Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu khả năng tạo màng sinh học của chủng vi khuẩn phân hủy Phenol phân lập từ nước nhiễm dầu ở bờ biển Vũng Tàu, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. (Khóa luận tốt nghiệp)

i

I H C THÁI NGUYÊN
I H C NÔNG LÂM

NGUY N TH

NGHIÊN C U KH

O MÀNG SINH H C C A CH NG VI

KHU N PHÂN H Y PHENOL PHÂN L P T
B

BI

, T NH BÀ R A -

KHÓA LU N T T NGHI

H


C NHI M D U

o

: Chính quy

Chuyên ngành

: Công ngh sinh h c

Khoa

: CNSH - CNTP

Khoá h c

: 2011 - 2015

IH C


ii

I H C THÁI NGUYÊN
I H C NÔNG LÂM

NGUY N TH

NGHIÊN C U KH

O MÀNG SINH H C C A CH NG VI

KHU N PHÂN H Y PHENOL PHÂN L P T
B

BI

U, T NH BÀ R A -


KHÓA LU N T T NGHI

H

C NHI M D U

o

IH C

: Chính quy

Chuyên ngành

: Công ngh sinh h c

L p

: K43 - CNSH

Khoa

: CNSH - CNTP

Khoá h c

: 2011 - 2015

Gi

ng d n : PGS.TS. Nghiêm Ng c Minh
ThS. Nguy n Th


i

L IC
c t i PGS.TS. Nghiêm

c h t tôi xin g i l i c
Ng c Minh và TS. Lê Th Nhi Công

ng d n và dìu d t tôi trong quá

trình nghiên c u, h c t p và hoàn thành khóa lu n này.
Tôi xin chân thành c

Th T Uyên -

ng phòng

ng và cùng toàn th các cán b nhân viên c a
Thanh



Ph trách
c bi t

và ch b o tôi trong su t quá trình nghiên

c u hoàn thành khóa lu n c a mình.
hoàn thành khóa lu
Nguy n Th
ph

lòng c

c t i ThS.

và các th y cô Khoa Công ngh Sinh h c và Công ngh Th c
i h c Nông Lâm cùng v i

Hàn lâm Khoa h c và Công ngh Vi t Nam
th i gian h c t p, nghiên c u t
Cu i cùng, tôi xin g i l i c
tôi r t nhi

o Vi n Công ngh Sinh h c, Vi n
u ki

tôi trong su t

i Vi n.
ct
tôi có th hoàn thành t t khóa lu n này.

Tôi xin chân thành c

Sinh viên

Nguy n Th


ii

DANH M C CÁC B NG

B ng 2.1. Vai trò c a m

i ngo i bào trong màng sinh h c ...................................... 11

B ng 3.1. Danh m c m t s hóa ch t s d ng ..................................................................... 20
B ng 3.2. Các lo

ng nuôi c

n ................................................................... 20

B ng 3.3. Danh m c m t s máy móc và thi t b s d ng.................................................. 21
B ng 3.4. Các thành ph n c a ph n ng PCR...................................................................... 28
B ng 4.

m, hình thái khu n l c các ch ng vi khu n phát tri

ng

khoáng Gost có b sung 50 ppm phenol (có và không có glucose) ................................... 34
B ng 4.2. M

ng c a trình t

n gen 16S rRNA ch ng VTPG5 so v i

m t s ch ng vi khu n ............................................................................................................ 41


iii

DANH M C CÁC HÌNH
Hình 2.1. C u trúc hóa h c c a phenol ................................................................................... 4
Hình 2.2. C u trúc không gian c a biofilm v i m

i ngo i bào xung quanh........... 12

chu trình nhi t ph n ng PCR.................................................................... 28
Hình 4.1. M

c nhi m d u l y t bãi sau thành ph

Hình 4.2. M

................................. 32

ng khoáng Gost d ch có b sung 50 ppm phenol

(có và không có glucose) ........................................................................................................ 33
Hình 4.3. T

ng khoáng Gost th ch b sung 50 ppm

phenol (A) m u làm giàu không có glucose và (B) m u làm giàu có glucose................. 33
Hình 4.4. Kh

t gi tím tinh th c a màng sinh h c các ch ng vi khu n sau 48h

nuôi c y .................................................................................................................................... 35
Hình 4.5. Kh

o màng sinh h c c a các ch ng vi khu n ........................................ 36

Hình 4.6. Kh

ng c a các ch ng vi khu

ng khoáng Gost

d ch có b sung 50 ppm phenol ............................................................................................. 37
Hình 4.7. Hình thái khu n l c (A) và hình thái t bào (B) c a ch ng VTPG5 ................. 38
DNA t ng s c a ch ng vi khu n...................................................... 38
s n ph

n gen mã hóa 16S rRNA c a ch ng vi

khu n VTPG5 .......................................................................................................................... 39
Hình 4.10.

s n ph m PCR c a ch ng VTPG5

c tinh

s ch........................................................................................................................................... 40
t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.

Hình 4.11. Kh
VTPG5 các nhi
Hình 4.12. Bi

khác nhau sau 48 gi nuôi c y........................................................ 42
m

quang h

nh

ng c a nhi

n kh

o

màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 ........................................... 43
t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.

Hình 4.13. Kh

VTPG5 các pH khác nhau sau 48 gi nuôi c y ................................................................ 44
Hình 4.14. Bi

m

quang h

ng c

n kh

o

màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 ........................................... 44


iv

Hình 4.15. Kh

t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.

VTPG5 các n

mu i NaCl khác nhau sau 48 gi nuôi c y.................................... 45

Hình 4.16. Bi
kh

m

quang h

ng c a n

mu

n

o màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 .................... 46
t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.

Hình 4.17. Kh

VTPG5 các ngu n carbon khác nhau sau 48 gi nuôi c y .............................................. 47
Hình 4.18. Bi

m

quang h

nh

ng c a ngu

n kh

o màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5............................ 47
t gi tím tinh th c a màng sinh h c ch ng Rhodococcus sp.

Hình 4.19. Kh
VTPG5 các ngu
Hình 4.20. Bi

nuôi c y ................................................... 48
m

quang h

ng c a ngu

n kh

t o màng sinh h c c a ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 ..................................... 48
Hình 4.21. Màng sinh h c ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5 sau 48 gi
u ki n t

c nhu m b ng d ch tím tinh th 0,1%.............................................. 49

Hình 4.22. Kh

ng và phát tri n c a màng sinh h c ch ng vi khu n

Rhodococcus sp. VTPG5 các n
Hình 4.23. Bi

m

phenol khác nhau sau 7 ngày ............................ 49

quang h

ng và phát tri n c a

màng sinh h c ch ng vi khu n Rhodococcus sp. VTPG5

các n

phenol khác

nhau........................................................................................................................................... 50
Hình 4.24. Bi

th hi n kh

y phenol c a màng sinh h c ch ng vi

khu n Rhodococcus sp. VTPG5 sau 7 ngày nuôi c y ......................................................... 50


v

DANH M C CÁC T , C M T

VI T T T

Biofilm

: Màng sinh h c

Bp

: Base pair (c p base)

cm, mm

: centimeter, milimeter

DDBJ

: DNA Data Bank of Japan

DNA

: Deoxyribonucleic acid
i ch ng (m u không có vi sinh v t)

EPS

: Extracellular Polymeric Substances (h p ch t ngo i bào)

kDa

: KiloDalton

LB

: Luria-Broth

mg, g, kg

: milligram, gram, kilogram

nm, µm

: nanometer, micrometer

NOMs

: Natural Organic Matters (các ch t h

OD

: Optical Density (m

PAHs

: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon

PCR

: Polymerase Chain Reaction (ph n ng chu i trùng h p)

ppm

: parts

RNA

: Ribonucleic acid

rRNA

: Ribosomal ribonucleic acid

µl, ml, l

: Microliter, milliliter, liter

nhiên)

quang h c)

m t ph n tri u, mg/l)


vi

M CL C

PH N 1. M
1.1.

U ................................................................................................................. 1

tv

...........................................................................................................1

1.2. M c tiêu và n i dung c
1.3.

tài .........................................................................2

tài ...............................................................................................3

PH N 2. T NG QUAN TÀI LI U .................................................................................... 4
2.1.

khoa h c c

2.1.1.

tài...................................................................................4

m chung c a phenol......................................................................................... 4

2.1.2. Màng sinh h c (biofilm)............................................................................................... 9
2.1.3.

ng c

u ki

n kh

o màng sinh h c

(biofilm) c a vi sinh v t.......................................................................................................... 12
2.1.4.

i vi sinh v t..................................................................... 15

2.2. Tình hình nghiên c

c ......................................................16

2.2.1. Tình hình nghiên c u trên th gi i ............................................................................ 16
2.2.2. Tình hình nghiên c
PH N 3.
3.1.

c .............................................................................. 17

NG, N

U ......... 19

ng và ph m vi nghiên c u ....................................................................19
ng nghiên c u................................................................................................... 19

3.1.2. Ph m vi nghiên c u ...................................................................................................... 19
3.2.

m và th i gian th c hi

3.2.1.

tài .............................................................19

m....................................................................................................................... 19

3.2.2. Th i gian ...................................................................................................................... 19
3.3. V t li u, hóa ch t và thi t b s d ng ...............................................................19
3.3.1. V t li u ......................................................................................................................... 19
3.3.2. Hóa ch

ng .............................................................................................. 19

3.3.3. Thi t b và d ng c ...................................................................................................... 21
3.4. N i dung nghiên c u ........................................................................................21
3.5.

u..................................................................................22


vii

3.5.1. Thu th p m u............................................................................................................... 22
3.5.2. Phân l p các ch ng vi khu n có kh
3.5.3.

d ng phenol..................................... 22

o màng sinh h c c a các ch ng vi khu n ............................. 23

3.5.4. Kh o sát kh
trên ngu

ng và phát tri n c a các ch ng vi khu n t o màng t t

t phenol....................................................................................................... 25

3.5.5. Nghiên c u m t s
3.5.6.

ng c

m sinh h c và phân lo i ch ng vi khu n VTPG5 ...... 25
u ki

n kh

o màng sinh h c

(biofilm) c a ch ng vi khu n. ................................................................................................ 29
3.5.7.

y phenol c a màng sinh h c vi khu n ........................ 31

PH N 4. K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU N ............................................. 32
4.1. Phân l p và tuy n ch n m t s ch ng vi khu n v a có kh
phenol và v a có kh

o biofilm .....................................................................32

4.1.1. Phân l p các ch ng vi khu n có kh
4.1.2. Kh

o biofilm c a các ch ng vi khu

4.1.3. Kh o sát kh
trên ngu

y

y phenol................................... 32
c phân l p........................... 35

ng và phát tri n c a các ch ng vi khu n t o màng t t

t phenol....................................................................................................... 36

4.2.

m hình thái và phân lo i ch ng vi khu n VTPG5................................37

4.2.1.

m hình thái khu n l c và hình thái t bào .................................................... 37

4.2.2. Phân lo i phân t ch ng VTPG5 d a vào vi

nh trình t

n gen 16S

rRNA........................................................................................................................................ 38
4.3.

ng c a

u ki

n s hình thành màng sinh h c

ch ng vi khu n l a ch n ...........................................................................................42
4.3.1.
4.3.2.

ng c a nhi
nh

............................................................................................. 42

ng c a pH...................................................................................................... 43

4.3.3.

ng c a n

4.3.4.

ng c a carbon................................................................................................ 46

4.3.5.

ng c

4.4.

mu i NaCl ......................................................................... 45

.................................................................................................... 47
y phenol c a màng sinh h c ch ng vi khu n l a

ch n. ..........................................................................................................................49


viii

PH N 5. K T LU N VÀ KI N NGH ........................................................................... 53
5.1. K t lu n ............................................................................................................. 53
5.2. Ki n ngh ........................................................................................................... 53
TÀI LI U THAM KH O
PH L C


1

PH N 1
M

U

1.1.
T i Vi t Nam, ngành công nghi p d u m

n m nh m , s

ng

i cho Qu c gia ngu n l i ích kinh t vô cùng to
l n. Bên c nh ngu n l i v kinh t mà ngành công nghi p này mang l i là m i hi m
h a v ô nhi

ng. Các ho

n chuy n d u

c ti n hành trên bi n, không tránh kh i nh ng s c gây ô nhi m d u m
tràn d u, dò r

m tàu ch d u, v ho c dò r

bi n,...gây thi t h i l n v kinh t

ng d n d u ng m trong lòng
ng nghiêm tr

n

c, sinh v t. Nh ng ch t gây ô nhi m nghiêm tr
nhi m d u m ph i k

c

n là các h p ch t h

p

ch

Polycyclic

Hydrocarbon)....Trong các h p ch t ô nhi
phân h y và r

t h p ch t h

c h i. Phenol có ngu n g

,...nó có th t n t
ng hô h p

Aromatic

ng t nh a, d u m , than

c, ho c xâm nh

i qua

ng, ho c ti p xúc tr c ti p qua da....H u qu

cùng nghiêm tr ng, có th
t bi n...

l i là vô

n h th n kinh, hô h p, tiêu
cx

c nhi m d u m

c bi

c

chú tr ng.
Qua nh ng b ng ch ng th c nghi
các bi

ng minh hi u qu cao c a s k t h p

c, v t lý, hoá h c và sinh h

x lý ô nhi m phenol trong

c nhi m d u m . Trong s
m và hi u qu
t nhiên, v
so v
thích h

t tr

là v a có th ti n hành thu n l

an toàn r t cao, thân thi n v

ng và giá thành r

t trong nh
ng d ng trong công ngh x lý n

d ng màng sinh h c do các vi sinh v t t

u ki n

y sinh h c r t
c b ô nhi m hi
ra m

ng


2

im

y tri n v ng cho ngành công ngh sinh h

ng và thu hút

c r t nhi u s quan tâm c a các nhà nghiên c u khoa h c trong

c.

B n ch t c a màng sinh h c (biofilm) là m t t p h p các vi sinh v t g n trên
m t b m t c a v t th r n ho c b m t ch t l ng, t o thành l p màng bao ph trên
b m

p màng này b o v các t bào vi sinh v t bên trong nó kh i các tác

nhân có h i t
nhi

ng bên ngoài, h n ch s

, pH, n

mu i, t

dòng ch y và t

ng t nh ng bi

ng v

ng ô nhi m. Do m

các

vi sinh v t trong biofilm cao nên chúng h tr và liên k t v i nhau m t cách ch t
ch t o thành c u trúc b n v ng giúp kh
n nay biofilm

y ra
c ng d ng r t nhi u trong vi c x lý

c nhi m d u m .
Vì v

góp ph n vào vi c x

c nhi m d u m nói

chung, chúng tôi ti n hành th c hi

tài: Nghiên c u kh

h c c a ch ng vi khu n phân h y phenol phân l p t

o màng sinh

c nhi m d u

b bi n

, t nh Bà R a 1.2.
M c tiêu c

tài:

Phân l p, tuy n ch

c ch ng vi khu n v a có kh

v a có kh
Bà R a T

y phenol cao t

c nhi m d u

o màng sinh h c
b bi

t nh

.
u ki

ng

n kh

o màng sinh

Phân l p và tuy n ch n các ch ng vi khu n v a có kh

o màng sinh

h c (biofilm) c a ch ng vi khu
N i dung c

tài

h c, v a có kh
Phân lo
Nghiên c u
mu i NaCl,

c l a ch n.

y phenol t t.
nh tên ch ng vi khu n l a ch n.
ng c a m t s

u ki

ng c a ngu n carbon và ngu

h c ch ng vi khu n l a ch n.

ng: nhi t
n kh

, pH, n
o màng sinh


3

y phenol c a màng sinh h c ch ng vi khu
u ki n t
1.3.
hoa h c
Phân l

c ch ng vi khu n v a t o màng sinh h c v a có kh
ng th i, t

c các y u t

o màng sinh h c là ti

y

ng

n kh

trong vi c nghiên c u th c hi n ngoài hi

ng

sau này.
c ti n
Phát tri

c công ngh sinh h

ng v i s thành công trong vi c

s d ng màng sinh h c

tìm ra các ch ng vi khu n có kh

o màng sinh h c

t t giúp x lý ngu

c ô nhi m d u ch a h p ch

c h i. Góp ph n

gi m thi u m

ng ch t h

ch

ng.


4

PH N 2
T NG QUAN TÀI LI U
2.1.
ng, có nhi u lo i vi sinh v t có kh
ng duy nh

a, m

d ng hydrocarbon
các vi sinh v t trong

biofilm cao nên chúng h tr và liên k t v i nhau m t cách ch t ch t o thành c u
trúc b n v ng giúp kh
hi n nay biofilm

c ng d ng r t nhi u trong vi c x

c nhi m phenol

c th i nhi m d u nói chung.
2.1.1.

m chung c a phenol

2.1.1.1.
Phenol là h p ch t h

c a chúng có nhóm hydroxyl (-OH) liên

k t tr c ti p v i nguyên t cacbon c a vòng benzen (hình 2.1).
Công th c phân t : C6H6O; công th c c u t o: C6H5OH

Hình 2.1. C u trúc hóa h c c a phenol
2.1.1.2.
ng, phenol là ch t r n, không màu, nóng ch y 43oC, nhi

u ki
cao 182oC. Kh

ng riêng 1,06 g/cm3, kh

ng phân t 94,11 g/mol, kh

c ( 20oC) là 70g/l. Trong quá trình b o qu

hòa

sôi

ng b

ch y r a, th m màu d n do hút m và phenol chuy n thành màu h ng do b oxi hóa
ch

ng ng i mùi c a phenol là 0,04 ppm. Phenol ít tan
c l nh, tan nhi u trong m t s h p ch t h

tan vô h n

66oC. Phenol r
K , 2000) [8].

c, r t d cháy, gây b ng n ng khi b


5

henol

2.1.1.3.
Ngu n g c t nhiên
H p ch
h

c sinh ra t nhiên t s phân h y c a th c v t, các h p ch t
li

ng v t phân h y...

và d u m

c tìm th y nhi

c t o ra do s

cháy r ng, h

t cháy các nguyên li u hóa th ch, do

nl

u b t ngu n t các ho

ng phenol t n t i tro

ng s n xu t c

ng hi n

i.

Ngu n g c nhân t o
Phenol và d n xu t c a phenol là m t trong nh ng lo i ch t th i h
x lý. Nó có m

c h i khó

c th i c a quá trình s n xu t nh

c

ph m, thu c tr sâu, công nghi p d t và nó còn có m t trong nghành công nghi p
nhu m, thu c di t c , ch t ch ng oxi hóa, gi y, công ngh hóa d u...H u h t các
h p ch

c th i r a t

nhi m ngu n

ng gây ô

t. Chúng không nh ng gây ô nhi

còn gây h

i, h

ng sinh thái mà

ng v t và các loài sinh v t s

c.

2.1.1.4.
n h sinh thái
Phenol và các d n xu t c

c x p vào lo i ch t

c cao

a ánh sáng

n s c kh

i

Phenol có th thâm nh

ng hô h p, ti p xúc

v i da, m t, màng nh y c

i, gây kích ng da và gây ho i t (Clayton và cs,

1994) [16

c xem là ch t c
ng mi

cv

i nh ng ch

in

i
ng phenol cao s d n


6

n hi

ng ch

i v i nh ng tri u ch

t, không có kh

ki m soát, hôn mê d n t i r i lo n hô h p...Phenol còn làm
tim, gây

ng t i gan, th n,

hô h p, gây nhi

tu n hoàn máu,

i ch t, h ng th n, s

ng h th n kinh...Li u th p nh t có th gây t vong b ng

ng tiêu hóa là kho ng 4,8 g trong th

n 19 phút. Nh ng tri u

ch ng do hít ph i phenol trong kho ng 30 - 60 ppm có th gây t
m cân, nh

u, chóng m t, tê li t chân tay...(Bidleman và cs, 1993)

[14]. V i kh

cm

y phenol và các d n xu t c

phân lo i là ch t nguy hi m (Aksu và cs, 1990) [11]. N
th i gian dài v i các h p ch t phenol có th d
tr , gây ra s bi
Phenol có

i,

id

ng

ng không t

c

i ti p xúc trong

n s phát tri n m t cách ch m

th h

l

n s c kh

non

i mang thai.

i ngay c

nó là tác nhân ti m n gây

n

r t th p,

].

2.1.1.5. Tình tr ng ô nhi m phenol và các bi n pháp x lý
Tình tr ng ô nhi m phenol
Trên th gi i
Hi n nay, tình tr ng ô nhi m phenol ngày càng nhi u và nghiêm tr ng v i n ng
khá cao. Phenol là m t trong nh ng h p ch
gây ô nhi m c

ov

nhi

ng M . Qua s kh o sát, l y m

u cho th y n

Trong ngu n c

c

c sinh ho t t i Hoa K có n

(Leonard và cs, 1998) [36]. N
th

u tiên ghi vào dang sách các ch t

phenol

m

phenol

c
ng.

m c 1 mg/l

các nhà máy ch bi n g r t cao có

t 9,7 µg/m3 (Allen và cs, 1997) [12].
eira dos

Santos và cs, 2004) [40

,053; 0,044 và 0,033 mg/l (Huang
và cs, 2003) [28]. N

phenol trong không khí th

t trong th c ph m

kho ng 1 mg/m3.


7

ong (Gyroik và cs, 2003) [25]

n

bình là 10 mg/m3 (Sunesson và cs, 2001) [50
khí trong n

0,01-

5,16 và 0,01-1,41 mg/m3 (Zhu và cs, 2005) [53].
Tình hình t i Vi t Nam
Hi n nay, r t nhi u các ngu

c th i công nghi p có ch a các h p ch t h u
n xu t c a phenol là nh ng

ch t có kh

m l n do tính ch

ch

h y c a chúng. Tình tr ng ô nhi

y ra

các vùng bi n do quá trình

khai thác và v n chuy n d u có th gây dò r , tràn d u, s c va ch m ho
thuy n v n chuy n d u trên bi n. Ngoài ra, ô nhi
v c làng ngh

y ra

t, nhu m, nh a, gi y, d u...

mt u
các khu

ng mang tính t phát, quy mô

nh , thi t b s n xu t th công, l c h u, m t b ng s n xu t nh h p. Tình tr ng ô
nhi

ng. Nguyên nhân ch y u khi n

tình tr ng ô nhi m phenol ngày càng nhi u là do ý th c c
v

ng c a các ch

s n xu t, kinh doanh, nhà máy, xí nghi p...

cao, th i ch t th i nhi m phenol không qua x

ng ho

các s c ngoài ý mu n. T nh ng h n ch nêu trên d
ng -

c bi t nhi m phenol và các ch

kim lo i n ng, NH4... )

m

ng,

s ng, s c kh
là m t v

do

n tình tr ng ô nhi m môi

c h i nguy hi m (SS, BOD5, COD,
ng nghiêm tr

ng

nói vi c lo i b phenol ra kh i ngu

c

c p thi t hi n nay.

Các bi n pháp x lý t
Phenol là m
tính ch

i, ý th c b o

c phenol

a, nguy h i l

iv

i và toàn b h sinh thái do

c h i và c u trúc khó phân h y c a nó trong t nhiên. T
u và tìm ra r t nhi u bi n pháp phân h

: bi

i
c,


8

v t lý, hóa h c, phân h y sinh h c. M i bi
hi u qu x lý nh

i

nh.
c: k t l ng

t ô nhi

cs d

p

phân h y phenol trong m t s

ng h p nh

t lý: s d ng tia UV hay than ho
nhi

u qu nh

x lý ngu n ô

c bi t là s d ng than ho t tính. Than

ho t tính là ch t h p ph ph bi
b các ch t h

nh...

c áp d ng t lâu trong các x

lo i

nhiên (NOMs), các ch t ô nhi

t t ng h p khó

phân hu
c: phân h y nhi
dung d

n, oxy hoá trong

c b ng oxy không khí ho c các tác nhân oxy hóa m

ozone, chlorine...

2O2,

c th i t o thành nh ng h p ch t h

ô nhi m ho c chuy

thành CO2 và H2O, x lí b

n hóa,

h p ph trên v t li u có c u trúc mao qu
i chi phí l n và có th gây ra ô nhi m th
c p. Hi u qu không tri

vì sau khi qua các v t li u l c v n còn t

a

phenol và m t khá nhi u th i gian x lý.
y sinh h c
Hi n nay, vi c x
h y sinh h

c th i ô nhi m d

c nhi u nhà khoa h c trên th gi

Vi t Nam quan tâm

nghiên c u b i tính an toàn và hi u qu
Th c nghi m cho th

lý phenol b ng công ngh sinh h c có

t tr
u ki n t nhiên, x lý tri
toàn cao và thân thi n v

i.
, có th ti n hành thu n l i trong

không gây ra hi

ng ô nhi m th c

an

ng. Trong các công ngh phân h y sinh h c thì

công ngh s d ng màng sinh h c (biofilm) do các vi sinh v t t o ra hi

c

xem là công ngh có hi u qu x lý ô nhi m d u và các h p ch t hydrocarbon vòng
i v i phenol, phân h y sinh h

c th c hi n ch y u làm phá v


9

c u trúc phân t c a chúng b ng cách s d ng các enzyme m vòng do các ch ng vi
khu n t i chính khu v c ô nhi m sinh ra.
X lý ch t ô nhi

sinh h c có th ti n hành theo
ng sinh h c và kích thích sinh h c.

-

ng sinh h

d ng t

c làm giàu ho c vi sinh v t s d ng các ch

tb

ct

sung vào các

ng b ô nhi m (Hirayama và cs, 1991) [27].
- Kích thích sinh h
c at

y s phát tri n, ho
tb

a có kh

u ch nh các y u t

ng s d ng ch

ng

i ch t

c h i thông qua vi c

m, pH, n

, oxy, ch t dinh

t và ch t xúc tác...(Hirayama và cs, 1991) [27].
Quá trình phân h y sinh h c phenol b i các vi sinh v
ch m, vì v y vi c t

u ki n thích h p cho t

là c n thi

ng x y ra v i t
t phát tri n t t nh t

y quá trình phân h

hi u qu phân h y sinh h c cao nh t có th
ngh phân h y sinh h

i
c coi là chìa khóa c a công

ng và cs, 1998) [2].

2.1.2.
2.1.2.1. Khái ni m v biofilm
Màng sinh h c (biofilm) là m t t p h p các vi sinh v t g n trên m t b m t c a
v t th r n ho c b m t ch t l ng, t o thành l p màng bao ph trên b m
(Morikawa, 2006) [41]. Ph n l n các vi sinh v
l

u có kh

ch ng ch

ng bán

o màng sinh h c. H vi sinh v t trong biofilm có kh
u ki n kh c nghi t c

ng t

tr

i ch t t t

và h n ch s c nh tranh c a vi sinh v t khác (Lazarova và cs, 2009) [34].
Biofilm không ph i là m t d ng s

c bi t mà trên th c t

th c t n t i khá ph bi n c a vi sinh v

t hình

ng t nhiên.

2.1.2.2. S hình thành và c u trúc c a biofilm
S hình thành c a biofilm
Biofilm là c
màng sinh h

ng g p trong t nhiên, trên 99% vi khu n s ng trong
ng hay g p nh

c, c n


10

máy l

ng ng d

t nt

u ki n b t l i (thi u dinh

ng, s c nh tranh...) vi sinh v t ph i h c cách bám trên b m t, c ng sinh v i
b o v mình và s

]. T l và m c

bám dính c a t bào vi khu n vào m t b m t ph thu

c tính k

cc a

b m t t bào, s hi n di n c a lông roi, tiên mao và ch t k t dính, protein màng t
bào và s s n xu t m
Biofilm có th

i ngo i bào (Dolan, 2000) [21].
c hình thành b i t p h p các t bào c a m

ch ng) ho c nhi

ng) lo i sinh v

khu n...bám dính trên b m t nh

nh.

n, n m, x

900 µm, liên

Thành ph n c a biofilm g m 2 thành ph n chính:
- Thành ph n t bào: g m t p h p các t bào c a m t hay nhi u lo i vi sinh v t
m, vi khu n, vi t o, x khu n, bám dính trên b m t nh

nh

(Burmolle và cs, 2006) [15]. Trong màng sinh h c các t bào t p h
v c u trúc là các vi khu n l c. Thành ph
c bi

ng trong quá
ub

c tính hình

thành màng sinh h c cho t ng loài vi sinh v t (Kumar & Anand, 1998) [32
nhi m ch

t các h p ch t ngo

m

a các y u t ph tr t

tr cho vi c bám dính c a các t bào khác lên b
m t giá th , liên k t v
-M

c ng sinh và t b o v mình.

i các ch t ngo i bào (extracellular polymeric substances

quanh các t bào t o nên c

EPS) bao


11

[13]. Bao g m các thành ph
nhiên thành ph n EPS r

ng nó còn tùy vào t ng loài vi sinh v t, d ng biofilm

u ki n hình thành. Trong các thành ph n chính thì polysaccharide chi m
kho ng 40-95%, protein kho ng 1-60%, 1-10% là axit nucleic và 1-40% là lipit
(Czaczyk, 2007) [18]. Các h p ch

i theo không gian và th i gian t n

t ic

i gian t n t i càng lâu thì
ng EPS càng nhi u. M

t bào t p trung cao nh t

màng sinh h c và gi m d

l

nh c a

n EPS l

vùng phía trong c a màng sinh h c. Thành ph n EPS trong h u h
khác bi t so v i vi khu n

d ng s ng t do. Nh ng thành ph

c xem xét

trong m t biofilm bao g m polysaccharide, protein và DNA (b ng 2.1).
B ng 2.1. Vai trò c a m
ng c a m ng
i ngo i bào

i ngo i bào trong màng sinh h c (Donlan, 2002) [22]
Thành ph n

Ki n t o

Polysaccharide, Amyloid

Ho t hóa

Enzyme ngo i bào

Ho t hóa b m t

Amphiplic

Truy n tin

Lectin, Acid nucleic

Ch

ng

Nhi u lo i polyme

Vai trò trong màng
sinh h c
C u t o nên c u trúc biofilm
Phân h y ch t h
a các b m t
Truy n thông tin gi a các t
bào trong m

i

Ngu n cung c p N

,

Carbon, Photpho

C u trúc Biofilm
C u trúc biofilm bao g m thành ph n t bào liên k t v i nhau m t cách ch t ch
và có tr t t
có t ch

mb os

i thông tin liên t c gi a các t bào. C u trúc biofilm

c thù và ph n ánh các ch

nh c a màng sinh h c, chúng

bi n m t khi các thành ph n c a ch t gian bào b lo i b nh
ch

t bi n. Trong biofilm có các kênh v n chuy

t

ng c a
c


12

c, các ch

cung c

chúng t n t

mang các ch t th

ng th

]

Màng sinh h c có c u trúc không

ng nh t, g m nhi u l p vi khu n hi u khí

bên trên và nhi u l p vi khu n k
u di n ra s

i (hình 2.2). Gi a các t bào vi khu n

i thông tin liên t

m b o cho màng sinh h c hình thành

chính xác.

Hình 2.2. C u trúc không gian c a biofilm v i m
C u trúc màng sinh h c ch u
ph

ng b i các y u t

c tính b m t, nhi

h

it m

i ngo i bào xung quanh
khu ch tán, thành
dày c a màng sinh

n vài cm tùy thu c vào loài vi sinh v t, tu i c a màng

sinh h

ng và áp l c dòng ch y (Cheng và cs, 2010) [19], (Jomeo,

2008) [29].
2.1.3.

c

Có r t nhi u các y u t

ns

ng phát tri n c a vi sinh v t

, pH, ánh sáng, các ch t gây c ch , các ch t xúc tác...
nhi

, pH và ngu

và có

ng nh

ng y u t d
n kh

u khi n

o màng c a vi sinh v t.

Nhi
M i ch ng vi sinh v t thích h p
hóa ch

nh ng nhi

phát tri n riêng. S chuy n

ng liên quan tr c ti p và ph thu c vào s

có m t c a các

enzyme. Vì v y, s hình thành c a m t màng sinh h c ph thu c vào s có m t và
t

ph n ng c a các enzyme mà ki m soát s phát tri n c a h th ng sinh lý và


13

sinh hóa c a vi khu n. Nhi

it

ph n ng c a enzym do

n s phát tri n c a t bào, t
thành màng sinh h c. Ngoài ra, nhi

n quá trình hình

ng còn

c tính

v t lý c a các h p ch t bên trong và xung quanh t bào (Garrett và cs, 2008) [24].
pH
Ch s pH có
v t. pH ho

ng c a vi khu

ng t t
ki m

ns

pH 7 và b

ng

ng và phát tri n c a vi sinh

trong kho ng t

c ch

ng

vi khu n
u ki n quá axit ho c quá

a, ph n

ng tr c ti

màng sinh h c c a vi sinh v t. N

H+ n m trong thành ph

i tr ng thái di n tích c a thành t bào. Tu theo n
c gi m kh

n kh

m th u c a t

o
ng làm

c a chúng mà làm

i v i nh ng ion nh

ng

th i, t bào vi khu n có các kênh protein liên k t v i màng sinh ch t.

ng

ng vi khu
ch nh các ho

i pH bên trong và bên ngoài t bào thông qua s
ng, t ng h p các proteins và liên quan tr c ti

u

n quá trình s n

xu t các polymer ngo i bào (Garrett và cs, 2008) [24].
Ngu
Các ngu

ng
ng ch y u c n thi t cho quá trình sinh t ng h p c a vi sinh

v

u c a Hijnen (2009) cho th y n

cao các ch t h

càng

ng t bào bám dính lên b m t và
h nên biofilm (Hijnen và cs, 2009) [26].

Carbon là nguyên t c
sinh v t và c n thi t v i s

n nh t t o nên các thành ph n c a t bào vi
ng l

khác, t l
t c n thi t cho quá trình hình thành

m

i các h p ch t ngo

i v i phân h y sinh h c ng d ng màng sinh

h c thì vi c s d ng ngu

u d chuy

y

s hình thành màng sinh h c t
i v i vi sinh v

c tìm th y trong các protein, enzyme, các thành ph n

t bào và acid nucleic. Các mu

ng trong vi c t ng h p


14

protein c a vi sinh v

n ph i cung c

t, vì không có

n hóa c a vi sinh v t s b
ngo

ng khi n m

c hình thành. S t ng h p m

i ngo i bào c a các t bào

vi sinh v t ph thu c vào ngu

ng nuôi c y.

ra r ng, n
kh

i các ch t

p trong m

ng,

ng nuôi c

ns t om

i ngo i bào giúp

t o màng sinh v t thu n l i (Sleytr, 1997) [46]. Vì v y, khi ngu
làm gi m kh
N

mu i NaCl

N

mu

ng tr c ti p lên s hình thành màng sinh h

ng m t s

nh s hình thành phát tri n màng sinh h

ti p qua

ns

ng t
khu

o màng c a vi khu n.

ng và phát tri n vi sinh v
ng có n

ng t

ng gián
vi khu n sinh

mu i th
ng có n

t s vi
mu i cao.

c tính t bào
c tính t bào có

n vi

o

các ch t ngo i bào (polysaccharide, protein, lipit...), kh

ng, lông roi,

lông nhung...(Davey và cs, 2000) [20]. Nh ng vi sinh v t có lông nhung, lông roi s
giúp cho vi c di chuy

ct
nt t

b m t giá th nh
sinh h

u qu t o biofilm

y nó có th d dàng di chuy

nm t

u ki n thu n l i cho vi c hình thành màng

ng th i giúp cho vi

u c a t bào vi sinh v t b m t t t

t s loài không có các ph n ph tr t bào v n có kh
hình thành biofilm m nh d a vào kh

t ng h p s n các ch t ngo

polysaccharide, glycoprotein t o thành c u trúc màng nh y (slime), màng giáp
(capsule) bao quanh t
d
(Costerton và cs, 1974) [17].

c tính này giúp các th bào t k t dính v i nhau, ví
t gây b nh: Streptococcus mutans, S. salivarius, ...


15

y vi c nghiên c u các y u t
là r t quan tr ng và c n thi
t o màng

n kh

mb

o màng sinh h c

u ki n thu n l

các vi sinh v t

m c t t nh t.

2.1.4.
2.1.4.1.

i truy n th ng
i truy n th

m hình

m sinh lý c a sinh v
-

phân lo i, c th :

m v hình thái: hình d

c, màu s c c a khu n l c; hình

d ng, kích c c a t bào vi sinh v t, cách th c di chuy n c a t bào...
car

mv

i ch

n ng nhu m Gram, ngu n

s d ng, ngu

chuy

Ngoài ra, còn r t nhi

ng...
m tra các ph n ng

sinh hóa c a vi sinh v t v i các ch t khác nhau, các ph n ng mi n d ch c a các
kháng nguyên là thành ph n c u t o c a t bào...
c l nh ng h n ch
cho nhóm vi sinh v t này (Enterobacteriaceae
nhóm khác (vi khu n Gram âm). H n ch c
th ng d

n nhi

ng h p ph

c dùng
iv i
i truy n

nh l i tên phân lo i c a m t s vi sinh

v t.
2.1.4.2.

i b ng sinh h c phân t

pháp sinh


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×