Giáo trình Vi sinh vật học đại cương: Phần 1 - Nguyễn Thị Liên (Chủ biên), Nguyễn Quang Tuyên

16644y

GIÁ0 DỤCyfKĐ^ ° TẠ0

t r ư ờ n g đ ạ i h ọ c n o n g lâ m t h a i n g u y ê n

NGUYỄN THỊ LIÊN (CHỦ BIÊN) - NGUYỄN QUANG TUYÊN



BỘ■ GIÁO DỤC ■VÀ ĐÀO TẠO •
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC N Ô N G LÂM

NGUYỄN THỊ LIÊN - NGUYỄN q u a n g t u y ê n
Chủ biên
NGUYỄN THỊ LIÊN

GIAO TRINH
VI SINH VẬT HỌC DẠI CƯ0NG
DAI HOC THAI NGUYÊN

PHỒNG m ơ ọ n

NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP
HÀ NỘI - 2004



LỜI NĨI ĐẨU

Giáo trìnli vi sinh vật học đại cương được biên soạn làm tủi liệu giáng
dạy, học lập clio giảng viên, sinh viên dại học, cao dẳng chuyên ngành
chăn nuôi - tliú V và sinh viên ngành sư phạm kỹ tliuật nông ngliiệp... thuộc
các trường đại học Nông ngliiệp, đồng thời có th ể dùng làm tài liệu tham
kháo clio các cán bộ làm cơng tác nghiên cíni vi sinh vật.
Vi sinli vật học đại cương trang bị cho sinh viên những hiểu biết cơ bàn
về đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh lý, sinh hoá, di truyền... của các nhóm
vi sinh vật thường gặp trong tự nhiên và trong cơ th ể người, động vật như: vi
khuẩn, virút, nấm men, nấm mốc... Ngồi ra, mơn học cịn nghiên cứu rác
độnq cùa các nhân tô' ngoại cánh tới vi sinli vật, nghiên cứu những m ặt có
lợi và có hại của vi sinh vật trong đời sống, đặc biệt trong lĩnh vực nơng
nghiệp. Qua chương trình cùa mơn học, sinh viên d ễ được trang bị những
kiến thức cơ bản đ ể hiểu rỗ, giải tlúch được các hiện tượng và ứng dụng của
vi sinli vật trong học tập, nghiên cứu váo thực tiễn sản xuất. Mơn học này
cịn làm tiền đề, cơ sở đ ể sinh viên tiếp thu kiến thức của các môn chuyên
ngành khác như: vi sinh vật học chăn nuôi, vi sinh vật liọc thú y, truyền
nhiễm...
Giáo trình được biên soạn lần đầu tiên nên khơng tránh khỏi sai sót,
chúng tơi mong nhận được ỷ kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp và bạn
đọc đ ể cuốn giáo trình được hồn thiện hơn.
Tập thể tác giả

3



Chương 1

GIỚI THIỆU
MƠN HỌC

•
■

l . l ễ ĐỊNH NGHĨA ĐẠI CƯƠNG VỂ VI SINH VẬT
1.1.1. Vi sinh vật: Microorganism
Vi sinh vật là tên chung dùng để chỉ tất cả các loại sinh vật nhỏ bé mà muốn nhìn
thấy rõ chúng phải sử dụng kính hiển vi.
Vi sinh vật (Microorganism) có nguồn gốc từ tiếng Hy lạp
- Micro:

nhỏ bé.

- Organism: cơ thể sống.
1.1.2. Vi sinh vật học: Microbiology
Vi sinh vật học là môn khoa học nghiên cứu về hoạt động sống của vi sinh vật.
Theo nguồn gốc Hy Lạp:
Micro:

nhỏ bé

Bios:

sự sống

Logos:

khoa học.

1.1.3. Các nhóm vi sinh vật chủ yếu
Trong nghiên cứu người ta phân loại vi sinh vật thành 6 nhóm chủ yếu sau đây:

- Vi khuẩn: Bacteria

- Tảo: Algae

- Nấm men: Levuve

- Động vật nguyên sinh: Protozoa

- Nấm mốc: Molds

- Virút: Virus.

1.1.4. Phân loại vi sinh vật học
Vi sinh vật học phát triển rất nhanh và đã dẫn đến tạo thành các lĩnh vực khác nhau.
Căn cứ vào đặc điểm và tính chất của vi sinh vật, hiện nay người ta phân loại vi sinh vật
học thành các lĩnh vực nghiên cứu chủ yếu sau đây:
- Vi khuẩn học: Bacteriology
- Nấm học: Micology
- Tảo học: Algology
- Virút học: Virology.
5


Dựa vào phương hướng ứng dụng, vi sinh vật học còn được phân chia thành:
- Vi sinh vật học y học

- Vi sinh vật học phóng xạ

- Vi sinh vật học thú y

- Địa sinh vật học

- Vi sinh vật học công nghiệp

- Vi sinh vât vũ trụ

- Vi sinh vật học nơng nghiệp

- Vi sinh vật học khịng khí

- Vi sinh vât học nước.
Trong vi sinh vật học nông nghiệp cũng có nhiều chuyên ngành như:
- Vi sinh vât học đất

- Vi sinh vật học thú y

- Vi sinh vât học chăn nuôi

- Vi sinh vật học thuỷ sản

- Vi sinh vật học lâm nghiệp

- Vi sinh vật học lương thực, thực phẩm.

1Ế2ỂĐỐI TƯỢNG NGHIÊN c ứ u VÀ NHIỆM v ụ CỦA VI SINH VẬT HỌC
1.2.1. Đối tượng nghiên cứu của vi sinh vật học
- Vi sinh vật học nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về hình thái, cấu tạo, sinh lý, sinh
hoá, di truyền... của các nhóm vi sinh vật thường gặp trong tự nhiên.
- Nghiên cứu vai trò to lớn về nhiều mặt của các nhóm vi sinh vật trong tự nhiên và
trong nơng nghiệp, tìm cách khai thác một cách đầy đủ nhất các tác dộng tích cực của

vi sinh vật cũng như tìm phương pháp ngăn chặn một cách hiệu quả nhất các tác động
có hại của chúng.
- Trên cơ sở nghiên cứu các đặc điểm sinh thái học và sinh vật học của các nhóm
vi sinh vật, xây dựng cơ sở cho việc tìm kiếm các kỹ thuật ni trổng có lợi nhất đối
với hoạt động của vi sinh vật, nhằm nâng cao khơng ngừng sản lượng và phẩm chất
hàng hố nơng nghiệp.
1.2.2. Nhiệm vụ cơ bản của vi sinh vật học
- Vi sinh vật học bảo vệ sức khoẻ của người và gia súc bằng cách nghiên cứu
nguyên nhân sinh bệnh, tìm ra và đem áp dụng những phương pháp chẩn đốn vi sinh
vật, những phương pháp phịng bệnh đặc hiệu và điều trị bệnh truyền nhiễm để ngăn
ngừa và phòng trừ dịch tễ, giảm nhẹ sự thiệt hại về người và gia súc, tiến tới thanh tốn
hồn tồn dịch bệnh.
- Vi sinh vật học góp phần phát triển nền kinh tế quốc dân, phát triển, bảo vệ đàn
gia súc, tránh thiệt hại về kinh tế. Do đó tăng mức sinh sản, tăng sản lượng, năng suất
chăn nuôi.
6


- Tãng sản lượng ngành trồng trọt bằng những ứng dụng trong quy hoạch sản xuất
nơng nghiệp, bố trí cây trồng, trong việc tác động các yếu tố kỹ thuật, biện pháp kỹ
thuật canh tác dể nâng cao tính chống chịu của cây đối với vi sinh vật gây bệnh...
- ứng dụng trong chế biến, bảo quản thực phẩm, chế biến thức ăn cho gia súc (bia,
rượu, ủ thức ăn gia súc...).
1.3. LỊCH SỬ PHÁT TRIEN c ủ a VI SINH VẬT HỌC
1.3ềl . Những khái niệm về vi sinh vật dưới thời thượng cổ và trung cổ
- Từ thời thượng cổ con người đã biết ủ phân, trồng xen cây họ đậu với các loại cây
trồng khác, loài người đã biết ứng dụng những hiện tượng vi sinh vật trong thực tế. Cách
đây trên 4000 năm họ đã biết gây men để nấu rượu, làm bánh mỳ, biết cất giữ lâu ngày
những thực phẩm động vật hay thực vật... Nhưng bản chất của các hiện tượng này thì
chưa giải thích được.

Lịch sử cũng cịn ghi lại những trang khủng khiếp về thảm họa của bệnh truyền
nhiễm, như một số bệnh sau:
+ Bệnh dịch hạch: như dòng nước lũ, nhiều nãm cuốn đi dân số của từng thành phố,
từng quốc gia. Ở thời đại đế quốc Đông La Mã, chỉ trong vòng 50 năm dân ở vùng Đại
Trung Hải đã mất đi gần 100 triệu người. Đến đầu thế kỷ XV 1/4 dân số châu Âu bị chết
vì bệnh này.
+ Bệnh dịch tả: ở Ấn Độ trong 12 năm (1880-1892) chết 4,5 triệu người, ở Nga năm
1840 chết 12 vạn người.
+ Bệnh đậu mùa: thường 1/3 số người mắc bệnh bị chết ở thế kỷ XVIII. Ở Pháp
hàng năm trung bình có 3 vạn người bị chết. Ngồi ra bệnh dịch còn làm tổn thất lớn
cho đàn gia súc.
Trước nhũng bệnh do vi sinh vật gây ra, loài người thời thượng cổ và trung cổ cho
rằng đó là sự trừng phạt của thượng đế thánh thần v.v... và những côn trùng, động vật như
ruồi, bọ, chim đều là những quá trình 'Tựsinh" của các vật chất mà ra.
Đế đấu tranh giành sự sống, qua nhiều năm con người đã có những kinh nghiệm
phòng bệnh như:
- Thời thượng cổ: người ta đã biết chủng đậu bằng cách lấy vẩy đậu mùa của người
mắc bệnh gói lại, sấy khỏ trên ống khói rồi nghiền nhỏ bỏ vào mũi người khoẻ để phòng
bệnh đậu mùa.

- Thổ dân Châu Phi đã biết tiêm chủng để phòng bệnh viêm màng phổi cho bò bằng
cách: lấy kiếm chọc vào phổi con mắc bệnh đã bị giết, để cho dịch phổi ngấm ướt mũi
kiếm rồi đem mũi kiếm đó rạch vào da chân con vật khoẻ để tạo miễn dịch.

7


1.3.2. Thời kỳ phát minh ra kính hiển vi - phát hiện và phân loại vi khuẩn học
(giai đoạn hình thái từ th ế kỷ XVIỉ đến cuối th ế k ỷ XIX)
Do sự phát triển của mậu dịch, đòi hỏi cần phải cải tiến các dụng cụ quang học như:

ống nhòm, ống đo để dùng vào hàng hải nên kính hiển vi đã được phát minh.
Kính hiển vi được phát minh vào khoảng nãm 1609 cùng một lúc do hai ơng: Jansen
(Hà lan) tổ hợp nhiều kính trong một ống và ông Galile (Ý) đã căn cứ vào nguyên lý
khoa học phát minh ra kính hiển vi đầu tiên.
Năm 1676 Liuoenhốc (Leeuwenhock) (1632-1723) đã phát minh ra kính hiển vi có độ
phóng đại gấp 300 lần và chính ơng là người đầu tiên sử dựng kính hiển vi để nghiên cứu
vi sinh vật. Ông là thuỷ tổ của nguyên sinh động vật học và vi sinh vật học. Kính hiển vi
ơng dùng xem vi khuẩn là một kính lồi hai mặt rất đơn giản, tiêu cự ngắn, đặt giữa hai đĩa
kim khí, tiêu bản xem để vào trong giọt nước hay trong ống thuỷ tinh mỏng đặt ở một
điểm của giá kim khí, có thể di chuyển đến tiêu điểm bằng cách vặn ốc, phóng đại được
300 lần. Ơng đã sử dụng kính hiển vi này để xem các loại vi sinh vật trong phân người và
súc vật, quan sát nước ao tù, các dung dịch ngâm các chất hữu cơ, bựa răng, nước hạt tiêu
để tìm nguyên nhân tại sao hạt tiêu có sức nóng. Ơng đã tìm ra tại sao trong miệng của
người có nhiều vi sinh vật như: cầu khuẩn, trực khuẩn và xoắn khuẩn. Ông đã viết: "Tơi
thấy trong miệng tơi có nhiều vi sinh vật tí hon hoạt động, chúng nhiều hơn so với cả
Vương quốc Hà Lan hợp nhất". Với quan sát và phát hiện của mình Liuoenhốc đã trình
bày vấn đề đó trong nhiều tiểu phẩm. Những tiểu phám này đã được tập hợp lại trong tác
phẩm "Phát hiện của Liuoenhốc vê những bí mật của giới tự nhiên" xuất bản năm 1695.
Trong tác phẩm này ông đã ghi chép tỉ mỉ tất cả những điều quan sát được về vi sinh vật.
Tuy nhiên mãi đến 150 năm sau, vi sinh vật mới được chú ý.
Có thể nói Liuoenhốc là nhà vi sinh vật học tài nhất thời ấy. Ơng tìm ra vi khuẩn
trong nhiều loại nước. Năm 1680, mô tả men trong rượu bia. Năm 1681, tìm ra vi khuẩn
và xoắn khuẩn ưong miệng và ruột.
Sau sự phát minh ra kính hiển vi là thời kỳ áp dụng vào việc mô tả vi sinh vật cũn°
là thời kỳ mà người ta biết dùng kính hiển vi vào việc kiểm tra các lồi vi khuẩn trong
phạm vi hẹp, phạm vi hình thái học, thời kỳ này kéo dài từ thế kỷ XVII đến cuối thế kỷ
XIX; chỉ đến khi Pasteur bắt đầu chỉ đạo việc nghiên cứu bất cứ loài vi khuẩn nào về
tính chất sinh vật học của nó thì mới chuyển sang thời kỳ vi sinh vật học.
Trong thời kỳ dài kiểm tra vi khuẩn bằng kính hiển vi, do phương pháp nghiên cứu
hình thái vi sinh vật một cách thuần tuý chưa tiến bộ cho nên không đưa ra được một

phương pháp phân loại vi khưẩn có căn cứ khoa học, cách phân loại lúc bấy giờ rất hỗn
tạp, các nhà khoa học tự nhiên chỉ đem tất cả các loài vi khuẩn tập trung lại một cách
hỗn loạn. Từ 1830 - 1860, khoa phân loại học được hình thành sau khi đã vận dụng
phương pháp nghiên cứu so sánh giữa các cơ thể.
8


1.3.3. Giai đoạn vi sinh vật học
Cuối thế kỷ XIX, do sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật phục vụ cho
công nghiệp tư bản chủ nghĩa, khoa học vi sinh vật học cũng thu được những tiến bộ lớn
lao. Thời kỳ này vấn đề cơ bản của vi sinh vật học là nghiên cứu quá trình truyền nhiễm
và tìm phương pháp ngăn ngừa bệnh truyền nhiễm xảy ra. Những đóng góp xây dựng
cho sự phát triển của vi sinh vật học ở giai đoạn này tập trung nhất vào các cơng trình
của nhà bác học Pháp L. Pasteur.
*
P astơ (Louis Pasteur) 1822-1895: Ông là nhà vi sinh vật học có tiếng tăm nhất
thế giới lúc bấy giờ. Ông là nhà vi sinh vật học thú y, là người đã mở đầu cho giai đoạn
mới trong lịch sử phát triển vi sinh vật học. Đó là thời kỳ sinh lý học, đưa vi sinh vật học
phát triển đến chỗ thành một môn khoa học độc lập.
Những công trình đầu tiên của Pasteur nhằm giải quyết vai trị của vi sinh vật trong
các q trình lên men. Ơng đã chứng minh được bản chất của sự lên men (lên men rượu,
sữa...) là do tác động của men đặc hiệu. Ơng đã nghiên cứu và nhận thấy q trình
chuyển nước nho thành rượu vang là nhờ tác dụng của nấm men. Ơng đã tìm cách phịng
ngừa sự hố chua của rượu và xác định nguyên nhân rượu đã biến thành dấm là kết quả
hoạt động của một loại vi sinh vật khác. Nghiên cứu của Pasteur khơng những có tác
dụng lớn đến kỹ thuật chế biến rượu mà còn giải quyết một cách cơ bản một trong
những quá trình sinh lý quan trọng, đó là q trình hơ hấp. Ơng đã chỉ rõ lên men là một
q trình hơ hấp yếm khí.
Trong khi nghiên cứu q trình lên men, Pasteur đã tìm ra một nguyên tắc đơn
giản nhưng rất có giá trị: khi rượu đã đủ ngon rồi thì chỉ cần đun nóng lên và giữ trong

thùng kín là có thể bảo quản được khá lâu. Phương pháp khử trùng Pasteur này có tác
dụng to lớn đối với cơng nghiệp thực phẩm và đặt cơ sở cho các phương pháp khử
trùng trong y học.
Pasteur đã chứng minh được sự sai lầm của thuyết "ngẫu sinh":
Thuyết ngẫu sinh cho rằng: sinh vật tự nhiên phát sinh. Động vật và thực vật là do sự
tổ hợp tự nhiên của các nhân tố và những chất thượng đẳng.
V í dụ: Xác sư tử sinh ra ong và mật.
Chuột sinh ra từ giẻ rách và hạt lên men...
Pasteur đã làm một loạt thí nghiệm như sau:
T hí nghiệm 1: lọc khơng khí qua bơng (len) có nhiều vi khuẩn nằm trên bơng lọc,
lấy một ít chất trên bơng lọc cấy vào dịch bồi dưỡng đã khử trùng thấy vi khuẩn mọc rất
nhanh, mạnh.

9


- Thí nglỉiệm 2.Ếlấy nước thối dun khứ trùng, giữ nước đó một thời gian, nếu nước
khơng bị bụi ớ khơng khí vào thì khơng bị nhiễm trùng.
Qua những thí nghiệm này Pasteur đã chứng minh rằng: chỉ có vi khuẩn cho vào
mòi trường mới sinh sỏi nảy nở được và ông đã kết luận: sinh vật không thê tự hhiên
phát sinh dưới bất cứ một điều kiện nào và sinh mệnh tất nhiên phải liên quan đên sự tồn
tại của tế bào, tế bào chí có thể do tế bào sinh ra.
Theo Pasteur thì vi khuẩn có tính chất cố định, khơng thay đổi, sự phát siíihẽ bệnh
truyền nhiễm là do tác động duy nhất của vi khuẩn (quan điểm này chưa hồn tồn đúng
vì tác động gây bệnh cịn phụ thuộc vào yếu tơ cơ thể và •ngoại cánh - quan điểm của
Paplop).
Quan điếm của Pasteur cho rằng sinh vật không thể tự nhiên phát sinh được dưới bất
cứ một điều kiện nào, quan điểm này trái với quan điểm của Su-khô-chép. Theo thuyết
tế bào không sinh mệnh của Su-khơ-chép thì trong thiên nhiên cũng có loại sinh vật
khơng có tế bào như những chất kết tinh của chất đản bạch và những thể qua lọc của vi

khuẩn (như vi khuẩn lao), những chất đó sinh ra tế bào. Trong những điều kiện nhất định
nào đó, do những biến đổi phức tạp của vật chất, sinh vật có thể từ trong những vật chất
khơng có sinh mệnh tự sinh ra.
- Năm 1857 Pasteur đã xác định rằng lên men lactic là do vi khuẩn lactic đảm
nhiệm.
- Nãm 1863 ông đã chứng minh bệnh nhiệt thán là do một loại vi khuẩn gây ra. Ông
lấy máu cúa con vật chết vì bệnh than cấy vào chất dịch ni dưỡng đã vơ trùng, một vài
ngày sau chất dịch đó đục lên, khi đem soi trên kính hiển vi thấy có vi khuấn. Ơng lấy
một giọt dịch ni xát vào da con vật khác thì thấy con vật đó mắc bệnh than và chết,
ông đã xác định được vi khuẩn là nguồn gốc gây bệnh than.
Ngày 30 tháng 4 năm 1878, trong báo cáo đọc tại Viện hàn lâm khoa học Pháp,
Pasteur chỉ ra rằng có những bệnh nhiễm trùng, bệnh lây truyền mà nguyên nhân chỉ là
những vi sinh vật. Lần đầu tiên vai trò của vi sinh vật trong nguyên nhân gây bệnh ờ
người và động vật đã được khẳng định.
Ỏ miền Nam nước Pháp và Italia, tằm thường bị bệnh rất nghiêm trọng. Qua nghiên
cứu Pasteur thấy rằng bệnh này do một loại vi sinh vật gây ra. Để tránh lây lan ơng đã đề
xuất phịng bệnh bằng phương pháp cách ly, phương pháp này có hiệu quả. Nó đã giải
quyết được vấn đề lớn trong nghề ni tằm lúc bấy giờ. Từ nghiên cứu này Pasteur đã
ứng dụng vào việc chữa bệnh cho người và gia súc. Từ đó phương pháp cách ly để tránh
sự lây lan của bệnh tật đã trớ thành một phương pháp phòng bệnh rất quan trong có khả
nãng phịng chống bệnh. Ong đã đề xuất phương pháp làm yếu vi khuẩn nhiệt thán ở
nhiệt độ 42-43'’C và làm vacxin chống bệnh nhiệt thán, cứu nguy cho nhiều đàn gia súc
của nước Pháp lúc bấy giờ đang bị dịch than gây chết hàng loạt. Pasteur đã làm thí
10


nghiệm tiêm phòng vacxin cho cừu vào năm 1881 ớ nông trường Paifo, ỏng chọn 50 con
cừu, 25 con được tiêm chủng vacxin, số còn lại được tiêm vi khuẩn sống chưa làm yếu.
Thí nghiệm đạt kết quả là: 25 con được tiêm chủng vacxin vẫn sống khoẻ mạnh, còn 25
con kia đều bị chết. Pasteur cũng đã nghiên cứu bệnh dịch tả gà. Ông đã chứng minh

bệnh do một loại virút gây nên. Pasteur đã tìm cách cấy virút đó ở phịng thí nghiệm và
sau đó chế thành vacxin phòng bệnh dịch tả gà. Kết quả nghiên cứu của ông tạo ra cơ sở
cho phương pháp phòng bệnh bằng tiêm phòng vacxin.
Năm 1880, Pasteur đến thăm một em bé trai chết vì bệnh dại, cái chết đến với em bé
rất kinh khung, em đã bị điên dại một cách rất thương tâm. Pasteur đã dày công nghiên
cứu về bệnh dại. Khi nghiên cứu về bệnh dại ông đã gặp phải loại vi sinh vật khơng nhìn
thây trong kính hiển vi thường, nhưng áp dụng phương pháp giảm độc, ông đã tạo ra
được giống virút dại cố định để chế vacxin phịng dại. Ơng là người đầu tiên nghiên cứu
chế được vacxin dại. Ơng lấy não chó dại, nghiền nát rồi đem tiêm vào não thỏ và rồi từ
não thỏ này truyền sang não thỏ khác, cứ như thế nhiều lần, thu được mầm bệnh dại cố
định đối với thỏ. Não thỏ này được làm khô bằng Potat 14 ngày thì mầm bệnh yếu đi và
khơng gây được bệnh dại cho chó.
Ngày 6 tháng 7 năm 1885, Pasteur dùng vacxin dại của mình chế để tiêm cho người.
Bé gái Joseph 9 tuổi bị chó dại cắn nhiều vết sâu, là nạn nhân đầu tiên đã được Pasteur
cứu sống.
Bệnh nhân tiếp theo là chú bé Jupille, 15 tuổi, cũng được cứu sống. Tiếng đồn lan
xa, từ nhiều nước trên thế giới, các bệnh nhân bị chó dại cắn đã đến với Pasteur. Đây là
một cống hiến to lớn của ông cho nhân loại và cơng trình nghiên cứu vacxin phịng dại
đã đưa Pasteur đến đính cao vinh qưang trong cuộc đời khoa học của ông.
Timiriadep viết về Pasteur như sau: "Cuộc đời của nhà khoa học vĩ đại... đã để lại
những ảnh hướng chưa từng có đối với đời sống nhân loại... v ề y học, từ sau khi loài
người nguyên thuỷ tìm cách thốt ra khỏi những uy hiếp của dã thú trong rừng sàu, trên
lịch sử chưa từng có nhũng tiến bộ nào có ý nghĩa quyết định như công trinh nghiên cứu
của Pasteur".
*
Cốc (Robert Kock) 1843-1910: đồng thời với Pasteur, nhà bác học Đức là Kock
đã có những cống hiến lớn cho thú y và nhân y.
Năm 1876 ông đã phát hiện ra trực khuẩn nhiệt thán hình thành nha bào.
Năm 1882 ông phân ly được vi khuẩn lao người và lao bò (gọi là trực khuẩn Kock)
và phát minh ra khuẩn tố lao Tuberculin dùng để chẩn đốn bệnh lao của súc vật.

Năm 1884 ơng phán ly được vi khuẩn tả. Ông là người sáng lập ra phương pháp vi
sinh vật học, phát minh ra phương pháp dùng môi trường đặc: gelatin, huyết thanh đặc,
khoai tây... để ni cấy vi sinh vật. Ơng cịn tìm ra cách dùng thuốc nhuộm Anilin để
nhuộm vi khuẩn (1877) và dùng kính hiển vi để nhiếp ảnh.
11


Bên cạnh những phát hiện mới về vi khuẩn gây bệnh và phương pháp vi sinh vật học,
ơng cịn mang tính bảo thủ trong học thuyết đơn hình thái (học thuyết vĩnh viễn bất biến
của hình thái vi khuẩn). Do những quan niệm sai lầm về tính bất biến vĩnh viễn của vi
khuẩn gây bệnh nên ông đã nhận định sai rằng: vi khuẩn lao của bị hồn tồn khơng có
hại đối với người.
Trong 10 nãm sau học trị của Kock đã phát hiện các bệnh bạch hầu, uốn ván, dịch
hạch, xác định và phát hiện những bệnh vi khuẩn chính nguy hiểm nhất đối với gia súc
về mặt kinh tế, năm 1842 bệnh tỵ thư và lợn đóng dấu, năm 1887 bệnh tụ huyết trùng ở
dê và cừu, nãm 1888 bệnh xạ khuẩn, nãm 1895 bệnh độc thịt, năm 1896 bệnh sẩy thai
truyền nhiễm của bị.
* M etsnhicơp (M etchnikov 1845-1916, Nga):
Qua nhiều năm nghiên cứu ỏng sáng tạo ra thuyết miễn dịch thực bào, cho rằng
phản ứng thực bào trong cơ thể biểu hiện sự bảo vệ cơ thể đối với sự xâm nhập của vi
khuẩn. Metsnhicôp đem so sánh sinh lý học và bệnh lý học, tiến hành nghiên cứu rất tỷ
mỷ các giai đoạn tiến hoá khác nhau của động vật, quá trình dinh dưỡng của tế bào trong
cơ thể.
Trong thời kỳ đầu phát triển vi sinh vật học, ông đề xướng vấn đề biến dị của vi sinh
vật và chứng minh rằng có thể dùng điều kiện cải biến ngoại giới để cải biến khả năng,
phẩm chất của vi khuẩn và cơ thể để đạt được sự di truyền, biến dị vĩnh viễn
Đối lập với thuyết miễn dịch thực bào của Metsnhicỏp có thuyết miễn dịch dịch thể
của ông Nutan đề ra năm 1888, căn cứ vào khả năng diệt khuẩn của dịch thể, của máu,
khả năng bảo hộ của thể dịch là do sự xuất hiện trong huyết thanh những chất gọi là
kháng thể, tác động đặc hiệu đối với vi khuẩn. Ơng cịn nghiên cứu sâu trực khuẩn sữa

chua (Bacterium - lactic axit) ứng dụng trong công nghiệp và công nghệ chế biến sữa.
1.3.4. Thời kỳ phát hiện và nghiên cứu virút
Đến cuối thế kỷ thứ XIX, khoa học đã tìm được vi khuẩn gây bệnh đối với nhiều
bệnh truyền nhiễm. Tuy vậy vẫn cịn nhiều bệnh chưa tìm được ngun nhân vi sinh vât
thí dụ như bệnh đậu mùa, bệnh dại, bệnh cúm.
- Năm 1892: Ivanôpski (Ivanovski 1864 - 1920, Nga) là người đầu tiên phát hiện ra
virút: Khi nghiên cứu bệnh đốm thuốc lá ơng đã tìm ra virút đốm thuốc lá, lấy lá có
bệnh ngâm nước, lấy nước đó tiêm cho lá khác thì gây được bệnh nhưng nhìn khơng
thấy trong kính hiển vi và khơng ni cấy được, đem nước đó lọc qua ống lọc mà vi
khuẩn khơng thể qua được, dùng nước lọc tiêm thì cũng truyền được bệnh lần đầu tiên
ỏng chứng minh có virút.
- Năm 1939: kính hiển vi điện tử được phát minh có độ phóng đại hàn° chục vạn lần
đã giúp đỡ các nhà vi sinh vật học rất nhiều trong việc nghiên cứu các cấu trúc vi thể của
vi khuẩn và virút.
12


1.3.5. Giai đoạn hiện đại của sự phát triển vi sinh vật học
Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành khoa học chính xác và sự ra đời của
hàng loạt các phương tiện nghiên cứu mới đã đưa đến những tiến bộ có tính chất nhảy
vọt trong sinh học nói chung và trong vi sinh vật học nói riêng.
- Nhờ có kính hiển vi điện tử phân biệt được hai điểm cách nhau 10A°, lồi người có
thể thấy được rõ ràng từng cấu trúc của virútế
- Nhờ có máy siêu âm phá vỡ tế bào và màng tách từng cấu trúc tế bào, người ta có
thể nắm được từng loại cấu trúc xây dựng nên tế bào vi sinh vật.
- Nhờ máy siêu ly tâm có thể làm lắng được các hạt từ 10-15 milimicron đến 300
milimicron để đo kích thước của virút.
- Nhờ các phương pháp phân tích nhanh chóng và hiện đại (như điện tử, sắc ký,
quang phổ tử ngoại, quang phổ phát xạ, quang phổ hồng ngoại, cộng hưởng từ hạt
nhân...). Ngưịi ta có thể làm thuần khiết và định lượng từng nhóm hợp chất hố học

chứa trong tế bào vi sinh vật hoặc các sản phẩm trao đổi chất mà vi sinh vật đã tích lũy
trong mơi trường xung quanh.
- Dùng kính hiển vi hiện đại, hiển vi huỳnh quang, vạn năng, hồng ngoại, tử ngoại
và dùng phương pháp quay phim khoa học để nghiên cứu tác dụng gây bệnh của vi khuẩn
trong tế bào, rút ngắn thời gian nghiên cứu từ 20 phút xuống còn 1-2 phút.
- Nhờ kỹ thuật nhiễm xạ tia Rentgen và việc sử dụng máy tính �ỆN TƯỢNG DI TRUYEN ở VI KHUAN
4.2ếl . Đột biến
4.2.1.1. Đ ịnh nghĩa

Đột biến là sự biến đổi đột nhiên một tính trạng di truyền được, trong một quần thể
tế bào vi khuẩn đồng nhất xuất hiện một cá thể có một tính trạng khác và truyền được
tình trạng này cho các thế hệ sau, tạo thành một clon, cá thể này gọi là biến chủng hay
chủng đột biến.
Thí dụ:
- Trong một quần thể vi khuẩn chịu tác dụng của Streptomyxin (ký hiệu Strs) xuất
hiện một vài tế bào kháng lại streptomyxin (ký hiệu Str1').

- Trong một quần thể Salmonella typhi không tổng hợp được tryptophan (tryptophan )
xuất hiện một vài tế bào tổng hợp được tryptophan (tryptophan+).

4.2.1.2. Các tính chất
- Đột biến: xảy ra ngẫu nhiên (tự phát). Thí nghiệm "ỉn nhung' của Lederberg đã chứng
minh được tính chất này: từ một quần thể vi khuẩn nhạy cảm với streptomyxin (Str5) chưa
hề tiếp xúc với streptomyxin tìm ra được biến chủng kháng lại streptomyxin (Str).

74


- Đột biến xảy ra hiếm: tần xuất đột biến thường là 10 - 10’9, nghĩa là ở mỗi thế hệ
cứ độ

tế bào thì có một tế bào đột biến.
' 7

1

0

7

1

0

9

- Đột biến có tính chất bền vững và duy trì được từ thế hệ này sang thế hệ khác (tuy
vậy có đột biến ngược, tạo nên qn bình trong quần thể).
- Đột biến có tính đặc hiệu: mỗi đột biến chỉ liên quan đến một tính trạng, khơng
liên quan đến các tính trạng khác.
- Đột biến có tính độc lập: xảy ra riêng rẽ, đột biến này không ảnh hưởng đến đột
biến khác. Biến chủng có thể bị thêm một đột biến.
ứng dụng trong điều trị: người ta dùng phối hợp 2- 3 loại thuốc kháng sinh để giảm
bớt nhiều khả năng xảy ra những biến chủng kháng thuốc, đảm bảo diệt được vi khuẩn.
Thí dụ: Tần suất đột biến kháng thuốc của một chủng vi khuẩn gây bệnh đối với

từng thuốc kháng sinh A và B là 10 và 10 thì tần suất đột biến kháng đồng thời cả hai
' 7

' 8

thuốc là 10'7 X 10'*= 10-I5ề

4.2.1.3. C ơ chê đột biến
Cơ chế chung của đột biến là trong một đoạn gen của ADN có một sự thay đổi trật
tự các nucleotit.

Trật tự các nucleotit trong ADN có thể bị thay đổi trong hai trường hợp sau đây:
- Một cặp bazơ bị thay đổi bởi một cặp bazơ khác, do nhầm lẫn trong sao chép. Thí
dụ: cặp A - T bị thay bằng cặp G - X.
- Một bazơ bị chêm vào ADN hoặc bị loại ra khỏi ADN trong q trình sao chép.
Thí dụ trong đoạn ADN với những bazơ TAG/TXA/AGG/XAT/TGX, có bazơ thứ 3
bị loại ra và trật tự chuỗi bazơ sẽ đổi thành TAT/XAA/GGX/ATT/GX.

4.2.1.4. Tác nhân gây đột biến
Có những tác nhân lý, hố học tác động làm tăng tần xuất đột biến như.
- Tác nhân vật lý: tia cực tím, tia rơnghen, các bức xạ ion hoá, nhiệt...
- Tác nhân hoá học: một số hợp chất nitơ, các chất alkyl hóa, các đồng đẳng bazơ,
các nitropyren, acridic, iốt, actinomyxin...
Người ta dùng những tác nhân gây đột biến trên đây trong các thí nghiệm để gây
nên những đột biến cảm ứng.
4.2.1.5. K ết qu ả đột biến

Nhiều tính trạng của vi khuẩn có thể bị đột biến.

75


Đột biến về hình thái, như về khuẩn lạc (thể s thành thể R, màu sắc khuẩn lạc), kích
thước vi khuẩn, màng vi khuẩn, lơng, nha bào...
Đột biến về tính chất hố sinh, về tính kháng ngun, về khả năng gây bệnh, về khả

năng kháng thuốc...
Trong việc nuôi giữ các chủng thuần khiết, cần phải đề phòng đột biến.
4.2.2. Biến nạp (transíorsation)

4.2.2.1. Định nghĩa
Biến nạp là sự chuyển ADN tự do hồ tan dưới thể dung dịch, được giải phóng hay
chiết rút ra từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận, đây là sự trao đổi tự do khơng có sự can
thiệp của bất cứ nhân tố nào khác.
Griffith (1928) đã phát hiện ra hiện tượng biến nạp qua thí nghiệm sau:
Ông sử dụng vi khuẩn Diplococcus pneumoniae là một song cầu khuẩn gram dương,
có giáp mơ (vỏ nhầy) gây bệnh viêm phổi. Khả nãng gây bệnh của vi khuẩn này phụ
thuộc vào vỏ nhầy. Khuẩn lạc của vi khuẩn có 2 dạng: dạng s bóng láng và dạng nhám
R. Vi khuẩn dạng s (nịi dại) độc hại, có giáp mỏ bao bọc làm hình thành những khuẩn
lạc bóng láng trên mỏi trường đặc. Chúng có các tip s,, S|| , sm... (được xác định bởi sự
khác nhau của thành phần giáp mơ). Vi khuẩn dạng R khơng có giáp mơ, khơng có khả
năng gây bệnh, làm hình thành những khuẩn lạc thơ, nhám. Thí nghiệm được tiến hành
như sau:
Tiêm cho chuột dung dịch có vi khuẩn dạng s m đã bị xử lý bằng nhiệt độ và dung
dịch có vi khuẩn dạng R không bị xử lý, kết quả chuột đều không bị bệnh và kiểm tra
không phát hiện thấy có vi khuẩn sm hoặc R trong máu. Nhưng nếu trộn 2 dung dịch ở
trên lại thì thấy chuột mắc bệnh, kiểm tra máu thấy có vi khuẩn sống dạng S|,|.
Từ kết quả này Griffith đã đưa ra nhận định: Đã có một thành phần vật chất nào đó
của vi khuẩn dạng S|„ bị diệt chết bằng nhiệt độ được chuyển cho vi khuẩn sống dạng R
và làm cho vi khuẩn này có khả năng hình thành giáp mỏ và gây bệnh, bị biến đổi thành
vi khuẩn dạng s m. Hiện tượng này được gọi là biến nạp và nhân tố gây nên hiện tượng
này là nhân tố biến nạp.
Năm 1944 Avery Maccathy đã chứng minh được nhân tố gây ra sự biến nạp là thành
phần ADN, vật chất di truyền đặc hiệu của tế bào. Đặc điểm của ADN biến nạp là:
-

Chỉ với một nồng độ cực nhỏ (vài phần ngàn |ag/ ml) ADN tinh khiết cũng gây ra

sự biến nạp. Số lượng tế bào được biến nạp tỷ lệ thuận với nồng độ của ADN cho đến
khi có một nồng độ bão hồ, người ta có thể chuẩn độ được nồng độ ADN biến nạp.

76


- ADN biến nạp có tính đặc hiệu ở chỗ nó chỉ tạo thành kiểu tế bào tương ứng với
ADN gây biến nạp của tế bào đó.
Vi khuẩn dạng R + ADN của vi khuẩn dạng S ị ----------> V K dạng s,
R + ADN của vi khuẩn dạng s m---------->V K dạng S|J,
- Sự biến nạp cịn có tính thuận nghịch, ADN của tế bào này có thể gây biến nạp cho
tế bào khác và ngược lại.
VK dạng s ni + ADN của VK dạng S|Ui-------- -> VK dạng s mi
Suli + ADN của VK dạng s m -------- -> VK dạng s m
s mi là dạng tế bào trung gian.
- Sự biến nạp do ADN gây nên có thể được duy trì ở thế hệ con cháu và cũng vì thế
người ta có thể chiết rút được số lượng ADN gây biến nạp lớn hơn gấp nhiều lần so với
lúc đầu.

4.2.2.2. Điều kiện cần thiết cho sự biến nạp
Nghiên cứu tần số xuất hiện của tế bào biến nạp cho thấy: trong cả quần thể không
phải tế bào nào cũng trở thành tế bào biến nạp, vì sự biến nạp phụ thuộc vào nhiều yếu
tố đó là:
- Phụ thuộc đặc tính di truyền: có lồi vi khuẩn khơng có khả năng biến nạp, có thể
do tác động của enzim ADN-aza ngoại bào, sự ngăn trở của vỏ nhầy dày, bền chắc đối
với ADN. Biến nạp hay sự tác động của các nhân tố khác làm giảm khả năng thấm qua
của ADN biến nạp qua vỏ tế bào.
- Khả năng dung nạp ADN tự nhiên của các nòi trong các lồi có khả năng biến nạp

cũng có sự sai khác nhau do sự phụ thuộc của nó vào trạng thái sinh lý của tế bào. Nhiều
thí nghiệm chứng minh: ADN biến nạp chỉ có thể thấm qua tế bào ở giai đoạn nào đó
của thời kỳ sinh trưởng, được gọi là giai đoạn cảm ứng sinh lý. Ở giai đoạn này do sự
tổng hợp một yếu tố dung nạp là enzim ngoại bào có hoạt tính cao, khuếch tán vào môi
trường tạo nên những thay đổi đặc trưng trên bề mặt tế bào như làm cho vách tế bào xốp
có nhiều lỗ hổng hoặc tạo thành những vùng đặc thù có khả năng liên kết với ADN. Sự
xuất hiện giai đoạn cảm ứng cũng như mức độ cảm ứng sinh lý của tế bào phụ thuộc vào
điều kiện môi trường ni cấy như dinh dưỡng, sự thơng khí, pH, nhiệt độ.
Người ta có thể sử dụng các nhân tố vật lý, hoá học tác động để tăng khả nãng dung
nạp ADN như xử lý tế bào bằng CaCl hay dùng xung điện để tạo sự kích thích của điện
trường đối với màng làm cho nó trở nên dễ thẩm thấu và dung hợp được. Phương pháp
này có thể dùng gây biến nạp ADN plasmit cho một số vi khuẩn gram dương và vi
2

khuẩn gram âm.

77


- Vi khuẩn cần làm biến nạp trước tác động của ADN ngoại lai bắt buộc phải ở trong
một trạng thái tiếp thu gọi là trạng thái tiếp thu biến nạp. Đó là một trạng thái sinh lý
giao thời cần thiết cho sự kết hợp của ADN để sau này xâm nhập vào hệ gen. Đó khơng
phải là tính trạng di truyền, nó chỉ xuất hiện trong điều kiện ni cấy nhất định, thay đơi
tuỳ theo lồi vi khuẩn: pH, nhiệt độ, cân bằng ion, sự quấy đảo...). Sự thay đổi của thành
phần tế bào là sự cần thiết cho sự xâm nhập của ADN.
- Kích thước và số lượng ADN: nếu phân tử lượng của ADN biến nạp giảm thì hoạt
tính của nó cũng giảm. Nếu làm giảm khả nãng thấm của ADN vào tế bào thì cũng làm
mất hoạt tính biến nạp của nó. Sự phân tích về số lượng của hiện tượng biến nạp cho
thấy khoảng 50 mảnh ADN được quần thể vi khuẩn kết hợp để biến nạp cho một tính
trạng. Số lượng này tương đương với số lượng của những mảnh ADN có phân tử lượng

l x i o do nhân giải phóng khi vi khuẩn dung giải.
7

- Số lượng tính trạng được truyền đi tuỳ thuộc vào sự bố trí của gen tương ứng trên
nhiễm sắc thể. Mỗi mảnh ADN có phân tử lượng 1 X 10 chứa vài chực gen khác nhau
và vi khuẩn chứa vài nghìn gen.
7

- Thành phần của mơi trường cũng ảnh hưởng tới tần số của biến nạp. Albumin và
photphat trong mỏi trường làm tãng dần tần số biến nạp, cazein làm giảm tần số này.
- Nhiệt độ môi trường trong biến nạp cũng ảnh hưởng tới tần số biến nạp. Nhiệt độ
thích hợp từ 29-32°C.

4.2.2.3. Các giai đoạn của quá trình biến nạp
Quá trình biến nạp xảy ra qua 4 giai đoạn:
- G iai đoạn 1 : ADN của tế bào cho tiếp xúc với tế bào nhận, xảy ra hiện tượng liên
kết ADN với tế bào nhận. Tần số liên kết phụ thuộc vào tần số va chạm ngẫu nhiên. Các
ADN sợi đơn hay sợi kép, đồng tính hay dị tính đều có thể liên kết. Giai đoạn này là
thuận nghịch.
- Giai đoạn 2: Có sự xâm nhâp của ADN vào tế bào, chỉ những đoạn ADN sợi kép
đồng tính và phân tử lượng thích hợp mới được thấm vào tế bào. Giai đoạn này không
thuận nghịch, ADN khơng mẫn cảm với ADN-aza và hoạt tính sinh học tạm thơi không
phát hiện thấy.
- Giai đoạn 3: Xảy ra sự kết hợp “kết đổi” của ADN gây biến nạp với đoạn ADN
tương ứng của thể nhận. Trước đó ADN của tế bào cho và ADN của tế bào nhận có sự
biến tính một phần để tạo điều kiện cho 2 phần xích lại gần nhau, sau đó đoạn ADN của
tế bào cho tiếp giáp với đoạn ADN tương đổng. Tiếp đến đoạn ADN của tế bào nhận bị
đứt ở quãng tiếp giáp này và đoạn ADN của tế bào cho được gắn vào chỗ đứt đó tạo ra
sự tái tổ hợp.

78


- G ia i đ o ạ n 4: Quá trình tái tổ hợp kết thúc tạo ra sự liên kết chặt chẽ giữa vật chất
di truyền của tế bào cho và tế bào nhận tạo thành thể biến nạp. Các đoạn ADN khống có
khả năng tái tổ hợp sẽ sinh sản như một sợi ADN đồng nhất, làm cho dòng tế bào biến
nạp phát triển.

4.2.2.4. ứng dụng hiện tượng biến nạp trong nghiên cứu cấu trúc gen
- Hiện tượng biến nạp là một phương tiện phân tích di truyền. Nó cho phép định vị
trí trên bản đồ di truyền của nòi vi khuẩn trên những vùng rất nhỏ của một gến quyết
định một tính trạng. Người ta có thể làm vô hoạt bằng đột biến nhiều enzim của vi khuẩn
và tái tổ hợp bằng biến nạp. Nó cho phép phân tích những đặc tính và chức năng của vi
khuẩn không thể nghiên cứu bằng sự tiếp hợp được, phát hiện những gen kiểm sốt sự
hình thành giáp mơ. Sự đề kháng với kháng sinh, nghiên cứu quá trình nha bào hố, đặc
tính cố định nitơ phân tử trên những phân tử của Rhizobium...
1

ADN

1. Tiếp xúc

-< Z Ĩ -Ọ
)
■

Bacterium ^
im
Chromosom

a

Ị

= t '—

Sợi ADN đơn
của tế bào cho
b

c

(D

í
ADN hai sợi
của tế bào nhận

2. Xâm nhập
b

ADN của tế bào nhận
bong ra bị men nucleaza
phân huỷ

a*

5. Phân chia thành các TB
đơn bội có NST tái tổ hợp

Phục hổi nhờ men
„ x ADN - polymeraza
* '
b*
c\

b

©

♦

c

H ình 16. Các giai đoạn của sự biến nạp

79


- Hiện tượng biến nạp có một tầm quan trọng to lớn trong sinh học vì nó cho phép
xác định sự tổng hợp protein được đặt dưới sự kiểm soát của ADN. Nó mở đường cho di
truyền học hố học. Nó cho thấy khi có một đột biến thì có một biến đổi của ADN.
- Nhờ hiện tượng biến nạp mà người ta nghiên cứu về cấu trúc gen và biết được
rằng: gen chưa phải là đơn vị nhỏ nhất của vật chất di truyền, trong gen cịn có các locus
khác, những locus này đều xác định dấu hiệu mà gen xác định, tuy nó ở vị trí khác nhau
của gen. Từng locus này có thể xảy ra tái tổ hợp.
4.2.3. Sự tải nạp (nạp di) Transduction
4.2.3.1. Đ ịnh nghĩa

Tải nạp là sự.truyền một mảnh nhỏ nguyên liệu di truyền (những đoạn ADN) từ một

vi khuẩn cho đến một vi khuẩn nhận qua một vài trung gian là một phagiơ vi khuẩn
(thực khuẩn thể) gọi là phagiơ vecto hoặc phagiơ tải nạp.
Hiện tượng tải nạp do Zinder và Lederberg phát hiện năm 1911 ở trực khuẩn
Salmonella typhimurium. v ề sau người ta thấy hiện tượng này ở nhiều giống vi khuẩn
như: Escherichia, Shigella, Proteus, Pseudomonas, Vibrio, Staphylococcus, Bacillus.
Có thể tải nạp các gen chịu trách nhiệm về các tính trạng khác nhau: lên men đường,
kháng kháng sinh, tổng hợp một kháng nguyên sinh độc tố.
Muốn hiểu rõ được hiện tượng này cần phải biết bản chất và chu kỳ nhân lên của
phagiơ vi khuẩn và q trình sinh tan, hồn tồn khác q trình tải nạp, nhưng có khi kết
hợp với nhau.

4.2.3.2. Khái niệm về phagiơ của vi khuẩn và Viềkhuẩn sinh tan
Phagiơ của vi khuẩn hoặc phagiơ là những mảnh có tính chất của virút nhưng ở mức
độ phân hố sâu sắc hơn, có thể hồ tan vi khuẩn.
Phagiơ được phân bố rộng rãi trong tự nhiên, trong nước ở những nơi có vi khuẩn
sinh sỏi nảy nở như trong ruột, phân.
Phagiơ độc hoặc phagiơ hoạt động có khả năng hồ tan rất nhanh chóng những vi
khuẩn non đang nhân lên, chúng hấp phụ trên bề mặt vi khuẩn một cách đặc hiệu.
Có thể quan sát sự dung giải vi khuẩn trên môi trường lỏng bằng cách cho một hỗn
hợp lỏng dịch phagiơ đặc hiệu vào một canh khuẩn nước thịt dinh dưỡng ủ được vài
giờ. Môi trường trở nên trong sáng hồn tồn. Trên mơi trường đặc, sự dung giải của
phagiơ biểu hiện có những vùng nhỏ sáng, những vệt vô khuẩn chứa hơn một triệu
mảnh phagiơ.

80


4.2.3.3. Cơ chê chung của tải nạp
- Thực khuẩn thể và vi khuẩn tiếp xúc với nhau, virút phá vỡ tế bào vi khuẩn đi vào
trong tế bào chất của vi khuẩn lấy cắp ADN của vi khuẩn và chui ra, đem ADN cho vi

khuẩn thể nhận.
- Mỗi loại phagiơ có đặc hiệu riêng với một loại vi khuẩn.
Đoạn ADN của tế bào cho được gắn lên ADN của thực khuẩn thể bằng trao đổi
chéo. Nghĩa là khi ADN của thực khuẩn thể gắn vào hệ gen của vi khuẩn thì xảy ra tái tổ
hợp giữa đoạn gen của vi khuẩn và một phần ADN của thực khuẩn thể.
-

4.2.3.4. Các kiểu tải nạp
Có 2 kiểu tải nạp:
a) T ải nạp chung hay tải nạp không đặc hiệu

Là sự tải nạp do những phagiơ tải nạp có thể truyền đi các tính trạng rất khác nhau
từ một vi khuẩn này đến vi khuẩn khác cùng loài như khả năng tổng hợp axit amin, đặc
tính lên men, sự di động, sự đề kháng với chất kháng sinh...Phagiơ tải nạp P của
Salmonella typhimurium có khả năng tải nạp bất kỳ tính trạng nào trong số rất nhiều
tính trạng riêng lẻ hay liên kết mang các chức năng khác nhau của Salmonella, do ADN
của nó có thể đính vào bất kỳ đoạn nào của hệ gen vi khuẩn. ADN của vi khuẩn cho và
ADN của phagiơ tải nạp có thể có sự trao đổi chéo nhưng cũng có thể ADN của vi
khuẩn cho chỉ liên kết tạm thời với ADN của phagiơ.
2 2

A- Đoạn ADN của thể cho do
phagơ tải nạp khơng có sự trao
đổi chéo do đó khơng gắn vào
NST của thể nhận (trong tải
nạp ngừng trệ)

B- Đoạn ADN của thể cho có sự
trao đổi chéo và gắn hản vào
NST của thể nhận. Phần ADN

khơng sao chép bị phân huỷ
(trong tải nạp hồn tồn)

C- Đoạn ADN của thể cho cùng
vói ADN của phagơ được gắn
lẽn đoạn NST thể nhận mà
khơng có trao đổi chéo (trong
tải nạp đặc hiệu)

Tiềm tan hố

H ình 1 7. Sơ đó tải nạp bằng phương thức khác nhau

81


- Tdi nạp lioàn toàn: Là sau khi vào tế bào vi khuẩn nhận thì ADN của vi khuẩn cho
sẽ có sự liên kết chéo với đoạn ADN tương đương và gắn hẳn vào hệ gen của vi khuẩn
nhận, do đó ADN được truyền cho các thế hệ con cháu.
- Tái nạp hạn chế: Trường hợp ADN của vi khuẩn cho không gắn vào hệ gen của vi
khuẩn nhận nên khơng có sự sao chép cùng, do đó ADN này chỉ còn tồn tại trong một tế
bào duy nhất mà không phải là trong tất cả các tế bào của thế hệ con cháu, đây là sự tải
nạp ngùng trệ, chiếm tỷ lệ lớn trong các trường hợp tải nạp. Tỷ lệ giữa tần số tải nạp
ngừng trệ và tần số tải nạp hoàn toàn là

1

0

/ .

1

b) Tải nạp đặc hiệu

Là sự tải nạp do phagiơ chỉ có khả năng tải nạp 1 tính trạng di truyền, do ADN cúa
phagiơ tải nạp chỉ kết hợp với một đoạn xác định của hệ gen vi khuẩn. Ví dụ: phagiơ À.
của E. coli K

12

có khả nâng làm tan những nịi dại của E. coli, chỉ có thể tải nạp được

đoạn ADN xác định hoạt tính và sự tạo thành enzim tham gia lên men galactoza (Gal+)
từ nòi E.coli Gal+ sang E.coli Gai' (khơng có khả năng lèn men galactoza).
* Q trình tải nạp diễn ra như sau:
ADN của vi khuẩn cho được gắn lên ADN của phagiơ tải nạp bằng trao đổi chéo (tái
tổ hợp), kết quả phagiơ mang đoạn gen Gal+ của vi khuẩn cho và một phần ADN còn lại
của nó. Sau khi phagiơ vào vi khuẩn nhận, đoạn gen Gal+ chỉ được gắn lên đoạn NST
của vi khuẩn nhận mà khơng có trao đổi chéo (đoạn ADN tải nạp tồn tại ngoài NST của
vi khuẩn nhận). Như vậy trong tế bào vi khuẩn nhận đoạn gen Gai' không bị thay thế
bời Gal+nên khơng bị mất đi, do đó tế bào chứa cả hai tính trạng Gai và Gal+, tạo ra thể
dị gen (không phải là thể tái tổ hợp) cho nên nó khơng ổn định và dễ bị phân ly ở thế hệ
con, khi phân bào đoạn gen Gal+ chỉ được phân vào một tế bào con (ADN tải nạp chỉ
được phiên âm, không được sao chép).

4.2.3.5. ứng dụng của q trình tải nạp
- Giúp ích cho việc phân tích bản chất phức tạp của những vùng ADN mà người ta

qui ước gọi là gen, tức là những vùng riêng biệt kiểm sốt một tính trạng.
- Tải nạp là một phương pháp di truyền học có 2 ưu điểm lớn sau:

+ Phát hiện được những hiện tượng tái tổ hợp xảy ra giữa hai thể dị dưỡng không
giống hệt nhau, thậm chí trong trường hợp tải nạp được thực hiện với tần số rất thấp.
+ Trong tải nạp ngừng trệ có tính trạng giống như trạng thái dị hợp tử ờ sinh vật bậc
cao, nghĩa là trong cùng một tế bào có thể có những gen giống hệt nhau mang những
biến đổi khác nhau.

82


4.2.4. Tiếp hợp

4.2.4.1. Định nghĩa
Tiếp hợp là tình trạng hai tế bào vi khuẩn tiếp xúc trực tiếp với nhau bằng pili sinh
dục và vật liệu di truyền (plasmit, một phần hoặc toàn bộ thể nhiễm sắc) được chuyển từ
vi khuẩn cho sang vi khuẩn Iihận qua cầu nối pili đó. Vi khuẩn cho được gọi là vi khuẩn
đực, vi khuẩn nhận gọi là vi khuẩn cái.
Hiện tượng tiếp hợp được Lederberg và Tatun chứng minh năm 1946 giữa hai biến
chủng khuyết dưỡng A và B của một chủng Escherichia coli K nguyên dưỡng. Trộn hai
biến chủng A, B khuyết dưỡng rồi nuôi cấy, Lederberg và Tatun đã thu được chủng
nguyên dưỡng.
l 2

Nãm 1952, những thí nghiệm của Hayes chứng minh được giới tính trong hiện
tượng tiếp hợp: các gen được chuyển theo một hướng nhất định từ những tế bào chủng A
sang tế bào chủng B. Các tế bào A cho gen nên được gọi là tế bào đực cịn các tế bào B
nhận gen thì được gọi là tế bào cái.
Hiện tượng tiếp hợp là một trong những phát hiện kỳ lạ nhất về vi khuẩn học, không
phải ngẫu nhiên mà do tìm tịi có chủ định rất khoa học, chặt chẽ, lơgic.

4.2.4.2. Yếu tố giói tính F (Fertỉlity: hữu thụ)

Khả năng hoạt động của một vi khuẩn thể cho không phụ thuộc vào một hoặc nhiều
gen của nhiễm sắc thể mà có liên quan đến sự có mặt trong tế bào của một tác nhân "gây
nhiễm" gọi là yếu tố giới tính hoặc yếu tố hữu tính (F). Yếu tố này cấu tạo bởi một phân
tử ADN có kích thước gần giống ADN của nhiễm sắc thể của một phagiơ vi khuẩn, nó
có kích thước trung bình dài bằng 2% chiều dài nhiễm sắc thể của vi khuẩn, nghĩa là
tương đương với số tổ hợp nucleotit có khả năng tự tái tạo.
Có thể coi yếu tố F là một Epixom vì nó có những tính chất của Epixom, có thể tồn
tại trong tế bào tuần tự dưới hai trạng thái khác nhau hoặc ở trạng thái độc lập trong tế
bào chất, trong đó nó được sao lại một cách độc lập hoặc nhiễm vào nhiễm sắc thể của vi
khuẩn như một tiền phagiơ và tự sao lại với nhiễm sắc thể. Yếu tố này không giết chết vi
khuẩn vật chủ. Những vi khuẩn đực chứa yếu tố này, có thể loại trừ nó bằng cách xử lý
nó với acridin vàng cam, chất này có thể tự sao lại của yếu tố F và biến vi khuẩn đực
thành vi khuẩn cái.
Những vi khuẩn đực có yếu tố F được goi là F+. Những vi khuẩn cái khơng có yếu tố
này trước khi tiếp hợp gọi là F~.
Yếu tố F kích thích sự tiếp hợp, nó hoạt động bằng cách làm biến đổi bề mặt vi
khuẩn đực, nó làm hình thành một kháng nguyên mới làm biến đổi diện tích của vi
khuẩn và tạo điều kiện cho vi khuẩn đực tiếp xúc với vi khuẩn cái.

83


Việc truyền yếu tố F từ một vi khuẩn này sang một vi khuẩn khác đòi hỏi một sự
tiếp xúc trực tiếp giữa hai tế bào.
Có thể phân biệt một số vi khuẩn đực sau:
a) Vi khuẩn đực F +

Là vi khuẩn có yếu tố giới tính F (F ertility: hữu thụ). Yếu tố giới tính F tồn tại độc
lập trong tế bào, do đó vi khuẩn đực F+ có tần sô' tái tổ hợp thấp. Khi lai F+ X F~ sẽ cho ra
thể tái tổ hợp thấp mà chủ yếu là làm đực hoá tế bào cái (F”, F+), do tế bào F+ truyền yếu

tố giới tính F mà không kèm theo việc truyền vật chất di truyền của nó cho tế bào F~.
Ví dụ: Người ta cho vi khuẩn đực A+ B+ CT D+ Sms cảm ứng với Streptomyxin tiếp

xúc với vi khuẩn cái Aũ BD c° Dũ Smr (đề kháng với Streptomyxin), sau một giờ cho
Streptomyxin vào sẽ giết chết các vi khuẩn đực F \ 24 giờ sau kiểm tra lại thấy canh
khuẩn chỉ gồm có vi khuẩn đực F+ Aũ B° CT D+ Smr, như vậy đã có sự đực hố các vi
khuẩn cái và yếu tố giới tính F sẽ được truyền cho đời sau.
Người ta có thể biến vi khuẩn đực F+ thành vi khuẩn cái F~ bằng cách cho acridin
hoặc muối coban vào canh khuẩn đực F+ sau vài giờ còn lại, đa số là vi khuẩn cái F”.
Nguyên nhân là do các chất trên đã ức chế sự nhân lên của yếu tố F trong tế bào vi
khuẩn, làm cho những lần phân chia sau tế bào con cháu khơng có yếu tố F.
b) Vi khuẩn đực Hfr (High ỷrequency recombinant)

Là những vi khuẩn có yếu tố giới tính F ở trạng thái liên kết với nhiễm sắc thể của vi
khuẩn, do đó khi truyền yếu tố F cho vi khuẩn cái F~ thường có kèm theo một đoạn hoặc
tồn bộ nhiễm sắc thể của vi khuẩn đực, tạo thành các thể tái tổ hợp vì thế các vi khuẩn
đực H ữ có tần số tái tổ hợp cao. Ví dụ: trong một quần thể F của E.coli K có một vài cá
12

thể đột biến có khả năng truyền nhiễm sắc thể của mình sang cho vi khuẩn F~ với một tần
suất rất cao khoảng 10 2, gấp 1000 lần tế bào F~, chúng được gọi là các biến chủng Hfr.
Nhân tố F+ đã sao
chép mở khơng đem
theo NST của TB

ãyỡimíõLiãic
n_ c_ft . CĂ2
r

a) Sự đực hoá các vi khuẩn F

Ị-T U .
Hfr

p-

Wfr

r-

b) Sự tạo thành thể tái tổ hợp

H ình 18. Sơ đồ vê lai F*x F và Hfr

84

F-

onioì Ịcnra ịỹ]ÍẸ

2 — •>- Nhân tố F+ đã sao
chép mở đem
theo NST

X

F

LU-