Bài giảng vi sinh vật (ThS. Trần Thị Xuân An)

Chia sẻ: Le Chi Hung Cuong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:138

Thêm vào BST

Báo xấu

570
lượt xem 195
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đặc điểm chung của vi sinh vật: Vi sinh vật (Microorganisms) là tên chung để chỉ tất cả các sinh vật có kích thước nhỏ bé, muốn thấy rõ được người ta phải sử dụng tới kính hiển vi. Vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau: virut, vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc, vi khuẩn lam và một số tảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng vi sinh vật (ThS. Trần Thị Xuân An)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – H À LAN BÀI GIẢNG VI SINH VẬT Người biê n soạn: ThS. Tr ần Thị Xuâ n An Huế, 08/2009
BÀI 1. MỞ ĐẦU I. Đ ặc điểm chung của vi sinh vật: Vi sinh vật (Microorganisms) là tên chung đ ể chỉ tất cả các sinh vật có kích thước nhỏ bé, muốn thấy rõ được người ta phải sử dụng tới kính hiển vi. Vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau: virut, vi khu ẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc, vi khuẩn lam và một số tảo. Trong đó virut (virus) l à nhóm vi sinh vật đặc biệt, chúng nhỏ bé tới mức chỉ có thể quan sát đ ược qua kính hiển vi điện tử. Virut chưa có cả cấu trúc tế bào. Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới, chúng thuộc về nhiều giới sinh vật khác nhau. Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật thiết với nhau. Chúng có một số đặc điểm chung nh ư sau: - Kích thước nhỏ bé. - Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh . - Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh. - Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị. - Phân bố rộng, chủng loại nhiều . II. Đối tượng và nhi ệm vụ của Vi sinh vật học: Vi sinh vật học (Microbiology) l à khoa học nghiên cứu về vi sinh vật. Vi sinh vật học có thể đ ược phân chi a thành nhiều lĩnh vực khác nhau tuỳ theo đ ối tượng nghiên cứu, tuỳ theo tính chất của ng ành khoa học hoặc tuỳ theo hướng ứng dụng. Tuỳ theo đối tượng nghiên cứu vi sinh vật học đ ã hình thành các chuyên khoa: Virut học (Virology), Vi khuẩn học (Bacteriolo gy), N ấm học (Mycology), Tảo học (Algology)... Tuỳ theo hướng ứng dụng đ ã hình thành các lĩnh vực như: vi sinh vật học nông nghiệp, vi sinh vật học công nghiệp, y vi sinh vật học, thú y vi sinh vật học, vi sinh vật học n ước, vi sinh vật học không khí, vi sinh vật học phóng xạ, địa vi sinh vật học, vi sinh vật học vũ trụ... Ngay trong vi sinh vật học nông nghiệp cũng có nhiều chuyên ngành khác nhau như: vi sinh vật trồng trọt, vi sinh vật đất, vi sinh vật trong bảo vệ thực vật, vi sinh vật chăn nuôi, vi sinh vật thuỷ sản, vi sinh vật học lâm nghiệp, vi sinh vật học lương thực, thực phẩm... Tuỳ theo tính chất của ng ành khoa học cũng hình thành các chuyên khoa như: tế bào học vi sinh vật, sinh lý học vi sinh vật, di truyền học vi sinh vật ... Mỗi một lĩnh vực đ ều có đối tượng cụ thể riêng cần đi sâu, tuy nhiên trong lĩnh vực nông nghiệp nhiệm vụ của vi sinh vật học như sau: - Nghiên cứu các đặc điểm c ơ b ản về hình thái, cấu tạo, sinh lý, sinh hoá, di truyền ... của các nhóm vi sinh vật th ường gặp trong tự nhiên đ ể tìm hiểu các quy luật phát sinh, phát triển và tiến hoá của chúng. - Nghiên cứu vai trò to lớn về nhiều mặt của các nhóm vi sinh vật trong tự nhiên và trong nông nghiệp, tìm cách khai thác một cách triệt để các tác động tích 1
cực của vi sinh vật cũng n hư tìm cách ngăn chặn một cách hiệu quả nhất các tác động có hại của chúng. - Trên cơ sở nghiên cứu các đặc điểm sinh thái học và sinh vật học của các nhóm vi sinh vật, xây dựng cơ sở cho việc tìm kiếm các kỹ thuật nuôi trồng có lợi nhất đối với hoạt động của vi sinh vật nhằm nâng cao không ngừng sản lượng và phẩm chất hàng hoá nông nghiệp. III. Vai trò của vi sinh vật trong tự nhi ên và trong nền kinh tế quốc dân: Trong thiên nhiên, vi sinh vật giữ những mắt xích trọng yếu trong sự chu chuyển liên tục và bất diệt của vật chất. Vi sinh vật còn là nh ững nhân tố quan trọng tham gia vào việc giữ gìn tính bền vững các hệ sinh thái trong tự nhiên. Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc phân giải các phế thải nông nghiệp, phế thải đô thị, phế thải công nghiệp, do đó nó có vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo vệ môi trường. Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong ng ành năng lượng. Trong các nguồn năng lượng m à con người hy vọng sẽ khai thác mạnh mẽ trong tương lai có năng lượng thu đ ược từ sinh khối (biomas s) – khối lượng chất sống của sinh vật. Thực vật và một số vi sinh vật có thể tạo ra chất hữu c ơ từ CO2 và nước. H àng năm có kho ảng 60 – 70 tỷ tấn gỗ củi đ ược sinh ra trên trái đ ất. Bên c ạnh việc đun nấu trực tiếp gỗ củi còn có thể sử dụng vi sinh vật và c ác enzim do chúng sinh ra đ ể chuyển hoá sinh khối thành cồn và dùng cồn làm nhiên liệu (d ùng riêng rẽ hay phối trộn với xăng). Vi sinh vật là đ ộng lực để vận h ành các bể khí sinh học (biogas), trong khí sinh học có 50 – 85% là khí CH4 và 15 – 50% là khí CO2. Từ 1 tấn phân chuồng đưa vào lên men có thể l àm s ản sinh ra 70 – 73m3 khí sinh học, cho năng l ượng tương đương với 45 l xăng. Vi sinh vật là lực lượng sản xuất trực tiếp của ng ành công nghiệp lên men. Do vi sinh vật có các kiểu trao đổi chất phong phú, có khả năng trao đổi chất mạnh mẽ nên t ạo ra nhiều sản p hẩm trao đổi chất rất khác nhau . Nhiều sản phẩm đ ược sản xuất ở quy mô công nghiệp. Trong công nghiệp tuyển khoáng nhiều vi sinh vật đ ã được sử dụng để ho à tan các kim loại quý từ quặng nghèo ho ặc từ các bãi chứa xỉ quặng. Đối với sản xuất nông nghiệp, vi sinh vật có vai trò rất to lớn: - Vi sinh vật sống trong đất và nước tham gia tích cực vào quá trình phân giải xác hữu cơ, biến chúng th ành CO2 và các hợp chất vô cơ dùng làm thức ăn cho cây trồng. - Các vi sinh vật cố định nitơ biến khí nitơ (N2) trong không khí thành hợp chất nitơ (NH3, NH4+) cung c ấp cho cây trồng. - Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S và tạo ra vòng tu ần hoàn trong tự nhiên. - Vi sinh vật còn tham gia vào quá trình hình thành mùn trong đất, đây l à kho dự trữ thức ăn cho cây trồng và là yếu tố kết dính để tạo ra cấu tượng của đất. Đất 2
có cấu tượng là đ ất có đủ điều kiện thích hợp về độ ẩm, về không khí, về chất hữu cơ đối với cây trồng. - Vi sinh vật sản sinh ra nhiều chất hoạt động sinh học (các axit amin, enzim, chất kháng sinh, các độc tố, ...). Các chất n ày tích luỹ trong vùng rễ cây trồng l àm tăng cường sự phát triển của lo ài cây phù h ợp với khu hệ vi sinh vật này và làm hạn chế sự phát triển của loài cây khác. - Vi sinh vật giúp cây trồng tiêu th ụ các sản phẩm trao đổi chất do cây tiết ra xung quanh bộ rễ, hạn chế sự đầu độc trở lại đối với cây trồng. - Vi sinh vật còn giúp cho một số vật nuôi như trâu, bò, lợn, g à, tôm, cá, ...đồng hoá các chất dinh dưỡng và thải loại các chất cặn b ã trong quá trình sống. Tuy nhiên cũng có không ít các vi sinh vật có hại. Chúng gây bệnh cho người, cây trồng, cây rừng, gia súc, gia cầm, tôm, cá. Chúng l àm hư hỏng l ương thực, thực phẩm, nguyên vật liệu, hàng hoá. IV. Lịch sử phát triển Vi sinh vật học: 1. Giai đoạn trước khi có kính hiển vi ( khoảng trư ớc thế kỷ XV): Trong giai đo ạn n ày m ặc dù chưa nhận thức đ ược sự có mặt của vi sinh vật nhưng con người đ ã biết khá nhiều về các tác dụng của vi sinh vật và đ ã tận d ụng một cách có ý thức những quy luật tác dụng của vi sinh vật. Từ thời thượng cổ con người đ ã biết ủ phân, trồng xen cây họ đậu với các loại cây trồng khác, biết ủ men, nấu rượu, muối d ưa, làm gi ấm, làm tương, làm m ắm, ướp thịt, cá, biết ngâm đay, gai, . .. 2. Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi: Người có công phát hiện ra thế giới vi sinh vật và cũng là người đầu tiên mô tả hình thái vi sinh vật l à Antonie van Leeuwenhoek (1632 – 1723). Ông đ ã tự chế tạo ra trên 400 chiếc kính hiển vi, trong đó có cái phóng đ ại được 270 lần. Với kính hiển vi tự chế tạo ông đ ã quan sát mọi thứ xung quanh mình. N ăm 1674 ông quan sát th ấy động vật nguyên sinh, 1685 quan sát th ấy vi khuẩn. Tất cả các quan sát và mô tả của ông đ ược in th ành một bộ sách có nhan đề “Nhữ ng bí m ật của giới tự nhiên nhìn qua kính hiển vi” xuất bản năm 1695. Tuy nhiên 150 năm sau, vi sinh vật mới đ ược chú ý. Nhà phân lo ại học Linnê đ ã đem t ất cả các lo ài vi sinh vật xếp chung thành 1 nhóm gọi là Chaos. Đến năm 20 của thế kỷ thứ XIX nhiều loại vi sinh vật mới đ ược phát hiện, lúc này con người mới nhận thức đ ược tác động của vi sinh vật trong một số bệnh và chúng được một số nh à phân lo ại học chú ý. Nhìn chung trong thời kỳ n ày các nhà nghiên cứu mới chỉ chú ý đến việc quan sát và mô tả hình thái vi sinh vật. 3. Giai đoạn hình thành khoa h ọc vi sinh vật: Đến thế kỷ XIX, c ùng với sự phát triển của chủ nghĩa tư bản, các ngành khoa học nói chung và ngành vi sinh vật học nói riêng phát triển mạnh mẽ. Các nh à khoa học đ ã tiến hành quan sát và nghiên cứu một số vi sinh vật gây bệnh và sáng t ạo ra một số phương pháp mới nghiên cứu vi sinh vật. Ng ười có nhiều đóng góp cho sự phát triển khoa học vi sinh vật là nhà khoa học ngư ời Pháp Louis Pasteur (1822 – 3
1895), các công trình nghiên c ứu của ông có giá trị cả về lý thuyết cũng như thực tiễn. Về công nghiệp, ông đã đề ra các cơ sở hợp lý, vững chắc cho các quá trình lên men. Về nông nghiệp, lý luận của ông c ùng với sự phát triển của T. Schloesing, H.Hellriegel, S.N. Vinogradskii... đ ã vạch ra cho các nh à nông học những ánh sáng mới về các nhiệm vụ và phương pháp cơ bản. Cùng thời với Pastuer, nhà bác học Kock (1842 – 1910) người Đức cũng có nhiều cống hiến lớn trong việc phát triển của vi sinh vật học. Ngo ài ra các nhà bác học Nga như Mesnhicốp (1845 – 1916), Ivanôpxki (1864 – 1920) cũng có nhiều công trình nghiên cứu về vi sinh vật có kết quả. Có thể nói rằng: trong giai đoạn n ày vi sinh vật học đ ã đ ược các nh à nghiên cứu trên thế giới đặc biệt quan tâm, có nhiều công tr ình nổi tiếng góp phần đ ưa vi sinh vật học thành một ng ành khoa học ho àn chỉnh và được phân hoá th ành nhiều chuyên ngành khác nhau. 4. Giai đoạn hiện tại: Với sự phát triển nhanh chóng của các ng ành khoa học chính xác và sự ra đời của hàng lo ạt các phương tiện nghiên cứu mới đ ã đ ưa đ ến nh ững tiến bộ có tính chất nhảy vọt trong sinh học nói chung và trong vi sinh vật học nói riêng. Từ địa vị một ng ành khoa học ứng dụng, vi sinh vật học đ ã trở thành một ngành khoa học cơ bản có nhiều đóng góp to lớn đối với sự phát triển chung của khoa học cũng như nền kinh tế quốc dân. 4
BÀI 2. VIRUT HỌC Virut là phần tử rất nhỏ, có đặc trưng của sự sống, đại diện cho vật chất sống thấp nhất trong thế giới vi sinh vật. Đặc điểm chung của Virut: - Có kích thước vô cùng nh ỏ bé, từ hàng chục đến hàng trăm nm. - Không có cấu tạo tế b ào, ch ỉ là vật chất sống đ ơn g iản chứa 1 loại axit nucleic (AD N/ARN), được bao bọc bằng một lớp protein. - Sống ký sinh nội b ào một cách tuyệt đối, tách khỏi tế b ào chủ virut không tồn tại đ ược (do virut khô ng có trao đ ổi chất, không có enzim hô hấp v à en zim chuyển hoá). - Không sinh sản trong môi trường dinh dưỡng bình thường. - Có khả năng tạo th ành tinh thể. Virut là tên chun g chỉ loài vi sinh vật gây bệnh. Tuỳ từng lúc, tuỳ từng giai đoạn, chức năng của chúng m à virut có thể chia ra:  Vrion (hạt virus).  Vegitative virus (virus dinh dưỡng) .  Viroit (sợi virus.)  Virut thiếu hụt (defective virus).  Giả Virut (Pseudovirion ). I. Hình thái, kích thước của virut: Virut chưa có cấu tạo tế b ào, mỗi virut không thể gọi là một tế bào mà được gọi là hạt virut hay virion. Đây là một virut có cấu trúc ho àn chỉnh. Virut có các hình thái sau: - Hình cầu: phần lớn các virut gây bệnh cho người và đ ộng vật có dạng n ày. Ví dụ: virut cúm, quai bị, ung thư ở người và động vật. D ạng này có kích thước 100 – 150 nm. - Hình que: gồm hầu hết các virut gây bệnh cho thực vật nh ư virut đốm thuốc lá, virut đốm khoai tây... Dạng này có kích thước 15 x 250 nm. - Hình khối: gồm các virut có nhiều góc cạnh, có cấu tạo phức tạp nh ư: virut đậu m ùa, virut khối u ở người và đ ộng vật, virut đ ường hô hấp. Dạng n ày có kích thước 30 – 300 nm. - Dạng tinh trùng (nòng nọc): gồm 2 phần đầu và đuôi, phần đầu có hình khối 6 cạnh, phần đuôi có dạng hình que. Đặc trưng cho d ạng n ày là virut ký sinh trên vi khuẩn (Thực khuẩn thể = Bacteriophage = Phage), có kích thước 47 – 104 x 10 – 225 nm. II. Cấu trúc của virut: Gồm 2 phần: vỏ protein và lõi axit nucleic. Một số virut bên trong vỏ protein xen lẫn với axit nucleic c òn có một lượng nhỏ protein, ng ười ta gọi protein này là protein trong, còn protein vỏ l à protein ngoài. 1. Vỏ capxit (Capside): 5
Bao quanh lõi axit nucleic là lớp vỏ capxit có bản chất là protein. Capxit được tạo th ành t ừ những đơn vị hình thái (Capsomer). Mỗi capsomer l à tập hợp các phân tử pro tein có phân tử lượng từ 18.000 – 38.000. Mỗi Capsit do h àng chục đến hàng trăm capsomer tạo thành. Các capsomer được sắp xếp đều đặn, trật tự và đối xứng nhau qua trục tư ởng tư ợng chính giữa virut. Capxit có 3 kiểu cấu trúc: Cấu trúc xoắn, cấu trúc khối và cấu trúc phức tạp. - Cấu trúc xoắn có ở virut đốm thuốc lá, cúm, sởi, toi gà, quai bị, virut dại. Trong cấu trúc n ày, axit nucleic c ủa virut xoắn th ành hình loxo, còn các capsomer sắp xếp bên ngoài theo sát từng vòng một tạo th ành ố ng xoắn. - C ấu trúc khối: có ở virut đ ường hô hấp, virut đ ường ruột, khối u, virut côn trùng.... Ở dạng n ày, axit nằm cuộn tròn chính giữa, các capsomer sắp xếp chặt chẽ tạo th ành các m ặt đa diện bao xung quanh. Các capsomer đối xứng nhau qua m ặt cắt của khối đa diện theo một quy luật nhất định. - Cấu trúc phức tạp: gồm virut đậu m ùa, thực khuẩn thể. Đối với loại virut này thì phần đầu có cấu trúc khối còn phần đuôi có cấu trúc xoắn. Ch ức năng của vỏ Capxit: - Bảo vệ lõi axit nucleic. - Giữ cho hình thái và kích thước của virut l uôn ổn định. - Tham gia vào sự hấp phụ của virut vào vị trí đặc hiệu của tế b ào chủ. - Mang tính kháng nguyên đ ặc hiệu của virut. - Chịu trách nhiệm về đối xứng của các hạt virut. 2. Lõi axit nucleic: Mỗi loại virut chứa một trong hai loại hoặc ADN hoặc ARN. - ADN c ủa virut có 1 trong 2 dạng hoặc chuỗi đ ơn ho ặc chuỗi kép và có thể có dạng sợi hay dạng vòng. - ARN của virut cũng có 1 trong 2 dạng hoặc chuỗi đ ơn ho ặc chuỗi kép, trong đó chuỗi đơn chỉ có dạng sợi còn chuỗi kép chỉ có dạng vòng. Hầu hết virut thực vật c hứa AR N sợi đơn là chính, thực khuẩn thể chứa ADN sợi kép là chính còn virut người và động vật thì mang ADN kép dạng sợi hoặc ARN đơn dạng sợi là chính. Ở các virut hình que thì axit nucleic s ắp xếp nh ư 1 m ạch xoắn vòng giống như hình lò xo xoắn ốc. Đối với các virut hình khối, hình cầu hay phần đầu của thực khuẩn thể thì axit nằm cuộn tròn ở c hính giữa như cuộn len rối. Mặc d ù chỉ chiếm chiếm 1 – 2% khối lượng của hạt virut nh ưng axit nucleic có chức năng đặc biệt quan trọng: + Mang m ật mã di truyền đặc trưng cho từng virut. + Quyết định khả năng gây nhiễm của virut trong tế bào c ảm thụ. + Quyết định chu kỳ nhân lên của virut trong tế bào c ảm thụ. + Mang tính bán kháng nguyên đ ặc hiệu của virut. 3. Cấu trúc ri êng: a. Cấu trúc bọc ngoài hay vỏ bọc ngoài (Envelop): 6
Một số virut bên ngoài vỏ capxit còn có 1 màng bao, c ấu tạo bởi lipit và lipoprotein, trên màng bao còn có thể có thêm gai nhú (spike) bám xung quanh. Màng này thực chất là màng nguyên sinh chất của tế bào ch ủ đã bị virut cải tạo thành và mang tính kháng nguyên đ ặc trưng cho virut. Cấu trúc n ày thường gặp ở virut đậu m ùa, virut HIV. Chức năng của vỏ bọc ngo ài: - Tham gia vào sự hấp phụ của virut trên các vị trí thích hợp của tế bào cảm thụ. - Tham gia vào giai đo ạn lắp ráp và giải phóng virut ra khỏi tế bào c ảm thụ. - Giúp virut giữ kích thư ớc ổn định. - Tạo nên kháng nguyên đ ặc hiệu trên bề mặt virut. b. Enzim: Trong thành ph ần cấu trúc của virut có 1 số enzim, đây l à những enzim cấu trúc, chúng g ắn với cấu trúc của hạt virut ho àn chỉnh. Thường gặp là enzim Neuraminidaza, ADN và ARN polymeraza, enzim sao chép ngược. c. Tiểu thể bao hàm (Inclusion): Trong các tế b ào động vật, thực vật bị nhiễm virut có thể xuất hiện những hạt nhỏ trong nhân hoặc trong nguyên sinh ch ất. Bản chất của những hạt n ày là do các hạt virut không giải phóng khỏi tế b ào, hoặc do th ành phần cấu trúc của virut chưa được lắp ráp th ành các hạt virut mới. Tiểu thể bao h àm có hình d ạng và kích thước đặc biệt, có tính chất bắt m àu đặc trưng cho từng loại virut cho nên nó có ý nghĩa lớn trong ch ẩn đoán bệnh. III. Quá trình nhân lên của virut trong tế b ào cảm thụ: Quá trình nhân lên c ủa virut bắt đầu từ khi virut hấp phụ lên bề mặt của tế bào cho đến lúc virut trưởng thành chui ra khỏi tế bào. Quá trình này chia làm 5 giai đoạn: - Giai đo ạn viru t hấp phụ lên bề mặt tế bào: Quá trình này đ ược quyết định bởi mối tương tác giữa thụ thể của virut với thụ thể của tế bào. S ự hấp phụ chỉ xảy ra khi th ụ thể của virut và tế bào hoàn toàn ăn khớp với nhau. Đây chính là lý do tại sao mỗi loại virut chỉ có thể hấp phụ và gây nhiễm cho một loại tế bào nhất định. - Giai đoạn virut xâm nhập vào tế bào: virut có thể xâm nhập vào tế bào theo các cơ chế sau: + Các tế b ào tự mọc ra các chân giả bao vây lấy virut rồi khép lại, đ ưa virut vào bên trong tế b ào theo kiểu amip bắt mồi, người ta gọi hiện tư ợng n ày là ẩm bào hoặc nhờ vỏ cap xit co bóp, bơm axit nucleic qua màng tế bào, xâm nh ập vào tế bào cảm thụ. Sau khi virut vào tế b ào, nhờ tế bào tiết ra enzim decapsidaza để cởi vỏ capxit, từ đó axit nucleic đ ược giải phóng. + Đối với thực khuẩn thể: sau khi đuôi của thực khuẩn thể hấp phụ l ên bề mặt tế bào, chúng tiết ra chất lyzozim làm tan màng tế bào vi khuẩn, sau đó dưới tác dụng của enzim Adenozin triphotphataza đuôi của thực khuẩn thể co lại và trụ đuôi 7
chọc thủng m àng nguyên sinh ch ất của tế bào, axit nucleic được bơm vào trong tế bào theo ống trụ, còn phần vỏ protein thì nằm bên ngoài màng tế b ào. -Giai đo ạn tổng hợp các th ành ph ần của virut: Ngay sau khi virut xâm nhập vào tế bào chủ, toàn bộ quá trình sinh tổng hợp của tế bào chủ bị đ ình chỉ và thay vào đó là quá trình sinh tổng hợp các th ành phần của virut d ưới sự chỉ huy của mật mã thông tin di truyền của virut. + Đối với virut có axit nucleic là ADN hai sợi thì từ khuôn ADN của virut sẽ tổng hợp mARN, phục vụ c ho việc tổng hợp ADN polymeraza và ADN mới. Từ ADN mới đ ược tổng hợp, mAR N được tổng hợp để tạo th ành protein capxit và các thành phần cấu trúc khác của virut. + Đối với virut có axit nucleic là ARN một sợi dương thì ARN của virut đồng thời là mARN đ ể tổ ng hợp nên ARN polymeraza và ARN mới của virut, m ARN này cũng dùng để tổng hợp nên capxit của virut. + Đối với virut có axit nucleic là ARN nhưng có enzim sao chép ngư ợc: enzim sao chép ngược l à ADN polymeraza ph ụ thuộc vào ARN hay còn gọi là Reverse transcriptaza (RT). Từ ARN của virut tổng hợp nên ADN trung gian, ADN này tích h ợp vào nhiễm sắc thể của tế bào ch ủ. ADN trung gian là khuôn mẫu để tổng hợp nên ARN của virut và đây cũng là mARN đ ể tổng hợp nên các thành phần cấu trúc khác của virut. - Giai đo ạn lắp ráp các th ành ph ần của virut: Giai đo ạn n ày thư ờng xảy ra ở gần m àng tế bào, axit nucleic và protein được tổng hợp ở các nơi khác nhau trong tế bào sẽ chuyển dịch lại gần để kết hợp với nhau thành virut hoàn chỉnh. - Giai đo ạn giải phóng các hạt vir ut ra khỏi tế bào: Virut có thể phá vỡ th ành tế bào sau vài giờ tới vài ngày tuỳ chu kỳ nhân lên của từng loại virut. Quá trình phá vỡ có thể theo nhiều cơ chế khác nhau: + Dưới tác dụng của enzim, m àng tế bào bị phá vỡ ho àn toàn và tất cả virut ồ ạt chui r a khỏi tế bào để tiếp tục xâm nhập vào tế b ào khác. + Virut tiết ra một số enzim chọc thủng một số lỗ tr ên màng tế b ào và virut theo các lỗ đó chui từ từ ra khỏi tế b ào. Trong trường hợp này tế b ào không bị phá huỷ chỉ bị tổn thương nhẹ, chức năng của tế bào vẫn giữ vững trong một thời gian. + Quá trình nhân lên c ủa vi rut đ ã t ạo ra một số lượng lớn trong tế b ào ch ủ làm cho màng tế bào ph ải chịu một sức tải quá lớn, nên bị phá vỡ và virut chui ra khỏi tế bào. + Một số loại virut c òn có thể truyền từ tế bào bị nhiễm sang tế bào lành mà không c ần chui ra môi trường bên ngoài (nhóm virut Herpes và nhóm virut đ ậu mùa). Giữa tế b ào bị nhiễm và tế b ào lành xuất hiện những cầu nối nguyên sinh chất, các hạt virut có thể truyền qua các cầu nối n ày như ch ạy trong ống d ẫn m à không cần chui ra khỏi tế bào. IV. Hi ện tư ợng sinh tan (Lysogenie): Trong một số trường hợp, hệ gen của virut xâm nhập vào hệ gen của tế bào ký ch ủ và chúng có thể tồn tại một thời gian d ài trong tế b ào mà không làm cho tế 8
bào tiêu tan đi. Hiện t ượng n ày được gọi là hiện tượng sinh tan và các virut không độc gây nên hiện t ượng n ày gọi l à virut ôn hoà. Hiện tượng sinh tan th ường gặp ở các tế bào vi khuẩn bị nhiễm virut nên người ta còn gọi loại virut này là tiền thực khuẩn thể (prophage). Tiền thực khuẩn thể đ ược gắn vào hệ gen của vi khuẩn ở vị trí nhất định nhờ những đoạn tương đồng. Trong tế b ào vi khuẩn có thể chứa đồng thời nhiều tiền thực khuẩn thể có nguồn gốc khác nhau. Các vi khuẩn chứa thực khuẩn thể ôn ho à có đ ặc điểm là không bị tiêu diệt bởi thực khuẩn thể độc. Tuy nhiên dưới tác động của nhân tố vật lý hay hoá học n ào đó, tiền thực khuẩn thể đ ược :thức tỉnh”, nó lập tức trở lại hoạt động và biến thành độc. V. Hi ện tượng cản nhiễm và Interferon: 1. Hiện tượng cản nhiễm (Interference): Hiện tượng cản nhiễm là hiện tư ợng xuất hiện nhanh khi 2 virut c ùng xâm nhiễm vào tế b ào theo một thứ tự nhất định, virut thứ nhất sẽ ngăn cản trong một thời gian dài sự nhân lên của virut thứ hai. Thí nghiệm về hiện tượng cản nhiễm: - Năm 1937 Findlay và M accallum nhiễm virut sốt thung lũng Rit vào khỉ đ ã cứu khỉ thoát chết khi nhiễm tiếp liều gây chết bởi virut sốt Vàng. - 1957 Isac và Lindenman đ ã gây nhiễm virut cú m bất hoạt vào phôi thai gà đang phát triển, sau đó nhiễm virut cúm c ư ờng độc vào thì virut này không nhân lên được trong phôi thai g à. Qua nhiều nghiên cứu người ta đ ã đi đ ến kết luận: khi nhiễm virut thứ nhất vào tế bào nó đã kích thích tế b ào sản sinh ra một chất ức chế là Interferon, ch ất này có tác dụng ngăn ngừa sự sao chép của virut thứ hai. 2. Interferon: Interferon có b ản chất l à protein. Đây là yếu tố miễn dịch không đặc hiệu của tế bào, do tế bào sản sinh ra nhằm chống lại bất kỳ tác động của các thông tin ngoại lai khác. Interferon chỉ có tác dụng chống virut ở bên trong tế b ào, không có tác d ụng chóng virut bên ngoài tế bào. Interferon không có tác dụng bảo vệ tế bào mẹ mà chỉ bảo vệ các tế bào bên cạnh. Ở các tế b ào này virut vẫn hấp phụ lên tế bào và xâm nhập vào trong tế bào nhưng đ ến giai đoạn sao chép thông tin của virut thì interferon có tác dụng ức chế, kìm hãm sự tổng hợp ARN thông tin, do đó không tổng hợp được protein và axit nucleic của virut. V. Phân loại virut: Việc phân loại virut t h ườ ng đ ượ c thự c hiện ngay sau khi phát hiện ra căn bệnh chủ yếu của các bệnh virut thực vật và virut đ ộng vật có xương sống. Tuỳ thuộc vào mức độ phát minh và nghiên c ứu về virut m à hệ thống phân loại virut đ ã được làm lại nhiều lần và ngày càng đi tới hoàn thiện. Các căn cứ để phân loại như: 9
dựa vào cơ thể bị bệnh do virut, dựa vào phương thức và cơ chế truyền lây của virut, dựa vào tính ch ất dịch tễ và tính lâm sàng c ủa bệnh, dựa vào cấu trúc và đặc điểm sinh học. Năm 1987 Uỷ ban quốc tế về phân loại virut đ ã đưa ra 2 hệ thống phân loại virut động vật và virut th ực vật. 10
BÀI 3. HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT Vi sinh vật gồm 2 nhóm:  Vi sinh vật nhân nguyên thuỷ (Procaryotes) gồm: - Vi khuẩn cổ (Archaebacteria ). - Vi khuẩn thật (Eubacteria ): + Vi khuẩn (Bacteria ). + Xạ khuẩn ( Actinomycetes). + Vi khuẩn lam (Cyanobacteria). + Vi khu ẩn nguyên thuỷ: Micoplatma (Mycoplasma ), Ricketxi (Ricketsia ), Clamidia (Chlamydia ).  Vi sinh vật nhân thật (Eucaryotes) gồm: - Vi nấm (Microfungi): + Nấm men ( Levure, Yeast). + Nấm mốc (Moulds)/ Nấm sợi ( Filamentous fungi). - Một số động vật nguyên sinh. - Một số tảo đơn bào. I.Vi khuẩn ( Bacteria ): 1. Hình thái, kích thước của vi khuẩn: Vi khuẩn có hình thái và kích thước rất khác nhau tuỳ từng lo ài. Đa số các vi khuẩn có đ ường kính từ 0,2 – 2,0 µm, chiều dài từ 2,0 – 8,0 µm. Hình d ạng chủ yếu của vi khuẩn là: hình c ầu, que, dấu phẩy, hình xoắn, hình khối vuông, hình tam giác, hình sao… Mỗi tế bào vi khu ẩn rất nhỏ và nhẹ. Ví dụ: trực khuẩn đại tràng (Escherichia coli) có kích thước 0,5 x 2,0 µm, 1 tỷ vi khuẩn này có khối lượng là 1 mg. Tuỳ theo hình thái bên ngoài người ta có thể chia vi khuẩn thành 5 lo ại hình khác nhau: * Cầu khuẩn ( Coccus): có kích thước từ 0,5 – 1,0 µm, gồm những vi khuẩn hình cầu, hình b ầu dục (Lậu cầu khuẩn Neisseria gonorrhoea ), hình ngọn nến (Phế cầu khuẩn Strep tococcus pneumoniae ), hình hạt cà phê. * Trực khuẩn (Bacillus,Bacterium): có kích thư ớc từ 0,5 – 1,0 x 1,0 – 4,0 µm, l à nh ững vi khuẩn có hình que. * Cầu trực khuẩn ( Cocco-bacillus): có kích thước từ 0,25 – 0,3 x 0,4 – 1,5 µm, gồm những vi khuẩn có hình dạng trung gian giữa cầu k huẩn và trực khuẩn, có hình bầu dục, hình trứng. * Xo ắn khuẩn (Spirillum): có kích thước từ 0,5 -3,0 x 5,0 – 40 µm, gồm những vi khuẩn có hình xo ắn,ví dụ: - Spirochaeta/Borrelia : vòng xo ắn thưa, không đều, không quy tắc. - Treponema : nhiều vòng xoắn sát nhau, cuộn đều đặn, có quy tắc (Treponema pallidum: xoắn khuẩn giang mai). 11
- Leptospira : vòng xoắn hơi sát nhau, xếp lộn xộn. * P hẩy khuẩn (Vibrio ): gồm những vi khuẩn hình que, uốn cong nh ư dấu phẩy. 2.Cấu tạo tế bào vi khuẩn: a. Màng tế bào: *Vỏ nhầy/Dịch nhầy ( Capsule)-Giáp mô: Một số vi khuẩn bên ngoài được bao bọc bởi một lớp vỏ nhầy hay dịch nhầy. Đó là một lớp vật chất dạng keo, có đ ộ dày bất định. Kích th ước và thành ph ần hoá học của lớp vỏ nhầy thay đổi tuỳ từng loại vi khuẩn. + Ch ức năng: - Góp phần bảo vệ tế bào vi khuẩn (bảo vệ tế b ào vi khu ẩn tránh bị tổn thương khi gặp khô hạn, giúp cho vi khuẩn đề kháng mạnh hơn với những điều kiện bất lợi, giúp vi khuẩn chống lại hiện t ượng thực b ào của bạch cầu). - Là nơi dự trữ thức ăn (khi thiếu thức ăn vi khuẩ n có thể sử dụng vỏ nhầy như là nguồn dinh dưỡng). - Là nơi tích lu ỹ một số sản phẩm trao đổi chất (vi khuẩn sắt tích luỹ Fe(OH)2, đây là sản phẩm sinh năng lượng của vi khuẩn sắt). - Giúp vi khuẩn bám vào bề mặt của giá thể. + Thành phần hoá học của vỏ nhầy: Nước chiếm chủ yếu (98%). Phần c òn lại là chất hữu cơ với thành phần chủ yếu là polysaccharit, ngoài ra còn có polypeptit, protein. *Thành tế b ào (Cell – wall): Chiếm 25 – 30% khối lượng khô của tế bào.Thành tế b ào có kích thước khác nhau tuỳ từng loại vi khuẩn, đa số các vi khuẩn Gram d ương có kích thước lớn (14 – 18 nm), vi khuẩn Gram âm có kích thước nhỏ (khoảng 10 nm). + Ch ức năng của thành tế bào: - Giữ cho tế bào có hình dạng ổn định. - Bảo vệ tế bào vi khuẩn:  Giúp tế bào vi khu ẩn đề kháng với các lực tác động từ bên ngoài,ví d ụ: Vi khu ẩn Gram d ương chịu đ ược áp suất thẩm thấu (P tt ) từ 15 – 20 atm, Gram âm chịu được 5 – 10 atm.  Cản trở sự xâm nhập của một số chất có hại vào tế bào, ví dụ: th ành tế b ào vi khu ẩn Gram âm ngăn cản sự xâm nhập của các ch ất kháng sinh có khối lượng phân tử > 800. - Cần thiết cho quá trình phân c ắt bình thường của tế bào. - Có liên quan đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh của vi khuẩn:  Tính kháng nguyên: ở vi khuẩn Gram dương cấu trúc polyozit c ủa glycopeptit đ ã quyết định tính đ ặc hiệu về miễn dịch của kháng nguyên; ở vi khuẩn Gram âm: th ành tế bào tạo thành kháng nguyên O, đây là kháng nguyên có tầm quan trọng trong công tác chẩn đoán bệnh.  Thành tế bào sinh ra nội độc tố ở vi khuẩn Gram âm. 12
+ Thành phần hoá học của thành tế b ào: giữa vi khuẩn Gram d ương và Gram âm có sự khác nhau rõ rệt: Thành phần Tỷ lệ % đối với khối khô c ủa th ành tế b ào VK l ượng G ram âm G ram dương -Peptidoglycan 95 5 – 10 (glycopeptit, peptit,mucopeptit, murein) - Axit teichoic 5 0 - Lipit (Lipoit) 0 20 Không có hoặc rất ít - Lipoprotein 50 - P olysaccharit 0 20 Glycopeptit được tạo nên từ các chuỗi polysaccharit nối với nhau bằng cầu nối peptit, các chuỗi n ày được tạo nên từ nhiều loại đ ường khác nhau gắn với các đường amin (N- acetyl glucozamin, Galactozamin, Axit-N- Acetylmuramic). *Màng nguyên sinh chất: dày khoảng 4 – 5 nm. + Ch ức năng của màng nguyên sinh chất: - Duy trì P tt bình thư ờng bên trong tế bào. - Khống chế (Điều ho à) sự vận chuyển các c hất dinh dưỡng và các sản phẩm trao đổi chất ra hay vào tế b ào. - Là nơi sinh tổng hợp các th ành phần của tế bào. - Là nơi tổng hợp nhiều loại enzim . - Có nhiệm vụ trong sự phân chia tế b ào cùng với mezoxom . + Thành phần hoá học của màng nguyên sinh chất: Màng này được cấu tạo bởi 2 lớp photpholipit (chiếm 30 – 40% khối lượng) và các protein n ằm ở phía trong, phía ngoài hay xuyên qua màng (chiếm 60 – 70% khối lượng). Sự phân bố của photpholipit và protein khác nhau ở từng vùng: có vùng nhiều, vùng ít, chính vì thế đã t ạo ra lỗ hổng trên màng nguyên sinh ch ất, những lỗ hổng này có chứa một loại protein đặc biệt gọi l à permeaza. Ngoài 2 thành ph ần chính l à protein và photpholipit, trên màng nguyên sinh chất của vi khuẩn c òn có 2 – 5% hydratcacbon, một số ít chứa glycopeptit, một lượng nhỏ protein. b. Nguyên sinh chất (Cytoplasm)/Tế b ào chất (Protoplasm): Nguyên sinh ch ất l à thành phần chính của tế bào vi khuẩn. Đây l à một khối ở trạng thái keo, chứa 80 – 90% nước, thành phần còn l ại chủ yếu l à lipoprotein. Nguyên sinh chất của tế b ào vi khu ẩn rất khác với nguyên sinh ch ất của tế bào thực vật. Trong tế b ào thực vật, nguyên sinh ch ất có trung thể (centrosome), ty thể (mitochrondia), Riboxom, bộ máy Golgi, không b ào và lạp thể, có chuyển động dòng nội bào. 13
Ở vi khuẩn cấu trúc của nguyên sinh chất đ ơn gi ản hơn, trong nguyên sinh chất của vi khuẩn trưởng th ành người ta quan sát thấy nhiều cơ quan con khác nhau: Mezoxom, Riboxom, không bào, các hạt dự trữ, các hạt sắc tố và cấu trúc của nhân. - Mezoxom là 1 thể hình c ầu, nằm gần vách ngăn ngang và chỉ xuất hiện khi tế bào phân chia. Dư ới kính hiển vi điện tử mezoxom trông giống như một phần lõm vào của màng nguyên sinh ch ất. - Riboxom: số lượng Riboxom trong tế b ào vi khuẩn rất nhiều, th ường có 1000 Riboxom/1 tế bào. Riboxom của vi khuẩn chứa khoảng 40 – 60% ARN, 35 – 60% protein, ngoài ra còn ch ứa một ít lipit, một số enzim và một ít chất khoáng. Riboxom chủ yếu nằm trong nguyên sinh ch ất, một phần nhỏ nằm trên màng nguyên sinh ch ất. Mỗi riboxom có 2 tiểu phần, tiểu phần lớn có hằng số lắng 50S, tiểu phần nhỏ có hằng số lắng l à 30S . - Các hạt dự trữ hay thể vùi bao gồm: hạt lipoit, glycogen. Các hạt dự trữ được hình thành khi tế bào tổng hợp quá nhiều, bằng cách n ày không những vi khuẩn dự trữ đ ược thức ăn mà còn l àm giảm bớt áp suất thẩm thấu dưới dạng polyme. - Không bào: không bào là một tổ chức có hình cầu hoặc hình bầu dục được bao bọc bởi một lớp màng không bào (tonoplast) có c ấu trúc hoá học là lipoprotein, trong không bào ch ứa đầy dịch tế b ào. Không bào có vai trò điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào và là nơi chứa những sản phẩm bất lợi của quá tr ình trao đ ổi chất. c. Thể nhân: Vi khuẩn chưa có nhân th ật, mới chỉ có thể nhân. Thể nhân của vi khuẩn là 1 nhiễm sắc thể duy nhất cấu tạo bởi 1 sợi ADN xoắn kép còn g ắn với màng nguyên sinh ch ất. Nhiều vi khuẩn còn ch ứa ADN ngo ài nhiễm sắc thể. Đó là những sợi ADN kép, dạng vòng kín, có khả năng sao chép độc lập và gọi là plasmit. - Về hình d ạng: thể nhân có hình cầu, kéo dài như hình que hay hình quả tạ, hình chữ V. - Về cấu trúc: thể nhân không có m àng nhân nhưng giới hạn giữa nhân và nguyên sinh ch ất rất rõ. Thể nhân là 1 cấu trúc sợi nhỏ có đ ường kính 3 – 8 nm, đó là 1 nhiễm sắc thể duy nhất của tế bào, cấu tạo bởi 1 sợi ADN xoắn kép c òn gắn với m àng nguyên sinh ch ất. Nhiễm sắc thể có chiều dài 0,25 – 3,0 µm, chứa 6,6 – 13 x 106 cặp bazơN, nếu mở vòng xoắn ra thì sợi d ài 1mm, đó chính là 1 sợi ADN có dạng vòng tròn và chỉ l à 1 phân tử ADN đóng kín. Trong quá trình phân chia tế b ào, nhân phân chia b ằng cách cắt đôi, không có sự gián phân bởi vi khuẩn chỉ có 1 nhiễm sắc thể duy nhất. d. Tiên mao (Flagella) và khuẩn mao (tiêm mao – Pili): Tiên mao là những sợi lông d ài, uốn khúc, mọc ở mặt ngo ài một số vi khuẩn và có tác dụng giúp vi khuẩn có thể chuyển động tro ng môi trường lỏng (100 µm/s). Ngoài tiên mao, trên cơ thể vi khuẩn c òn có 1 bộ phận phụ khác hình sợi, rất ngắn và rất mảnh gọi là tiêm mao (Pili) hay khu ẩn mao (Fimbria). Đ ường 14
kính của Pili khoảng 20 – 80 nm, dài kho ảng 0,3 – 0,4 µm. D ựa vào ch ức năng người ta chia ra 2 loại Pili; - P ili chung: dùng đ ể bám giữ, giúp cho vi khuẩn bám chắc hơn trên bề mặt cơ ch ất. Mỗi tế bào vi khu ẩn có h àng trăm pili. Các pili chung có cấu tạo từ protein có tên là pilin và nó là một kháng nguyên. Đây không ph ải là cơ quan vận động của vi khuẩn mà nó có tác dụng l àm tăng bề mặt hấp thu chất dinh d ưỡng của tế bào. - P ili giới tính (Pili F): mỗi vi khuẩn có từ 1 – 4 pili này. Vi khuẩn có pili gi ới tính được gọi là vi khuẩn đực (F+). P ili gi ới tính tham gia vào sự tiếp hợ p của vi khuẩn, sự tiếp hợp thể hiện bằng sự cố định một đầu của Pili vào tế b ào cái (F-, t ế bào không ch ứ a pili gi ới tính), vật chất di truyền đ ược vận chuyển từ tế bào đực sang tế bào cái thông qua pili này. Một số thực khuẩn thể bám trên Pili gi ới tính sẽ bơm axit nucleic của thực khuẩn thể vào vi khuẩn qua đường Pili đó. Tiên mao Tiêm mao Đặc điểm Thành phần P rotein tiên mao (Flagellin) P rotein tiêm mao (Pilin) Kích thước 0,1 – 0,2 x 2 – 70 µm 0,007 – 0,009 x 0,5 – 20 µm Số lượng 1 – vài trăm sợi/tế bào 250 – 400 sợi/tế bào Chức năng Vận động Bám giữ, tiếp hợp Nơi sinh ra Thể gốc nằm trong th ành tế Thể gốc nằm trong nguyên sinh chất bào e. Bào tử/Nha bào (Spore, Endospore): Một số vi khuẩn, th ường là các vi khu ẩn Gram d ương (G +) vào cuối thời kỳ sinh trưởng phát triển có thể hình thành bên trong tế bào những thể hình tròn hay hình b ầu dục gọi là bào tử hay nội b ào tử. Vì mỗi tế bào chỉ sinh ra một bào tử cho nên đây không phải l à loại bào tử có chức năng sinh sôi nảy nở nh ư ở nấm. Nha bào là một hình thức sống tiềm sinh của vi khuẩn, nó giúp cho vi khuẩn vượt qua đ ược những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh, nó thư ờng đ ược sinh ra trong nh ững điều kiện bất lợi của môi trường như: thiếu dinh dư ỡng, nhiệt độ, pH không thích hợp, môi trường tích l u ỹ nhiều sản phẩm trao đổi chất bất lợi ... Bào t ử có tính kháng nhiệt, kháng bức xạ, kháng hoá chất, kháng P tt . Ví dụ: b ào tử vi khuẩn gây ngộ độc thịt Clostridium botulinum chịu đ ược 100 oC trong 5 – 9,5 giờ, 121 oC trong 10 phút; Trong dung dịch phenol 5% tế bào dinh dưỡng chết nhanh nhưng bào tử sống đ ược 25 ngày, trong dung dịch HgCl2 1% tế bào dinh dưỡng chết ngay nh ưng bào tử tồn tại đ ư ợc 2 giờ. Bào tử có sức sống rất lâu, từ vài năm đ ến vài chục năm, ví dụ bào tử của Bacillus subtilis có sức sống từ 200 – 300 năm, có những bào tử tồn tại được 500 – 1000 năm trong đ ất đá trầm tích dưới đáy các hố sâu, thậm chí có những b ào tử trong các tiêu bản khảo cổ cách đây 3000 năm mà vẫn duy trì được sức sống. 3. Sinh s ản của vi khuẩn: Vi khu ẩn sinh sản vô tính bằng cách trực phân nhờ vách ngăn ngang. Từ 1 tế bào mẹ phân cắt th ành 2 tế b ào con. Tế b ào con được hình thành sau một thời gian 15
sinh trư ởng lại tiến h ành phân cắt. Tuỳ từng lo ài vi khu ẩn và điều kiện sống, cứ kho ảng 10 đến 30 phút lại cho ra 1 thế hệ. 4. Phân loại vi khuẩn: Việc phân loại vi khuẩn nói riêng và vi sinh vật nói chung gặp khá nhiều khó khăn vì số lượng vi sinh vật quá nhiều m à sự khác biệt giữa chúng lại quá lớn, có sự khác biệt khá lớn giữa sơ đồ phân loại vi sinh vật so với động vật và thực vật. Trong hệ thống phân loại thì loài (species) là đơn vị cơ bản, nhưng khái niệm về lo ài gi ữa vi sinh vật và đ ộng, thực vật lại khác nhau. Trong vi khuẩn học, khái niệm về lo ài là một quần thể đ ược sinh ra từ một vi khuẩn ban đầu ( clone), các thành viên của một clone này có thể phân biệt với các clone khác ở một số đặc điểm. Do vậy vấn đề lớn trong phân loại vi khuẩn l à xác đ ịnh đ ược các đặc điểm giống nhau và khác nhau gi ữa các clone để xếp loại chúng. Để xác định các lo ài vi khuẩn có thể căn cứ vào các đ ặc tính sau: - Hình thái, kích thước, cấu tạo tế b ào, phản ứng nhuộm Gram, các chất chứa trong tế bào, năng lực hoạt động, khả năng sinh vỏ nhầy, hình dạng và vị trí của bào tử. - Đặc tính nuôi dưỡng, sinh trưởng trên các moi trưởng, hình thái, màu s ắc khuẩn lạc, ... - Đặc tính sinh lý, sinh hoá và cấu trúc kháng nguyên như quan hệ với nguồn oxy, nguồn cacbon, nguồn nitơ, quan hệ với nhiệt độ, pH, khả năng khử nitrat, lên men các lo ại đường... các phản ứng huyết thanh học, khả năng gây bệnh... - Số lượng các tính chất sinh học: dây là phương pháp phân lo ại gián tiếp, dựa trên các đặc điểm genotip và phenotip. - Tỷ lệ các base nitơ của các ADN. - Cấu trúc phân tử của protein. Như vậy việc phân loại các lo ài vi khu ẩn l à một việc hết sức phức tạp, tinh vi, không thể căn cứ vào đ ặc tính riêng biệt mà xác đ ịnh được ngay, cũng chính vì thế m à cho đến nay việc phân loại vi khuẩn vẫn chưa thực sự hoàn thiện. Đơn vị cơ bản trong phân loại là loài (species), đây là đơn vị phân loại c ơ bản nhất, tên khoa học của lo ài thường đặt tên kép, tên giống đặt trước và tên loài đặt sau. Mỗi lo ài vi khuẩn đều mang một tên khoa học riêng, tên này đư ợc đặt theo nguyên t ắc “danh p háp kép” của Linné, gồm 2 từ: từ th ứ nhất chỉ tên giống (viết hoa), t ừ thứ hai chỉ tên loài (viết thường). Ví dụ: Saccharomyces cerevisiae . Các đơn vị trên loài là : - Giống (genus hoặc genera). Ví dụ: Bacillus, Saccharomyces. - Tộc (tribe): th ường có tận cùng bằng –eae. Ví dụ: Escherichieae . - Họ (family): th ường có tên t ận c ùng là -aceae. Ví dụ: Chlorobiaceae. - Bộ (order): thường có tạn cùng là –ales. Ví dụ: Pseu domonadales. Trên bộ còn có lớp, ngành, giới. Các đơn vị dưới lo ài gồm có: thứ, dạng và một đơn vị gọi l à chủng hay nòi. 16
- Thứ (variety) chỉ một nhóm nhất định trong một lo ài. Ví dụ: Mycoba cterium tuberculosis var. bovis (vi khu ẩn lao bò), Mycobacterium tuberculosis var. avium (vi khu ẩn lao gia cầm), Mycobacterium tuberculosis var. hominis (vi khuẩn lao người). - Dạng (type hoặc forme): chỉ nhóm nhỏ dưới thứ. Ví dụ: người ta căn cứ vào những đặc tính khác nhau về phản ứng huyết thanh mà chia phế cầu khuẩn th ành 80 dạng khác nhau như Streptococcus pneumoniae tip 14. - Chủng hay nòi (Strain): chỉ một ch ủng, nòi vi sinh vật của một loài mới được phân lập thuần khiết từ một c ơ chất nào đó. Các cá thể cùng một lo ài nhưng được phân lập từ những nơi khác nhau không giống nhau ho àn toàn được gọi là chủng hay nòi khác nhau và đư ợc ký hiệu bằng những con số, những chữ viết tắt theo qui ước riêng của người nghiên cứu. Ví dụ: Staphylococcus aureus ATCC 1259. Từ trư ớc đến nay đ ã có nhiều hệ thống phân loại vi khuẩn khác nhau, tuy nhiên có hai hệ thống phân loại đ ược sử dụng chủ yếu, đó là hệ thống phân loại của D. N Bergey và c ủa N.A. Craxilnhicop. II.X ạ khuẩn (Actinomycetes): Xạ khuẩn l à một nhóm vi khuẩn thật (Eubacteria ) phân bố rộng r ãi trong tự nhiên: trong đ ất, nước và trong các cơ chát h ữu cơ. Ph ần lớn xạ khuẩn bắt màu Gram dương, hiếu khí, hoại sinh, có cấu tạo dạng sợi như nấm nhưng l ại có kích thước và cấu tạo tế bào tương tự như vi khu ẩn. Xạ khu ẩn là vi sinh vật quá độ giữa vi khuẩn và n ấm vì nó có đặc điểm vừa giống vi khuẩn lại vừa giống nấm. Xạ khuẩn giống vi khuẩn ở những đặc điểm sau: - Kích thước nhỏ bé. - Là vi sinh vật đơn bào. - Nhân chưa phân hoá rõ rệt. - Màng tế bào không chứa xenlulo, kitin. - Sự phân chia tế bào theo kiểu của vi khuẩn. - Không có giới tính. Xạ khuẩn giống nấm ở chỗ có cấu tạo dạng sợi phân nhánh gọi l à khuẩn ty (hypha), mỗi một khuẩn ty do một tế bào t ạo thành, nhiều khuẩn ty tập hợp lại thành hệ khuẩn ty (mycelium). 1. Hình dạng, kích th ước và cấu trúc của xạ khuẩn: Xạ khuẩn có cấu tạo dạng sợi, c òn gọi là khuẩn ty. Khuẩn ty của xạ khuẩn thường không có vách ngăn và không t ự đứt đoạn. Khuẩn ty có đ ường kính 0,2 – 2,5 µm. Đa số xạ khuẩn khuẩn ty không có vách ngăn, màu s ắc của khu ẩn ty xạ khuẩn rất phong phú: màu tr ắng, đỏ, lục, lam, tím, nâu, đen, ... Người ta phân biệt hai loại khuẩn ty: khuẩn ty c ơ chất và khu ẩn ty khí sinh. Khuẩn ty cơ chất là khu ẩn ty ăn sâu vào cơ chất, làm nhiệm vụ hấp thu chất dinh dưỡng, do đó khuẩn ty này còn được gọi là khuẩn ty dinh d ưỡng. Khuẩn ty khí sinh 17
là khuẩn ty phát triẻn trên bề mặt cơ ch ất và vươn ra ngoài không khí. Từ khuẩn ty này về sau sẽ hình thành bào tử nên còn đư ợc gọi l à khuẩn ty sinh sản. Xạ khuẩn cũng có cấu tạo tương tự như vi khuẩn: -Thành tế bào có cấu tạo tương đối dày và khá vững chắc, gồm có 3 lớp: Lớp ngoài dầy 60 – 120 Ao, lớp trong dầy 50Ao và lớp giữa chắc hơn, dày 50Ao. Khi khuẩn ty già, lớp ngoài có thể dày tới 150 – 200 Ao. Thành tế bào được tạo thành từ protein, lipit, mucopolysaccharit, ngoài ra còn chứa cả photpho và axit teichoic. Bên ngoài thành tế bào còn có thể có vỏ nhầy cấu tạo từ polysaccarit và thường rất mỏng. - Màng nguyên sinh ch ất: dầy khoảng 7,5 – 10 nm, có cấu tạo và ch ức năng tương tự nh ư màng nguyên sinh ch ất ở vi khuẩn. Chức năng chủ yếu của m àng nguyên sinh chất xạ khuẩn l à điều ho à sự hấp thu chất dinh dưỡng vào tế b ào và tham gia vào quá trình hình thành bào tử. - Nguyên sinh ch ất và nhân của xạ khuẩn cũng t ương t ự như ở vi khuẩn. Khi nuôi cấy xạ khuẩn trên môi trường đặc, xạ khuẩn cũng tạo th ành khuẩn lạc. Khuẩn lạc của xạ khuẩn thường rắn chắc, x ù xì, có d ạng phấn, không trong suốt, có các nếp toả ra theo hình phóng xạ. Đ ường kính khuẩn lạc khoảng 0,5 – 2,0 mm và có nhiều mầu sắc khác nhau như đỏ, da cam, vàng, lam hồng, nâu, tím... 2. Sinh sản của xạ khuẩn: Xạ khuẩn sinh sản bằng cách hình thành bào tử. B ào tử được hình thành trên các nhánh phân hoá c ủa khuẩn ty khí sinh, gọi là cuống sinh bào tử hay sợi b ào tử. Cuống sinh b ào tử dài ngắn khác nhau tuỳ thuộc vào từng loài, có loài dài 20 – 30nm, nhưng cũng có lo ài dài tới 100 – 200 nm. Cuống sinh bào tử có thể thẳng, lượn sóng, xoắn lò xo hay xo ắn ốc, chúng có thể phân bố theo kiểu đ ơn, mọc đối, mọc vòng hay mọc th ành chùm. Một số xạ khuẩn c òn sinh ra túi bào tử, bên trong có chứa bào tử túi. Bào tử xạ khuẩn được hình thành theo 3 phương thức: + P hát triển to àn bộ: to àn bộ hay một bộ phận của th ành khu ẩn ty tạo ra thành của bào tử. + P hát triển trong thành: thành bào tử sinh ra từ tầng nằm giữa m àng nguyên sinh chất và thành khu ẩn ty. + P hát triển bào tử nội sinh thật: th ành khuẩn ty không tham gia vào quá trình hình thành bào t ử. Bào tử trần (conidiospore) của xạ khuẩn có thể có hình tròn, hình b ầu dục, hình que, hình trụ, đây là cơ quan sinh sản ch ủ yếu của xạ khuẩn. Bào tử trần được hình thành theo 2 cách: - Vách ngăn được hình thành từ phía trong của m àng nguyên sinh ch ất và tiến dần vào trong t ạo ra vách ngăn không ho àn chỉnh, sau đó cuống sinh b ào tử mới phân cắt thành các bào tử trần. - Thành tế bào và màng nguyên sinh ch ất đồng thời xuất hiện vách ngăn tiến dần vào phía bên trong và làm cho cuống sinh b ào tử phân cắt tạo th ành một chuỗi bào t ử trần. 18
Mỗi cuống sinh b ào tử thường có từ 30 – 100 bào tử, đôi khi có tới 200 bào tử. 3.Vai trò của xạ khuẩn: X ạ khuẩn là một trong những nhóm vi sinh vật đóng vai tr ò quan trọng trong tự nhiên. - Đặc điểm quan trọng bậc nhất của xạ khuẩn l à khả năng hình thành chất kháng sinh, 70% xạ khuẩn đ ược phân lập trong tự nhiên đều có khả năng sinh chất kháng sinh. Trong số 8.000 loại chất kháng sinh đ ược phát hiện thì 80% là do xạ khuẩn sinh ra. Các chất kháng sinh do xạ khuẩn sinh ra như: streptomyxin, chloramphenicol, oreomyxin, teramyxin, tetraxyclin... - Xạ khuẩn có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất và tạo ra độ phì c ủa đất. - Xạ khuẩn tham gia tích cực vào sự chuyển hoá và phân gi ải nhiều chất hữu cơ phức tạp và b ền vững như xenlulo, kitin, linhin... - Xạ khuẩn sinh ra nhiều chất hữu c ơ quý giá như các vitamin nhóm B (B1, B2, B6, B12), một số các axit hữu c ơ như axit lactic, axit axetic và nhiều axit amin như axit glutamic, metionin, tryptophan, lizin. - Xạ khuẩn còn sinh ra nhiều enzim như proteinaza, amylaza, xenlulaza, kitinaza. - Một số còn có khả năng tạo th ành nh ững chất kích thích sinh trưởng thực vật. 4. Phân loại xạ khuẩn: Trước thế kỷ XIX người ta xếp xạ khuẩn vào nấm. Về sau người ta mới xếp chúng vào vi khu ẩn thật vì xạ khuẩn có nhân nguyên thuỷ. Năm 1978 Gibbens và Murray chia các vi khu ẩn nhân nguyên thu ỷ th ành 4 ngành: ngành Gracilicutes (gồm các vi khuẩn G-), ngành Tenericutes (gồm xạ khuẩn và các vi khuẩn G +), ngành Mendosicutes (gồm các vi khuẩn mà thành tế bào không chứa peptidoglican) và ngành Mollicutes (gồm các vi khuẩn chưa có thành tế bào). Năm 1977 và 1980 Woese và cộng sự chia vi khuẩn nhân nguyên thu ỷ thành 2 giới: giới Vi khuẩn thật (Eubacteria ) tương đương với 3 ng ành Gracilicutes, Tenericutes và Mollicutes theo Gibbens và Murray, giới Vi khuẩn cổ (Archaebacteria) tương đương với ngành Mendosicutes. Theo hệ thống phân loại của Bergey (Bergey, s M anual of Systematic Bacteriology, 1994) thì x ạ khuẩn có mặt trong tập 2 và t ập 4. -Trong tập 2 có chi Mycobacterium (thuộc họ Mycobacteriaceae ) và 9 chi thuộc Nocardioform actinomycetes ( Nocardia, Rhodococcus, No cardioides, Pseudonocardia, Oerskovia, Saccharopolyspora, Micropolyspora, Promicromonospora, Intrasporangium). -Trong t ập 4: + Thuộc về Nocardioform còn có Faenia, Actinopolyspora, Saccharomonospora, Amycolatopsis, Amycolata. 19