bài giảng công nghệ vi sinh vật

CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT
BÀI GIẢNG
GV: Nguyễn Thị Kim Cúc
Các giai đoạn phát triển của
Công nghệ vi sinh (CNVS)
• Thế hệ 1: Giai đoạn lên men cổ điển
– Con người sử dụng các thuộc tính của vi sinh vật một
cách thụ động
• Thế hệ 2: Từ những năm 30-những năm 60 của
thế kỷ XX
– Mở đầu với việc tìm ra chất kháng sinh penicillin của
Alexander Flemming
• Thế hệ 3: Từ những năm 60 đến nay
– Công nghệ vi sinh đã phát triển thành một ngành độc lập
và là công cụ đắc lực phục vụ cho sản xuất các sản
phẩm cần thiết bằng vi sinh vật
Ứng dụng của Công nghệ vi sinh vật
Công nghệ
vi sinh
CN Thực
phẩm, Công
nghệ lên men
Trồng trọt,
chăn nuôi thú
y và nuôi
trồng thủy sản
Y học
Môi trường
Ngành
Năng lượng
Ứng dụng của CNVS trong y tế và

bảo vệ sức khỏe con người
 Vaccine thế hệ mới
 Insulin
 Interferon
 Chất kháng sinh
 Hormone tăng trưởng ở người
 Chế phẩm men tiêu hóa
 Chế phẩm thuốc
 Thực phẩm chức năng từ vi khuẩn, vi tảo…
Ứng dụng của CNVS trong y Nông-
Lâm-Ngư nghiệp
 Cải tạo giống cây trồng, vật nuôi
 Chế phẩm thuốc trừ sâu có nguồn gốc vi sinh
vật
 Phân bón vi sinh
 Các chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu EM
(Effective Microorganisms)
 Các chế phẩm probiotics
 Thức ăn chăn nuôi
 Cây trồng, vật nuôi biến đổi gen…
Ứng dụng của CNVS trong ngành năng
lượng và bảo vệ môi trường
 Cồn (ethanol)
 Xăng sinh học
 Khí đốt sinh học
 Chế phẩm vi sinh trong xử lý rác thải hữu
cơ, nước thải và xử lý môi trường…
Ứng dụng của CNVS trong y tế Công
nghiệp thực phẩm và Công nghiệp lên men
 Enzyme

 Rượu, bia và các sản phẩm lên men chứa cồn
 Acid hữu cơ
 Vitamine
 Amino acid
 Các chất kích thích sinh trưởng
 Các sản phẩm lên men truyền thống…
Đôi điều suy ngẫm về một số ứng
dụng khác của CNVS
 Bom vi trùng: tạo ra các chủng vi sinh
vật có bộ gen tái tổ hợp tiếp nhận những
gen gây ung thư, gen kháng kháng
sinh…?
 Những sinh vật biến đổi di truyền
(GMO-Genetically Modified Organisms):
cà chua GM, đậu nành GM, ngô GM, lúa
GM…?
Cơ sở hóa sinh và di truyền
học của công nghệ vi sinh
Chủ đề 1
Phân loại sản phẩm trong
Công nghệ vi sinh
 Sinh khối
 Enzyme
 Các sản phẩm trao đổi chất (TĐC)
– Sản phẩm TĐC sơ cấp
– Sản phẩm TĐC thứ cấp
– Sản phẩm chuyển hóa
– Sản phẩm tái tổ hợp gen
Phân loại sản phẩm
Sinh khối và Enzyme

 Sinh khối:
 Protein đơn bào (single cell protein)
 Men bánh mì (baker yeast)
 Men tiêu hóa ( lactobacillus, nấm men…)
 Sinh khối vi khuẩn trong chế phẩm thuốc trừ sâu
 Phân bón vi sinh cố đònh đạm
 Các chế phẩm làm vaccine (vaccine bất hoạt, vaccine giảm hoạt
lực…)
 Các chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước nuôi thủy sản, nước
thải…
 Các chế phẩm probiotic
 Enzyme: amylase, protease, catalase, pectinase,
invertase, cellulase, hemicellulase, lipase, lactase…
Phân loại sản phẩm
Các sản phẩm TĐC
 Các sản phẩm trao đổi chất:
- Các chất trao đổi sơ cấp: amino acid, nucleotide, vitamine,
acid citric…
- Các chất trao đổi thứ cấp: các chất kháng sinh, các chất
kích thích hoặc kìm hãm sinh trưởng, các độc tố từ VSV…
- Các sản phẩm cuối cùng của trao đổi năng lượng: ethanol,
methanol, propanol, acid lactic, acetol-butanol, methane…
 Các sản phẩm của sự chuyển hóa: phenyl acetyl carbinol,
chuyển hóa steroid…
 Các sản phẩm tái tổ hợp gen: insulin, interferon, HBV…
Các sản phẩm trao đổi chất của VSV
TẾ BÀO
VSV
Sản phẩm bậc 1
(aa, đường, nucleoside,

nucleotide…)
Cơ chất
Sản phẩm bậc 2
(Kháng sinh, độc tố…)
Tiền sản phẩm
(ethanol, sorbit…)
Sản phẩm
chuyển hóa
(acid acetic, sorbose…)
Ưu thế của tế bào vi sinh vật trong
Cơng nghệ Vi sinh
• Kích thước nhỏ, hấp thu nhanh và đồng hóa ở tốc độ cao
• Nguồn nguyên liệu đơn giản : phế phụ phẩm rẻ tiền
• Chúng có thể thực hiện rất nhiều các phản ứng hoá sinh khác
nhau
– Mỗi loài có một số phản ứng riêng nên các phản ứng sinh hoá của
các loài VSV khác nhau rất đa dạng
– Dù một hợp chất có phức tạp đến đâu, trong thiên nhiên đều có các
VSV sử dụng hoặc phân hủy. Sản phẩm loài này loài khác sử dụng
• Thích ứng với thiết bò của nhà máy
Ưu thế của tế bào vi sinh vật trong
Cơng nghệ Vi sinh
• Dễ dàng sử dụng KTDT để tăng sản lượng và biến đổi sản
phẩm cuối.
• Mỗi loài thường tạo ra một số chất trao đổi thứ cấp
(secondary metabolites) đặc hiệu giúp cho chúng phát triển
tốt hơn và kìm hãm một số loài khác.
• Cạnh tranh với tổng hợp hóa học ngay cả các phân tử đơn
giản như L-glutamic acid.
• Các quá trình công nghiệp vượt xa các cơ chế điều hòa tự

nhiên.
Vi sinh
vật
Streptococcus Saccharomyces Propionibacterium Escherichia Enterobacter
Lactobacillus (nấm men) Salmonella
Bacillus
Glucose
Sản phẩm
lên men
Pyruvic acid
Sản
phẩm
lên
men
Acid lactic Ethanol, Acid propionic, Ethanol, Ethanol,
và CO
2
acid acetic, acid lactic, acid lactic,
CO
2
và H
2
acid succinic, acid formic,
acid acetic, butanediol,
CO
2
và H
2
acetoin,
CO

2
và H
2
Ngun lý điều hòa trao đổi chất ở vi
sinh vật
• Điều hòa hoạt tính enzyme nhờ sự ức chế sản phẩm cuối
cùng (sự kìm hãm do liên kết ngược).
• Điều hòa sự tổng hợp enzyme nhờ sự cảm ứng và ức chế.
• Điều hòa tổng hợp enzyme nhờ sự kiềm chế bằng sản phẩm
cuối cùng và sự giải kiềm chế.
• Điều hòa tổng hợp enzyme nhờ sự kiềm chế dò hóa.
Không có quá trình tạo ra sự dư thừa các chất so với nhu cầu
phát triển của vsv trong tự nhiên
Sản xuất các sản phẩm từ vi sinh vật?
Điều hòa hoạt tính enzyme nhờ sự ức Điều hòa hoạt tính enzyme nhờ sự ức
chế bằng sản phẩm cuối cùngchế bằng sản phẩm cuối cùng
Sự cảm ứng và ức chế quá trình Sự cảm ứng và ức chế quá trình
tổng hợp enzymetổng hợp enzyme
Cơ chế hoạt động của Operon Lac
Điều hòa tổng hợp enzyme nhờ sự Điều hòa tổng hợp enzyme nhờ sự
kiềm chế dị hóakiềm chế dị hóa
1. Có glucose và
không có lactose
2. Không có glucose,
không có lactose
3. Có glucose, có
lactose
4. Không có glucose,
có lactose
Điều hòa tổng hợp enzyme nhờ sự kiềm

chế bằng sản phẩm cuối cùng và sự
giải kiềm chế
Cơ chế hoạt động của Operon trp
Ngun lý tổng hợp thừa ở VSV
• Enzyme tồn tại ở dạng cấu trúc không gian với 2
trung tâm:
• Trung tâm phản ứng với cơ chất
• Trung tâm chòu sự kiểm soát của chất kiềm chế
(trung tâm dò lập thể)
Tổng hợp thừa một sản phẩm nào đó?
• Tác động vào trung
tâm dò lập thể của
enzyme
• Tác động vào chất
kiềm chế
Giải tỏa sự kiềm chế
Kỹ thuật di truyền???
Những nguyên tắc cơ bản của
nuôi cấy vi sinh công nghiệp
Chủ đề 2