Nghiên cứu khả năng tạo màng sinh học của chủng vi khuẩn phân hủy Phenol phân lập từ nước nhiễm dầu ở bờ biển Vũng Tàu, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. (Khóa luận tốt nghiệp)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.23 MB, 70 trang )
i
I H C THÁI NGUYÊN
I H C NÔNG LÂM
NGUY N TH
NGHIÊN C U KH
O MÀNG SINH H C C A CH NG VI
KHU N PHÂN H Y PHENOL PHÂN L P T
B
BI
, T NH BÀ R A -
KHÓA LU N T T NGHI
H
C NHI M D U
o
: Chính quy
Chuyên ngành
: Công ngh sinh h c
Khoa
: CNSH - CNTP
Khoá h c
: 2011 - 2015
IH C
ii
I H C THÁI NGUYÊN
I H C NÔNG LÂM
NGUY N TH
NGHIÊN C U KH
O MÀNG SINH H C C A CH NG VI
KHU N PHÂN H Y PHENOL PHÂN L P T
B
BI
U, T NH BÀ R A -
KHÓA LU N T T NGHI
H
C NHI M D U
o
IH C
: Chính quy
Chuyên ngành
: Công ngh sinh h c
L p
: K43 - CNSH
Khoa
: CNSH - CNTP
Khoá h c
: 2011 - 2015
Gi
ng d n : PGS.TS. Nghiêm Ng c Minh
ThS. Nguy n Th
i
L IC
c t i PGS.TS. Nghiêm
c h t tôi xin g i l i c
Ng c Minh và TS. Lê Th Nhi Công
ng d n và dìu d t tôi trong quá
trình nghiên c u, h c t p và hoàn thành khóa lu n này.
Tôi xin chân thành c
Th T Uyên -
ng phòng
ng và cùng toàn th các cán b nhân viên c a
Thanh
là
Ph trách
c bi t
và ch b o tôi trong su t quá trình nghiên
c u hoàn thành khóa lu n c a mình.
hoàn thành khóa lu
Nguy n Th
ph
lòng c
c t i ThS.
và các th y cô Khoa Công ngh Sinh h c và Công ngh Th c
i h c Nông Lâm cùng v i
Hàn lâm Khoa h c và Công ngh Vi t Nam
th i gian h c t p, nghiên c u t
Cu i cùng, tôi xin g i l i c
tôi r t nhi
o Vi n Công ngh Sinh h c, Vi n
u ki
tôi trong su t
i Vi n.
ct
tôi có th hoàn thành t t khóa lu n này.
Tôi xin chân thành c
Sinh viên
Nguy n Th
ii
DANH M C CÁC B NG
B ng 2.1. Vai trò c a m
i ngo i bào trong màng sinh h c ...................................... 11
B ng 3.1. Danh m c m t s hóa ch t s d ng ..................................................................... 20
B ng 3.2. Các lo
ng nuôi c
n ................................................................... 20
B ng 3.3. Danh m c m t s máy móc và thi t b s d ng.................................................. 21
B ng 3.4. Các thành ph n c a ph n ng PCR...................................................................... 28
B ng 4.
m, hình thái khu n l c các ch ng vi khu n phát tri
ng
khoáng Gost có b sung 50 ppm phenol (có và không có glucose) ................................... 34
B ng 4.2. M
ng c a trình t
n gen 16S rRNA ch ng VTPG5 so v i
m t s ch ng vi khu n ............................................................................................................ 41
iii
DANH M C CÁC HÌNH
Hình 2.1. C u trúc hóa h c c a phenol ................................................................................... 4
Hình 2.2. C u trúc không gian c a biofilm v i m
i ngo i bào xung quanh........... 12
chu trình nhi t ph n ng PCR.................................................................... 28
Hình 4.1. M
c nhi m d u l y t bãi sau thành ph
Hình 4.2. M
................................. 32
ng khoáng Gost d ch có b sung 50 ppm phenol
(có và không có glucose) ........................................................................................................ 33
Hình 4.3. T
ng khoáng Gost th ch b sung 50 ppm
phenol (A) m u làm giàu không có glucose và (B) m u làm giàu có glucose................. 33
Hình 4.4. Kh
t gi tím tinh th c a màng sinh h c các ch ng vi khu n sau 48h
nuôi c y .................................................................................................................................... 35
Hình 4.5. Kh
o màng sinh h c c a các ch ng vi khu n ........................................ 36
Hình 4.6. Kh
ng c a các ch ng vi khu
ng khoáng Gost
d ch có b sung 50 ppm phenol ............................................................................................. 37
Hình 4.7. Hình thái khu n l c (A) và hình thái t bào (B) c a ch ng VTPG5 ................. 38
DNA t ng s c a ch ng vi khu n...................................................... 38
s n ph
n gen mã hóa 16S rRNA c a ch ng vi
khu n VTPG5 .......................................................................................................................... 39
Hình 4.10.
s n ph m PCR c a ch ng VTPG5
c tinh
s ch........................................................................................................................................... 40
t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.
Hình 4.11. Kh
VTPG5 các nhi
Hình 4.12. Bi
khác nhau sau 48 gi nuôi c y........................................................ 42
m
quang h
nh
ng c a nhi
n kh
o
màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 ........................................... 43
t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.
Hình 4.13. Kh
VTPG5 các pH khác nhau sau 48 gi nuôi c y ................................................................ 44
Hình 4.14. Bi
m
quang h
ng c
n kh
o
màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 ........................................... 44
iv
Hình 4.15. Kh
t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.
VTPG5 các n
mu i NaCl khác nhau sau 48 gi nuôi c y.................................... 45
Hình 4.16. Bi
kh
m
quang h
ng c a n
mu
n
o màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 .................... 46
t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.
Hình 4.17. Kh
VTPG5 các ngu n carbon khác nhau sau 48 gi nuôi c y .............................................. 47
Hình 4.18. Bi
m
quang h
nh
ng c a ngu
n kh
o màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5............................ 47
t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.
Hình 4.19. Kh
VTPG5 các ngu
Hình 4.20. Bi
nuôi c y ................................................... 48
m
quang h
ng c a ngu
n kh
t o màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 ..................................... 48
Hình 4.21. Màng sinh h c ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 sau 48 gi
u ki n t
c nhu m b ng d ch tím tinh th 0,1%.............................................. 49
Hình 4.22. Kh
ng và phát tri n c a màng sinh h c ch ng vi khu n
Rhodococcus sp. VTPG5 các n
Hình 4.23. Bi
m
phenol khác nhau sau 7 ngày ............................ 49
quang h
ng và phát tri n c a
màng sinh h c ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5
các n
phenol khác
nhau........................................................................................................................................... 50
Hình 4.24. Bi
th hi n kh
y phenol c a màng sinh h c ch ng vi
khu n Rhodococcus sp. VTPG5 sau 7 ngày nuôi c y ......................................................... 50
v
DANH M C CÁC T , C M T
VI T T T
Biofilm
: Màng sinh h c
Bp
: Base pair (c p base)
cm, mm
: centimeter, milimeter
DDBJ
: DNA Data Bank of Japan
DNA
: Deoxyribonucleic acid
i ch ng (m u không có vi sinh v t)
EPS
: Extracellular Polymeric Substances (h p ch t ngo i bào)
kDa
: KiloDalton
LB
: Luria-Broth
mg, g, kg
: milligram, gram, kilogram
nm, µm
: nanometer, micrometer
NOMs
: Natural Organic Matters (các ch t h
OD
: Optical Density (m
PAHs
: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon
PCR
: Polymerase Chain Reaction (ph n ng chu i trùng h p)
ppm
: parts
RNA
: Ribonucleic acid
rRNA
: Ribosomal ribonucleic acid
µl, ml, l
: Microliter, milliliter, liter
nhiên)
quang h c)
m t ph n tri u, mg/l)
vi
M CL C
PH N 1. M
1.1.
U ................................................................................................................. 1
tv
...........................................................................................................1
1.2. M c tiêu và n i dung c
1.3.
tài .........................................................................2
tài ...............................................................................................3
PH N 2. T NG QUAN TÀI LI U .................................................................................... 4
2.1.
khoa h c c
2.1.1.
tài...................................................................................4
m chung c a phenol......................................................................................... 4
2.1.2. Màng sinh h c (biofilm)............................................................................................... 9
2.1.3.
ng c
u ki
n kh
o màng sinh h c
(biofilm) c a vi sinh v t.......................................................................................................... 12
2.1.4.
i vi sinh v t..................................................................... 15
2.2. Tình hình nghiên c
c ......................................................16
2.2.1. Tình hình nghiên c u trên th gi i ............................................................................ 16
2.2.2. Tình hình nghiên c
PH N 3.
3.1.
c .............................................................................. 17
NG, N
U ......... 19
ng và ph m vi nghiên c u ....................................................................19
ng nghiên c u................................................................................................... 19
3.1.2. Ph m vi nghiên c u ...................................................................................................... 19
3.2.
m và th i gian th c hi
3.2.1.
tài .............................................................19
m....................................................................................................................... 19
3.2.2. Th i gian ...................................................................................................................... 19
3.3. V t li u, hóa ch t và thi t b s d ng ...............................................................19
3.3.1. V t li u ......................................................................................................................... 19
3.3.2. Hóa ch
ng .............................................................................................. 19
3.3.3. Thi t b và d ng c ...................................................................................................... 21
3.4. N i dung nghiên c u ........................................................................................21
3.5.
u..................................................................................22
vii
3.5.1. Thu th p m u............................................................................................................... 22
3.5.2. Phân l p các ch ng vi khu n có kh
3.5.3.
d ng phenol..................................... 22
o màng sinh h c c a các ch ng vi khu n ............................. 23
3.5.4. Kh o sát kh
trên ngu
ng và phát tri n c a các ch ng vi khu n t o màng t t
t phenol....................................................................................................... 25
3.5.5. Nghiên c u m t s
3.5.6.
ng c
m sinh h c và phân lo i ch ng vi khu n VTPG5 ...... 25
u ki
n kh
o màng sinh h c
(biofilm) c a ch ng vi khu n. ................................................................................................ 29
3.5.7.
y phenol c a màng sinh h c vi khu n ........................ 31
PH N 4. K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU N ............................................. 32
4.1. Phân l p và tuy n ch n m t s ch ng vi khu n v a có kh
phenol và v a có kh
o biofilm .....................................................................32
4.1.1. Phân l p các ch ng vi khu n có kh
4.1.2. Kh
o biofilm c a các ch ng vi khu
4.1.3. Kh o sát kh
trên ngu
y
y phenol................................... 32
c phân l p........................... 35
ng và phát tri n c a các ch ng vi khu n t o màng t t
t phenol....................................................................................................... 36
4.2.
m hình thái và phân lo i ch ng vi khu n VTPG5................................37
4.2.1.
m hình thái khu n l c và hình thái t bào .................................................... 37
4.2.2. Phân lo i phân t ch ng VTPG5 d a vào vi
nh trình t
n gen 16S
rRNA........................................................................................................................................ 38
4.3.
ng c a
u ki
n s hình thành màng sinh h c
ch ng vi khu n l a ch n ...........................................................................................42
4.3.1.
4.3.2.
ng c a nhi
nh
............................................................................................. 42
ng c a pH...................................................................................................... 43
4.3.3.
ng c a n
4.3.4.
ng c a carbon................................................................................................ 46
4.3.5.
ng c
4.4.
mu i NaCl ......................................................................... 45
.................................................................................................... 47
y phenol c a màng sinh h c ch ng vi khu n l a
ch n. ..........................................................................................................................49
viii
PH N 5. K T LU N VÀ KI N NGH ........................................................................... 53
5.1. K t lu n ............................................................................................................. 53
5.2. Ki n ngh ........................................................................................................... 53
TÀI LI U THAM KH O
PH L C
1
PH N 1
M
U
1.1.
T i Vi t Nam, ngành công nghi p d u m
n m nh m , s
ng
i cho Qu c gia ngu n l i ích kinh t vô cùng to
l n. Bên c nh ngu n l i v kinh t mà ngành công nghi p này mang l i là m i hi m
h a v ô nhi
ng. Các ho
n chuy n d u
c ti n hành trên bi n, không tránh kh i nh ng s c gây ô nhi m d u m
tràn d u, dò r
m tàu ch d u, v ho c dò r
bi n,...gây thi t h i l n v kinh t
ng d n d u ng m trong lòng
ng nghiêm tr
n
c, sinh v t. Nh ng ch t gây ô nhi m nghiêm tr
nhi m d u m ph i k
c
n là các h p ch t h
p
ch
Polycyclic
Hydrocarbon)....Trong các h p ch t ô nhi
phân h y và r
t h p ch t h
c h i. Phenol có ngu n g
,...nó có th t n t
ng hô h p
Aromatic
ng t nh a, d u m , than
c, ho c xâm nh
i qua
ng, ho c ti p xúc tr c ti p qua da....H u qu
cùng nghiêm tr ng, có th
t bi n...
l i là vô
n h th n kinh, hô h p, tiêu
cx
c nhi m d u m
c bi
c
chú tr ng.
Qua nh ng b ng ch ng th c nghi
các bi
ng minh hi u qu cao c a s k t h p
c, v t lý, hoá h c và sinh h
x lý ô nhi m phenol trong
c nhi m d u m . Trong s
m và hi u qu
t nhiên, v
so v
thích h
t tr
là v a có th ti n hành thu n l
an toàn r t cao, thân thi n v
ng và giá thành r
t trong nh
ng d ng trong công ngh x lý n
d ng màng sinh h c do các vi sinh v t t
u ki n
y sinh h c r t
c b ô nhi m hi
ra m
ng
2
im
y tri n v ng cho ngành công ngh sinh h
ng và thu hút
c r t nhi u s quan tâm c a các nhà nghiên c u khoa h c trong
c.
B n ch t c a màng sinh h c (biofilm) là m t t p h p các vi sinh v t g n trên
m t b m t c a v t th r n ho c b m t ch t l ng, t o thành l p màng bao ph trên
b m
p màng này b o v các t bào vi sinh v t bên trong nó kh i các tác
nhân có h i t
nhi
ng bên ngoài, h n ch s
, pH, n
mu i, t
dòng ch y và t
ng t nh ng bi
ng v
ng ô nhi m. Do m
các
vi sinh v t trong biofilm cao nên chúng h tr và liên k t v i nhau m t cách ch t
ch t o thành c u trúc b n v ng giúp kh
n nay biofilm
y ra
c ng d ng r t nhi u trong vi c x lý
c nhi m d u m .
Vì v
góp ph n vào vi c x
c nhi m d u m nói
chung, chúng tôi ti n hành th c hi
tài: Nghiên c u kh
h c c a ch ng vi khu n phân h y phenol phân l p t
o màng sinh
c nhi m d u
b bi n
, t nh Bà R a 1.2.
M c tiêu c
tài:
Phân l p, tuy n ch
c ch ng vi khu n v a có kh
v a có kh
Bà R a T
y phenol cao t
c nhi m d u
o màng sinh h c
b bi
t nh
.
u ki
ng
n kh
o màng sinh
Phân l p và tuy n ch n các ch ng vi khu n v a có kh
o màng sinh
h c (biofilm) c a ch ng vi khu
N i dung c
tài
h c, v a có kh
Phân lo
Nghiên c u
mu i NaCl,
c l a ch n.
y phenol t t.
nh tên ch ng vi khu n l a ch n.
ng c a m t s
u ki
ng c a ngu n carbon và ngu
h c ch ng vi khu n l a ch n.
ng: nhi t
n kh
, pH, n
o màng sinh
3
y phenol c a màng sinh h c ch ng vi khu
u ki n t
1.3.
hoa h c
Phân l
c ch ng vi khu n v a t o màng sinh h c v a có kh
ng th i, t
c các y u t
o màng sinh h c là ti
y
ng
n kh
trong vi c nghiên c u th c hi n ngoài hi
ng
sau này.
c ti n
Phát tri
c công ngh sinh h
ng v i s thành công trong vi c
s d ng màng sinh h c
tìm ra các ch ng vi khu n có kh
o màng sinh h c
t t giúp x lý ngu
c ô nhi m d u ch a h p ch
c h i. Góp ph n
gi m thi u m
ng ch t h
ch
ng.
4
PH N 2
T NG QUAN TÀI LI U
2.1.
ng, có nhi u lo i vi sinh v t có kh
ng duy nh
a, m
d ng hydrocarbon
các vi sinh v t trong
biofilm cao nên chúng h tr và liên k t v i nhau m t cách ch t ch t o thành c u
trúc b n v ng giúp kh
hi n nay biofilm
c ng d ng r t nhi u trong vi c x
c nhi m phenol
c th i nhi m d u nói chung.
2.1.1.
m chung c a phenol
2.1.1.1.
Phenol là h p ch t h
c a chúng có nhóm hydroxyl (-OH) liên
k t tr c ti p v i nguyên t cacbon c a vòng benzen (hình 2.1).
Công th c phân t : C6H6O; công th c c u t o: C6H5OH
Hình 2.1. C u trúc hóa h c c a phenol
2.1.1.2.
ng, phenol là ch t r n, không màu, nóng ch y 43oC, nhi
u ki
cao 182oC. Kh
ng riêng 1,06 g/cm3, kh
ng phân t 94,11 g/mol, kh
c ( 20oC) là 70g/l. Trong quá trình b o qu
hòa
sôi
ng b
ch y r a, th m màu d n do hút m và phenol chuy n thành màu h ng do b oxi hóa
ch
ng ng i mùi c a phenol là 0,04 ppm. Phenol ít tan
c l nh, tan nhi u trong m t s h p ch t h
tan vô h n
66oC. Phenol r
K , 2000) [8].
c, r t d cháy, gây b ng n ng khi b
5
henol
2.1.1.3.
Ngu n g c t nhiên
H p ch
h
c sinh ra t nhiên t s phân h y c a th c v t, các h p ch t
li
ng v t phân h y...
và d u m
c tìm th y nhi
c t o ra do s
cháy r ng, h
t cháy các nguyên li u hóa th ch, do
nl
u b t ngu n t các ho
ng phenol t n t i tro
ng s n xu t c
ng hi n
i.
Ngu n g c nhân t o
Phenol và d n xu t c a phenol là m t trong nh ng lo i ch t th i h
x lý. Nó có m
c h i khó
c th i c a quá trình s n xu t nh
c
ph m, thu c tr sâu, công nghi p d t và nó còn có m t trong nghành công nghi p
nhu m, thu c di t c , ch t ch ng oxi hóa, gi y, công ngh hóa d u...H u h t các
h p ch
c th i r a t
nhi m ngu n
ng gây ô
t. Chúng không nh ng gây ô nhi
còn gây h
i, h
ng sinh thái mà
ng v t và các loài sinh v t s
c.
2.1.1.4.
n h sinh thái
Phenol và các d n xu t c
c x p vào lo i ch t
c cao
a ánh sáng
n s c kh
i
Phenol có th thâm nh
ng hô h p, ti p xúc
v i da, m t, màng nh y c
i, gây kích ng da và gây ho i t (Clayton và cs,
1994) [16
c xem là ch t c
ng mi
cv
i nh ng ch
in
i
ng phenol cao s d n
6
n hi
ng ch
i v i nh ng tri u ch
t, không có kh
ki m soát, hôn mê d n t i r i lo n hô h p...Phenol còn làm
tim, gây
ng t i gan, th n,
hô h p, gây nhi
tu n hoàn máu,
i ch t, h ng th n, s
ng h th n kinh...Li u th p nh t có th gây t vong b ng
ng tiêu hóa là kho ng 4,8 g trong th
n 19 phút. Nh ng tri u
ch ng do hít ph i phenol trong kho ng 30 - 60 ppm có th gây t
m cân, nh
u, chóng m t, tê li t chân tay...(Bidleman và cs, 1993)
[14]. V i kh
cm
y phenol và các d n xu t c
phân lo i là ch t nguy hi m (Aksu và cs, 1990) [11]. N
th i gian dài v i các h p ch t phenol có th d
tr , gây ra s bi
Phenol có
i,
id
ng
ng không t
c
i ti p xúc trong
n s phát tri n m t cách ch m
th h
l
n s c kh
non
i mang thai.
i ngay c
nó là tác nhân ti m n gây
n
r t th p,
].
2.1.1.5. Tình tr ng ô nhi m phenol và các bi n pháp x lý
Tình tr ng ô nhi m phenol
Trên th gi i
Hi n nay, tình tr ng ô nhi m phenol ngày càng nhi u và nghiêm tr ng v i n ng
khá cao. Phenol là m t trong nh ng h p ch
gây ô nhi m c
ov
nhi
ng M . Qua s kh o sát, l y m
u cho th y n
Trong ngu n c
c
c sinh ho t t i Hoa K có n
(Leonard và cs, 1998) [36]. N
th
u tiên ghi vào dang sách các ch t
phenol
m
phenol
c
ng.
m c 1 mg/l
các nhà máy ch bi n g r t cao có
t 9,7 µg/m3 (Allen và cs, 1997) [12].
eira dos
Santos và cs, 2004) [40
,053; 0,044 và 0,033 mg/l (Huang
và cs, 2003) [28]. N
phenol trong không khí th
t trong th c ph m
kho ng 1 mg/m3.
7
ong (Gyroik và cs, 2003) [25]
n
bình là 10 mg/m3 (Sunesson và cs, 2001) [50
khí trong n
0,01-
5,16 và 0,01-1,41 mg/m3 (Zhu và cs, 2005) [53].
Tình hình t i Vi t Nam
Hi n nay, r t nhi u các ngu
c th i công nghi p có ch a các h p ch t h u
n xu t c a phenol là nh ng
ch t có kh
m l n do tính ch
ch
h y c a chúng. Tình tr ng ô nhi
y ra
các vùng bi n do quá trình
khai thác và v n chuy n d u có th gây dò r , tràn d u, s c va ch m ho
thuy n v n chuy n d u trên bi n. Ngoài ra, ô nhi
v c làng ngh
y ra
t, nhu m, nh a, gi y, d u...
mt u
các khu
ng mang tính t phát, quy mô
nh , thi t b s n xu t th công, l c h u, m t b ng s n xu t nh h p. Tình tr ng ô
nhi
ng. Nguyên nhân ch y u khi n
tình tr ng ô nhi m phenol ngày càng nhi u là do ý th c c
v
ng c a các ch
s n xu t, kinh doanh, nhà máy, xí nghi p...
cao, th i ch t th i nhi m phenol không qua x
ng ho
các s c ngoài ý mu n. T nh ng h n ch nêu trên d
ng -
c bi t nhi m phenol và các ch
kim lo i n ng, NH4... )
m
ng,
s ng, s c kh
là m t v
do
n tình tr ng ô nhi m môi
c h i nguy hi m (SS, BOD5, COD,
ng nghiêm tr
ng
nói vi c lo i b phenol ra kh i ngu
c
c p thi t hi n nay.
Các bi n pháp x lý t
Phenol là m
tính ch
i, ý th c b o
c phenol
a, nguy h i l
iv
i và toàn b h sinh thái do
c h i và c u trúc khó phân h y c a nó trong t nhiên. T
u và tìm ra r t nhi u bi n pháp phân h
: bi
i
c,
8
v t lý, hóa h c, phân h y sinh h c. M i bi
hi u qu x lý nh
i
nh.
c: k t l ng
t ô nhi
cs d
p
phân h y phenol trong m t s
ng h p nh
t lý: s d ng tia UV hay than ho
nhi
u qu nh
x lý ngu n ô
c bi t là s d ng than ho t tính. Than
ho t tính là ch t h p ph ph bi
b các ch t h
nh...
c áp d ng t lâu trong các x
lo i
nhiên (NOMs), các ch t ô nhi
t t ng h p khó
phân hu
c: phân h y nhi
dung d
n, oxy hoá trong
c b ng oxy không khí ho c các tác nhân oxy hóa m
ozone, chlorine...
2O2,
c th i t o thành nh ng h p ch t h
ô nhi m ho c chuy
thành CO2 và H2O, x lí b
n hóa,
h p ph trên v t li u có c u trúc mao qu
i chi phí l n và có th gây ra ô nhi m th
c p. Hi u qu không tri
vì sau khi qua các v t li u l c v n còn t
a
phenol và m t khá nhi u th i gian x lý.
y sinh h c
Hi n nay, vi c x
h y sinh h
c th i ô nhi m d
c nhi u nhà khoa h c trên th gi
Vi t Nam quan tâm
nghiên c u b i tính an toàn và hi u qu
Th c nghi m cho th
lý phenol b ng công ngh sinh h c có
t tr
u ki n t nhiên, x lý tri
toàn cao và thân thi n v
i.
, có th ti n hành thu n l i trong
không gây ra hi
ng ô nhi m th c
an
ng. Trong các công ngh phân h y sinh h c thì
công ngh s d ng màng sinh h c (biofilm) do các vi sinh v t t o ra hi
c
xem là công ngh có hi u qu x lý ô nhi m d u và các h p ch t hydrocarbon vòng
i v i phenol, phân h y sinh h
c th c hi n ch y u làm phá v
9
c u trúc phân t c a chúng b ng cách s d ng các enzyme m vòng do các ch ng vi
khu n t i chính khu v c ô nhi m sinh ra.
X lý ch t ô nhi
sinh h c có th ti n hành theo
ng sinh h c và kích thích sinh h c.
-
ng sinh h
d ng t
c làm giàu ho c vi sinh v t s d ng các ch
tb
ct
sung vào các
ng b ô nhi m (Hirayama và cs, 1991) [27].
- Kích thích sinh h
c at
y s phát tri n, ho
tb
a có kh
u ch nh các y u t
ng s d ng ch
ng
i ch t
c h i thông qua vi c
m, pH, n
, oxy, ch t dinh
t và ch t xúc tác...(Hirayama và cs, 1991) [27].
Quá trình phân h y sinh h c phenol b i các vi sinh v
ch m, vì v y vi c t
u ki n thích h p cho t
là c n thi
ng x y ra v i t
t phát tri n t t nh t
y quá trình phân h
hi u qu phân h y sinh h c cao nh t có th
ngh phân h y sinh h
i
c coi là chìa khóa c a công
ng và cs, 1998) [2].
2.1.2.
2.1.2.1. Khái ni m v biofilm
Màng sinh h c (biofilm) là m t t p h p các vi sinh v t g n trên m t b m t c a
v t th r n ho c b m t ch t l ng, t o thành l p màng bao ph trên b m
(Morikawa, 2006) [41]. Ph n l n các vi sinh v
l
u có kh
ch ng ch
ng bán
o màng sinh h c. H vi sinh v t trong biofilm có kh
u ki n kh c nghi t c
ng t
tr
i ch t t t
và h n ch s c nh tranh c a vi sinh v t khác (Lazarova và cs, 2009) [34].
Biofilm không ph i là m t d ng s
c bi t mà trên th c t
th c t n t i khá ph bi n c a vi sinh v
t hình
ng t nhiên.
2.1.2.2. S hình thành và c u trúc c a biofilm
S hình thành c a biofilm
Biofilm là c
màng sinh h
ng g p trong t nhiên, trên 99% vi khu n s ng trong
ng hay g p nh
c, c n
10
máy l
ng ng d
t nt
u ki n b t l i (thi u dinh
ng, s c nh tranh...) vi sinh v t ph i h c cách bám trên b m t, c ng sinh v i
b o v mình và s
]. T l và m c
bám dính c a t bào vi khu n vào m t b m t ph thu
c tính k
cc a
b m t t bào, s hi n di n c a lông roi, tiên mao và ch t k t dính, protein màng t
bào và s s n xu t m
Biofilm có th
i ngo i bào (Dolan, 2000) [21].
c hình thành b i t p h p các t bào c a m
ch ng) ho c nhi
ng) lo i sinh v
khu n...bám dính trên b m t nh
nh.
n, n m, x
900 µm, liên
Thành ph n c a biofilm g m 2 thành ph n chính:
- Thành ph n t bào: g m t p h p các t bào c a m t hay nhi u lo i vi sinh v t
m, vi khu n, vi t o, x khu n, bám dính trên b m t nh
nh
(Burmolle và cs, 2006) [15]. Trong màng sinh h c các t bào t p h
v c u trúc là các vi khu n l c. Thành ph
c bi
ng trong quá
ub
c tính hình
thành màng sinh h c cho t ng loài vi sinh v t (Kumar & Anand, 1998) [32
nhi m ch
t các h p ch t ngo
m
a các y u t ph tr t
tr cho vi c bám dính c a các t bào khác lên b
m t giá th , liên k t v
-M
c ng sinh và t b o v mình.
i các ch t ngo i bào (extracellular polymeric substances
quanh các t bào t o nên c
EPS) bao
11
[13]. Bao g m các thành ph
nhiên thành ph n EPS r
ng nó còn tùy vào t ng loài vi sinh v t, d ng biofilm
u ki n hình thành. Trong các thành ph n chính thì polysaccharide chi m
kho ng 40-95%, protein kho ng 1-60%, 1-10% là axit nucleic và 1-40% là lipit
(Czaczyk, 2007) [18]. Các h p ch
i theo không gian và th i gian t n
t ic
i gian t n t i càng lâu thì
ng EPS càng nhi u. M
t bào t p trung cao nh t
màng sinh h c và gi m d
l
nh c a
n EPS l
vùng phía trong c a màng sinh h c. Thành ph n EPS trong h u h
khác bi t so v i vi khu n
d ng s ng t do. Nh ng thành ph
c xem xét
trong m t biofilm bao g m polysaccharide, protein và DNA (b ng 2.1).
B ng 2.1. Vai trò c a m
ng c a m ng
i ngo i bào
i ngo i bào trong màng sinh h c (Donlan, 2002) [22]
Thành ph n
Ki n t o
Polysaccharide, Amyloid
Ho t hóa
Enzyme ngo i bào
Ho t hóa b m t
Amphiplic
Truy n tin
Lectin, Acid nucleic
Ch
ng
Nhi u lo i polyme
Vai trò trong màng
sinh h c
C u t o nên c u trúc biofilm
Phân h y ch t h
a các b m t
Truy n thông tin gi a các t
bào trong m
i
Ngu n cung c p N
,
Carbon, Photpho
C u trúc Biofilm
C u trúc biofilm bao g m thành ph n t bào liên k t v i nhau m t cách ch t ch
và có tr t t
có t ch
mb os
i thông tin liên t c gi a các t bào. C u trúc biofilm
c thù và ph n ánh các ch
nh c a màng sinh h c, chúng
bi n m t khi các thành ph n c a ch t gian bào b lo i b nh
ch
t bi n. Trong biofilm có các kênh v n chuy
t
ng c a
c
12
c, các ch
cung c
chúng t n t
mang các ch t th
ng th
]
Màng sinh h c có c u trúc không
ng nh t, g m nhi u l p vi khu n hi u khí
bên trên và nhi u l p vi khu n k
u di n ra s
i (hình 2.2). Gi a các t bào vi khu n
i thông tin liên t
m b o cho màng sinh h c hình thành
chính xác.
Hình 2.2. C u trúc không gian c a biofilm v i m
C u trúc màng sinh h c ch u
ph
ng b i các y u t
c tính b m t, nhi
h
it m
i ngo i bào xung quanh
khu ch tán, thành
dày c a màng sinh
n vài cm tùy thu c vào loài vi sinh v t, tu i c a màng
sinh h
ng và áp l c dòng ch y (Cheng và cs, 2010) [19], (Jomeo,
2008) [29].
2.1.3.
c
Có r t nhi u các y u t
ns
ng phát tri n c a vi sinh v t
, pH, ánh sáng, các ch t gây c ch , các ch t xúc tác...
nhi
, pH và ngu
và có
ng nh
ng y u t d
n kh
u khi n
o màng c a vi sinh v t.
Nhi
M i ch ng vi sinh v t thích h p
hóa ch
nh ng nhi
phát tri n riêng. S chuy n
ng liên quan tr c ti p và ph thu c vào s
có m t c a các
enzyme. Vì v y, s hình thành c a m t màng sinh h c ph thu c vào s có m t và
t
ph n ng c a các enzyme mà ki m soát s phát tri n c a h th ng sinh lý và
13
sinh hóa c a vi khu n. Nhi
it
ph n ng c a enzym do
n s phát tri n c a t bào, t
thành màng sinh h c. Ngoài ra, nhi
n quá trình hình
ng còn
c tính
v t lý c a các h p ch t bên trong và xung quanh t bào (Garrett và cs, 2008) [24].
pH
Ch s pH có
v t. pH ho
ng c a vi khu
ng t t
ki m
ns
pH 7 và b
ng
ng và phát tri n c a vi sinh
trong kho ng t
c ch
ng
vi khu n
u ki n quá axit ho c quá
a, ph n
ng tr c ti
màng sinh h c c a vi sinh v t. N
H+ n m trong thành ph
i tr ng thái di n tích c a thành t bào. Tu theo n
c gi m kh
n kh
m th u c a t
o
ng làm
c a chúng mà làm
i v i nh ng ion nh
ng
th i, t bào vi khu n có các kênh protein liên k t v i màng sinh ch t.
ng
ng vi khu
ch nh các ho
i pH bên trong và bên ngoài t bào thông qua s
ng, t ng h p các proteins và liên quan tr c ti
u
n quá trình s n
xu t các polymer ngo i bào (Garrett và cs, 2008) [24].
Ngu
Các ngu
ng
ng ch y u c n thi t cho quá trình sinh t ng h p c a vi sinh
v
u c a Hijnen (2009) cho th y n
cao các ch t h
càng
ng t bào bám dính lên b m t và
h nên biofilm (Hijnen và cs, 2009) [26].
Carbon là nguyên t c
sinh v t và c n thi t v i s
n nh t t o nên các thành ph n c a t bào vi
ng l
khác, t l
t c n thi t cho quá trình hình thành
m
i các h p ch t ngo
i v i phân h y sinh h c ng d ng màng sinh
h c thì vi c s d ng ngu
u d chuy
y
s hình thành màng sinh h c t
i v i vi sinh v
c tìm th y trong các protein, enzyme, các thành ph n
t bào và acid nucleic. Các mu
ng trong vi c t ng h p
14
protein c a vi sinh v
n ph i cung c
t, vì không có
n hóa c a vi sinh v t s b
ngo
ng khi n m
c hình thành. S t ng h p m
i ngo i bào c a các t bào
vi sinh v t ph thu c vào ngu
ng nuôi c y.
ra r ng, n
kh
i các ch t
p trong m
ng,
ng nuôi c
ns t om
i ngo i bào giúp
t o màng sinh v t thu n l i (Sleytr, 1997) [46]. Vì v y, khi ngu
làm gi m kh
N
mu i NaCl
N
mu
ng tr c ti p lên s hình thành màng sinh h
ng m t s
nh s hình thành phát tri n màng sinh h
ti p qua
ns
ng t
khu
o màng c a vi khu n.
ng và phát tri n vi sinh v
ng có n
ng t
ng gián
vi khu n sinh
mu i th
ng có n
t s vi
mu i cao.
c tính t bào
c tính t bào có
n vi
o
các ch t ngo i bào (polysaccharide, protein, lipit...), kh
ng, lông roi,
lông nhung...(Davey và cs, 2000) [20]. Nh ng vi sinh v t có lông nhung, lông roi s
giúp cho vi c di chuy
ct
nt t
b m t giá th nh
sinh h
u qu t o biofilm
y nó có th d dàng di chuy
nm t
u ki n thu n l i cho vi c hình thành màng
ng th i giúp cho vi
u c a t bào vi sinh v t b m t t t
t s loài không có các ph n ph tr t bào v n có kh
hình thành biofilm m nh d a vào kh
t ng h p s n các ch t ngo
polysaccharide, glycoprotein t o thành c u trúc màng nh y (slime), màng giáp
(capsule) bao quanh t
d
(Costerton và cs, 1974) [17].
c tính này giúp các th bào t k t dính v i nhau, ví
t gây b nh: Streptococcus mutans, S. salivarius, ...
15
y vi c nghiên c u các y u t
là r t quan tr ng và c n thi
t o màng
n kh
mb
o màng sinh h c
u ki n thu n l
các vi sinh v t
m c t t nh t.
2.1.4.
2.1.4.1.
i truy n th ng
i truy n th
m hình
m sinh lý c a sinh v
-
phân lo i, c th :
m v hình thái: hình d
c, màu s c c a khu n l c; hình
d ng, kích c c a t bào vi sinh v t, cách th c di chuy n c a t bào...
car
mv
i ch
n ng nhu m Gram, ngu n
s d ng, ngu
chuy
Ngoài ra, còn r t nhi
ng...
m tra các ph n ng
sinh hóa c a vi sinh v t v i các ch t khác nhau, các ph n ng mi n d ch c a các
kháng nguyên là thành ph n c u t o c a t bào...
c l nh ng h n ch
cho nhóm vi sinh v t này (Enterobacteriaceae
nhóm khác (vi khu n Gram âm). H n ch c
th ng d
n nhi
ng h p ph
c dùng
iv i
i truy n
nh l i tên phân lo i c a m t s vi sinh
v t.
2.1.4.2.
i b ng sinh h c phân t
pháp sinh
