Tài liệu Đặc điểm sinh trưởng của Vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy pptx

Đặc điểm sinh trưởng của Vi khuẩn trong
môi trường nuôi cấy

Các nhà khoa học nghiên cứu vi khuẩn cố
gắng tạo ra môi trường nuôi cấy cực thuận
trong phòng thí nghiệm, với nguồn năng
lượng thiết yếu, các chất dinh dưỡng, pH và
nhiệt độ mà khả năng sinh trưởng của vi
khuẩn có thể dự đoán được.
(a)
(b) (c)
Hình 1 (a) Các khuẩn lạc E. coli sinh
trưởng trên đĩa thạch agar. (b) Hai dạng
khuẩn lạc nhẵn và thô nhám - trên và dưới -
của S. pneumoniae; và (c) phương pháp thu
nhận bản sao các khuẩn lạc qua đêm sinh
trưởng trên môi trường đặc hiệu: các khuẩn
lạc mọc được có màu xanh và không mọc
được màu trắng.
Vi khuẩn có thể được nuôi cấy trên môi
trường đặc (thường chứa thạch agar) hoặc
trong môi trường lỏng. Trong môi trường
lỏng, vi khuẩn sinh sản theo hàm số mũ cho
đến khi hết chất dinh dưỡng hoặc cho đến
khi tích luỹ những sản phẩm độc hại. Số
lượng vi khuẩn tồn tại ở mỗi thời điểm trong
môi trường lỏng có thể xác định được một
cách dễ dàng. Dùng pipet đưa một mẫu nhỏ
lên đĩa petri có môi trường đặc rồi cấy chải
đều trên mặt thạch. Sau thời gian ủ 24 - 36
giờ mỗi tế bào vi khuẩn sẽ cho một cụm tế

bào có thể dễ dàng nhìn thấy được bằng mắt
thường gọi là khuẩn lạc (colonies; Hình 1 a)
chứa hàng triệu tế bào, ngay cả trong những
điều kiện sinh trưởng tương đối nghèo nàn.
Do đó, các thí nghiệm ở E. coli thường chỉ
mất một ngày, trong khi ở ngô chẳng hạn
phải mất hàng tháng Khả năng mọc hay
không mọc của vi khuẩn trên những môi
trường riêng biệt giúp ta xác định kiểu gene
của tế bào vi khuẩn (Hình 1 c).
Các vi khuẩn thường trải qua các pha sinh
trưởng trong môi trường nuôi cấy huyền phù
như sau (xem Hình 2):
(i) Pha lag: Sinh trưởng thoạt đầu rất chậm,
vì chúng phải làm quen với đời sống trong
các điều kiện mới.
(ii) Pha log (logarithmic hay exponential):
Một khi bộ máy chuyển hoá vận hành,
chúng bắt đầu phân chia theo hàm số mũ,
gấp đôi số lượng sau vài phút:
.
(iii) Pha dừng (stationary): Khi môi trường
sống cạn kiệt, sự sinh trưởng vi khuẩn dừng
lại và ổn định về số lượng. Và, cuối cùng,
(iv) Pha chết (death): Các sản phẩm độc do
bài tiết tích luỹ có thể gây chết vi khuẩn.

Hình 2 Các tế bào vi khuẩn E. coli đang
phân chia (bên trái), và đường cong sinh
trưởng của vi khuẩn trong dịch huyền phù

(bênphải; trục tung biểu thị số tế bào tăng
theo hàm số mũ, và trục hoành biểu thị thời
gian).
ö Đã nhiều lần các nhà nghiên cứu muốn
xác định xem bằng cách nào các tế bào phân
chia hay sinh trưởng một cách nhanh chóng
như vậy. Một phương pháp đơn giản để đo
tốc độ sinh trưởng là đếm số tế bào trong
một đơn vị thể tích nhỏ (aliquot) tại nhiều
thời điểm và biểu diễn một đường cong sinh
trưởng (growth curve; Hình 3). Đó là một
đường cong không quá cong lắm như như đồ
thị về số lượng tế bào (number of cells) đếm
được tại các thời điểm khác nhau. Nếu như
các tế bào có được không gian và dưỡng
chất không giới hạn, thì chúng sẽ sinh
trưởng ở tốc độ hàm số mũ. Như chỉ ra ở
Hình 3, cùng các số liệu về đường cong sinh
trưởng như nhau được phác hoạ trên một
thang tuyến tính (linear scale) hay thang log
(log scale).
Mặc dù các tế bào có thể sinh trưởng một
cách vô hạn trong một không gian nào đó,
nhưng các phòng thí nghiệm thì không thể
làm được những cái lọ to quá cỡ. Vì vậy các
tế bào thường được cho sinh trưởng trong
các môi trường pha loãng. Chẳng hạn, thử
hình dung 1.000 tế bào được cho vào trong
một cái lọ và sau đó có 1.000.000 tế bào
dược sinh ra trong đó. Nếu mất độ tế bào

quá dày đặc, thì chúng sẽ sinh trưởng chậm
lại. Để ngăn chặn sự suy giảm các tế bào, thì
một phần mẫu đại diện của các tế bào (ví dụ,
một mL chứa 1.000 tế bào) sẽ được chuyển
sang một lọ mới và sẽ sinh trưởng. Quá trình
lấy một số tế bào từ lọ này và cho sinh
trưởng tiếp tục trong một lọ mới cho đến khi
nhà nghiên cứu có đủ số lượng tế bào để tiến
hành thí nghiệm.
Có nhiều cách khác nhau để đo ttốc độ sinh
trưởng. Đôi khi, người ta bổ sung các dNTP
có đánh dấu đồng vị phóng xạ (radioactive)
vào môi trường nuôi cấy các tế bào. Khi các
tế bào tái bản các DNA của chúng, chúng sẽ
kết hợp các dNTP vào trong DNA của
chúng và qua đó có thể định lượng được.
Phương pháp tái bản DNA này thường được
dùng để dành các mẫu mô sống hoặc các tế
bào eukaryote được cho sinh trưởng trong
các đĩa nuôi cấy. Các vi khuẩn, nấm men và
nhiều vi sinh vật khác thường được đếm một
cách trực tiếp.

Hình 3 Các đường cong sinh trưởng. Đồ thị
bên trái cho thấy tốc độ sinh trưởng được
biểu thị bằng các chấm trên một thang tuyến
tính. Đồ thị bên phải cho thấy cùng số liệu
đó trên thang logarith.