Ngu͛n thͱc ăn khoáng cͯa vi sinh v̵t

Khi sӱ dөng các môi trѭӡng thiên nhiên ÿӇ nuôi cҩy vi sinh vұt ngѭӡi ta thѭӡng không cҫn thiӃt bә sung các nguyên tӕ khoáng. Trong nguyên liӋu dùng làm các môi trѭӡng này (khoai tây, nѭӟc thӏt, sӳa, huyӃt thanh, peptôn, giá ÿұu ...) thѭӡng có chӭa ÿӫ các nguyên tӕ khoáng cҫn thiӃt ÿӕi vӟi vi sinh vұt. Ngѭӧc lҥi khi làm các môi trѭӡng tәng hӧp (dùng nguyên liӋu là hoá chҩt) bҳt buӝc phҧi bә sung ÿӫ các nguyên tӕ khoáng cҫn thiӃt. Nhӳng nguyên tӕ khoáng mà vi sinh vұt ÿòi hӓi phҧi ÿѭӧc cung cҩp vӟi liӅu lѭӧng lӟn ÿѭӧc gӑi là các nguyên tӕ ÿҥi lѭӧng. Còn nhӳng nguyên tӕ khoҧng mà vi sinh vұt chӍ ÿòi hӓi vӟi nhӳng liӅu lѭӧng rҩt nhӓ ÿѭӧc gӑi là các nguyên tӕ vi lѭӧng.

Nӗngÿӝ cҫn thiӃt cӫa tӯng nguyên tӕ vi lѭӧng trong môi trѭӡng thѭӡng chӍ vào khoҧn 10^-6 - 10^-8M.

Hàm lѭӧng các chҩt khoáng chӭa trong nguyên sinh chҩt vi sinh vұt thѭӡng thay ÿәi tuǤ loài, tuǤ giai ÿoҥn phát triӇn và tuǤ ÿiӅu kiӋn nuôi cҩy. Thành phҫn khoáng cӫa tӃ bào các loài vi sinh vұt khác nhau thѭӡng là chênh lӋch nhau rҩt nhiӅu.

Chҷng hҥn có nghiên cúѭ (Mesrobiana và Peuneska, 1963) cho biӃt thành phҫn khoáng ӣ mӝt sӕ vi khuҭn gây bӋnh nhѭ sau (% chҩt khoáng) :

P2O5 4,93 - 74,38 Na2O 0,2 - 28,08

K2O 2,4 - 39,8 Cl 0,03 - 43,69

SO3 0,5 - 28,8 MgO 0,12 - 12,0

CaO 0,3 - 14,0

Nhu cҫu cӫa vi sinh vұt cNJng không giӕng nhau ÿӕi vӟi tuǤ loài, tuǤ giai ÿoҥn phát triӇn. Ngѭӡi ta nhұn thҩy nӗngÿӝ cҫn thiӃt vӅ các muӕi khoáng ÿӕi vӟi vi khuҭn, nҩm và xҥ khuҭn thѭӡng thay ÿәi trong các phҥm vi sau ÿây :

B̫ng 2.9. N͛ngÿ͡ c̯n thi͇t v͉ mu͙i khoáng cͯa vi sinh v̵t Nӗngÿӝ cҫn thiӃt (g/l) Muӕi khoáng

Ĉӕi vӟi vi khuҭn Ĉӕi vӟi nҩm và xҥ khuҭn

K2HPO4 0,2 - 0,5 1 - 2

KH2PO4 0,2 - 0,5 1 - 2

MgSO4. 7H2O 0,1 - 0,2 0,2 - 0,5

MnSO4. 4H2O 0,005 - 0,01 0,02 - 0,1

FeSO4. 7H2O 0,005 - 0,01 0,05 - 0,02

Na2MO4 0,001 - 0,05 0,01 - 0,02

ZnSO₄ . 7H₂O - 0,02 - 0,1

CoCl2 tӟi 0,03 tӟi 0,06

CaCl₂ 0,01 - 0,03 0,02 - 0,1

CaSO4. 5H2O 0,001 - 0,005 0,01 - 0,05

Thành phҫn môi trѭӡng có thӇ thay ÿәi tuǤ theo mӝt sӵ tính toán nào ÿóÿӇ sao cho nӗng ÿӝ chung cӫa mӛi cation hoһc mӛi anion phù hӧp vӟi sӕ lѭӧng ÿã nêu lên trong bҧng nói trên.

- P bao giӡ cNJng chiӃm tӹ lӋ cao nhҩt trong sӕ các nguyên tӕ khoáng cӫa tӃ bào vi sinh vұt (nhiӅu khi P chiӃm ÿӃn 50% so vӟi tәng sӕ chҩt khoáng). P có mһt trong cҩu tҥo cӫa nhiӅu thành phҫn quan trӑng cӫa tӃ bào (axit nucleic, photphoprotein, photpholipit, nhiӅu coenzim quan trӑng nhѭ ADP, ATP, UDP, UTP, XDP, XTP, NAD, NADP, Flavin ... ; mӝt sӕ vitamin nhѭ tiamin, biotin ...) ĈӇ ÿҧm bҧo nguӗn dinh dѭӥng photpho, ngѭӡi ta thѭӡng sӱ dөng các loҥi photphat vô cѫ. ViӋc bә sung photphat (nhҩt là photphat kali) vào các môi trѭӡng dinh dѭӥng ngoài tác dөng cung cҩp P còn có tác dөng tҥo ra tính ÿӋm cӫa môi trѭӡng. Vӟi các tӹ lӋ thích hӧp hӛn hӧp muӕi KH2PO4 và K2HPO4 có thӇ tҥo ra nhӳng mӭc pH әnÿӏnh trong khoҧng pH = 4,5 - 8,0 trong môi trѭӡng axit K2HPO4 sӁ tҥo ra ion H⁺:

HPO₄^2- + H₂O H₂PO₄^- + OH -H2PO4

HPO4

+ H⁺

- S cNJng là mӝt nguyên tӕ khoáng quan trӑng trong tӃ bào vi sinh vұt. S cómһt trong mӝt sӕ axit amin (xixtin, xixtein, metionin), mӝt sӕ vitamin (biton, tiamin ...).

xixtin, xixtein và mӝt tripeptit là glutation không nhӳng tham gia vào cҩu trúc protein mà còn có vai trò quan trӑng trong các quá trình oxi hoá khӱ. ViӋc chuyӇn nhóm sunphidrin thành nhóm disunphit có vai trò rҩt lӟn trong quá trình chuyӇn ÿiӋn tӱ tӯ nguyên liӋu hô hҩpÿӃn oxi phân tӱ.

2RSH RS - SR + 2H

Các hӧp chҩt hӳu cѫ có chӭa lѭu huǤnh ӣ dҥng oxi hoá thѭӡng có tác dөngÿӝc ÿӕi vӟi tӃ bào vi sinh vұt (có thӇ kӇ tӟi trѭӡng hӧp streptoxit và các sunphamit khác).

Trong khi ÿó các muӕi sunphat vô cѫ vӟi nguyên tӱ lѭu huǤnh cNJng ӣ trҥng thái oxi hoá thì lҥiÿѭӧc cѫ thӇ vi sinh vұtÿӗng hoá rҩt tӕt. Mӝt sӕ vi sinh vұt có thӇ dùng cҧ S2O3

(tiosunphat) làm nguӗn thӭc ăn lѭu huǤnh. Mӝt sӕ vi sinh vұt khác lҥi ÿòi hӓi các thӭcăn chӭa lѭu huǤnhӣ dҥng khӱ (H2S, xixtin, xixtein ...)

- Fe là nguyên tӕ rҩt cҫn thiӃt ÿӇ giúp vi sinh vұt có thӇ tәng hӧp mӝt sӕ men loҥi pocphirin chӭa sҳt (nhѭ xitocrom, xitocromoxidaza, peroxidaza, catataza ...).

Nguyên tӱ nitѫ cӫa 4 nhân piron nhӡ các liên kӃt hoá hӑc thông thѭӡng là các liên jӃt hoá hӑc phө. Mӝt sӕ vi sinh vұt tӵ dѭӥng quang năng còn sӱ dөng sҳt ÿӇ tәng hӧp ra các sҳc tӕ quang hӧp có cҩu trúc pocphirin (clorophin, bacterioclorophin).

- Mg là nguyên tӕ ÿѭӧc vi sinh vұt ÿòi hӓi cNJng vӟi lѭӧng khá cao (10^-3 - 10

-4M). Mg mang tính chҩt mӝt cofacto, chúng tham gia vào nhiӅu phҧn ӭng enzim có liên quan ÿӃn các quá trình photphoryl hoá (chuyӇn H3PO4 tӯ mӝt hӧp chҩt hӳu cѫ này sang mӝt hӧp chҩt hӳu cѫ khác). Mg²⁺ có thӇ làm hoҥt hoá các hexokinaza, ATP-aza, pirophotphataza, photphopheraza, transaxetylaza, photphoglucomutaza, cacboxylaza, enolaza, các men trao ÿәi protein, các men oxi hoá khӱ cӫa chu trình Krebs (tҩt cҧ khoҧng trên 80 enzim khác nhau). Mg²⁺ còn có vai trò quan trӑng trong viӋc làm liên kӃt các tiӇu phҫn riboxom vӟi nhau.

- Ca mһc dҫu là nguyên tӕ ít tham gia vào viӋc xây dӵng nên các hӧp chҩt hӳu cѫ nhѭng nó có vai trò ÿáng kӇ trong viӋc xây dӵng các cҩu trúc tinh vi cӫa tӃ bào.

Canxi ÿóng vai trò cҫu nӕi trung gian giӳa nhiӅu thành phҫn quan trӑng cӫa tӃ bào sӕng (nhѭ giӳa ADN và protein trong nhân, giӳa các nucleotit vӟi nhau, giӳa ARN và protein trong riboxom). Canxi rҩt cҫn thiӃtÿӕi vӟi viӋc hình thành các cҩu trúc không gianәnÿӏnh cӫa nhiӅu bào quan nhѭ riboxom, ti thӇ, nhân ...

- Zn cNJng là mӝt cofacto tham gia vào nhiӅu quá trình enzim. Zn có tác dөng ÿáng kӇ trong viӋc hoҥt hoá các enzim nhѭ cacboanhidraza, enolaza, photphataza kiӅm, pirôphtphataza, lѫxitinaza ..

- Mn có chӭa trong mӝt sӕ enzim hô hҩp. Mn cNJng có vai trò quan trӑng trong viӋc làm hoҥt hoá mӝt sӕ enzim nhѭ photphomonoesteraza, cacboxylaza, ATP-aza, hidroxylamin reductaza, acginaza, aminopeptidaza, enolaza, photphoglucomutaza ...

ViӋc hoҥt hoá các enzim không phҧi lúc nào cNJng mang tính chҩtÿһc hiӋu. Lҩy ví dө nhѭ enzim izoxitratliaza (tách tӯ vi khuҭn Pseudomonas aeruginosa) có thӇ ÿѭӧc hoҥt hoá bӣi nhiӅu ion khác nhau (Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺ hoһc Co²⁺). Có trѭӡng hӧp mӝt ion kim loҥi này lҥi có tác dөng ÿӕi vӟi mӝt ion kim loҥi khác. Chҷng hҥn ion Na⁺ có thӇ làm ӭc chӃ sӵ phát triӇn cӫa vi khuҭn Lactobacillus casei nhѭng tác dөng ӭc chӃ này có thӇ bӏ mҩt ÿi nӃu bә sung thêm vào môi trѭӡng các ion K⁺ chҳc rҵng ÿã có sӵ cҥnh tranh giӳa hai ion này trong viӋc liên kӃt vӟi các enzim hoһc coenzim.

CNJng có nhӳng nguyên tӕ hoá hӑc ta chѭa hiӇu rõ vӅ vai trò sinh lý cӫa chúng.

Trong sӕ các nguyên tӕ này phҧi kӇ ÿӃn Kali.

- K là nguyên tӕ chiӃm mӝt tӹ lӋ khá cao trong thành phҫn khoáng cӫa tӃ bào vi sinh vұt, nhѭng cho ÿӃn nay ngѭӡi ta chѭa thҩy Kali tham gia vào bҩt kǤ thành phҫn nào cӫa nguyên sinh chҩt, cNJng chѭa tìm thҩy bҩt kǤ enzim nào có chӭa K. Ngѭӡi ta nhұn thҩy Kali thѭӡng tӗn tҥi trong dҥng ion K⁺ӣ mһt ngoài cҩu trúc tӃ bào. Kali làm tăng ÿӝ ngұm nѭӟc cӫa các hӋ thӕng keo do ÿóҧnh hѭӣngÿӃn các quá trình trao ÿәi chҩt, nhҩt là các quá trình tәng hӧp. Kali có thӇ còn tham gia vào quá trình tәng hӧp mӝt sӕ vitamin (nhѭ tiamin ...) và có nhӳng ҧnh hѭӣng ÿáng kӇ ÿӃn quá trình hô hҩp cӫa tӃ bào vi sinh vұt.

- Na và Cl cNJng là các nguyên tӕ mà nhiӅu vi sinh vұtÿòi hӓi vӟi lѭӧng không nhӓ, nhѭng cho ÿӃn nay ngѭӡi ta vүn còn biӃt rҩt ít vӅ vai trò sinh lý cӫa chúng. Hàm lѭӧng Na và Cl ÿһc biӋt cao trong tӃ bào các vi sinh vұt ѭa mһn sӕng trong nѭӟc biӇn, ÿҩt vùng ven biӇn hoһc sӕng trên các loҥi thӵc phҭm ѭӟp mһn. Các vi sinh vұt có thӇ ÿѭӧc chia thành 3 nhóm : nhóm ѭa mһn, thích hӧp phát triӇn trên môi trѭӡng chӭa 2 - 5% (khӕi lѭӧng : thӇ tích) NaCl, nhóm ѭa mһn vӯa, thích hӧp phát triӇn trên môi trѭӡng chӭa 5 - 20% NaCl và nhóm ѭa mһn cao, thích hӧp phát triӇn trên môi trѭӡng chӭaÿӃn 20 - 30% NaCl.

Bình thѭӡng khi nuôi cҩy vi sinh vұt, ngѭӡi ta không cҫn bә sung các nguyên tӕ vi lѭӧng. Nhӳng nguyên tӕ này thѭӡng có sҹn trong nѭӟc máy, trong các hoá chҩt dùng làm môi trѭӡng hoһc có lүn ngay trong thuӹ tinh cӫa các dөng cө nuôi cҩy.

Trong mӝt sӕ trѭӡng hӧp cө thӇ ngѭӡi ta phҧi bә sung các nguyên tӕ vi lѭӧng vào môi trѭӡng nuôi cҩy vi sinh vұt. Chҷng hҥn bә sung Zn vào các môi trѭӡng nuôi cҩy nҩm mӕc, bә sung Co vào các môi trѭӡng nuôi cҩy vi sinh vұt tәng hӧp vitamin B12, bә sung B và Mo vào môi trѭӡng nuôi cҩy các vi sinh vұt cӕ ÿӏnhÿҥm ...

Sӵ tӗn tҥi mӝt cách dѭ thӯa các nguyên tӕ khoáng là không cҫn thiӃt và có thӇ dүnÿӃn nhӳng ҧnh hѭӣng xҩu. Chҷng hҥn viӋc thӯa P có thӇ làm giҧm thҩp hiӋu suҩt tích luӻ mӝt sӕ chҩt kháng sinh, thӯa Fe sӁ làm cҧn trӣ quá trình tích luӻ vitamin B2

hoһc vitamin B12.

2.1.2.4. Nhu c̯u v͉ ch̭t sinh tr˱ͧng cͯa vi sinh v̵t

Vҩn ÿӅ mӝt sӕ vi sinh vұt muӕn phát triӇn cҫn phҧiÿѭӧc cung cҩp nhӳng chҩt sinh trѭӣng nào ÿó thұt ra ÿã ÿѭӧc L. Pasteur phát hiӋn tӯ khoҧng các năm 1859 - 1864. Pasteur nuôi cҩy vi sinh vұt trên các môi trѭӡng chӭa thӭc ăn cacbon (ÿѭӡng, rѭӧu, axit hӳu cѫ), muӕi amon và mӝt sӕ muӕi khoáng khác. Ông nhұn thҩy vi sinh vұt phát triӇn rҩt yӃu. Nhѭng nӃu bә sung thêm mӝt ít nѭӟc chiӃt các nguyên liӋu thiên nhiên vào các môi trѭӡng nói trên thì sӵ phát triӇn cӫa vi sinh vұt sӁ tăng lên rҩt nhiӅu.

VӅ bҧn chҩt thì hiӋn nay ta ÿã xác ÿӏnhÿѭӧc phҫn lӟn các vitamin là nhӳng thành phҫn cӫa coenzim. Nhӳng hӧp chҩt hӳu cѫ có bҧn chҩt phi protein tham gia vào nhӳng biӃnÿәi do enzim xúc tác vӟi tính chҩt là nhӳng yӃu tӕ phù hӧp không thӇ thiӃuÿѭӧc.

Tuy nhiên, khái niӋm ^«chҩt sinh trѭӣng^» ÿӕi vӟi vi sinh vұt không hoàn toàn giӕng nhѭ khái niӋm^«vitamin^»ÿӕi vӟi cѫ thӇ ngѭӡi và ÿӝng vұt.Ĉӕi vӟi vi sinh vұt thì chҩt sinh trѭӣng là mӝt khái niӋm rҩt linh ÿӝng. Nó chӍ có ý nghƭa là nhӳng chҩt hӳu cѫ cҫn thiӃtÿӕi vӟi hoҥtÿӝng sӕng mà mӝt loҥi vi sinh vұt nào ÿó không tӵ tәng hӧp ÿѭӧc ra chúng tӯ các chҩt khác.

TuǤ thuӝc vào khҧ năng sinh tәng hӧp cӫa tӯng loài vi sinh vұt mà cùng mӝt chҩt có thӇ là hoàn toàn không cҫn thiӃt (nӃu vi sinh vұt này tӵ tәng hӧp nó) có thӇ là có tác dөng kích thích sinh trѭӣng (nӃu vi sinh vұt nào tӵ tәng hӧpÿѭӧc nhѭng nhanh chóng tiêu thө hӃt) hoһc có thӇ là rҩt cҫn thiӃtÿӕi vӟi quá trình sinh trѭӣng phát triӇn, giӕng nhѭ là trѭӡng hӧp các vitamin ÿӕi vӟi ngѭӡi và ÿӝng vұt (nӃu vi sinh vұt này hoàn toàn không có khҧ năng tӵ tәng hӧpÿѭӧc ra nó).

Nhѭ vұy là nhӳng chҩt ÿѭӧc coi là chҩt sinh trѭӣng cӫa loҥi vi sinh vұt này hoàn toàn có thӇ không phҧi là chҩt sinh trѭӣngÿӕi vӟi mӝt loҥi vi sinh vұt khác. Hҫu nhѭ không có chҩt nào là chҩt sinh trѭӣng chung ÿӕi vӟi tҩt cҧ các loҥi vi sinh vұt.

Ĉһc ÿiӇm cӫa môi trѭӡng sӕng mӝt mһtҧnh hѭӣngÿӃn khҧ năng tәng hӧp chҩt sinh trѭӣng cӫa vi sinh vұt, mһt khác ҧnh hѭӣngÿӃnÿһcÿiӇm trao ÿәi chҩt cӫa chúng.

Chính thông qua các ҧnh hѭӣng này mà môi trѭӡng sӕng cӫa tӯng loҥi vi sinh vұt ÿã góp phҫn quyӃt ÿӏnh nhu cҫu cӫa chúng vӅ các chҩt sinh trѭӣng. Khi sӕng lâu dài trong các môi trѭӡng thiӃu các chҩt sinh trѭӣng, vi sinh vұt sӁ dҫn dҫn tҥo ra ÿѭӧc khҧ năng tӵ tәng hӧp các chҩt sinh trѭӣng mà chúng cҫn thiӃt. Mһt khác do sӕng trong các ÿiӅu kiӋn môi trѭӡng khác nhau, các loҥi vi sinh vұt sӁ có thӇ có nhӳng kiӇu trao ÿәi chҩt khác nhau cNJng có nghƭa là ÿòi hӓi các hӋ thӕng enzim khác nhau (do ÿó ÿòi hӓi các chҩt sinh trѭӣng khác nhau). ViӋc mӝt loҥi vi sinh vұt không ÿòi hӓi mӝt chҩt sinh trѭӣng nào ÿó có thӇ do hai nguyên nhân : mӝt là vi sinh vұt này không tӵ tәng hӧp ra ÿѭӧc chҩt sinh trѭӣng ÿó, hai là trong quá trình trao ÿәi chҩt cӫa loҥi vi sinh vұt này không có sӵ tham gia cӫa loҥi coenzim chӭa chҩt sinh trѭӣngÿó.

Cùng mӝt loài sinh vұt nhѭng nӃu nuôi cáy trong các ÿiӅu kiӋn khác nhau cNJng có thӇ có nhӳng nhu cҫu khác nhau vӅ chҩt sinh trѭӣng. Chҷng hҥn nҩm mӕc Mucor rouxii ÿѭӧc chӭng minh là chӍ cҫn biotin và tiamin khi phát triӇn trong ÿiӅu kiӋn kӏ khí. Khi nuôi cҩy trong ÿiӅu kiӋn hiӃu khí, chúng sӁ tӵ tәng hӧp ra ÿѭӧc các chҩt sinh trѭӣng này. ĈiӅu kiӋn pH và nhiӋt ÿӝ cӫa môi trѭӡng nhiӅu khi cNJngҧnh hѭӣng rõ rӋt ÿӃn nhu cҫu và chҩt sinh trѭӣng cӫa vi sinh vұt. Sӵ có mһt cӫa mӝt sӕ chҩt dinh dѭӥng có khi cNJng ҧnh hѭӣng ÿӃn nhu cҫu và chҩt sinh trѭӣng cӫa vi sinh vұt. Chҷng hҥn viӋc ÿòi hӓi axit pantotenic cӫa mӝt sӕ vi sinh vұt (ví dө vi khuҭn bҥch hҫu Corynebacterium diphtheriae) có thӇ thoҧ mãn khi chӍ cҫn cung cҩp cho chúng E -alanin. Chúng có thӇ tӵ tәng hӧp ÿѭӧc axit pnatonic mà nhѭ chúng ta ÿã biӃt axit pnatotenic cҩu tҥo tӯ axit pnatonic và E -alanin.

Nhӳng sinh vұt nào có thӇ tӵ túc vӅ mһt chҩt sinh trѭӣng ÿѭӧc gӑi là các vi sinh vұt «tӵ dѭӥng chҩt sinh trѭӣng», còn ngѭӧc lҥi nhӳng vi sinh vұt ÿòi hӓi phҧi ÿѭӧc cunh cҩp mӝt hoһc nhiӅu chҩt sinh trѭӣng ÿѭӧc gӑi là các vi sinh vұt «dӏ dѭӥng chҩt sinh trѭӣng». Hoһc có thӇ dùng thêm mӝt khái niӋm khác là : Tҩt cҧ các vi sinh vұt dӏ dѭӥng amin và dӏ dѭӥng chҩt sinh trѭӣng ÿѭӧc xӃp chung vào nhóm « dinh dѭӥng chҩt sinh trѭӣng » còn tҩt cҧ các vi sinh vұt có thӇ phát triӇn ÿѭӧc mà không cҫnÿòi

hӓi bҩt kǤ mӝt axit amin hoһc mӝt chҩt sinh trѭӣng nào thì ÿѭӧc xӃp vào nhóm

«nguyên sinh dѭӥng».

Thông thѭӡng các chҩt ÿѭӧc coi là chҩt sinh trѭӣng ÿӕi vӟi mӝt loҥi nào ÿó có thӇ thuӝc vӅ mӝt trong các loҥi sau ÿây : các gӕc kiӅm purin, pirimidin và các dүn xuҩt cӫa chúng, các axit béo và các thành phҫn cӫa màng tӃ bào, các vitamin thông thѭӡng ...