Vi Sinh Vật Là Gì? Hệ Sinh Thái Vi Sinh, Cổ Khuẩn, Vi Khuẩn ... - VINALAB

Sự tồn tại có thể có của sự sống vi sinh vật vô hình đã được phát hiện từ thời cổ đại, chẳng hạn như trong kinh sách Jain từ Thế kỷ thứ VI trước Công nguyên ở Ấn Độ. Nghiên cứu khoa học về vi sinh vật bắt đầu bằng việc quan sát chúng dưới kính hiển vi vào những năm 1670 của Anton van Leeuwenhoek. Vào những năm 1850, Louis Pasteur phát hiện ra rằng vi sinh vật gây ra sự hư hỏng thực phẩm, tiền đề phát triển lý thuyết về sự phát sinh tự phát. Vào những năm 1880, Robert Koch phát hiện ra rằng vi sinh vật gây ra các bệnh lao, tả, bạch hầu và bệnh than.

Các vi sinh vật có thể có các môi trường sống rất khác nhau và sống ở khắp mọi nơi từ cực đến xích đạo, sa mạc, mạch nước phun, đá và biển sâu. Một số thích nghi với các điều kiện khắc nghiệt như điều kiện rất nóng hoặc rất lạnh, một số khác với áp suất cao và một số ít, chẳng hạn như Deinococcus radiodurans, với môi trường bức xạ cao. Vi sinh vật cũng tạo nên hệ vi sinh vật có trong và trên tất cả các sinh vật đa bào. Có bằng chứng cho thấy lục địa Úc có khối đá 3,45 tỷ tuổi từng chứa vi sinh vật, bằng chứng trực tiếp sớm nhất về sự sống trên Trái đất.

Vi sinh vật rất quan trọng trong văn hóa và sức khỏe con người theo nhiều cách, phục vụ để lên men thực phẩm và xử lý nước thải, sản xuất nhiên liệu, enzyme và các hợp chất hoạt tính sinh học khác. Vi khuẩn là công cụ thiết yếu trong sinh học như các sinh vật mô hình và đã được đưa vào sử dụng trong chiến tranh sinh học và khủng bố sinh học. Vi sinh là một thành phần quan trọng của đất màu mỡ. Trong cơ thể con người, vi sinh vật tạo nên hệ vi sinh vật của con người, bao gồm cả hệ thực vật đường ruột thiết yếu. Các mầm bệnh truyền nhiễm đều có nguyên nhân xuất phát từ vi khuẩn. Do đó, diệt khuẩn là mục tiêu cốt lõi của các biện pháp vệ sinh.

NỘI DUNG BÀI VIẾT

• 1. Vi sinh vật (microorganism) là gì?
• 2. Phân loại và cấu trúc của vi sinh vật
• 3. Cổ khuẩn (Archaea) là gì?
• 4. Vi khuẩn (Bacteria) là gì?
• 5. Sinh vật nhân thực (Eukaryotes) là gì?
• 6. Sinh vật nguyên sinh (Protist) là gì?
• 7. Nấm (Fungus) là gì?
• 8. Tảo lục (Plants) là gì?
• 9. Hệ sinh thái vi sinh vật
• 10. Những ứng dụng của vi sinh vật trong cuộc sống
• 11. Vi sinh vật và sức khỏe con người

1. Vi sinh vật (microorganism) là gì?

Vi sinh vật (microorganism) hay vi khuẩn (microbe) là một sinh vật có kích thước siêu nhỏ, có thể tồn tại ở dạng đơn bào hoặc ở đa bào nhân sơ.

Bởi vì vi sinh vật bao gồm hầu hết các sinh vật đơn bào từ cả ba giới sống nên chúng có thể vô cùng đa dạng. Hai trong ba giới vi sinh vật là Cổ khuẩn (Archaea) và Vi khuẩn (Bacteria). Giới thứ ba là sinh vật nhân thực (Eukaryota) bao gồm tất cả các sinh vật đa bào cũng như nhiều sinh vật đơn bào và động vật nguyên sinh là vi khuẩn. Một số nguyên sinh vật có liên quan đến động vật và một số liên quan đến thực vật. Ngoài ra còn có nhiều sinh vật đa bào có kích thước hiển vi, cụ thể là động vật vi sinh, một số nấm và một số tảo, nhưng chúng thường không được coi là vi sinh vật.

Vi sinh vật (microorganism) là gì?

a. Phát hiện vi khuẩn từ thời tiền cổ đại (ancient precursors)

Antonie van Leeuwenhoek là người đầu tiên nghiên cứu các sinh vật cực nhỏ.

Lazzaro Spallanzani đã chỉ ra rằng đun sôi nước dùng sẽ ngăn không cho nó thối rữa.

Vardhmana Mahavira công nhận sự tồn tại của các sinh vật cực nhỏ vào thế kỷ thứ sáu trước Công nguyên.

Sự tồn tại có của các sinh vật cực nhỏ đã được thảo luận trong nhiều thế kỷ trước khi phát hiện ra chúng vào thế kỷ XVII. Đến thế kỷ thứ VI trước Công nguyên, người Jain của Ấn Độ ngày nay đã công nhận sự tồn tại của những sinh vật nhỏ bé được gọi là "nigodas". Những nigodas này được cho là sinh ra trong các cụm; chúng sống ở khắp mọi nơi, kể cả xác thực vật, động vật và con người; và cuộc sống của họ chỉ kéo dài trong một phần nhỏ của giây. Theo thủ lĩnh Mahavira của đạo Jain, con người tiêu diệt những ngôi chùa này trên quy mô lớn, khi chúng ăn, thở, ngồi và di chuyển. Nhiều Jain hiện đại khẳng định rằng giáo lý của Mahavira đoán trước sự tồn tại của vi sinh vật như được khoa học hiện đại phát hiện.

Phát hiện sớm nhất được biết đến để chỉ ra khả năng dịch bệnh lây lan bởi những sinh vật chưa được nhìn thấy là của học giả người La Mã Marcus Terentius Varro trong một cuốn sách vào thế kỷ thứ I trước Công nguyên có tựa đề "Về nông nghiệp", trong đó ông gọi những sinh vật vô hình là động vật, và cảnh báo không nên đặt một ngôi nhà gần đầm lầy:

"... Và bởi vì có những sinh vật nhỏ nhất định không thể nhìn thấy bằng mắt được lai tạo, chúng bay lơ lửng trong không khí và xâm nhập vào cơ thể qua miệng và mũi và chúng gây ra các bệnh nghiêm trọng."

Trong The Canon of Medicine (1020), Avicenna cho rằng bệnh lao và các bệnh khác có thể lây lan.

b. Những khám phá về vi sinh vật thời cận hiện đại (Early modern)

Akshamsaddin (nhà khoa học Thổ Nhĩ Kỳ) đã đề cập đến vi khuẩn trong tác phẩm Maddat ul-Hayat (Vật chất của sự sống) khoảng hai thế kỷ trước khi phát hiện của Antonie van Leeuwenhoek thông qua thử nghiệm:

“Sẽ không đúng khi cho rằng dịch bệnh xuất hiện từng người riêng biệt. Bệnh lây nhiễm bằng cách lây lan từ người này sang người khác. Sự lây nhiễm này xảy ra qua những hạt nhỏ đến mức không thể nhìn thấy nhưng chúng vẫn còn sống.”

Năm 1546, Girolamo Fracastoro đề xuất rằng dịch bệnh là do các thực thể giống như hạt có thể chuyển giao có thể truyền bệnh khi tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp, hoặc thậm chí không tiếp xúc trên một khoảng cách xa.

Antonie van Leeuwenhoek được coi là một trong những cha đẻ của ngành vi sinh vật học (microbiology). Ông là người đầu tiên vào năm 1673 khám phá và tiến hành các thí nghiệm khoa học với vi sinh vật, sử dụng kính hiển vi một thấu kính đơn giản do chính ông thiết kế. Robert Hooke, người cùng thời với Leeuwenhoek, cũng sử dụng kính hiển vi để quan sát đời sống vi sinh vật dưới dạng quả thể của nấm mốc. Trong cuốn sách Micrographia năm 1665 của mình, ông đã vẽ các bản vẽ nghiên cứu và đặt ra thuật ngữ tế bào (cell).

c. Những phát hiện về vi khuẩn vào thế kỷ XIX

Louis Pasteur đã chỉ ra rằng những phát hiện của Spallanzani vẫn giữ được hiệu quả ngay cả khi không khí có thể lọt vào qua một bộ lọc ngăn các hạt ra ngoài.

Louis Pasteur (1822–1895) để nước dùng đun sôi tiếp xúc với không khí, trong các bình có chứa bộ lọc để ngăn các hạt đi qua môi trường phát triển và cũng trong các bình không có bộ lọc, nhưng không khí được cho phép qua một ống cong nên bụi các hạt sẽ lắng và không tiếp xúc với nước dùng. Bằng cách đun sôi nước dùng trước, Pasteur đảm bảo rằng không có vi sinh vật nào sống sót trong nước dùng khi bắt đầu thử nghiệm. Không có gì phát triển trong nước dùng trong quá trình thử nghiệm của Pasteur. Điều này có nghĩa là các sinh vật sống phát triển trong nước dùng như vậy đến từ bên ngoài, dưới dạng bào tử trên bụi, chứ không phải được tạo ra một cách tự phát trong nước dùng. Do đó, Pasteur bác bỏ lý thuyết về sự phát sinh tự phát (spontaneous generation) và ủng hộ lý thuyết mầm bệnh (The germ theory of disease).

Louis Pasteur (1822–1895)

Năm 1876, Robert Koch (1843–1910) cho rằng vi sinh vật có thể gây bệnh. Ông phát hiện ra rằng máu của gia súc bị nhiễm bệnh than luôn có một số lượng lớn Bacillus anthracis. Koch phát hiện ra rằng anh ta có thể truyền bệnh than từ con vật này sang con vật khác bằng cách lấy một mẫu máu nhỏ của con vật bị nhiễm bệnh và tiêm vào con khỏe mạnh và điều này khiến con vật khỏe mạnh bị bệnh. Ông cũng phát hiện ra rằng ông có thể nuôi cấy vi khuẩn trong môi trường dinh dưỡng, sau đó tiêm nó vào một con vật khỏe mạnh và gây bệnh. Dựa trên các thí nghiệm này, ông đã đưa ra các tiêu chí để thiết lập mối liên hệ nhân quả giữa vi sinh vật và bệnh tật. Ngày nay, chúng được gọi là Định đề của Koch (Koch's postulates). Mặc dù những định đề này không thể được áp dụng trong mọi trường hợp, nhưng chúng vẫn giữ được tầm quan trọng lịch sử đối với sự phát triển của tư tưởng khoa học và vẫn đang được sử dụng cho đến ngày nay.

Việc phát hiện ra các vi sinh vật như Euglena không phù hợp với cả giới động vật và giới thực vật, vì chúng có khả năng quang hợp như thực vật, nhưng lại chuyển động như động vật, dẫn đến việc đặt tên cho giới thứ ba vào những năm 1860. Năm 1860, John Hogg gọi nó là Protoctista, và năm 1866 Ernst Haeckel đặt tên nó là sinh vật nguyên sinh (protista).

Công trình của Pasteur và Koch đã không phản ánh chính xác sự đa dạng thực sự của thế giới vi sinh vật vì họ chỉ tập trung vào các vi sinh vật có liên quan trực tiếp đến y học. Mãi cho đến khi công trình của Martinus Beijerinck và Sergei Winogradsky vào cuối thế kỷ 19, bề rộng thực sự của vi sinh vật học mới được tiết lộ. Beijerinck đã có hai đóng góp lớn cho vi sinh vật học: việc phát hiện ra vi rút (viruses) và sự phát triển của kỹ thuật nuôi cấy làm giàu (enrichment culture). Trong khi nghiên cứu về virus khảm thuốc lá đã thiết lập các nguyên tắc cơ bản của virus học, đó là sự phát triển về nuôi cấy làm giàu có tác động tức thời nhất đến vi sinh vật bằng cách cho phép nuôi cấy nhiều loại vi sinh có đặc tính sinh lý khác nhau.

Winogradsky là người đầu tiên phát triển khái niệm sinh vật vô cơ dưỡng (chemolithotrophy) và từ đó tiết lộ vai trò thiết yếu của vi sinh vật trong các quá trình địa hóa. Ông chịu trách nhiệm về việc phân lập và mô tả đầu tiên về cả vi khuẩn nitrat hóa và cố định nitơ. Nhà vi trùng học người Canada gốc Pháp Felix d'Herelle đã đồng phát hiện ra thực khuẩn và là một trong những nhà vi trùng học ứng dụng sớm nhất.

2. Vi sinh vật bao gồm các dạng nào?

Vi sinh vật có thể được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi trên Trái đất. Vi khuẩn và Cổ khuẩn luôn ở dạng hiển vi, trong khi một số sinh vật nhân thực cũng có dạng hiển vi, bao gồm hầu hết các sinh vật nguyên sinh, một số nấm, cũng như một số vi động vật và thực vật. Vi rút không được coi là sinh vật sống và do đó không được coi là vi sinh vật, ngoại trừ một số lĩnh vực phụ của vi sinh vật học là vi rút học, nghiên cứu về vi rút.

Dòng thời gian tiến hóa và các dạng sống lâu đời nhất được biết đến

Cây phát sinh loài năm 1990 của Carl Woese dựa trên dữ liệu rRNA cho thấy các Vi khuẩn, Cổ khuẩn và Sinh vật nhân thực đều được coi là vi sinh vật ngoại trừ một số nhóm sinh vật nhân thực đặc biệt.

Cây phát sinh loài năm 1990 của Carl Woese

Vi sinh vật đơn bào (single-celled) là dạng sống đầu tiên phát triển trên Trái đất khoảng 3,5 tỷ năm trước. Quá trình tiến hóa diễn ra chậm và trong khoảng 3 tỷ năm trong thời kỳ Precambrian (phần lớn lịch sử sự sống trên Trái đất), tất cả các sinh vật đều là vi sinh vật. Vi khuẩn, tảo và nấm đã được xác định trong hổ phách có tuổi đời 220 triệu năm, điều này cho thấy hình thái của vi sinh vật ít thay đổi kể từ ít nhất là kỷ Trias. Tuy nhiên, vai trò sinh học mới được phát hiện của niken - đặc biệt là do các vụ phun trào núi lửa từ Siberian Traps có thể đã thúc đẩy quá trình tiến hóa của nhóm sinh vật tạo ra metan (methanogens) vào cuối sự kiện tuyệt chủng kỷ Permi-Trias.

Vi sinh vật có xu hướng có tốc độ tiến hóa tương đối nhanh. Hầu hết các vi sinh vật có thể sinh sản nhanh chóng và vi khuẩn cũng có thể tự do trao đổi gen thông qua tiếp hợp (conjugation), biến nạp (transformation) và tải nạp (transduction), ngay cả giữa các loài khác nhau. Việc chuyển gen theo chiều ngang này, cùng với tỷ lệ đột biến cao và các phương thức biến đổi khác, cho phép vi sinh vật tiến hóa nhanh chóng (thông qua chọn lọc tự nhiên - natural selection) để tồn tại trong môi trường mới và phản ứng với các áp lực môi trường. Sự tiến hóa nhanh chóng này rất quan trọng trong y học, vì nó đã dẫn đến sự phát triển của thuốc kháng đa thuốc vi khuẩn gây bệnh, siêu vi khuẩn (superbug), kháng thuốc kháng sinh.

Một dạng vi sinh vật chuyển tiếp có thể có giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực đã được các nhà khoa học Nhật Bản phát hiện vào năm 2012. Parakaryon myojinensis là một vi sinh vật duy nhất lớn hơn một sinh vật nhân sơ điển hình, nhưng có vật chất hạt nhân được bao bọc trong một lớp màng như ở sinh vật nhân thực và sự hiện diện của các tế bào nội tạng. Đây được coi là dạng tiến hóa hợp lý đầu tiên của vi sinh vật, cho thấy một giai đoạn phát triển từ sinh vật nhân sơ đến sinh vật nhân thực.

3. Cổ khuẩn (Archaea) là gì?

Cổ khuẩn (Archaea) là những sinh vật đơn bào nhân sơ và hình thành miền đầu tiên của sự sống, trong hệ thống ba giới của Carl Woese. Sinh vật này được định nghĩa là không có nhân tế bào hoặc không có màng tế bào - bào quan (membrane bound-organelle.). Cổ khuẩn chia sẻ đặc điểm xác định này với các vi khuẩn mà chúng đã từng được nhóm lại. Năm 1990, nhà vi sinh vật học Woese đề xuất hệ thống ba giới phân chia các sinh vật sống thành vi khuẩn, cổ khuẩn và sinh vật nhân thực, và do đó phân chia miền sinh vật nhân sơ.

Cổ khuẩn (Archaea) là gì?

Cổ khuẩn khác với vi khuẩn về cả di truyền và hóa sinh của chúng. Ví dụ: trong khi màng tế bào vi khuẩn được tạo ra từ các phosphoglycerid với các liên kết este, thì màng tế bào cổ được tạo ra từ các lipid ete. Cổ khuẩn ban đầu được mô tả là những sinh vật ưa cực đoan sống trong môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như suối nước nóng, nhưng sau đó đã được tìm thấy trong tất cả các loại môi trường sống. Chỉ bây giờ, các nhà khoa học mới bắt đầu nhận ra mức độ phổ biến của cổ khuẩn trong môi trường, với Crenarchaeotalà dạng sống phổ biến nhất trong đại dương, thống trị các hệ sinh thái ở độ sâu dưới 150 m. Những sinh vật này cũng phổ biến trong đất và đóng một vai trò quan trọng trong quá trình oxy hóa amoniac.

Các lĩnh vực kết hợp giữa cổ khuẩn và vi khuẩn tạo thành nhóm sinh vật đa dạng và phong phú nhất trên Trái đất và thực tế sinh sống ở tất cả các môi trường có nhiệt độ dưới +140°C. Chúng được tìm thấy trong nước, đất, không khí, như hệ vi sinh vật của sinh vật, suối nước nóng và thậm chí sâu dưới lớp vỏ Trái đất trong đá. ​​Số lượng sinh vật nhân sơ được ước tính là khoảng 5 tỷ, hay 5 × 1030, chiếm ít nhất một nửa sinh khối trên Trái đất.

Đa dạng sinh học của sinh vật nhân sơ chưa được biết rõ, nhưng có thể rất lớn. Một ước tính vào tháng 5 năm 2016, dựa trên quy luật chia tỷ lệ từ số lượng loài đã biết so với kích thước của sinh vật, đưa ra ước tính có lẽ khoảng 1 nghìn tỷ loài trên hành tinh, trong đó phần lớn là vi sinh vật. Hiện tại, chỉ một phần nghìn của một phần trăm trong tổng số đó đã được mô tả. Tế bào cổ tự của một số loài tập hợp và chuyển DNA từ tế bào này sang tế bào khác thông qua tiếp xúc trực tiếp, đặc biệt là trong điều kiện môi trường căng thẳng gây ra tổn thương DNA.

4. Vi khuẩn (Bacteria) là gì?

Vi khuẩn (Bacteria) giống với cổ khuẩn, đều là sinh vật nhân sơ - đơn bào và không có nhân tế bào hoặc bào quan có màng bao bọc khác. Vi khuẩn có kích thước siêu nhỏ, với một số ngoại lệ cực kỳ hiếm, chẳng hạn như Thiomargarita namibiensis. Vi khuẩn hoạt động và sinh sản như từng tế bào riêng lẻ, nhưng chúng thường có thể tập hợp thành các khuẩn lạc đa bào (multicellular colonies). Một số loài như myxobacteria có thể tập hợp thành các cấu trúc bầy đàn phức tạp , hoạt động như các nhóm đa bào như một phần trong vòng đời của chúng, hoặc hình thành các cụm trong các đàn vi khuẩn như E.coli.

Vi khuẩn (Bacteria) là gì?

Bộ gen của chúng thường là một nhiễm sắc thể vi khuẩn hình tròn - một vòng lặp đơn của ADN, mặc dù chúng cũng có thể chứa các đoạn ADN nhỏ được gọi là plasmid. Các plasmid này có thể được chuyển giữa các tế bào thông qua sự tiếp hợp của vi khuẩn. Vi khuẩn có một thành tế bào bao quanh, tạo ra sức mạnh và độ cứng cho tế bào của chúng. Chúng sinh sản bằng cách phân hạch nhị phân (binary fission) hoặc đôi khi bằng cách nảy chồi (budding), nhưng không trải qua quá trình sinh sản hữu tính theo kiểu meiotic. Tuy nhiên, nhiều loài vi khuẩn có thể chuyển DNA giữa các tế bào riêng lẻ bằng một quá trình chuyển gen ngang được gọi là sự biến đổi tự nhiên. Một số loài hình thành bào tử có khả năng chống chịu cực kỳ bất thường, nhưng đối với vi khuẩn thì đây là cơ chế để tồn tại chứ không phải sinh sản. Trong điều kiện tối ưu, vi khuẩn có thể phát triển cực kỳ nhanh chóng và số lượng của chúng có thể tăng gấp đôi sau mỗi 20 phút.

5. Sinh vật nhân thực (Eukaryotes) là gì?

Hầu hết các sinh vật có thể nhìn thấy bằng mắt thường ở dạng trưởng thành đều là sinh vật nhân thực, bao gồm cả con người. Tuy nhiên, nhiều sinh vật nhân thực cũng là vi sinh vật. Không giống như vi khuẩn và cổ khuẩn, sinh vật nhân thực chứa các bào quan như nhân tế bào, bộ máy Golgi (Golgi apparatus) và ty thể (mitochondria) trong tế bào của chúng. Nhân là một cơ quan chứa DNA tạo nên bộ gen của tế bào. Bản thân DNA (Deoxyribonucleic acid) được sắp xếp trong các nhiễm sắc thể phức tạp. Ti thể là bào quan quan trọng trong quá trình trao đổi chất vì chúng là nơi diễn ra chu trình axit xitric và quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Chúng tiến hóa từ vi khuẩn cộng sinh (symbiotic bacteria) và giữ lại một bộ gen còn sót lại. Giống như vi khuẩn, tế bào thực vật có thành tế bào và chứa các bào quan như lục lạp (chloroplasts) cùng với các bào quan ở sinh vật nhân thực khác. Lục lạp tạo ra năng lượng từ ánh sáng bằng cách quang hợp, và ban đầu cũng là vi khuẩn cộng sinh.

Sinh vật nhân thực (Eukaryotes) là gì?

Sinh vật nhân thực đơn bào bao gồm một tế bào trong suốt vòng đời của chúng. Tiêu chuẩn này rất có ý nghĩa vì hầu hết các sinh vật nhân chuẩn đa bào chỉ bao gồm một tế bào đơn lẻ được gọi là hợp tử vào đầu chu kỳ sống của chúng. Sinh vật nhân thực vi sinh vật có thể là đơn bội hoặc lưỡng bội, và một số sinh vật có nhiều nhân tế bào.

Sinh vật nhân thực đơn bào thường sinh sản vô tính bằng cách nguyên phân (mitosis) trong điều kiện thuận lợi. Tuy nhiên, trong các điều kiện căng thẳng như hạn chế về chất dinh dưỡng và các điều kiện khác liên quan đến tổn thương DNA, chúng có xu hướng sinh sản hữu tính bằng giảm phân (meiosis) và giao hợp (syngamy).

6. Sinh vật nguyên sinh (Protist) là gì?

Trong các nhóm sinh vật nhân thực, sinh vật nguyên sinh (Protist) thường là sinh vật đơn bào và cực nhỏ. Đây là một nhóm sinh vật rất đa dạng và không dễ phân loại. Một số loài tảo là sinh vật nguyên sinh đa bào và nấm mốc có chu kỳ sống độc đáo liên quan đến việc chuyển đổi giữa các dạng đơn bào, thuộc địa và đa bào. Số lượng loài sinh vật nguyên sinh chưa được biết rõ vì chỉ một tỷ lệ nhỏ đã được xác định. Sự đa dạng của sinh vật nguyên sinh cao trong các đại dương, các lỗ thông hơi sâu, trầm tích sông và một dòng sông có tính axit, cho thấy rằng nhiều quần xã vi sinh vật nhân thực có thể vẫn chưa được phát hiện.

Sinh vật nguyên sinh (Protist) là gì?

7. Nấm (Fungus) là gì?

Nấm có một số loài đơn bào, chẳng hạn như nấm men làm bánh (Saccharomyces cerevisiae) và nấm men phân hạch (Schizosaccharomyces pombe). Một số loại nấm, chẳng hạn như nấm men gây bệnh Candida albicans, có thể trải qua quá trình chuyển đổi kiểu hình và phát triển thành các tế bào đơn lẻ trong một số môi trường và sợi nấm ở những môi trường khác.

Nấm (Fungus) là gì?

8. Tảo lục (Plants) là gì?

Tảo lục (Plants) là một nhóm lớn các sinh vật nhân thực quang hợp bao gồm nhiều sinh vật cực nhỏ. Mặc dù một số tảo lục được xếp vào nhóm nguyên sinh, những loài khác như nấm charophyta được xếp vào nhóm thực vật phôi sinh, là nhóm thực vật quen thuộc nhất trên cạn. Tảo có thể phát triển dưới dạng tế bào đơn lẻ hoặc trong chuỗi tế bào dài. Tảo lục bao gồm các trùng roi đơn bào và trùng roi thuộc địa, thường nhưng không phải lúc nào cũng có hai roi trên mỗi tế bào, cũng như các dạng thuộc địa, coccoid và dạng sợi khác nhau. Ở Charales, là loài tảo có quan hệ gần gũi nhất với thực vật bậc cao, các tế bào phân hóa thành một số mô riêng biệt trong cơ thể sinh vật. Có khoảng 6000 loài tảo lục.

Tảo lục (Plants) là gì?

9. Hệ sinh thái vi sinh vật

Các vi sinh vật được tìm thấy trong hầu hết các môi trường sống có trong tự nhiên, bao gồm các môi trường thù địch như cực Bắc và cực Nam, sa mạc, mạch nước phun và đá. Chúng cũng bao gồm tất cả các vi sinh vật biển của đại dương và biển sâu. Một số loại vi sinh vật đã thích nghi với môi trường khắc nghiệt và các khuẩn lạc bền vững; những sinh vật này được gọi là sinh vật cực đoan (extremophiles). Những sinh vật cực đoan đã bị cô lập khỏi những tảng đá sâu tới 7 km dưới bề mặt Trái đất, và có ý kiến ​​cho rằng số lượng sinh vật sống bên dưới bề mặt Trái đất có thể so sánh với số lượng sự sống trên hoặc trên bề mặt. Các sinh vật cực thích sống được trong thời gian dài trong chân không và có thể kháng bức xạ cao, thậm chí có thể cho phép chúng tồn tại trong không gian. Nhiều loại vi sinh vật có mối quan hệ cộng sinh mật thiết với các sinh vật khác lớn hơn; một số trong số đó có lợi cho cả hai bên (tương sinh - mutualism), trong khi một số khác có thể gây hại cho sinh vật chủ (ký sinh - parasitism). Nếu vi sinh vật có thể gây bệnh cho vật chủ thì chúng được gọi là mầm bệnh và sau đó chúng đôi khi được gọi là vi khuẩn. Các vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong các chu trình sinh địa hóa của Trái đất vì chúng chịu trách nhiệm phân hủy và cố định nitơ.

Hệ sinh thái vi sinh vật

Vi khuẩn sử dụng các mạng lưới điều tiết cho phép chúng thích nghi với hầu hết mọi môi trường ngách trên trái đất. Một mạng lưới tương tác giữa các loại phân tử đa dạng bao gồm DNA, RNA, protein và các chất chuyển hóa, được vi khuẩn sử dụng để đạt được sự điều chỉnh biểu hiện gen dọa nay. Ở vi khuẩn, chức năng chính của mạng lưới điều tiết là kiểm soát phản ứng với những thay đổi của môi trường, ví dụ tình trạng dinh dưỡng và căng thẳng môi trường. Một mạng lưới tổ chức phức tạp cho phép vi sinh vật phối hợp và tích hợp nhiều tín hiệu môi trường.

a. Các sinh vật trong môi trường cực đoan (Extremophiles)

Các vi sinh vật cực đoan (Extremophiles) là những vi sinh vật đã thích nghi để chúng có thể tồn tại và thậm chí phát triển trong môi trường khắc nghiệt thường gây tử vong cho hầu hết các dạng sống. Các chất ưa nhiệt và ưa nhiệt phát triển mạnh ở nhiệt độ cao. Sinh vật cực đoan phát triển mạnh ở nhiệt độ cực thấp. - Nhiệt độ cao tới 130°C (266°F), thấp đến -17°C (1°F) Halophile như Halobacterium salinarum (một loài khảo cổ) phát triển mạnh trong điều kiện muối cao, lên đến bão hòa. Alkaliphiles phát triển mạnh ở pH kiềm trong khoảng 8,5–11. Loài ưa axit có thể phát triển mạnh ở độ pH từ 2,0 trở xuống. Piezophiles phát triển mạnh ở áp suất rất cao: lên tới 1.000–2.000 atm, xuống 0 atm như trong chân không vũ trụ. Một số sinh vật ưa nhiệt cực đoan như Deinococcus radiodurans có khả năng chống bức xạ, chống lại mức phơi nhiễm bức xạ lên đến 5k Gy. Những kẻ cực đoan có ý nghĩa theo những cách khác nhau. Chúng kéo dài sự sống trên cạn vào phần lớn thủy quyển, vỏ và khí quyển của Trái đất, các cơ chế thích nghi tiến hóa cụ thể của chúng với môi trường khắc nghiệt có thể được khai thác trong công nghệ sinh học, và sự tồn tại của chúng trong những điều kiện khắc nghiệt như vậy làm tăng tiềm năng cho sự sống ngoài Trái đất.

b. Vi sinh vật trong thực vật và đất

Chu trình nitơ trong đất phụ thuộc vào sự cố định nitơ trong khí quyển. Điều này đạt được bởi một số sinh vật lưỡng phân (diazotrophs). Một cách điều này có thể xảy ra là trong nốt sần ở rễ của cây họ đậu có chứa vi khuẩn cộng sinh thuộc các chi Rhizobium, Mesorhizobium, Sinorhizobium, Bradyrhizobium và Azorhizobium.

Rễ của thực vật tạo ra một vùng hẹp được gọi là sinh quyển hỗ trợ nhiều vi sinh vật được gọi là hệ vi sinh vật rễ (root microbiome).

Các vi sinh vật này trong quần xã vi sinh vật rễ có thể tương tác với nhau và với thực vật xung quanh thông qua các tín hiệu và tín hiệu. Ví dụ, nấm rễ có khả năng giao tiếp với hệ thống rễ của nhiều loài thực vật thông qua các tín hiệu hóa học giữa cả cây và nấm. Điều này dẫn đến sự cộng sinh lẫn nhau giữa cả hai. Tuy nhiên, những tín hiệu này có thể bị nghe trộm bởi các vi sinh vật khác, chẳng hạn như vi khuẩn đất Myxococcus xanthus vốn ăn thịt các vi khuẩn khác. Việc nghe trộm hoặc chặn tín hiệu giao tiếp từ các sinh vật, chẳng hạn như thực vật và vi sinh vật, có thể dẫn đến những hậu quả tiến hóa trên quy mô lớn. Ví dụ các cặp phát/nhận tín hiệu như vi sinh vật và thực vật, có thể mất khả năng giao tiếp với các quần thể lân cận do sự biến đổi của những sinh vật khác. Khi thích nghi để tránh bị nghe trộm tín hiệu giao tiếp, sự phân kỳ tín hiệu có thể xảy ra và dẫn đến việc thực vật và vi sinh vật bị cô lập khỏi khả năng giao tiếp với các quần thể khác.

c. Vi sinh vật cộng sinh (Symbiosis)

Địa y là sự cộng sinh của một loại nấm với tảo, vi sinh vật quang tự dưỡng hoặc vi khuẩn lam.

10. Những ứng dụng của vi sinh vật trong cuộc sống

Vi sinh vật hữu ích trong sản xuất thực phẩm, xử lý nước thải, tạo nhiên liệu sinh học và nhiều loại hóa chất và enzyme. Chúng rất có giá trị trong việc nghiên cứu như các sinh vật mô hình. Chúng đã được vũ khí hóa và đôi khi được sử dụng trong chiến tranh và khủng bố sinh học. Chúng rất quan trọng đối với nông nghiệp thông qua vai trò của chúng trong việc duy trì độ phì nhiêu của đất và phân hủy chất hữu cơ.

Những ứng dụng của vi sinh vật trong cuộc sống

a. Sản xuất thực phẩm bằng vi sinh vật

Vi sinh vật được sử dụng trong quá trình lên men để làm sữa chua, pho mát, sữa đông và các loại thực phẩm khác. Nuôi cấy lên men cung cấp hương vị và hương thơm, đồng thời ức chế các sinh vật không mong muốn. Chúng được sử dụng để tráng men bánh mì , và chuyển hóa đường thành cồn trong rượu và bia. Vi sinh vật được sử dụng trong sản xuất bia, nấu rượu, nướng, muối chua và các thực phẩm khác.

Một số ứng dụng công nghiệp của Vi sinh vật:

Sản phẩm	Sự đóng góp của vi sinh vật
Phô mai	- Sự phát triển của vi sinh vật góp phần vào quá trình chín và tạo hương vị. Hương vị và vẻ ngoài của một loại pho mát cụ thể phần lớn là do các vi sinh vật liên kết với nó. - Lactobacillus Bulgaricus là một trong những vi sinh được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm hằng ngày.
Đồ uống có cồn	- Men được sử dụng để chuyển đổi đường, nước ép nho, hoặc ngũ cốc được xử lý bằng mạch nha thành rượu. các vi sinh vật khác cũng có thể được sử dụng; Một khuôn biến đổi tinh bột thành đường để tạo ra rượu gạo Nhật Bản, rượu sake. - Acetobacter Aceti một loại vi khuẩn được sử dụng trong sản xuất đồ uống có cồn.
Giấm	- Một số vi khuẩn được sử dụng để chuyển hóa rượu thành axit axetic, làm cho giấm có vị chua. - Acetobacter Aceti được sử dụng để sản xuất giấm, tạo ra giấm có mùi rượu và vị cồn.
Axit citric	- Một số loại nấm được sử dụng để tạo ra axit xitric, một thành phần phổ biến của nước giải khát và các loại thực phẩm khác.
Vitamin	- Vi sinh vật được sử dụng để tạo ra vitamin, bao gồm C, B2, B12...
Thuốc kháng sinh	- Chỉ với một số trường hợp ngoại lệ, vi sinh vật được sử dụng để tạo ra kháng sinh. Penicillin, Amoxicillin, Tetracyclin và Erythromycin.

b. Vi sinh vật trong xử lý nước

Các nhà máy xử lý nước thải chủ yếu dựa vào vi sinh vật để oxy hóa các chất hữu cơ.

Những điều này phụ thuộc vào khả năng làm sạch nước bị ô nhiễm chất hữu cơ của chúng nhờ các vi sinh vật có thể hấp thụ các chất hòa tan. Quá trình hô hấp có thể là loại hiếu khí, với lớp lọc giàu oxy như bộ lọc cát chậm. Quá trình phân hủy kỵ khí bằng methanogens tạo ra khí methane hữu ích như một sản phẩm phụ.

c. Tạo ra năng lượng bằng vi sinh vật

Vi sinh vật được sử dụng trong quá trình lên men để sản xuất etanol và trong các hầm khí sinh học để sản xuất metan. Các nhà khoa học đang nghiên cứu việc sử dụng tảo để sản xuất nhiên liệu lỏng và vi khuẩn để chuyển đổi các dạng chất thải nông nghiệp và đô thị thành nhiên liệu có thể sử dụng được.

d. Sản xuất hóa chất và enzyme

Vi sinh vật được sử dụng để sản xuất nhiều hóa chất thương mại và công nghiệp, enzyme và các phân tử hoạt tính sinh học khác. Các axit hữu cơ được sản xuất trên quy mô công nghiệp bằng quá trình lên men vi sinh vật bao gồm axit axetic được tạo ra bởi vi khuẩn axit axetic như Acetobacter aceti, axit butyric được tạo ra bởi vi khuẩn Clostridium butyricum, axit lactic được tạo ra bởi Lactobacillus và các vi khuẩn axit lactic khác, axit xitric do nấm mốc Aspergillus niger sinh ra.

Các vi sinh vật được sử dụng để điều chế các phân tử có hoạt tính sinh học như Streptokinase từ vi khuẩn Streptococcus, Cyclosporin A từ nấm ascomycete Tolypocladium Inflatum, và statin do nấm men Monascus purpureus sản xuất.

e. Vi sinh vật được sử dụng cho mục đích khoa học

Vi sinh vật là công cụ thiết yếu trong công nghệ sinh học, hóa sinh, di truyền và sinh học phân tử. Nấm men Saccharomyces cerevisiae và Schizosaccharomyces pombe là những sinh vật kiểu mẫu quan trọng trong khoa học vì chúng là những sinh vật nhân chuẩn đơn giản có thể phát triển nhanh chóng với số lượng lớn và dễ dàng điều khiển. Chúng đặc biệt có giá trị về di truyền, gen và protein. Các vi sinh vật có thể được khai thác để sử dụng như tạo ra steroid và điều trị các bệnh ngoài da. Các nhà khoa học cũng đang xem xét sử dụng vi sinh vật cho pin nhiên liệu sống, và như một giải pháp cho ô nhiễm.

f. Sử dụng vi sinh vật vì mục đích chiến tranh

Thời Trung cổ là một ví dụ ban đầu của chiến tranh sinh học, những xác chết bị bệnh được ném vào lâu đài trong các cuộc vây hãm bằng máy bắn đá. Những người tiếp xúc với xác chết mang mầm bệnh và có khả năng lây lan mầm bệnh đó cho những người khác.

Trong thời hiện đại, khủng bố sinh học bao gồm vụ tấn công khủng bố sinh học Rajneeshee năm 1984 và vụ phóng thích bệnh than năm 1993 của Aum Shinrikyo ở Tokyo.

g. Vi sinh vật và đất

Vi sinh vật có thể tạo ra các chất dinh dưỡng và khoáng chất trong đất có sẵn cho cây trồng, tạo ra các hormone thúc đẩy sự phát triển, kích thích hệ thống miễn dịch của thực vật và kích hoạt hoặc làm giảm phản ứng căng thẳng. Nói chung, một bộ vi khuẩn trong đất đa dạng hơn sẽ dẫn đến ít bệnh tật hơn cho cây trồng và năng suất cao hơn.

11. Vi sinh vật và sức khỏe con người

a. Vi sinh vật trong đường ruột

Các vi sinh vật có thể hình thành mối quan hệ nội cộng sinh với các sinh vật khác lớn hơn. Ví dụ, sự cộng sinh của vi sinh vật đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống miễn dịch. Các vi sinh vật tạo nên hệ vi khuẩn đường ruột trong đường tiêu hóa góp phần vào khả năng miễn dịch của đường ruột, tổng hợp các vitamin như axit folic và biotin, và lên men các loại carbohydrate phức tạp khó tiêu hóa. Một số vi sinh vật được coi là có lợi cho sức khỏe được gọi là men vi sinh và có sẵn dưới dạng thực phẩm chức năng hoặc phụ gia thực phẩm.

Vi sinh vật trong đường ruột

b. Mầm bệnh từ vi sinh vật

Vi sinh vật là tác nhân gây bệnh (mầm bệnh) trong nhiều bệnh truyền nhiễm. Các sinh vật liên quan bao gồm vi khuẩn gây bệnh, gây ra các bệnh như bệnh dịch hạch, bệnh lao và bệnh than; ký sinh đơn bào, gây ra các bệnh như sốt rét, bệnh ngủ, bệnh lỵ và bệnh toxoplasma; và cả các loại nấm gây ra các bệnh như nấm ngoài da, nấm candida hoặc bệnh nấm histoplasmosis.

Tuy nhiên, các bệnh khác như cúm, sốt vàng da hoặc AIDS là do vi rút gây bệnh gây ra, thường không được phân loại là sinh vật sống và do đó không phải là vi sinh vật theo định nghĩa chặt chẽ.

Không có ví dụ rõ ràng về các mầm bệnh khảo cổ học được biết đến, mặc dù mối quan hệ đã được đề xuất giữa sự hiện diện của một số methanogens khảo cổ và bệnh nha chu ở người. Nhiều mầm bệnh vi sinh vật có khả năng xuất hiện các quá trình hữu tính để tạo điều kiện thuận lợi cho sự tồn tại của chúng trong vật chủ bị nhiễm bệnh.

c. Vệ sinh và vi sinh thực phẩm

Vệ sinh là một tập hợp các thực hành để tránh nhiễm trùng hoặc hư hỏng thực phẩm bằng cách loại bỏ vi sinh vật khỏi môi trường xung quanh. Vì vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn, được tìm thấy hầu như ở khắp mọi nơi, nên các vi sinh vật có hại có thể bị giảm xuống mức có thể chấp nhận được thay vì thực sự bị loại bỏ.

Trong chế biến thực phẩm, vi sinh vật bị khử bởi các phương pháp bảo quản như nấu nướng, vệ sinh sạch sẽ dụng cụ, thời gian bảo quản ngắn hoặc nhiệt độ thấp. Nếu cần vô trùng hoàn toàn, như đối với thiết bị phẫu thuật, một nồi hấp được sử dụng để tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt và áp suất.

Trên đây là những kiến thức mà Vinalab đã chắc lọc từ các tài liệu nghiên cứu trên thế giới. Rất mong sẽ giúp các bạn hiểu được phần nào về thế giới vi sinh vật rộng lớn.

Chia sẻ:

Tin bài khác

Vai trò của đất hiếm trong nuôi trồng thủy sản

25/10/2024

Công nghệ "lều điện tử phân hủy sinh học" chẩn đoán bệnh não theo cách ít xâm lấn

09/09/2024

Xác định loại protein ảnh hưởng đến hệ vi khuẩn đường ruột và phản ứng với nhiễm trùng do vi khuẩn

13/08/2024

Nghiên cứu điều chế dược chất phóng xạ 18F-Choline sử dụng trong chụp PET/CT chẩn đoán ung thư tuyến tiền liệt

09/07/2024

Nghiên cứu thu hồi và tách đất hiếm từ mỏ Nam Đề Gi để sản xuất phân bón vi lượng

13/06/2024

Khử mặn bằng màng lọc polyester mới tiết kiệm chi phí

16/05/2024

Tryptophan trong chế độ ăn và vi khuẩn đường ruột chống nhiễm trùng E. coli

08/04/2024

Pin không chứa coban cung cấp năng lượng cho ô tô trong tương lai

19/02/2024

Bóng bán dẫn mới làm từ phốt pho đen đơn lớp và arsenide gecmani

21/01/2024

Kem “siêu melanin” bảo vệ da khỏi tác hại của ánh nắng mặt trời và chữa lành vết thương

04/12/2023

Cao su kỹ thuật chống rung, chịu nén dùng trong đầu máy - toa xe và túi nâng trục vớt, cứu hộ đường thủy

12/11/2023

Chế tạo vật liệu hydrogel từ gelatin/carboxymetyl-chitin và gelatin/carboxymetyl-chitosan

29/10/2023