Đề 15 – Bài tập, đề thi trắc nghiệm online Vi sinh đại cương

Cố định đạm là quá trình chuyển đổi nitrogen phân tử (N2) trong khí quyển thành ammonia (NH3) hoặc các hợp chất nitrogen hữu cơ khác, dạng nitrogen mà thực vật và vi sinh vật khác có thể sử dụng được. Quá trình này đóng vai trò then chốt trong chu trình nitrogen, cung cấp nitrogen cần thiết cho sự sống. Các nguyên tố khác (carbon, phosphorus, sulfur) có chu trình sinh địa hóa riêng, không trực tiếp liên quan đến quá trình cố định đạm.

Vi sinh vật đóng vai trò trung tâm trong chu trình sulfur, thực hiện các quá trình oxy hóa và khử các hợp chất sulfur khác nhau. Ví dụ, vi khuẩn oxy hóa sulfur (như Thiobacillus) chuyển hóa sulfide (S2-) hoặc sulfur nguyên tố (S) thành sulfate (SO42-), trong khi vi khuẩn khử sulfate (như Desulfovibrio) chuyển sulfate thành sulfide. Các quá trình này quan trọng trong việc tuần hoàn sulfur trong tự nhiên. Các lựa chọn khác không phải vai trò chính của vi sinh vật trong chu trình sulfur.

Kính hiển vi tương phản pha lợi dụng sự khác biệt nhỏ về chiết suất ánh sáng giữa các thành phần tế bào và môi trường xung quanh để tạo ra độ tương phản, cho phép quan sát mẫu vật sống và không nhuộm màu. Kính hiển vi trường sáng thường cần nhuộm màu để tăng độ tương phản, kính hiển vi huỳnh quang dùng để quan sát các chất phát huỳnh quang, và kính hiển vi điện tử cần mẫu vật đã xử lý và đặt trong chân không.

Môi trường chọn lọc chứa các chất ức chế (như kháng sinh, thuốc nhuộm,…) để ngăn chặn sự phát triển của một số nhóm vi sinh vật, đồng thời cung cấp các chất dinh dưỡng đặc biệt để khuyến khích sự phát triển của nhóm vi sinh vật mục tiêu. Môi trường phân biệt giúp phân biệt các loại vi sinh vật dựa trên các đặc tính sinh hóa khác nhau, môi trường tăng sinh tạo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của nhiều loại vi sinh vật, môi trường tổng hợp có thành phần hóa học xác định.

Phản ứng PCR là kỹ thuật khuếch đại DNA in vitro, tạo ra hàng triệu đến hàng tỷ bản sao của một đoạn DNA mục tiêu từ một lượng nhỏ ban đầu. PCR thực hiện quá trình nhân đôi DNA lặp đi lặp lại trong ống nghiệm, sử dụng enzyme DNA polymerase chịu nhiệt và các đoạn mồi oligonucleotide đặc hiệu. Các lựa chọn khác không phải là nguyên tắc cơ bản của PCR.

Hô hấp hiếu khí sử dụng oxy làm chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi truyền electron, tạo ra gradient proton và ATP thông qua quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Đây là phương thức tạo ATP hiệu quả nhất. Lên men tạo ATP chủ yếu bằng phosphoryl hóa mức cơ chất, hô hấp kỵ khí sử dụng chất nhận electron khác oxy và tạo ATP ít hơn hô hấp hiếu khí, quang hợp tạo ATP bằng năng lượng ánh sáng.

Bào tử (endospore) KHÔNG phải là dạng tế bào sinh sản của vi khuẩn. Bào tử là dạng tế bào nghỉ, được hình thành trong điều kiện môi trường bất lợi để giúp vi khuẩn sống sót. Khi điều kiện thuận lợi trở lại, bào tử nảy mầm thành tế bào sinh dưỡng. Bào tử có khả năng chống chịu khắc nghiệt cao hơn tế bào sinh dưỡng và quá trình hình thành bào tử gọi là sinh bào tử.

Hệ thống phân loại 3 giới chia sinh vật thành Bacteria (Vi khuẩn), Archaea (Cổ khuẩn) và Eukarya (Sinh vật nhân thực). Bacteria và Archaea là hai giới thuộc nhóm nhân sơ (Prokaryota), trong khi Eukarya bao gồm tất cả các sinh vật nhân thực (có nhân thật), không thuộc nhóm nhân sơ.

Mycobacterium tuberculosis là tác nhân gây bệnh lao, một bệnh truyền nhiễm nguy hiểm và không phải là tác nhân gây bệnh cơ hội. Các tác nhân gây bệnh cơ hội (Candida albicans, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus - một số chủng) thường gây bệnh ở người có hệ miễn dịch suy yếu hoặc khi có điều kiện thuận lợi (ví dụ, sau phẫu thuật, dùng kháng sinh kéo dài,…). Chúng thường không gây bệnh ở người khỏe mạnh.

Tia UV có bước sóng ngắn, năng lượng cao, có khả năng gây đột biến DNA bằng cách tạo liên kết cộng hóa trị giữa các base pyrimidine liền kề trên cùng một sợi DNA, hình thành dimer pyrimidine (thường gặp là thymine dimer). Dimer này làm gián đoạn quá trình sao chép và phiên mã DNA, ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật. Tia UV không gây ion hóa DNA một cách trực tiếp như tia X hoặc gamma, và tác động chính không phải là phá hủy protein màng hay ức chế enzyme trao đổi chất.

Vi sinh vật nhân sơ, như vi khuẩn và cổ khuẩn, có ribosome 70S, vùng nhân chứa DNA, và thành tế bào. Điểm khác biệt chính là chúng thiếu màng nhân bao bọc vật chất di truyền, do đó không có nhân hoàn chỉnh như tế bào nhân thực.

Trong chu trình nhân lên của virus thực khuẩn, giai đoạn lắp ráp (maturation) là giai đoạn cuối cùng, nơi các thành phần virus đã được sinh tổng hợp (acid nucleic, protein capsid,…) được lắp ráp lại với nhau để tạo thành các hạt virus (virion) hoàn chỉnh, có khả năng lây nhiễm cho tế bào chủ mới. Các giai đoạn trước đó (hấp phụ, xâm nhập, sinh tổng hợp) chuẩn bị cho giai đoạn lắp ráp này.

Chemostat là hệ thống nuôi cấy liên tục, trong đó môi trường tươi được bổ sung liên tục và môi trường đã sử dụng được loại bỏ với tốc độ tương đương. Nồng độ chất dinh dưỡng giới hạn là yếu tố được kiểm soát chính để duy trì pha cân bằng (pha ổn định), nơi tốc độ sinh trưởng cân bằng với tốc độ chết tế bào. Các yếu tố khác như nhiệt độ và pH cũng quan trọng nhưng không phải yếu tố kiểm soát chính để duy trì pha cân bằng trong chemostat.

Biến nạp là quá trình vi khuẩn tiếp nhận DNA tự do từ môi trường bên ngoài và đưa vào tế bào của mình. Điều này dẫn đến sự thay đổi kiểu gene và khả năng biểu hiện gene mới của vi khuẩn nhận DNA. Việc tạo bản sao plasmid cho tế bào con là quá trình nhân đôi plasmid, không trực tiếp liên quan đến biến nạp. Biến nạp là cơ chế trao đổi gene theo chiều dọc, không phải chiều ngang như tạo bản sao cho tế bào con.

Penicillin là kháng sinh nhóm beta-lactam, có cơ chế tác động chính là ức chế enzyme transpeptidase, enzyme quan trọng trong quá trình tổng hợp peptidoglycan - thành phần cấu trúc chính của thành tế bào vi khuẩn. Việc ức chế tổng hợp peptidoglycan làm thành tế bào vi khuẩn yếu đi và dễ bị phá vỡ.

Plasmid là DNA ngoài nhiễm sắc thể, tự nhân đôi và có thể mang gene có lợi. Tuy nhiên, plasmid không chứa gene thiết yếu cho sự sống của vi khuẩn trong điều kiện bình thường. Gene thiết yếu nằm trên nhiễm sắc thể chính. Plasmid thường mang gene tùy chọn, giúp vi khuẩn thích nghi tốt hơn trong môi trường đặc biệt (kháng sinh, chất độc,…).

Enzyme reverse transcriptase là enzyme đặc trưng của retrovirus (virus RNA mạch đơn sợi âm). Enzyme này có khả năng phiên mã ngược RNA virus thành DNA mạch kép, sau đó DNA này được tích hợp vào bộ gene của tế bào chủ. Các loại virus khác (virus DNA mạch kép, virus RNA mạch kép, virus RNA mạch đơn sợi dương) không sử dụng enzyme reverse transcriptase trong chu trình nhân lên của chúng.

Orthomyxovirus, hay còn gọi là Influenza virus, là loại virus gây bệnh cúm mùa (influenza) ở người và động vật. Coronavirus gây bệnh COVID-19 và một số bệnh cảm lạnh thông thường, Rhinovirus là tác nhân chính gây cảm lạnh thông thường, Adenovirus cũng gây một số bệnh đường hô hấp và tiêu hóa nhưng không phải cúm.

Trong ELISA, enzyme thường được gắn với kháng thể thứ cấp. Kháng thể thứ cấp này có khả năng liên kết đặc hiệu với kháng thể sơ cấp đã gắn với kháng nguyên mục tiêu. Khi thêm cơ chất đặc hiệu cho enzyme, enzyme sẽ xúc tác phản ứng tạo sản phẩm có màu hoặc phát quang, tạo tín hiệu có thể đo được và định lượng kháng nguyên hoặc kháng thể. Kháng nguyên không gắn enzyme, kháng thể sơ cấp có thể gắn enzyme trong một số biến thể ELISA nhưng phổ biến hơn enzyme gắn kháng thể thứ cấp, substrate là cơ chất cho enzyme hoạt động.

Nhuộm Gram là phương pháp nhuộm phân biệt quan trọng trong vi sinh vật học, dựa trên sự khác biệt về cấu trúc và thành phần hóa học của thành tế bào vi khuẩn. Vi khuẩn Gram dương có lớp peptidoglycan dày, giữ màu tím của thuốc nhuộm ban đầu. Vi khuẩn Gram âm có lớp peptidoglycan mỏng hơn và lớp màng ngoài, mất màu tím và bắt màu đỏ của thuốc nhuộm phản kháng.

Vận chuyển chủ động cần protein vận chuyển đặc hiệu trên màng tế bào, năng lượng ATP để cung cấp cho quá trình ngược chiều gradient nồng độ. Gradient nồng độ chất tan liên quan đến vận chuyển thụ động. Thành tế bào có vai trò bảo vệ và định hình tế bào, nhưng không trực tiếp tham gia vào cơ chế vận chuyển chủ động các chất dinh dưỡng vào tế bào.

Virus là tác nhân gây bệnh siêu nhỏ, có cấu trúc đơn giản và bắt buộc phải ký sinh nội bào để nhân lên. Tuy nhiên, virus chỉ chứa một loại acid nucleic trong bộ gene của mình, hoặc DNA hoặc RNA, chứ không chứa cả hai cùng lúc. Đây là một đặc điểm quan trọng để phân biệt virus với các dạng sống tế bào.

Cấu trúc bậc ba của protein được duy trì bởi nhiều loại liên kết và tương tác, bao gồm liên kết disulfide (giữa các cysteine), liên kết hydro, tương tác ion và tương tác kỵ nước. Liên kết peptide là liên kết hình thành nên mạch polypeptide (cấu trúc bậc một), không trực tiếp duy trì cấu trúc bậc ba. Cấu trúc bậc ba là sự gấp cuộn 3D của mạch polypeptide, được ổn định bởi các liên kết và tương tác nói trên.

Vi sinh vật siêu ưa nhiệt (hyperthermophile) là nhóm vi sinh vật có khả năng sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ rất cao, thường từ 80°C trở lên, thậm chí có loài sinh trưởng tốt ở trên 100°C. Chúng thường được tìm thấy trong các môi trường địa nhiệt như suối nước nóng, lỗ thông thủy nhiệt. Các nhóm vi sinh vật khác có khoảng nhiệt độ sinh trưởng tối ưu thấp hơn (ưa lạnh < 20°C, ưa ấm 20-45°C, ưa nhiệt 45-80°C).

Đường phân là giai đoạn đầu của hô hấp tế bào, diễn ra trong tế bào chất. Glucose được oxy hóa thành pyruvate, tạo ra ATP và NADH. Giai đoạn đường phân KHÔNG tạo ra CO2. CO2 được giải phóng chủ yếu trong chu trình Krebs và chuỗi truyền electron.

Cơ chế kháng kháng sinh bằng cách bất hoạt kháng sinh bằng enzyme là do vi khuẩn sản xuất ra các enzyme có khả năng phân hủy hoặc biến đổi cấu trúc kháng sinh, làm mất hoạt tính của chúng. Ví dụ, vi khuẩn kháng penicillin thường sản xuất enzyme beta-lactamase, phân hủy vòng beta-lactam của penicillin. Các cơ chế khác (bơm đẩy, thay đổi vị trí gắn kết, giảm tính thấm) có cơ chế hoạt động khác.

Vi khuẩn Gram âm KHÔNG bắt màu tím khi nhuộm Gram. Chúng bắt màu đỏ hoặc hồng do lớp peptidoglycan mỏng không giữ được màu tím của thuốc nhuộm ban đầu và bắt màu thuốc nhuộm phản kháng. Vi khuẩn Gram âm có lớp peptidoglycan mỏng, màng ngoài chứa LPS, và thường ít nhạy cảm hơn với penicillin so với Gram dương do màng ngoài cản trở sự xâm nhập của thuốc.

Môi trường thạch đứng mềm (soft agar deep) là loại môi trường bán rắn (nồng độ thạch thấp, khoảng 0.5-0.7%) được sử dụng để kiểm tra khả năng di động của vi khuẩn. Vi khuẩn di động sẽ lan tỏa ra xung quanh đường cấy, tạo vùng đục lan rộng. Vi khuẩn không di động chỉ phát triển dọc theo đường cấy. Môi trường thạch nghiêng, thạch đĩa và môi trường lỏng không chuyên dùng để đánh giá khả năng di động theo cách này.

Lọc tiệt trùng là phương pháp loại bỏ vi sinh vật bằng cách sử dụng màng lọc có kích thước lỗ lọc nhỏ hơn vi sinh vật. Phương pháp này không sử dụng nhiệt độ cao, do đó phù hợp cho các chất lỏng nhạy cảm với nhiệt. Các phương pháp còn lại (hấp tiệt trùng, tiệt trùng bằng nhiệt khô, pasteur hóa) đều sử dụng nhiệt độ cao để tiêu diệt hoặc giảm số lượng vi sinh vật.

Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus là hai loài vi khuẩn lactic được sử dụng phổ biến trong quá trình lên men sữa để sản xuất yogurt. Chúng chuyển hóa lactose (đường sữa) thành acid lactic, làm sữa đông tụ và tạo hương vị đặc trưng cho yogurt. Escherichia coli là vi khuẩn đường ruột, Saccharomyces cerevisiae là nấm men dùng trong sản xuất bánh mì và bia, Bacillus subtilis là vi khuẩn đất.