CÁC HƯỚNG ỨNG DỤNG VI SINH VẬT
Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về “công nghệ sinh học”, nhưng đến nay định nghĩa được nhiều nhà khoa học cũng như nhiều nước trên thế chấp nhận có nội dung như sau: Công nghệ sinh học là các quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp có sự tham gia của các tác nhân sinh học (ở mức độ cơ thể, tế bào hoặc dưới tế bào) dựa trên các thành tựu tổng hợp của nhiều bộ môn khoa học, phục vụ cho việc tăng của cải vật chất của xã hội và bảo vệ lợi ích của con người. Nếu phân loại theo tác nhân sinh học tham gia thì công nghệ sinh học vi sinh vật (gọi tắt là công nghệ vi sinh vật) là một nhánh của công nghệ sinh học. Vậy, có thể hiểu:
Công nghệ vi sinh vật là các quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp có sự tham gia của vi sinh vật dựa trên các thành tựu tổng hợp của nhiều bộ môn khoa học, phục vụ cho việc tăng của cải vật chất của xã hội và bảo vệ lợi ích của con người.
Công nghệ vi sinh vật là các quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp có sự tham gia của vi sinh vật dựa trên các thành tựu tổng hợp của nhiều bộ môn khoa học, phục vụ cho việc tăng của cải vật chất của xã hội và bảo vệ lợi ích của con người.
1. Ứng dụng:
1.1. Ứng dụng trực tiếp
+ Phân bón vi sinh vật: là sản phẩm chứa một hay nhiều loài vi sinh vật sống đã được tuyển chọn có mật độ theo tiêu chuẩn đã quy định, có tác dụng tạo ra các chất dinh dưỡng hoặc các hoạt chất sinh học có ích cho cây trồng hoặc cải tạo đất. Ví dụ: Chế phẩm EM TECH – GREEN của MIVITECH chứa các vi sinh vật có khả năng cố định nitơ tự do trong không khí và chứa các vi sinh vật có khả năng phân giải photpho khó tan trong đất. Hoặc các chế phẩm nấm rễ, chế phẩm tảo lam…
+ Chế phẩm vi sinh vật dùng bảo vệ thực vật: Hiện nay, việc ứng dụng các vi sinh vật để bảo vệ thực vật đang được quan tâm vì nó ít gây độc hại và đảm bảo cân bằng sinh thái; có thể kể đến một số các chế phẩm sau:
– Virus gây bệnh cho côn trùng: Người ta thường dùng các virus đa diện ở nhân (NPV) để gây cho côn trùng ngừng ăn, ít hoạt động, trương phù. Hiện nay, người ta đã sản xuất được chế phẩm này để trừ sâu xanh, sâu róm thông…
– Vi khuẩn gây bệnh cho côn trùng và chuột: Hiện nay, người ta đã sản xuất được một số chế phẩm từ vi khuẩn gây bệnh cho côn trùng và chuột như chế phẩm Bt để trừ sâu tơ, sâu xanh bướm trắng hại rau hoặc chế phẩm Biorat, chế phẩm Miroca để gây bệnh đường ruột cho chuột.
– Ngoài ra, người ta còn nghiên cứu sản xuất các nấm gây bệnh cho côn trùng, động vật nguyên sinh ký sinh côn trùng, tuyến trùng ký sinh côn trùng.
– Vi sinh vật đối kháng: Ngoài việc ứng dụng các vi sinh vật gây bệnh cho côn trùng và dịch hại như trên, người ta đã nghiên cứu tìm ra các loài nấm, các loài vi khuẩn, các loài virus đối kháng với các vi sinh vật gây bệnh hoặc cỏ dại tức là khi có mặt những loài vi sinh vật này thì các vi sinh vật gây bệnh mà đối kháng với chúng sẽ không phát sinh, phát triển được. Ví dụ: sử dụng nấm Penicillium (các dạng oxalicum, frequentans, vermiculatum, nigricans, chrysogetum) để đối kháng với các nấm Pythium spp. Rhioctonica solani, Selerotium cepivorum, Vertcillium alboatrum; sử dụng vi khuẩn Steptomyces griseoviridy để đối kháng với bệnh nấm Fusarium…
+ Ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất men tiêu hoá cho vật nuôi: Người ta đã sản xuất các men tiêu hoá cho vật nuôi bằng cách sử dụng những vi khuẩn có lợi cho hệ tiêu hoá như vi khuẩn Bacillus subtilis…
1.1. Ứng dụng trực tiếp
+ Phân bón vi sinh vật: là sản phẩm chứa một hay nhiều loài vi sinh vật sống đã được tuyển chọn có mật độ theo tiêu chuẩn đã quy định, có tác dụng tạo ra các chất dinh dưỡng hoặc các hoạt chất sinh học có ích cho cây trồng hoặc cải tạo đất. Ví dụ: Chế phẩm EM TECH – GREEN của MIVITECH chứa các vi sinh vật có khả năng cố định nitơ tự do trong không khí và chứa các vi sinh vật có khả năng phân giải photpho khó tan trong đất. Hoặc các chế phẩm nấm rễ, chế phẩm tảo lam…
+ Chế phẩm vi sinh vật dùng bảo vệ thực vật: Hiện nay, việc ứng dụng các vi sinh vật để bảo vệ thực vật đang được quan tâm vì nó ít gây độc hại và đảm bảo cân bằng sinh thái; có thể kể đến một số các chế phẩm sau:
– Virus gây bệnh cho côn trùng: Người ta thường dùng các virus đa diện ở nhân (NPV) để gây cho côn trùng ngừng ăn, ít hoạt động, trương phù. Hiện nay, người ta đã sản xuất được chế phẩm này để trừ sâu xanh, sâu róm thông…
– Vi khuẩn gây bệnh cho côn trùng và chuột: Hiện nay, người ta đã sản xuất được một số chế phẩm từ vi khuẩn gây bệnh cho côn trùng và chuột như chế phẩm Bt để trừ sâu tơ, sâu xanh bướm trắng hại rau hoặc chế phẩm Biorat, chế phẩm Miroca để gây bệnh đường ruột cho chuột.
– Ngoài ra, người ta còn nghiên cứu sản xuất các nấm gây bệnh cho côn trùng, động vật nguyên sinh ký sinh côn trùng, tuyến trùng ký sinh côn trùng.
– Vi sinh vật đối kháng: Ngoài việc ứng dụng các vi sinh vật gây bệnh cho côn trùng và dịch hại như trên, người ta đã nghiên cứu tìm ra các loài nấm, các loài vi khuẩn, các loài virus đối kháng với các vi sinh vật gây bệnh hoặc cỏ dại tức là khi có mặt những loài vi sinh vật này thì các vi sinh vật gây bệnh mà đối kháng với chúng sẽ không phát sinh, phát triển được. Ví dụ: sử dụng nấm Penicillium (các dạng oxalicum, frequentans, vermiculatum, nigricans, chrysogetum) để đối kháng với các nấm Pythium spp. Rhioctonica solani, Selerotium cepivorum, Vertcillium alboatrum; sử dụng vi khuẩn Steptomyces griseoviridy để đối kháng với bệnh nấm Fusarium…
+ Ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất men tiêu hoá cho vật nuôi: Người ta đã sản xuất các men tiêu hoá cho vật nuôi bằng cách sử dụng những vi khuẩn có lợi cho hệ tiêu hoá như vi khuẩn Bacillus subtilis…
1.2. Ứng dụng gián tiếp
– Sản xuất phân bón hữu cơ sinh học (compost): Phân bón hữu cơ sinh học là loại phân bón được tạo thành nhờ quá trình lên men các chất hữu cơ có nguồn gốc khác nhau (phế thải của sản xuất nông lâm nghiệp, phế thải của công nghiệp chế biến, phế thải sinh hoạt…) bằng vi sinh vật hoặc các hoạt chất sinh học của chúng tạo thành mùn. Ví dụ lên men bã mía, mùn cưa, rơm rạ, rác thải hữu cơ, than bùn… bằng vi sinh vật hữu hiệu (EM TECH – GREEN) thành phân bón.
– Cải tạo giống cây trồng bằng vi sinh vật: Hiện nay, người ta đã dùng vi khuẩn chuyển gen vào cây trồng thông qua các tế bào bị thương để từ đó nuôi cấy nhân nhanh các tế bào này trong môi trường nhân tạo rồi cho tái sinh thành giống cây mới.
– Sản xuất chất điều hoà sinh trưởng từ vi sinh vật: Người ta có thể sản xuất các chất điều hoà sinh trưởng như Gibberellin, Auxin từ vi sinh vật.
– Sản xuất thức ăn cho vật nuôi từ vi sinh vật: Dùng vi sinh vật có ích để lên men thức ăn cho vật nuôi, dạng thức ăn này làm cho vật nuôi tiêu hoá tốt, ngủ nhiều, tăng trọng nhanh.
– Ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất vaccine và kháng sinh cho vật nuôi: Một phần lớn các loại vaccine và kháng sinh dùng cho vật nuôi hiện nay đều được sản xuất từ vi sinh vật. Ví dụ vaccine phòng bệnh lở mồm long móng đối với gia súc, vaccine phòng bệnh Niu cát sơn ở gia cầm, vaccine gumboro phòng bệnh suy giảm miễn dịch cho gia cầm… Các loại thuốc kháng sinh sử dụng để chữa bệnh cho vật nuôi hiện nay cũng phần lớn có nguồn gốc từ vi sinh vật.
– Cải tạo giống cây trồng bằng vi sinh vật: Hiện nay, người ta đã dùng vi khuẩn chuyển gen vào cây trồng thông qua các tế bào bị thương để từ đó nuôi cấy nhân nhanh các tế bào này trong môi trường nhân tạo rồi cho tái sinh thành giống cây mới.
– Sản xuất chất điều hoà sinh trưởng từ vi sinh vật: Người ta có thể sản xuất các chất điều hoà sinh trưởng như Gibberellin, Auxin từ vi sinh vật.
– Sản xuất thức ăn cho vật nuôi từ vi sinh vật: Dùng vi sinh vật có ích để lên men thức ăn cho vật nuôi, dạng thức ăn này làm cho vật nuôi tiêu hoá tốt, ngủ nhiều, tăng trọng nhanh.
– Ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất vaccine và kháng sinh cho vật nuôi: Một phần lớn các loại vaccine và kháng sinh dùng cho vật nuôi hiện nay đều được sản xuất từ vi sinh vật. Ví dụ vaccine phòng bệnh lở mồm long móng đối với gia súc, vaccine phòng bệnh Niu cát sơn ở gia cầm, vaccine gumboro phòng bệnh suy giảm miễn dịch cho gia cầm… Các loại thuốc kháng sinh sử dụng để chữa bệnh cho vật nuôi hiện nay cũng phần lớn có nguồn gốc từ vi sinh vật.
2.1. Một số hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong bảo vệ môi trường:
* Khử mùi hôi thối trong môi trường sống: Mùi hôi thối của rác thải, của chuồng trại chăn nuôi là do một nhóm vi sinh vật tạo ra. Người ta đã sử dụng một số nhóm vi sinh vật khác để ức chế sự hoạt động của các vi sinh vật này. Cụ thể, dùng vi sinh vật hữu hiệu của dong EM TECH – GREEN phun vào các bãi rác hoặc chuồng trại chăn nuôi có thể làm giảm tới 70-90 % mùi hôi thối. Hiện nay, tất cả các bãi rác lớn ở Việt Nam đều dùng EM TECH – GREEN để xử lý. Dùng EM TECH – GREEN làm cho rác được phân giải triệt để hơn nên kéo dài thời gian sử dụng bãi rác góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế của bãi chứa rác.
* Phân huỷ chất thải trong môi trường sống: Chúng ta thử hình dung, nếu không có thế giới vi sinh vật thì trên mặt đất hiện nay không còn chỗ đặt chân do đã bị phủ kín bởi rác thải. Xã hội càng phát triển thì rác thải càng nhiều và xử lí rác thải càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Có rất nhiều phương pháp xử lí rác thải nhưng dùng vi sinh vật để phân huỷ rác đang được coi là giải pháp hữu hiệu nhất. Tuỳ theo loại rác thải mà người ta chọn lựa các nhóm vi sinh vật khác nhau để phân huỷ chúng.
– Phân huỷ chất thải hữu cơ: Hiện nay, đối với rác thải hữu cơ thì việc dùng vi sinh vật để xử lí thành phân hữu cơ dùng bón cho cây trồng, cải tạo đất là vấn đề đang được quan tâm. Người ta dùng các vi khuẩn, nấm sợi, xạ khuẩn để phân giải xenluloza, lignin… Ví dụ, người ta sử dụng EM TECH – GREEN ủ với các chất thải hữu cơ không phải phân chuồng, phối trộn theo tỷ lệ 1 lít/200kg để chế biến thành phân bón hữu cơ chất lượng cao.
– Phân huỷ chất thải vô cơ trong công nghiệp: Rác thải vô cơ là loại khó xử lí, ngoài biện pháp tái chế, thiêu huỷ, chôn lấp thì con người cũng đang nghiên cứu tìm kiếm các chủng vi sinh vật có khả năng phân huỷ chúng. Ngày nay, người ta đã tìm ra và đang thử nghiệm các chủng vi sinh vật phân huỷ xăng dầu, các kim loại nặng…
– Phân huỷ chất thải hữu cơ: Hiện nay, đối với rác thải hữu cơ thì việc dùng vi sinh vật để xử lí thành phân hữu cơ dùng bón cho cây trồng, cải tạo đất là vấn đề đang được quan tâm. Người ta dùng các vi khuẩn, nấm sợi, xạ khuẩn để phân giải xenluloza, lignin… Ví dụ, người ta sử dụng EM TECH – GREEN ủ với các chất thải hữu cơ không phải phân chuồng, phối trộn theo tỷ lệ 1 lít/200kg để chế biến thành phân bón hữu cơ chất lượng cao.
– Phân huỷ chất thải vô cơ trong công nghiệp: Rác thải vô cơ là loại khó xử lí, ngoài biện pháp tái chế, thiêu huỷ, chôn lấp thì con người cũng đang nghiên cứu tìm kiếm các chủng vi sinh vật có khả năng phân huỷ chúng. Ngày nay, người ta đã tìm ra và đang thử nghiệm các chủng vi sinh vật phân huỷ xăng dầu, các kim loại nặng…
2.2. Một số hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong công nghiệp:
* Ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong chế biến thực phẩm: Việc ứng dụng vi sinh vật trong chế biến thực phẩm đã được con người sử dụng từ rất lâu và ngày càng rộng rãi. Hiện nay, phần lớn các công nghệ chế biến thực phẩm đều có sử dụng vi sinh vật bằng công nghệ lên men. Ví dụ sản xuất bánh mỳ, rượu, bia, sữa chua, nước mắm, chế biến tinh bột, nước uống lên men…
* Ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất nguồn năng lượng: Các nhà khoa học đã dự báo nguồn năng lượng bằng than, dầu khí… là những loại năng lượng chính hiện nay con người đang sử dụng nhưng là ngườn tài nguyên không tái tạo nên ngày càng bị cạn kiệt. Ngược lại, nhu cầu của con người về năng lượng lại càng ngày càng tăng nên các nhà khoa học đã nghĩ đến việc tạo ra và sử dụng những nguồn năng lượng thay thế. Trong các hướng đó có hướng sản xuất cồn và khí đốt biogas.
– Ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất cồn công nghiệp: Hướng này là dùng vi sinh vật lên men tinh bột để tạo ra cồn công nghiệp. Hiện nay, nhiều nước đã sản xuất cồn để dùng thay thế một phần năng lượng cho xăng dầu. Theo tôi, nguồn cồn là vô tận vì cách chính để sản xuất ra cồn hiện nay là lên men tinh bột (thế mà nguồn tinh bột sẽ là vô tận, không bị cạn kiệt vì có sự tái tạo). Vấn đề còn khó khăn khi thay thế toàn bộ xăng dầu bằng cồn là chúng ta phải sản xuất ra được cồn 99 % chứ không phải là cồn 96 % như hiện nay.
– Ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất cồn công nghiệp: Hướng này là dùng vi sinh vật lên men tinh bột để tạo ra cồn công nghiệp. Hiện nay, nhiều nước đã sản xuất cồn để dùng thay thế một phần năng lượng cho xăng dầu. Theo tôi, nguồn cồn là vô tận vì cách chính để sản xuất ra cồn hiện nay là lên men tinh bột (thế mà nguồn tinh bột sẽ là vô tận, không bị cạn kiệt vì có sự tái tạo). Vấn đề còn khó khăn khi thay thế toàn bộ xăng dầu bằng cồn là chúng ta phải sản xuất ra được cồn 99 % chứ không phải là cồn 96 % như hiện nay.
– Ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất khí đốt biogas: Hướng này là việc ứng dụng vi sinh vật để lên men yếm khí các chất hữu cơ thành khí đốt (chủ yếu là dùng chất thải của vật nuôi). Nó vừa bổ sung cho nguồn năng lượng là khí đốt, vừa có tác dụng góp phần bảo vệ môi trường.
Ngoài ra, công nghệ vi sinh vật còn được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất các chất tăng hương vị thực phẩm như: amino acid, vitamin, các chất màu thực phẩm, keo thực phẩm; sản xuất các dung môi hữu cơ như: ethanol, acetone…; sản xuất các acid hữu cơ như: acid lactic, acid citric…
2.3. Một số hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong y tế
– Ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất vaccine cho con người: Một phần lớn các vaccine phòng bệnh cho con người có nguồn gốc từ vi sinh vật. Vaccine được chế tạo trực tiếp từ các vi sinh vật gây bệnh gọi là vaccine thế hệ cũ. Hiện nay, người ta chế tạo các vaccine thế hệ mới không phải trực tiếp từ các vi sinh vật gây bệnh mà từ ribosome trong tế bào vi khuẩn hoặc các mảnh của virus (như vỏ virus) hoặc dùng kỹ thuật gen để tạo ra các vaccine từ việc tổng hợp kháng nguyên của virus hay vi khuẩn. Các vaccine này an toàn hơn rất nhiều so với vaccine thế hệ cũ.
– Ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất kháng sinh cho con người và vật nuôi: Kháng sinh chế từ vi sinh vật dùng để chữa bệnh cho con người được người ta sản xuất từ lâu. Từ những loại thuốc kháng sinh được sản xuất từ lâu mà nay vẫn dùng như: steptomycine, penicyline… đến nay con người đã tìm thấy khoảng 2.500 loại thuốc kháng sinh, trong đó phần lớn có nguồn gốc từ vi sinh vật.
– Ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất men tiêu hoá cho con người: Đây là một ứng dụng trực tiếp các vi sinh vật có lợi cho hệ tiêu hoá để kích thích tiêu hoá cho con người. Hầu hết các men tiêu hoá hiện nay dùng cho con người trên thị trường đều có chứa các vi sinh vật thuộc nhóm Bacillus subtilis như: Biosubtilic, Bidisubtilic, Antibio, Biofidin, Biobaby…
– Ngoài ra, con người còn ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất kích tố sinh trưởng cho con người (HGH = Human Growth Hormone), là chất có trong tuyến yên của người, giúp cho con người tăng trưởng chiều cao; sản xuất Insulin, là protein có tác dụng điều hoà lượng đường trong máu người; sản xuất Interferon, là một protein có tác dụng giúp cơ thể người chống lại nhiều loại bệnh…
– Ngoài ra, con người còn ứng dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất kích tố sinh trưởng cho con người (HGH = Human Growth Hormone), là chất có trong tuyến yên của người, giúp cho con người tăng trưởng chiều cao; sản xuất Insulin, là protein có tác dụng điều hoà lượng đường trong máu người; sản xuất Interferon, là một protein có tác dụng giúp cơ thể người chống lại nhiều loại bệnh…
3. Một số khó khăn khi ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong cuộc sống:
Công nghệ vi sinh vật đã, đang và sẽ được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống nhưng khi ứng dụng cũng còn gặp những khó khăn nhất định. Có thể kể đến các khó khăn sau:
3.1. Vi sinh vật là một thực thể sống nhưng không nhìn thấy bằng mắt thường:
Mặc dù, vi sinh vật là một thực thể sống nhưng do cơ thể quá nhỏ bé, chúng ta không thể nhìn thấy được bằng mắt thường nên con người không thể biết được vi sinh vật trong các chế phẩm này có còn sống hay không, nếu còn sống thì mật độ là bao nhiêu, có đảm bảo so với quy định nữa hay không. Đây chính là lí do làm cho người sử dụng chưa thực sự yên tâm đối với những loại sản phẩm có nguồn gốc từ vi sinh vật mà hiện nay chưa kiểm duyệt chặt chẽ như các phân bón vi sinh, thuốc chuột vi sinh… Thật vây, khi sử dụng những sản phẩm này, người ta thường gặp tình trạng không ổn định chất lượng. Điều này là do mật độ vi sinh vật có lúc không còn được đảm bảo theo tiêu chuẩn quy định mà khi mua mắt họ không thể nhận biết được.
3.2. Vi sinh vật có tốc độ phát sinh, phát triển rất nhanh:
Do cơ thể vi sinh vật nhỏ bé, mắt thường không nhìn thấy được nhưng lại có khả năng sinh sôi rất nhanh nên khó có thể bảo quản và giữ giống vi sinh vật trong điều kiện bình thường. Việc này chỉ có thể thực hiện được tốt trong điều kiện nhân tạo trong phòng thí nghiệm.
3.3. Cơ thể vi sinh vật dễ bị biến đổi kiểu gien:
Cơ thể vi sinh vật có cấu tạo hết sức đơn giản, thậm chí với virus còn chưa có cấu tạo đến mức tế bào nên dưới tác động của ngoại cảnh nó rất dễ bị biến đổi về kiểu gen. Do đó, nó dễ dàng phát sinh ra loài mới
4. Kết luận
Công nghệ vi sinh vật có khả năng ứng dụng vào rất nhiều khía cạnh của cuộc sống như: nông nghiệp, công nghiệp, môi trường, y tế… Trong cuộc sống không thể thiếu vi sinh vật được nhưng do cơ thể nó rất nhỏ bé (mắt thường không nhìn thấy được), cấu tạo rất đơn giản, sinh sôi nhanh, vòng đời ngắn nên:
1- Khó xác định được mật độ vi sinh vật trong các chế phẩm của nó nếu không không có trang thiết bị chuyên dùng nên một số phẩm khi dùng không còn đảm bảo về mật độ.
2- Khó có thể bảo quản và giữ giống vi sinh vật trong điều kiện bình thường.
3- Dễ bị biến đổi về kiểu gen nên dễ sinh ra loài mớ
1- Khó xác định được mật độ vi sinh vật trong các chế phẩm của nó nếu không không có trang thiết bị chuyên dùng nên một số phẩm khi dùng không còn đảm bảo về mật độ.
2- Khó có thể bảo quản và giữ giống vi sinh vật trong điều kiện bình thường.
3- Dễ bị biến đổi về kiểu gen nên dễ sinh ra loài mớ
(sưu tầm từ các nguồn trên Internet)
Đăng nhận xét