Giáo trình vi sinh đại cương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

GIÁO TRÌNH
Tài liệu lưu hành nội bộ

VI SINH ĐẠI CƯƠNG

AN GIANG, 8-2017
1


Chương 1
ĐỐI TƯỢNG VÀ LƯỢC SỬ NGÀNH VI SINH HỌC
1.1. ĐỐI TƯỢNG NGÀNH VI SINH HỌC
Vi sinh học (Microbiology, Microbiologie) là ngành khoa học nghiên cứu về cấu
tạo và hoạt động sống của vi sinh vật. Vi sinh vật học hiện đại ngày nay đi sâu vào việc
sử dụng vsv nhằm phục vụ lợi ích của con người và giữ vững hệ sinh thái trên trái đất.
Vi sinh vật (microorganism) là những sinh vật rất nhỏ, có cấu tạo đơn bào hoặc đa
bào rất kém phân hóa và chỉ có thể nhìn thấy với kính hiển vi.
Dựa vào sự tiến hóa của từng nhóm mà xếp loại chúng vào các nhóm, lớp, bộ và
họ khác nhau nhằm phục vụ cho nghiên cứu. Trong hệ thống phân loại tổng quát, vi
sinh vật gồm các nhóm:
- Vi sinh vật nhân nguyên (Prokaryotic) gồm vi khuẩn (Bacteria), xạ khuẩn
(Actinomycetes), Mycoplasma, Ricketxia (Rickettsias), Chlamydia, dạng L của vi
khuẩn (L-form) và tảo lam hay thanh thực vật (Cyanophyta).
- Vi sinh vật nhân thực (Eukaryotic) gồm nấm (Eumycetes), Rong tảo (Algae)
và nguyên sinh động vật (Protozoa).
- Nhóm virus là các vi sinh vật có mức độ tiến hóa thấp.
Giữa các nhóm vi sinh vật trên tuy có sự khác biệt nhau về hình thái, phân loại
nhưng chúng cũng có những đặc điểm chung giống nhau như:

- Kích thước nhỏ bé thường được đo bằng đơn vị µm (micromet), riêng virus
được đo bằng đơn vị nm (nanomet).
1 nm = 10-3 µm = 10-6 mm = 10-9 m.

Hình 1.1. Kích thước của một số nhóm sinh vật trong tự nhiên

2


- Sinh trưởng và phát triển nhanh.
- Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh.
- Khả năng thích ứng và phát sinh biến dị rất cao.
- Phân bố rộng, chủng loài nhiều.
- Là một trong những đối tượng xuất hiện sớm nhất trên trái đất.

Hình 1.2. Vết tích của các vi sinh vật hóa thạch
Về mặt ứng dụng: ngành vi sinh học gồm có các chun ngành như vi sinh học
cơng nghiệp, vi sinh học thực phẩm, vi sinh học y học, vi sinh học thú y, bệnh lý thực
vật, vi sinh vật đất, vi sinh học nước, vi sinh học không khí,...
1.2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH VI SINH HỌC
1.2.1. Giai đoan phát hiện ra vi sinh vật
Người đầu tiên nhìn thấy và mơ tả vi sinh vật là Antoni Van Leeuwenhook (16321723) người Hà Lan. Leeuwenhook đã chế tạo ra chiếc kính hiển vi thơ sơ với độ phóng
đại từ 270 - 300 lần và quan sát thế giới vi sinh vật quanh Ơng như nước sơng hồ, nước
ao tù, nước cống và trong bựa răng. Năm 1695, Leeuwenhook xuất bản quyển "Phát
hiện của Leeuwenhook về những bí mật của giới tự nhiên" nhằm mơ tả lại tồn bộ quan
sát của Ơng về vi sinh vật.

(a)
Hình 1.3. (a) Antoni Van Leeuwenhook (632 – 1723); (b) Kính hiển vi do
Leeuwenhook chế tạo; (c) Hình vẽ các vi khuẩn trong miệng người.

3


Hình 1.4. Cấu tạo chi tiết kính hiển vi đầu tiên do Leeuwenhook chế tạo
Sau Leeuwenhook, nhiều loại vi sinh vật được mơ tả nhưng chỉ nhằm chứng minh
có sự hiện diện của thế giới vi sinh vật, việc mô tả và phân loại chúng một cách rất thô
sơ. Trong quyển "Hệ thống tự nhiên", Carl Linne (1707-1778), nhà phân loại thực vật
nổi tiếng trên thế giới đã xếp vi sinh vật vào một chi (genus) gọi là "Chaos", nghĩa là
hỗn loạn.
Cuối thế kỷ 18, những hiểu biết về vi sinh vật mới dần dần phong phú hơn, thu
hút nhiều nhà bác học đi sâu vào nghiên cứu thế giới nhỏ bé này và nhận thấy được sự
gắn bó chặt chẽ giữa chúng với đời sống.
1.2.2. Giai đoạn vi sinh học thực nghiệm
Người có cơng lớn nhất khai sinh ra vi sinh vật học thực nghiệm là nhà bác học
người Pháp Louis Pasteur (1822 – 1895), Ông đã đi vào nghiên cứu các hoạt động sinh
lí, sinh hóa của vi sinh vật và ứng dụng các vi sinh vật này trong quá trình lên men.
Qua quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, Pasteur đã chứng minh vi sinh vật
không thể "tự sinh" hay "ngẫu sinh" như nhiều nhà bác học cùng thời chủ trương. Thí
nghiệm của Ơng được thực hiện trong bình cổ cong uốn khúc hình chữ U, trong bình có
chứa nước canh thịt đã đun sơi (Hình 1.5) và để yên lâu ngày vẫn không hư và không có
mùi hơi, nhưng nếu đập vỡ cổ bình thì ít lâu sau nước canh thịt sẽ hư thối vì nhiễm vi
sinh vật có sẵn trong khơng khí.

(a)

(b)

Hình 1.5. (a) Louis Pasteur, (b) Các loại bình cổ cong Pasteur sử dụng để bác bỏ
thuyết tự sinh.
4

Pasteur có cơng rất lớn với nhân loại vì đã giải quyết được phương pháp tẩy độc
rượu vang (đun đến 600C, giữ trong chai đậy kín), đưa đến phương pháp tẩy độc sữa,
thực phẩm vẫn còn áp dụng đến nay. Ngồi ra Ơng giải quyết được dịch bệnh tằm gai
(bệnh Pébrine) một dịch bệnh làm ngành nuôi tằm của Pháp bị suy sụp bằng cách chứng
minh bệnh này do vi sinh vật gây ra và truyền từ tằm bệnh sang tằm khỏe.
Pasteur đã chứng minh các bệnh truyền nhiễm ở người và động vật là do các vi
sinh vật gây nên. Từ năm 1878 đến 1880, Pasteur đã khám phá ra được ba chủng vi
khuẩn là liên cầu khuẩn (Streptococcus), tụ cầu khuẩn (Staphylococcus) và phế cầu
khuẩn (Pneumococcus).
Xuất phát từ quan niệm một loại bệnh sẽ do một loại vi sinh vật nhất định do
nhiễm từ mơi trường bên ngồi gây nên, Pasteur đã thiết lập nên những nguyên tắc quan
trọng trong vơ khuẩn góp phần làm giảm đáng kể tỉ lệ tử vong hậu phẫu và hậu sản.
Năm 1880, Pasteur thành công trong việc tạo miễn dịch cho gà chống lại bệnh tả
bằng cách cho tiếp xúc với môi trường nuôi cấy vi khuẩn tả "già" (vi khuẩn này giảm
độc lực). Những con gà này sau đó có khả năng chống lại bệnh tả khi được tiêm vi
khuẩn độc lực mạnh. Ơng nhanh chóng áp dụng ngun lý này để tạo ra vaccin ngừa
bệnh cho cừu, dê chống lại bệnh than, vaccin tụ huyết trùng gà, bệnh heo bị đóng dấu,...
Cơng lao lớn nhất của Ơng đối với nhân loại là việc chế vaccin ngừa và trị bệnh
chó dại là bệnh nan y hiện giờ. Năm 1885, lần đầu tiên Pasteur đã dùng vaccin trị cho
một em bé bị chó dại cắn thốt khỏi bệnh. Ngày nay, khắp nơi trên thế giới đều có các
viện Pasteur để tiến hành các nghiên cứu chế tạo vaccin và thực hiện các chiến dịch
phòng chống lại các bệnh truyền nhiễm.
1.2.3. Giai đoạn sau Pasteur và vi sinh học hiện đại
Tiếp theo Pasteur, Robert Koch (1843-1910), người có cơng lớn trong phát triển
các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật. Ông đề ra phương pháp chứng minh một vi
sinh vật là tác nhân gây ra bệnh truyền nhiễm mà ngày nay mọi nhà nghiên cứu bệnh
học phải tuân theo, đó là qui tắc Koch (Postulate de Koch). Đến ngày 24-3-1882, Koch
đã công bố cơng trình khám phá ra vi trùng bệnh lao (một bệnh nan y thời đó) và gọi nó

là Mycobacterium tuberculosis. Khám phá đã mở đường cho việc chữa trị bệnh này.

Hình 1.6. Rober Kock đang quan sát mẫu trong phịng thí nghiệm.
5


Học trò của Kock là Juliyes Richard Petri (1852-1921) đã chế tạo ra được đĩa
Pêtri, một loại dụng cụ vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu vi sinh vật
hiện nay. Ông cũng đã nêu ra các biện pháp nhuộm màu vi sinh vật.
S. I. Vinogradxki (1856-1953) người Nga và M. W. Beijerinck (1851-1931) người
Hà Lan là những nhà vi sinh học có cơng lớn trong việc phát triển ngành vi sinh học đất.
Ivanopxki (1892) và Beijerrinck (1896) là những người phát hiện ra virus đầu tiên
trên thế giới khi chứng minh vi sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn, qua được lọc bằng sứ xốp, là
nguyên nhân gây bệnh khảm cây thuốc lá.
Ngày nay, ngành vi sinh học đã phát triển rất sâu với nhiều nhà bác học có tên
tuổi và nhiều người tham gia nghiên cứu. Các nghiên cứu đã dần đi sâu vào bản chất
của sự sống ở mức phân tử và dưới phân tử, kỹ thuật cấy mô và tháo lắp ghép gen ở vi
sinh vật và ứng dụng kỹ thuật này để chữa bệnh cho người, gia súc và cây trồng,…

1. Antony van Leeuwenhoek (1632-1723);
2. Louis Pasteur (1822-1895);
3. Robert Koch (1843-1910);
4. Alexander Fleming (1881-1955);
5. J. D. Watson (1928-?)

Hình 1.7. Một số nhà sinh học tiêu biểu
1.3 HỆ THỐNG SINH GIỚI VÀ VỊ TRÍ CỦA CÁC NHÓM VSV
1.3.1 Khái niệm về giới sinh vật
Giới (Kingdom) là đơn vị phân loại lớn nhất hiện nay bao gồm những sinh vật có
chung những đặc điểm nhất định. Các hệ thống phân loại sinh vật là kết quả của hơn

200 năm nghiên cứu về hệ thống học.
Hệ thống các cơ thể ngày càng hợp lý nhờ những hiểu biết sâu sắc về sinh học
phân tử. Ngày nay, nhờ các phương pháp phân loại hiện đại như: hóa phân loại
(Chemotaxonomy), phân loại số (Numerical taxonomy), phân loại chủng loại phát sinh
(Phylogeney taxonomy),... mà khoa học đã xác định vị trí khá chính xác của các nhóm
cơ thể và mối liên hệ chủng loại phát sinh giữa chúng.
Thế giới sinh vật vô cùng phong phú và đa dạng. Để nghiên cứu chúng các nhà
khoa học phải dựa vào các tiêu chí về cấu tạo, dinh dưỡng, sinh sản,... để sắp xếp chúng
vào bậc thang phân loại và đặt tên.
Các sinh vật được sắp xếp theo thang phân loại từ thấp đến cao: Loài (Species),
Chi (Genus), Họ (Family), Bộ (Order), Lớp (Class), Ngành (Phylum) và Giới
(Kingdom). Hiện nay trên giới còn có một mức phân loại nữa gọi là lĩnh giới (Domain).
Ngồi ra cịn có các mức phân loại trung gian như Loài phụ (Subspecies), Chi phụ
(Subgenus), Họ phụ (Subfamily), Bộ phụ (Suborder), Lớp phụ (Subclass), Ngành phụ
(Subphylum).
Loài là bậc thang phân loại thấp nhất, giới là cấp phân loại cao nhất. Bất kỳ một
sinh vật nào cũng được sắp xếp vào một loài nhất định. Nhiều loài thân thuộc tập hợp
thành chi, nhiều chi thân thuộc tập hợp thành họ, nhiều họ thân thuộc tập hợp thành bộ,
nhiều bộ thân thuộc tập hợp thành lớp, nhiều lớp tập hợp thành ngành, nhiều ngành hợp
thành một giới. Để tránh nhầm lẫn người ta đặt tên loài theo nguyên tắc dùng tên kép
6


(theo tiếng Latinh). Tên thứ nhất là tên chi (viết hoa chữ cái đầu tiên), tên thứ 2 là tên
loài (viết thường) Ví dụ: Escherichia coli. Khi cần viết tắt ta chỉ viết tắt tên chi, tên loài
viết đầy đủ (bằng chữ thường). Ví dụ: E. coli.
1.3.2 Một số hệ thống phân loại sinh vật

1

2

3

4

1. Aristotle (384 – 322 TCN); 2. Carl Von Linne (1707 – 1778);
3. Ernst Heinrich Haeckel (1834 – 1919); 4. Robert Whittaker (1921-1981)

Hình 1.8. Một số nhà phân loại sinh vật tiêu biểu
Trước Linne có nhiều tác giả phân loại sinh vật nổi tiếng, đáng chú ý là Aristotle
(384 - 322 TCN) có nhiều đóng góp trong phân loại động vật.
Bảng 1.1. Một số hệ thống phân loại sinh vật

7


Hình 1.9. Hệ thống ba lĩnh giới (Domain) Carl R. Woese, 1990

Hình 1.10. Hệ thống phân loại 8 giới sinh vật (T. Cavalier – Smith, 1993)

Gần đây hơn có các hệ thống phân loại được nhiều người chú ý:

8


Hình 1.11. Hệ thống phân loại 6 giới sinh vật ( P. H. Raven and G. B. Johnson, 2002)
Trước khi ngành vi sinh vật được nghiên cứu tường tận như hiện nay, các nhà
nghiên cứu chia sinh vật làm 2 giới: giới thực vật (vegetalia) và giới động vật
(Animalia), vi sinh vật cũng xếp vào 2 giới trên như nấm, tảo và vi khuẩn được xếp vào

giới thực vật, còn nguyên sinh động vật (protozoa) được xếp vào giới động vật. Tuy
nhiên, với sự hiểu biết ngày càng sâu về vi sinh vật thì sự phân loại trên gặp nhiều khó
khăn và khơng hợp lý. Đến năm 1866, Ernest Haeckel, học trò của Darwin, đề nghị lập
thêm giới nguyên sinh vật (Kingdom protista) dành cho vi sinh vật. Đặc tính chung của
giới nguyên sinh vật gồm:
- Đơn vị sống là đơn bào, tự mỗi tế bào có thể tổng hợp lấy chất dinh dưỡng cần
thiết được (thực vật và động vật thì các tế bào chun hóa cao hơn và giữ một số nhiệm
vụ nhất định nên không thể sống độc lập được).
- Còn siêu vi khuẩn hay virus tuy khơng có cấu tạo tế bào nhưng cũng được xếp
chung vào giới nguyên sinh vật.
Giới nguyên sinh vật được chia ra làm 6 nhóm chính như sau:
a. Vi sinh vật nhân thực (giới nhân thực - chân hạch – Eukaryota) gồm những sinh
vật có nhân thực sự, nhân có màng bao bọc với tế bào chất của tế bào. Gồm 3 nhóm:
 Nhóm 1: Nguyên sinh động vật (protozoa): đơn bào, di động theo lối biến
hình trùng (amib) gần với động vật.
 Nhóm 2: tảo hay rong (Algae): đơn bào hoặc kết hợp thành khối đa bào
nhưng chưa chuyên hóa, có khả năng quang hợp
 Nhóm 3 (Eumycetes): đơn bào hoặc kết hợp thành khối đa bào nhưng các tế
bào chưa chun hóa, khơng quang hợp.
b. Vi sinh vật nhân nguyên (giới nhân nguyên - tiền hạch – Prokaryota) gồm các
vi sinh vật khơng có nhân thực sự, các chuỗi DNA tập trung thành vùng nhân nhưng
khơng có màng nhân bao bọc, nên không phân biệt với tế bào chất của tế bào. Gồm có:
 Nhóm 4: vi khuẩn (Schizomycetes) bao gồm vi khuẩn, dạng L của vi khuẩn
(L-form), xạ khuẩn (Actinomycetes), tảo lam hay vi khuẩn lam
(Cyanobacteria), Mycoplasma, Rickettsia, Chlamydia.
c. Các nhóm khác gồm
 Nhóm 5: siêu vi khuẩn hay virus: cấu tạo đơn giản, khơng có dạng tế bào, là
dạng sống thấp và đơn giản nhất của vi sinh vật.
9

 Nhóm 6: các dạng tế bào thực vật và động vật được ni cấy trong
phịng thí nghiệm (invitro) (cấy mơ) qua nhiều thế hệ đã trở nên đơn
bào, có khả năng sống tự lập trong mơi trường ni cấy.
Tóm lại, chúng ta có thể sắp xếp vi sinh vật theo các nhóm từ thấp đến cao,
theo mức tiến hóa, như sau:
Virus

Chưa có cấu tạo tế bào.

Giới nhân nguyên

Vi khuẩn, dạng L của vi khuẩn,
Mycoplasma, Ritketsia, Chlamydia, Xạ
khuẩn, Tảo lam.

Giới nhân thực

Protozoa, Tảo và Nấm.

Giới thực vật
Giới động vật
1.3.3 Những sai khác giữa các tế bào Prokaryote và Eukaryote
Nhóm sinh vật Nhân sơ và Nhân chuẩn có những sai khác cơ bản (Bảng1.5):
Bảng 1.2. Những sai khác giữa các tế bào Prokaryote và Eukaryote
Đặc điểm

Nhóm Nhân sơ
(Prokaryote)

Nhóm Nhân chuẩn
(Eukaryote)

* Tổ chức di truyền:
- Màng nhân
- Số NST
- Các NST chứa histon
- Hạch nhân
- Trao đổi di truyền

Chưa có
1
Khơng có
Khơng có
1 chiều qua plasmid

Có
>1
Có
Có
Bằng sự kết hợp giao tử

* Các cấu trúc của tế bào:
- Lưới nội chất
- Bộ máy Golgi
- Ti thể
- Các lisosome
- Các lạp thể

Khơng có

Khơng có
Khơng có
Khơng có
Khơng có

Có
Có
Có
Có
Có ở thực vật

- Kích thước ribosome
- Sợi thoi vô sắc
- Màng sinh chất
- Vách tế bào
(Peptidoglycan)

chứa

* Chức năng đặc trưng:
- Thực bào
- Ẩm bào
- Vị trí vận chuyển điện tử
- Dịng tế bào chất

70S
Khơng có
Khơng chứa steron
(trừ vi khuẩn lam)
PG Có murein ngoại trừ

Mycoplasma và vi
khuẩn cổ

80S ở nhân, 70S - bào quan
Có
Có chứa steron

Khơng có
Khơng có
Màng tế bào
Khơng có chuyển
động nội bào

Đơi khi có
Đơi khi có
Màng bào quan
Chuyển động nội bào rõ rệt

10

Khơng có


1.4. SỰ PHÂN BỐ VSV TRONG TỰ NHIÊN
Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Trên bề mặt hoặc bên trong tất cả các
vật thể sống hoặc không sống trong tự nhiên đều có nhiều ít vi sinh vật. Trong phần này
ta chỉ nghiên cứu về sự phân bố của vi sinh vật trong khơng khí, đất và nước.
1.4.1 Vi sinh vật trong khơng khí
Khơng khí khơng phải là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Tuy
nhiên, trong khơng khí vẫn có vi sinh vật do cuốn theo bụi đất và sự hô hấp và bài tiết

của người và động vật.
Đa số vi sinh vật trong khơng khí là loại hoại sinh như cầu khuẩn, trực khuẩn có
bào tử, nấm mốc, nấm men. Nhiều khi trong khơng khí cũng có vi sinh vật gây bệnh
như trực khuẩn lao (Mycobacterium tuberculosis), trực khuẩn bạch hầu
(Corynebacterium diphtheriae), liên cầu khuẩn tan máu, tụ cầu khuẩn gây bệnh, trực
khuẩn ho gà, virus cúm, sởi, quai bị,... từ bệnh nhân hay người lành mang mầm bệnh
tiết ra.
Số lượng vi sinh vật trong khơng khí thay đổi tùy địa điểm, dân số, mùa trong
năm. Trên núi cao số lượng ít hơn dưới thấp. Nơi có tuyết phủ, 1 m3 khơng khí có 4 - 5
vi khuẩn. Khơng khí ở thành thị có nhiều vi sinh vật hơn ở nơng thơn. Những nơi đơng
dân cư, nơi cơng cộng thường có nhiều vi khuẩn, virus do người bài tiết ra làm ô nhiễm
bầu khơng khí trong một thời gian nhất định. Mơi trường ẩm thấp cũng có nhiều vi sinh
vật. Khơng khí quanh bệnh nhân có nhiều vi sinh vật hơn người lành.
Mặc dù vi sinh vật trong khơng khí khơng nhiều lắm, không sinh sản và phát
triển, nhưng cũng cần hết sức chú ý, vì khơng khí là phương tiện truyền vi sinh vật từ
chỗ này sang chỗ khác. Khơng khí cũng là nguồn nhiễm bẩn thực phẩm và gây nên một
số bệnh truyền nhiễm.
Sau những trận mưa lớn, khơng khí trở nên trong sạch. Các biện pháp trồng cây
xanh, xây dựng nhà cửa cao ráo thống khí, hàng ngày mở cửa phịng ở, phịng làm việc
cho khơng khí lưu thơng, để ánh sáng vào có tác dụng tốt trong việc làm sạch khơng
khí.
Trong một số trường hợp để khử trùng khơng khí, người ta thường dùng một vài
chất: acid lactic, formol, trietylenglycol, ozone, gần đây người ta dùng đèn phát tia tử
ngoại để sát trùng khơng khí các phịng mổ, phịng sản xuất và bảo quản lạnh trong
cơng nghiệp thực phẩm.
1.4.2 Vi sinh vật đất
Đất là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật sống và phát triển (thức ăn, độ ẩm,
nhiệt độ, pH,...).
Số lượng và kết cấu hệ vi sinh vật thường xuyên thay đổi tùy theo loại đất, khu
vực địa lý, tầng đất, thời vụ và chế độ canh tác.

Thành phần vi sinh vật đất rất phức tạp bao gồm: vi khuẩn, xạ khuẩn, vi nấm, vi
tảo, động vật nguyên sinh. Riêng vi khuẩn rất phong phú, bao gồm vi khuẩn hiếu khí, kị
khí, tự dưỡng, dị dưỡng, vi khuẩn cố định đạm,...
Trong đất canh tác, có nhiều chất hữu cơ, thống khí, số lượng vi sinh vật lên tới
hàng triệu cá thể trong 1 g đất, đất hoang hóa và đất sa mạc có số lượng ít hơn.
Số lượng vi sinh vật thay đổi theo độ sâu của đất: trên bề mặt có ánh sáng mặt
trời, khơ ráo nên có ít vi sinh vật, ở độ sâu 0,5 – 25 cm có số lượng nhiều, 100 – 200 cm
số lượng bắt đầu giảm, ở độ sâu vài mét vi sinh vật ít tồn tại vì thiếu chất hữu cơ và ôxi.
11


Các nhóm vi sinh vật trong đất thường xuyên có liên quan với nhau, có khi tác
động tương hỗ lẫn nhau như Nitrosomonas và Nitrobacter, có khi chống đối nhau như
các loài vi khuẩn, vi nấm, xạ khuẩn phát sinh ra các chất kháng sinh ức chế sự phát triển
của các loại vi sinh vật khác.
Vậy hệ vi sinh đất chính là nguồn lây nhiễm cho nước, khơng khí. Rồi chúng theo
nước và khơng khí lan truyền khắp mọi nơi. Cần đề phòng vi sinh vật đất làm hư hỏng
lương thực thực phẩm và có thể gây một số bệnh hiểm nghèo như: bệnh than, bệnh uốn
ván, hoại thư sinh hơi, ngộ độc thịt,...
Mặt khác, vi sinh vật đất có tầm quan trọng đặc biệt trong sự hình thành chất mùn.
Trong đất cịn có những vi khuẩn cố định N2 sống tự do hoặc cộng sinh làm giàu thêm
nitơ cho đất. Nhưng ngược lại trong đất cũng có những vi khuẩn phản nitrate hóa, phản
sunfat hóa,... mức độ phì nhiêu của đất phụ thuộc vào sự hoạt động của chúng. Do đó ta
phải khống chế hoạt động của chúng để phát huy ảnh hưởng tốt, hạ thấp ảnh hưởng xấu,
đưa năng suất mùa màng lên cao. Đất cũng là nguồn tốt để phân lập VSV hữu ích.
1.4.3 Vi sinh vật nước
Nước là một vấn đề quan trọng trong đời sống cũng như trong công nghiệp thực
phẩm, dược phẩm,... Để hiểu rõ vấn đề này ta tìm hiểu sự phân bố vi sinh vật trong
nước, vấn đề làm sạch nước và vấn đề nước thải.
Cũng như đất, nước tự nhiên là một môi trường rất thuận lợi cho vi sinh vật tồn tại

và phát triển. Sự phát triển của vi sinh vật trong nước phụ thuộc vào một số yếu tố như
nhiệt độ, pH, nồng độ O2,..., trong đó quan trọng hơn cả là thức ăn trong nước. Nước
càng bị bẩn do xác bã hữu cơ - nghĩa là càng nhiều thức ăn thì càng chứa nhiều vi sinh
vật. Điều này ta sẽ thấy rõ khi nghiên cứu từng loại nước.
- Nước ngầm (nước mạch) có ít vi sinh vật là do nước đã được thấm qua các lớp
đất dày, vi sinh vật và các thức ăn hữu cơ được giữ lại trong lớp đất này. Nước ngầm
càng sâu thì càng sạch. Các giếng mạch nếu tìm được nguồn mạch tốt, sâu và có bảo vệ
để tránh nhiễm bẩn ở bờ thì sẽ cho ta nước rất tốt cho việc ăn uống.
- Nước ao, hồ bị nhiễm phân, rác rưởi có nhiều chất hữu cơ thì số lượng chủng
loại vi sinh vật tăng nhiều.
- Nước ở trong những hồ, biển lớn bụi bị lắng chìm nên số lượng vi sinh vật ít
hơn.
- Nước ở những vùng sơng, ngịi gần dân cư thì số lượng vi sinh vật nhiều hơn
vùng xa dân cư.
Nước trong tự nhiên có khả năng tự làm sạch do tác dụng của ánh sáng mặt trời và
do sự cạnh tranh sinh tồn mà hủy diệt lẫn nhau, hoặc là do chất kháng sinh của các thực
vật thủy sinh tiết ra.
Nước cũng là nguồn truyền bệnh nguy hiểm như vi khuẩn thương hàn (Salmonella
typhi, trực khuẩn lỵ (Shigella spp.), phẩy khuẩn tả (Vibrio cholerae),... ngoài những vi
sinh vật sống trong nước, cịn có những vi sinh vật gây bệnh do người và động vật làm ô
nhiễm. Các vi sinh vật gây bệnh này chỉ tồn tại trong nước một thời gian nhất định.
Chúng tồn tại trong nước lâu hay mau tùy theo nguồn nước, tính chất, nhiệt độ, pH...
của nước.

1.5 VAI TRÒ CỦA VSV TRONG ĐỜI SỐNG CỦA CON NGƯỜI
Cho đến nay, con người vẫn sử dụng các phương pháp vi sinh vật cổ điển như sản
xuất rượu, bia, men nở bột mỳ, các sản phẩm sữa nhờ vi khuẩn lactic; dấm nhờ vi khuẩn
acetic; chế biến tương, đậu nành nhờ nấm mốc,...
12

Hầu hết các chất kháng sinh đều do vi sinh vật tổng hợp.
Một số sản phẩm của vi sinh vật cũng được sản xuất nhờ các phương pháp vi sinh
vật hiện đại: carotinoid và steroid từ nấm mốc, acid glutamic và các aminoacid khác
cũng như nucleotit từ vi khuẩn. Nhiều enzyme quan trọng đều do vi sinh vật tổng hợp.
Chỉ có vi sinh vật mới có khả năng chuyển hóa các nguyên liệu đặc biệt, trữ lượng lớn
như dầu lửa, khí đốt, cellulose thành sinh khối hoặc các sản phẩm trung gian tiết vào
môi trường.
Năm 1982, hai nhà khoa học y học Australia Robin Warren và Barry Marshall đã
phát hiện ra vai trò của vi khuẩn Helicobacter pylori và cơ chế gây bệnh viêm loét dạ
dày và viêm ruột ở người (giải Nobel năm 2005).

Hình 1.12. Barry J. Marshall, J. Robin Warren và vi khuẩn Helicobacter
pyroli sống trong đáy dạ dày.
Kỹ thuật di truyền hiện đại có thể đưa một đoạn DNA bất kỳ vào vi khuẩn, buộc
chúng tổng hợp một protein tương ứng như hormon, kháng nguyên, kháng thể... Việc
chuyển các gene cố định N2 và các gene kháng sâu hại sang cây hay chuyền khả năng
điều trị các bệnh do khuyết tật sinh hóa gây nên, cũng đang được quan tâm đặc biệt.
Ở Việt Nam, chúng ta cũng đã dùng phương pháp trực tiếp bắn gene và phương
pháp gián tiếp chuyển gene bằng con đường plasmid để chế vaccine có kết quả. Tháng 2
năm 2004, viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh cũng đã giải mã thành cơng bộ gene
H5N1 (gây bệnh cúm ở người từ gà) để có hướng điều trị bệnh này.
Những thành tựu khoa học hiện nay, những kinh nghiệm của thế giới đã chứng
minh rằng: vi sinh học là ngành khoa học tuy mới phát triển nhưng có ý nghĩa về mặt lý
luận cũng như thực tiễn, có tương lai phát triển rực rỡ trong tương lai.

13


Chương 2

PHƯƠNG TIỆN VÀ THỦ THUẬT
TRONG NGHIÊN CỨU VI SINH HỌC
2.1. PHƯƠNG TIỆN
2.1.1 Kính hiển vi quang học
Độ phân giải của một hệ quang học là khả năng phân biệt các điểm không gian,
được định nghĩa bằng khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất có thể phân biệt được
nhờ hệ quang học này. Độ phân giải của kính hiển vi quang học bị quy định bởi khả
năng phân giải của các thấu kính, mà ở đây bị giới hạn bởi hiện tượng nhiễu xạ ánh
sáng. Độ phân giải của kính hiển vi quang học sẽ bị giới hạn bởi bước sóng ánh sáng
khả kiến và chỉ số khẩu độ:

λ là bước sóng ánh sáng,
NA là thơng số khẩu độ.
Vì thế, độ phân giải của các kính hiển vi quang học tốt nhất chỉ vào khoảng vài
trăm nm. Ví dụ với hệ kính sử dụng ánh sáng xanh (λ = 550 nm), chỉ số khẩu độ đối với
khơng khí là 0,95 hoặc có thể đạt cao nhất là 1,5 nếu sử dụng dầu. Như vậy, độ phân
giải tốt nhất của hệ có thể đạt được khoảng dưới 200 nm. Có nghĩa là những điểm trong
khoảng cách này sẽ không thể nào phân biệt được.
Những kính hiển vi đầu tiên được phát minh vào năm 1590 tại Middelburg, Hà
Lan. Ba người thợ tạo kính là Hans Lippershey (người đã phát triển các kính viễn vọng
trước đó), Zacharias Janssen, cùng với cha của họ là Hans Janssen là những người đầu
tiên xây dựng nên những kính hiển vi sơ khai. Năm 1625, Giovanni Faber là người xây
dựng một kính hiển vi hồn chỉnh đặt tên là Galileo Galilei. Đến năm 1655, Robert
Hooke đã phát minh ra kính hiển vi quang học (photonic microscope) nhờ đó quan sát
được các tế bào. Các kính hiển vi thường (quang học) được hoàn thiện dần đến nay có
độ phóng đại cỡ 2000 lần.
Kính hiển vi quang học là một loại kính hiển vi sử dụng ánh sáng khả kiến để
quan sát hình ảnh các vật thể nhỏ được phóng đại nhờ một hệ thống các thấu kính thủy
tinh. Kính hiển vi quang học là dạng kính hiển vi đơn giản, lâu đời nhất và cũng là phổ
biến nhất. Các kính hiển vi quang học cũ thường phải quan sát hình ảnh trực tiếp bằng

mắt nhìn qua thị kính, nhưng các kính hiện đại hiện nay cịn được gắn thêm các LCD
camera hoặc các phim ảnh quang học để chụp ảnh.
2.1.1.1 Kính hiển vi thường
Kính gồm nhiều thấu kính quang học để phóng đại vật quan sát lên nhiều lần.
Kính có 2 hệ thống thấu kính: vật kính và thị kính. Mỗi bộ phận là một hệ thống thấu
kính hội tụ phức tạp. Vật để quan sát AB được đặt trước vật kính một khoảng cách lớn
hơn tiêu cự của vật kính một chút. Ảnh thật đảo ngược A’B’ của vật thu được ở bên kia
vật kính, nằm trong tiêu cự của thị kính. Qua thị kính ta thấy ảnh ảo A”B” được phóng
to lên của ảnh A’B’(Hình 2.1).

14


Vật kính

Thị kính

Mắt

Hình 2.1. Sơ đồ đường đi của các tia sáng khi quan sát mẫu vật dưới kính hiển vi
Cấu tạo và chức năng của các bộ phận trong kính hiển vi: gồm 2 phần chính:
* Phần cơ học
- Chân kính.
- Giá đỡ ống kính.
- Thân ống kính.
- Mâm kính.
* Phần quang học
- Tụ quang gồm hệ thống thấu kính và chắn sáng. Một số kính cịn mang vịng
đỡ để mang kính lọc ánh sáng. Tụ quang được gắn trên giá đỡ, có thể nâng lên hay hạ
xuống.

- Vật kính: phần quan trọng nhất trong hệ thống quang học của kính hiển vi, nó
quyết định khả năng nhìn rõ của kính. Chúng là một hoặc có thể là hệ thống thấu kính
có tiêu cự ngắn, cho phép phóng đại vật. Nhờ có giá điều chỉnh nên các vật kính khác
nhau có thể xoay để thay đổi độ phóng đại. Bên ngồi mỗi vật kính có khắc độ phóng to
của vật kính (4x, 5x, 10x, 20x, 40x, 100x,…) và các đặc tính khác. Một số vật kính
thường dùng (Bảng 2.1). Ba vật kính đầu khơng địi hỏi điều kiện độ dầy của lá kính.
Hai vật kính sau (vật kính khơ có độ phóng to cao và vật kính chìm) u cầu độ dầy của
lá kính là 0.17 mm.
Bảng 2.1. Đặc điểm của một số vật kính
Ký hiệu của vật kính

Độ phóng Trị số Độ dầy của Khoảng
cách
to
mở
lá
kính giữa vật �c bổ sung, trong đó một sợi là DNA của phage từ đầu, gọi là dương bản, và sợi
kia là sợi mới được tạo ra và tương bù với dương bản gọi là sợi âm bản. Sau đó DNA âm
bản được dùng làm khuôn mẫu, và nhờ RNAtt chỉ đạo, các ribosome của vi khuẩn sẽ tái
tạo ra các sợi DNA dương bản, tức là các DNA của phage mới.
Tổng hợp protein của phage:
Sự tổng hợp protein của phage cũng tuân theo những cơ chế chung của quá trình
sinh tổng hợp protein trong tế bào. Tồn bộ q trình xảy ra theo hai giai đoạn:
109


 Giai đoạn sao mã (transcription): Là giai đoạn tổng hợp ra RNAtt theo khuôn
mẫu của DNA của phage, theo nguyên tắc bổ sung.
 Giai đoạn giải mã (translation): Nhờ RNAtt chỉ đạo và nhờ các RNAvc (RNA
vận chuyển) mang các acid amin tương ứng đến các ribosome của tế bào vi khuẩn lắp ráp

vào thành chuỗi protein theo khuôn của RNAtt.
Sao mã
DNA

Giải mã
protein

RNAtt
Robosome
RNAvc

d. Giai đoạn lắp ráp
Sau khi đã được tổng hợp xong các phần của phage như DNA, vỏ, đi,… cịn ở
riêng rẻ nhau. Các phần tử này chuyển động lộn xộn trong tế bào vi khuẩn và va chạm lẫn
nhau một cách tự nhiên. Qua sự va chạm lẫn nhau các phần của phage sẽ tự lắp ráp theo
qui luật “hóa tinh thể”. Ở phage T của vi khuẩn E.coli, lúc đầu DNA thu lại thành một câu
trúc dính sát lại với nhau, sau đó các đơn vị của vỏ protein “kết tinh” chung quanh cấu
trúc này để tạo thành đầu. Đuôi của phage được tạo thành ở nơi khác và khi va chạm tình
cờ sẽ gắn với đầu để thành một phage hoàn chỉnh.
e. Giai đoạn phóng thích phage
Sau khi được lắp ráp xong, phage tiết ra men lysozyme làm vỡ vách tế bào vi
khuẩn và phage phóng thích ra ngồi.
Mỗi tế bào vi khuẩn có thể phóng thích ra từ vài phage đến vài ngàn phage. Số
lượng phage được phóng thích từ một tế bào vi khuẩn là đặc tính của phage tương ứng và
là con số cố định.
Thí dụ: Các phage của vi khuẩn Xanthomonas campestris pv. oryzae ở các tỉnh
ĐBSCL có số lượng phage được phóng thích từ một tế bào vi khuẩn như sau:
Phage
P1
P6

P7
P10

Thời gian tiềm ẩn Số lượng phage được phóng thích
(phút)
từ một tế bào vi khuẩn
45
66
45
110
75
39
115
10

6.5.2. Phage ơn hồ và hiện tượng sinh tan
Thông thường khi DNA của một phage đã xâm nhập vào tế bào vi khuẩn thì sẽ
dẫn đến kết quả là làm tan tế bào vi khuẩn ấy để tái tạo ra một số nhất định phage ấy. Tuy
nhiên trong thiên nhiên cũng có trường hợp ngoại lệ, sau khi phage tiêm DNA vào tế bào
vi khuẩn, phage không làm tan vi khuẩn. Hệ gen của phage bấy giờ được nhân lên cùng
với sự nhân lên của hệ gen của vi khuẩn và tồn tại cùng với vi khuẩn trong thời gian dài.
Hiện tượng này gọi là hiện tượng sinh tan (lysogeny). Phage gây nên hiện tượng này gọi
là phage ơn hồ (temperate bacteriophage).
Nếu cấy những tế bào vi khuẩn sinh tan lên mơi trường thì những thế hệ sau này
cũng tạo thành tế bào sinh tan. Hệ gen của phage nằm trong hệ gen của tế bào gọi là tiền
phage (prophage) (Hình 6.5)
110


Những tài liệu thu thập được trong những năm gần đây chứng minh rằng prophage

trong vi khuẩn không phải là thành phần cấu tạo nhiễm sắc thể của tế bào vi khuẩn như
những gen thực, mà chỉ từ bên ngoài đính vào những vị trí xác định trên nhiễm sắc thể của
tế bào. Thí dụ như ở phage λ của vi khuẩn E. coli khi biến thành prophage thì hệ gen của
phage sẽ nằm giữa các locus galactose (gal) và biotin (bio) trên hệ gen của vi khuẩn.
(Hình 6.6).
Quá trình gắn hệ gen của phage vào hệ gen của vi khuẩn được mơ tả như trong
Hình 6.6. Phage λ có DNA hai sợi, khi được tiêm vào tế bào vi khuẩn, hai đầu của sợi
DNA nối lại với nhau và sợi DNA làm thành một vòng tròn. Trên sợi DNA của phage có
một đoạn với khoảng giữa locus gal và bio trên DNA của tế bào vi khuẩn. Ở đoạn tương
đồng của phage được ký hiệu là att, thứ tự sắp xếp các nucleotid của đoạn tương ứng trên
DNA của vi khuẩn. Vì có thứ tự sắp xếp các nucleotid giống nhau nên hệ gen của phage
sẽ tiến đến gần hệ gen của vi khuẩn. Giữa chúng xảy ra hiện tượng tái tổ hợp nhờ sự rứt
đứt một cách tương ứng các liên kết photphodiester và tiếp theo là sự hợp nhất giữa các
đoạn DNA của vi khuẩn và của phage. Kết quả là hệ gen của phage được gắn vào nhiễm
sắc thể của tế bào.

Hình 6.5. Sơ đồ mơ tả hiện tượng sinh tan ở thực khuẩn thể (phage).
Như vây prophage là một phần được gắn thêm vào nhiễm sắc thể của tế bào vi
khuẩn. Sự tái tạo DNA của prophage xảy ra đồng thời với sự tái tạo DNA của tế bào vi
khuẩn, điều đó giải thích vì sao thế hệ sau của vi khuẩn sinh tan cũng là những vi khuẩn
sinh tan.
Cũng có trường hợp vi khuẩn sinh tan bị mất đi prophage. Hiện tượng tự chữa
khỏi này rất hiếm hoi, xác suất xảy ra khoảng 10-5.
Một tế bào có thể đồng thời chứa một số các phage khác nhau nằm trên các đoạn
khác nhau của nhiễm sắc thể tế bào, trạng thái này gọi là đã sinh tan (polylysogeny)

111


Hình 6.6. Sơ đồ mơ tả các giai đoạn trong quá trình hệ gen của phage  xâm nhập

vào hệ gen của vi khuẩn E. coli.
Phage gây độc có thể xem như là trường hợp DNA của phage mất đoạn tương
đồng ATT, chúng không thể gia nhập vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn, do đó chúng ở
trong trạng thái tự trị và gây độc cho tế bào.
Hiện tượng sinh tan đã được biết từ năm 1930 nhưng vì chưa khám phá được cơ
chế nên ý nghĩa của nó bị lu mờ đi. Mãi đên năm 1950, Lwoff mới phát hiện ra cơ chế này
và được giải thưởng Nobel. Việc khám phá ra cơ chế của chiện tượng sinh tan có ý nghĩa
rất lớn đối với y học vì nó hé mở những tia sáng đầu tiên để giải thích cơ chế sinh ra ung
thư ở người và động vật.
Virus SV-40 gây bệnh ung thư cho chuột đồng cũng có những giai đoạn “ơn hồ”
trong tế bào sinh tan của chuột.
6.5.3 Sự tái tạo của virus động vật và virus thực vật
Virus động vật và virus thực vật cũng có lối tái tạo gần giống với phage. Qúa trình
tái tạo cũng trải qua 5 giai đoạn như trên.
a. Giai đoạn hấp phụ trên bề mặt của tế bào ký chủ
Sự hấp phụ của virus lên bề mặt của tế bào thường xảy ra một cách thụ động, do
ngẩu nhiên hay do một tác nhân làm lan truyền chúng, chứ không do virus chủ động. Thí
dụ như virus cúm có mặt trong khơng khí, do người hít phải sẽ hấp phụ lên bề mặt các tế
bào niêm mạc ở họng, hoặc virus dịch tả có mặt trong nước, được người nuốt vào, sẽ hấp
phụ lên bề mặt tế bào niêm mạc ở bộ tiêu hóa. Ở một số virus khác, virus có thể hấp phụ
nhờ một hoặc vài tác nhân nào đó mang chúng đến với ký chủ. Các tác nhân đó có thể là
sự tiếp xúc, đụng chạm giữa cá thể mang bệnh với cá thể khoẻ (virus TMV), cũng có thể

112


do con người (virus HIV) hoặc do côn trùng (virus sốt xuất huyết) mang đến làm lan
truyền chúng cho cá thể khoẻ.
Sự hấp phụ của virus lên tế bào ký chủ cũng xảy ra tại các thụ thể có trên vách tế
bào ký chủ và có trên virus như ở trường hợp của phage kể trên. Sự hấp phụ có thể xảy ra

khi các thụ thể ở ký chủ và ở virus hồn tồn ăn khớp với nhau, ví như, như ổ khố với
chìa khố hay như âm bản với dương bản.
b. Giai đoạn xâm nhập vào bên trong tế bào ký chủ
Trong một thời gian dài người ta cho rằng phương thức loại bỏ vỏ tế bào bên
ngoài (như trường hợp xâm nhập của phage) là cơ chế xâm nhập chung cho tất cả các loại
virus. Ngày nay, nhờ kính hiển vi điện tử người ta phát hiện thấy virus động vật cịn có
một cơ chế xâm nhập khác hơn. Đó là hiện tượng “ẩm bào” (pinocytosis) của tế bào động
vật. Theo cơ chế này thì những tế bào tự động mọc ra những chân giả bao lấy virus (cả vỏ
lẫn nhân) và thu nó vào trong mình theo kiểu con amip bắt mồi. Khi vào trong tế bào ký
chủ, bản thân virus không tự phá vỡ vỏ bọc mà phải nhờ đến hệ thống men phân giải
protein của tế bào do lysosome tiết ra. Sau khi vỏ protein bị vỡ ra, acid nucleic được giải
phóng vào tế bào chất của tế bào ký chủ và lập tức biến mất (như trường hợp DNA của
phage). Trong thời gian acid nucleic của virus biến mất, virus hồn tồn khơng có hoạt
tính nhiễm. Tuy từng loại virus mà thời gian này có thể kéo dài từ vài phút đến vài giờ.
c. Giai đoạn tổng hợp các thành phần của virus
Chúng ta đã biết virus động vật hoặc có DNA hoặc có RNA và chỉ có một trong
hai loại acid nucleic này mà thơi. Virus thực vật thì chỉ chứa RNA.
Qúa trình tổng hợp các thành phần của virus động vật và thực vật cũng gần giống
như quá trình tổng hợp các thành phần của thực khuẩn thể. Qúa trình này cũng bắt đầu
bằng giai đoạn tổng hợp acid nucleic và tiếp theo là giai đoạn tổng hợp protein của virus.
Giai đoạn tổng hợp acid nucleic của virus, tuỳ lồi virus có chứa DNA hoặc RNA
mà q trình sinh tổng hợp có khác nhau.
Ở virus chứa DNA hai sợi, sinh tổng hợp DNA sẽ theo cơ chế bán bảo thủ và
nguyên tắc bổ sung và ở virus chứa ARN 1 sợi, quá trình này xảy ra theo nguyên tắc bổ
sung như ở thực thể. Ở hai trường hợp, DNA của virus sẽ có khn mẫu để tổng hợp ra
RNAtt và sau đó tạo ra virus mới.
Ngược lại với virus chứa RNA thì RNA của virus phải làm việc gấp đôi, nghĩa là
vừa làm khuôn mẫu vừa làm nhiệm vụ thông tin.
Ở virus chứa RNA một sợi, RNA virus vừa làm nhiệm vụ của RNAtt vừa làm
khuôn mẫu để chỉ đạo ribosome tổng hợp ra RNA dạng tái tạo gồm hai sợi: sợi dương

giống với RNA của virus, và sợi âm bù với sợi dương. Từ RNA dạng tái tạo, tế bào tổng
hợp thêm các sợi RNA dương bản, tức là RNA của virus con. Qúa trình tổng hợp này có
men RNA-polymêraz, do tế bào vi khuẩn tạo.
Ở virus chứa RNA hai sợi, sự sinh tổng hợp RNA của virus xảy ra theo cơ chế bán
bảo thủ như ở virus chứa DNA hai sợi. Qúa trình này cũng cần có mặt của loại men đặc
biệt. Để tổng hợp men này RNA hai sợi của virus phải tạo ra RNAtt. RNAtt chỉ đạo
ribosome tổng hợp ra men.Và men này sẽ tham gia trở lại trong quá trình tái tạo RNA hai
sợi mới của virus con.
Tùy từng loài virus, sự tái tạo RNA của virus có thể xảy ra ở các nơi khác nhau:
trong nhân tế bào (mixô virus, TMV), hoặc trong tế bào chất của tế bào (virus bại liệt).
Sự tổng hợp protein của virus cũng giống như trường hợp ở thực khuẩn thể.
d. Giai đoạn lắp ráp

113


Giai đoạn này ở virus động vật và virus thực vật xảy ra cũng giống như ở thực
khuẩn thể. Các phần của virus gắn lại với nhau theo quy luật hoá tinh thể.
Năm 1956, Shramm và Praenkel-Conrat đã thực hiện thành cơng cơng trình lắp
ráp virus TMV trong ống nghiệm. Các tác giả lấy các mảnh vỡ protein của virus TMV và
RNA của virus đã tinh ròng, cho chúng vào ống nghiệm theo tỷ lệ nhất định. Sau đó, đưa
pH môi trường đến 6,5 và giữ ở 40C trong 24 giờ. Các mảnh protein sẽ tự lắp ráp lại
chung quanh sợi RNA và tạo thành các hạt virus TMV đầy đủ.
Một số virus động vật có màng bao bên ngồi, có q trình lắp ráp tương đối phức
tạp hơn.
e. Giai đoạn virus chui ra khỏi tế bào
Sau khi đã được lắp ráp xong, virus sẽ chui ra khỏi tế bào ký chủ theo 1 trong 3
cách:
 Tế bào ký chủ vỡ tung do men lizôzim của virus và virus được phóng thích ồ
ạt ra ngồi.

 Virus tiết ra men chọc thủng tế bào và chui ra ngoài từ từ.
 Virus sau khi được tái tạo đầy đủ có thể chui từ tế bào này sang tế bào lân cận
mà không cần phóng thích ra ngồi mơi trường, có lẽ do các tế bào lân cận nhau đã tạo
thành các cầu nối nguyên sinh chất, và là con đường để virus chui sang tế bào lân cận.
6.6 NUÔI CẤY VIRUS
Virus là một vi sinh vật ký sinh nội bào bắt buộc, do đó đặc tính chung của các
lồi virus là khơng thể phát hiện trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo. Muốn nuôi cấy
virus, chúng ta phải nuôi chúng trong tổ chức tế bào ký chủ còn sống. Tùy theo loại virus
chúng ta có thể có những cách ni cấy chúng khác nhau.
6.6.1 Nuôi cấy virus gây bệnh cho người và động vật
Tùy lồi virus chúng ta có thể ni cấy chúng trên các động vật cảm thụ (chuột,
thỏ, bò,…) hoặc trong phôi gà đang phát triển (trong trứng gà lộn) hoặc nuôi cấy trên các
tế bào đã được nuôi ra bằng phương pháp nuôi cấy mô.
a. Nuôi cấy virus trên động vật cảm thụ đã được áp dụng với Pasteur mặc dù lúc ấy ơng
chưa nhìn thấy virus. Pasteur đã ni virus gây bệnh chó dại vào não thỏ.
Ngày nay tùy từng loài virus mà người ta chọn các động vật thích hợp để ni cấy
virus ấy. Thí dụ như với virus viêm não cần nuôi cấy trên chuột bạch, virus toi gà được
nuôi cấy trên phôi của trứng gà, virus bệnh tả heo cần nuôi trên heo,… người ta có thể
ni virus trên bọ, thỏ, khỉ, bồ câu, bị, dê,…
Tùy theo tính chất gây bệnh của virus và tùy mục đích của cơng việc mà người ta
lựa chọn đường tiêm vào các cơ quan của con vật cho thích hợp, như nhỏ virus cúm vào
lỗ mũi con vật khi tiêm chủng hoặc cũng có thể tiêm virus vào khí quản. Đối với các virus
khác người ta có thể tiêm dưới da, trong da, tiêm vào bắp thịt, vào phúc mạc, tiêm tĩnh
mạch, tiêm vào dây thần kinh ngoại vi,…
b. Nuôi cấy virus trên phôi gà đang phát triển là phương pháp được sử dụng rộng rãi vì
đa số virus có thể phát triển trên phơi gà và vì phương pháp này đơn giản và rẻ tiền.
Phương pháp này thường dùng để ni nhân mật virus lên, sau đó trích lấy virus dùng để
nghiên cứu hoặc dùng làm kháng nguyên trong sản xuất vaccin. Người ta soi lỗ ở vỏ trứng
hoặc cắt lấy một mảng vỏ trứng, sau đó dùng ống tiêm và kim để tiêm virus vào túi niệu
hoặc màng niệu, hoặc lịng đỏ hoặc vào não của phơi gà,… Sau khi trám lỗ đã soi lại với

114


parafilm vô trùng, người ta đem ủ ở 370C trong vòng 3 – 4 ngày. Sau cùng người ta mổ
trứng để lấy tổ chức có virus nghiền nát và trích lấy virus.
c. Nuôi cấy virus trên tổ chức tế bào do cấy mô là một thành tựu lớn trong ngành virus
học. Nguyên tắc của phương pháp này là lấy một nhóm tế bào của người, hoặc động vật
thích hợp, các tế bào sẽ sống và đang phân cắt. Nếu cứ sau một thời gian lại rửa và thêm
dung dịch dinh dưỡng mới thì các tế bào sẽ phân cắt khơng ngừng và người ta dùng các tế
bào đó để ni cấy virus.
Phương pháp này được ứng dụng rất rộng rãi để phân lập, định loài và chuẩn độ
virus. Ngoài ra cịn được dùng rất có hiệu quả để nghiên cứu các phản ứng huyết thanh và
dùng làm môi trường chế vaccin.
6.6.2 Nuôi cấy virus gây bệnh cho thực vật
Để nuôi cấy virus gây bệnh cho thực vật người ta dùng lồi cây cảm thụ (với virus
cần ni) được trồng riêng trong nhà kính. Thường chọn cây ngắn ngày để ni cấy virus.
Các cây được trồng theo nhiều đợt để cấy truyền virus từ cây ở đợt trước sang cho cây
trồng ở đợt sau.
Có nhiều cách tiêm chủng virus vào cây. Tiêm chủng bằng phương pháp cơ học
như tiêm chủng virus TMV vào cây thuốc lá khỏe mạnh. Trong trường hợp này, người ta
lấy thuốc lá bị bệnh (có triệu chứng bệnh điển hình) đem nghiền nhuyển, hịa với dung
dịch đệm (buffer) thích nghi vào đem lượt bỏ xác. Nước trong lấy được có vơ số virus
TMV. Ở cây thuốc lá mạnh dùng nuôi cấy, người ta rắc bột than nghiền nhỏ đều lên các
lá. Lấy gòn quấn chặt, nhúng vào dịch chứa virus và chà xác nhẹ lên lá thuốc đã được rắc
bột than. Động tác này làm cho lông tơ của lá bị gẫy và các hạt than nhỏ ấn sâu vào biểu
bì lá, tạo vết thương cho sự xâm nhập của virus TMV.
Có trường hợp phải tiêm chủng bằng cách ghép mắt hoặc cành bệnh lên gốc cây
mạnh.
Đối với các virus chỉ truyền bởi côn trùng môi giới, cần sử dụng loại cơn trùng
thích ứng. Cho cơn trùng chích hút cây bệnh (lấy mầm bệnh), sau đó cho côn trùng ủ bệnh

một thời gian, rồi đem côn trùng ấy cho chích hút cây mạnh để truyền bệnh (thí dụ trong
trường hợp bệnh lùn xoắn lá và bệnh vàng lùn trên lúa).
Người ta cũng có thể cấy mơ thực vật trong môi trường dinh dưỡng và dùng để
nuôi cấy virus.
6.6.3 Nuôi cấy thực khuẩn thể (bacteriophage, phage)
Để nuôi cấy thực khuẩn thể (phage), người ta dùng vi khuẩn cảm thụ với nó. Thí
dụ để ni cấy phage P10 chúng ta phải dùng vi khuẩn Xanthomonas campestris pv.
oryzae chủng Ku 7501. Thông thường nuôi vi khuẩn trong môi trường dinh dưỡng lỏng.
Khi mật số vi khuẩn đã lên cao (1010 – 1011 vk/ml) thì ta đổ dịch có chứa phage vào. Cần
lắc hoặc sục khí để cung cấp oxy cho vigi khuẩn. Sau khi ủ ở 28 – 300C trong 24 giờ ta có
thể chích lấy phage. Dùng ly tâm ở 6000 vòng/ phút trong 20 phút để lắng vi khuẩn và
mảnh vỡ to của vi khuẩn xuống đáy ống. Dịch bên trên chứa rất nhiều phage, mật số có
thể lên đến 1012 – 1014 phage/ ml. Nếu muốn tách phage ra khỏi mơi trường lỏng này, có
thể ly tâm cao tốc ở 25.000 vòng/ phút trong 3 giờ. Phage bị lắng xuống đáy ống, chắt bỏ
nước bên trên. Cho dung dịch đệm vào và khuấy mạnh để làm tan phage trong dung dịch
đệm. Phage này chưa được tinh khiết vì cịn lẫn với các mảnh vỡ nhỏ của tế bào vi khuẩn.
6.7 VIRUS VỆ TINH CỦA VIRUS KHÁC

115


Trong khi nghiên cứu về virus, các nhà bác học đã phát hiện một số virus rất nhỏ,
tự chúng không có đủ tín hiệu di truyền để chỉ đạo tế bào ký chủ tái sản ra virus con. Các
virus này cần phải nhờ đến sự hổ trợ của một virus khác, gọi là virus “giúp đỡ” (helper
virus), trong quá trình tái sản của mình. Do đó sự xuất hiện của các virus đặc biệt này
luôn luôn đi kèm với virus “giúp đỡ”. Virus này được gọi là virus vệ tinh của virus kia.
Ảnh hưởng của virus vệ tinh đối với virus “giúp đỡ” khá phức tạp, tùy theo trường hợp ở
đây chúng ta xét đến 3 trường hợp điển hình:
6.7.1 Virus gây bệnh đốm cây thuốc lá (TNV) và virus vệ tinh của nó
Bệnh đốm lá cây thuốc lá (tobacco necrosis) do virus gâp ra. Virus này được gọi là

virus đốm lá thuốc lá (TNV=tobacco necrosis virus).
Kassanis và Nixon (1961) lần đầu tiên báo cáo về hiện tượng này. Các tác giả
nhận thấy trong dịch trích từ lá cây thuốc lá mắc bệnh đốm lá do TNV, có đến hai lồi
virus, một loại virus hình cầu có đường kính đến 28 nm và một loại virus nhỏ hơn cũng
hình cầu và đường kính 20 nm. Các tác giả đã tách riêng hai loại virus này bằng phương
pháp ly tâm. Khi tiêm chủng virus lớn, Ø = 28 nm vào cây thuốc lá, cây nhiễm bệnh đốm.
Còn tiêm chủng virus nhỏ, Ø = 20 nm cây không mắc bệnh. Như vậy, virus lớn chính là
TNV (virus gây bệnh đốm lá cây thuốc lá). Nếu trộn chung 2 loại virus này lại và tiêm
chủng vào cây thuốc lá mạnh, tiến hành ly trích lại sau khi mắc bệnh sẽ nhận lại được rất
nhiều cả 2 virus kể trên.
Kassanis và Nixon lần đầu tiên đã gọi virus nhỏ là “vệ tinh” (satellite) của TNV.
Virus vệ tinh có cấu trúc hình khối gồm 42 capxome kết thành lớp vỏ bên ngoài, bên
trong chứa RNA. Các capxome được cấu tạo bởi 372 acid amin.
Trong khi đó, RNA của virus vệ tinh rất nhẹ, trọng lượng phân tử là 3,9 x 105
dalton. Với trọng lượng này RNA của virus vệ tinh chỉ chứa khoảng 1200 nucleotid để
làm mã tạo vỏ protein của nó mà thơi.
Như vậy, virus vệ tinh chỉ chứa một gen duy nhất trong RNA của nó. Do đó, nó
phải tùy thuộc vào các gen trong RNA của TNV trong quá trình tái sản của nó trong tế
bào ký chủ.
6.7.2 Virus vệ tinh của ađênô virus
Sau phát hiện của Kassanis và Nixon các nhà bác học lần lượt nhận ra thêm một số
trường hợp virus vệ tinh của các virus động vật khác.
Năm 1965, 3 nhóm nhà khoa học ở 3 phịng nghiên cứu khac nhau cùng báo cáo
về virus vệ tinh của ađênô virus (adenoassociated virus hay adeno satellite virus). Qua
kính hiển vi điện tử, dịch trích ađênơ virus từ mơ bệnh, cso chứa đến 2 loại virus, một to
(đường kính 85 nm) chính là ađênơ virus và một loại nhỏ hơn (đường kính 20 nm) là virus
vệ tinh của ađênơ virus
Virus vệ tinh của ađênô virus chứa DNA 10 lần lớn hơn với vệ tinh của TNV. Do
đó, DNA của virus vệ tinh của ađênô virus chứa 7 – 8 gen. So với các virus động vật nhỏ
khác như pôlyôma, virus vệ tinh của ađênơ virus có đủ khả năng độc lập trong q trình

tái sản của nó. Trong tế bào của một vài ký chủ thích hợp virus vệ tinh của ađênơ virus có
thể tái sản độc lập. Trong khi đó, trong những ký chủ khác chúng cần có sự giúp đỡ của
ađênơ virus trong q trình tái sản của mình. Mặt khác, virus vệ tinh của ađênơ virus có
khả năng ngăn cản sự tái phát triển của ađênô virus. Nhiều tác giả đã báo cáo khi có virus
vệ tinh của ađênơ virus thì mật số của ađênơ virus trong tế bào ký chủ bị giảm. Cơ chế
chưa được biết rõ
6.7.3 Virus vệ tinh của virus Ru satcôma

116


Virus Ru satcôma (Roux Sarcoma virus) là virus ký sinh gây bướu ở động vật. Khi
xâm nhập vào tế bào ký chủ, virus Ru satcơma làm rối loạn tín hiệu di truyền của tế bào
và khiến cho tế bào phân chia khơng ngừng. Trong q trình phân chia của tế bào ký chủ,
tín hiệu di truyền của virus vẫn được mang theo trong tế bào con. Đặc biệt là trong q
trình phân chia tế bào này, tế bào khơng sinh ra virus Ru satcơma.
Trong các mẻ trích virus Ru satcơma, các tác giả có phát hiện ra một loại virus gọi
là virus vệ tinh của virus Ru satcôma (asociated virus of Roux Satcoma virus).
Khi đem tiêm virus vệ tinh này vào các tế bào đang phân chia thì bị nhiễm virus
Ru satcơma, thì các tế bào này sẽ sinh ra cả hai loại virus: virus Ru satcôma và virus vệ
tinh.
Như vậy ở đây virus vệ tinh lại giữ vai trò là “người giúp đỡ” virus Ru satcôma.
6.7.4 Virus gây bệnh Tungro lúa
Bệnh Tungro trên lúa tìm thấy do hai loại virus gây ra:
- Virus dạng hình que (rice tungro baciliform virus) (RTBV): dạng que, Ø = 35
nm, dài 150 – 350 nm
- Virus dạng cầu (rice tungro spherical virus) (RTSV): dạng khối cầu nhiều mặt Ø
= 30 nm.
Hai loại virus này có mặt trong mơ lá lúa bị bệnh. Tùy trường hợp, có lúc chỉ có
một trong hai loại virus hoặc có mặt cả hai cùng lúc.

Khi có mạt cả hai virus RTBV và RTSV, bệnh xuất hiện nặng
Khi chỉ có măt virus RTBV trong mơ lá lúa bệnh, bệnh xuất hiện nhẹ hơn
Khi chỉ có mặt virus RTSV trong cây, cây khơng có triệu chứng tungro.
Bệnh do rầy xanh đi đen (nephotellix virescans) truyền. Trong một thí nghiệm
cho rầy xanh đuôi đen hút lấy virus phối hợp (RTBV và RTSV) hoặc đơn độc rồi truyền
virus vào cây lúa và quan sát triệu chứng bệnh xuất hiện. Kết quả cho thấy:
- Rầy hút nhựa chỉ có RTBV khơng truyền RTBV được. Cây khơng bị bệnh
- Rầy hút chỉ có RTSV truyền RTSV cho cây lúa mạnh được nhưng khơng
có triệu chứng bệnh xuất hiện
- Rầy đã hút RTSV rồi mới hút RTBV có thể truyền RTBV + RTSV cho lúa
mạnh được và cây lúa mắc bệnh nặng
Trong trường hợp này các nhà nghiên cứu gọi RTSV là “helper factor” (yếu tố
trợ giúp) của RTBV.
6.8 HIỆN TƯỢNG NGĂN CẢN HAY HIỆN TƯỢNG GIAO
(INTERFERENCE) TRONG ĐỘNG VẬT BỊ VIRUS XÂM NHIỄM

HOÁN

Từ lâu người ta nhận thấy khi bị nhiễm virus vào tế bào ký chủ (động vật), có thể
làm cho tế bào đó và các tế bào lân cận khơng bị nhiễm tiếp lần thứ hai loại virus này hay
loại virus khác. Năm 1937, Findlay và Maccallium nhận thấy nếu bị nhiễm trước virus sốt
thung lũng cho khỉ thì có thể cứu khỉ thoát khỏi chết khi nhiễm tiếp liều lượng gây chết
virus sốt vàng. Hai Ông đề nghị gọi hiện tượng này là hiện tượng ngăn cản hay hiện tượng
giao hoán (intererence).
Hiện tượng ngăn cản hay giao hoán xảy ra trong tế bào động vật do virus kích
thích gây nên. Khi bị virus xâm nhiễm, acid nucleic của virus kích thích, tế bào ký chủ sẽ
tạo ra chất gọi là interferôn. Chất interferơn có tác ngăn cản sự xâm nhiễm của một virus
khác.
Hiện tượng giao hoán trong tế bào động vật còn được xảy ra ngay cả khi nhiễm
vào tế bào ấy một acid lạ, thí dụ như acid nucleic của tế bào động vật khác loài hoặc ngay

cả khi đưa nội độc tố vào cơ thể, hoặc đưa vi khuẩn, ricketxia thậm chí polysaccarid hay

117


một chất kháng sinh vào tế bào. Hậu quả của hiện tượng giao hốn là tế bào sản sinh ra
interferơn, ngăn cản sự xâm nhiễm của acid nuclêic lạ khác.
Cơ chế sinh ra interferôn được giả thiết như sau: trong nhiễm sắc thể của tế bào
động vật có chứa các gien cấu trúc, có nhiệm vụ chỉ đạo sinh ra interferơn. Cũng trên
nhiễm sắc thể ấy cịn có gien điều chỉnh, có nhiệm vụ ức chế. Trong điều kiện bình
thường, tức là tế bào không bị virus xâm nhiễm, gen điều chỉnh hoạt động và ức chế gen
cấu trúc. Khi tế bào bị virus (hoặc các chất kích thích sinh ra interferôn khác) xâm nhiễm,
acid nucleic tác động làm ức chế gen điều chỉnh. Bấy giờ gen cấu trúc sẽ hoạt động, sinh
ra ARNtt tương ứng và ARNtt sẽ chỉ đạo các ribơxơm tổng hợp ra interferơn.
Interferơn khơng có tác dụng đối với virus ở ngoài tế bào. Tác dụng của interferôn
chỉ xảy ra trong tế bào làm ngưng trệ quá trình tái sản của virus bên trong tế bào ấy.
Interferơn khơng có tác dụng đặc hiệu đối với vi khuẩn nhất định, mà có tác dụng
chung với nhiều loại virus khác. Các virus RNA, virus DNA lẫn virus gây bệnh ung thư
đều mẫn cảm với interferôn.
Tuy nhiên, interferôn lại có tác dụng đặc hiệu với loại tế bào (ký chủ) khá cao.
Hoạt tính sinh học của interferơn hầu như chỉ xuất hiện trong các tế bào của loài động vật
đã sinh ra nó. Chẳng hạn interferơn nhận được từ tế bào chuột thì hồn tồn khơng có tác
dụng chống virus trong tế bào của khỉ hoặc gà. Trong một số trường hợp đặc biệt có ngoại
lệ xảy ra như interferôn từ tế bào người, hoạt động mạnh hơn trong tế bào thỏ.

Hình : Sơ đồ mơ tả giả thuyết về sự tạo thành interfêrôn
(a) Ở tế bào không bị nhiễm virus
(b) Ở tế bào bị nhiễm virus
6.9 PHÂN LOẠI VIRUS
Hiện nay các nhà bác học trên thế giới đang có cố gắng xây dựng một hệ thống

phân loại virus thật hợp lý. Có rất nhiều cở sở để các nhà khoa học phân loại như:
1. Phân loại virus dựa vào: Bản chất của acid nucleic (DNA hoặc RNA), cấu tạo đối
xứng: đối xứng khối, xoắn hay hỗn hợp và có vỏ ngồi hay khơng (Uỷ Ban Quốc Tế về
phân loại virus, 1996).

118


2. Phân loại theo đối tượng ký chủ như virus động vật, virus thực vật (Uỷ Ban Quốc
Tế về phân loại virus, 1987).
3. Phân loại dựa theo trọng lượng phân tử của axit nucleic, ký chủ chuyên biệt và
mức độ độc.
Bảng 6.3. Bảng phân loại của Uỷ Ban Quốc Tế phân loại virus, họp tại Matxcơva, 1966.
Đối xứng xoắn

Vài loại virus gây bệnh trên côn trùng
-Papova virus
- Ađênô virus.
Không
Virus
chứa
vỏ
Đối xứng khối
- Vài loại phage.
DNA
- Một số virus gây bệnh côn trùng.
(Dxyvira)
Có vỏ
- Virus herpes.
Đối xứng hỗn Khơng

hợp
vỏ
- Đa số phage.
Khơng
vỏ
- Nhiều loại virus thực vật.
- Myxo virus
Đối xứng xoắn
Có vỏ
- Virus tăng bạch cầu gà..
Viru
chứa
- Virus dại và một số nhóm khác.
RNA (Ribơvira)
- Pycorna virus.
Khơng
- Rêơ virus.
vỏ
Đối xứng khối
- Vài loại virus thực vật.
Có vỏ
- Có thể arbơ vi rút.
6.10 SO SÁNH VIRUS VÀ CÁC VI SINH VẬT KHÁC
Tổng hợp tất cả những đặc điểm kể trên chúng ta có nói virus là một dạng vật chất
sống đặc trưng bởi ký sinh nội bào, có khả năng tái sản rất mạnh hệ gien của mình. Hệ
gien ấy chỉ chứa một loại acid nucleic và được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Như vậy, chúng ta có thể phân biệt rõ ranh giới giữa virus và các dạng sống có tổ
chức cao hơn như vi khuẩn, mycoplasma, rickettsia và clamidia (Bảng 7-4).
Bảng 7-4: Bảng so sánh các đặc điểm của một số vi sinh vật và virus (Fenner, 1968).
Các loại vi sinh

vật
Nấm
Vi khuẩn
Mycoplasma
Rickettsia
Chlamydia
Virus

Sinh trưởng trên
mơi trường nhân
tạo
+
+
+
-

Có chứa
robosome

Sinh sản vơ
tính cắt đơi

+
+
+
+
+
-

+

+
+
+
+
-

119

Có hai loại acid
nucleic (DNA và
RNA)
+
+
+
+
+
-