Công nghệ vi sinh vật

I. Một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật

1. Khái niệm và cơ sở khoa học của công nghệ vi sinh vật

- Khái niệm: Công nghệ vi sinh vật là một lĩnh vực quan trọng của công nghệ sinh học, sử dụng vi sinh vật hoặc các dẫn xuất của chúng để tạo ra sản phẩm phục vụ cho đời sống của con người.

- Sản phẩm từ công nghệ vi sinh vật thường có đặc điểm là an toàn, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ, hiệu quả lâu dài.

- Cơ sở khoa học của việc ứng dụng công nghệ vi sinh vật dựa trên các đặc điểm của vi sinh vật:

• Vi sinh vật có kích thước hiển vi, tốc độ trao đổi chất với môi trường nhanh, sinh trưởng và sinh sản nhanh, có hình thức dinh dưỡng đa dạng.
• Một số loài vi sinh vật có thể sống ở những môi trường cực đoan.
• Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật tạo ra nguồn sản phẩm giá trị cho con người.

2. Một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật

Trong nông nghiệp

- Công nghệ vi sinh sản xuất phân bón:

• Các chế phẩm vi sinh vật có thể chứa một hoặc nhiều chủng vi sinh vật khác nhau được phối trộn với chất mang hoặc chất hữu cơ để tạo phân bón.

Ví dụ: phân vi sinh cố định đạm, phân vi sinh phân giải lân, phân vi sinh phân giải cellulose,…

• Hiện nay, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ gene để tạo ra các chủng vi sinh vật có nhiều đặc điểm tốt, có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các loài vi sinh vật gây hại trong đất nhằm cải thiện đất, tăng năng suất cây trồng.

- Công nghệ vi sinh sản xuất thuốc trừ sâu:

• Sử dụng các chế phẩm vi khuẩn có khả năng tiết ra chất độc diệt sâu bệnh hoặc nấm kí sinh trên côn trùng để sản xuất thuốc trừ sâu vi sinh.

Ví dụ: thuốc trừ sâu Bacillus thuringiensis Bio-B diệt sâu tơ, sâu cuốn lá, sâu xanh, sâu khoang,…; sử dụng chế phẩm nấm Nomuraea rileyi để sản xuất thuốc trừ sâu diệt các loại sâu hại rau;…

• Hiện nay, các nhà khoa học đã sử dụng vi khuẩn làm vector chuyển gene để tạo giống thực vật kháng sâu bệnh, như tạo ra giống bông kháng sâu, chịu thuốc trừ cỏ,…

Trong công nghiệp thực phẩm

• Sử dụng các vi sinh vật có khả năng sản xuất sinh khối nhanh để tạo ra các nguyên liệu trong công nghiệp và đời sống.

Ví dụ: Sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae để sản xuất ethanol dùng làm nhiên liệu sinh học và sản xuất protein đơn bào làm thức ăn bổ sung cho vật nuôi,…

- Sử dụng các vi sinh vật lên men để sản xuất các loại rượu, bia, nước giải khát, thực phẩm. Ví dụ: Sử dụng vi khuẩn Lactococcus lactis để sản xuất phomat,…

Trong y học

- Sử dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất thuốc kháng sinh chữa bệnh cho người và động vật. Khoảng 90 % kháng sinh tự nhiên đều được sản xuất từ xạ khuẩn và nấm. Ví dụ: Sử dụng nấm Penicillium chrysogenum để sản xuất kháng sinh penicillin để điều trị vết thương nhiễm khuẩn,…

- Sử dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất hormone hoặc vaccine. Ví dụ: Sử dụng E.coli để sản xuất insulin điều trị bệnh tiểu đường,…

Trong xử lí ô nhiễm môi trường

- Sử dụng công nghệ vi sinh vật để xử lí rác thải hữu cơ giúp bảo vệ môi trường, đồng thời làm phân bón cho cây trồng. Ví dụ: Sử dụng chế phẩm EM để xử lí các bãi rác chôn lấp bằng phương pháp kị khí,…

- Sử dụng công nghệ vi sinh vật thể xử lí nước thải bằng cách phân hủy các chất hữu cơ có trong môi trường nước, làm sạch nước, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Ví dụ: Sử dụng chế phẩm Bio-EM giúp phân hủy các chất hữu cơ có trong môi trường nước,…

II. Một số ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật

- Công nghệ vi sinh vật đã mở ra nhiều lĩnh vực ngành nghề khác nhau, góp phần giải quyết việc làm, thúc đẩy sự phát triển kinh tế – xã hội.

- Một số ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật: sản xuất (chăn nuôi, trồng trọt, sản xuất thực phẩm,…); chăm sóc sức khỏe, chữa bệnh (y, dược); xử lí ô nhiễm môi trường; nghiên cứu, quản lí các vấn đề liên quan đến công nghệ vi sinh vật;…

- Vị trí việc làm liên quan đến công nghệ vi sinh vật: kĩ sư (thiết kế phần mềm, thiết kế và vận hành máy móc, quản lí dự án có liên quan đến ứng dụng vi sinh vật), kĩ thuật viên (làm việc tại các cơ sở y tế, nhà máy sản xuất,…), chuyên viên tư vấn các vấn đề liên quan đến vi sinh vật, nhà dịch tễ học,…

III. Triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai

- Công nghệ vi sinh vật đang ngày càng phát triển và có nhiều triển vọng trong tương lai nhằm tạo ra các sản phẩm sạch, an toàn, thân thiện với môi trường và phát triển bền vững:

• Sản xuất pin nhiên liệu vi sinh vật để làm chỉ thị đánh giá nhanh nước thải.
• Sử dụng công nghệ Nano Bioreactor để xử lí nước thải.
• Tạo giống vi sinh vật bằng công nghệ DNA tái tổ hợp, tạo đột biến định hướng, chỉnh sửa gene, phân lập gene.
• Sử dụng công nghệ chuyển gene để sản xuất các chế phẩm sinh học, nhờ vào khả năng sinh trưởng nhanh, chuyển hóa mạnh của vi sinh vật.
• Bảo quản giống vi sinh vật bằng công nghệ làm lạnh sâu.
• Lên men quy mô lớn, thu hồi sản phẩm bằng cách tăng tính đồng bộ hóa, ứng dụng công nghệ 4.0 trong kiểm soát, điều khiển quá trình lên men, tự động hóa trong các khâu.
• Thu hồi và tạo sản phẩm bằng công nghệ lọc tiếp tuyến; li tâm liên tục, siêu li tâm, công nghệ sấy phun, công nghệ tạo vi nang,...
• Sử dụng công nghệ vi sinh vật Microbiome trong sản xuất mĩ phẩm bảo vệ da.

- Công nghệ vi sinh vật trong tương lai hướng đến việc tạo các nguồn gene vi sinh vật mới thông qua các phương pháp gây đột biến, chuyển gene; khai thác nguồn gene của các vi sinh vật sống ở điều kiện môi trường cực đoan; xây dựng các hệ thống tự động hóa trong quy trình sản xuất;…

- Sự phát triển của công nghệ vi sinh vật sẽ dẫn đến sự phát triển của nhiều ngành nghề có liên quan và mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp mới trong tương lai.

IV. Dự án tìm hiểu về các sản phẩm công nghệ vi sinh vật

1. Chuẩn bị

- Máy ảnh/ điện thoại thông minh; máy tính; bút màu, giấy A0, A4; tranh, ảnh về công nghệ vi sinh vật.

2. Hướng dẫn thực hiện dự án

- Nội dung:

• Mỗi nhóm tiến hành chọn một trong các đề tài sau để tìm hiểu và làm tập san các bài viết, tranh ảnh về công nghệ vi sinh vật.

(1) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong sản xuất nông nghiệp.

(2) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong sản xuất công nghiệp và thực phẩm.

(3) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong y tế.

(4) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong xử lí môi trường.

• Trong mỗi vấn đề, cần trình bày theo các gợi ý sau: Tên sản phẩm, đặc điểm, vai trò, quy trình công nghệ sản xuất,...

- Lập kế hoạch thực hiện dự án:

• Mỗi nhóm tiến hành lập kế hoạch thực hiện dự án dựa trên kế hoạch của giáo viên và nộp cho giáo viên duyệt trước khi tiến hành.
• Mẫu kế hoạch thực hiện dự án của học sinh:
• Sau mỗi tuần, từng nhóm báo cáo lại cho giáo viên những nội dung đã và chưa thực hiện được. Những nội dung chưa thực hiện được thì nêu rõ lí do và đề xuất phương án giải quyết.
• Có thể tham khảo các bước tiến hành dự án sau:

- Sản phẩm dự án:

• Mỗi nhóm thực hiện 2 sản phẩm học tập:

(1) Bài thuyết trình nội dung mà nhóm tìm hiểu về sản phẩm công nghệ vi sinh vật.

(2) Tập san các bài viết, tranh ảnh về công nghệ vi sinh vật. Có thể trình bày theo gợi ý sau: Trang bìa, mục lục, danh mục các từ viết tắt, nội dung, tài liệu tham khảo.

3. Báo cáo dự án

- Các nhóm báo cáo sản phẩm dự án theo kế hoạch của giáo viên và trong thời gian quy định.

- Sau khi mỗi nhóm báo cáo, cả lớp tiến hành tổ chức thảo luận, tranh luận về những vấn đề có liên quan đến nội dung bài được đặt ra từ giáo viên hoặc từ các thành viên khác.

- Các nhóm chỉnh sửa, hoàn thiện và nộp bài báo cáo theo yêu cầu của giáo viên.

4. Đánh giá dự án

- Tự đánh giá: Mỗi nhóm thực hiện đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ của mỗi thành viên, ghi rõ mức độ hoàn thành và điểm số.

- Đánh giá đồng đẳng: Các nhóm đánh giá chéo, theo bảng tiêu chí sau.