NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
ADP Adenosine diphosphate
AMP Adenosine monophosphate
APG Acid 3-phosphoglyceric
A-1,3-DPG Acid 1,3 diphosphoglyceric
ATP Adenosine triphosphate
A-6PA Acid 6-penicillanic
CoA Coenzyme A
CKS Chất kháng sinh
DNA Deoxiribonucleic acid
R-1,5-DP Ribulose-1,5-diphosphate
R-5-P Ribulose-5-diphosphate
RNA Ribonucleic acid
VSV Vi sinh vật
F-6-P Fructose-6-phosphate
FAD Flavin adenine dinucleotide
G-6-P Glucose-6-phosphate
GAP Glyceraldehyde phosphate
KDPG 2-Keto-3-deoxi-6-phosphogluconate
N Nitrogen
NAD Nicotinamid adenine dinucleotide dạng oxi hóa
NADH Nicotinamid adenine dinucleotide dạng khử
NADP Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng oxi hóa
NADPH Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng khử
PP Pentose phosphate
X-5-P Xylulose-5-phosphate
Người biên soạn
Biên soạn các chương
1. PGS.TS. Kiều Hữu Ảnh 8
2. TS. Biền Văn Minh (Chủ biên) 1, 6, 7, và 9
3. TS. Phạm Ngọc Lan 4, 5
4. ThS. Nguyễn Thị Thu Thủy 2
5. TS. Phạm Hồng Sơn 10
6. PGS.TS. Phạm Văn Ty 3 và 11
20
Chương 2
Cấu trúc và chức năng của tế bào vi sinh vật
I. Sinh vật nhân sơ
1. Các phương pháp và kỹ thuật nghiên cứu
1.1. Phương pháp quan sát tế bào
Nhờ kính hiển vi quang học (kính hiển vi thường) với độ phóng đại
1500 - 2000 lần, đặc biệt nhờ kính hiển vi điện tử thường (TEM) và kính
hiển vi điện tử quét (SEM) mà khoa học có thể thấy được tế bào, cấu trúc
siêu hiển vi của vi khuẩn với đường kính khoảng 1μm.
- Quan sát vi sinh vật trên tiêu bản sống: vi sinh vật ở giữa lam và
lamella, nhuộm mực nho để thấy rõ màng nhầy (capsule), đây là phương
pháp hay dùng cho những vi sinh vật nuôi cấy trên môi trường lỏng với
kính hiển vi thường, quan sát được khả năng vận động của chúng.
Bảng 2.1: Một số phương pháp nhuộm màu và nguyên tắc sử dụng
Phươg pháp nhuộm màu Nguyên tắc sử dụng
+Nhuộm đơn (xanh
methylene, carbolfuchsin,
tinh thể tím, safranin…)
Dung dịch rượu hoặc nước của các kiềm, dùng để
quan sát hình dạng vi sinh vật, cách sắp xếp tế bào
Với các phản ứng khác nhau với thuộc nhuộm có thể
phân biệt được chúng
Chia các vi khuẩn thành 2 nhóm lớn: Gram dương giữ
màu tinh thể tím, Gram âm mất màu khi tẩy do đó sẽ
nhuộm màu phụ hồng safranin
+Nhuộm phân ly
- Gram
- Ziehl - Nielsen Dùng để phân biệt các loài Mycobacterium và một số
loài Nocardia. Vi khuẩn acid nhuộm với carbolfuchsin
và xử lý với dung dịch rượu acid, vẫn giữ màu đỏ. Vi
khuẩn không acid sẽ mất màu do đó sẽ nhuộm màu phụ
là xanh methylene.
Dùng để phát hiện sự có mặt của màng nhày, bởi vì
polysaccharide màng nhầy không bắt màu thuốc nhuộm
bao quanh tế bào vi khuẩn nhuộm màu
Sử dụng để phát hiện bào tử vi khuẩn. khi dùng thuốc
nhuộm lục malachite với tiêu bản có đun nóng, thuốc
nhuộm sẽ thâm nhập vào nội bào tử và làm chúng
nhuộm màu lục, khi bổ sung bằng đỏ safranin sẽ làm
phần bao quang bào tử nhuộm màu đỏ hồng.
+Nhuộm đặc biệt
- Nhuộm âm (negative)
-Nhuộm nội bào tử
(endospore)
-Nhuộm tiên mao
(flagella) Dùng để phát hiện tiên mao ở vi khuẩn, sử dụng thuốc
làm phồng tiên mao rồi sau đó nhuộm bằng
carbolfuchsin
21
- Quan sát vi sinh vật trên tiêu bản cố định và nhuộm màu: Phương
pháp nhuộm Gram và Ziehl - Nielsen cho phép nhận biết 2 nhóm vi khuẩn
Gram dương va Gram âm, hình dạng của bào tử, các vật thể ẩn nhập như
hạt dự trữ polyphosphate (hạt dị nhiễm sắc, hạt volutin), các giọt mỡ,
glycogen… Những tiêu bản cố định này được quan sát ở bội giác lớn X 90
hoặc X 100 (bội giác dùng dầu, vật kính có vòng đen). Tham gia vào cơ
chế nhuộm màu có cấu trúc của thành tế bào và bản chất các hợp chất của
sinh chất khác nhau ở hai loại vi khuẩn. Để quan sát những cấu trúc siêu
hiển vi người ta dùng kính hiển vi điện tử TEM và SEM, có thể thấy được
những cấu tạo rất nhỏ với độ lớn vài nanometre. Những vi khuẩn Gram+
có mối liên hệ chủng loại phát sinh gần gũi nhau, ở đây người ta chia
thành hai nhóm phụ: nhóm có hàm lượng (G + X)% cao hơn 50% như các
Actinomycetales, Corynebacterium, Cellulomonas… và nhóm có (G +
X)% thấp hơn 50% như Clostridium, Bacillus, Staphylococcus,… Những
vi khuẩn Gram- có mối quan hệ chủng loại phát sinh cách xa nhau và ở
đây người ta phân ra rất nhiều nhóm phụ.
Bảng 2.2: Một số tính chất khác biệt giữa vi khuẩn Gram dương và
Gram âm
Tính chất Gram dương Gram âm
Phản ứng với hóa chất
nhuộm Gram
giữ màu tinh thể tím,
do đó tế bào có màu
tím hoặc tía
mất màu tím khi tẩy
rửa, nhuộm màu phụ
đỏ safranin hay
Fuchsin
Lớp peptidoglucan dày, nhiều lớp mỏng, chỉ có một lớp
Acid techoic có không có
Lớp phía ngoài thành không có có
Lớp lipopolysaccharide rất ít hoặc không có nhiều, hàm lượng cao
Hàm lượng lipid và
lipoprotein
thấp (vi khuẩn acid có
lớp lipid mỏng liên kết
với peptidoglucan)
cao (tạo thành lớp
ngoài thành)
Cấu trúc gốc tiên mao hai vòng ổ đĩa gốc bốn vòng ổ đĩa gốc
Tạo độc tố chủ yếu là ngoại độc
tố (exotoxins)
chủ yếu là nội độc tố
(endotoxins)
Chống chịu với tác nhân
vật lý
khả năng chống chịu
cao
khả năng chống chịu
thấp
Mẫn cảm với lysozyme rất mẫn cảm, dễ bị tan
với enzyme này
ít mẫn cảm (cần phải
xử lý để phá lớp màng
ngoài của
peptidoglucan)
Mẫn cảm với Penicillin và
sulfonamide
cao thấp
22
Mẫn cảm với
Streptomycine,
Chloramphenicol,
Tetracycline
thấp cao
Kết hợp với thuốc nhuộm
kiềm
cao, chặt chẽ thấp, lỏng lẻo
Mẫn cảm với các chất tẩy
anionic
cao thấp
Chống chịu với muối Natri cao thấp
Chống chịu với khô hạn cao thấp
1.2. Phương pháp tách ly các thành phần của tế bào
Khi cần nghiên cứu các thành phần riêng biệt của tế bào, người ta
phải tách ly các thành phần này nhờ siêu âm, enzyme làm tan thành, các
kháng sinh tác động vào thành, dùng áp suất thẩm thấu gây co nguyên
sinh, dùng sức ép cơ học, dùng siêu li tâm hoặc li tâm trong đường
gradient…
Nhờ các máy đo quang phổ (Spectrophotometer) chúng ta biết rõ
ràng và nhanh chóng số lượng tế bào trong dịch huyền phù.
Nhờ phương pháp sắc ký giấy hoặc sắc ký cột chúng ta có thể thu
được các hợp chất riêng biệt.
2. Hình dạng vi khuẩn và vi khuẩn cổ
Hình dạng vi khuẩn khác nhau giữa loài này và loài khác, đối với
những vi khuẩn đa hình (polymorphysme) thì hình dạng có thể khác nhau
trong các giai đoạn sống khác nhau của chu kỳ sinh trưởng. Những hình
dạng chính của vi khuẩn:
- Cầu khuẩn (Coccus): Khi phân chia theo một phương và dính nhau
ta có song cầu khuẩn (Diplococcus), hoặc liên cầu khuẩn (Streptococcus),
phân chia hai phương và dính với nhau ta có tứ cầu khuẩn (Tetracoccus),
phân chia 3 phương và dính nhau ta có bát cầu khuẩn (Sarcina) hoặc phân
chia theo nhiều phương ta có tụ cầu khuẩn (Staphylococcus).
- Trực khuẩn: bao gồm trực khuẩn không sinh bào tử (như E.coli…)
và trực khuẩn sinh bào tử như Bacillus, Clostridium với kích thước
khoảng 2-3 x 1μm.
- Xoắn khuẩn: Spirillum, Campylobacter, xoắn thể với các vòng
khác nhau: Spirochaeta, Leptospira với kích thước 1 x 5-500μm.
- Xạ khuẩn: gồm những vi khuẩn thuộc bộ Actinomycetales trong đó
có các giống quan trọng như Streptomyces, Micromonospora…, có kích
thước 1-2 x 100-500μm.
23
Hình 2.1: Các nhóm hình thái chính của vi khuẩn
- Vi sinh vật hình sao như giống Stella và vi sinh vật hình vuông như
giống Haloarcula, một loại "vi khuẩn" ưa mặn thuộc vi sinh vật cổ.