Vi sinh vật - Xạ khuẩn docx

Chúng có khuẩn lạc khô và đa số có dạng hình phóng xạ actino- nhưng khuẩn thể lại có dạng sợi phân nhánh như nấm myces.. Bào tử ở xạ khuẩn được sinh ra ở đầu một số khuẩn ty theo kiểu h

Xạ khuẩn

11- Phân loại xạ khuẩn

Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn đặc biệt Chúng có khuẩn lạc khô và đa số có

dạng hình phóng xạ (actino-) nhưng khuẩn thể lại có dạng sợi phân nhánh như nấm (myces) Vì xạ khuẩn có cấu trúc nhân nguyên thuỷ như mọi vi khuẩn khác,

chiều ngang của sợi cũng nhỏ như vi khuẩn, cho nên có tài liệu gọi chúng là nấm

tia là không hợp lý Xạ khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên Số lượng đơn vị sinh khuẩn lạc (CFU- colony-forming unit) xạ khuẩn trong 1g đất thường đạt tới

hàng triệu Trên môi trường đặc đa số xạ khuẩn có hai koại khuẩn ty: khuẩn ty khí sinh (aerial mycelium) và khuẩn ty cơ chất (substrate mycelium) Nhiều loại chỉ có

khuẩn ty cơ chất nhưng cũng có loại (như chi Sporichthya) lại chỉ có khuẩn ty khí

sinh Giữa khuẩn lạc thường thấy có nhiều bào tử màng mỏng gọi là bào tử trần (conidia hay conidiospores) Nếu bào tử nằm trong bào nang (sporangium) thì được gọi là nang bào tử hay bào tử kín (sporangiospores) Bào tử ở xạ khuẩn được sinh ra ở đầu một số khuẩn ty theo kiểu hình thành các vách ngăn (septa) Các

chuỗi bào tử trần có thể chỉ là 1 bào tử (như ở Thermoactinomyces,

Thermomonosspora ),có thể có 2 bào tử (như ở Microbispora), có thể là chuỗi

ngắn (như ở Nocardia, Pseudonocardia, Streptoverticillium, Sporichthya,

Actinomadura, Microtetraspora, Streptoalloteichus, Glycomyces, Amycolata, Amycolatopsis, Catellatospora, Microellobosporia ), có thể là chuỗi dài (như ở

Pseudonocardia, Amycolatopsis, Streptoverticillium ), có thể các bào tử trần nằm

Actinomadura ) Các chuỗi bào tử có thể thẳng, có thể xoắn, có thể ở dạng lượn

sóng, có thể mọc đơn hay mọc vòng Các cuống sinh bào tử (sporophore) và cuống sinh nang bào tử (sporangiophorres) có thể riêng rẽ, có thể phân nhánh Các đặc điểm hình thái này rất quan trọng khi tiến hành định tên xạ khuẩn

Xạ khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, thường có tỷ lệ GC trong ADN cao hơn 55% Trong số khoảng 1000 chi và 5000 loài sinh vật nhân sơ đã công bố có khoảng 100 chi và 1000 loài xạ khuẩn Xạ khuẩn phân bố chủ yếu trong đất và đóng vai trò rất quan trọng trong chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên Chúng sử dụng acid humic và các chất hữu cơ khó phân giải khác trong đất Mặc dù xạ khuẩn thuộc nhóm sinh vật nhân sơ nhưng chúng thường sinh trưởng dưới dạng sợi và thường tạo nhiều bào tử Thậm chí một số loại xạ khuẩn còn hình

thành túi bào tử như chi Streptosporangium, Micromonospora và bào tử di động như chi Actinoplanes, Kineosporia

Trước đây, vị trí phân loại của Xạ khuẩn luôn là câu hỏi gây nhiều tranh luận giữa các nhà Vi sinh vật học ,do nó có những đặc điểm vừa giống Vi khuẩn vừa giống Nấm Tuy nhiên, đến nay, Xạ khuẩn đã được chứng minh là Vi khuẩn với những bằng chứng sau đây:

1 Một số xạ khuẩn như các loài thuộc chi Actinomyces và Nocardia rất giống với các loài vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus và Corynebacterium

2 Xạ khuẩn giống vi khuẩn ở chỗ không có nhân thật, chúng chỉ chứa nhiễm sắc chất phân bố dọc theo các sợi hoặc các tế bào

3 Đường kính của sợi xạ khuẩn và bào tử giống với ở vi khuẩn Đồng thời sợi xạ khuẩn thường không chứa vách ngăn

trong khi đó, nấm không bị tấn công bởi thực khuẩn thể

5 Xạ khuẩn thường nhạy cảm với các kháng sinh có tác dụng lên vi khuẩn, nhưng lại thường kháng với những kháng sinh tác dụng lên nấm như các polyen

6 Xạ khuẩn không chứa chitin, chất có mặt trong sợi và bào tử của nhiều nấm, mà không có ở vi khuẩn Đồng thời giống như phần lớn vi khuẩn, xạ khuẩn không chứa cellulose

7 Tương tự với vi khuẩn, xạ khuẩn nhạy cảm với phản ứng acid của môi trường, đặc điểm này không có ở nấm

8 Các đặc điểm về sợi và nang bào tử kín(sporangium) của chi Actinoplanes

cho thấy có thể chi này là cầu nối giữa vi khuẩn và các nấm bậc thấp

Xạ khuẩn thuộc về lớp Actinobacteria, bộ Actinomycetales, bao gồm 10

dưới bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài Hiện nay, 478 loài đã được công bố thuộc

chi Streptomyces và hơn 500 loài thuộc tất cả các chi còn lại và được xếp vào

nhóm xạ khuẩn hiếm

Khuẩn lạc xạ khuẩn Khuẩn ty xạ khuẩn và bào tử

Chuỗi bào tử trên cuống sinh bào tử dạng xoắn

Bào tử xạ khuẩn

Sự hình thành hai loại khuẩn ty sau khi bào tử xạ khuẩn nẩy mầm

Sợi bào tử và chuỗi bào tử trần

Một số dạng bào tử ở xạ khuẩn (SV tự chú thích từng hình)

Một số dạng nang bào và nang bào tử ở xạ khuẩn

Một số dạng chuỗi bào tử ở xạ khuẩn (SV tự chú thích từng hình)

Đặc điểm của khuẩn ty khí sinh và khuẩn ty cơ chất được trình bày trong sơ đồ sau đây:

16S, lai ADN, hình thái, sinh lý sinh hóa và hóa phân loại Hiện nay, đại đa số các nhà khoa học đồng ý với quan niệm hai chủng được coi là hai loài riêng biệt nếu chúng giống nhau dưới 70% khi tiến hành lai ADN Keswani và cộng sự đã chứng minh rằng nếu sự tương đồng giữa hai trình tự rADN 16S là 98.6% thì xác suất để mức độ giống nhau trong phép lai ADN thấp hơn 70% sẽ là 99% Vì thế giá trị tương đồng 98.6% của trình tự rADN 16S được coi là ngưỡng để phân biệt hai loài khác nhau Tuy nhiên, cũng có nhiều nhà khoa học lấy giá trị này là 98%

Chúng rất có ích trong phân loại ở mức độ đến chi Đó là những đặc điểm sau: đường, loại acetyl, acid mycolic trong thành tế bào, menaquinone, phospholipid, acid béo và tỷ lệ GC trong ADN

1= Chi; 2=Loại thành tế bào ; 3=Thành phần đường ; 4=Loại peptido

glycan ; 5=Acid mycolic

6=Thành phần acid béo ; 7=Mena quinon chủ yếu ; 8=Loại phospho-lipid ; 9=Tỷ lệ mol GC trong ADN (%)

Kibdelosporangium III A - 3c 9(H4) PII 66

Kutzneria III C - 9(H4) PII

67-74

Microtetraspora III B A1γ - 3c 9(H0,2,4) PIV 66

Nonomuraea III B A1γ - 3c 9(H0,2,4) PIV

64-69

70-71

Actinocollaria III - 3e 9(H4,6) PII 73

Họ Frankiaceae và một số họ liên quan

Thermoactinomyces III - 7,9

53-55

Các số liệu trên được lấy từ sách Bergey’s manual systematic of

bacteriology và sách Identification manual of actinomycetes

Thành tế bào: Theo Lechevalier và Lechevalier, thành tế bào xạ khuẩn

được chia thành 8 loại dựa trên các đặc điểm về thành phần acid amin, đặc biệt là acid diaminopimelic, lysine và thành phần đường trong thành tế bào, cụ thể là

A2pm: Acid diamino pimelic có thể gồm các đồng phân quang học LL-

A2pm, DL- A2pm (meso- A2pm), DD- A2pm Ngoài ra còn có OH- A2pm khi có thêm nhóm OH gắn vào vị trí C thứ 4

Lys: Lysine

Orn: Ornitin

A2bu: acid diamino butyric

*Glycin nằm trong mối liên kết giữa hai mạch tetrapeptid

** Glycin thay thế L- alanin ở vị trí đầu tiên trong mạch tetrapeptid

Asp: Asparagin

Ara: Arabinose

Gal: Galactose

*** Trong xạ khuẩn chứa acid mycolic như Nocardia và Mycobacterium,

thành tế bào chứa arabinogalactan, là hợp chất được tổng hợp từ arabinose và galactose

Thành phần đường:

Thành phần

D Arabinose, Xylose

Peptidoglycan: Theo Schleifer và Kandler (1972), peptidoglycan ở xạ

khuẩn được chia thành các nhóm như sau:

Cầu nối giữa hai mạch tetrapeptid

Ký hiệu

Acid amin ở vị trí thứ 3

δ L-Ala

Dấu phẩy (‘): alanine ở vị trí thứ nhất trong mạch tetrapeptid đã được thay thế bởi glycine

Ví dụ: Loại peptidoglycan của chi Actinoplanes là A1γ’ có nghĩa là: Hai

mạch tetrapeptid liên kết với nhau ở vị trí acid amin số 3 và 4, mối liên kết này là

trực tiếp và acid amin ở vị trí số 3 là meso- A2pm

15/17

Iso-15/17

Anteiso-Methyl-

10-17

Methyl-

10-18

Cyclopropane

Xạ khuẩn chỉ chứa menaquinone, không chứa ubiquinone Ký hiệu 8(H2) hay MK-8(H2) chỉ menaquinone chứa một trong số tám đơn vị isoprene bị hydro hóa

PV Phospholipid chứa glucosamine, phosphatidylglycerol

Tất cả các loại đều chứa phosphatidylinositol

Vị trí phân loại của Xạ khuẩn:

Các chi: Microbacterium, Agrococcus, Agromyces,

Rathayibacter

Họ Promicromonosporaceae

Chi: Promicromonospora

Chi: Rarobacter

Họ Sanguibacteraceae

Chi: Sanguibacter

Incertae sedis (chưa xác định)

Các chi : Beutenbergia, Ornithinicoccus, Kineococcus Dưới bộ Corynebacterineae

Incertae sedis (chưa xác định)

Các chi : Skermania, Williamsia

Dưới bộ Micromonosporineae

Họ Micromonosporaceae

Các chi: Micromonospora, Actinoplanes,

Verrucosispora

Dưới bộ Propionibacterineae

Họ Propionibacteriaceae

Các chi: Propionibacterium, Friedmaniella,

Actinopolyspora, Amycolatopsis, Kibdelosporangium, Prauserella, Saccharomonospora, Saccharopolyspora, Thermocrispum

Họ Actinosynnemataceae

Các chi: Actinosynnema, Actinokineospora, Saccharothrix

Incertae sedis (chưa xác định)

Các chi: Kutzneria, Streptoalloteichus

Dưới bộ Streptosporangineae

Họ Streptosporangiaceae

Các chi: Streptosporangium, Acrocarpospora,

Nonomuraea, Planomonospora, Planotetraspora

Các chi: Bifidobacterium, Gardnerella

Các chi: Coriobacter, Atopobium, Collinsella,

Gram dương Acid-alcohol fast (nhuộm kháng acid-cồn) ở một số giai đoạn phát triển Hiếu khí Hóa dị dưỡng hữu cơ Catalase dương tính Hầu hết các chủng đều mọc tốt trên các môi trường tiêu chuẩn ở 30oC, số khác cần thiamin cho sinh trưởng Khuẩn lạc có thể sần sùi hoặc trơn nhẵn, có màu vàng sẫm, kem, vàng, vàng da cam, đỏ hoặc không màu Arylsulfatase âm tính, nhạy cảm với lysozyme, không phân hủy được casein, cellulose, chitin, elastin hay xylan Có thể sử dụng được rất nhiều loại hợp chất hữu cơ làm nguồn cacbon và nguồn năng lượng

Thành tế bào chứa lượng lớn acid meso- diaminopimelic (meso-DAP), arabinose

và galactose Chứa diphosphatidylglycerol, phosphatidylethanolamin, phosphatidylinositol mannoside Thành phần menaquinone chính là MK-8(H2) và MK-9(H2) Chứa lượng lớn acid tuberculostearic mạch thẳng, không bão hòa và acid mycolic với 32-66 cacbon, với nhiều nhất bốn liên kết đôi Tỷ lệ mol G+C trong ADN là 63-72%

là L-DAP và glycine Không chứa acid mycolic Phospholipid chủ yếu là phosphatidylglycerol và acylphosphatidlyglycerol Acid béo chiếm ưu thế là 14-methylpentadecanoic Thành phần menaquinone chính là MK-8(H4) Tỷ lệ mol G+C trong ADN từ 66,1-72,7% Có nhiều trong đất

Loài chuẩn: Nocardioides albus

Chi Pseudonocardia:

Sợi khí sinh và sợi cơ chất đều sinh bào tử dạng chuỗi Sợi phân đoạn, thường có dạng zich-zac với xu hướng phồng lên ở ngọn hoặc ở giữa Sợi kéo dài bằng cách nảy chồi Các đoạn sợi có chức năng của bào tử hoặc biến đổi thành bào tử Thành sợi có hai lớp Gram dương Không có giai đoạn di động Hiếu khí Sinh trưởng trên nhiều loại môi trường hữu cơ hoặc tổng hợp Ưa ấm hoặc ưa nhiệt

Chi Saccharopolyspora:

Sợi cơ chất phát triển mạnh, phân nhánh, đứt thành các đoạn dạng que với kích thước 1x5µm, chủ yếu ở những phần già hơn của khuẩn lạc Khuẩn ty khí sinh phân đoạn tạo các chuỗi bào tử Gram dương Không nhuộm kháng acid Hiếu khí Khuẩn lạc mỏng, nhô lên, hơi nhăn, sợi khí sinh ít, thường tạo thành chùm, chủ yếu ở những phần già Có thể sử dụng nhiều loại chất hữu cơ như nguồn cacbon và năng lượng duy nhất, có thể phân giải adenine, kháng nhiều loại chất kháng sinh nhưng nhạy cảm với lysozym Tỷ lệ mol GC trong ADN là 77%

Loài chuẩn: Saccharopolyspora hirsute

Chi Intrasporangium:

Sợi phân nhánh, có xu hướng đứt thành nhiều đoạn có kích thước và hình dáng khác nhau Không bao giờ có sợi khí sinh Các túi bào tử hình oval hay hình quả chanh được tạo thành ở giữa hoặc/và ở đầu sợi Các bào tử không di động Gram dương Không nhuộm kháng acid Hóa dị dưỡng hữu cơ Catalase dương tính Hiếu khí Mọc tốt nhất ở 28-37oC, không mọc được ở 45oC Sinh trưởng tốt hơn trên các môi trường chứa peptone và cao thịt Tỷ lệ mol GC trong ADN là 68,2% Thành tế bào chứa L-DAP và glycine Thành phần phospholipid chủ yếu là một loại phospholipid chứa glucosamin chưa biết Thành phần acid béo chủ yếu là các acid béo mạch thẳng bão hòa và không bão hòa Menaquinone chính là MK-8

Loài chuẩn: Intrasporangium calvum

Chi Actinopolyspora:

Hệ sợi phân nhánh, hình thành rất nhiều sợi khí sinh có đường kính khoảng 1 µm Sợi cơ chất hầu hết không đứt đoạn Cuống sinh bào tử chứa 20 hoặc hơn bào tử dạng que ngắn hoặc dạng cầu với vỏ nhẵn hình thành trên sợi khí sinh theo chiều hướng gốc Sợi cơ chất không sinh bào tử Gram dương Nhuộm kháng acid Thành tế bào chứa meso-DAP, arabinose và galactose Không chứa acid mycolic Hiếu khí Hóa dị dưỡng hữu cơ Tỷ lệ mol GC trong ADN là 64,2%

Loài chuẩn: Actinopolyspora halophila

Chi Saccharomonospora:

Chủ yếu sinh bào tử đơn trên sợi khí sinh Bào tử không bền nhiệt, không có khả năng di động, được hình thành trên các cuống sinh bào tử đơn giản, không phân nhánh, dài ngắn khác nhau Trên môi trường thạch, hệ sợi dinh dưỡng phân nhánh, bao phủ bởi lớp sợi khí sinh với các bào tử mọc dày đặc dọc trên các sợi Sợi khí sinh ban đầu có màu trắng rồi chuyển thành xám xanh và xanh sẫm Sắc tố xanh

cũng có ở sợi dinh dưỡng và khuếch tán ra môi trường Thành tế bào chứa DAP, arabinose và galactose Không chứa acid mycolic Chứa lượng lớn iso- và

meso-anteiso- acid béo, phosphatidylethanolamin và MK-9(H4) Hiếu khí Hóa dị dưỡng hữu cơ Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng là 35-50oC, pH 7-10 Sinh catalase, deaminase và phosphatase Phân hủy được casein, gelatin, tinh bột xylan và tyrosin Đặc biệt có thể sử dụng glycerol làm nguồn cacbon

Phân lập được trong đất, chất lắng cặn ở hồ, than bùn, thấy nhiều trong phân bón, phân compôt, và cỏ khô Tỷ lệ mol GC trong ADN là 69-74%

Chi Frankia:

Không sinh sợi khí sinh Túi bào tử thường sinh trên cuống sinh bào tử Bào tử không có khả năng di động với hình dạng không cố định, từ không màu đến màu đen Trong điều kiện khó khăn như không có quá trình cố định đạm, các túi (vesicle) có thể được hình thành Gram dương- hoặc Gram không cố định (variable) Hiếu khí hoặc vi hiếu khí Catalase dương tính Ưa ấm Hóa dị dưỡng hữu cơ Thường mọc rất chậm (thời gian giữa hai lần phân đôi tế bào là 1-7 ngày)

Hầu hết các chủng đều có khả năng cố định nitơ không khí invitro và in planta Thành tế bào chứa meso-DAP, acid glutamic, alanin, acid muramic, và

glucosamine Thành phần phospholipid gồm phosphatidylinositiol mannoside, phosphatidylinositol và diphosphatidylglycerol Acid béo dạng thường, mạch thẳng, và không bão hòa Thành phần đường gồm xylose, madurose hoặc fucose, hoặc chỉ gồm glucose hoặc galactose Nhiều chủng gồm 2-O-methyl-D-mannose, hầu hết các chủng chứa rhamnose Hầu hết cộng sinh với một số thực vật hạt kín nhất định, tạo các nốt sần trên rễ ở vật chủ thích hợp Có thể tìm trong đất Tỷ lệ mol GC trong ADN là 66-71%

Loài chuẩn: Frankia alni

Chi Actinoplanes:

Phát triển dưới dạng sợi phân nhánh, không đứt đoạn Gram dương, nhưng một phần sợi dinh dưỡng có thể là Gram âm Không nhuộm kháng acid Rất ít sợi khí sinh hoặc không có Tạo nhiều loại sắc tố có khả năng khuếch tán Bào tử chứa