Chương 1: Tổng quan tài liệu 1. Sơ lược về vi khuẩn Bacillus 1. Đặc điểm phân loại Giới: Bacteria Ngành: Firmicutes Lớp: Bacilli Bộ: Eubacteriales Họ: Bacillaceae Chi: Bacillus sp.1 Vi khuẩn Bacillus subtilis (https://upload.org/wikipedia/commons/ b/b9/Bacillus_subtilis_Gram. Đặc điểm sinh học Bacillus là vi khuẩn gram dương, catalase dương tính, nhóm vi khuẩn này thường được tìm thấy trong môi trường có độ biến động cao, sinh trưởng dưới điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt buộc, sử dụng khí oxi làm chất nhận khi trao đổi khí trong quá trình trao đổi chất.
Chúng có khả năng tạo ra bào tử khi xảy ra các điều kiện khắc nghiệt như thiếu dinh dưỡng, nhiệt độ cao. Phần lớn tế 3 bào có bào tử trong hình oval có khuynh hướng phình ra ở một đầu có kích thước khác nhau (0,5 - 2,5) x (1,2 – 10) µm. Bào tử có tính kháng nhiệt cao, kháng bức xạ, kháng hóa chất, kháng áp suất thẩm thấu, khi gặp điều kiện lợi có thể nảy mầm, phát triển thành tế bào sinh dưỡng. Vi khuẩn Bacillus có bao nhầy (giác mạc), bao nhầy có cấu tạo polypeptit giúp chúng có khả năng chịu được các điều kiện khắc nghiệt [6].
Hầu hết Bacillus không gây độc cho người và động vật, một số gây độc cho côn trùng. Chúng có khả năng sinh enzyme ngoại bào do đó được ứng dụng niều trong công nghệp, nông nghiệp và bảo vệ môi trường… 1. Một số Bacillus thường gặp trong tự nhiên 1. Bacillus subtilis Bacillus subtilis được nhà khoa học cùng thời với Robert Koch tên là Ferdinand Cohn phát hiện và đặt tên năm 1872 [8].
Bacillus subtilis được gọi là trực khuẩn cỏ khô vì nó phân bố nhiều trong đất và đặc biệt là ở cỏ khô. Chúng phân hủy pectin và polysaccarit ở mô thực vật và góp phần gây nên các nốt trên củ khoai tây bị u. Chúng sinh trưởng trên môi trường nguyên thủy xác định mà không cần bổ sung thêm yếu tố kích thích sinh trưởng. Sự sinh trưởng phát triển của chúng góp phần làm hỏng các nguyên liệu có nguồn gốc động thực vật.
Chúng không sinh trưởng trên thực phẩm có tính axit ở điều kiện tối ưu. Chúng là nguyên nhân gây hư hỏng bánh mì. Phần lớn thông tin chúng ta có về đặc điểm sinh học, hóa sinh, di truyền của các vi khuẩn Gram dương khác đều nhận được từ việc nghiên cứu Bacillus subtilis [8]. Chúng là những vi khuẩn hình que, ngắn, nhỏ, kích thước ( 3 – 5) x 0,6 µm.
Chúng phát triển riêng rẽ như những sợi đơn bào ít khi kết chuỗi sợi [8]. Khuẩn lạc khô, vô màu hay xám nhạt, có thể màu trắng hơi nhăn hoặc tạo ra lớp màng mịn lan trên bề mặt thạch, mép nhăn hoặc lồi lõm nhiều hay ít, bám chặt vào môi trường thạch. Bacillus subtilis sinh trưởng tốt nhất ở 360C – 500C, tối đa 4 khoảng 600C, là loại ưa nhiệt cao. Bào tử của Bacillus subtilis cũng chịu được nhiệt khá cao.
Bào tử hình bầu dục, kích thước 0,6µm – 0,9µm. Phân bố không theo nguyên tắc chặt chẽ nào, lệch tâm, gần tâm nhưng không chính tâm. Chúng phát tán rộng rãi. Chúng là một thể nghỉ sinh ra vào cuối thời kỳ sinh trưởng phát triển của vi khuẩn.
Chúng không có khả năng trao đổi chất nên có thể sống được vài năm đến vài chục năm, thậm chí đến 200 – 300 năm [1]. Vi khuẩn Bacillus subtilis được xem là vi sinh vật điển hình vì có những đặc tính tiêu biểu không gây hại nên đây là một trong những vi khuẩn được sử dụng để sản xuất enzyme và các hóa chất đặc biệt như: amylase, protease, inosine, ribosides, acid amin, subtilisin. Ngoài ra nhờ khả năng bám dính proton lên bề mặt mà Bacillus subtilis có thể loại bỏ được chất thải phóng xạ như Thorium (IV) và Plutonium (IV) [5]. Đặc biệt, Bacillus subtilis được sử dụng trong lên men Natto của Nhật – một thực phẩm chức năng rất bổ dưỡng cho sức khỏe [7].
Bacillus megaterium Megaterium có nghĩa là “ con thú lớn”. Tế bào của nó khá lớn khoảng gấp hơn 2 lần tế bào của Bacillus subtilis, chiều ngang (1,2 – 1,5) µm có thể đến 2 µm, dài từ 3 – 12 µm, ở các ống nuôi già thì tế bào ngắn hơn, tròn hơn, đôi khi hình thoi với đầu hẹp lại. Tế bào chứa nhiều hạt nhỏ và chất dinh dưỡng dự trữ (hạt mỡ, glycogen) [8]. Bào tử lớn hình ovan hay bầu dục, kích thước 1,5 x (0,7-1) µm, bào tử lớn nhất có đường kính từ 1,2 đến 1,5 µm [8].
Chúng nằm lệch tâm thường theo chiều ngang hoặc xiên của tế bào. Khuẩn lạc tròn đều không thùy, không nếp, mép tròn đều hoặc hơi lượn sóng, trông giống giọt bạch lạp, lồi nhẵn, nhưng thường có vòng viền quanh đồng tâm trên bề mặt, màu trắng sữa hay đục. Sinh trưởng trên môi trường dinh dưỡng đơn giản không cần them bất kỳ một yếu tố sinh trưởng nào. Bacillus megaterium cũng sản sinh ra các enzyme tương tự Bacillus subtilis, do đó nó cũng được ứng dụng nhiều trong công nghiệp.
Bacillus mensentericus Bacillus mensentericus còn được gọi là trực khuẩn khoai tây do nó có mặt chủ yếu trên khoai tây. Trực khuẩn gần giống Bacillus subtilis, mảnh dài hoặc ngắn (3- 10) x (0,5 – 0,6) µm, có thể đứng riêng rẽ hoặc chuỗi dài. Bào từ hình bầu dục và kéo dài 0,5 – 0,9 µm, nằm ở vị trí bất kỳ trong tế bào, tế bào Bacillus mensentericus không bị phình to khi mang bào tử. Khuẩn lạc bám chặt vào môi trường thạch, có khi dính vào môi trường, mỏng, nhăn nheo, xám nhạt – trắng, có thể màu Crem, vàng nâu, hồng hoặc đen như Bacillus mensentericus niger (đen), Bacillus mensentericus ruber (hồng).
Bacillus mensentericus sinh trưởng và phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 36 – 450C tối đa 50 – 550C. pH = 4,5 – 5 thì nó ngừng phát triển. Bacillus mensentericus có hoạt tính amylase và protease lớn hơn hẳn Bacillus subtilis, nhưng lên men đường lại kém hơn. Hai loại trực khuẩn này rất phổ biến trong tự nhiên, chúng lây nhiễm làm hư hỏng thực phẩm, nhất là các thực phẩm có chứa nitơ và các sản phẩm giàu đường (bánh kẹo, hoa quả) đây cũng là loại được ứng dụng vào ngành công nghệ sản xuất enzyme protease, amylase… Ngoài ra, nó còn sinh ra một loại hợp chất có hoạt tính kháng với một số vi khuẩn khác ( như Vibrio) gọi là bacterioxin, ở Bacillus subtilis gọi là subtilin hay Irutin A, B [8].
Bacillus cereus Đây là loại có mối quan hệ gần gũi với Bacillus anthracis, Bacillus mycoides, Bacillus thuringiensis. Bào tử của chúng phát tán khắp nơi, trong đất, không khí… Chúng thường sinh sôi nảy nở trên thực phẩm như cơm và có thể sinh ra độc tố làm cho thực phẩm hư hỏng. Chúng được áp dụng để sản xuất kháng sinh, giống Bacillus này có độc tính, gây ngộ độc thực phẩm [8]. Tế bào Bacillus cereus dày, kích thước (1 – 1,5) x (3 – 5) µm, có khi dài hơn, chúng đứng riêng rẽ hay xếp chuỗi.
Bào tử hình bầu dục kích thước 0,9 x (1,2 – 1,5) µm nằm lệch tâm, tế bào chất của nó chứa các hạt và không bào. Khuẩn lạc của Bacillus cereus phẳng, khá khuyếch tán, hơi lõm, trắng đục, mép lồi lõm [3]. Bacillus pumilus Bào tử phát tán rộng khắp mọi nơi, thường Bacillus pumilus có mặt trong đất nhiều hơn Bacilus subtilis. Khuẩn lạc nhỏ, xung quanh viền mờ lan không ranh giới.
Tế bào của nó gần giống tế bào Bacillus subtilis. Bacillus polymyxa Bacillus polymyxa có khuẩn lạc vô màu, phẳng hoặc lồi, trơn, nhày, lan dần ra xung quanh, mép đôi khi có thùy. Tế bào của Bacillus polymyxa có kích thước (0,6 – 1) x (2 – 7)µm, đứng riêng rẽ hay xếp thành đôi, chuỗi ngắn. Khi hình thành bào tử tế bào đó sẽ phồng lên hình quả chanh.
[3] Bào tử hình bầu dục kéo dài, trên bề mặt cắt ngang như hình sao. Chúng phát tán rộng, kích thước dài khoảng (1,7 – 2,6) µm, nằm giữa tế bào. Loại vi khuẩn này làm giảm pectin và polysaccarit trong cây. Chúng còn có khả năng cố định đạm.
[8] Chúng thường sinh trưởng phát triển trên thực vật đang bị hỏng. Vì vậy người ta thường phân lập chúng từ thực phẩm. Môi trường kem và những môi trường có tính axit yếu phù hợp với loại vi khuẩn này. Chúng là nguồn để sản xuất kháng sinh polymyxin.
Đây là một loại vi khuẩn rất phổ biến và có ích, chủ yếu là cho công nghiệp dược. Bacillus brevis Người ta thường tìm thấy và phân lập chúng từ đất và thực phẩm. Khuẩn lạc của chúng màu trắng, đôi khi có sắc vàng, lồi hoặc phẳng lấp lánh, mép răng cưa giống dạng mỡ đặc. Bacillus brevis là trực khuẩn kích thước (0,7 – 1) x (3 – 5)µm.
Chúng thường đứng riêng rẽ. Bào tử hình bầu dục, có kích cỡ ( 0,8 – 1) µm, nằm cuối tế bào làm cho đầu tế bào hơi phồng to lên [3]. Về nhu cầu dinh dưỡng, Bacillus brevis yêu cầu một hỗn hợp axit amin cho sinh trưởng và phát triển, không cần bổ sung vitamin [8]. Bacillus simplex Khuẩn lạc giống khuẩn lạc Bacillus cereus, phẳng, khá khuyếch tán, với bề mặt hơi xù xì (dạng bột hoặc hạt nhỏ), hơi lõm, màu đục, mép lồi lõm.
Đặc biệt khuẩn lạc của Bacillus simplex có khả năng sinh sắc tố lục nhạt, vàng và tiết vào môi trường [3]. Tế bào của nó nhỏ bé, có kích thước (2 – 5) x 0,6 µm, thường đứng riêng rẽ không kết thành chuỗi. Bào tử hình bầu dục, có kích thước 0,6 x 0,9 µm, nằm lệch tâm. Bacillus lincheniformis Chúng được áp dụng trong việc sản xuất loại vỏ bao poly D – glutamate và phẩm đỏ cùng với nhiều chủng khác.
Bào tử của chúng phát tán chủ yếu trong đất. Chúng sinh trưởng phát triển trên các loại thực phẩm. Đặc biệt chúng có khả năng sản xuất ra bacitracin, một kháng sinh có ích trong y học, nên chúng được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp dược [8]. Bào tử và khả năng tạo bào tử của vi khuẩn Bacillus 1.
Cấu tạo bào tử Ngoài cùng của bào tử là một lớp màng, dưới lớp màng là vỏ. Vỏ bào tử có nhiều lớp. Đây là những lớp có tác dụng ngăn chặn sự thẩm thấu của nước và các chất hoà tan trong nước. Dưới lớp vỏ là lớp màng trong của bào tử và trong cùng là một khối tế bào chất đồng nhất.
Trong các bào tử tự do không tồn tại sự trao đổi chất, vì vậy có thể giữ ở trạng thái tiềm sinh trong nhiều năm. Bào tử khác tế bào dinh dưỡng về cấu trúc, thành phần hoá học và tính chất sinh lý.2 Bào tử của Bacillus cereus và Bacillus anihracis 1. Khả năng tạo bào tử Một trong những đặc điểm quan trọng của Bacillus subtilis là khả năng tạo bào tử trong những điều kiện nhất định.