Thông tin tài liệu
Phần VI SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VI KHUẨN MỤC TIÊU HỌC TẬP Trình bày đặc điểm hình thể kích thước vi khuẩn Mơ tả thành phần cấu trúc tế bào vi khuẩn Trình bày chuyển hóa, hơ hấp, sinh sản phát triển vi khuẩn HÌNH THỂ VÀ KÍCH THƯỚC VI KHUẨN Mỗi loại vi khuẩn có hình dạng kích thước định, vách tế bào vi khuẩn định Kích thước vi khuẩn đo micromet (µm), loại vi khuẩn khác có kích thước khác Về hình thể, vi khuẩn chia làm loại cầu khuẩn, trực khuẩn xoắn khuẩn 1.1 Cầu khuẩn Cầu khuẩn (cocci) vi khuẩn có dạng hình cầu hình bầu dục, hình nến Đường kính trung bình vi khuẩn khoảng 1µm Các cầu khuẩn chia thành dạng song cầu, liên cầu, tứ cầu hay tụ cầu dựa vào cách xếp tế bào vi khuẩn 1.2 Trực khuẩn Trực khuẩn (bacilli) vi khuẩn hình que có đầu trịn vng, kích thước trung bình 2-5 x 1µm Các trực khuẩn xếp dạng đơn, dạng đôi, dạng chuỗi dạng đám 1.3 Xoắn khuẩn Xoắn khuẩn (spirochaet) vi khuẩn có hình sợi, lượn sóng, dài tới 30µm Hình 1.1 Hình dạng vi khuẩn Ngồi dạng điển hình nêu trên, vi khuẩn cịn có hình dạng khác trực cầu khuẩn (vi khuẩn dịch hạch), phẩy khuẩn (phẩy khuẩn tả) CẤU TRÚC CỦA VI KHUẨN 2.1 Nhân (nucleid) Vi khuẩn thuộc loại nhân điển hình, khơng có màng nhân, gọi procaryote Nhiễm sắc thể quan chứa thông tin di truyền vi khuẩn, phân tử ADN vịng khép kín, dài khoảng 1mm (gấp 1000 lần chiều dài tế bào vi khuẩn đường tiêu hóa), có trọng lượng tỷ dalton, chứa khoảng 3000 gen, bao bọc protein kiềm, cuộn chặt nằm chất nguyên sinh Lớp protein không tồn vách tế bào vi khuẩn bị phá hủy chép theo kiểu bán bảo tồn phân bào Ngoài nhiễm sắc thể, số vi khuẩn cịn có cấu trúc chứa thơng tin di truyền ngồi nhiễm sắc thể gọi plasmid transposon Plasmid phân tử ADN mạch đơi dạng vịng nằm ngồi nhiễm sắc thể, có kích thước nhỏ, tự nhân lên bào tương tế bào vi khuẩn, di truyền qua hệ vi khuẩn truyền từ vi khuẩn sang vi khuẩn khác loài hay khác lồi Plasmid có liên quan đến số tính chất mà chúng tạo nên tế bào vi khuẩn, gồm nhiều loại Plasmid F: liên quan đến tượng tiếp hợp vi khuẩn, giúp cho vi khuẩn tiếp xúc trực tiếp với truyền vật liệu di truyền từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận Tế bào vi khuẩn có plasmid F gọi tế bào đực (F+) truyền vật liệu di truyền cho tế bào khác Tế bào vi khuẩn khơng có plasmid F gọi tế bào (F-), nhận plasmid F từ vi khuẩn đực truyền cho chúng lại trở thành tế bào đực (F+) Plasmid R: có liên quan đến đặc tính kháng thuốc vi khuẩn Transposom gọi gen “nhảy”, đoạn ADN chứa tới nhiều gen, với đầu tận chuỗi nucleotide lặp lại ngược chiều nahu, chuyển vị trí từ phân tử ADN sang phân tử ADN khác ví dụ di chuyển từ plasmid vào nhiễm sắc thể ngược lại, từ plasmid sang plasmid khác Hình 1.2 Cấu trúc vi khuẩn 2.2 Chất nguyên sinh (cytoplasm) Tế bào chất vi khuẩn có dạng gel, chứa 80% nước thành phần hòa tan protein, peptid, acid amin, vitamin, ARN, ribosom, muối khoáng (Ca, Na, P ) số nguyên tố khác Các protein chiếm 50% trọng lượng khô tế bào Khoảng 90% lượng vi khuẩn dùng để tổng hợp protein Các enzym nội bào tổng hợp đặc hiệu cho loại vi khuẩn Ribosom vi khuẩn gồm loại 50S 30S Mỗi loại cấu tạo thành phần protein ARN ribosom Khi tổng hợp protein, ribosom gắn với ARN thông tin gọi polyribosom Số lượng ribosom phụ thuộc vào mức độ tổng hợp protein vi khuẩn Ngồi thành phần hịa tan, chất ngun sinh cịn chứa thể vùi Đây khơng bào chứa lipid, glycogen Các thể vùi xem dạng dự trữ chất dinh dưỡng vi khuẩn Một số khơng bào chứa chất có tính đặc trưng cao với số loại vi khuẩn Khác với tế bào có nhân điển hình (eucaryote), chất ngun sinh tế bào vi khuẩn không chứa thành phần ty thể, lạp thể, lưới nội bào, quan phân bào 2.3 Màng nguyên sinh (cytoplasmic membrane) Màng nguyên sinh lớp màng mỏng bao quanh bào tương tế bào vi khuẩn, có cấu trúc tinh vi có tính chun giãn Màng nguyên sinh chứa 60% protein, 40% lipid, chủ yếu phospholipid giống màng nguyên sinh tế bào có nhân điển hình khơng có sterol Phospholipid tạo thành lớp đôi gắn protein có số protein xun màng Hình 1.3 Cấu tạo màng tế bào chất vi khuẩn Mạc thể (mesosomes) cấu trúc màng tế bào, tạo nên nếp gấp màng nguyên sinh, thường gặp vi khuẩn gram dương Mạc thể có chức phân chia tế bào có chức hơ hấp biến dưỡng tế bào Chức màng nguyên sinh: Hấp thụ đào thải chọn lọc chất nhờ chế khuếch tán thụ động vận chuyển chủ động Tổng hợp enzym ngoại bào Tổng hợp thành phần vách tế bào Là nơi tồn hệ thống enzym hơ hấp tế bào, thực q trình chuyển hóa lượng chủ yếu tế bào thay cho chức ty lạp thể Tham gia vào trình phân bào nhờ mạc thể 2.4 Vách tế bào (cell wall) Vách tế bào khung vững bao bên màng nguyên sinh, giữ cho vi khuẩn có hình dạng định Mọi vi khuẩn có vách ngoại trừ vi khuẩn Mycoplasma Vách cấu tạo đại phân tử glycopeptid (peptidoglycan, mucopeptid, murein), nối với tạo thành mạng lưới phức tạp Vách tế bào vi khuẩn gram dương gram âm có cấu trúc khác Vách vi khuẩn gram dương Vách tế bào vi khuẩn gram dương có cấu trúc đồng nhất, dày, gồm nhiều lớp peptidoglycan, chiếm tới 90% vật liệu cấu tạo vách, tạo thành mạng lưới khơng gian ba chiều Ngồi peptidoglycan cịn có thành phần phụ khác acid teichoic, acid teichuronic protein Tùy loài vi khuẩn, bên lớp peptidoglycan polysaccharid polypeptid Các lớp ngồi thường đóng vai trị kháng ngun thân đặc hiệu Vách vi khuẩn gram âm Vách tế bào vi khuẩn gram âm có lớp peptidoglycan nên mỏng vách vi khuẩn gram dương dễ bị phá vỡ lực học Bên ngồi lớp peptidoglycan cịn có màng ngồi Màng có mặt ngồi chứa lipopolysaccharid, mặt chứa phospholipid Mặt màng chứa protein lipoprotein gắn chặt với peptidoglycan Lipopolysaccharid nội độc tố vi khuẩn gram âm, định tính đặc hiệu kháng nguyên, lớp protein định tính miễn dịch lớp lipid định độc tính nội độc tố (a) (b) Hình 1.4 Sơ đồ minh họa cấu trúc vách vi khuẩn gram dương (a) gram âm (b) Mycobacteria có cấu trúc vách khác với vi khuẩn gram âm gram dương Ngồi peptidoglycan, vách vi khuẩn Mycobacteria cịn chứa lượng lớn lipid dạng acid béo chuỗi dài (mycolic acid), gắn vào lớp polysaccharid protein, tạo nên đặc tính kháng acid vi khuẩn Vách tế bào vi khuẩn giữ chức quan trọng: Giữ cho vi khuẩn có hình dạng định Giữ cho vi khuẩn không bị căng phồng tan vỡ áp lực thẩm thấu cao nguyên sinh chất Qui định tính chất nhuộm gram Vách vi khuẩn gram âm chứa nội độc tố, định độc lực khả gây bệnh vi khuẩn Quyết định tính chất kháng nguyên thân vi khuẩn Đây kháng nguyên quan trọng để xác định phân loại vi khuẩn Là đích tác động số kháng sinh lysozym Mang điểm tiếp nhận đặc hiệu cho thực khuẩn thể (bacteriophage) 2.5 Vỏ (capsul) Vỏ vi khuẩn (còn gọi nang) lớp nhầy lỏng lẻo, nằm bên vách tế bào, bao quanh tế bào vi khuẩn có ranh giới rõ rệt Vỏ vi khuẩn có chất polysaccharid polypeptid tùy loại vi khuẩn, với thành phần đặc trưng cho chủng loài vi khuẩn yếu tố định độc tính quan trọng vi khuẩn gram âm gram dương Vỏ vi khuẩn có chức giúp vi khuẩn thoát khỏi tượng thực bào giúp vi khuẩn bám dính vào tế bào ký chủ 2.6 Lơng (flagella) Lơng (cịn gọi chiên mao) sợi dài, có dạng xoắn, mọc mặt ngồi vi khuẩn, thành phần chủ yếu lơng protein flagellin, có tác dụng giúp cho vi khuẩn di chuyển môi trường lỏng Tùy loại vi khuẩn có hay nhiều lơng bao quanh thân Tính chất kháng ngun lơng dùng để định danh số dịng vi khuẩn Hình 1.5 Các vị trí khác lơng tế bào vi khuẩn 2.7 Pili Hình 1.6 Các vị trí khác pili tế bào vi khuẩn Pili sợi lông ngắn, mảnh, phủ bề mặt nhiều loài vi khuẩn gram âm số vi khuẩn gram dương Pili tạo thành từ protein gọi pillin Pili yếu tố độc lực vi khuẩn, giúp vi khuẩn bám dính bề mặt tế bào ký chủ Ngoài pili chung với đặc tính chức nêu trên, vi khuẩn cịn có pili giới tính hay cịn gọi pili F (fertility) Pili giới tính có vi khuẩn đực (vi khuẩn F+ ) , dùng để vận chuyển chất liệu di truyền sang vi khuẩn (vi khuẩn F-) Mỗi vi khuẩn đực có pili giới tính 2.8 Nha bào (spore) Nhiều loại vi khuẩn có khả tạo nha bào điều kiện sống không thuận lợi Mỗi vi khuẩn tạo nha bào Nha bào tồn điều kiện bất lợi mơi trường sống sót qua sấy khô, chất tẩy uế nước đun sôi vài Khi điều kiện sống thuận lợi, nha bào nảy mầm để chuyển vi khuẩn trở lại dạng sinh dưỡng Nha bào có hình trịn hình bầu dục Cấu trúc nha bào gồm ADN thành phần khác nguyên sinh chất với nước gọi thể bao bọc màng nha bào tương ứng với màng nguyên sinh chất tế bào vi khuẩn dạng sinh dưỡng Bên màng nha bào lớp vách nha bào Bên lớp vách lớp vỏ dày, không bắt màu thuốc nhuộm Ngoài lớp áo Các thành phần cấu trúc vi khuẩn bao gồm nhân, chất nguyên sinh, màng nguyên sinh vách Các thành phần có tất loại vi khuẩn (trừ Mycoplasma khơng có vách) Các thành phần cấu trúc phụ gồm có lơng, pili, vỏ nha bào, diện tùy theo loại vi khuẩn Hình 1.7 Cấu trúc nha bào SINH LÝ VI KHUẨN 3.1 Dinh dưỡng vi khuẩn 3.1.1 Nhu cầu dinh dưỡng vi khuẩn Vì vi khuẩn sinh sản phát triển nhanh nên chúng cần lượng lớn chất dinh dưỡng để tạo lượng cho trình tổng hợp Con người cần lượng thức ăn 1% trọng lượng thể vi khuẩn cần lượng thức ăn trọng lượng tế bào vi khuẩn Các chất dinh dưỡng cho vi khuẩn bao gồm nitơ hóa hợp (acid amin muối amoni), carbon hóa hợp, nước muối khoáng dạng ion PO4H-, Cl-, SO-, K+, Ca++, Na+ số ion kim loại nồng độ thấp (Mn++, Fe++, ), vitamin Ngoài ra, điều kiện nhiệt độ, pH, khí trường ảnh hưởng lên phát triển vi khuẩn Vi khuẩn sinh vật đơn bào, khơng có máy tiêu hóa Q trình dinh dưỡng vi khuẩn nhờ hấp thu đào thải chất qua màng nguyên sinh Vi khuẩn có số enzym ngoại bào có tác dụng phân cắt đại phân tử hữu thành phân tử nhỏ để dễ dàng vận chuyển qua màng Dựa vào hợp chất vi khuẩn sử dụng làm nguồn carbon, vi khuẩn chia thành hai nhóm: Vi khuẩn tự dưỡng: dùng carbon vô từ carbon dioxide nitrogen từ amonia, nitrites nitrates Nhóm vi khuẩn có vai trị gây bệnh Vi khuẩn dị dưỡng: dùng hợp chất hữu nguồn carbon chủ yếu, thường gặp nhóm vi khuẩn gây bệnh 3.2.3 Điều kiện khí trường Hơ hấp q trình trao đổi chất, tạo lượng cần thiết để tổng hợp nên chất tế bào Oxy yếu tố xác định kiểu hô hấp vi khuẩn Dựa vào nhu cầu sử dụng oxy, chia vi khuẩn thành nhóm: 3.2.3.1 Vi khuẩn hơ hấp hiếu khí tuyệt đối Hơ hấp hiếu khí cịn gọi q trình oxy hóa Nhiều loại vi khuẩn dùng oxy khí trời để oxy hóa lại coenzym khử Các vi khuẩn hiếu khí có chuỗi cytocrom cytocrom oxidase giúp phân giải oxy sử dụng vật chất oxy hóa 3.2.3.2 Vi khuẩn hơ hấp kỵ khí tuyệt đối Hơ hấp kỵ khí cịn gọi q trình lên men Một số vi khuẩn khơng thể sử dụng oxy tự làm chất nhận điện tử cuối khơng thể phát triển phát triển mơi trường có oxy oxy độc chúng Những vi khuẩn gọi vi khuẩn kỵ khí tuyệt đối, chúng khơng có cytocrom oxidase khơng có toàn hay phần chuỗi cytocrom 3.2.3.3 Vi khuẩn hơ hấp hiếu khí kỵ khí tùy nghi Một số vi khuẩn hiếu khí sử dụng chất nhận điện tử cuối oxy mà ion Những vi khuẩn phát triển khí trường có khơng có oxy 3.2.3.4 Vi khuẩn hơ hấp vi hiếu khí Các vi khuẩn thuộc nhóm phát triển tốt có nồng độ oxy thấp Ví dụ vi khuẩn Helicobacter pylori 3.2.4 Điều kiện nhiệt độ Đa số vi khuẩn phát triển tốt nhiệt độ 370C Một số vi khuẩn thích hợp với nhiệt độ cao thấp Ví dụ: vi khuẩn Campylobacter jejuni phát triển tối ưu 420C, vi khuẩn thực phẩm phát triển nhiệt độ thấp 3.2.5 Điều kiện pH Đa số vi khuẩn gây bệnh phát triển tốt pH kiềm nhẹ (pH 7,2 -7,6) Một số vi khuẩn khác thích hợp với pH acid Lactobacillus acidophilus sống âm đạo phụ nữ thích hợp với pH 4, vi khuẩn Vibrio cholerae gây bệnh tả thích hợp với pH 8,5 3.2 Chuyển hóa vi khuẩn Vi khuẩn nhỏ bé sinh sản phát triển nhanh chúng có hệ thống enzym phức tạp Mỗi loại vi khuẩn có hệ thống enzym riêng 3.3.1 Chuyển hóa đường Đường chất vừa cung cấp lượng vừa cung cấp nguyên liệu để cấu tạo tế bào vi khuẩn Chuyển hóa đường tn theo q trình phức tạp Có nhiều đường chuyển hóa glucose: đường tiêu glucose, đường lên men, đường pentose, đường gluconat đường theo chu trình Krebs Mỗi loại vi khuẩn sử dụng đường chuyển hóa đường khác 3.3.2 Chuyển hóa chất đạm Các chất đạm vi khuẩn chuyển hóa theo trình phức tạp từ albumin đến acid amin Albumin → protein → pepton → polypeptid → acid amin 3.3.3 Các chất vi khuẩn tạo thành Ngoài sản phẩm chuyển hóa q trình đồng hóa nói chất thành phần thân vi khuẩn, cịn có số chất vi khuẩn tổng hợp thành: Độc tố: phần lớn vi khuẩn gây bệnh có khả tổng hợp độc tố Có hai loại độc tố nội độc tố ngoại độc tố Kháng sinh: số vi khuẩn tổng hợp chất kháng sinh có tác dụng ức chế tiêu diệt vi khuẩn khác loại Chất gây sốt: số vi khuẩn có khả sản sinh chất hòa tan nước, tiêm cho người hay súc vật gây nên phản ứng sốt gọi chất gây sốt Sắc tố: số vi khuẩn có khả sinh sắc tố màu vàng tụ cầu, màu xanh trực khuẩn mủ xanh Vitamin: số vi khuẩn (đặc biệt E coli) người động vật có khả tổng hợp vitamin (vitamin C, vitamin K, ) 3.3 Sự sinh sản vi khuẩn Vi khuẩn muốn phát triển cần phải có mơi trường điều kiện thích hợp Tính chất phát triển cho phép nghiên cứu quần thể vi khuẩn vi khuẩn riêng lẻ 3.3.1 Sự phát triển vi khuẩn môi trường lỏng Trong môi trường lỏng vi khuẩn làm đục mơi trường, lắng cặn tạo thành váng Sự phát triển vi khuẩn mơi trường lỏng biểu diễn theo giai đoạn sau: Giai đoạn thích ứng: kéo dài khoảng giờ, số lượng vi khuẩn không thay đổi, vi khuẩn chuyển hóa mạnh chuẩn bị cho phân bào Giai đoạn tăng theo hàm số mũ: kéo dài khoảng 10 giờ, số lượng vi khuẩn tăng theo mức lũy thừa, chuyển hóa vi khuẩn mức lớn Cuối giai đoạn chất dinh dưỡng giảm xuống, chất độc đào thải vi khuẩn tăng lên nên tốc độ sinh sản vi khuẩn giảm dần Giai đoạn dừng tối đa: kéo dài từ 3-4 Sự sinh sản vi khuẩn chậm lại, già nua chết vi khuẩn tăng lên, mức độ phân chia tế bào tương đương với mức độ chết, tổng số vi khuẩn sống không tăng Giai đoạn suy tàn: mức độ sinh sản vi khuẩn chậm mức độ chết, số lượng vi khuẩn sống giảm xuống Hình 1.8 Các giai đoạn tăng trưởng vi khuẩn môi trường nuôi cấy 10 3.3.2 Sự phát triển vi khuẩn mơi trường đặc Thành phần hóa học mơi trường đặc giống môi trường lỏng, khác thành phần chất thạch (agar) để làm môi trường đặc lại Nếu ria cấy vi khuẩn môi trường đặc để vi khuẩn đủ cách xa vi khuẩn kia, vi khuẩn hình thành khuẩn lạc riêng rẽ Mỗi khuẩn lạc clon khiết, gồm tế bào vi khuẩn từ tế bào mẹ sinh Các loại vi khuẩn khác có khuẩn lạc khác kích thước, độ đục hình dạng Có ba dạng khuẩn lạc chính: Dạng S: khuẩn lạc xám nhạt trong, bờ đều, mặt lồi, bóng Dạng M: khuẩn lạc đục, trịn, lồi khuẩn lạc S, quánh dính Dạng R: khuẩn lạc thường dẹt, bờ nhăn nheo, bề mặt xù xì, khơ 3.4 Sinh sản vi khuẩn Vi khuẩn sinh sản theo kiểu trực phân, từ tế bào mẹ tách thành hai tế bào Sự phân chia nhiễm sắc thể vi khuẩn, sau màng sinh chất vách tiến sâu vào, phân chia tế bào làm hai phần, hình thành hai tế bào Thời gian phân bào vi khuẩn gọi thời gian hệ, thường 20 phút đến 30 phút cho hệ, riêng vi khuẩn lao khoảng 20 DANH PHÁP VI KHUẨN Tên vi khuẩn đặt theo hệ thống tên kép giống loài, viết hoa tên giống, sau tên lồi khơng viết hoa Có thể viết tắt tên vi khuẩn với chữ đầu tên giống, dấu chấm tên lồi khơng viết hoa Tên vi khuẩn in nghiêng gạch Ví dụ : Escherichia coli hay E coli CÂU HỎI ÔN TẬP Chọn câu Câu Vi khuẩn KHÔNG có hình dạng sau đây? A Hình trịn B Hình que C Hình phẩy D Hình Câu Để phân biệt vi khuẩn gram âm hay gram dương người ta dựa vào cấu trúc sau vi khuẩn? A Nang B Vách C Màng tế bào D Nhân Câu Thành phần cấu trúc sau vi khuẩn có liên quan đến khả di động vi khuẩn? A Nang B Pili C Lông (chiên mao) D Nha bào Câu Kháng nguyên lơng cịn gọi kháng ngun sau đây? A Kháng nguyên pili B Kháng nguyên spore C Kháng nguyên K D Kháng nguyên H 11 Câu Vách tế bào vi khuẩn có đặc điểm sau đây? A Quyết định tính chất gây bệnh vi khuẩn B Có cấu trúc giống tất loại vi khuẩn C Bao bên vỏ vi khuẩn D Quyết định hình dạng vi khuẩn Câu Thành phần cấu trúc sau có loại vi khuẩn? A Nang B Pili C Màng nguyên sinh D Lông Câu Điều kiện sau KHƠNG liên quan đến ni cấy vi khuẩn? A Mơi trường đinh dưỡng B Ánh sáng C Khí trường D Nhiệt độ Câu Vi khuẩn KHƠNG có đặc điểm hơ hấp loại sau đây? A Hiếu khí B Kỵ khí C Hiếu khí, kỵ khí tùy nghi D Hiếu khí, vi hiếu khí tùy nghi Câu Chu kỳ sinh trưởng vi khuẩn môi trường lỏng có giai đoạn? A giai đoạn B giai đoạn C giai đoạn D giai đoạn 12 ... độ thấp (Mn+ +, Fe+ +, ), vitamin Ngồi ra, điều kiện nhiệt đ? ?, pH, khí trường ảnh hưởng lên phát triển vi khuẩn Vi khuẩn sinh vật đơn bào, khơng có máy tiêu hóa Q trình dinh dưỡng vi khuẩn nhờ hấp... trọng lượng tế bào vi khuẩn Các chất dinh dưỡng cho vi khuẩn bao gồm nitơ hóa hợp (acid amin muối amoni ), carbon hóa hợp, nước muối khoáng dạng ion PO4H -, Cl -, SO -, K +, Ca+ +, Na+ số ion kim loại... Hình dạng vi khuẩn Ngồi dạng điển hình nêu trên, vi khuẩn cịn có hình dạng khác trực cầu khuẩn (vi khuẩn dịch hạch ), phẩy khuẩn (phẩy khuẩn tả) CẤU TRÚC CỦA VI KHUẨN 2.1 Nhân (nucleid) Vi khuẩn thuộc
Ngày đăng: 13/03/2023, 22:20
Xem thêm:
