Vai trò và ứng dụng của vi sinh vật

I. Vai trò của vi sinh vật

1. Vai trò của vi sinh vật đối với tự nhiên

Vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với tự nhiên:

2. Vai trò của vi sinh vật đối với con người

Vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với con người:

- Phân giải các chất thải, đặc biệt là các chất thải độc hại như: nhựa, hóa chất nhân tạo, chất phóng xạ giúp làm giảm ô nhiễm môi trường.

- Cộng sinh trong cơ thể người giúp tăng cường miễn dịch, tiêu hóa; tổng hợp một số vitamin, amino acid không thay thế.

- Sử dụng trong chế biến thực phẩm, sản xuất thuốc kháng sinh, vitamin,… trên quy mô công nghiệp.

3. Tác hại của vi sinh vật

Bên cạnh những lợi ích, vi sinh vật cũng đem đến những tác hại đáng kể cho con người:

- Là tác nhân gây ra nhiều căn bệnh nguy hiểm ở người, vật nuôi, cây trồng.

- Gây hư hỏng thực phẩm, đồ dùng dẫn đến thiệt hại lớn về kinh tế.

- Các loại vi sinh vật còn tập hợp lại với nhau thành màng sinh học bám trên các bề mặt thiết bị công nghiệp, đồ dùng, nhà bếp, nhà vệ sinh,… làm tắc nghẽn đường ống, cản trở hoạt động sản xuất.

II. Một số ứng dụng của vi sinh vật

1. Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn

Việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn dựa trên các đặc điểm sinh học như: kích thước hiển vi, sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, hình thức dinh dưỡng đa dạng, quá trình tổng hợp và phân giải các chất tạo ra các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng hoặc có ý nghĩa lớn trong đời sống con người.

- Kích thước hiển vi: Vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé và chỉ quan sát dưới kính hiển vi.

- Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh: Do kích thước nhỏ nên tỉ lệ diện tích/thể tích (S/V) cơ thể ở sinh vật lớn, làm tăng tốc độ trao đổi chất và sinh trưởng. Kích thước nhỏ còn có lợi trong việc nuôi cấy, lưu trữ và nghiên cứu vi sinh vật (một số lượng rất lớn tế bào có thể được nuôi cấy chỉ trong một khoảng không gian nhỏ).

- Tổng hợp và phân giải các chất nhanh: Sử dụng vi sinh vật trong công nghiệp và nghiên cứu có thể thu được sản lượng rất lớn trong một khoảng thời gian ngắn.

- Đa dạng về di truyền: Do tốc độ sinh sản nhanh, tốc độ đột biến lớn, khả năng tái tổ hợp di truyền và lịch sử tiến hóa lâu dài nên vi sinh vật có sự đa dạng di truyền lớn.

- Phổ sinh thái và dinh dưỡng rộng: Sự đa dạng về hình thái và dinh dưỡng của vi sinh vật dẫn đến sự đa dạng về hình thái, cấu trúc tế bào, thành phần cấu trúc protein và enzyme cũng như các sản phẩm chuyển hóa thứ cấp, từ đó có rất nhiều tiềm năng có thể ứng dụng vào thực tiễn.

2. Ứng dụng của công nghệ vi sinh vật

Công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, chế biến thực phẩm, y dược, xử lí chất thải, sản xuất bột giặt và công nghiệp thuộc da,…

a) Trong nông nghiệp

- Dựa vào khả năng cố định N₂ trong không khí, biến lân khó tiêu thành lân dễ tiêu, phân giải mùn và các chất hữu cơ trong đất, tiết ra chất kích thích tăng trưởng, giữ ẩm cho đất và ức chế mầm bệnh cho cây trồng,… của vi sinh vật để sản xuất phân bón vi sinh giúp tăng năng suất cho cây trồng, cải tạo đất,…

- Dựa vào khả năng ức chế sự phát triển của sâu, bệnh gây hại cho cây trồng để sản xuất ra thuốc trừ sâu vi sinh thay cho thuốc trừ sâu hóa học vừa có thể diệt trừ sâu, bệnh hại hiệu quả vừa tránh tồn dư thuốc hóa học gây độc cho con người và vật nuôi.

b) Trong chế biến thực phẩm

- Dựa vào khả năng phân giải ngoại bào của vi sinh vật được ứng dụng nhiều trong công nghiệp chế biến thực phẩm.

- Ví dụ trong chế biến thực phẩm:

• Sử dụng vi khuẩn Saccharomyces cerevisiae để lên men tạo rượu, bia, bánh mì.
• Sử dụng vi khuẩn lactic để lên men tạo sữa chua và pho mát.

c) Trong y dược

- Các sản phẩm trao đổi chất ở vi sinh vật còn được ứng dụng trong lĩnh vực y dược để sản xuất thuốc kháng sinh, vaccine, các amino acid, protein đơn bào, hormone, probiotics và nhiều chế phẩm sinh học có giá trị khác.

- Vi sinh vật còn được ứng dụng trong việc chuẩn đoán các bệnh hiểm nghèo, ung thư, bệnh mới phát sinh.

d) Trong xử lí chất thải

- Dựa vào khả năng hấp thụ và phân giải nhiều hợp chất, kể cả chất thải, chất độc hại và kim loại nặng của vi sinh vật, con người đã sử dụng chúng để xử lí ô nhiễm môi trường hiệu quả, ít tốn kém.

Ví dụ:

• Sử dụng hệ vi sinh hiếu khí hoặc kị khí trong các bể xử lí sinh học để xử lí nước thải.
• Sử dụng các vi sinh vật “ăn” dầu như Alcanivorax borkumensis để xử lí các sự cố tràn dầu trên biển.
• Sử dụng các Archaea sinh methane để xử lí chất thải vật nuôi nhằm vừa tạo ra khí biogas làm chất đốt cho gia đình vừa tránh ô nhiễm môi trường và tạo ra phân bón hữu cơ cho cây trồng.

- Ngoài ra, công nghệ vi sinh vật cũng mở ra cuộc cách mạng trong ngành sản xuất bột giặt và các ngành công nghiệp thuộc da.

III. Một số thành tựu và triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai

1. Một số thành tựu của công nghệ vi sinh vật

Đóng vai trò then chốt trong công nghệ vi sinh vật là công nghệ lên men và công nghệ thu hồi sản phẩm:

- Công nghệ lên men:

• Thức ăn chăn nuôi
• Bia, rượu, sữa chua,…

- Công nghệ thu hồi sản phẩm:

• Thuốc bảo vệ thực vật sinh học (Bacillus thuringiensis - Bt)
• Thuốc kháng sinh, vaccine
• Chế phẩm xử lí chất thải rắn và nước thải.
• Phân vi sinh.
• Acid và dung môi hữu cơ,…

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

- Công nghệ vi sinh vật đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới. Sự kết hợp giữa công nghệ vi sinh hiện đại, công nghệ nano, công nghệ thông tin và trí tuệ nhân tạo từ đó mở ra mô hình mới và trở thành xu thế trong tương lai.

- Nghiên cứu hệ vi sinh vật Trái Đất và nghiên cứu hệ vi sinh vật con người mở ra nhiều ứng dụng mới có giá trị to lớn đối với mọi mặt của đời sống con người như từ loại vi khuẩn có thể sản sinh ra điện năng hay xử lí vết nứt bê tông cho các công trình xây dựng bằng vi sinh vật.

3. Một số ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật và triển vọng phát triển của ngành nghề đó

Sự phát triển của công nghệ vi sinh vật kéo theo sự phát triển và xuất hiện của nhiều ngành nghề có liên quan:

- Ngành công nghiệp thực phẩm chuyên nghiên cứu và sản xuất các loại rượu, bia, các sản phẩm lên men từ sữa,…

- Ngành công nghiệp dược phẩm chuyên nghiên cứu và sản xuất các loại kháng sinh, kháng thể đơn dòng, vaccine, enzyme,…

- Lĩnh vực y tế với các phòng xét nghiệm vi sinh giúp chẩn đoán bệnh, các trung tâm dịch tễ,…

- Lĩnh vực môi trường với các trung tâm xử lí ô nhiễm môi trường, tái tạo năng lượng.

→ Sự phát triển của các ngành nghề trên mở ra cơ hội nghề nghiệp cho nhiều người. Kĩ sư chế biến thực phẩm, dược sĩ, nhân viên xét nghiệm, kĩ sư môi trường, nhà dịch tễ học,… là những nghề thú vị và hứa hẹn nhiều cơ hội phát triển trong tương lai.