Giới thiệu giáo trình ” Vi Sinh Vật Học ”
1. VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC
Vi sinh vật là những sinh vật xuất hiện trước tiên trên Trái Đất, và loài người từ xa xưa tuy chưa có bằng chứng cụ thể nhưng đã ý thức được sự tồn tại của các VSV và đã ứng dụng chúng trong đời sống như lên men rượu, bia, muối dưa, làm tương, làm dấm, làm sữa chua, làm phomat, thuộc da,… Trong Kim tự tháp cổ Ai Cập còn có cả các hình vẽ mô tả cách nấu bia cho các Pharaon.
Tuy nhiên trong thời kỳ cổ đại chưa thể đề cập đến học thuyết khoa học, mà những điều còn lại ngày nay chúng ta tiếp nhận được là các quan sát, ghi chép, điều chế thủ công. Đến tận thế kỷ XVII, nhà sáng chế Hà Lan Antonie van Levenhoek (1632-1723) với sáng chế ra kính hiển vi quang học (độ phóng đại khoảng 270 lần) đầu tiên trên thế giới đã cho phép ông quan sát được các vi khuẩn và các động vật nguyên sinh mà ông gọi là những “động vật vô cùng nhỏ bé”, với số lượng nhiều hơn dân số Hà Lan ở trong miệng.
Edward Jenner (1749 – 1823), bác sĩ người Anh là người đầu tiên sáng chế ra phương pháp chùng mù đậu bỏ cho người để phòng bệnh đậu mùa, một căn bệnh hết sức nguy hiểm. Và cũng chính bác sĩ Edward Jenner là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ vaccin (vaccin, từ gốc Latin: Vaccinae có nghĩa là bệnh đậu mùa bò) trên thế giới.
Nhà bác học vĩ đại người Pháp Luis Pasteur (1822-1895) đã mở đầu kỷ nguyên mới nghiên cứu về sinh lý học VSV. Ông được coi là ông tổ của vi sinh vật học với hàng loạt phát kiến vĩ đại. Ông đã chứng minh bản chất của nhiều quá trình lên men (ancol ethylic, acid lactic, acid acetic,…), thực hiện thành công thí nghiệm phủ định thuyết tự sinh (spontaneous-generation hypothesis), phát hiện nhiều vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật (vi khuẩn gây bệnh than, bào tử trùng, tụ cầu, liên cầu, mô não cầu (cùng với Chamberland, Roux và Thuillier), phát minh ra vaccin phòng chống nhiều căn bệnh nguy hiểm (vaccin phòng tả gà, vaccin phòng bệnh than), và xuất sắc nhất là vaccin phòng ngừa bệnh dại (ngày 6/7/1885 là ngày mà Pasteur đã dùng liều vaccin trừ dại đầu tiên trên thế giới để cứu mạng sống một bé gái người Pháp 9 tuổi là Joseph Meister bị chó dại cắn).
Nhà bác học Đức Robert Koch (1843 – 1910) đã cộng tác đắc lực với Pasteur. Ông đã phát hiện ra vi khuẩn lao, vi khuẩn tả và sáng tạo ra phương pháp phân lập thuần khiết VSV bằng cách nuôi cấy chúng trên các môi trường đặc (solid medium) và cách nhuộm màu chúng. Học trò J.R. Petri của Robert Koch là người đã sáng tạo ra những chiếc hộp lồng ngày nay mang tên ông.
Người đặt nền móng cho Miễn dịch học (Immunology) là nhà khoa học Nga Ilya Ilitch Metchnikov (1845 – 1916) với học thuyết “thực bào” nổi tiếng. Năm 1908 ông cùng với Erhlich (người đề xuất học thuyết miễn dịch dịch thể) nhận chung giải thưởng Nobel.
Phát hiện sự tồn tại của những loài VSV còn nhỏ bé hơn vi khuẩn nhiều có công đầu thuộc về nhà sinh lý học thực vật người Nga D.I. Ivanovskii (1864-1920). Ông đã chứng minh được sự tồn tại của loài sinh vật siêu hiển vi gây bệnh khảm thuốc lá năm 1882. Đến năm 1897, nhà khoa học người Hà Lan M.W. Beijerinck (1851 – 1931) đặt tên cho chúng là Virus (tiếng Latin: Virus có nghĩa là chất độc). Năm 1917 F.H. d’Herelle (1873 – 1949) đã phát hiện ra các thế virus của vi khuẩn và đặt tên là thực khuẩn thể (bacteriophage).
Năm 1928, A. Flemming phát hiện tác dụng kháng sinh của Penicillium notatum đối với Staphylococcus aureus đã mở ra kỷ nguyên sản xuất kháng sinh điều trị bệnh nhiễm trùng nhờ lên men VSV (A. Flemming cùng với B.E. Chain và H.W. Florey giải thưởng Nobel, 1945), cũng như Waksman phát minh ra streptomycin (1944) chống lại các vi khuẩn G- (giải thưởng Nobel, 1952). Các VSV biến đổi gen dung hợp được các thông tin mà khởi thuỷ là hoàn toàn xa lạ đối với VSV ấy là thành tựu của công nghệ sinh học VSV từ những năm 70 của thế kỷ XX, là đóng góp có tính bước ngoặt trong di truyên học VSV.
Vào những năm 1983 – 1984 của thế kỷ XX, nhà khoa học Pháp Luc Montagnie và bác sĩ người Mỹ Robert Roll, một cách độc lập, đã phát hiện ra virus HIV gây bệnh AIDS – hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải ở người – hết sức nguy hiểm cho sức khoẻ con người. Đại dịch HIV/AIDS đang là hiểm hoạ to lớn đối với con người, nhất là người dân ở các nước đang phát triển với hệ thống chăm sóc y tế chưa hoàn chỉnh và đắt đỏ.
Bước sang thế kỷ XXI nhân loại lại phải đối mặt với những typ bệnh mới do virus và vi khuẩn gây ra: bệnh SARS – hội chứng viêm phổi cấp, bệnh cúm H5N₁ liên quan đến gia cầm, bệnh liên cầu có nguồn gốc từ lợn,… cũng như bệnh lao đang quay trở lại cùng với HIV/AIDS. Hy vọng của nhân loại đang đặt vào các nhà nghiên cứu VSV học cũng như các nhà khoa học khác trong tương lai không xa sẽ tạo ra được vaccin phòng chống hay phép trị liệu hiệu quả nhất chống lại HIV/AIDS, cũng như các bệnh đã nêu, loại bỏ các hiểm hoạ này nâng cao chất lượng cuộc sống cho con người.
2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT
2.1. Kích thước của vi sinh vật rất nhỏ bé
Kích thước của các vi khuẩn, xạ khuẩn, vi nấm rất nhỏ bé, thường được đo bằng đơn vị micromet (1µm = 10-3mm, hay 106m); kích thước của các virus còn nhỏ hơn nhiều nên được đo bằng nanomet (1nm=10-3µm = 10-6mm; 1A°=10-7mm = 10nm) – một vài đến vài trăm nanomet. Kích thước nhỏ bé nhưng diện tích bề mặt tiếp xúc của quần thể các tế bào VSV lại rất lớn. Ví dụ: một lượng tế bào cầu khuẩn với thể tích 1cm³ có diện tích bề mặt là 6m² (6m²/1cm³). Đây là một trong những điều kiện tiên quyết rất thuận lợi để VSV có thể trao đổi chất mạnh mẽ với môi trường, thực hiện các chức năng sống sôi động.
2.2. Vi sinh vật hấp thụ nhiều, chuyển hoá nhanh, vòng đời ngắn
Tuy nhỏ bé (nếu không nói là nhỏ bé nhất) nhưng VSV lại là các sinh vật có khả năng hấp thụ và chuyển hoá chất dinh dưỡng mạnh hơn hẳn so với các sinh vật khác trong sinh giới như các sinh vật bậc cao: vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong một giờ có thể phân giải một lượng đường lactose nhiều gấp 1.000 – 10.000 lần khối lượng cơ thể của chúng. Nếu tính số µl 0, mà một mg chất khô tế bào sinh vật tiêu thụ trong 1 giờ (tốc độ tiêu thụ thể tích oxy – Q02) thì ở mô lễ hoặc mô rễ thực vật là 0,5 – 4,0, ở tổ chức mô gan và thận động vật là 10 – 20, còn ở nấm men S. cerevisiae là 110, ở vi khuẩn chi Pseudomonas là 1.200, ở vi khuẩn chỉ Azotobacter là 2.000. Đặc điểm này cho phép VSV đóng vai trò to lớn trong các chu kỳ tuần hoàn vật chất trong tự nhiên, tái tạo môi trường sống cho sinh giới, cũng như khả năng sử dụng hữu ích các VSV thích hợp trong đời sống của con người. Với những khả năng đặc biệt nhưng chu kỳ vòng đời của VSV lại ngắn, đây cũng có thể là đặc tính riêng đổi mới chất sống của thế giới vì mô.
