(TIỂU LUẬN) bài tập lớn môn cơ sở VI SINH đề tài PHẨY KHUẨN tả VIBRIO CHOLERAETỔNG QUAN về BỆNH tả

Xuất phát từ thực tiễn tính nghiêm trọng của căn bệnh này, nhóm 11 thực hiện đề tài “Tổng quan về phẩy khuẩn tả Vibrio cholerae & bệnh tả” với mục đích vẽ nên bức tranh sơ bộ về các đ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH 

BÀI TẬP LỚN MÔN CƠ SỞ VI SINH

ĐỀ TÀI:

PHẨY KHUẨN TẢ VIBRIO

CHOLERAE-TỔNG QUAN VỀ BỆNH TẢ

Giảng viên hướng dẫn: Phạm Thúy Hương

Nhóm 11- L01_HK211:

Cao Nguyễn Thúy Vy – 1916012

Lê Thành Nhân - 19

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021

MỞ ĐẦU

Với đặc điểm vị trí địa lí “nằm hoàn toàn trong vòng đai nhiệt đới của nửa cầu Bắc, thiên về phía chí tuyến hơn là phía xích đạo”, khí hậu Việt Nam có những đặc trưng rõ rệt của một nền khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm Điều này mang lại cho Việt Nam những ưu thế trong ngành trồng trọt nhằm đem lại những nguồn lợi cho việc phát triển kinh tế, nhưng tồn tại bên cạnh đó là những nguy cơ tiềm tàng bởi đây cũng là môi trường hết sức thuận lợi cho sự phát triển của các loài

vi sinh vật Với đặc tính khó kiểm soát do tình trạng biến đổi khí hậu, thay đổi môi trường diễn ra thường xuyên, tình trạng kháng thuốc, hóa chất, thậm chí một số bệnh chưa có phương pháp điều trị, phòng ngừa đặc hiệu, bệnh truyền nhiễm luôn là vấn đề

y tế công cộng cần được quan tâm và là một thách thức vô cùng lớn đối với hệ thống y

tế Việt Nam Lần đầu tiên xuất hiện ở Việt Nam vào năm 1850 với 2 triệu trường hợp

bệnh được ghi nhận, bệnh tả (Cholera) - loại bệnh nhiễm trùng đường ruột do vi khuẩn Vibrio cholerae gây ra vẫn được xem là mối hiểm họa đáng gờm và được ghi

nhận là bệnh có tỷ lệ mắc cao ở nhiều nước trên thế giới Trước đó, b ệnh tả được cho

là đã xuất hiện cách đây hàng thế kỷ tại lục địa Ấn Độ Dương trong các tư liệu của Hippocrates Năm 1817, bệnh xuất hiện tại Châu Âu và Mỹ Tính đến đầu thế kỷ 20, thế giới đã trải qua 6 vụ đại dịch tả Năm 1961, “làn sóng bệnh tả” thứ bảy bùng nổ và

có phạm vi lây bệnh rộng hơn cũng như thời gian kéo dài lâu nhất Xuất phát từ thực

tiễn tính nghiêm trọng của căn bệnh này, nhóm 11 thực hiện đề tài “Tổng quan về

phẩy khuẩn tả Vibrio cholerae & bệnh tả” với mục đích vẽ nên bức tranh sơ bộ về

các đặc tính của vi khuẩn gây bệnh - Vibrio cholerae, nắm được đặc điểm cấu tạo và

sinh hóa của nguyên nhân gây bệnh là nền tảng vững chắc để từ đó phát triển những loại vacxin phòng ngừa và đưa ra các biện pháp phòng ngừa bệnh một cách chủ động

và hiệu quả hơn trong cộng đồng.

NỘI DUNG

A Phẩy khuẩn tả

1 Lịch sử phát hiện

Ở thành phố London nước Anh vào những năm 1850, một bác sĩ tên John Snow (1813 - 1858) đã có những phát hiện đầu tiên trên con đường tìm kiếm nguyên nhân nguồn lây bệnh Ông phủ nhận lý thuyết “miasma” (không khí bẩn) - bệnh tả được gây ra bởi một loại khí độc nào đó xuất phát từ cống rãnh, đầm lầy, đống rác, nghĩa trang và kiên trì với quan điểm của mình “bệnh có thể phát sinh

từ các vi sinh vật vô hình”.Tuy nhiên vào thời điểm đó, Giả thuyết vi khuẩn xem là phi chính thống , bởi chẳng ai biết “sinh vật vô hình” đó là gì, chẳng ai biết làm sao chứng minh sinh vật đó hiện hữu, nên chẳng ai dám tin đó là giả thuyết đúng

Cùng thời điểm đó ở Italia, Filipo Pacini (1812 - 1883), giáo sư bệnh

lý học và một người tiên phong trong tìm hiểu thế giới những sinh vật tí hon bằng kính hiển vi tự chế Pacini nghiên cứu nội tạng của bốn bệnh nhân chết vì dịch tả và nhận thấy thành ruột của mỗi bệnh nhân rất bất thường và khi quan sát kĩ thì thấy trong mô có rất nhiều chấm nhỏ hình dạng như nòng nọc Pacini nhận định rằng dịch tả là do những cái chấm nhỏ này Tuy nhiên, cộng đồng khoa học bấy giờ không đánh giá đúng giá trị nghiên cứu của Pacini, và những khám phá của ông rơi vào quên lãng, hầu như bị bỏ qua trong 3 thập kỷ sau đó

Pacici đã phát hiện ra “mầm bệnh”, nhưng phải chờ đến khi bác sĩ người Đức Robert Koch (1843 - 1910) tự phát hiện ra phẩy khuẩn vào năm1883 khi phân lập các vi khuẩn khỏi những người bị nhiễm bệnh

trong các trận dịch ở Ai Cập thì lý thuyết mầm bệnh mới được công

nhận và trở nên phổ biến

2.Phân loại

2.1. Phân loại khoa học Giới (regnum): Bacteria Ngành (phylum):

Proteobacteria Lớp (class): Gamma proteobacteria Bộ (ordo): Vibrionales

Họ (familia): Vibrionaceae

Chi (genus): Vibrio

Loài (species): Vibrio cholerae

2.2 Phân loại theo các nhóm huyết thanh

Vibrio cholerae, là vi khuẩn Gram âm, được phân loại căn cứ trên

kháng nguyên O ở phần thân và các type huyết thanh (serovars) hoặc

nhóm huyết thanh (serogroup), đến nay người ta đã biết có ít nhất 200

serogroups

Trước năm 1992, nhóm O1 là nhóm huyết thanh (serotype) duy nhất gây

ra dịch Các chủng thuộc nhóm huyết thanh O1 được chia ra làm 2 type

sinh học (biotype), là type cổ điển và type El Tor dựa trên một số khác

biệt về kiểu hình, bao gồm tính nhạy cảm của chúng với polymyxin B và nhiễm thể thực khuẩn Mỗi type sinh học cổ điển hay El Tor có thể chia thành 3 nhóm nhỏ theo huyết thanh Ogawa, Inaba và Hikojima Mỗi

nhóm còn có thể chia thành nhóm nhỏ hơn dựa vào kháng nguyên A, B hay C Nhóm phụ Ogawa: mang somatic O antigen và đặc tính di truyền

A và C Nhóm phụ Inaba: mang somatic O antigen và đặc tính di truyền

A và B Nhóm phụ trung gian, không bền, giữa 2 nhóm Inaba và Ogawa

Nó được gọi là Hikojima: mang somatic O antigen và đặc tính di truyền

A, B, và C

Năm 1992, một nhóm huyết thanh khác, là nhóm O139 là nhóm huyết

thanh duy nhất khác nhóm O1 gây bệnh dịch tả, chỉ có 1 biotype Eltor và

không chia nhóm huyết thanh, được phát hiện qua 1 vụ dịch vào năm

1992 ở miền Nam Ấn Độ (còn gọi là chủng Bengal) Nhóm này gây bệnh

ở người lớn và thường là ở Ấn Độ chứ chưa xuất hiện ở Việt Nam

Còn lại những nhóm huyết thanh Vibrio cholerae khác gây bệnh dịch tả ở nghêu, sò, ốc, heo, gà, vịt và không ảnh hưởng đến sức khỏe con người được gộp chung lại thành nhóm Vibrio cholerae non-O1, non-O139

3.Đặc điểm hình dạng, cấu tạo

3.1 Đặc điểm hình dạng

Vibrio cholerae (còn gọi là Kommabaccillus) thuộc loại vi khuẩn hiếu khí Gram âm (khi nhuộm màu sẽ cho ra màu đỏ cam hoặc hồng), gây bệnh tả ở người

Vibrio cholerae là những trực khuẩn ngắn, mảnh, kích thước dài khoảng 1

- 3 „m và chiều ngang từ 0.3 - 0.6„m Mới phân lập từ bệnh phẩm, vi khuẩn hình cong như dấu phẩy Khi nuôi cấy kéo dài, hình dạng vi khuẩn trở nên thẳng hơn Chúng có 1 sợi lông dài (flagellum) ở một đầu giúp chúng di chuyển rất nhanh theo hình xoắn ốc loạng choạng với vận tốc bơi trung bình khoảng 75,4

„m / giây

3.2 Cấu tạo

Hình ảnh cấu tạo tế bào của phẩy khuẩn tả Vibrio cholerae

Thành tế bào (Cell wall) của vi khuẩn Vibrio cholerae, giống như của

nhiều vi khuẩn khác, bao gồm một lớp peptidoglycan có các liên kết nối peptide Các chuỗi glycan, tạo nên lớp peptidoglycan, bao quanh thân tế bào theo chiều rộng (xung quanh thân tế bào giống như một sợi dây điện thoại) Thành tế bào thường cứng, nằm ngoài lớp màng nguyên sinh chất (plasma membrane): giúp định hình dạng và bảo vệ tế bào không bị phân hủy bởi áp suất thẩm thấu (omosis lysis) Vì thuộc nhóm vi khuẩn Gram

âm với lớp peptidoglycan chỉ dày từ 2-7 nm + 7-8 nm màng ngoài (outer membrane) so với lớp peptidoglycan 20-80nm của vi khuẩn Gram dương

nên Vibrio cholerae có khả năng bảo vệ kém Bên ngoài thành tế bào là

lớp bao nhầy (Capsule) giúp tế bào được bảo vệ khỏi bị thực bào và giúp dính vào các giá thể Màng plasma (Plasma membrane) là màng

thấm chọn lọc, màng cơ học của tế bào, vận chuyển chất dinh dưỡng và chất thải bỏ, nơi xảy ra các quá trình trao đổi chất như hô hấp, quang hợp Không giống như hầu hết các loài cầu khuẩn và trực khuẩn, các loài

Vibrio có tính di động cao và sử dụng khuẩn mao (Flagellum) để di

chuyển từ vị trí này sang vị trí khác Vì vậy, các thành viên của nhóm này thường được tìm thấy trong môi trường nước và chính cấu trúc này đặc

biệt quan trọng vì nó cho phép chúng bơi lội tự do Tiêm mao (Pili): là

những phụ bộ hình sợi, mềm mại hơn lông, mảnh hơn nhiều và có xu hướng thẳng với đường kính 2-3 nm và dài từ 0,3-1nm, tìm thấy từ một đến hằng trăm ở mặt ngoài vi khuẩn, bản chất protein Pili xuất phát ở trong màng plasma và xuyên qua thành tế bào Pili F có nhiệm vụ trong

sự tiếp hợp Những pili khác giúp cho vi khuẩn bám vào niêm mạc hoặc

bề mặt khác của tế bào Khác với các tế bào nhân thực, vi khuẩn Vibrio cholerae với tế bào nhân nguyên sơ không có các màng bao từng cơ quan

riêng biệt Tế bào chất (Cytoplasm) là toàn bộ vật chất nằm giữa màng

plasma và thể nhân Thành phần chủ yếu của tế bào chất là nước (chiếm 70%) Các protein nằm ở những vị trí đặc biệt như các cực và những nơi

tế bào phân chia Ribosome : được chứa trong tế bào chất Ribosome có

cấu trúc phức tạp cấu thành từ protein và ribonucleic acid (RNA) Là nơi tổng hợp protein, ribosome tế bào chất tổng hợp nên các loại protein giữ lại trong tế bào, ribosome màng tế bào tổng hợp protein xuất ra ngoài Các mạch polypeptide mới hình thành cuộn lại thành cấu trúc cuối cùng khi chúng được tổng hợp tại ribosome Hình dạng của mỗi loại protein

được xác định nhờ trình tự amino acid Plasmids: dạng vòng tồn tại độc

lập và sao chép độc lập hoặc kết hợp cùng bộ nhiễm sắc thể Thường chuyển cho thế hệ vi khuẩn phân chia hoặc cho các nhóm khác Plasmids không thường dính vào màng tế bào, nên có thể chỉ chuyển cho một tế bào khi phân chia Plasmids không cần thiết cho quá trình phát triển và phân chia tế bào, tuy nhiên chúng mang những gene lựa chọn Gene trong plasmids có thể giúp vi khuẩn có tính kháng thuốc, làm cho chúng có tính độc Do plasmid thường chuyển được giữa các vi khuẩn nên các tính

chất như kháng thuốc có thể lan truyền trong quần thể Thể nhân

(Nucleoid): Chứa vật liệu di truyền ( DNA hoặc RNA quy định đặc điểm

của vi khuẩn) Vibrio cholerae có DNA dạng vòng

4.Đặc điểm nuôi cấy và khả năng đề kháng

4.1.Đặc điểm nuôi cấy

Vi khuẩn tả được nuôi cấy dễ dàng trong môi trường bình thường ở phòng thí nghiệm, không đòi hỏi yếu tố tăng trưởng đặc biệt, Vibrio cholerae phát triển mà không cần muối, khác với hầu hết các vi khuẩn Vibrio khác đều ưa muối nhưng với nồng độ 3% NaCl giúp kích thích tăng trưởng tốt hơn Ưa môi trường kiềm pH 8 - 9,5, sống ở nhiệt độ 16 –

42oC, nhiệt độ tối ưu 37oC Phát triển trên nhiều loại môi trường đơn giản

bao gồm: MacConkey's agar; TCBS (Thiosulfate Citrate Bile salt

Sucrose) agar, thuộc loại vi khuẩn hiếu khí

Hình ảnh nuôi cấy Vibrio cholerae trên môi trường TCBS

(Thiosulfate Citrate Bile salt Sucrose) agar

4.2.Khả năng đề kháng

Thường trong môi trường ẩm và lạnh, vi khuẩn sống được lâu hơn

(2-3 tuần) Trong nước thải tồn tại được 14 ngày, nước biển là 6 ngày, nước hồ là 5 ngày, 4-7 ngày trên rau trái tươi,

Vibrio cholerae chết nhanh trong môi trường acid (Ở trong dạ dày, Vibrio cholerae chết rất nhanh bởi dịch mật, HNO2 của dạ dày), dễ bị diệt bởi các chất tẩy uế hoặc hóa chất cloramin B 10% , đặc biệt nhạy cảm với điều kiện khô hanh, nhiệt độ quá cao, phẩy khuẩn tả chỉ tồn tại 10 phút ở

55oC Vi khuẩn tả có thể đột biến từ chủng không gây dịch thành chủng gây dịch và kháng thuốc với nhiều loại kháng sinh Vibrio cholerae nhạy cảm với Streptomycin, cloromycetin, aureomycin và tetramycin

5 Cấu tạo kháng nguyên + Enzyme

5.1 Kháng nguyên

Vi khuẩn tả có 2 loại kháng nguyên chính: kháng nguyên H (từ cái đuôi: flagellar H antigen) và kháng nguyên O từ thân vi khuẩn (somatic O antigen) Không tồn tại kháng nguyên vỏ (kháng nguyên K) vì cấu tạo của phẩy khuẩn tả không có vỏ Kháng nguyên lông (kháng nguyên H): là loại kháng nguyên chung cho tất cả các nhóm phẩy khuẩn tả, dễ bị phân hủy bởi nhiệt, không đặc hiệu Kháng nguyên thân (kháng nguyên O): đặc hiệu loài và type, bản chất lipopolysaccharide, bền với nhiệt

5.2 Enzyme

Phẩy khuẩn tả có 3 loại enzyme: thứ nhất là Mucinase có tác dụng làm tróc vảy các tế bào biểu mô ở ruột, bộc lộ lên thụ thể ganglioside GM1 để khởi phát quá trình gây tiêu chảy Thứ 2 là enzym Neuraminidase giúp làm tăng số lượng thụ thể Số lượng thụ thể tăng lên dẫn đến số độc tố ruột nó có thể chui vào cũng tăng lên Dĩ nhiên rằng nhiều độc tố ruột gây triệu chứng nặng nề hơn so với 1 Điều này là có lợi cho phẩy khuẩn

tả nhưng có hại cho bản thân con người Thứ 3 là Hemolysin không có vai trò gì trong cơ chế gây tiêu chảy ở tả nhưng có tính gây độc tế bào, gây độc trên tim thú thực nghiệm và gây chết

6.Cách thức sinh trưởng

Vibrio cholerae có sự trao đổi chất dựa trên quá trình lên men glucose, sucrose, mannose Ở trạng thái tự do, chúng thu được thức ăn dưới dạng carbon và nitơ từ nhiều nguồn hữu cơ khác nhau

Một trong số này là chitin. Chitin, một polyme không hòa tan dồi dào được tìm thấy trong bộ xương ngoài của động vật phù du và các loài giáp xác biển khác, cung cấp một nguồn cacbon và nitơ đáng kể cho Vibrio cholerae trong môi trường nước Được cấu tạo từ các gốc N-acetylglucosamine (GlcNAc) liên kết β-1,4, chitin không chỉ đóng vai trò

là nguồn dinh dưỡng mà còn hoạt động như một phân tử tín hiệu, chất nền cho sự phát triển của màng sinh học và một phương thức phổ biến cho Vibrio cholerae Vibrio cholerae sử dụng hóa chất điều hòa để bơi về phía các tiểu đơn vị chitin, sau đó gắn vào chitin thông qua cơ chế liên quan đến tiêm mao MSHA và protein liên kết chitin GbpA Để đáp ứng với việc gắn chitin, Vibrio cholerae bắt đầu phản ứng dị hóa chitin, cho phép tế bào phân hủy và dị hóa dư lượng chitin, đồng thời tạo ra năng lực

tự nhiên, cho phép tế bào thu nhận vật liệu di truyền mới Sử dụng chitin làm giảm bớt tình trạng đói do thiếu chất dinh dưỡng trong cột nước, thúc đẩy sự hình thành màng sinh học và khởi đầu năng lực tự nhiên của V cholerae Ngoài ra, các thành phần của hệ thống này có thể đóng vai trò trong việc tồn tại và sinh bệnh trong quá trình nhiễm trùng Sự tương đồng giữa chitin và các chất nhầy trong ruột cho phép protein liên kết N-acetylglucosamine (GbpA) hỗ trợ cả việc gắn vào chitin và trong quá trình sinh sống ở ruột của vật chủ

Ngoài việc sử dụng chitin, Vibrio cholerae còn đối phó với giới hạn

carbon trong môi trường bằng cách sử dụng các nguồn dự trữ glycogen

nội bào được tổng hợp và tích lũy khi nguồn carbon có nhiều Glycogen,

một polysaccharide được tạo thành từ các monome glucoza với các liên kết α- 1,4 và các nhánh α-1,6, đóng vai trò như một dạng dự trữ năng lượng phổ biến cho nhiều sinh vật Sự tích tụ glycogen của V cholerae được điều chỉnh bởi sự sẵn có của nitơ và carbon Khi thừa nitơ, glycogen

liên tục được tổng hợp và phân hủy ở mức cơ bản Khi nitơ bị giới hạn, các enzym tham gia vào quá trình tổng hợp glycogen được điều chỉnh và

sự tích tụ glycogen trong tế bào được kích thích Lưu trữ và sử dụng glycogen thúc đẩy sự phổ biến Vibrio cholerae và sự tồn tại trong môi trường theo nhiều cách Người ta biết rằng các tế bào Vibrio cholerae trong phân nước gạo có chứa các hạt dự trữ glycogen, cho thấy rằng sinh vật dự trữ glycogen để chuẩn bị cho việc phân tán từ vật chủ giàu chất dinh dưỡng sang các môi trường nghèo dinh dưỡng như phân hoặc nước ao

Sự sẵn có của sắt - Sắt là một chất dinh dưỡng thiết yếu cần thiết cho

nhiều quá trình tế bào, bao gồm cả chuyển hóa năng lượng, nhưng nó bị hạn chế trong môi trường nước do khả năng hòa tan kém Để tồn tại trong môi trường hạn chế sắt, Vibrio cholerae đã phát triển nhiều cơ chế khác nhau để thu nhận sắt và đối phó với tình trạng đói sắt Như trường hợp của nhiều loài vi khuẩn khác, sự hấp thu sắt được kiểm soát bởi cơ quan điều hòa phụ thuộc sắt Fur, cơ quan này điều chỉnh sự biểu hiện của các gen liên quan đến việc hấp thụ, lưu trữ và chuyển hóa sắt để đáp ứng với mức sắt nội bào Khi nồng độ sắt cao, Fur tạo phức với sắt đen (Fur-Fe2 +) và ngăn chặn quá trình phiên mã của các gen mục tiêu bằng cách liên kết trực tiếp với các vùng được bảo tồn trong các chất xúc tiến của chúng được gọi là Hộp Fur Phức hợp Fur-Fe2 + ngăn chặn các gen hấp thụ sắt, bao gồm các gen mã hóa hệ thống vận chuyển Feo và Fbp, tạo điều kiện cho việc hấp thụ sắt đen và sắt tương ứng, đồng thời điều chỉnh các gen liên quan đến dự trữ sắt, chuyển hóa và bảo vệ chống oxy hóa (115– 117) Khi sắt bị hạn chế, Fur chưa hoàn chỉnh sẽ ức chế các gen mã hóa các protein chứa sắt không cần thiết và kích hoạt sự biểu hiện của các protein thay thế, chẳng hạn như superoxide dismutase chứa mangan (115) Không phụ thuộc vào nồng độ sắt, Fur dường như cũng đóng một vai trò trong độc lực bằng cách điều chỉnh các gen nằm trong đảo gây bệnh của V cholerae Mặc dù vai trò chính xác của Fur trong quá trình lây nhiễm vật chủ vẫn chưa được biết, nhưng một thể đột biến mất lông

đã làm giảm khả năng xâm chiếm quần thể so với loại hoang dã trong mô hình chuột sơ sinh (115)

Khi lượng sắt bị hạn chế, V cholerae sử dụng các hợp chất chelat hóa sắt nhỏ được gọi là tế bào phụ, giúp loại bỏ sắt với hiệu quả cực cao V cholerae tạo ra một bờ bên catechol duy nhất được gọi là vibriobactin từ dihydroxybenzoate, threonine và norspermidine Sau khi được giải phóng khỏi vibriobactin, sắt có thể được sử dụng trong các quá trình tế bào khácnhau Việc mất khả năng tổng hợp vibriobactin không ảnh hưởng đến độc lực của Vibrio cholerae ở chuột con, cho thấy rằng việc sử dụng siderophore này không phải là cơ chế thu nhận sắt quan trọng ở vật chủ