Giáo trình công nghệ vinh sinh vật_chương 1
Tham khảo tài liệu 'giáo trình công nghệ vinh sinh vật_chương 1', khoa học tự nhiên, nông - lâm phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Tr−êng ®¹i häc n«ng nghiÖp I Hµ Néi
NguyÔn Xu©n Thµnh - Lª V¨n H−ng - Ph¹m V¨n To¶n
Chñ biªn vµ hiÖu ®Ýnh
PGS.TS. NguyÔn Xu©n Thµnh
Gi¸o tr×nh
C«ng nghÖ vi sinh vËt
trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp vµ
xö lý « nhiÔm m«i tr−êng
Nhµ xuÊt b¶n n«ng nghiÖp
Hµ Néi - 2003
Lêi nãi ®Çu
C«ng nghÖ vi sinh vËt (Microbial Technology) lµ mét bé phËn quan träng trong C«ng nghÖ
sinh häc, lµ mét m«n khoa häc nghiªn cøu vÒ nh÷ng ho¹t ®éng sèng cña vi sinh vËt, nh»m khai
th¸c chóng tèt nhÊt vµo quy tr×nh s¶n xuÊt ë quy m« c«ng nghiÖp. Nh÷ng tiÕn bé cña c«ng nghÖ
sinh häc vi sinh vËt ngµy cµng x©m nhËp s©u trong mäi lÜnh vùc ho¹t ®éng cña con ng−êi. Víi
môc tiªu lµm sao cho sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ vi sinh nãi riªng vµ c«ng nghÖ sinh häc nãi
chung ph¶i thùc sù phôc vô cho Êm no h¹nh phóc cña toµn nh©n lo¹i, nghÜa lµ ph¶i ng¨n chÆn
th¶m häa chiÕn tranh vò khÝ sinh häc. §iÒu nµy phï hîp víi chÝnh s¸ch cña §¶ng vµ Nhµ n−íc thÓ hiÖn
trong nghÞ quyÕt 18 CP ngµy 11/3/1994 cña Thñ t−íng chÝnh phñ vÒ “Ph−¬ng h−íng ph¸t triÓn
c«ng nghÖ sinh häc ViÖt Nam ®Õn n¨m 2010”.
Gi¸o tr×nh “C«ng nghÖ vi sinh vËt trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp vµ xö lý « nhiÔm m«i
tr−êng” ®−îc biªn so¹n víi môc ®Ých trang bÞ cho sinh viªn khèi N«ng - L©m nghiÖp nãi chung,
®Æc biÖt lµ sinh viªn c¸c ngµnh C©y trång, N«ng ho¸ - Thæ nh−ìng, B¶o vÖ thùc vËt, Lµm v−ên,
Thuû n«ng c¶i t¹o ®Êt vµ M«i tr−êng... nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ ho¹t ®éng sèng cña vi sinh vËt,
tÝnh ®a d¹ng cña chóng trong tù nhiªn vµ mèi quan hÖ h÷u c¬ gi÷a vi sinh vËt víi c¬ thÓ sèng
kh¸c, nh»m c©n b»ng hÖ sinh th¸i häc, t¹o ra nhiÒu cña c¶i cho x· héi, ph¸t triÓn nÒn n«ng
nghiÖp sinh th¸i s¹ch, bÒn v÷ng vµ chèng « nhiÔm m«i tr−êng.
Gi¸o tr×nh gåm 7 ch−¬ng, ®−îc ph©n c«ng biªn so¹n nh− sau:
Ch−¬ng 1, 2, 3 vµ 7 PGS. TS. NguyÔn Xu©n Thµnh
Ch−¬ng 4, 5 PGS.TS. NguyÔn Xu©n Thµnh,
TS. Ph¹m V¨n To¶n
Ch−¬ng 6 TS. Lª V¨n H−ng,
PGS.TS. NguyÔn Xu©n Thµnh
LÜnh vùc C«ng nghÖ vi sinh vËt rÊt réng vµ rÊt ®a d¹ng, ë ®©y míi chØ ®Ò cËp ®−îc mét phÇn
cña c«ng nghÖ vi sinh vËt trong th©m canh c©y trång, b¶o vÖ thùc vËt vµ xö lý « nhiÔm m«i
tr−êng.
Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n ch¾c ch¾n kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt. RÊt mong nhËn ®−îc nhiÒu
ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c nhµ khoa häc, c¸c b¹n ®ång nghiÖp vµ c¸c ®éc gi¶ ®Ó chÊt l−îng gi¸o
tr×nh ngµy cµng cao h¬n.
Chóng t«i xin ch©n thµnh c¸m ¬n.
TËp thÓ t¸c gi¶
Ch−¬ng mét
lÞch sö vµ triÓn väng cña C«ng nghÖ sinh häc
vµ c«ng nghÖ vi sinh vËt trong n«ng nghiÖp
I . Kh¸i niÖm chung
1. ThuËt ng÷
* C«ng nghÖ sinh häc lµ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ë quy m« c«ng nghiÖp cã sù tham gia cña
c¸c t¸c nh©n sinh häc (ë møc ®é c¬ thÓ, tÕ bµo hoÆc d−íi tÕ bµo) dùa trªn c¸c thµnh tùu tæng hîp
cña nhiÒu bé m«n khoa häc, phôc vô cho viÖc gia t¨ng cña c¶i vËt chÊt cña x· héi vµ b¶o vÖ lîi
Ých cña con ng−êi.
C«ng nghÖ sinh häc lµ mét lÜnh vùc khoa häc c«ng nghÖ rÊt réng, cã thÓ chia c«ng nghÖ sinh
häc thµnh c¸c ngµnh sau:
+ C«ng nghÖ vi sinh vËt: Lµ ngµnh c«ng nghÖ nh»m khai th¸c tèt nhÊt kh¶ n¨ng kú diÖu cña
c¬ thÓ vi sinh vËt. NhiÖm vô cña c«ng nghÖ vi sinh lµ t¹o ra ®−îc ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho c¸c vi
sinh vËt ho¹t ®éng víi hiÖu suÊt cao nhÊt, phôc vô cho viÖc lµm t¨ng cña c¶i vËt chÊt cña x· héi,
®¸p øng nhu cÇu cuéc sèng cña con ng−êi vµ c©n b»ng sinh th¸i m«i tr−êng.
+ C«ng nghÖ tÕ bµo: C¸c tÕ bµo ®éng, thùc vËt víi bé m¸y di truyÒn ®Æc tr−ng cho tõng loµi
gièng ®−îc t¹o ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn trong c¸c m«i tr−êng x¸c ®Þnh vµ an toµn. Kü thuËt nu«i cÊy
m« ®−îc coi lµ lµ kü thuËt chñ yÕu cña c«ng nghÖ tÕ bµo.
+ C«ng nghÖ gen: Lµ ngµnh c«ng nghÖ sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm øng dông c¸c
thµnh tùu cña sinh häc ph©n tö, di truyÒn häc ph©n tö ®Ó t¹o nªn c¸c tæ hîp tÝnh tr¹ng di truyÒn
mong muèn ë mét loµi sinh vËt. Tõ ®ã gióp ®iÒu khiÓn theo ®Þnh h−íng tÝnh di truyÒn cña sinh
vËt. C«ng nghÖ gen ®−îc coi lµ mòi nhän cña c«ng nghÖ sinh häc, lµ ch×a khãa ®Ó gióp më ra
nh÷ng øng dông míi trong c«ng nghÖ vi sinh vËt.
2. Néi dung vµ yªu cÇu cña m«n häc
+ N¾m ®−îc nguyªn lý c¬ b¶n cña c«ng nghÖ vi sinh vËt, vÒ b¶n chÊt cña tõng lo¹i chÕ phÈm
vi sinh vËt, quy tr×nh c«ng nghÖ, hiÖu qu¶ t¸c dông vµ c¸ch sö dông cña tõng lo¹i chÕ phÈm dïng
trong lÜnh vùc n«ng nghiÖp vµ xö lý phÕ th¶i n«ng, c«ng nghiÖp chèng « nhiÔm m«i tr−êng.
+ §Þnh h−íng trong nghiªn cøu vÒ c¸c lÜnh vùc cña c«ng nghÖ vi sinh vËt ®Ó t¹o ra nhiÒu lo¹i
chÕ phÈm vi sinh vËt h÷u Ých øng dông trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp vµ phôc vô ®¾c lùc cho ho¹t
®éng sèng cña con ng−êi.
+ Tuyªn truyÒn vµ h−íng dÉn ng−êi d©n sö dông c¸c lo¹i chÕ phÈm vi sinh vËt, nh»m t¹o ra
nhiÒu cña c¶i vËt chÊt vµ b¶o vÖ m«i tr−êng sinh th¸i xanh s¹ch, ph¸t triÓn nÒn n«ng nghiÖp bÒn
v÷ng.
II. LÞch sö cña c«ng nghÖ sinh häc vµ chÕ phÈm vi sinh vËt
LÞch sö ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ sinh häc (CNSH) ®i tõ sinh häc m« t¶ ®Õn sinh häc thùc
nghiÖm, nh÷ng b−íc tiÕn bé cña khoa häc vÒ sù sèng g¾n liÒn víi sù tiÕn bé cña vËt lý, ho¸ häc,
c¬ häc vµ c¶ to¸n häc. Sù g¾n bã Êy tr−íc hÕt lµ do viÖc ®−a vµo ngµnh sinh häc c¸c ph−¬ng ph¸p
nghiªn cøu míi, c¸c thiÕt bÞ, c«ng cô cã kh¶ n¨ng gióp con ng−êi ngµy cµng ®i nh÷ng b−íc s©u
h¬n vµo thÕ giíi v« cïng cña sù sèng. C¸c ph−¬ng ph¸p hãa häc gióp chóng ta t×m hiÓu thµnh
phÇn cña c¬ thÓ vµ vai trß cña c¸c ®¹i ph©n tö. KÝnh hiÓn vi ®iÖn tö gióp chóng ta nh×n thÊy vµ
chôp ¶nh c¸c cÊu tróc vi m« cña tÕ bµo, vµ gÇn ®©y cßn chôp ®−îc c¶ ph©n tö protein ®ang h×nh
thµnh víi sù tham gia cña c¸c ph©n tö ARN th«ng tin trªn ribosome. ¶nh chôp chøng minh cho c¸c
gi¶ thuyÕt tr−íc ®ã vµ ®Õn nay vÒ c¬ b¶n c¸c qu¸ tr×nh quan träng nhÊt cña sù sèng nh− di truyÒn,
sinh tr−ëng ph¸t triÓn, quang hîp, h« hÊp... ®Òu ®· ®−îc m« t¶, lý gi¶i chi tiÕt ë møc ®é ph©n tö
trong hÇu hÕt c¸c s¸ch gi¸o khoa.
TÊt c¶ mäi tÝch luü vÒ l−îng sÏ dÉn ®Õn c¸c b−íc nh¶y vät vÒ chÊt. ThËp niªn 1980 - 1990 vµ
c¸c n¨m sau ®ã ®ang chøng kiÕn mét sù kiÖn nh¶y vät vÒ chÊt: ®ã lµ sù ra ®êi vµ bïng næ cña
CNSH hay ®−îc gäi lµ Cuéc c¸ch m¹ng CNSH. Trong n«ng nghiÖp cßn gäi lµ “ Cuéc c¸ch
m¹ng xanh lÇn thø hai”.
CNSH kh«ng ph¶i lµ mét m«n khoa häc nh− to¸n, lý, ho¸, sinh häc ph©n tö,... mµ lµ mét
ph¹m trï s¶n xuÊt. B¶n th©n C«ng nghÖ gen kh«ng ph¶i lµ CNSH, mµ chØ lµ mét thµnh phÇn chñ
chèt vµ lµ c¬ së ®Ó gióp cho sù tiÕn bé nhanh chãng cña CNSH.
C¸c t¸c nh©n d−íi tÕ bµo nh− enzyme còng cã thÓ tham gia vµo qu¸ tr×nh CNSH, nã lµ mét
nh¸nh quan träng cña CNSH. N«ng nghiÖp vµ c«ng nghiÖp truyÒn thèng kh«ng ph¶i lµ CNSH, v×
kh«ng sö dông tæng hîp c¸c thµnh tùu hiÖn ®¹i cña nhiÒu bé m«n khoa häc, nh−ng CNSH cã thÓ
®ãng gãp rÊt lín vµo n«ng nghiÖp vµ c«ng nghiÖp chÕ biÕn ®Ó ®−a hai ngµnh s¶n xuÊt truyÒn
thèng nµy vµo vÞ trÝ míi.
CNSH kh«ng chØ t¹o ra thªm cña c¶i vËt chÊt, mµ cßn h−íng vµo viÖc b¶o vÖ vµ t¨ng chÊt
l−îng cuéc sèng con ng−êi.
LÞch sö ph¸t triÓn cña vi sinh vËt cã thÓ chia ra 3 giai ®o¹n:
a) Giai ®o¹n tr−íc khi ph¸t hiÖn ra thÕ giíi vi sinh vËt
Tõ xa x−a, n¨m 372 - 287 tr−íc C«ng nguyªn, nhµ triÕt häc cæ Hy L¹p (theo Phrastes) trong
tËp “Nh÷ng quan s¸t vÒ c©y cèi” ®· coi c©y hä ®Ëu nh− mét nguån båi bæ l¹i søc lùc cho ®Êt.
NhËn xÐt nµy ®· ®−îc nh÷ng ng−êi cæ La M· quan t©m vµo nh÷ng n¨m 30 tr−íc c«ng nguyªn.
Hä ®· ®Ò nghÞ lu©n canh gi÷a c©y hoµ th¶o víi c©y hä ®Ëu.
Tr−íc thÕ kû 15, tÊt c¶ nh÷ng sù kiÖn x¶y ra trong tù nhiªn vµ trong cuéc sèng con ng−êi ®Òu
®−îc cho lµ "do Chóa trêi ®Þnh s½n hay ma quû ¸m h×nh". Nh−ng con ng−êi khi ®ã còng ®· biÕt
¸p dông mét sè quy luËt tÊt yÕu cña thiªn nhiªn vµo trong cuéc sèng, nh−: ñ men nÊu r−îu, xen
canh hoÆc lu©n canh gi÷a c©y hoµ th¶o víi c©y hä ®Ëu... Hä kh«ng cã kh¸i niÖm vÒ b¶n chÊt cña
c¸c c«ng nghÖ, mµ hoµn toµn lµm theo kinh nghiÖm vµ c¶m tÝnh. Tuy nhiªn, Tæ tiªn cña chóng ta
®· rÊt thµnh th¹o trong viÖc sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p vi sinh vËt ®Ó chÕ biÕn thùc phÈm.
b) Giai ®o¹n ph¸t hiÖn ra thÕ giíi vi sinh vËt
ThÕ kû 17, nhµ b¸c häc næi tiÕng ng−êi Hµ Lan - An T«n Van L¬ Ven Hóc (1632 -1723) ®·
chÕ t¹o ®−îc lo¹i dông cô b»ng nhiÒu líp kÝnh ghÐp l¹i víi nhau cã ®é phãng ®¹i 160 lÇn, ®ã lµ
kÝnh hiÓn vi nguyªn thuû. B»ng lo¹i dông cô nµy An T«n Van L¬ Ven Hóc ®· ph¸t hiÖn ra mét
thÕ giíi míi ®ã lµ thÕ giíi huyÒn ¶o cña c¸c loµi vi sinh vËt. ¤ng kh«ng chØ lµ ng−êi ®Çu tiªn ph¸t
hiÖn ra thÕ giíi vi sinh vËt, mµ cßn cã rÊt nhiÒu c«ng tr×nh khoa häc c¬ b¶n ®−îc «ng viÕt trong
tuyÓn tËp “Nh÷ng bÝ Èn cña thiªn nhiªn” n¨m 1695.
§Çu thÕ kû 19, nhiÒu c«ng tr×nh khoa häc ra ®êi trong ®ã ph¶i kÓ ®Õn c¸c c«ng tr×nh nghiªn
cøu cña nhµ b¸c häc næi tiÕng ng−êi Ph¸p - Pasteur (1822 - 1895), tiÕp ®ã lµ Ivanopkii (1864),
Helrigell vµ Uyn Fac (1886), Vinagratxkii, BeyJerinh, K«k...Nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu cña hä
lµ c¬ së cho sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ vi sinh, nhê ®ã mét lo¹t c¸c lo¹i chÕ phÈm vi sinh vËt ra
®êi,... Pasteur ®· chØ ra r»ng vi sinh vËt ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh trong qu¸ tr×nh lªn men. KÕt qu¶
nghiªn cøu cña Pasteur lµ c¬ së cho sù ph¸t triÓn cña c«ng nghiÖp lªn men vµ s¶n xuÊt dung m«i
h÷u c¬ nh−: axeton (acetone), ethanol, butanol, izopropanol...
c) Giai ®o¹n s¶n xuÊt vµ øng dông c«ng nghÖ vi sinh vËt
Cuèi thÕ kû 19 ®Çu thÕ kû 20 Pasteur ®· chÕ thµnh c«ng Vaccine phßng bÖnh d¹i (1885); n¨m
1886 Hellrigel vµ Uyn Fac ®· t×m ra c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh cè ®Þnh nit¬ ph©n tö; n¨m 1895 - 1900
t¹i Anh , Mü, Ba Lan vµ Nga b¾t ®Çu s¶n xuÊt chÕ phÈm vi sinh vËt cè ®Þnh nit¬ ph©n tö; n¨m
1907 ë Mü ng−êi ta gäi chÕ phÈm vi sinh vËt nµy lµ nh÷ng chØ nit¬; n¨m 1900 - 1914 nhiÒu n−íc
trªn thÕ giíi triÓn khai s¶n xuÊt chÕ phÈm vi sinh vËt: Cana®a, T©n T©y Lan, ¸o. Theo Fret vµ
céng sù, th× trong thêi gian nµy cã 10 nhµ m¸y xÝ nghiÖp s¶n xuÊt chÕ phÈm vi sinh vËt cè ®Þnh
nit¬ ph©n tö, trong ®ã cã 9 xÝ nghiÖp ë ch©u ©u vµ mét xÝ nghiÖp ë T©n T©y Lan. Tõ ®ã nhiÒu
c«ng tr×nh nghiªn cøu ®−îc c«ng bè. Tõ n¨m1964 vÊn ®Ò cè ®Þnh nit¬ ph©n tö ®−îc coi lµ mét
trong hai vÊn ®Ò quan träng nhÊt cña Ch−¬ng tr×nh sinh häc quèc tÕ (IBP) NhiÒu nhµ khoa häc ®·
vÝ “Mçi nèt sÇn ë rÔ c©y hä ®Ëu lµ mét nhµ m¸y s¶n xuÊt ph©n ®¹m tÝ hon”.
Nhê cã Ch−¬ng tr×nh trªn nhiÒu lo¹i chÕ phÈm vi sinh vËt ®−îc ra ®êi, ®−îc ¸p dông trong
nhiÒu lÜnh vùc n«ng nghiÖp nh−: ChÕ phÈm vi sinh vËt ®ång ho¸ nit¬ ph©n tö; ChÕ phÈm vi sinh
vËt ®a chøc n¨ng; ChÕ phÈm vi sinh vËt dïng trong b¶o vÖ thùc vËt; Vaccine phßng chèng c¸c
lo¹i bÖnh cho ng−êi, gia sóc gia cÇm; ChÕ phÈm vi sinh vËt xö lý « nhiÔm m«i tr−êng...
ë ViÖt Nam, nghiªn cøu vÒ chÕ phÈm vi sinh vËt ®−îc tiÕn hµnh tõ nh÷ng n¨m ®Çu cña thËp
kû 60 ®Õn sau nh÷ng n¨m 80 míi ®−îc ®−a vµo c¸c ch−¬ng tr×nh khoa häc cÊp Nhµ n−íc nh−:
“Sinh häc phôc vô n«ng nghiÖp” giai ®o¹n 1982-1990, Ch−¬ng tr×nh "C«ng nghÖ sinh häc"
KC.08 giai ®o¹n 1991-1995, Ch−¬ng tr×nh "C«ng nghÖ sinh häc phôc vô ph¸t triÓn n«ng, l©m
nghiÖp bÒn v÷ng, b¶o vÖ m«i tr−êng vµ søc khoÎ con ng−êi" KHCN.02 giai ®o¹n 1996-2000 vµ
ch−¬ng tr×nh "Nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn c«ng nghÖ sinh häc" giai ®o¹n sau 2001. Ngoµi
c¸c ch−¬ng tr×nh Quèc gia nhiÒu Bé, Ngµnh còng triÓn khai nhiÒu ®Ò tµi, dù ¸n vÒ vÊn ®Ò nµy.
III. øng dông cña c«ng nghÖ vi sinh vËt
1. Trong lÜnh vùc y tÕ
T×nh h×nh søc khoÎ cña nh©n lo¹i hiÖn ®ang ë trong t×nh tr¹ng ®¸ng lo ng¹i. HÇu nh− lóc nµo
còng cã kho¶ng 1/3 d©n sè toµn cÇu ë tr¹ng th¸i bÊt æn. C«ng nghÖ vi sinh ®· ®ãng gãp trong viÖc
t×m kiÕm nhiÒu lo¹i d−îc phÈm quan träng, chÈn ®o¸n vµ ®iÒu trÞ nhiÒu lo¹i bÖnh hiÓm nghÌo cho
con ng−êi, gia sóc gia cÇm.
+ Vaccine: Trong qu¸ tr×nh t×m kiÕm c¸c biÖn ph¸p, thuèc phßng vµ trÞ c¸c lo¹i bÖnh truyÒn
nhiÔm c«ng nghÖ vi sinh ®· t¹o ra vaccine, nhÊt lµ vaccine thÕ hÖ míi. Vaccine thÕ hÖ míi cã
nh÷ng −u diÓm lµ: RÊt an toµn cho ng−êi sö dông v× kh«ng chÕ tõ c¸c vi sinh vËt g©y bÖnh, gi¸
thµnh h¹ v× kh«ng nu«i cÊy virus trªn ph«i thai gµ hay c¸c tæ chøc m« ®éng vËt vèn rÊt phøc t¹p
vµ tèn kÐm.
- Vaccine ribosome: CÊu t¹o tõ ribosome cña tõng lo¹i vi khuÈn g©y bÖnh (th−¬ng hµn, t¶,
dÞch h¹ch..), −u ®iÓm cña lo¹i vaccine nµy lµ Ýt ®éc vµ cã tÝnh miÔn dÞch cao.
- Vaccine c¸c m¶nh cña virus: Lµ vaccine chÕ t¹o tõ glycoprotein cña vá virus g©y bÖnh nh−
virus cóm...
- Vaccine kü thuËt gen: Lµ vaccine chÕ t¹o tõ vi khuÈn hay nÊm men t¸i tæ hîp cã mang gen
m· hãa viÖc tæng hîp protein kh¸ng nguyªn cña mét virus hay vi khuÈn g©y bÖnh nµo ®ã.
+ Insulin: ViÖc s¶n xuÊt insulin ë quy m« c«ng nghiÖp ngµy cµng lµ mét thµnh c«ng rùc rì
cña c«ng nghÖ gen. Insulin lµ mét protein ®−îc tuyÕn tôy tiÕt ra nh»m ®iÒu hßa l−îng ®−êng
trong m¸u. ThiÕu hôt insulin trong m¸u sÏ lµm rèi lo¹n hÇu hÕt qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt ë c¬ thÓ
dÉn ®Õn tÝch nhiÒu ®−êng trong n−íc tiÓu. §Ó ®iÒu trÞ bÖnh nµy ng−êi bÖnh ph¶i tiªm insulin.
Lo¹i insulin chÕ tõ tuyÕn tuþ cña gia sóc hay ®−îc tæng hîp insulin b»ng con ®−êng hãa häc. Qu¸
tr×nh tæng hîp rÊt phøc t¹p, rÊt tèn kÐm.
N¨m 1978, H. Boger ®· chÕ insulin th«ng qua kü thuËt di truyÒn trªn vi khuÈn Escherichia
coli, cô thÓ ng−êi ta ®· chuyÓn gen chi phèi tÝnh tr¹ng t¹o insulin cña ng−êi sang cho Escherichia
coli. Víi Escherichia coli ®· t¸i tæ hîp gen nµy, qua nu«i cÊy trong nåi lªn men cã dung tÝch
1000 lÝt, sau mét thêi gian g¾n cã thÓ thu ®−îc 200 gam insulin t−¬ng ®−¬ng víi l−îng insulin
chiÕt rót tõ 8.000 - 10.000 con bß.
+ Interferon: Interferon cã b¶n chÊt protein, lµ chÊt gióp cho c¬ thÓ chèng l¹i ®−îc nhiÒu
lo¹i bÖnh. §Ó cã ®−îc interferon ng−êi ta ph¶i t¸ch chiÕt chóng tõ huyÕt thanh cña m¸u nªn rÊt
tèn kÐm. Còng nh− insulin, ng−êi ta chÕ interferon th«ng qua con ®−êng vi sinh vËt. N¨m 1980,
Gilbert ®· thµnh c«ng trong viÖc chÕ interferon tõ Escherichia coli, n¨m 1981 hä thu nhËn
interferon tõ nÊm men Saccaromyces cerevisiae cho l−îng t¨ng gÊp 10.000 lÇn so víi ë tÕ bµo
Escherichia coli.
+ KÝch tè sinh tr−ëng HGH (Human growth homone)
HGH ®−îc tuyÕn yªn t¹o nªn, th«ng th−êng muèn chÕ ®−îc HGH ng−êi ta ph¶i trÝch tõ tuyÕn
yªn tö thi, mçi tö thi cho 4- 6mg HGH, theo tÝnh to¸n muèn ch÷a khái cho mét ng−êi lïn ph¶i
cÇn 100 - 150 tö thi.
N¨m 1983, sù thµnh c«ng cña c«ng nghÖ vi sinh ®· gióp con ng−êi chÕ ®−îc HGH tõ vi sinh
vËt. Cø 1 lÝt dÞch lªn men Escherichia coli thu ®−îc l−îng HGH t−¬ng øng víi 60 tö thi.
+ ChÊt kh¸ng sinh
Kh¸ng sinh chÕ tõ vi sinh vËt ®−îc con ng−êi ®Çu t− s¶n xuÊt tõ l©u. §Õn nay ng−êi ta ®· t×m
thÊy cã tíi 2500 lo¹i thuèc kh¸ng sinh víi cÊu tróc ph©n tö ®a d¹ng trong sè ®ã chñ yÕu cã nguån
gèc tõ vi sinh vËt.
2. Trong lÜnh vùc n«ng nghiÖp
+ C¶i t¹o gièng c©y trång: Th«ng qua kü thuËt di truyÒn víi sù hç trî cña vi sinh vËt, con
ng−êi ®· t¹o ra ®−îc gièng c©y trång cã nhiÒu tÝnh −u viÖt ®ã lµ cho n¨ng suÊt cao, chÊt l−îng n«ng
s¶n tèt, søc ®Ò kh¸ng s©u bÖnh cao ...
+ S¶n xuÊt ph©n bãn vi sinh vËt: Ph©n bãn vi sinh vËt lµ s¶n phÈm chøa mét hay nhiÒu loµi vi
sinh vËt sèng ®· ®−îc tuyÓn chän cã mËt ®é ®¶m b¶o c¸c tiªu chuÈn ®· ban hµnh cã t¸c dông t¹o
ra c¸c chÊt dinh d−ìng hoÆc c¸c ho¹t chÊt sinh häc cã t¸c dông n©ng cao n¨ng suÊt, chÊt l−îng
n«ng s¶n hoÆc c¶i t¹o ®Êt. C¸c lo¹i ph©n bãn vi sinh vËt cã thÓ kÓ ®Õn lµ ph©n vi sinh vËt cè ®Þnh
nit¬ - ®¹m sinh häc (Nitragin, Azotobacterin, Azospirillum), ph©n vi sinh vËt ph©n gi¶i hîp chÊt
phospho khã tan - ph©n l©n vi sinh (Photphobacterin), chÕ phÈm nÊm rÔ, chÕ phÈm t¶o lam...
+ S¶n xuÊt ph©n h÷u c¬ sinh häc, mét lo¹i s¶n phÈm ®−îc t¹o thµnh th«ng qua qu¸ tr×nh lªn
men vi sinh vËt c¸c hîp chÊt h÷u c¬ cã nguån gèc kh¸c nhau (phÕ th¶i n«ng, l©m nghiÖp, phÕ th¶i
ch¨n nu«i, phÕ th¶i chÕ biÕn, phÕ th¶i ®« thÞ, phÕ th¶i sinh ho¹t...), trong ®ã c¸c hîp chÊt h÷u c¬
phøc t¹p d−íi t¸c ®éng cña vi sinh vËt hoÆc c¸c ho¹t chÊt sinh häc cña chóng ®−îc chuyÓn ho¸
thµnh mïn.
+ S¶n xuÊt thøc ¨n ch¨n nu«i: Mét lo¹t vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng chuyÓn ho¸ c¸c hîp chÊt
cacbon h÷u c¬ thµnh protein vµ c¸c acid amin, vitamin. Cã thÓ lîi dông kh¶ n¨ng nµy cña vi sinh
vËt ®Ó s¶n xuÊt c¸c lo¹i protein ®Ëm ®Æc lµm thøc ¨n ch¨n nu«i. Mét sè vi sinh vËt kh¸c cã kh¶
n¨ng s¶n sinh c¸c Probiotic cã t¸c dông ®iÒu hoµ hÖ thèng vi sinh vËt trong ®−êng tiªu ho¸ vµ
ng−êi ta ®· lîi dông ®Æc tÝnh nµy cña vi sinh vËt ®Ó s¶n xuÊt c¸c chÕ phÈm probiotic lµm thøc ¨n
bæ sung trong ch¨n nu«i.
+ S¶n xuÊt chÊt kÝch thÝch sinh tr−ëng Gibberellin, Aucin tõ vi sinh vËt.
+ S¶n xuÊt chÕ phÈm vi sinh vËt dïng trong b¶o vÖ thùc vËt: Bt., Biospor, Enterobacterin,
Bathurin,...
2. Trong lÜnh vùc c«ng nghiÖp
+ S¶n xuÊt cån lµm nguån n¨ng l−îng thay x¨ng dÇu ch¹y xe c¸c lo¹i: C«ng nghÖ vi sinh lªn
men nguyªn liÖu rÎ tiÒn nh− rØ ®−êng ®Ó s¶n xuÊt cån ch¹y xe thay x¨ng dÇu. N¨m 1985 ë Brazil
®· s¶n xuÊt 1 tû lÝt cån/n¨m dïng ®Ó ch¹y xe h¬i.
+ T¹o khÝ sinh häc (Biogas): Th−êng Biogas chøa kho¶ng 60 - 80% khÝ methane (CH4) ®−îc
sinh ra trong qu¸ tr×nh lªn men c¸c phÕ th¶i h÷u c¬. Nguyªn lý cña qu¸ tr×nh nµy lµ lªn men yÕm
khÝ cña nhãm vi sinh vËt yÕm khÝ chÞu nhiÖt. Trong qu¸ tr×nh ph©n huû chuyÓn hãa c¸c hîp chÊt
h÷u c¬ ng−êi ta thu ®−îc biogas, phÇn cÆn b· cßn l¹i lµm ph©n bãn cho c©y trång.
+ B¶o vÖ m«i tr−êng: C«ng nghÖ vi sinh ®· tham gia tÝch cùc trong vÊn ®Ò xö lý phÕ th¶i
c«ng n«ng nghiÖp, r¸c th¶i sinh ho¹t, n−íc th¶i lµm s¹ch m«i tr−êng b»ng c«ng nghÖ vi sinh vËt
h¶o khÝ, b¸n h¶o khÝ vµ yÕm khÝ. §©y lµ vÊn ®Ò nãng hæi, cÊp thiÕt trªn toµn cÇu hiÖn nay.
IV. VÊn ®Ò CNSH ®Ó ph¸t triÓn kinh tÕ x∙ héi vµ triÓn väng cña c«ng
nghÖ vi sinh vËt trong thÕ kû 21
1. VÊn ®Ò CNSH ®Ó ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi toµn cÇu
Trong kho¶ng 50 n¨m sau ®¹i chiÕn lÇn thø 2, song song víi viÖc hoµn thiÖn c¸c quy tr×nh
CNSH truyÒn thèng ®· cã tõ tr−íc, mét sè h−íng nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn CNSH ®· h×nh thµnh
vµ ph¸t triÓn m¹nh mÏ nhê mét lo¹t nh÷ng ph¸t minh quan träng trong ngµnh sinh häc nãi chung
vµ sinh häc ph©n tö nãi riªng, ®ã lµ lÇn ®Çu tiªn x¸c ®Þnh ®−îc cÊu tróc cña protein, x©y dùng m«
h×nh cÊu tróc ®−êng xo¾n kÐp cña ph©n tö ADN (watson vµ Krick, 1953).
* Mét sè h−íng ph¸t triÓn c«ng nghÖ sinh häc
LÜnh vùc øng dông
T¹o chñng vi sinh vËt míi ®Ó lµm gièng s¶n xuÊt chÕ phÈm vi sinh vËt, ¸p dông
N«ng nghiÖp trong lÜnh vùc n«ng nghiÖp (trång trät, ch¨n nu«i, thuû h¶i s¶n, thuû n«ng c¶i t¹o
®Êt, ph©n bãn, b¶o vÖ thùc vËt ...).
S¶n xuÊt acid h÷u c¬ (citric acid, itaconic acid, acetic acid...), sö dông ezyme lµm
S¶n xuÊt hµng ho¸
chÊt tÈy röa...
Gia t¨ng ph¹m vi sö dông biogas, x©y dùng c¸c dù ¸n s¶n xuÊt ethanol dïng lµm
N¨ng l−îng
nhiªn liÖu.
Hoµn thiÖn c¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm so¸t vµ dù ®o¸n t×nh tr¹ng m«i tr−êng. TuyÓn
KiÓm so¸t m«i tr−êng
chän chñng vi sinh vËt ®Ó xö lý phÕ th¶i (r¾n + láng) lµm s¹ch m«i tr−êng.
X©y dùng vµ hoµn thiÖn c¸c ph−¬ng ph¸p chÕ biÕn vµ b¶o qu¶n l−¬ng thùc, thùc
C«ng nghiÖp thùc phÈm phÈm míi. S¶n xuÊt chÊt bæ sung vµo thùc phÈm, sö dông protein ®¬n bµo vµ
enzyme trong c«ng nghÖ chÕ biÕn thùc phÈm.
Hoµn thiÖn quy tr×nh tuyÓn kho¸ng, tuyÓn chän chñng vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng
VËt liÖu khai th¸c kim lo¹i, ®¸ quý hiÕm vµ hoµn thiÖn c¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm so¸t qu¸
tr×nh ph¸ huû sinh häc.
Dïng enzyme t¹o c¸c bé c¶m biÕn sinh häc trong c¸c thiÕt bÞ ph©n tÝch y tÕ. Sö
Y tÕ dông enzyme vµ tÕ bµo vi sinh vËt trong s¶n xuÊt c¸c lo¹i thuèc. Sö dông
enzyme vµ mét sè chñng vi sinh vËt ®Ó chÈn ®o¸n vµ ch÷a trÞ bÖnh.
2. TriÓn väng cña CNSH vµ c«ng nghÖ vi sinh vËt trong thÕ kû 21
Hµng n¨m thÕ giíi s¶n xuÊt kho¶ng 150.000 tÊn glutamate-Na lµm bét ngät vµ 15.000 tÊn
lysine lµm chÊt bæ sung vµo thùc phÈm vµ thøc ¨n gia sóc víi tæng trÞ gi¸ chõng 1,5 tû USD, chñ
yÕu ®−îc s¶n xuÊt t¹i NhËt B¶n.
Ng−êi ta sö dông kh¶ n¨ng biÕn ®æi sinh khèi thùc vËt cã hµm l−îng protein cao cña vi sinh
vËt ®Ó s¶n xuÊt SPC (Single Protein Cell) - Protein ®¬n. ë §øc ®· ho¹t ®éng quy tr×nh c«ng nghÖ
nu«i nÊm men Saccharomyces cerevisiae, Candida arborea vµ Candida utilis ®Ó s¶n xuÊt thùc
phÈm giµu protein cho ng−êi. NhiÒu c«ng ty dÇu khÝ vµ ho¸ chÊt ®· tiÕn hµnh ¸p dông quy tr×nh
c«ng nghÖ s¶n xuÊt SPC tõ dÇu má, khÝ methane, r−îu methanol vµ tinh bét. ë Anh, h·ng ICI sö
dông Methylophilus methylotrophus trªn m«i tr−êng methanol s¶n xuÊt ®−îc kho¶ng 70.000
tÊn/n¨m. SPC cã tªn th−¬ng phÈm lµ Pruteen. ë Liªn X« cò, hµng n¨m tõ nguån nguyªn liÖu
carbohydrate vµ phÕ liÖu n«ng nghiÖp ®· s¶n xuÊt h¬n 1 tû tÊn SPC dïng trong ch¨n nu«i. Trong
t−¬ng lai, h−íng nghiªn cøu sö dông AND t¸i tæ hîp lµm gia t¨ng kh¶ n¨ng ®ång ho¸ ®¹m cña vi
sinh vËt s¶n xuÊt SPC sÏ cã nhiÒu høa hÑn.
Mét sè khÝa c¹nh kinh tÕ cña CNSH vµ CNVS
ChØ tÝnh riªng ngµnh s¶n xuÊt bia r−îu cña Anh hµng n¨m cã doanh thu kho¶ng 15 tû USD,
hoÆc trªn thÕ giíi hµng n¨m s¶n xuÊt kho¶ng 3 tû USD thuèc kh¸ng sinh, 1,5 tû USD amino acid,
h¬n 500 triÖu USD c¸c chÕ phÈm. Theo ®¸nh gi¸ ch−a ®ñ, th× n¨m 2000 tæng doanh thu tõ CNSH
trªn 100 tû USD.
ë ViÖt Nam, CNSH ®· mang l¹i hµng tr¨m tû ®ång/n¨m. MÆc dï CNSH vµ CNVS ë n−íc ta
cßn nhiÒu h¹n chÕ, nh−ng nh÷ng n¨m qua ®· thùc sù gãp phÇn thóc ®Èy ph¸t triÓn nÒn n«ng
nghiÖp n−íc nhµ theo h−íng c«ng nghiÖp ho¸ hiÖn ®¹i ho¸ n«ng nghiÖp n«ng th«n. Ph−¬ng
h−íng ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi ë n−íc ta ®Õn n¨m 2010 ®· ®−îc §¶ng vµ Nhµ n−íc chØ râ ®ã lµ:
“C¸ch m¹ng tin häc vµ c¸ch m¹ng CNSH gi÷ vai trß ®éng lùc ”.
3. Vai trß cña chÕ phÈm vi sinh vËt trong s¶n xuÊt n«ng nghiÖp
- ChÕ phÈm vi sinh vËt kh«ng g©y h¹i ®Õn søc kháe cña con ng−êi, vËt nu«i vµ c©y trång.
Kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng sinh th¸i.
- ChÕ phÈm vi sinh vËt cã t¸c dông c©n b»ng hÖ vi sinh vËt trong m«i tr−êng sinh th¸i.
- ChÕ phÈm vi sinh vËt kh«ng lµm chai ®Êt, mµ lµm t¨ng ®é ph× nhiªu cña ®Êt.
- ChÕ phÈm vi sinh vËt ®ång hãa c¸c chÊt dinh d−ìng cho c©y trång, gãp phÇn lµm t¨ng n¨ng
suÊt vµ chÊt l−îng n«ng s¶n phÈm.
- ChÕ phÈm vi sinh vËt cã t¸c dông tiªu diÖt s©u h¹i vµ c«n trïng g©y h¹i.
- ChÕ phÈm vi sinh vËt cã t¸c dông lµm t¨ng søc ®Ò kh¸ng cña c©y trång.
- ChÕ phÈm vi sinh vËt ph©n huû, chuyÓn ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬ bÒn v÷ng, c¸c phÕ th¶i sinh
ho¹t, phÕ th¶i n«ng c«ng nghiÖp lµm s¹ch m«i tr−êng.
