Chuyên đề: Ứng dụng vi sinh vật học

CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT HỌC
I. Lý do chọn chuyên đề: trong nội dung bồi dưỡng học sinh giỏi có yêu cầu phần ứng dụng sinh học vi sinh, sách giáo khoa cũng có phần sinh học vi sinh, tuy nhiên nếu chỉ dạy nội dung như trong sách giáo khoa thì sẽ khiếm khuyết phần ứng dụng, nhằm đáp ứng nhu cầu cho học sinh có thể tham gia các kỳ thi học sinh giỏi tôi đã sưu tầm từ các tài liệu một số nội dung về ứng dụng vi sinh vật học, sau đây là một số nội dung mà tôi đã bổ sung cho học sinh.
II. Ứng dụng vi sinh vật trong công, nông nghiệp:
 1.Sản xuất etanol:
 - Nguyên liệu: các loại hạt: gạo, ngô, lúa mạch, cao lương, đậu nành; các loại củ: khoai tây, sắn; các loại rỉ đường, dịch thuỷ phân từ gỗ
 - Vi sinh vật: nấm mốc tiết enzim amilaza để thuỷ phân hồ tinh bột thành đường, nấm men rượu tiến hành lên men đường thành etanol
 - Phương pháp: gồm 3 giai đoạn
	+ Tạo dịch đường từ tinh bột
	+ Lên men đường thành rượu
	+ Chưng cất và tinh chế
 2. Sản xuất protein đơn bào:
 - Nguyên lí: nuôi các vi sinh vật giàu protein (nấm men, nấm ăn, tảo) trên những nguyên liệu (nguồn cacbon và nguồn nitơ) rẻ tiền, trong những điều kiện nhất định để thu lấy sinh khối của chúng. Có thể sử dụng sinh khối này ở dạng nguyên hoặc dạng sơ chế, làm thức ăn cho người, nhất là gia súc, gia cầm, thuỷ sản để qua đó thu nhận protein cho động vật và người.
 - So với chăn nuôi, sản xuất protein đơn bào có nhiều ưu việt:
	+ Tốc độ sản xuất nhanh
	+ Hàm lượng protein cao
	+ Có thể dùng nhiều nguyên liệu khác nhau, kể cả các chất phế thải
	+ Dễ chọn các giống đủ tiêu chuẩn sản xuất
	+ Không tốn diện tích dành cho sản xuất (trừ tảo)
	+ Không phụ thuộc vào thời tiết, mùa vụ
 3. Sản xuất axit amin:
 Axit amin được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành thực phẩm, dược phẩm, hoá chất, mĩ phẩm, nông nghiệpNhiều a.a. được sử dụng làm chất dinh dưỡng bổ sung, chất điều vị, chất phụ gia trong thức ăn chăn nuôi, chất chống oxi hoá, là thành phần của dịch truyền trong xử lý hậu phẫu và là chất khởi động cho quá trình sản xuất polime và mĩ phẩm.
	- Axit glutamic được sản xuất nhiều nhất để làm mì chính
	- Axit aspartic và phênylalanin làm chất ngọt thay cho đường để sản xuất đồ uống không đường dành cho những người mắc bệnh tiểu đường.
	- Lizin dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm cho người và thức ăn chăn nuôi
	- Triptophan, tirôzin, lơxin, izôlơxin, prolin, valin dùng để truyền tỉnh mạch
	- Serin được dùng trong sản xuất mĩ phẩm.
 4. Sản xuất vacxin:
 Vacxin là chế phẩm kháng nguyên mà khi đưa vào cơ thể người hay động vật máu nóng sẽ kích thích cơ thể tạo ra kháng thể chống lại kháng nguyên đó. Vacxin có thể được sản xuất theo phương pháp cổ điển hoặc công nghệ gen.
 a.Phương pháp cổ điển:
	- Vacxin bất hoạt hay vacxin chết: là vacxin chế tạo từ tế bào nguyên vẹn đã làm chết bằng nhiệt, bêta – prôpiôlacton hoặc formalin, hoặc làm bất hoạt độc tố. Vacxin này được sản xuất đơn giản, với giá thành hạ, dễ bảo quản nhưng do không nhân lên được trong cơ thể nên phải tiêm nhắc lại nhiều lần và dễ gây phản ứng phụ do còn lẫn các protein của vi khuẩn.
	- Vacxin giảm độc lực hay vacxin sống là vacxin được chế từ tác nhân gây bệnh chỉ bị làm yếu đi bằng nhiệt, bằng muối nồng độ cao hoặc bằng formalin. Tuy không chết nhưng không có khả năng gây bệnh, nên khi đưa vào cơ thể chúng vẫn có thể được nhân lên và tạo miễn dịch cao. Ví dụ Sabin chống bại liệt dạng uống. Vacxin này dễ sản xuất, giá thành hạ, dễ sử dụng nhưng đôi khi chúng phục hồi khả năng gây bệnh.
 b. Vacxin công nghệ gen:
	Không chứa các tác nhân gây bệnh mà chỉ chứa một thành phần kháng nguyên của chúng, do các vi sinh vật rất an toàn như E.coli hoặc nấm men tổng hợp nên. Ví dụ vacxin viêm gan B
 5. Sản xuất chất kháng sinh:
 Chất kháng sinh là các hợp chất hữu cơ do vi sinh vật hình thành nên mà ngay ở nồng độ thấp cũng có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các vi sinh vật khác một cách chọn lọc. Chất kháng sinh được dùng trong thực tiễn y học phải có các đặc điểm sau:
	- Có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh ngay ở nồng độ thấp
	- Hoạt tính không bị mất khi tiếp xúc với các dịch của cơ thể
	- Không hoặc rất ít độc đối với cơ thể, không gây phản ứng phụ
	- Không làm giảm miễn dịch
 Để tìm được một chất kháng sinh tự nhiên (do vi sinh vật tổng hợp nên) có đầy đủ các tính chất nêu trên là rất khó. Bởi vậy người ta có xu hướng cải biến hoá học các chất kháng sinh cũ để tạo chất kháng sinh bán tổng hợp, có nhiều ưu điểm hơn chất cũ như chống được vi khuẩn đã kháng thuốc. Chất kháng sinh có thể do nhiều loại vi sinh vật sinh ra nhưng chủ yếu là xạ khuẩn, vi khuẩn và nấm.
 6. Sản xuất thuốc trừ sâu vi sinh: không gây độc hại đối với con người và môi trường.
	a. Thuốc trừ sâu Bt: là vi khuẩn sinh bào tử hiếu khí bắt buộc, chúng có khả năng tạo bào tử và tinh thể độc. Khi sâu ăn phải lá có vi khuẩn Bt và tinh thể độc, vi khuẩn sẽ sinh sản làm cho côn trùng chết, tuy nhiên yếu tố làm cho sâu chết nhanh là tinh thể độc. Khi ở ruột giữa, nơi có pH kiềm, tinh thể độc sẽ tan ra tạo thành tiền độc tố. Prôteaza trong ruột sâu phân cắt tiền độc tố tạo ra độc tố. Độc tố này đâm xuyên qua lớp biểu mô thành ruột, phá huỷ thành ruột, làm cho sâu chết. Bt được sản xuất theo phương pháp lên men chìm.
	b. Thuốc trừ sâu chế từ virut: có nhiều loại virut ký sinh và gây bệnh cho côn trùng nên được dùng làm thuốc trừ sâu virut. Ví dụ virut baculo là virut được sử dụng phổ biến nhất. Là virut hình que, chứa ADN kép. Ở cuối giai đoạn nhân lên một số virut được bao bọc bởi một vỏ protêin đặc biệt gọi là thể bọc. Thể bọc giúp virut tồn tại lâu dài ở ngoài tự nhiên. Khi sâu ăn phải virut, trong môi trường ở ruột giữa, thể bọc sẽ bị phân rã để giải phóng virion. Chúng xâm nhập vào tế bào nhân lên và làm chết côn trùng.
	c. Thuốc trừ sâu chế từ nấm sợi: có rất nhiều loại nấm sợi có khả năng diệt côn trùng. Nấm xâm nhập vào côn trùng không qua đường miệng mà qua tầng cutin ở khớp nối giữa các đốt. Khi rơi trên bề mặt côn trùng, bào tử nấm gặp độ ẩm cao sẽ nảy mầm, tạo sợi đâm xuyên vào cơ thể, sinh trưởng mạnh cho đến khi nội quan bị phá huỷ, rồi chui ra mọc kín trên bề mặt côn trùng, sau đó tạo bào tử trở lại. Đồng thời nấm cũng tiết ra độc tố để diệt côn trùng nhanh chóng hơn.
 7. Sản xuất phân bón vi sinh:
	- Một số vi sinh vật có những đặc tính quý như cố định nitơ khí trời thành dạng đạm dễ tiêu trong đất như amôn, phân giải dạng lân khó hấp thụ với cây trồng thành dạng dễ hấp thụ, kích thích sự sinh trưởng ở thực vật, ức chế sự phát triển của nấm bệnh.
	- Chế tạo hỗn hợp phân bón chứa nhiều tế bào vi sinh vật nói trên sẽ giúp cho đất thêm màu mỡ, tạo điều kiện cho cây trồng sinh trưởng phát triển tốt, năng suất cao
	- Một số loại đã được chế tạo và thử nghiệm thành công là: Nitragin, Azôgin, Azôtôbacterin
 8. Sử dụng vi sinh vật bảo vệ môi trường sống:
	- Một số chủng vi sinh vật có khả năng phân giải những hợp chất khó phân giải và độc hại trong các sản phẩm thải của sản xuất và đời sống.
	- Chủ động sử dụng chúng để xử lý nước thải công nghiệp và rác đô thị giúp bảo vệ môi trường sống của con người và các sinh vật khác.
	- Ví dụ: nhiều loại nấm có khả năng phân giải linhin trong nước thải các nhà máy giấy, xạ khuẩn Streptomyces có khả năng phân giải mạnh xenlulo trong rác đô thị, nhiều xạ khuẩn và nấm mốc có khả năng phân giải kitin trong rác đô thị.
	Trên đây là một số nội dung mà tôi đã tập hợp từ các tài liệu rồi lồng ghép vào các nội dung sách giáo khoa nhằm cung cấp thêm kiến thức cho học sinh phục vụ nhu cầu thi học sinh giỏi./.
	Hết.