71 6. Nhóm 6. Virus Retro chứa genome DNA đơn, (+) Rất nhiều nhưng không phải tất cả virus retro có khả năng tạo khối u. Khi nhân lên không giết chết tế bào mà có thể chuyển dạng thành tế bào ung thư. Genome là 2 phân tử RNA đơn, (+), gắn với nhau ở phía đầu (dạng dime). Chứa 3 gen chính là gap (mã cho protein lõi), gen pol mã cho polymerase phiên mã ngược (RT) và gen env mã cho protein vỏ ngoài. Ngoài ra còn có một số gen điều hoà. 6.1.Quá trình nhân lên Picorma và flavivirus Genome RNA ( + ) Đối genome RNA (-) Ti ề n p ol yp rotein Enzyme sao ché p Protein cấu trúc và khôn g c ấ u Virus m ới 7 5 2 6 4 3 8 1 Hình 3.7. Sơ đồ nhân lên của virus RNA chuỗi dương, không tạo thành các mRNA genome. Sau khi xâm nhập và cởi vỏ (bước 1), RNA genome được sử dụng trực tiếp để tổng hợp các polyprotein kích thước lớn, các protein cấu trúc và không cấu trúc (bước 2 và 3). Protein không cấu trúc (enzyme) xúc tác để sao chép RNA thông qua sự tổng hợp RNA chuỗi âm (đối genome) (bước 5 và 6). Quá trình sao chép tạo ra nhiều genome RNA mới phục vụ cho tổng hợp các protein của virus (bước 6 và 7) và cho lắp ráp tạo virus mới (bước 8). Mũi tên đậm thể hiện sự tổng hợp ở mức độ cao hơn. 72 Gồm 2 giai đoạn: - Giai đoạn đầu • Phiên mã nhờ enzyme phiên mã ngược để tạo chuỗi lai RNA/ DNA. • Chuyển chuỗi lai RNA/DNA thành chuỗi DNA kép. Enzyme RT có hoạt tính ribonuclease H phân giải mạch RNA. Còn mạch cDNA dùng làm khuôn tổng hợp mạch DNA bổ sung. • Cài xen phân tử DNA kép mới tổng hợp vào nhiễm sắc thể của tế bào tạo ra provirus. - Giai đoạn hai. • RNA của virus phiên mã nhờ enzyme của tế bào. • Bản sao RNA có 2 chức năng: vừa là m RNA để tổng hơpj protein virus, vừa là genome của virus mới. 6.2. Tổng hợp protein mRNA được phiên mã từ DNA provirus tiến hành tổng hợp protein trên ribosome nằm trong tế bào chất, bao gồm: Enzyme phiên mã ngược, protein lõi, protein vỏ ngoài. 6.3. Lắp ráp Nucleocapsid được lắp ráp từ genome RNA mới tạo thành với protein đã di trú ra bề mặt tế bào. Vỏ ngoài được hình thành khi virus nảy chồi qua màng sinh chất. 73 Atro, calici, toga, corona và arterivirus Virus mới Genome RNA (+) Đối genome RNA (-) Dưới genome mRNA Tiền polyprotein không cấu trúc Protein không cấu trúc Enzyme sao chép Protein cấu trúc và tiền polyprotein 5 9 2 4 3 1 0 6 1 Protein cấu trúc 11 7 8 Hình 3.8. Sơ đồ nhân lên của virus RNA dương, kèm theo tổng hợp RNA dưới genome. Sau khi xâm nhập và cởi vỏ (bước 1), RNA genome được dùng trực tiếp làm mRNA để tổng hợp protein không cấu trúc, trong đó có enzyme RNA polymerase phụ thuộc RNA (RdRp) ( bước 2 và 3). RdRp xúc tác để sao chép RNA, tổng hợp chuỗi RNA âm (đối genome) có kích thước đủ (tương đương RNA genome) ( bước 4 và 5). Từ chuỗi âm làm khuôn tiến hành sao chép để tạo ra nhiều chuỗi RNA genome mới (bước 5 và 6). mRNA dưới genome (có kích thước nhỏ hơn genome) tiến hành dịch mã để tạo protein cấu trúc ( bước 7 và 8). Genome mới tạo thành tiến hành dịch mã để tạo nhiều protein không cấu trúc (bước 9 và 10) và sau đó lắp ráp với protein cấu trúc để tạo virus mới ( bước 11). Chú thích: Bước 7. Dịch mã của mRNA dưới genome; Bước 8. Phân cắt nhờ protease và xử lý sau dịch mã; Bước 10. Phân cắt nhờ protease 74 Phabdo, filo, borna, paramyxo, orthomyxo và một số bunya Hình 3.9. Sơ đồ nhân lên của virus RNA chuỗi đơn, âm . Sau khi xâm nhập và cởi vỏ một phần( bước 1), RNA tiến hành phiên mã nhờ RNA polymerase phụ thuộc RNA do virus mang theo để tạo mRNA (bước 2) cho tổng hợp protein cấu trúc và không cấu trúc (RdRp) ( bước 3). Enzyme RdRp tiến hành sao chép RNA thông qua bước trung gian là tạo RNA chuỗi dương (đối genome) (bước 4 và 5). Đối genome (chuỗi dương) được dùng làm khuôn để tổng hợp nhiều RNA genome (bước 5). Một phần RNA genome được dùng để tiến hành phiên mã mạnh, tạo ra mRNA cần cho tổng hợp protein (bước 7), một phần dùng để lắp ráp với protein để tạo virus mới (bước 8). Virus mới RNA genome ỗ mRNA Protein cấu trúc và không cấu trúc Protein capsid và 1 RNA (+) đối genome 5 2 6 7 3 4 8 75 Virus Reo và Birna Hình 3.10. Sơ đồ nhân lên của virus RNA chuỗi kép. Sau khi xâm nhập và cởi vỏ từng phần (bước 1), các đoạn RNA chuỗi kép vẫn nằm trong lõi tiến hành phiên mã nhờ enzyme RdRp gắn ở lõi để tổng hợp mRNA (bước 2) rồi từ đó tổng hợp protein (bước 3). Các protein này lắp ráp quanh mRNA để tạo hạt dưới mức virus (bước 4). Sau đó mRNA trong các hạt này tiến hành sao chép để tạo RNA genome chuỗi âm tham gia tạo thành RNA genome chuỗi kép (bước 5). Các hạt dưới mức virus được tạo thành lại tiếp tục tham gia vào quá trình tổng hợp m RNA (bước 6), tổng hợp protein (bước 7), sao chép (bước 8 và 9), lắp ráp với protein cấu trúc để tạo thành virus mới (bước 10) Chú thích: Bước 1. Xâm nhập và cởi vỏ Bước 10. Lắp ráp tạo virus mới. Bước 4. Lắp ráp tạo hạt dưới mức virus. 1 mRNA trong hạt dưới mức virus Genome RNA kép trong hạt dưới mức virus 9 5 62 4 mRNA virus 8 3 7 Protein cấu trúc và không cấu trúc 10 Virus mới 76 Virus Retro 1 Hình 3.11. Sơ đồ nhân lên của virus Retro. Sau khi xâm nhập và cởi vỏ từng phần (bước 1), RNA genome được phiên mã thành cDNA (đối genome), sau đó thành DNA chuỗi kép nhờ enzyme phiên mã ngược (bước 2 và 3). Nhờ enzyme integrase, DNA của virus cài xen vào nhiễm sắc thể tế bào chủ (bước 4). Cả hai loại enzyme trên đều nằm trong lõi của virus. Nhờ RNA polymerase của tế bào, provirus phiên mã tạo RNA (bước 5) là tiền chất của mRNA (bước 6) để tổng hợp protein (bước 7) và lắp ráp tạo virus mới (bước 8). Câu hỏi ôn tập chương 3 1.Hãy giải thích các thuật ngữ sau đây: capsome, capsid, nucleocapsid, capsid có cấu trúc xoắn, khối đa diện, virus có cấu trúc phức tạp, vỏ ngoài. 2.Virus khác với plasmit và khác với tế bào ở điểm nào. 3.Virus có thể tác động lên tế bào như thế nào ? 4.Nêu các giai đoạn nhân lên của virus. RNA g enome cDNA (đối genome) DNA kép DNA cài xen (provirut) RNA chưa chế biến Các bản sao DNA kép của virus Protein cấu trúc, không cấu trúc và protein gây ung thư Virut mới RNA virus sau chế biến ế 3 2 5 6 7 7 8 4 9 77 5.Tại sao virus chỉ có thể nhân lên trong các tế bào nhất định ? 6.Trình bày các phương thức xâm nhập của virus vào tế bào chủ. 7.Hãy nêu các loại genome của virus, Thế nào là RNA (+) , RNA (- ) .Thế nào là genome chồng lớp. 8.Dạng sao chép (RF) khác với genome ở điểm nào ? 9.Tại sao các virus RNA (-) nhất định phải mang theo enzyme RNA polymerase. 10.Hãy tóm tắt quá trình nhân lên của các virus AND đơn, AND kép,RNA (+) , RNA (-) . 78 Chương 4 Dinh dưỡng, sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật I. Dinh dưỡng Trong quá trình sống, tế bào vi sinh vật tiến hành trao đổi chất không ngừng với môi trường chung quanh. Tế bào vi sinh vật tuy rất nhỏ, nhưng vì hấp thu các chất dinh dưỡng và thải ra các sản phẩm trao đổi chất qua toàn bộ bề mặt, cho nên cường độ trao đổi chất của chúng là rất lớn. Các chất dinh dưỡng vào tế bào qua màng và được chuyển hoá để tạo thành những chất riêng biệt cần thiết cho việc xây dựng tế bào. Nhờ quá trình đồng hoá các tế bào mới có thể sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối, đồng thời tạo ra các sản phẩm trao đổi chất. Sự biến đổi các chất dinh dưỡng bao gồm nhiều phản ứng hoá sinh khác nhau nhờ hệ enzyme theo con đường trao đổi chất, hoặc tạo ra những chất là thành phần của tế bào (quá trình đồng hoá) hoặc tạo ra năng lượng sinh học cần thiết cho hoạt động sống (quá trình dị hoá). Những chất dinh dưỡng là những hợp chất phân tử nhỏ có thể đi qua màng vào bên trong tế bào vi sinh vật và tham gia vào hai loại phản ứng sinh hoá: - Biến đổi dị hoá làm xuất hiện những sản phẩm có cấu trúc đơn giản hơn. Những biến đổi dị hoá này cung cấp cho vi sinh vật năng lượng chuyển hoá ở dạng ATP hoặc những hợp chất giàu năng lượng khác. Một số những sản phẩm dị hoá được thải đi, một số khác làm vật liệu hoặc làm tiền chất cho các phản ứng đồng hoá. - Biến đổi đồng hoá, đảm bảo sự tổng hợp của thành phần mới có cấu trúc phức tạp hơn và phân tử lượng cao hơn. Quá trình này thường được gọi là đồng hoá hoặc sinh tổng hợp. Điều kiện chủ yếu để sinh tổng hợp các thành phần tế bào vi sinh vật là cung cấp một lượng thích hợp của những hợp chất có phân tử lượng nhỏ, như các acid hữu cơ hoặc amino acid, có thể làm nguyên liệu hay tiền chất cho các phản ứng đồng hoá hay phản ứng sinh tổng hợp. Khi trong môi trường có những hợp chất - vật liệu đó thì vi sinh vật sẽ trực tiếp sử dụng. Nhưng không phải bao giờ trong môi trường cũng có sẵn những hợp chất - vật liệu cần cho quá trình sinh tổng hợp. Muốn có tế bào vi sinh vật bắt buộc phải tự sản xuất lấy bằng cách tự biến đổi những thành phần của môi trường nuôi cấy. Ở những vi sinh vật dị dưỡng sống bằng chất hữu cơ, 79 một số tiền chất được hình thành trong các phản ứng dị hoá, nó sản sinh ra ATP cùng một số lớn các hợp chất khác nhau của carbon. Các chất dinh dưỡng của vi sinh vật chủ yếu lấy ở môi trường xung quanh. Các môi trường dinh dưỡng nhân tạo cần cung cấp đầy đủ năng lượng, các vật liệu xây dựng tế bào và đảm bảo cho hiệu suất sinh tổng hợp cao. Thành phần môi trường gồm có các nguồn ăn carbon, nitơ, chất khoáng, các nguyên tố vi lượng và các chất kích thích sinh trưởng. Việc lựa chọn các nguồn dinh dưỡng và nồng độ của chúng trong môi trường phụ thuộc vào đặc tính sinh lý của từng chủng từng loài vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy chúng. II. Môi trường dinh dưỡng và điều kiện sinh trưởng 1. Môi trường dinh dưỡng 1.1. Nguồn thức ăn carbon Tùy nhóm vi sinh vật mà nguồn carbon được cung cấp có thể là chất vô cơ (CO 2 , NaHCO 3 , CaCO 3 ) hoặc chất hữu cơ. Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ các nguồn thức ăn carbon khác nhau phụ thuộc vào thành phần hóa học, tính chất sinh lí của nguồn thức ăn và đặc điểm sinh lí của từng loại vi sinh vật. Hầu như không có hợp chất carbon nào mà không bị hoặc nhóm vi sinh vật này hoặc nhóm vi sinh vật khác phân giải. Không ít vi sinh vật có thể đồng hóa được cả các hợp chất carbon rất bền vững như cao su, chất dẻo, dầu mỏ, parafin, khí tự nhiên. Nhiều chất hữu cơ vì không tan được trong nước hoặc vì có khối lượng phân tử quá lớn cho nên trước khi được hấp thụ, vi sinh vật phải tiết ra các enzyme thủy phân (amylase, cellulase, pectinase, protease, lipase ) để chuyển hóa chúng thành các hợp chất dễ hấp thụ (đường, amino acid, acid béo ). Người ta thường sử dụng đường để làm nguồn thức ăn carbon khi nuôi cấy phần lớn các vi sinh vật dị dưỡng. Để nuôi cấy các loại vi sinh vật khác nhau người ta dùng các nồng độ đường không giống nhau. Với vi khuẩn, xạ khuẩn thường dùng 0,2 - 0,5% đường còn đối với nấm men, nấm sợi thường dùng 3 - 10% đường. Hầu hết vi sinh vật chỉ đồng hóa được các loại đường ở dạng đồng phân D. Nhưng phần lớn các đồng phân của đường đơn trong tự nhiên đều là thuộc loại D. Các hợp chất hữu cơ chứa cả C và N (peptone, nước thịt, nước chiết ngô, nước chiết nấm men, nước chiết đại mạch, nước chiết giá đậu ) có thể sử dụng vừa làm nguồn C vừa làm nguồn N đối với vi sinh 80 vật. Với vi sinh vật dị dưỡng, nguồn thức ăn carbon làm cả hai chức năng, nguồn dinh dưỡng và năng lượng. 1.2. Nguồn dinh dưỡng nitơ (N) Ý nghĩa chủ yếu của các chất dinh dưỡng chứa nitơ đối với vi sinh vật là cung cấp N để tạo thành các nhóm amin (-NH 2 ) và nhóm imin (=NH) trong phân tử amino acid, các nucleotide, purine và pirimidine, trong nhiều vitamin Nguồn nitơ dễ hấp thụ đối với vi sinh vật là NO 3 - và NH 4 + . Muối nitrate là nguồn thức ăn nitơ thích hợp đối với nhiều loại tảo, nấm sợi và xạ khuẩn nhưng ít thích hợp đối với nhiều loại nấm men và vi khuẩn. Sau khi vi sinh vật sử dụng hết gốc NO 3 - các ion kim loại còn lại (K + , Na + , Mg 2+ ) sẽ làm kiềm hóa môi trường. Để tránh hiện tượng này người ta thường sử dụng muối NH 4 NO 3 để làm nguồn nitơ cho nhiều loại vi sinh vật. Tuy nhiên gốc NH 4 + thường được hấp thụ nhanh hơn gốc NO 3 - . Vi sinh vật còn có khả năng đồng hóa rất tốt nitơ chứa trong các thức ăn hữu cơ. Các thức ăn này sẽ vừa là nguồn carbon vừa là nguồn nitơ cung cấp cho vi sinh vật. Vi sinh vật không có khả năng hấp thụ trực tiếp các protein cao phân tử. Rất nhiều vi sinh vật có khả năng sản sinh protease thủy phân protein thành các hợp chất phân tử thấp có khả năng xâm nhập vào tế bào vi sinh vật. Nguồn nitơ hữu cơ thường được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật là peptone (là chế phẩm thủy phân không triệt để của một nguồn protein nào đó) chúng khác nhau về lượng chứa các loại polypeptide và lượng chứa amino acid tự do. Ngoài ra phân tử N 2 tự do cũng được một nhóm nhỏ vi sinh vật sử dụng gọi là nhóm vi sinh vật cố định nitơ (nitrogen fixing microorrganisms). Chúng có hệ enzyme nitrogenase có thể bẻ gãy nối ba của nitơ phân tử ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường. 1.3. Nguồn dinh dưỡng khoáng Khi sử dụng các môi trường thiên nhiên để nuôi cấy vi sinh vật thường không cần thiết bổ sung các nguyên tố khoáng. Trong nguyên liệu dùng để pha chế các môi trường này (khoai tây, nước thịt, sữa, huyết thanh, peptone, giá đậu ) thường có chứa đủ các nguyên tố khoáng cần thiết đối với vi sinh vật. Ngược lại, khi làm các môi trường tổng hợp (dùng nguyên liệu là hóa chất) bắt buộc phải bổ sung đủ các nguyên tố khoáng cần thiết. Những nguyên tố khoáng mà vi sinh vật đòi hỏi phải được cung cấp với liều lượng lớn được gọi là các nguyên tố đại lượng. Còn những [...]... bốn * Các yếu tố sinh học Trong các yếu tố sinh học ảnh hưởng có hại lên các quá trình sống của vi sinh vật cần kể đến kháng thể và kháng sinh Chất kháng sinh có thể có từ nhiều nguồn gốc khác nhau như tổng hợp hoá học, chiếc xuất từ thực vật, động vật nhưng chủ yếu là được tổng hợp từ vi sinh vật Đây là các chất đặc hiệu mà ở nồng độ thấp cũng có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật một cách chọn... mặn 1.4 Yếu tố sinh trưởng Đối với vi sinh vật thì yếu tố sinh trưởng là một khái niệm rất linh động Nó chỉ có ý nghĩa là những chất hữu cơ cần thiết đối với hoạt động sống mà một loại vi sinh vật nào đó không tự tổng hợp được từ các chất khác Những chất được coi là yếu tố sinh trưởng của loài vi sinh vật này hoàn toàn có thể không phải là yếu tố sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật khác Hầu như... các quá trình trao đổi chất, nhất là các quá trình sinh tổng hợp K còn có thể tham gia vào quá trình tổng hợp một số vitamin và có ảnh hưởng đến quá trình hô hấp của tế bào vi sinh vật Na và Cl cũng là những nguyên tố mà nhiều vi sinh vật đòi hỏi với một lượng không nhỏ, nhưng cho tới nay người ta vẫn còn biết rất ít vai trò sinh lí của chúng Hàm lượng Na và Cl đặc biệt cao trong tế bào vi sinh vật ưa... với những hàm lượng khá cao Người ta đã sử dụng thành công một số loài vi sinh vật để sản xuất ở quy mô công nghiệp một số loại vitamin tinh khiết dùng trong y học Đáng chú ý nhất là acid ascorbic (vitamin C), riboflavin (vitamin B2), cyanocobalamin (vitamin B12) 2 Điều kiện sinh trưởng Sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật liên quan chặt chẽ với các điều kiện của môi trường bên ngoài Các điều... vật nguyên 89 sinh, động vật, chúng sử dụng năng lượng hóa học và một cơ chất hữu cơ làm nguồn carbon chủ yếu Một nhóm lớn các vi khuẩn hóa dưỡng hữu cơ là những vi sinh vật gây bệnh rất được chú ý trong Y học, các vi khuẩn tạp nhiễm vào thức ăn, các vi khuẩn được sử dụng trong công nghiệp để tổng hợp các chất kháng sinh, các loại vitamin, các amino acid IV Sinh lí học của sự sinh trưởng 1 Các phương... mà còn có vai trò quan trọng trong các quá trình ôxy hóa khử Các hợp chất hữu cơ có chứa S ở dạng ôxy hóa thường có tác dụng độc đối với tế bào vi sinh vật Trong khi đó các muối sulphate vô cơ với nguyên tử S ở trạng thái ôxy hóa lại được cơ thể vi sinh vật đồng hóa rất tốt Một số vi sinh vật có thể dùng cả thiosulphate làm nguồn thức ăn S Một số vi sinh vật khác lại đòi hỏi các thức ăn chứa S ở dạng... không có chất nào là yếu tố sinh trưởng chung đối với tất cả các loài vi sinh vật Đặc điểm của môi trường sống một mặt ảnh hưởng đến khả năng tổng hợp yếu tố sinh trưởng của vi sinh vật, mặt khác ảnh hưởng đến đặc điểm trao đổi chất của chúng Chính thông qua các ảnh hưởng này mà môi trường sống của từng loại vi sinh vật đã góp phần quyết định nhu cầu của chúng về yếu tố sinh trưởng Khi sống lâu dài... enzyme Giới hạn pH hoạt động đối với vi sinh vật ở trong khoảng 4 - 10 Đa số vi khuẩn sinh trưởng tốt nhất ở pH trung tính (7,0) như nhiều vi khuẩn gây bệnh (môi trường tự nhiên là máu và bạch huyết của cơ thể động vật có pH khoảng 7,4) Các vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn nốt sần, xạ khuẩn, vi khuẩn phân giải urea lại ưa môi trường hơi kiềm Một số vi khuẩn chịu acid (vi khuẩn lactic, Acetobacter, Sarcina... hoạt động của vi sinh vật bị giới hạn trong môi trường chứa nước ở dạng có thể hấp thụ Vùng này của nước nằm từ 2oC đến khoảng 100oC gọi là vùng sinh động học Hầu hết tế bào sinh dưỡng của vi sinh vật bị chết ở nhiệt độ cao do protein bị biến tính, một hoặc hàng loạt enzyme bị bất hoạt Các enzyme hô hấp đặc biệt là các enzyme trong chu trình Krebs rất mẫn cảm với nhiệt độ Sự chết của vi khuẩn ở nhiệt... Thông thường các chất được coi là yếu tố sinh trưởng đối với một loài nào đó có thể thuộc về một trong các loại sau đây: các gốc kiềm purine, pirimidine và các dẫn xuất của chúng, các acid béo và thành phần của màng tế bào, các vitamin thông thường Mặt khác, nhiều loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp vitamin Sinh khối vi sinh vật thường chứa hầu hết các loại vitamin chủ yếu với những hàm lượng khá . hóa học, tính chất sinh lí của nguồn thức ăn và đặc điểm sinh lí của từng loại vi sinh vật. Hầu như không có hợp chất carbon nào mà không bị hoặc nhóm vi sinh vật này hoặc nhóm vi sinh vật. loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp vitamin. Sinh khối vi sinh vật thường chứa hầu hết các loại vitamin chủ yếu với những hàm lượng khá cao. Người ta đã sử dụng thành công một số loài vi sinh. carbon vừa là nguồn nitơ cung cấp cho vi sinh vật. Vi sinh vật không có khả năng hấp thụ trực tiếp các protein cao phân tử. Rất nhiều vi sinh vật có khả năng sản sinh protease thủy phân protein