Sơ lược một số khái niệm chung về Sinh học

Sơ lược một số khái niệm chung 
1. Vi sinh học (microbiology) 
Là khoa học nghiên cứu các cơ thể sống hiển vi và siêu hiển vi, cấu tạo tế bào và quy luật hoạt động của chúng, sử dụng các vi sinh vật nhằm phục vụ lợi ích của con người và giữ vững hệ sinh thái trên trái đất.
2. Vi sinh vật (microorganisms) 
. Vi sinh vật là tên gọi chung để chỉ tất cả các sinh vật có hình thể bé nhỏ, muốn thấy rõ được, người ta phải sử dụng tới kính hiển vi. 
. Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới. Chúng thậm chí thuộc về nhiều giới (kingdom) sinh vật khác nhau. Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật thiết với nhau nhưng chúng có một số đặc điểm chung 
3. Virut (virus) 
Virut là nhóm vi sinh vật đặc biệt, chúng nhỏ bé tới mức chỉ có thể quan sát được qua kính hiển vi điện tử (electron microscope) . Virut chưa có cả cấu trúc tế bào. 
Virut là kí sinh nội bào bắt buộc có cấu tạo rất đơn giản, chỉ gồm một loại axit nuclêic được bao bởi vỏ protein, muốn nhân lên phải nhờ bộ máy tổng hợp của tế bào chủ.
Một số vấn đề ban đầu về vi sinh vật 
1.Đặc điểm của vi sinh vật 
1.1 Kích thước nhỏ bé 
- Mắt con người khó có thể thấy được các vật nhỏ hơn 1 mm. Vậy mà vi sinh vật lại được đo bằng micromet, virut thường được đo bằng nanomet.
- Vì vi sinh vật có kích thước nhỏ bé nên diện tích bề mặt của một tập đoàn vi sinh vật hết sức lớn. VD: Số lượng cầu khuẩn chiếm thể tích 1cm3 có diện tích bề mặt là 6m
1.2 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh 
- Vi sinh vật tuy nhỏ bé nhất trong sinh giới nhưng lại có năng lực hấp thu và chuyển hoá vượt xa các sinh vật bậc cao. VD: Vi khuẩn lactic (lactobasillus) trong một giờ có thể phân giải 1 lượng đường lactozơ nặng hơn 1000 - 10000 lần khối lượng chúng.
Nếu tính số microlit O2 mà mỗi mg chất khô của cơ thể sinh vật tiêu hao trong một giờ (biểu thị là - QO2 thì ở mô lá hoặc mô rễ thực vật là 0,5 - 4, ở tổ chức gan và thận động vật là 10 - 20, ở nấm men rượu (Sacharomyces cerevisiae) là 110, ở vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas là 1200, ở vi khuẩn thuộc chi Azôtbacter là 2000.
- Năng lực chuyển hoá sinh hoá mạnh mẽ của vi sinh vật (VSV) dẫn đến những tác dụng rất lớn lao của chúng trong thiên nhiên cũng như trong hoạt động sống của con người. 
1.3 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh 
So với các sinh vật khác thì VSV có tốc độ sinh trưởng và sinh sôi nảy nở cực kì lớn. 
Ví dụ: Vi khuẩn Escherichiacoli trong các điều kiện thích hợp cứ khoảng 12 - 20 phút lại phân cắt một lần. Nếu lấy thời gian thế hệ (generation time) là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 lần, 24 giờ phân cắt 72 lần, từ một tế bào ban đầu sẽ sinh ra 4.722.366.500.000.000.000.000 tế bào (nặng 4722 tấn!). Tất nhiên trong thực tế không thể tạo ra số lượng tế bào như vậy cho nên số lượng vi khuẩn thu được trong một ml dịch nuôi cấy thường chỉ đạt tới mức độ 108 - 109 tế bào. 
1.4. Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị 
- Năng lực thích ứng của VSV vượt rất xa so với thực vật và động vật. Trong quá trình tiến hoá lâu dài, VSV đã tạo cho mình những cơ chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng với những điều kiện sống bất lợi. Người ta nhận thấy số lượng enzim thích ứng chiếm tới 10% lượng chứa protein trong tế bào VSV. 
+ Phần lớn VSV có thể giữ nguyên sức sống ở nhiệt độ của nitơ lỏng (-196 độ C) thậm chí ở nhiệt độ của hiđrô lỏng (-253 độ C). Một số VSV có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 250 độ C, thậm chí có thể 300 độ C. Một số VSV có thể thích nghi với nồng độ 32% NaCl. 
Ví dụ: vi khuẩn thiobacillus thioxidans có thể sinh trưởng ở pH = 0,5; trong khi đó vi khuản thiobacillus denitrificans lại thích hợp phát triển ở pH = 10,7.
+ Ở nơi sâu nhất trong đại dương (11034m), nơi có áp lực tới 1103,4 atm, vẫn thấy có vi sinh vật sinh sống, nhiều VSV thích nghi với điều kiện sống hoàn toàn thiếu oxi (VSV kị khí bắt buộc - obligate anaerobes), một số nấm sợi có thể phát triển thành váng dày trong bể ngâm xác có nồng độ phenol rất cao.
- VSV rất dễ phát sinh biến dị bởi vì thường là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống. Tần số biến dị ở VSV thường là 10^-5 ---> 10^-10. Hình thức biến dị thường gặp là đột biến gen và dẫn đến những thay đổi về hình thái, cấu tạo, kiểu trao đổi chất, sản phẩm trao đổi chất, tính đề kháng....Bên cạnh các biến dị có lợi, VSV cũng sinh ra những biến dị có hại đối với nhân loại, chẳng hạn biến dị về tính kháng thuốc. 
1.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều 
- VSV phân bố ở khắp mọi nơi trên trái đất, chúng có mặt trên cơ thể người, động vật, thực vật, trong đất, nước, không khí, trên mọi đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước ngọt đến nước biển...
- Về chủng loại: Trong khi toàn bộ giới Động vật có khoảng 1,5 triệu loài, thực vật có khoảng 0,5 triệu loài thì VSV cũng có tới trên 100 nghìn loài.
Đúng nhà VSV học người Nga nổi tiếng A.A.Imsenhetskii đã nói : "Các loài VSV mà ta đã biết đến hiện nay nhiều lắm cũng không quá đuợc 10% tổng số loài VSV có sẵn trong thiên nhiên"./.
VSV học có rất nhiều ứng dụng trong đời sống, bé chip pông có thể post những bài theo hướng đó không? ví dụ như làm rượu,dấm,bia, cho đến sản xuất các chất kháng sinh chẳng hạn.
2. Vị trí của vi sinh vật trong hệ thống sinh giới 
Vị trí của các nhóm vi sinh vật đã được xếp vào các hệ thống sinh giới khác nhau.
2.1 Hệ thống 5 giới của Whittaker (1969) 
	- Giới khởi sinh (Monera) (vi khuẩn)
	- Giới nguyên sinh (Protista) (VSV nhân chuẩn đơn bào)
	- Giới nấm (Fungi)
	- Giới thực vật 
	- Giới động vật 
2.2 Hệ thống 4 giới của Takhtakjan (1970) 
	- Giới vi khuẩn
	- Giới nấm (từ nấm đơn bào đến đa bào)
	- Giới thực vật (từ TV đơn bào đến đa bào)
	- Giới động vật (Từ ĐV nguyên sinh đến bậc cao)
2.3 Hệ thống 3 nhóm giới của Trần Thế Tương (1979) 
	- Nhóm giới sinh vật vô bào: giới virut
	- Nhóm giới sinh vật nhân sơ (nhân nguyên thủy): giới vi khuẩn và vi khuẩn lam
	- Nhóm giới sinh vật nhân chuẩn: giới thực vật, giới nấm và giới động vật
* Năm 1980, Woese nhận thấy thứ tự nucleotit của ARN của ribôxôm 16S và 5S (có thể là 18S) ở một số vi khuẩn có sai khác rất lớn so với ở đa số các vi khuẩn khác, quá trình dịch mã ko chịu tác dụng của cloramphenicol nhưng lại bị ức chế bởi độc tố của vi khuẩn bạch hầu. Và ông xếp chúng thành một giới riêng gọi là giới vi khuẩn cổ (Archaebacteria). Như vậy, hệ thống phân loại sinh giới của ông lại chỉ có 3 giới là Sinh vật nhân thật (Eukaryota), Vi khuẩn thật (Eubacteria). (Theo Whittaker, thì vi khuẩn cổ vẫn thuộc về giới khởi sinh). 
Có một vấn đề còn chưa đủ căn cứ để xét đoán: Việc virut và phagơ (hay bacteriophagơ, thể thực khuẩn)là những dạng tiến hóa thấp cổ xưa hay là do các dạng tiến hóa cao bị thoái hóa đi mà thành.
SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT
1. Khái quát về sinh trưởng của vi sinh vật
Sinh trưởng là sự tăng các thành phần của TB và dẫn đến sự tăng kích thước cũng như số lượng của VSV hoặc cả hai. Vi khuẩn được dùng làm mô hình để nghiên cứu sinh trưởng của VSV (do kích thước TB nhỏ, sinh sản nhanh, phân đôi đơn giản, có thể theo dõi sự thay đổi của cả quần thể).
Nếu ta nuôi cấy 1 vi khuẩn vào môi trường thì sự tăng số lượng TB như sau:
	1-> 2 ->4 ->8 ->16......
	20->21->22->23->24...2n
	n: số lần phân chia TB
Khoảng thời gian cần cho mỗi TB phân chia hoặc cả quần thể tăng gấp đôi gọi là thời gian thế hệ (g).
Với a TB vi khuẩn ban đầu qua một thời gian nuôi, số lượng TB:
	A = a.2n 
	Logarit 2 vế ta có:
	LgA = Lga + nLg2
	=> n = (LgA - Lga):Lg2
-Tốc độ phân chia (số lần phân chia trong 1 giờ):
	v = n : t = (LgA - Lga):(Lg2.t) t: thời gian nuôi cấy
-Thời gian thế hệ g:
	g = t:n = 1:v
VD: Sau 10 giờ nuôi cấy, số TB vi khuẩn tăng từ 103 đến 109 thì tốc độ phân chia là:
	v = (Lg109 - Lg103):(Lg2.10) = 2
	g = 1/2
2. Đường cong sinh trưởng của vi khuẩn trong hệ thống đóng:
Khi cấy vi khuẩn vào một bình nón chứa môi trường lỏng rồi giữ bình ở một nhiệt độ thích hợp, trong một thời nhất định, trong suốt quá trình đó, người ta không thêm môi trường mới vào bình cũng không rút sinh khối ra khỏi bình. Kiểu nuôi như vậy gọi là nuôi theo đợt hay nuôi trong hệ thống đóng.
Nếu trên đồ thị biểu diễn, lấy trục tung là trục logarit của số lượng TB, trục hoành là thời gian nuôi thì đường cong sinh trưởng của VK được chia thành 4 pha:
a. Pha tiềm phát (Pha Lag)
Đây là thời gian tính từ khi VK được cấy vào môi trường cho đến khi chúng bắt đầu sinh trưởng. Trong pha này VK phải thích ứng với môi trường mới, chúng tổng hợp mạnh mẽ ADN và các enzim chuẩn bị cho sự phân bào.
b. Pha lũy thừa (Pha Log)
Trong pha này, VK bắt đầu phân chia, số lượng TB tăng theo lũy thừa, thời gian thế hệ đạt tới hằng số, quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ nhất.
c. Pha cân bằng:
Trong pha này tốc độ sinh trưởng cũng nhu trao đổi chất của VK giảm. Số lượng TB chết cân bằng với số TB sinh ra.
Một số nguyên nhân khiến VK chuyển sang pha cân bằng như: chất dinh dưỡng cạn kiệt, nồng độ oxi giảm (đối với VK hiếu khí), các chất độc tích lũy, pH thay dổi...
d. Pha tử vong:
Số TB chết vượt số TB sinh ra. một số VK chứa các enzim tự phân giải TB. Số khác có hình dạng TB thay đổi do thành TB bị hư hại.
* Nuôi cấy theo đợt như trên, pha Log chỉ kéo dài được vài thế hệ. Để thu được nhiều sinh khối, người ta sử dụng phương pháp nuôi liên tục, có sự bổ sung môi trường mới, và rút bớt chất thải ra ngoài, khi đó VK có thể sinh trưởng trong pha Log một thời gian dài.
* Nếu trong môi truờng tổng hợp gồm hỗn hợp 2 loại cơ chất cacbon thì đường cong snh trưởng không bình thường, VD môi trường chứa glucozơ và sorbitol. Lúc đầu VK tổng hợp loại enzim phân giải loại hợp chất dễ dồng hoá hơn (glucozơ). khi chất này đã cạn, VK lại được chất thứ 2 cảm ứng, tổng hợp loại enzim phân giải hợp chất thứ hai (sorbitol).
=> Trên dồ thị sinh trưởng ta thấy có 2 pha Lag, 2 pha Log và 2 pha cân bằng. Hiện tượng này được Monod mô tả là hiện tưởng sinh trưởng kép (trong cơ chế điều hòa sinh tổng hợp protein hay mô hình Operon đấy!)
3. Môi trường nuôi cấy VSV: 
Có 2 loại môi trường là môi trường liên tục và môi trường ko liên tục.
- Môi trường liên tục là môi trường thường xuyên cung cấp thêm chất dinh dưỡng, đồng thời lấy đi một lượng chất thải tương đương.
- Môi trường ko liên tục là ko bổ sung chất dinh dưỡng mới và ko lấy đi các sản phẩm trao đổi chất.
4. Sinh trưởng kép 
- Đường cong sinh trưởng gồm 2 pha lag và 2 pha log. 
- Nguyên nhân: Khi môi trương (MT) nuôi cấy có 2 chất hữu cơ cung cấp cacbon khác nhau cung cấp cho VSV, sau khi vi khuẩn tổng hợp enzim để chuyển hoá nguồn C thứ nhất, chúng trải qua giai đoạn tiềm phát 2 (pha lag), tổng hợp enzim chuyển hoá nguồn C thứ 2 nên có 2 pha lag và 2 pha log.
5. Các yếu tố lý hoá học tác động đến sự sinh trưởng của VSV 
a, Các yếu tố hoá học 
a1. Các chất hoá học dinh dưỡng 
- Là những chất cung cấp các nguyên tố C, H, O, N, S, P để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ cho sinh vật.
- Cung cấp các nguyên tố vi lượng để cấu trúc và hoạt hoá các enzim.
- Nhân tố sinh trưởng: là những chất mà VSV ko tự tổng hợp được nhưng rất cần cho sự sinh trưởng của chúng như một số axit amin, một số vitamin, một số bazơ purin, bazơ piri ... LDV) còn 7 gene tương đồng với sinh vật eukaryote là arginyl-tRNA synthetase, methyonyl-tRNA synthetase, tyrosyl-tRNA synthetase, 2 tiểu đơn vị lớn của RNA polymerase II, protein kẹp DNA-polymerase (PCNA), và 5'-3' exonuclease. Kết luận được đưa ra là “Mimivirus appears to define a new branch distinct from the three other domains" (Minivirus có thể là một nhánh phân loại mới từ 3 domain eubacteria, archae và eukaryote( xem hình 2).
Hình 2: Quan hệ phát sinh chủng loài của một số loài từ 3 domain (Eukaryota, Eubacteria, and Archaea) so với Mimivirus. Cây này được xây dựng dựa trên phương pháp maximum likelihood thông qua 7 trình tự protein bảo thủ giữa các loài là arginyl-tRNA synthetase (COG0018), methionyl-tRNA synthetase (COG0143), tyrosyl-tRNA synthetase (COG0162), RNA polymerase II largest subunit (COG0086), RNA polymerase II second largest subunit (COG0085), PCNA (COG0592), và 5'-3' exonuclease (COG0258). Trình tự bắt cặp gồm 3164 vị trí mà không có đột biến thêm mất nucleotide (InDel) Giá trị bootstrap được thể hiện ở tại các nhánh. Các cây phát sinh chủng loài sử dụng từ các phương pháp khác nhau đều có hình dạng tương đồng.
Các kết quả phân tích quan hệ phát sinh chủng loài trên bị đặt một dấu hỏi sau khi bài bình luận của David Moreira và Purificación López-García được đăng trên tạp chí Science, 2005 . Bài này phân tích 2 sai lầm trong những phân tích của nhóm Rault được tóm lược như sau:
1. Việc xây dựng cây phân loài dựa trên các trình tự protein khác nhau có thể làm sai lệch cây nếu như các protein có các cơ chế tiến hóa riêng. Đơn cử là trường hợp của các aminoacyl-tRNA synthetases là họ protein phổ biến ở các domain trong sinh giới. Ví dụ tyrosyl-tRNA synthetase của Escherichia coli có nguồn gốc từ vi khuẩn Gram dương thông qua quá trình chuyển gene ngang (HGT) (hình 3). Nhiều sự kiện chuyển gene ngang tương tự đối với arginyl-tRNA synthetase giữa eukaryote và một số nhóm vi khuẩn (Proteobacteria và vi khuẩn Gram dương). Trong khi đó, methionyl-tRNA synthetase của Gammaproteobacteria (E. coli) lại có thể thu nhận do chuyển gene ngang từ Archaea. Như vậy, các aminoacyl-tRNA synthetase từ một loài (E. coli) có thể từ 3 nguồn gốc tiến hóa khác nhau: vi khuẩn, archaea và eukaryote. Việc xây dựng cây phân loài từ các dự kiện tương tự sẽ làm sai lệch dữ liệu. 
Hình 3: Cây phát sinh chủng loài của tyrosyl-tRNA synthetase bằng thuật giải Bayesian. Các số ghi ở mỗi nút là xác xuất phân nhánh Bayesian trừ nút giữa Mimivirus và Entamoeba spp là hiển thị giá trị bootstrap dựa trên thuật giải maximum-likelihood.
2. Khi xây dựng cây quan hệ phát sinh chủng loài, nhóm Raoult đã sử dụng các trình tự không bảo thủ nhiều trong cả 3 domain, đó là protein PCNA nhóm protein chỉ bảo thủ trong archaea, eukaryote v à Mimivirus nhưng lại khá phân ly trong các loài vi khuẩn . Nhóm này đã xây dựng cây với chỉ 3 trình tự đại diện cho mỗi domain. Tính đại diện không cao này được thấy rõ khi trong hình 3, nhóm Moreira phân tích với nhiều loài hơn trong đó bao gồm cả loài vật chủ của Mimivirus. 
Kết quả của hình 3 hoàn toàn khác biệt với hình 2, nhóm mimivirus hiện giờ có quan hệ rất gần gũi với các loài eukaryote mà đặc biệt là chi Entamoeba. Điều này chứng tỏ Mimivirus đã thu nhận những gene này (ở đây là tyrosyl-tRNA synthetase) từ chính vật chủ của nó. Các phân tích ở các gene khác cũng cho kết quả tương tự.
Mặc dù những tranh luận về nguồn gốc của virus còn chưa thể có hồi kết nhưng cũng phải thừa nhận rằng, ngoài vai trò là nguồn gene và nguồn gây đột biến mới cho vật chủ, các virus cũng thâu nhận các gene từ vật chủ cho mục đích của mình. Dù thế nào đi nữa, mimivirus giờ đây không thể được coi là một domain thứ tư trong cây phát sinh chủng loài của sinh giới mà chỉ được quan tâm đến cơ chế thâu nhận gene của virus từ vật chủ cũng như các giới hạn về kích thước capsid và genome của nó.
DINH DƯỠNG VÀ CHUYỂN HOÁ CỦA MỘT SỐ LOẠI VI SINH VẬT 
1. Các dạng tự dưỡng 
Các vi khuẩn này có những nhu cầu dinh dưỡng đơn giản nhất. Chỉ dùng dioxit carbon như nguồn carbon duy nhất, các hợp chất amoni như là nguồn nitơ duy nhất, chúng tạo ra được tất cả các hợp chất riêng cho chúng như vitamin, đường, axít amin và các nucleotit. 
Các vi khuẩn hóa tổng hợp hay hóa tự dưỡng lấy năng lượng cho mình nhờ oxy hóa các hợp chất vô cơ như amoniac (NH3), hoặc hydro sunfua (H2S). Quan trọng hơn cả là những vi khuẩn nitrat hóa gồm Nitrosomonas và Nitrobacter, chúng thúc đẩy chu trình nitơ bằg cách biến các hợp chất amoni thành nitrit (NO2) và nitrát (NO3). Những vi khuẩn oxy hóa sunfua như Thiobacillus cũng có vai trò tương tự trong chu trình sunfua, chúng biến sunfua hidro và các hợp chất sunfua khác thành sunfát, là hợp chất mà cây có thể hấp thu trục tiếp theo phản ứng sau: 
H2S + 2 O2 ® SO42- + 2 H+ 
Một số vi khuẩn này phát triển mạnh trong nước có độ axít cao của các suối nước nóng và loài Sunpholobus acidocaldarius không sống được ở nhiệt độ dưới 550C. Nó phát triển tốt nhất ở nhiệt đọ 70 - 750C với pH khoảng 2 - 3. 
Có 3 nhóm vi khuẩn quang hợp gọi là vi khuẩn lục sunfua, đỏ sunfua và đỏ không sunfua. Ðối với chúng oxy là chất độc, chúng thực hiện quang họp theo phươong trình: 
Chất cho hidro biểu diễn bằng H2X, không bao giờ là nước, đối với vi khuẩn lục sunfua, đỏ sunfua đó là sunfua hidro, còn đối với đỏ không sunfua thì đó là các phân tử hữu cơ nhỏ như axít lactic, axít pyruvic hay ethanol. Sắc tố quang hợp chính ở bọn lục sunfua là chlorobium chlorophyll, rất giống với diệp lục ở cây xanh. Ở 2 nhóm kia thấy loại sắc tố tương đối khác là bacteriochlorophyll. 
2. Các dạng dị dưỡng 
Ða số vi khuẩn là dị dưỡng, có nghĩa chúng lấy năng lượng do phân hủy các hợp chất hữu cơ có sẵn. Chúng thường là sinh vật hoại sinh, dinh dưỡng trên xác chết hữu cơ bằng cách tiết enzym và hấp thu sản phẩm hòa tan của hoạt động enzym. Các dạng vi khuẩn dị dưỡng khác nhau dinh dưỡng trên các hợp chất hữu cơ khác nhau. Nguồn năng lượng hữu cơ có thể đơn giản như metan (CH4), hoặc phức tạp như celluloz. Thường thường chúng sủ dụng những hợp chất trung gian như axít lactic, axít pyruvic hoặc glucoz. Một số ít loài có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ vòng có trong dầu mỏ. Nói chung vi khuẩn hoại sinh có một vai trò sống còn về mặt sinh thái như những tác nhân phân hủy để đảm bảo nguồn cacbon, nitơ và các nguyên tố khác dưới dạng mà cơ thể sống có thể dùng được. 
Trong phòng thí nghiệm, người ta đã tách riêng nhiều loài vi khuẩn này, xác định rõ đặc điểm nhu cầu dinh dưỡng của chúng và độ mẫn cảm với oxy. Người ta cho rằng các loài kỵ khí bắt buộc là gần với những sinh vật đầu tiên. Oxy ức chế sự sinh trưởng của chúng, do đó chúng sống hạn chế sâu dưới đất, dưới đại dương, vùng bùn lắng nước ngọt, nơi không có oxy. Một số ít loài kỵ khí nghiêm ngặt, như các vi khuẩn khử sunfat, Deslphovibrio, có khả năng sử dụng oxy ở dạng hợp chất. Các vi khuẩn hiếu khí lấy năng lượng bằng cách sử dụng oxi để phân hủy các chất dinh dưỡng. Một số loài là hiếu khí bắt buộc nhưng đa số là hiếu khí không bắt buộc, có nghĩa là khi thiếu oxy chúng có thể sủ dụng oxy dưới dạng hợp chất. Ví dụ các vi khuẩn nitrat hóa bình thường vẫn hô hấp hiếu khí, nhưng chúng có thể phân hủy nitrat (NO3) hay nitrit (NO2) khi thiếu oxy. 
Một số loài vi khuẩn tạo các tập đoàn cộng sinh với các sinh vật khác. Ðôi khi sản phẩm tạo ra là đôi bên cùng có lợi, như trong trường hợp các nốt sần rễ cây họ đậu hoặc các vi khuẩn tiêu hóa celluloz như ở bọn nhai lại. Một số tương đối ít vi khuẩn là gây bệnh, mặc dù các bệnh chúng gây nên có thể là nghiêm trọng. Nhiều vi khuẩn là có lợi, ví dụ như các vi khuẩn sản sinh ra vitamin K sống ở ruột người, hoặc các vi khuẩn tạo axít ở da giúp bảo vệ da chống lại các dạng gây bệnh khác. 
Trong nhiều trường hợp các triệu chứng bệnh xuất hiện là do vi khuẩn tiết ra các độc tố ức chế các con đường chuyển hóa quan trọng của tế bào chủ. Các độc tố tiết ra bởi Clostridium botulinum, gây bệnh ngộ độc thức ăn, và C tetani, gây bệnh cứng hàm hay uốn ván, là những độc tố mạnh nhất được biết. Các độc tố này hãn hữu gây hại cho người vì các loài Clostridium thường sống hoại sinh trong đất, chúng tiết độc tố là để ức chế các vi khuẩn khác trong cạnh tranh lấy cùng loại thức ăn. Một số khác vi khuẩn và nấm sản sinh ra các chất mà gọi là các chất kháng sinh cũng với mục đích như thế. Chúng thường chỉ có hiệu quả chống lại các kiểu chuyển hóa vi khuẩn và nhiều chất như penicillin, streptomicin và actinomicin là những dược liệu tối quan trọng để chữa các bệnh nhiễm khuẩn. 
Vi khuẩn biến đổi gen có thể ngừa sâu răng vĩnh viễn 
Hãy quẳng bàn chải đánh răng đi, chỉ một lần đến nha sĩ khi còn chập chững biết đi là tất cả những gì bạn cần để giữ cho răng khỏi bị sâu suốt đời. Nhưng có một điều bất tiện: Bạn phải chịu há miệng cho vi khuẩn được biến đổi gen xâm nhập vào.
Kế hoạch này bao gồm việc thay thế vi khuẩn ở khoang tự nhiên của miệng bằng vi khuẩn đã biến đổi gen dùng để ngăn ngừa sâu răng. Nhà Hillman thuộc đại học Floriđa ở Gainesville nói: "Mục đích của tôi là xây dựng - một phiên bản tốt của loài vi khuẩn có hại"
Vi khuẩn được biến đổi gen sẽ thay thế vi khuẩn có tên Streptococcusmutans, vi khuẩn xâm chiếm vùng miệng của hầu hết con người và gây ra khoảng 85% tất cả lỗ sâu răng. Nó hình thành các lỗ này bằng cách chuyển đwuờng thành axit lactic từ từ khắc sâu vào men răng.
Để tạo ra vi khuẩn biến đổi gen, Hillman khởi đầu tìm kiếm loại vi khuẩn ko có khả năng tiết ra axit lactic, có thể tiêu diệt và thay thế hoàn toàn vi khuẩn S.mutans có hại. Sau khi thu thập những mẫu từ miệng của hàng trăm bệnh nhân vào đầu thập niên 80, ông tìm ra một chủng vi khuẩn có thể tiêu diệt S. mutans bằng cách tiết ra chất độc. Chất độc này cũng làm chết những loài vi khuẩn khác, nhưng vi khuẩn biến đổi gen của Hillman ko tiêu diệt vi khuẩn có ích khác trong miệng hoặc trong dạ dày vì chất độc ko đi xa hơn nơi được tạo ra.
Nhưng vi khuẩn này ko hoàn hảo, nó vẫn tiết ra axit lactic và như vậy có thể tạo ra các lỗ hổng. Để tước bỏ vũ khí của nó, Hillman và các đồng sự loại bỏ gen lập mã lactate dehydrogenase, enzyme chuyển đổi đường thành axit lactic. Họ gọi chủng mới này là BCS3-L1
BCS3-L1 có thể được phết hoặc phun lên răng, bằng một công thức mà Hillman cho biết có mùi vị giống như súp gà. Khi được phết lên răng chuột, BCS3-L1 làm giảm đáng kể các lỗ hổng.
Hillma và công thi OraGen of Alachua, Florida của ông vẫn chưa được phép của FDA (Cơ quan quản lý thực phẩm về dược phẩm Hoa kì) để kiểm tra phương pháp điều trị ở con người. Nhưng có ba người tình nguyện cho dùng chủng bố mẹ của BCS3-L1 phết lên răng người bạn đời hoặc con cái của họ, kết quả cho thấy vi khuẩn này ko thể lây lan qua đường hôn. <-- bó tay 
Các nhà nghiên cứu khác đang nghiên cứu một loại vacxin chống vi khuẩn hình thành lỗ hổng. Nhưng Hillman cho biết, so với hệ miễn dịch con người thì việc tìm tòi nghiên cứu vi khuẩn dễ dàng hơn nhiều.
Thật lý tưởng khi BCS3-L1 sẽ được phết lên răng trẻ vào khoảng 2 tuổi trước khi trẻ có nguy cơ nhiễm phải S.mutans do ăn uống chung với người khác. Hillman ước tính phương pháp điều trị này tốn khoảng 100 đô la cho một trẻ và mất hết 5 phút