Mục đích của việc ứng dụng để tạo ra các chủng vi sinh vật mới là gì

Bài viết được tham vấn chuyên môn cùng Thạc sĩ, Bác sĩ Trần Thị Vượng - Bác sĩ Xét nghiệm vi sinh - Khoa Xét nghiệm - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Hải Phòng.

Nghiên cứu sự hình thành và sinh sản của vi khuẩn giúp ích rất nhiều cho các ứng dụng như sản xuất thuốc kháng sinh, bào chế vắc-xin phòng các bệnh lây nhiễm,...

Vi khuẩn [tên tiếng Anh là bacterium, số nhiều là bacteria]. Đây là một nhóm vi sinh vật đơn bào có kích thước rất nhỏ, chỉ quan sát được bằng kính hiển vi và thường có cấu trúc tế bào đơn giản, không có nhân, bộ khung tế bào hay các bào quan.

Vi khuẩn có nhiều dạng nhưng có thể xếp vào 3 loại cơ bản: Hình cầu [gọi là cầu khuẩn], hình thẳng [gọi là trực khuẩn] và hình cong [gồm phẩy khuẩn - hình cong ngắn, xoắn khuẩn - có nhiều vòng xoắn]. Kích thước vi khuẩn thay đổi tùy theo loại hình và trong một loại hình, kích thước vi khuẩn cũng có sự khác biệt. Đơn vị đo kích thước vi khuẩn là micromet [1 micromet = 1/1000 milimet]. Phần lớn các vi khuẩn có kích thước là 1 micromet.

Vi khuẩn là nhóm có sự hiện diện đông đảo nhất trong sinh giới. Chúng có mặt ở khắp nơi: Trong đất, nước, suối nước nóng, chất thải phóng xạ và ở dạng cộng sinh, ký sinh với các sinh vật khác, thậm chí ở trong tàu không gian có người lái.

Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong tái chế chất dinh dưỡng như: Cố định nitơ từ khí quyển và gây thối rữa các sinh vật khác, cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sống. Bên cạnh đó, vi khuẩn cùng nấm men, nấm mốc cũng được sử dụng để chế biến thực phẩm lên men như: Sữa chua, phô mai, dưa cà muối, giấm, rượu,...

Tuy nhiên, có rất nhiều loại vi khuẩn gây bệnh cho con người và động, thực vật, gây tổn hại nghiêm trọng tới sức khỏe con người và hoạt động sản xuất. Và với sự phát triển của y học hiện đại, con người đã tìm ra các biện pháp kiểm soát được tác hại của vi khuẩn như bào chế vắc-xin phòng bệnh, sử dụng thuốc kháng sinh,...

Vi khuẩn có thể gây bệnh cho cả người và động vật

Vi khuẩn chỉ sinh sản vô tính, không sinh sản hữu tính. Cụ thể hơn, vi khuẩn sinh sản chủ yếu bằng cách chia đôi, hay trực phân. Trong quá trình trực phân, một tế bào mẹ được phân thành 2 tế bào con bằng cách tạo ra vách ngăn để trực tiếp ngăn đôi tế bào mẹ. Tốc độ phân chia tùy từng loại vi khuẩn. Cụ thể, vi khuẩn lao có tốc độ nhân lên chậm là 18 giờ/lần; các vi khuẩn tốc độ phân chia trung bình là 20 - 30 phút/lần; vi khuẩn tả có tốc độ phân chia nhanh là 5 - 7 phút/lần.

Tuy nhiên, dù không có sinh sản hữu tính, những biến đổi di truyền [còn gọi là đột biến] vẫn xảy ra trong các tế bào vi khuẩn thông qua các hoạt động tái tổ hợp di truyền. Cuối cùng, vi khuẩn có được một tổ hợp các tính trạng từ 2 tế bào mẹ.

Các kiểu tái tổ hợp di truyền gồm: Biến nạp, tải nạp và giao nạp:

• Biến nạp: chuyển DNA trần từ 1 tế bào vi khuẩn sang tế bào khác thông qua môi trường lỏng bên ngoài;
• Tải nạp: Chuyển DNA của vi khuẩn, virus từ một tế bào sang tế bào khác thông qua thể thực khuẩn;
• Giao nạp: Chuyển DNA từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác thông qua cấu trúc protein được gọi là pilus [lông giới tính].

Sau khi nhận được DNA từ một trong 3 cách trên, vi khuẩn sẽ tiến hành phân chia và truyền bộ gen tái tổ hợp cho thế hệ sau.

Mỗi loại vi khuẩn có tốc độ sản sinh khác nhau

• Cấu trúc plasmid của vi khuẩn: Ở vi khuẩn cấu trúc plasmid là phân tử ADN vòng, nhỏ, không mang hệ gen chính của bộ gen, mang những gen cực kỳ quan trọng của vi khuẩn. Plasmid có vai trò quan trọng trong lĩnh vực y - sinh - nông - dược và môi trường.

Chúng là chủ nhân chứa các gen sản xuất kháng sinh; là chủ nhân của gen sản xuất các sản phẩm kháng lại kháng sinh của một số vi khuẩn gây bệnh; đồng thời là chủ nhân chứa một số gen sản xuất độc tố và các protein tăng cường độc lực cho vi khuẩn. Rất nhiều plasmid là loại có lợi như plasmid trong vi khuẩn ở nốt sần của cây họ đậu tạo cho vi khuẩn thu nhận nitơ để sản xuất protein.

Ngoài ra, plasmid còn có nhiều loại chứa gen sản xuất kháng sinh, được tận dụng để sản xuất kháng sinh chữa bệnh cho người và động vật. Số khác có chứa gen sản xuất các loại men đặc biệt, giúp phân giải các hợp chất hữu cơ độc, hóa chất, chất thải công nghiệp, thuốc trừ sâu, chất sát trùng,... góp phần bảo vệ môi trường.

• Sự phát triển của vi khuẩn: Gồm 4 giai đoạn: Thích ứng, tăng mạnh, tối đa và suy tàn. Về ứng dụng, khi vi khuẩn xâm nhập gây hại thì cần can thiệp sớm, ngay trong giai đoạn vi khuẩn đang thích ứng với môi trường, chưa sinh sản [ví dụ băng bó, xử lý sớm vết thương trong 5 - 6 giờ đầu để tránh nhiễm trùng]. Còn nếu muốn nghiên cứu những tính chất điển hình của vi khuẩn thì cần lấy vi khuẩn nuôi ở giai đoạn tăng mạnh. Trong trường hợp muốn thu nhiều vi khuẩn để làm vắc-xin và kháng nguyên, nên lấy ở giai đoạn tối đa.

Vi khuẩn gồm vi khuẩn có ích và vi khuẩn có hại. Con người cần khai thác những lợi ích của vi khuẩn mang lại và kiểm soát các tác hại của vi khuẩn để cải thiện chất lượng cuộc sống.

Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec là một trong những bệnh viện không những đảm bảo chất lượng chuyên môn với đội ngũ y bác sĩ đầu ngành, hệ thống trang thiết bị công nghệ hiện đại mà còn nổi bật với dịch vụ khám, tư vấn và chữa bệnh toàn diện, chuyên nghiệp; không gian khám chữa bệnh văn minh, lịch sự, an toàn và tiệt trùng tối đa.

Để được tư vấn trực tiếp, Quý Khách vui lòng bấm số 1900 232 389 [phím 0 để gọi Vinmec] hoặc đăng ký lịch khám tại viện TẠI ĐÂY. Nếu có nhu cầu tư vấn sức khỏe từ xa cùng bác sĩ Vinmec, quý khách đặt lịch tư vấn TẠI ĐÂY. Tải ứng dụng độc quyền MyVinmec để đặt lịch nhanh hơn, theo dõi lịch tiện lợi hơn

Sự khác nhau giữa vi khuẩn và virus

XEM THÊM:

Vi sinh vật phân bố khắp mọi nơi trong tự nhiên và trên cả cơ thể người và các loài động vật. Vi sinh vật bao gồm vi sinh vật có lợi và vi sinh vật có hại. Trong đó, chỉ có một số ít loài vi sinh vật gây bệnh cho con người.

Vi sinh vật là các sinh vật đơn bào hoặc đa bào, nhân sơ hoặc nhân thực, có kích thước rất nhỏ và thường chỉ quan sát được qua kính hiển vi. Vi sinh vật bao gồm cả vi khuẩn, virus, nấm, tảo và nguyên sinh động vật.

Đặc điểm của vi sinh vật là:

• Kích thước rất nhỏ bé, thường được đo bằng micromet;
• Hấp thu nhiều và chuyển hóa nhanh;
• Sinh trưởng nhanh và phát triển mạnh so với các sinh vật khác;
• Năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị;
• Chủng loại nhiều: Số lượng và chủng loại vi sinh vật thay đổi theo thời gian. Có khoảng trên 100.000 loài vi sinh vật, bao gồm 69.000 loài nấm, 30.000 loài động vật nguyên sinh, 1.200 loài vi tảo, 2.500 loài vi khuẩn lam, 1.500 loài vi khuẩn, 1.200 loài virus và Rickettsia. Đặc biệt, do tính chất dễ phát sinh đột biến nên số lượng loài vi sinh vật được tìm thấy ngày càng tăng. Ví dụ như nấm: Trung bình mỗi năm bổ sung thêm khoảng 1.500 loài mới;
• Phân bố rộng: Vi sinh vật phân bố ở khắp mọi nơi trên trái đất, ngay cả ở những điều kiện khắc nghiệt nhất như miệng núi lửa, Nam cực, đáy đại dương,...

Có thể phân loại các nhóm vi sinh vật dựa trên lợi ích của chúng như sau:

• Vi sinh vật có lợi: Vi sinh vật có lợi có trong thực phẩm, đường ruột hoặc vi sinh vật có lợi cho cây trồng;
• Vi sinh vật có hại: Các loại vi sinh vật gây bệnh cho người, vật nuôi, cây trồng,...

Các môi trường sinh sống của vi sinh vật bao gồm: Môi trường nước, môi trường đất, môi trường trên mặt đất - không khí và môi trường sinh vật [người, động vật, thực vật].

Vi sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ, phải sử dụng kính hiển vi để quan sát

Có một quần thể vi sinh vật gọi là vi hệ sống trên cơ thể người khỏe mạnh. Các loại vi sinh vật thường thấy trên cơ thể người có thể được phân chia thành: Vi sinh vật ký sinh có hại cho con người, vi sinh vật cộng sinh có lợi cho cả người và vi sinh vật, loại trung gian là vi sinh vật hội sinh. Dựa trên thời gian vi sinh vật cư trú trên cơ thể, có thể phân chia thành 2 nhóm sau:

• Nhóm có mặt thường xuyên: Tồn tại trên cơ thể người hằng năm hoặc vĩnh viễn;
• Nhóm có mặt tạm thời: Không thường xuyên tồn tại trên cơ thể người, thường chỉ thấy trong vài giờ, vài ngày hoặc vài tuần.

Vai trò của hệ vi sinh vật bình thường trên cơ thể người:

• Vi khuẩn tổng hợp và tiết ra một số enzyme cần thiết cho chúng, đồng thời giúp cơ thể tăng cường hấp thu chất dinh dưỡng. Cụ thể, vi khuẩn đường ruột [E.coli] sản xuất vitamin K, vitamin B12,...;
• Các vi sinh vật cư trú tại chỗ có khả năng ngăn cản sự xâm nhập của các loại vi khuẩn gây bệnh từ nơi khác tới;
• Vi sinh vật có khả năng kích thích sinh kháng thể phản ứng chéo.

Có khoảng trên 200 loài vi sinh vật tồn tại trên cơ thể người và chúng chủ yếu phân bố ở các bộ phận sau:

Vi sinh vật trên da

Da là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với môi trường nên có nhiều loại vi sinh vật ký sinh trên da và chủ yếu là các vi sinh vật có mặt tạm thời. Các loại vi sinh vật này lấy thức ăn trên da từ các chất tiết của tuyến mồ hôi, tuyến bã nhờn. Chúng phân bố dày hơn ở những vùng da ẩm như da đầu, da mặt, kẽ ngón tay, ngón chân, nách. Tùy vị trí, số lượng vi khuẩn trên da có thể từ 102 - 103 vi sinh vật/cm2 da.

Trên da thường tồn tại các loại vi sinh vật sau: Cầu khuẩn gram dương [Peptostreptococcus, Micrococcus sp. và S.epidermidis] và trực khuẩn gram dương [Propionibacterium, Corynebacterium, Bacillus, Diphtheroid]. S. Epidermidis là căn nguyên gây bệnh ở những bệnh nhân nằm viện được đặt ống thông catheter.

Việc vệ sinh tắm rửa thường xuyên có thể làm giảm tới 90% vi sinh vật trên da. Tuy nhiên, sau vài giờ chúng sẽ nhanh chóng được bổ sung từ tuyến bã nhờn, tuyến mồ hôi, các vùng da lân cận và từ môi trường. Vì vậy, con người cần thường xuyên vệ sinh cơ thể để kiểm soát sự gia tăng của vi sinh vật trên da.

Vi sinh vật tồn tại ở trên da của con người

Vi sinh vật ở đường hô hấp

Ở đường hô hấp, sự phân bố của vi sinh vật như sau:

• Vi sinh vật ở mũi: S.epidermidis, Corynebacterium, S.aureus và Streptococcus;
• Vi sinh vật ở đường hô hấp trên: S.pneumoniae, Herpes, Streptococcus nhóm viridans, S.aureus, M.Catarrhalis, Adeno, Rhino;
• Vi sinh vật ở họng miệng: Chủ yếu là liên cầu khuẩn;
• Vi sinh vật ở đường hô hấp dưới [khí quản, phế quản, phế nang]: Bình thường không có vi khuẩn ở đường hô hấp dưới.

Vi sinh vật ở đường tiêu hoá

Ở đường tiêu hóa, vi sinh vật phân bố như sau:

• Vi sinh vật ở miệng: Với điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn phát triển [nhiệt độ, bã thức ăn, pH nước bọt kiềm nhẹ], có lượng lớn vi khuẩn trong miệng. Vi khuẩn ở miệng chủ yếu là liên cầu khuẩn [S.sanguinis, S.mitis, S.salivarius, S.Mutans.], các cầu khuẩn kị khí [Veillonella, Peptostreptococcus], tụ cầu [S.epidermidis], Lactobacillus, song cầu gram âm [Moraxella catarrhalis, Neisseria]. Các vi sinh vật ít gặp hơn ở miệng gồm S.aureus, Enterococcus, C.albicans;
• Vi sinh vật trong dạ dày: Hầu hết các loại vi sinh vật đều bị phá hủy ở dạ dày và pH axit ở dạ dày giữ cho lượng vi sinh vật ở mức tối thiểu là 103 vi sinh vật/gram thức ăn. Một số loại vi khuẩn có thể sống được trong dạ dày là vi khuẩn H.Pylori và vi khuẩn lao. Người có H.pylori có thể phát triển thành bệnh loét dạ dày - tá tràng;
• Vi sinh vật ở ruột: pH ở ruột >7, có tính kiềm. Có ít vi sinh vật ở ruột non vì ở đây có các enzyme ly giải. Khi đi dần xuống dưới, số lượng vi sinh vật tăng dần. Ở tá tràng có 103 vi khuẩn/ml dịch, ở đại tràng là 108 - 1011 vi sinh vật/gram phân. Các vi sinh vật chiếm 10 - 30% khối lượng phân. Các vi khuẩn thường tồn tại ở ruột non là Enterococcus, Lactobacillus, Candida albicans. Các vi khuẩn thường tồn tại ở đại tràng người bình thường là: vi khuẩn kỵ khí [Bacteroides, Lactobacillus, Clostridium, Peptococcus] và một số loại vi khuẩn ưa khí, kỵ khí tùy ngộ có số lượng thấp như: E.coli, Proteus, Klebsiella, Lactobacillus, Enterobacter, Enterococcus, B.cereus, Candida spp,... Các vi khuẩn ở ruột đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp vitamin A, chuyển hóa sắc tố mật, axit mật, hấp thu các chất dinh dưỡng và chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn gây bệnh.

Vi sinh vật ở đường tiết niệu

Bình thường, đường tiết niệu vô trùng và nước tiểu không có vi sinh vật. Đường tiết niệu ở phía ngoài cùng của niệu đạo có một số ít loài vi khuẩn như: E.coli, S.epidermidis, Enterococcus faecalis, alpha-hemolytic streptococci, Proteus. Chúng có thể có trong nước tiểu đầu với số lượng dưới 104 vi sinh vật/ml.

Vi sinh vật ở trong cơ quan sinh dục

• Ở trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ: Âm đạo có các loại vi khuẩn như Lactobacillus acidophilus, cầu khuẩn và trực khuẩn [E.coli];
• Ở phụ nữ tuổi dậy thì tới mãn kinh: Dưới tác động của estrogen trong máu, tế bào biểu mô âm đạo có nhiều glycogen. Lactobacillus có khả năng chuyển hóa glycogen thành axit lactic, khiến pH âm đạo có tính axit [pH 4 - 5], chống lại sự xâm nhập của các vi sinh vật gây bệnh và nấm. Trong trường hợp người phụ nữ sử dụng kháng sinh hoặc bước sang thời kỳ mãn kinh, Lactobacillus bị ức chế, nấm và nhiều loại vi khuẩn khác sẽ sinh trưởng mạnh và gây viêm. Các vi sinh vật thường tồn tại ở âm đạo gồm: Lactobacillus, Bacteroides, Peptostreptococcus, S.epidermidis, Enterococcus, G.vaginalis, ít gặp hơn là liên cầu nhóm B, vi khuẩn đường ruột và C.albicans.

Vi sinh vật luôn tồn tại trong cơ thể người, trong đó bao gồm cả vi sinh vật có lợi và vi sinh vật có hại. Mỗi người cần duy trì chế độ sinh hoạt lành mạnh, khoa học để kích thích lợi khuẩn tăng trưởng và kiểm soát, chống lại sự xâm nhập, phát triển của vi sinh vật gây hại.

Để được tư vấn trực tiếp, Quý Khách vui lòng bấm số 1900 232 389 [phím 0 để gọi Vinmec] hoặc đăng ký lịch khám tại viện TẠI ĐÂY. Nếu có nhu cầu tư vấn sức khỏe từ xa cùng bác sĩ Vinmec, quý khách đặt lịch tư vấn TẠI ĐÂY. Tải ứng dụng độc quyền MyVinmec để đặt lịch nhanh hơn, theo dõi lịch tiện lợi hơn

XEM THÊM: