Vi Sinh Vật Học

Giới thiệu giáo trình ” Vi Sinh Vật Học “

2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT

2.1. Kích thước của vi sinh vật rất nhỏ bé

Kích thước của các vi khuẩn, xạ khuẩn, vi nấm rất nhỏ bé, thường được đo bằng đơn vị micromet (1µm = 10-3mm, hay 10-6m); kích thước của các virus còn nhỏ hơn nhiều nên được đo bằng nanomet (1nm=10-3µm = 10-6mm; 1A° = 10-7mm = 10-1nm) – một vài đến vài trăm nanomet. Kích thước nhỏ bé nhưng diện tích bề mặt tiếp xúc của quần thể các tế bào VSV lại rất lớn. Ví dụ: một lượng tế bào cầu khuẩn với thể tích 1cm³ có diện tích bề mặt là 6m² (6m²/1cm³). Đây là một trong những điều kiện tiên quyết rất thuận lợi để VSV có thể trao đổi chất mạnh mẽ với môi trường, thực hiện các chức năng sống sôi động.

2.2. Vi sinh vật hấp thụ nhiều, chuyển hoá nhanh, vòng đời ngắn

Tuy nhỏ bé (nếu không nói là nhỏ bé nhất) nhưng VSV lại là các sinh vật có khả năng hấp thụ và chuyển hoá chất dinh dưỡng mạnh hơn hẳn so với các sinh vật khác trong sinh giới như các sinh vật bậc cao: vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong một giờ có thể phân giải một lượng đường lactose nhiều gấp 1.000 – 10.000 lần khối lượng cơ thể của chúng. Nếu tính số µl 02 mà một mg chất khô tế bào sinh vật tiêu thụ trong 1 giờ (tốc độ tiêu thụ thể tích oxy – Q02) thì ở mô lá hoặc mô rễ thực vật là 0,5 – 4,0, ở tổ chức mô gan và thận động vật là 10 – 20, còn ở nấm men S. cerevisiae là 110, ở vì khuẩn chi Pseudomonas là 1.200, ở vi khuẩn chi Azotobacter là 2.000. Đặc điểm này cho phép VSV đóng vai trò to lớn trong các chu kỳ tuần hoàn vật chất trong tự nhiên, tái tạo môi trường sống cho sinh giới, cũng như khả năng sử dụng hữu ích các VSV thích hợp trong đời sống của con người. Với những khả năng đặc biệt nhưng chu kỳ vòng đời của VSV lại ngắn, đây cũng có thể là đặc tính riêng đổi mới chất sống của thế giới vì mô.

2.3. Vi sinh vật sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh

Nhờ hấp thụ nhiều và chuyển hoá nhanh nên các VSV có tốc độ sinh trưởng và phát triển rất mạnh mẽ so với các sinh vật khác, các VSV có tốc độ sinh trưởng và sinh sôi nảy nở vượt trội hơn hẳn. Vi khuẩn E. coli sống cộng sinh trong ruột người, nếu được đưa vào trong điều kiện thích hợp và sau thời gian tiêm phát, trung bình cứ sau 12 – 20 phút lại sinh ra một thế hệ mới (số tế bào hoặc sinh khôi khô tăng gấp đôi). Tính theo lý thuyết (với thời gian thế hệ 20 phút) thì sau 1 ngày đêm (phân chia 72 lần) từ một tế bào ban đầu có thể sản sinh ra lượng VSV có sinh khối (biomass) nặng tới 4722 tấn! Tuy nhiên trong thực tế, lượng vi khuẩn này chỉ đạt đến 1010 – 1012 tế bào trong 1ml dịch nuôi cấy mà thôi. Nâm men S. cerevisiae, với thời gian thệ hệ 110 – 120 phút, khi lên men SCP (single cell protein) cho tốc độ tạo sinh khối cao hơn của bò gấp 100.000 lần. Thời gian thê hệ của tào Chlorella là 7 giờ, của vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ.

2.4. Vi sinh vật thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị

Năng lực thích nghi của VSV vượt xa của động vật và thực vật. Vì kích thước nhỏ buộc VSV phải uốn theo sự đông đảnh của môi trường để tôn tại và phát triển, nhưng cũng chính vì thế mà trải qua hàng trăm triệu năm tiên hoá, VSV đã tạo ra những cơ chế điều chỉnh chuyên hoá thích hợp để thích nghi với điều kiện sông bất lợi của môi trường. Lượng enzym thích ứng có trong các tế bào VSV chiêm tới khoảng 10% protein nói chung chứng tỏ khả năng biên đôi vật chất, cải tạo môi trường thích nghi cao của chúng. Do có nhiều khả năng biên đôi thích nghi, các VSV có thể sống, phát triển được ngay cả trong các điều kiện rất khắc nghiệt.

Một số loài có thể sộng được trong các điều kiện hoàn toàn không có oxy tự do (VSV kỵ khí), một số loài (nấm) có thể tồn tại và phát triển thành váng dày trong các bê ngâm xác có nồng độ phenol cao. Một số VSV có thể thích nghi với nhiệt độ trên 70°C, một sô khác lại có thê tôn tại ở nông độ muôi ăn 32%. Vi khuân Thiobacillus thioxidans có thê sinh trưởng ở pH 0,5, còn Thiobacillus denitrificans lại thích nghi với pH 10,7, Micrococcus radiodurans chịu được bức xạ cường độ cao. Ở nơi sâu nhất trong đại dương 11.034m (áp lực lớn hơn 1.104 atm) vẫn có VSV sinh sống, chủ yêu là các vi khuẩn lưu huỳnh.

Ở VSV cũng dễ phát sinh các biên dị, đây cũng là đặc tính tự nhiên của chất liệu di truyên trong sinh giới. Hình thức biên dị hay gặp nhất là đột biến gen (gene mutation). Những đột biên này thường xảy ra với tần suất 10-10 – 10-5 làm cho VSV có những thay đổi về hình thái, câu tạo, kiểu chuyên hoá vật chất, câu trúc kháng nguyên, khả năng kháng thuốc,… Bên cạnh những đột biên có lợi được sử dụng cũng có những đột biên có hại cần giảm thiểu hoặc chồng lại.

2.5. Vi sinh vật phân bố rộng, chủng loại nhiều

VSV phân bố ở khắp mọi nơi trên Trái Đất. VSV có mặt ở trong đất; trong nước; trong không khí; trên và trong các đồ vật dụng, trên và trong cơ thể của nhiều loài sinh vật. Như vậy có thể tìm thấy các VSV ở mọi nơi. Về chủng loại, các VSV cũng hết sức phong phú: ngày nay con người đã biết đến trên trăm nghìn loài VSV. Tuy nhiên theo quan niệm của nhiều nhà khoa học, chúng ta mới chỉ biết được khoảng 1 – 2% số loài VSV có trong tự nhiên mà thôi và khả năng phân lập, phát hiện được các VSV mới trong tương lai với những tính trạng mới đến nay chưa biết vẫn có xác suất rất lớn.