loại protein bằng công nghệ di truyền bao gồm 5 giai đoạn
chủ yếu:
- Tổng hợp hoặc chiết một cách tinh khiết một đoạn ADN cho mã hóa loại
protein cần.
- Kết ghép đoạn ADN lạ này vào một vectơ (plasmid hay phage) tạo ra một
ADN tái tổ hợp.
- Đưa vectơ đã ghép với gen lạ vào tế bào vi khuẩn nhận.
- Tuyển chọn dòng tế bào tái tổ hợp.
- Xác định và làm tinh khiết protein được tổng hợp.
Ngày nay công nghệ sinh học mà trong đó chủ yếu là công nghệ vi sinh vật
và công nghệ di truyền đang hướng tới việc giải quyết nạn ô nhiễm môi trường,
việc sản xuất nguồn năng lượng mới nhờ vi sinh vật tái tổ hợp. Khoa học hiện
nay có thể thực hiện việc lai bằng cách hợp nhất hai tế bào trần, kĩ thuật bắn gen
- 81 -
có thể đưa một gen ngoại lai vào tế bào nhận, trong đó tế bào nhận có thể có vị trí
chủng loại phát sinh rất xa với cơ thể cho gen ngoại lai... Kĩ thuật PCR có thể
nhân nhanh các đoạn ADN mong muốn; người ta có thế đưa gen cố định đạm từ
Agrobacterium tumefaciens vào cây nhờ Plasmid Ti, tạo ra được cây cố định nitơ
khí quyển... tất nhiên từ những thí nghiệm ra sản xuất còn là một quá trình cần
thời gian và công sức của nhiều người.
- 82 -
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Người ta cho các thuật ngữ sau: biến nạp, tải nạp, tiếp hợp, tế bào Hfr và
các mô tả sau trong di truyền vi khuẩn:
a. Kiểu biến đổi gen, trong đó một tế bào nhận tiếp nhận một vài gen từ
phân tử ADN tự do trong dung dịch.
b. Kiểu chuyển gen từ tế bào cho sang tế bào nhận phụ thuộc vào sự tiếp
xúc trực tiếp giữa hai tế bào.
c. Kiểu chuyển gen, trong đó một phage được dùng làm một vectơ để mang
ADN từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận.
d. Một tế bào F+ trong đó plasmid F được gắn vào thể nhiễm sắc của tế bào
mang.
Hãy sắp xếp các thuật ngữ trên đúng vào các hiện tượng được mô tả.
2. Trình bày một số cơ chế của các tác nhân gây đột biến hiện biết và
phương pháp tuyển chọn các chủng đột biến.
3. Nêu các enzym chủ yếu tham gia vào quá trình nhân đôi ADN ở E.coli.
4. Nêu sự khác biệt: exon – intron, monocistron – policistron.
5. Lấy ví dụ về đột biến hình thái, đột biến khuyết dưỡng, đột biến đối
kháng.
6. Nêu một số thành tựu của công nghệ di truyền và những ứng dụng.

- 83 -
PHẦN B. THỰC HÀNH
(Sinh viên chuẩn bị trước theo nội dung hướng dẫn trong giáo trình
của Nguyễn Thành Đạt (chủ biên), Mai Thị Hằng, Giáo trình Vi sinh học, Nhà
xuất bản Đại học Sư phạm, 2007.)
Bài 1. Nhập môn
1. Những chỉ dẫn chung.
2. Hướng dẫn một số thao tác và kỹ thuật vô trùng cơ bản trong thực hành
vi sinh vật.
3. Các phương pháp khử trùng.
4. Hướng dẫn thực hiện và đánh giá kết quả thí nghiệm bài 1.
Bài 2. Quan sát hình thái tế bào vi sinh vật
1. Các phương pháp cơ bản quan sát hình thái tế bào vi sinh vật.
2. Quan sát hình thái một số tế bào vi sinh vật thường gặp.
3. Hướng dẫn thực hiện và đánh giá kết quả thí nghiệm bài 2.
Bài 3. Nghiên cứu một số cấu tạo tế bào vi sinh vật
1. Nội dung.
2. Hướng dẫn thực hiện và đánh giá kết quả thí nghiệm bài 3.
Bài 4. Môi trường, phân lập và nuôi cấy vi sinh vật
1. Nội dung.
2. Hướng dẫn thực hiện và đánh giá kết quả thí nghiệm bài 4.
Bài 5, 6. Nghiên cứu sự chuyển hóa một số các chất dưới tác động của
vi sinh vật
1. Mục tiêu.
2. Nội dung.
Nghiên cứu một số quá trình lên men của vi sinh vật:
a.Xác định khả năng lên men rựou etylic.
b.Xác định khả năng lên men Lactic.
- 84 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Lân Dũng (chủ biên), Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty, Vi
sinh vât học, Nhà xuất bản Giáo dục, 1997.
[2]. Nguyễn Thành Đạt (chủ biên), Mai Thị Hằng, Giáo trình Vi sinh học,
Nhà xuất bản Đai học Sư phạm, 2007.
[3]. Nguyễn Thành Đạt, Cơ sở sinh học vi sinh vật, Tập I, tập II, Nhà xuất
bản Giáo dục, 2005.
...................................