Đại cương về vi sinh vật

Vi sinh vật là những cơ thể sống có kích thước rất nhỏ mà mắt thường không thể nhìn thấy được. Nếu cần quan sát hình dạng của chúng phải dùng kính hiển vi. Trong tự nhiên, vi sinh vật tồn tại rất phong phú và đa dạng, chúng đóng vai trò tích cực vào vòng tuần hoàn vật chất. Nhiều loại vi sinh vật được ứng dụng trong các lĩnh vực y tế, công nghiệp, nông nghiệp như các vi sinh vật có khả năng lên men rượu, sinh tổng hợp kháng sinh, vitamin, acid amin, vi sinh vật cố định đạm ở thực vật…

Trong quá trình hoạt động sống, bên cạnh những đặc tính có ích, vi sinh vật cũng gây nhiều tác hại cho người, động vật, thực vật như: làm biến đổi chất lượng thuốc, hỏng thực phẩm, một số có khả năng gây bệnh hoặc sinh độc tố có hại.

Để phục vụ cho việc kiểm nghiệm thuốc bằng các thử nghiệm vi sinh vật, ta cần tìm hiểu một số đặc điểm chính của hai nhóm vi sinh vật là vi khuẩn và vi nấm.

4.3.1.1. Vi khuẩn (Bacteria)

• Đặc điểm:

Vi khuẩn là những vi sinh vật đơn bào có cấu tạo tế bào tiền nhân (Procaryote), có kích thước rất nhỏ. Đường kính tế bào phần lớn thay đổi trong khoảng 0,2 → 2,0àm, chiều dài từ 2 - 8àm. Vi khuẩn có nhiều hình dạng khác nhau, như hình cầu, hình que, xoắn, dấu phảy. Vi khuẩn chỉ sinh sản vô tính,

một số tạo bào tử. Mỗi tế bào vi khuẩn chỉ có một bào tử. Một số vi khuẩn có khả năng di động nhờ sự có mặt của một hoặc nhiều lông (flagella).

•

•

Phân loại:

Việc phân loại vi khuẩn rất phức tạp, phải dựa vào nhiều đặc điểm, hình thái, sinh lý, sinh hoá để chia vi khuẩn thành các họ, chi, loài khác nhau. Với mục đích phục vụ cho công tác kiểm nghiệm thuốc, ta không đi sâu vào nghiên cứu phân loại, nhưng cần tìm hiểu vi khuẩn, theo các nhóm dựa trên hình thể, tính chất bắt màu thuốc nhuộm Gram và khả năng hô hấp của chúng.

ư Theo hình thể:

+ Cầu khuẩn (Coccus): Vi khuẩn hình cầu có thể đứng riêng rẽ (Micrococcus), thành từng đám (Staphylococcus), hoặc chuỗi (Streptococcus), hay xếp thành từng đôi (Diplococcus).

+ Trực khuẩn (Bacillus): Vi khuẩn hình que ngắn đứng riêng lẻ hay thành chuỗi (Bacillus anthracis) hoặc hình que hai đầu tròn (Escherichia coli).

+ Xoắn khuẩn (Spirillum): Vi khuẩn hình lò xo như: Treponema Pallidum.

+ Phẩy khuẩn (Vibrio): Vi khuẩn hình dấu phẩy như Vibrio cholerae.

ư Theo tính chất bắt màu thuốc nhuộm Gram.

+ Vi khuẩn có màu tím sau khi nhuộm Gram: Vi khuẩn Gram + + Vi khuẩn có màu đỏ sau khi nhuộm Gram: Vi khuẩn Gram – ư Theo đặc tính của quá trình hô hấp:

+ Sử dụng oxy tự do trong quá trình hô hấp: Vi khuẩn hiếu khí.

+ Phát triển được cả trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí, có quá trình hô hấp nitrat: vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc.

+ Chỉ sống trong điều kiện kỵ khí, có quá trình hô hấp sulfat: Vi khuẩn kỵ khí bắt buộc.

Sinh sản của vi khuẩn:

1 2

3

4

thời gian log N

Hình 4.1: Đường cong sinh trưởng của vi khuẩn

ư Vi khuẩn sinh sản bằng cách phân đôi tế bào. Sự phân chia tế bào xảy ra rất nhanh. Trong điều kiện môi trường thích hợp và không có các yếu tố kìm hãm thì một tế bào vi khuẩn sau 6 giờ có thể sinh ra 250.000 tế bào mới. Tuy nhiên, sự nhân lên của vi khuẩn không phải là vô tận, nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Trong môi trường nuôi cấy, sự sinh sản của vi khuẩn sau một thời gian nhất định sẽ bị ngừng lại vì nhiều nguyên nhân như: thức ăn bị hết dần, hoặc vi khuẩn có thể tiết ra những chất kìm hãm sự phát triển của chúng.

ư Tốc độ phát triển của vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy tĩnh thay đổi theo thời gian và tuân theo một quy luật nhất định bao gồm 4 pha: Pha lag, pha logarit, pha ổn định và pha tử vong (Hình 4.1).

ư Sự phát triển của vi khuẩn trong môi trường lỏng có thể quan sát sau khoảng 18 - 24 giờ nuôi cấy. Chúng có thể làm đục môi trường, tạo váng trên bề mặt hoặc lắng cặn ở đáy ống nghiệm.

ư Trên các môi trường đặc, khuẩn lạc của các vi khuẩn thường nhỏ hơn khuẩn lạc của vi nấm, bề mặt nhẵn, bóng, ướt hoặc nhăn nheo, ... Khuẩn lạc của vi khuẩn tạo sắc tố với các màu như: trắng (Staphylococcus albus), vàng (Staphylococcus aureus), hồng (Micrococcus), xanh (Pseudomonas aeruginosa), ... Mỗi vi khuẩn có đặc tính riêng về hình dạng, kích thước, màu sắc khuẩn lạc. Các đặc tính này giúp cho việc xác định vi khuẩn trong quá trình kiểm nghiệm dược phẩm.

4.3.1.2. Vi nấm (Microfungi)

•

•

Đặc điểm:

Vi nấm có cấu tạo tế bào nhân thật (Eucaryote). Tế bào vi nấm rất nhỏ.

Muốn quan sát cần dùng kính hiển vi. Nấm không có chất diệp lục, sống hoại sinh hoặc ký sinh, sinh sản vô tính hoặc hữu tính.

Vi nấm bao gồm hai loại là nấm men và nấm mốc. Trong kiểm nghiệm vi sinh vật, cần phát hiện hai loại này có trong dược phẩm.

Nấm men (Yeast):

ư Nấm men có cấu tạo đơn bào, sinh sản chủ yếu bằng nẩy chồi. Tế bào nấm men có kích thước, hình dạng khác nhau tuỳ loài. Chúng có thể hình cầu, bầu dục, hình quả chanh, hình ống…

ư Khuẩn lạc nấm men bao gồm nhiều cá thể thường thuộc một loài phát triển từ một cá thể mẹ tạo thành một khối. Khuẩn lạc nấm men thường to hơn khuẩn lạc vi khuẩn, bề mặt có nếp nhăn hoặc trơn nhẵn, không tạo sợi.

ư Nấm men được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm như làm bánh mỳ, bia, rượu… Nhưng nhiều nấm men gây bệnh hoặc làm hỏng thực phẩm, thuốc.

Nấm mốc (Mold):

•

•

ư Nấm mốc có cấu tạo sợi, sinh sản bằng bào tử, sống hoại sinh, chúng thường phát triển trên bề mặt cơ chất dưới dạng những lớp hình sợi, mạng nhện hoặc khối sợi bông.

Sợi nấm rất nhỏ, đường kính trung bình 5àm, chiều dài có thể vài chục centimet. Sợi nấm có vách ngăn hoặc không có vách ngăn. Toàn bộ sợi nấm và các nhánh phát triển từ một bào tử nấm rồi đan kết nhau thành một khối gọi là hệ sợi nấm.

ư Trên môi trường thạch nuôi cấy, hệ sợi nấm phát triển thành một khối có tiết diện hình tròn hoặc gần tròn gọi là khuẩn lạc. Khuẩn lạc được đặc trưng bởi màu sắc của sợi nấm và của bào tử. Bề mặt khuẩn lạc có thể mượt, dạng hạt, dạng sợi hoặc xốp…

ư Nấm sinh sản bằng bào tử: Bào tử vô tính hoặc bào tử hữu tính . Sự sinh sản vô tính và hữu tính luôn đan kết nhau trong quá trình sinh trưởng của nấm. Vì vậy, nấm phát triển rất nhanh trên bề mặt các cơ chất. Nấm mốc thường gây ra những biến đổi về màu sắc, mùi vị, chất lượng của thuốc. Một số sinh các độc tố (Mycotoxin) có hại cho người và động vật.

4.3.1.3. Sự ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đối với quá trình phát triển của vi sinh vật

Sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật liên quan chặt chẽ đến các điều kiện của môi trường bên ngoài. Các điều kiện này bao gồm hàng loạt các yếu tố khác nhau, tác động qua lại với nhau. Đa số các yếu tố đều có một đặc tính tác dụng chung biểu hiện ở 3 điểm hoạt động: Tối thiểu, tối ưu, cực đại. Khi một yếu tố có tác dụng tối ưu, vi sinh vật phát triển với tốc độ cực đại. Nếu yếu tố này có tác dụng cực đại , vi sinh vật ngừng sinh trưởng và thường chết.

Các yếu tố bên ngoài có ảnh hưởng đến đời sống của vi sinh vật là vật lý, hoá học và sinh học, trong đó các yếu tố vật lý là đáng chú ý nhất. Yếu tố vật lý bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng:

Nhiệt độ:

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất đối với đời sống vi sinh vật. Mỗi loài vi sinh vật có một giới hạn nhiệt độ phát triển thích hợp. Nói chung đối với vi sinh vật, nhiệt độ phát triển thường từ 15 – 45^oC.

ở nhiệt độ cao sẽ làm thay đổi quá trình trao đổi chất của vi sinh vật, vi sinh vật bị chết. Các tế bào sinh dưỡng thường bị chết ở nhiệt độ 60^oC/20 - 30 phút.

Các bào tử chỉ bị tiêu diệt ở nhiệt độ 120^oC/ 30 – 40 phút. Tính chất này được ứng dụng trong việc tiệt trùng. Nhiệt độ thấp chỉ có tác dụng kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật (trừ vi sinh vật ưa lạnh).

•

•

•

Độ ẩm:

Hầu hết các quá trình sống của vi sinh vật có liên quan đến nước. Khi thiếu nước xảy ra hiện tượng loại nước khỏi tế bào vi sinh vật, trao đổi chất bị giảm, tế bào sẽ chết. Vì vậy, để bảo quản dược phẩm, dược liệu tránh khỏi tác động của vi sinh vật cần có một giới hạn độ ẩm nhất định.

ánh sáng:

ánh sáng mặt trời gồm các tia bức xạ như: tia tử ngoại, hồng ngoại, tia gamma có tác dụng phá huỷ tế bào vi sinh vật, đặc biệt là tia tử ngoại. Bức xạ UV bước sóng khoảng 260nm, có tác dụng diệt khuẩn mạnh nhất. Dưới ảnh hưởng của tia UV, vi sinh vật bị chết hoặc đột biến tuỳ theo liều lượng.

Để ngăn ngừa tác hại của vi sinh vật đối với thuốc các tác nhân vật lý trên cần được vận dụng trong quá trình sản xuất và bảo quản dược phẩm, nhằm hạn chế tối đa số lượng vi sinh vật gây nhiễm ban đầu. Đồng thời các chế phẩm dược phải được quy định giới hạn vi sinh vật cho phép.