Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT VI SINH VẬT part 3 pot

17
Virut chỉa cọ cáúu tảo tãú bo, mäùi virut âỉåüc goi l hảt virut . Thnh pháưn ch úu
ca hảt virut l axit nucleic (AND hay ARN) âỉåüc bao quanh båíi mäüt v protein.
Axit nucleic nàòm åí giỉỵa hảt virut tảo thnh li hay gen ca virut. Protein bao bc
bãn ngoi li tảo thnh mäüt v gi l capsit. Capsit mang cạc thnh pháưn khạng ngun
v cọ tạc dủng bo vãû li nucleic. Capsit cáúu tảo båíi cạc âån vë phủ gi l hảt capsit hay
capsome. Li v v häüp lải tảo thnh mäüt nucleocapsit, âọ l kãút cáúu cå bn ca mi
virut.
Mäüt säú virut cọ cáúu tảo khạ phỉïc tảp, bãn ngoi capsit cn cọ mäüt mng bao cọ
bn cháút l lipit hay lipoprotein.
Lục tãú bo nhiãùm virut, dỉåïi kênh hiãøn vi quang hc cọ thãø tháúy mäüt âạm låïn cạc
hảt virut táûp håüp lải våïi nhau tảo ra cạc thãø bao hm.
Cạc virut k sinh trãn ngỉåìi hồûc trãn cạc loi âäüng váût, thỉûc váût, vi sinh váût cọ
êch âäúi våïi ngỉåìi thỉåìng l cạc virut cọ hải. Ngỉåüc lải cng cọ mäüt säú virut cọ êch âọ l
cạc loải virut k sinh trãn cän trng v cạc âäüng váût cọ hải khạc, c dải v cạc thỉûc váût
cọ hải khạc, cạc vi sinh váût gáy bãûnh cho ngỉåìi v cạc âäüng váût chàn ni.
1.4. DINH DỈÅỴNG CA VI SINH VÁÛT
1.4.1. Thnh pháưn tãú bo v dinh dỉåỵng ca vi sinh váût
Cạc cháút dinh dỉåỵng âäúi våïi vi sinh váût l báút k cháút no âỉåüc vi sinh váût háúp
thủ tỉì mäi trỉåìng xung quanh v âỉåüc chụng sỉí dủng lm ngun liãûu âãø cung cáúp cho
quạ trçnh sinh täøng håüp tảo ra cạc thnh pháưn ca tãú bo hồûc âãø cung cáúp cho quạ trçnh
trao âäøi nàng lỉåüng.
Quạ trçnh háúp thủ cạc cháút dinh dỉåỵng âãø tho mn mi nhu cáưu sinh trỉåíng v
phạt triãøn âỉåüc gi l quạ trçnh dinh dỉåỵng. Cháút dinh dỉåỵng phi l nhỉỵng håüp cháút cọ
tham gia vo cạc quạ trçnh trao âäøi cháút näüi bo.
Thnh pháưn hoạ hc ca tãú bo vi sinh váût quút âënh nhu cáưu dinh dỉåỵng ca
chụng. Thnh pháưn hoạ hc c
a cạc cháút dinh dỉåỵng âỉåüc cáúu tảo tỉì cạc ngun täú C,
H, O, N, cạc ngun täú khoạng âa v vi lỉåüng.
Lỉåüng cạc ngun täú chỉïa åí cạc vi sinh váût khạc nhau l khäng giäúng nhau. Trong

cạc âiãưu kiãûn ni cáúy khạc nhau, tỉång ỉïng våïi cạc giai âoản phạt triãøn khạc nhau,
lỉåüng cạc ngun täú chỉïa trong cng mäüt loi vi sinh váût cng khäng giäúng nhau. Trong
tãú bo vi sinh váût cạc håüp cháút âỉåüc phán thnh hai nhọm låïn: (1) nỉåïc v cạc múi
khoạng; (2) cạc cháút hỉỵu cå.
Nỉåïc v múi khoạng. Nỉåïc chiãúm âãún 70 ÷ 90 % khäúi lỉåüng cå thãø vi sinh váût.
Pháưn nỉåïc cọ thãø tham gia vo quạ trçnh trao âäøi cháút ca vi sinh váût âỉåüc gi l nỉåïc tỉû

18
do. Âa pháưn nỉåïc trong vi sinh váût âãưu åí dảng nỉåïc tỉû do. Nỉåïc kãút håüp l pháưn nỉåïc
liãn kãút våïi cạc håüp cháút hỉỵu cå cao phán tỉí trong tãú bo. Nỉåïc liãn kãút máút kh nàng
ho tan v lỉu âäüng.
Múi khoạng chiãúm khong 2 ÷ 5 % khäúi lỉåüng khä ca tãú bo. Chụng thỉåìng täưn
tải dỉåïi cạc dảng múi sunfat, phosphat, cacbonat, clorua Trong tãú bo chụng thỉåìng åí
dảng cạc ion. Cạc ion trong tãú bo vi sinh váût ln ln täưn tải åí nhỉỵng t lãûû nháút âënh,
nhàòm duy trç âäü pH v ạp sút tháøm tháúu thêch håüp cho tỉìng loải vi sinh váût.
Cháút hỉïu cå trong tãú bo vi sinh váût ch úu âỉåüc cáúu tảo båíỵi cạc ngun täú: C,
H, O, N, P, S Riãng cạc ngun täú C, H, O, N chiãúm tåïi 90 ÷ 97% ton bäü cháút khä
ca tãú bo. Âọ l cạc ngun täú ch úu cáúu tảo nãn protein, axit nucleic, lipit, hydrat-
cacbon. Trong tãú bo vi khøn cạc håüp cháút âải phán tỉí chè chiãúm 3,5% , cn cạc ion vä
cå chè cọ 1%.
Vitamin cng cọ sỉû khạc nhau ráút låïn vãư nhu cáưu ca vi sinh váût. Cọ nhỉỵng vi
sinh váût tỉû dỉåỵng cháút sinh trỉåíng, chụng cọ thãø tỉû täøng håüp ra cạc vitamin cáưn thiãút.
Nhỉng cng cọ nhiãưu vi sinh váût dë dỉåỵng cháút sinh trỉåíng, chụng âi hi phi cung cáúp
nhiãưu loải vitamin khạc nhau våïi liãưu lỉåüng khạc nhau.
1.4.2. Ngưn thỉïc àn cacbon ca vi sinh váût
Càn cỉï vo ngưn thỉïc àn cacbon ngỉåìi ta chia sinh váût thnh cạc nhọm sinh l tỉû
dỉåỵng v dë dỉåỵng. Tu nhọm vi sinh váût m ngưn cạcbon âỉåüc cung cáúp cọ thãø l cạc
cháút vä cå (CO
2
, NaHCO

3
, CaCO
3
) hồûc cháút hỉỵu cå. Giạ trë dinh dỉåỵng v kh nàng
háúp thủ cạc ngưn thỉïc àn khạc nhau phủ thüc vo hai úu täú: mäüt l thnh pháưn hoạ
hc v tênh cháút sinh l ca ngưn thỉïc àn ny, hai l âàûc âiãøm sinh l ca tỉìng loải vi
sinh váût.
Thỉåìng sỉí dủng âỉåìng lm ngưn cacbon khi ni cáúy pháưn låïn cạc vi sinh váût dë
dỉåỵng.
Trong cạc mäi trỉåìng chỉïa tinh bäüt trỉåïc hãút phi tiãún hnh häư hoạ tinh bäüt åí
nhiãût âäü 60 ÷ 70
0
C, sau âọ âun säi räưi måïi âỉa âi khỉí trng.
Xenluloza âỉåüc âỉa vo cạc mäi trỉåìng ni cáúy vi sinh váût phán gii xenluloza
dỉåïi dảng giáúy lc, bäng hồûc cạc dảng xenluloza .
Khi sỉí dủng lipit, parafin, dáưu m lm ngưn cạcbon ni cáúy mäüt säú loi vi
sinh váût, phi thäng khê mảnh âãø tảo tỉìng git nh âãø cọ thãø tiãúp xục âỉåüc våïi thnh tãú
bo ca vi sinh váût.
Cạc håüp cháút hỉỵu cå chỉïa c C v N (pepton, nỉåïc thët, nỉåïc chiãút ngä, nỉåïc chiãút
náúm men, nỉåïc chiãút âải mảch, nỉåïc chiãút giạ âáûu ) cọ thãø sỉí dủng vỉìa lm ngưn C

19
vỉìa lm ngưn N âäúi våïi vi sinh váût.
Trong cäng nghiãûp lãn men, rè âỉåìng l ngưn cacbon r tiãưn v ráút thêch håüp cho
sỉû phạt triãøn ca nhiãưu loải vi sinh váût khạc nhau.
1.4.3. Ngưn thỉïc àn nitå ca vi sinh váût
Ngưn nitå dãù háúp thủ nháút âäúi våïi vi sinh váût l NH
3
v
+

4
NH .
Múi nitrat l ngưn thỉïc àn nitå thêch håüp âäúi våïi nhiãưu loải to, náúm såüi v xả
khøn nhỉng êt thêch håüp âäúi våïi nhiãưu loải náúm men v vi khøn. Thỉåìng sỉí dủng
múi NH
4
NO
3
âãø lm ngưn nitå cho nhiãưu loảiû vi sinh váût.
Ngưn nitå dỉû trỉỵ nhiãưu nháút trong tỉû nhiãn chênh l ngưn khê nitå tỉû do (N
2
)
trong khê quøn.
Vi sinh váût cn cọ kh nàng âäưng hoạ ráút täút nitå chỉïa trong cạc thỉïc àn hỉỵu cå.
Ngưn nitå hỉỵu cå thỉåìng âỉåüc sỉí dủng âãø ni cáúy vi sinh váût l pepton loải chãú
pháøm thu phán khäng triãût âãø ca mäüt ngưn protein no âáúy.
Nhu cáưu vãư axit amin ca cạc loải vi sinh váût khạc nhau l ráút khạc nhau.
1.4.4. Ngưn thỉïc àn khoạng ca vi sinh váût
Khi tảo cạc mäi trỉåìng täøng håüp (dng ngun liãûu l hoạ cháút) bàõt büc phi bäø
sung â cạc ngun täú khoạng cáưn thiãút. Näưng âäü cáưn thiãút ca tỉìng ngun täú vi lỉåüng
trong mäi trỉåìng thỉåìng chè vo khong 10
-6
÷ 10
-8
M. Nhu cáưu khoạng ca vi sinh váût
cng khäng giäúng nhau âäúi våïi tỉìng loi, tỉìng giai âoản phạt triãøn.
1.4.5. Nhu cáưu vãư cháút sinh trỉåíng ca vi sinh váût
Mäüt säú vi sinh váût mún phạt triãøn cáưn phi âỉåüc cung cáúp nhỉỵng cháút sinh trỉåíng
thêch håüp no âọ. Âäúi våïi vi sinh váût cháút sinh trỉåíng l mäüt khại niãûm ráút linh âäüng.
Cháút sinh trỉåíng cọ nghéa nháút l nhỉỵng cháút hỉỵu cå cáưn thiãút cho hoảt âäüng säúng ca

mäüt loi vi sinh váût no âọ khäng tỉû täøng håüp âỉåüc ra chụng tỉì cạc cháút khạc. Nhỉ váûy
nhỉỵng cháút âỉåüc coi l cháút sinh trỉåíng ca loải vi sinh váût ny hon ton cọ thãø khäng
ph
i l cháút sinh trỉåíng âäúi våïi mäüt loải vi sinh váût khạc.
Thäng thỉåìng cạc cháút âỉåüc coi l cạc cháút sinh trỉåíng âäúi våïi mäüt loải vi sinh váût
no âọ cọ thãø l mäüt trong cạc cháút sau âáy: cạc gäúc kiãưm purin, pirimidin v cạc dáùn xút
ca chụng, cạc axit bẹo v cạc thnh pháưn ca mng tãú bo, cạc vitamin thäng thỉåìng
1.5. SINH TRỈÅÍNG V PHẠT TRIÃØN CA VI SINH VÁÛT
Sinh trỉåíng l sỉû tàng kêch thỉåïc v khäúi lỉåüng ca tãú bo, cn phạt triãøn (hồûc
sinh sn) l sỉû tàng säú lỉåüng tãú bo.

20
Khi noùi vóử sinh trổồớng vaỡ phaùt trióứn cuớa vi khuỏứn tổùc laỡ õóử cỏỷp tồùi sinh trổồớng vaỡ
phaùt trióứn cuớa mọỹt sọỳ lổồỹng lồùn tóỳ baỡo cuớa cuỡng mọỹt loaỡi. Do tóỳ baỡo vi khuỏứn quaù nhoớ
nón vióỷc nghión cổùu chuùng gỷp nhióửu khoù khn. Sổỷ tng sọỳ lổồỹng khọng phaới bao giồỡ
cuợng dióựn ra cuỡng vồùi sổỷ tng sinh khọỳi.
Vỗ vỏỷy cỏửn phaới phỏn bióỷt caùc thọng sọỳ vaỡ hũng sọỳ khaùc nhau khi xaùc õởnh sọỳ
lổồỹng vaỡ khọỳi lổồỹng vi khuỏứn.
Baớng 1.1. Caùc thọng sọỳ vaỡ hũng sọỳ sổớ duỷng khi xaùc õởnh
sọỳ lổồỹng vaỡ khọỳi lổồỹng vi khuỏứn
Caùc thọng sọỳ cỏửn xaùc õởnh Sọỳ lổồỹng vi khuỏứn Khọỳi lổồỹng vi khuỏứn
ồn vở thóứ tờch

Sọỳ lỏửn tng õọi sau mọỹt õồn vở
thồỡi gian
Thồỡi gian cỏửn thióỳt cho sổỷ tng
õọi
Nọửng õọỹ vi khuỏứn (sọỳ tóỳ
baỡo/ ml)
Hũng sọỳỳ tọỳc õọỹ phỏn chia

C (h

1
)
Thồỡi gian thóỳ hóỷ g (h)
Mỏỷt õọỹ vi khuỏứn (sinh khọỳi
khọ/ ml)
Hũng sọỳ tọỳc õọỹ sinh trổồớng à
(h

1
)
Thồỡi gian tng õọi (h)

Tuyỡ theo tờnh chỏỳt thay õọứi cuớa hóỷ vi khuỏứn coù hai phổồng phaùp nuọi cỏỳy vi khuỏứn
cồ baớn: nuọi cỏỳy tộnh vaỡ nuọi cỏỳy lión tuỷc.Trong vi sinh vỏỷt hoỹc khi noùi õóỳn sinh trổồớng
laỡ noùi õóỳn sổỷ sinh trổồớng cuớa caớ quỏửn thóứ. Dổồùi õỏy chuùng ta khaớo saùt mỏựu thờ nghióỷm lờ
tổồớng õóứ theo doợi sổỷ sinh trổồớng vaỡ phaùt trióứn cuớa vi khuỏứn.
Nóỳu sọỳ tóỳ baỡo ban õỏửu laỡ N
o
thỗ sau n lỏửn phỏn chia sọỳ tóỳ baỡo tọứng cọỹng laỡ N:

n
o
2= NN (1.1)
Giaù trở n (sọỳ thóỳ hóỷ) coù thóứ tờnh nhồỡ logarit thỏỷp phỏn:
2lognNlogNlog
o
+
=

()
o
loglog
2log
1
NNn = (1.2)
Thồỡi gian thóỳ hóỷ (g) õổồỹc xaùc õởnh theo cọng thổùc :

o
12
loglog
2log
NN
t
t
n
t
g


==
(1.3)
trong õoù: t laỡ thồỡi gian vi khuỏứn phỏn chia n lỏửn; t
2
t
1
bióứu thở sổỷ sai khaùc giổợa thồỡi gian
õỏửu (t

1
) vaỡ thồỡi gian cuọỳi (t
2
), h.
Hũng sọỳ tọỳc õọỹ phỏn chia:

12
o
loglog
2log
11
tt
N
N
t
n
g
C


=== (1.4)

21
Roợ raỡng, thồỡi gian thóỳ hóỷ caỡng ngừn, vi khuỏứn sinh trổồớng vaỡ sinh saớn caỡng nhanh.
Vỗ
t
n
C =
nón n = Ct (1.5)
Thay giaù trở cuớa n vaỡo phổồng trỗnh (1.1), ta coù:

C
t
o
2= NN (1.6)
Hũng sọỳ tọỳc õọỹ phỏn chia
C phuỷ thuọỹc vaỡo mọỹt sọỳ õióửu kióỷn: loaỡi vi khuỏứn, nhióỷt
õọỹ nuọi cỏỳy, mọi trổồỡng nuọi cỏỳy.
Nhổng khọng phaới bao giồỡ sinh trổồớng cuợng dióựn ra song song vồùi sinh saớn, vỗ vỏỷy
khi nghión cổùu õọỹng hoỹc trong quaù trỗnh nuọi cỏỳy lión tuỷc thổồỡng theo doợi sinh trổồớng
vaỡ sinh saớn cuớa quỏửn thóứ vi khuỏứn bũng mọỹt tióu chuỏứn khaùc.
Thay cho hũng sọỳ tọỳc õọỹ phỏn chia (C) ồớ õỏy chuùng ta duỡng hũng sọỳ tọỳc õọỹ sinh
trổồớng (à). Nhổ vỏỷy trong mọỹt khoaớng thồỡi gian dt õaợ coù mọỹt sổỷ tng dX cuớa sinh khọỳi
vi khuỏứn tyớ lóỷ vồùi X vaỡ à. Nghộa laỡ:
X
t
X
=
à
d
d
(1.7)
X
X
t d
1
d

=
à

Tờch phỏn phổồng trỗnh trong giồùi haỷn (X
o
, X) vaỡ (0, t), ta coù:

t
o
à
= eXX (1.8)
õỏy X
o
laỡ lổồỹng sinh khọỳi ban õỏửu.
Vỗ
t
X
ln
X
ln
o

=
à

Vaỡ chuyóứn sang logarit thỏỷp phỏn

(
)
12
o
lglg

3022
tt
X
X
,


=
à
(1.9)
Nóỳu lổồỹng sinh khọỳi (
X
o
, X) bióứu thở bũng sọỳ tóỳ baỡo (N
o
, N) ta seợ xaùc õởnh õổồỹc
mọỳi quan hóỷ qua laỷi giổợa hũng sọỳ tọỳc õọỹ sinh trổồớng (
à
) , hũng sọỳ tọỳc õọỹ phỏn chia (C)
vaỡ thồỡi gian thóỳ hóỷ (g).
Kóỳt hồỹp caùc phổồng trỗnh (1.4) vaỡ (1.9), ta coù :

g
,
C,
690
690 ==
à
(1.10)
1.5.1. Sinh trổồớng vaỡ phaùt trióứn cuớa vi khuỏứn trong õióửu kióỷn nuọi cỏỳy tộnh

Phổồng phaùp nuọi cỏỳy maỡ trong suọỳt thồỡi gian õoù ngổồỡi ta khọng bọứ sung thóm

22
cháút dinh dỉåỵng v cng khäng loải b sn pháøm cúi cng ca sỉû trao âäøi cháút gi l
ni cáúy ténh (qưn thãø tãú bo bë giåïi hản trong mäüt khong thåìi gian nháút âënh). Sỉû sinh
trỉåíng trong mäüt “hãû thäúng âäüng” nhỉ váûy tn theo nhỉỵng quy lût bàõt büc [theo cạc
pha lag (pha måí âáưu), pha log, pha äøn âënh v pha tỉí vong].
1.5.1.1. Pha lag
Pha ny tênh tỉì lục bàõt âáưu cáúy
âãún khi vi khøn âảt âỉåüc täúc âäü sinh
trỉåíng cỉûc âải. Trong pha lag vi khøn
chỉa phán chia nhỉng thãø têch v khäúi
lỉåüng tãú bo tàng lãn r rãût do quạ
trçnh täøng håüp cạc cháút trỉåïc hãút l cạc
håüp cháút cao phán tỉí (protein, enzim,
axit nucleic) diãùn ra mảnh m.
Âäü
di ca pha lag phủ thüc
trỉåïc hãút vo tøi ca äúng giäúng v
thnh pháưn mäi trỉåìng. Thỉåìng tãú bo
cng gi thç pha lag cng di.
Viãûc tçm hiãøu âäü di ca pha lag
l cáưn thiãút trong viãûc phạn âoạn âàûc
tênh ca vi khøn v tênh cháút ca mäi trỉåìng. Âãø thûn tiãûn cho viãûc tênh toạn ngỉåìi ta
chuøn cạc phỉång trçnh ny thnh cạc phỉång trçnh âỉåìng thàóng bàòng cạch sỉí dủng
logarit:
o
N
C
t

N
ln2lnln
+
=
=

o
ln
N
t
+
=
µ

V
o222
logloglog
N
e
N
+
=
µ
=

o2
log
N
C
t

+
=

Pha lag âỉåüc coi nhỉ l khong cạch thåìi gian giỉỵa âỉåìng thàóng thỉûc nghiãûm
(hồûc thỉûc tãú) v âỉåìng thàóng l tỉåíng song song våïi nọ khi m vi khøn, gi dủ khäng
phi tri qua pha lag. Gi thåìi gian ca pha lag l TL, ta cọ :

i
r
t
t
TL
−
=
=

o1
t
t
−
=
(1.11)
Phỉång trçnh ca âỉåìng thàóng l tỉåíng l:

0ii
loglog
N
C
t
N

+
=

t
o
t
1

t
i

t
r

log
2
N
1

2

H
çnh 1.8 .Âäư thë biãøu diãùn pha lag:
1- Âỉåìng thàóng l tỉåíng;
2- Âỉåìng thàóng thỉûc tãú;
(r- Thỉûc tãú; i- L tỉåíng)

h
log
2

N
i
= log
2
N
r