Hình thái giải phẫu thực vật

Bảng 2.1: Một số phương pháp nhuộm màu và nguyên tắc sử dụng Phươg pháp nhuộm màu Nguyên tắc sử dụng methylene, carbolfuchsin, tinh thể tím, safranin… Dung dịch rượu hoặc nước của cá

AMP Adenosine monophosphate

A-1,3-DPG Acid 1,3 diphosphoglyceric

A-6PA Acid 6-penicillanic

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

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

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

- 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

mất màu tím khi tẩy rửa, nhuộm màu phụ

Fuchsin Lớp peptidoglucan dày, nhiều lớp mỏng, chỉ có một lớp

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

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

anionic

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

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

3 Sơ đồ cấu tạo tế bào vi khuẩn

Nhờ kính hiển vi điện tử khoa học đã biết rất rõ các tổ chức dưới mức tế bào của vi khuẩn như lớp màng nhầy, thành tế bào, màng sinh chất, chất nguyên sinh và các thành phần quan trọng khác

Hình 2.2: Mô hình và sơ đồ cấu trúc tế bào vi khuẩn

1 Thành tế bào, 2 Màng sinh chất, 3 Thể nhân, 4 Mexosome, 5 Chất dự trữ, 6 Sinh chất, 7 Bào tử, 8 Tiên mao, 9 Khuẩn mao, 10 Khuẩn mao giới tính, 11 Bao nhầy, 12 Tầng dịch nhầy, 13 Ribosome,

của màng nhầy là nước

Màng nhầy có tác dụng hạn chế khả năng thực bào, do đó tăng cường độc lực đối với vi khuẩn gây bệnh, do cấu trúc hóa học của màng

nhầy là polysaccharide và ít lipoprotein nên có liên quan đến tính kháng

nguyên của vi khuẩn gây bệnh Mặt khác, khi môi trường nghèo chất dinh dưỡng màng nhầy có thể cung cấp một phần các chất sống cho tế bào, trong trường hợp đó màng nhầy teo đi Một khuẩn lạc gồm các vi khuẩn

có màng nhầy nhìn thấy dạng nhẵn bóng - dạng S (smooth), còn khuẩn lạc

gồm các vi khuẩn ít hay không hình thành màng nhầy sẽ có dạng nhăn

nheo - dạng R (rough), đối với những vi khuẩn trong điều kiện môi trường

quá dư thừa carbon, như ở rảnh các nhà máy đường…, thì màng nhầy rất

dầy và tạo ra khuẩn lạc nhầy nhớt - dạng M (mucoid) Ví dụ ở nhà máy đường thường gặp Leuconostoc mesenteroides có nhiều màng nhầy dày

gấp 20 lần chiều ngang của tế bào vi khuẩn Những màng nhầy như vậy

được gọi là những màng nhầy lớn (macrocapsule) còn những màng nhầy

nhỏ hơn 0,2μm (nghĩa là không nhìn thấy trên kính hiển vi thường, mà chỉ

nhìn thấy trên TEM hay SEM) được gọi là màng nhầy nhỏ (microcapsule)

Có những vi khuẩn chỉ hình thành màng nhầy trong các điều kiện nhất

định, ví dụ Bac anthracis (vi khuẩn gây bệnh nhiệt than) chỉ hình thành màng nhầy trong môi trường có protein động vật, Diplococcus pneumoniae (gây bệnh viêm màng phổi) chỉ hình thành màng nhầy khi

xâm nhập vào cơ thể người và động vật

Muốn quan sát màng nhầy người ta làm tiêu bản âm với mực nho hoặc nhuộm đơn bằng thuốc nhuộm kiềm

3.2 Thành tế bào

Ngày nay khoa học đã biết khá rõ về thành tế bào các cơ thể nhân

sơ Dựa vào sự nghiên cứu cấu trúc phân tử của thành tế bào, kiểu trao đổi chất… mà ta có thể xếp chúng vào hai giới: vi sinh vật cổ với loại thành tế bào đặc biệt và kiểu trao đổi chất khác thường và vi khuẩn với ba nhánh tiến hóa: nhánh có thành tế bào dày là các vi khuẩn Gram dương, nhánh có thành tế bào mỏng là các vi khuẩn Gram âm và nhóm tiêu giảm, không có hay thành tế bào rất mỏng

Nhờ các phương pháp tách ly tế bào như lắc dịch huyền phù vi khuẩn với các hạt thủy tinh có đường kính 0,1 mm hoắc ép dịch huyền phù qua màng có lỗ nhỏ hơn đường kính tế bào, hoặc đưa tế bào vào môi trường ưu trương để gây co nguyên sinh… rồi sau đó qua siêu ly tâm, người ta có thể thu được lớp thành tế bào khá tinh khiết Thành tế bào của các vi sinh vật cổ rất khác biệt với thành tế bào của vi khuẩn và hoàn toàn khác với cơ thể nhân chuẩn

Đối với vi khuẩn, thành tế bào chiếm khoảng 20 - 30% trọng lượng

khô của tế bào, đặc biệt ở Corynebacterium diphteria thành tế bào chiếm

tới 76 - 78% trọng lượng khô của tế bào Thành tế bào vi khuẩn Gram dương dày 150 - 800A0 Còn ở vi khuẩn Gram âm lớp thành murein mỏng hơn: từ 50 - 180A0

Hợp chất cơ bản của thành tế bào vi khuẩn là hai chất dị cao phân tử

(heteropolyme): glucopeptid và acid teichoid Glucopeptid (hay còn gọi là

peptidoglucan, mucopeptid, murein) là khung rắn chắc giữ vững hình dạng

vi khuẩn, khi thủy phân glucopeptid ta sẽ đựoc 2 hợp chất với số phân tử

Gram như nhau là: N-acetyl glucosamin và acid N- acetyl muramic, chúng liên kết với nhau qua liên kết 1,4 ß glucozid

Enzyme lysozim cắt liên kết glucozid giữa C1 còn lại của acid N- acetyl muramic và C4 còn lại của N-acetyl glucosamin (liên kết ß – 1,4) Các gốc N- acetyl muramic liên kết với nhau qua dây nối peptid, tạo ra mạng lưới chằng chịt như tổ ong, trong thành phần của N- acetyl muramic

có mặt của các acid amin với trọng lượng phân tử Gram: 2 D.L.alanin, 1

D glutamic và 1 acid diamin Acid diamin này ở Sta aureus là lizin, ở E.coli là acid L – diaminpimelic (ADP), các acid diamin này có thể kết

hợp với mạch peptid của chuỗi bên, do đó mà hình thành một mạng lưới murein chắc chắn

Đối với nhóm vi khuẩn tiêu giảm thành tế bào (Mycoplasmatales, Mollicustes, Tenericutes) người ta không tìm thấy hợp chất murein, những

vi khuẩn này không có thành rắn chắc cho nên chúng có thể thay đổi hình dạng, phần lớn chúng là những cơ thể đa hình như các dạng PPLO, Mycoplasma (vi khuẩn nhỏ nhất có thể nuôi cấy trên môi trường)

Trong thành tế bào vi khuẩn còn có một loại hợp chất đặc biệt đó là acid teichoic, hợp chất thấy nhiều ở vi khuẩn Gram dương (có thể chiểm tới 50% trọng lượng khô của thành), ở vi khuẩn Gram âm hiện chưa tìm thấy hợp chất này Acid teichoic liên kết với acid muramic qua mạch phosphodieste Acid teichoic có hai loại ribiteichoic và glycerin teichoic Thành tế bào vi khuẩn có chức năng quan trọng là giữ hình dạng ổn định của tế bào , tham gia vào việc duy trì áp suất thẩm thấu, sư phân bào, tham gia vào quá trình nhuộm Gram

Vi khuẩn Gr + Vi khuẩn Gr-

Hình 2.3: Mô hình cấu trúc thành tế bào vi khuẩn Gram(+) và Gram(-)

3.3 Màng sinh chất

Màng sinh chất của vi khuẩn và các vi sinh vật cổ có thể thấy được nhờ co nguyên sinh, lớp màng này dưới kính hiển vi đối pha là lớp có độ dày khoảng 7,5nm, nằm ngay dưới lớp thành hoặc các lớp màng ngoài, nó bao bọc toàn bộ khối chất nguyên sinh Khoa học gọi nó là màng cơ sở vì

có cấu tạo giống hầu hết các màng trong tế bào như màng nhân, màng ty thể, lục lạp, màng lưới nội chất, màng bào tương…

Phân tích hóa sinh cho thấy màng sinh chất gồm 3 loại phân tử: lipid

(chủ yếu ở dạng phospholipid - chiếm khoảng 30 - 40%), protein (gồm rất nhiều hệ enzyme, trong đó có các hệ permease, thành phần protein này có thể chiếm tới 60 - 70%) và một ít hợp chất glucid.Các phospholipid có thể

là phosphatidiglycerol và/hoặc là phosphatidylethanolamin Các phospholipid dưới kính hiển vi điện tử gồm 2 lớp nằm ở giữa, trong suốt

trong khi các lớp protein bên ngoài có màu đậm tối

Các phân tử phospholipid có đầu ưa nước (hydrophyle) gồm có choline - phosphate và glycerol còn đuôi kỵ nước (hydrophone) là các

phân tử acid béo

Do cấu trúc các phân tử phospholipid như trên nên chúng phải sắp

xếp các đuôi kỵ nước với nhau và đầu ưa nước quay ra phía ngoài và phía trong sinh chất, chính cách sắp xếp này có lợi nhất cho chức năng vận

chuyển các chất (đưa các dòng proton nhờ các enzyme), chức năng hô

hấp…

Chức năng chủ yếu của màng sinh chất là tấm bình phong ngăn trở dòng các chất ra cũng như cho đi qua các hợp chất từ phía ngoài vào Nó đảm bảo tế bào hấp thụ được các chất dinh dưỡng, các nguyên tố có lợi cho quá trình trao đổi chất Nó lựa chọn cho đi qua cả các phân tử chất hữu cơ loại nhỏ đồng thời ngăn cản các hợp chất phân tử lớn Đối với các phân tử bé kị nước như O2, N2, CH4, N2O, H2 hoặc các phân tử có cực nhưng không tích điện như H2O, urea, CO2,…màng sinh chất thể hiện như một màng vật lý cho đi qua theo quy luật vật lý học

Đối với các phân tử có kích thước lớn quan trọng đối với tế bào và

ưa nước thì màng cho đi qua theo cơ chế khuếch tán theo nồng độ chất hòa tan, có thể là khuếch tán thụ động từ nồng độ cao đến nồng độ thấp hoặc

khuếch tán tích cực chủ động nhờ các enzyme vận chuyển permease, nhờ

đó mà cơ thể tập trung vào trong các hợp chất cần thiết cho tế bào

Có một cách vận chuyển khác là do sự thay đổi vị trí các nhóm chức năng, ví dụ khi phân tử glucose đi vào đã được phosphoryl hóa và giải

phóng vào bên trong màng tế bào là hợp chất glucoso - phosphate

Màng sinh chất chứa các enzyme sinh tổng hợp kiểm soát các khâu

kết thúc tổng hợp lipid của màng và các hợp chất kiến tạo thành tế bào

Cuối cùng, màng sinh chất là nơi định vị của nhiều enzyme tham gia tổng hợp ATP Ở các cơ thể nhân chuẩn, các enzyme này có mặt trong ty thể Các chuỗi hô hấp của màng sinh chất của vi khuẩn và vi sinh vật cổ làm chức năng tương tự như màng trong của ty thể

3.4 Sinh chất và Ribosome

Sinh chất của cơ thể nhân sơ gồm có 80 - 90% là nước, nước có thể

ở trạng thái tự do (chiếm phần lớn) làm nhiệm vụ hòa tan các chất và tạo nên dung dịch keo với các chất cao phân tử Nước ở trạng thái kết hợp

(chiếm phần nhỏ) thường liên kết trong các vi cấu trúc như protein, lipid

và hydratcarbon Phần còn lại của sinh chất là lipoproteid (chiếm 10 -

20%) Hệ keo của sinh chất bao gồm 2 pha: pha thứ nhất là dung dịch muối khoáng và các hợp chất hòa tan có bản chất là lipoproteid, pha thứ 2

là pha huyền phù gồm các hạt nucleoprotein, lipid và nhiều loại hạt có

kích thước rất khác nhau

Khi còn non, đang sinh trưởng, chất nguyên sinh có cấu tạo đồng nhất và bắt màu giống nhau Khi trưởng thành, trong chất nguyên sinh xuất hiện các vật thể ẩn nhập, không bào khí làm cho sinh chất có dạng huyền phù lổn nhổn, bắt màu không đồng đều và có tính chiết quang khác nhau Sinh chất của vi khuẩn có pH bình thường là 7 - 7,2 Để nghiên cứu sinh chất, người ta dùng siêu li tâm cao tốc để tách chất nguyên sinh và các cấu trúc siêu hiển vi riêng ra

* RNA và Ribosome

Một tế bào vi khuẩn chứa trung bình khoảng 18.000 ribosome, hạt

70S (S là chữ đầu của Sverberg - 10-3 cm/giây trong siêu li tâm) với đương kính từ 10 - 30nm, trọng lượng phân tử 3.106 daltons Mỗi ribosome, khi

giảm nồng độ Mg2+ của dung dịch sẽ tách ra thành 2 tiểu phần trong siêu li tâm: tiểu phần lớn (50S) và tiểu phần be (30S) tiểu phần lớn liên kết với

tiểu phần bé bàng mối liên kết trung gian RNA - protein và protein - protein Các ribosome chứa phần chủ yếu là RNA (63%) và phần kia là protein (37%)

Ngoài RNA và protein, ribosome có thể còn chứa một lượng nhỏ lipid và enzyme ribonuclease, lepxinaminopeptidase, galactosidase và một

ít chất khoáng giàu Mg và nghèo Ca

Sự tổ hợp của tiểu phần lớn vào tiểu phần nhỏ bởi liên kết bên trong

ribosome, liên kết RNA - protein, ở đây có 2 site (chốt) đặc biệt có vai trò quan trọng trong quá trình dịch mã (translation) từ chuỗi RNA sang protein Các site này gọi là site "P" (như peptidyl) và "A" (như aminoacyl)

Ribosome là cơ quan tổng hợp protein của tế bào, nhưng chỉ có một

số nhỏ ribosome (khoảng 5 - 10% tổng số ribosome) ở dạng liên kết với

RNAm đòi hỏi phải có sự tham gia của nhiều yếu tố làm dài chuỗi

polypeptide Một trong các yếu tố đó là EF-2 thường thấy ở các vi sinh vật

cổ và cơ thể nhân chuẩn, nhưng không thấy ở vi khuẩn, các yếu tố này

thay đổi vị trí phiên âm của histidine (cho diphtamide) làm mẫn cảm với độc tố diphteria, đây là một sự khác biệt nữa giữa các vi sinh vật cổ và vi

khuẩn

3.5 Các hạt dự trữ ở vi khuẩn

Ở cuối pha trưởng thành, trong tế bào vi khuẩn xuất hiện những hạt

có độ lớn và thành phần hóa học khác nhau Kích thước và số lượng các hạt này tùy thuộc vào loài vi khuẩn và điều kiện nuôi cấy chúng Trong khi sinh trưởng, vi khuẩn tích lũy dần các chất dự trữ hữu cơ và vô cơ, các chất dự trữ này đạt đến kích thước nhất định thì hình thành nên hạt dự trữ (vật thể ẩn nhập) có thể thấy dưới kính hiển vi Các chất dự trữ carbon o vi

khuẩn thường thấy là glycogen, tinh bột, poly-β- hydroxy butyrate…

Các hạt dự trữ carbon dễ dàng nhìn thấy khi nhuộm bằng dung dịch

có iod, hợp chất này nhuộm các chất đang trung hợp (polymer) không

phân nhánh của glucose (tinh bột) thành màu xanh thẩm và các

hydratcarbon phân nhánh (glucogen) thành đỏ nâu Các hợp chất poly-β hydroxy butyrate được nhuộm màu bởi Soudan đen như màu các giọt mỡ

Các hạt dị nhiễm sắc (metachomatic granulation) hay hạt volutin được tìm thấy lần đầu ở xoắn khuẩn Spirillum volutans Chúng bắt màu với thuốc nhuộm kiềm như xanh methylene, xanh toluidine thành màu đỏ tía trong khi sinh chất của vi khuẩn lại có màu xanh Các hạt volutin có dạng

hình tròn, đường kính có thể đạt tới 0,3μm, có thể tan trong nước nóng 800C, trong dung dịch kiềm hoặc dung dịch NaCl 5%, trong dung dịch HCl

1N…không tan trong rượu, ester, chlorofor Hạt volutin là những hạt dự trữ polyphosphate vô cơ

- Các vi khuẩn Chromatium, Beggiatoa có thể tích lũy lưu huỳnh

bên trong tế bào do oxy hóa H2S giải phóng ra S

Các vi khuẩn oxy hóa sắt có thể tích lũy sắt trong sinh chất dưới dạng Fe3O4

- Các hạt carboxysome thường thấy ở Cyanobacteria, ở một số vi

khuẩn màu tía, vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn oxy hóa lưu huỳng như

Thiobacillus, đó là những hạt ribulose diphosphat carboxylase (hay carboxydis mutase) được bao bọc bởi sự gấp nếp của màng sinh chất, có

đường kính khoảng 50 - 100nm

- Tinh thể diệt côn trùng thường thấy ở một số loài vi khuẩn sinh bào

tử như Bacillus thuringiensis, Bacillus dechrolimus, tinh thể này xuất hiện

khi hình thành bào tử, chúng có bản chất là protein và ngày nay được dùng

để diệt sâu hại

3.6 Các thể mang màu và sắc tố

Ở vi khuẩn quang hợp cơ quan thực hiện quá trình quang hợp là các

thể mang màu (chromatophores) (ở tảo và thực vật là lục lạp - chlorophaste) vì cấu trúc siêu hiển vi của các thể mang màu khác với lục

lạp Mặt khác bản chất của các sắc tố quang hợp cũng khác biệt, ở tảo và

thực vật là diệp lục tố (chlorophyll) trong khi ở vi khuẩn quang hợp là các sắc tố gần với chlorophyll mà người ta gọi là khuẩn diệp lục tố (bacteriochlorophyll)

Halobacterium halobium (cơ thể sống trong môi trường mặn) có

chứa bacteriorhodopsine ở màng sinh chất, sắc tố gần giống với sắc tố võng mạc mắt

Ngoài ra, chúng ta có thể gặp các sắc tố sau:

- Vitamine K 2 (hợp chất quinon) ở Bacillus subtilis và Bacillus cereus

- Sắc tố carotenoid chống tia tử ngoại ở Corynebacterium

- Pyocyanine, violaceine ở Chromobacterium violaceum, sắc tố có hoạt

tính kháng sinh

- Một số sắc tố tạo thành màu đặc trưng của khuẩn lạc như

zeaxanthine (carotenoid), sắc tố vàng ở Staphylococcus aureus; xanthophyll và sarcinaxanthine (carotenoid) là loại sắc tố đỏ ở Sarcina

- Sắc tố pyocyanine xanh pyoverdine xanh lục huỳng quang ở P aeruginosa

- Dẫn xuất sắc tố pyrolic đỏ ở Serratia marcescens

3.7 Không bào khí

Đây là một loại túi chứa đầy khí thường gặp ở nhiều loài thuộc 3

nhóm vi khuẩn quang hợp: vi khuẩn lam (Cyanobacteria), vi khuẩn tía và

vi khuẩn lục Không bào khí giúp vi khuẩn quang hợp trôi lơ lửng trong nước và nổi lên mặt nước

3.8 Chất nhân của vi khuẩn

DNA của tế bào vi khuẩn chiếm khoảng 1 - 2% trọng lượng khô của chúng, đó là hợp chất chứa thông tin di truyền chủ yếu của tế bào

Chất nhân của vi khuẩn không có màng bọc, hình dạng rất khác nhau và chỉ có 1 sợi gồm 2 mạch DNA Chiều dài của nó trong tế bào

E.coli đo được là 1mm, tức là gấp 500 - 1000 lần chiều dài của vi khuẩn

Vòng thể nhiễm sắc được định vị tại một điểm trên màng sinh chất lúc sắp phân chia Độ lớn DNA vào khoảng 5.106 pb (cặp base nitơ) với trọng lượng phân tử vào khoảng 3.109 dalton (4,5.108 đối với Mycoplasma,

1.109 đối với Acholeplasma) Khong thấy protein histone kiểu tế bào nhân chuẩn mà chỉ có các polyamine như specmidin và specmine làm chức năng

củng cố ổn định DNA Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây cho thấy ở

Thermoplasma (một loại vi sinh vật cổ - Archaea) đã tìm thấy histone

Vòng DNA xoắn kép của vi khuẩn thường được gọi là thể nhiễm sắc

vi khuẩn hay genophore Những nghiên cứu trên kính hiển vi điện tử cho thấy genophore của vi khuẩn có nhiều vòng, mỗi vòng nhỏ có khoảng 400 cặp base nitơ, nhiều vòng tạo thành búi xoắn Ở E.coli có 50 búi xoắn và

có gần 500 vòng trong một búi, điều đó giải thích tại sao chuỗi DNA của

vi khuẩn dài tới 1mm và gồm khoảng 5.106 pb

- Ở E coli đã tìm thấy ít nhất là 4 loại protein liên kết với DNA, đó

là những protein kiềm, bền nhiệt nên rất gần gũi với histone của các sinh vật nhân chuẩn:

+ Hu được hình thành bởi 2 tiểu phần α và β (nhị phân protein Protein II ) nên rất gần với histone H2B

+ H gần giống với histone H2A

+ H1 và HLP1, những protein liên kết DNA này có chức năng điều hòa không đặc hiệu trong quá trình sao mã

Sự có mặt của các protein trên làm cho cấu trúc thứ cấp DNA của E coli vững chắc hơn

Mặc dù chỉ có một thể nhiễm sắc đối với một tế bào vi khuẩn, nhưng trong môi trường nuôi cấy liên tục khi có sự sinh sản nhanh, có thể dẫn tới

sự có mặt của 2 thậm chí 4 thể nhiễm sắc trong một tế bào vi khuẩn đang phân chia

- Ba loại DNA polymerase đã được chiết từ E coli:

+ DNA polymerase I: làm chức năng khôi phục, sửa chữa bổ sung, xúc tác bổ sung desoxyribonucleotide vào đầu của chuỗi DNA Phản ứng

chỉ xảy ra khi DNA đã được đinh vị ở màng sinh chất

+ DNA polymerase II có hoạt tính ngoài nhân, nó cần thiết cho hoạt

ở đầu mạch kia DNA-ligase có thể thực hiện các chức năng sau:

+ Sửa chữa, cắt bỏ một đoạn của mạch trong DNA xoắn kép

+ Đóng và tạo thành vòng các phân tử DNA xoắn kép mạch thẳng + Hàn các đoạn DNA trong quá trình tái tổ hợp di truyền

+ Tham gia vào quá trình nhân DNA cùng với DNA polymerase

Các enzyme tháo mạch của chuỗi xoắn kép làm cho các mạch DNA trong chuỗi xoắn kép được tách ra để nhân lên từ hai mạch làm khuôn tổng hợp hai mạch mới bổ sung để tạo thành hai chuỗi DNA xoắn kép hoàn toàn giống nhau Đấy là cơ chế nhân đôi DNA bảo đảm tính di truyền của các thế hệ vi khuẩn Các thông tin di truyền từ DNA được sao

mã (transcription) sang mRNA và sau đó được dịch mã (translation) thành chuỗi polypeptide hay enzyme Bằng phương pháp phóng xạ tự ghi (autoradiogragh) khoa học cỏ thể chụp được quá trình nhân lên của nhiễm sắc thể ở E.coli và nhiều cơ thể nhân sơ khác

DNA của cơ thể có cấu tạo đặc trưng, số lượng adenine bằng số

lượng thymine và số lượng guanine bằng số lượng cytosine Tỷ lệ

(G+X)/(A+T) là một chỉ số sinh hóa quan trọng giúp phân loại đến giống

và loài trong phân loại sinh hóa (Chemotaxonomy), ví dụ chỉ số Chargaff của Micrococcus luteus là 4 và của Clostridium perfringens là 0,34

3.9 Plasmid

Ngoài các gen nằm trong genophore ra, tế bào vi khuẩn (và một số

loài nấm men) có thể chứa các yếu tố di truyền ngoài thể nhiễm sắc, chúng

có thể tự nhân lên Vì vậy mà năm 1952, Lederberg đã gọi chúng là

plasmid để chỉ tính chất độc lập của chúng với các gen nằm trên thể nhiễm

sắc

Khái niệm vật chất di truyền ngoài thể nhiễm sắc bao gồm DNA của

các ty thể, lục lạp (nếu có), các plasmid, các yếu tố giới tính, các yếu tố

"diệt", một số prophage…

Khoa học đã xác định plasmid có ở rất nhiều loài vi khuẩn như E coli, các trực khuẩn đường ruột và vi khuẩn Gram âm, tụ cầu khuẩn

Staphylococcus aureus, xạ khuẩn Streptomyces coelicolor và ở Rhizobium melitoli…

Plasmid là phân tử DNA vòng kín 2 mạch, hiếm thấy 2 mạch thẳng,

nằm ngoài thể nhiễm sắc, có kích thước nhỏ (bằng khoảng 1/100 thể

nhiễm sắc của vi khuẩn, gần giống một prophage), có khả năng tự nhân

lên độc lập với tế bào và chúng được phân sang các tế bào con khi nhân

lên cùng với sự nhân lên của tế bào Các plasmid có thể tăng lên hoặc

giảm đi khi có yếu tố bất lợi như nhiệt độ, thuốc màu, kháng sinh, các chất

dinh dưỡng… Các plasmid có thể ở trạng thái cài vào thể nhiễm sắc, có

khả năng tiếp hợp hoặc không tiếp hợp, có thể có một hoặc nhiều bản sao cùng loại ngay trong một tế bào vi khuẩn

Các plasmid không phải là yếu tố nhất thiết phải có đối với sự sống

tế bào, nhưng khi có mặt, chúng đem lại cho tế bào nhiều đặc tính chọn lọc quý giá như có thêm khả năng phân giải một số hợp chất, chống chịu với nhiệt độ bất lợi, chống chịu với các kháng sinh… Thường thì các plasmid nhân lên khi tế bào nhân lên hay tế bào tiếp hợp, nhưng không có

nghĩa sự nhân lên của plasmid phụ thuộc vào sự nhân lên của tế bào trong

trương hợp cùng nhân lên, chắc phải có cơ chế kiểm soát đảm bảo đồng thời sự nhân lên, số lượng bản sao và sự phân chia đồng đều các bản sao cho hai tế bào con, cho đến nay cơ chế này còn chưa sáng tỏ Có những

plasmid có thể chuyển từ tế bào cho sang tế bào nhận nhờ tiếp hợp (tiếp hợp được), ngược lại có plasmid không tiếp hợp được Các plasmid qua tụ

cầu khuẩn Staphylococcus chỉ có thể chuyển sang tế bào nhận nhờ tải nạp

Một số plasmid (ví dụ yếu tố giới tính F) có thể xâm nhập vào thể nhiễm sắc ở vị trí đặc biệt có trật tự nucleotide bổ trợ với đoạn nucleotide trên plasmid, những site như vậy gọi là những yếu tố gia nhập (IS), những

IS này gồm khoảng 1000bp và thấy ở E coli như IS 1 (768bp) và IS 2

(1327bp) Như vậy, các yếu tố gia nhập (yếu tố điền vào - IS) là đoạn

nucleotide nhỏ (700 - 1500bp) thường chỉ mã hóa sự chuyển vị (transposition) (tạo ra các site - tự cắt đứt trước của DNA)

Các yếu tố di truyền vận động (Transposon - Tn) là những đoạn nucleotide dài hơn (vài ngàn đến vài vạn bp) mã hóa khả năng thay

đổi tính chất (như chống chịu) thường định vị bên cạnh IS Các gen vận động này có thể di chuyển trong nôi bộ một thể nhiễm sắc hoặc giưa các thể nhiễm sắc Các yếu tố Tn thấy ở E.coli như Tn5 (5700bp)

chống chịu Kanamycine, Tn681 (2100bp) sinh độc tố ruột, Tn2571 (23000bp) chống chịu Chloramphenicol, Tn3 (4597bp) chống chịu Ampicillin Tần số của sự chuyển vị (Transposition) cũng như tần số

của các đột biến tự phát ngẫu nhiên (10-5 - 10-7)

3.10 Tiên mao (Flagelles), tiêm mao (Cils) và nhung mao (Pili)

Tiên mao thường thấy ở Vibrio, Spirillum và nhiều loài vi khuẩn

Gram âm Số lượng tiên mao có thể từ 1 - 30 sợi tùy thuộc vào loài vi khuẩn Một tiên mao có chiều dài từ 6 - 30μm và đường kính 10 -

30nm (12nm ở Proteus, 20 - 25nm ở Vibrio và Pseudomonas) Khi

tiên mao ngắn thì người ta thường gọi là tiêm mao Tiên mao có cấu

tạo từ một loại protein gần với Keratin mà người ta gọi là flagelline, protein có trọng lượng phân tử khoảng 40.000 (trong đó có các acid amin chủ yếu là arginine, lysine, acid aspartic, acid glutamic và tyrosine), những protein này có tính kháng nguyên (H, kháng nguyên

ứng nhiệt)

Tiên mao giúp cho vi khuẩn chuyển động, khi vi khuẩn di động tiên mao xoáy vào nước hoặc môi trường lỏng (có thể tới 100 vòng trong 1 giây), trong khi tiêm mao chuyển động như que gạt Mặc dù vậy, trong vi sinh học người ta thường dùng tiên mao và tiêm mao với

cùng một nghĩa, chúng khác với nhung mao (pili) là những sợi mảnh

và ngắn hơn nhiều, thường có xung quanh tế bào Gram âm và ít thấy ở

tế bào vi khuẩn Gram dương Người ta chia nhung mao (pili hoặc

fimbria) làm 2 loại: loại nhung mao phổ thông (Type I) và loại nhung mao giới tính (Type II) Loại nhung mao phổ thông phân bố với số

lượng lớn trên bề mặt tế bào vi khuẩn (vài trăm), người ta cho rằng loại nhung mao này có liên quan đến tính chất kết dinh máu của vi khuẩn, loại nhung mao này ngắn hơn nhung mao giới tính (loại II có thể dài tới 10μm), số lượng nhung mao giới tính rất ít, khoảng 1 - 4, ở đầu cùng có chổ phình ra, nhung mao loai II có vai trò quan trọng

trong quá trình tiếp hợp (conjugation) giữa 2 tế bào vi khuẩn

Trong số các sợi (tiêm mao và nhung mao) trên bề mặt tế bào vi khuẩn thì tiên mao được nghiên cứu kỹ hơn và người ta chia chúng

làm 2 nhóm phân bố: phân bố ở cực (polaire) và phân bố xung quanh (peritriche)

Sự chuyển động của tế bào vi khuẩn có thể đạt tới 10μm/s (tức

là trong 1 giây vi khuẩn có thể đi được khoảng cách dài gấp 10 lần nó) nên đòi hỏi một năng lượng rất lớn (khoảng 2% năng lượng trao đổi chất của tế bào) Bộ máy xoay tiên mao ở gốc nằm trong màng sinh

chất và thành tế bào gồm 2 vành khuyên, vành trong gồm 16 đơn phần

protein có thể dịch chuyển rất nhanh nhờ dòng proton (H+) đi vào Cách sắp xếp tiên mao là một tiêu chuẩn trong phân loại hình

thái (Morphology taxonomy) vi khuẩn:

- Đơn mao ở cực (Monotriche polaire hay parapolaire) đặc trưng cho nhiều loài Vibrio hoặc chùm mao ở cực (Lophotriche) đặc trung cho nhiều loài Pseudomonas, Chromatium và Thiospirillum

- Lưỡng cực (Amphitriche hay Cephalotriche) có thể chùm mao ở lưỡng cực như các loài Spirillum

- Chu mao (Peritriche) hay tiên mao sắp xếp xung quanh thân tế bào

vi khuẩn đặc trưng cho nhiều loài Prote

3.11 Nội bào tử vi khuẩn (Endospores)

Một số vi khuẩn ở cuối giai đoạn sinh trưởng, khi chất dinh dưỡng ở môi trường cạn kiệt và chất qua trao đổi độc hại quá nhiều, hoặc do có sự thay đổi đột ngột các điều kiện sinh trưởng có khả năng hình thành bào tử

ở bên trong tế bào, được gọi là nội bào tử (endospores) Mỗi tế bào vi

khuẩn chỉ tạo một nội bào tử nên loại bào tử này không phải là bào tử sinh

sản, khác với các loại đính bào tử (conidiospores), bào tử túi (ascospores) hay bào tử đảm (basidiospores) ở nhiều loài nấm, chúng là những bào tử

sinh sản vô tính hay hữu tính

Những vi khuẩn có khả năng hình thành nội bào tử gồm nhiều loài

thuộc các giống Bacillus, Clostridium, Desulfotomaculum, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Thermoactinomyces

Vỏ bào tử đặc trưng bằng sự có mặt của acid dipicolinic (dưới dạng

dipicolinate calcium), hợp chất này có thể chiếm tới 10 - 15% trọng lượng khô của bào tử Vai trò của hợp chất dipicolinate calcium làm cho bào tử

chống chịu được nhiệt độ cao, khi thí nghiệm người ta đã thay calcium bằng strontium thì khả năng chịu nhiệt của bào tử thu được kém đi

Một hợp chất khác của vỏ bào tử mới tìm thấy là acid glutamic không có trong tế bào sinh dưỡng và chỉ được tổng hợp khi hình

L.N-succinyl-thành bào tử, ngay giai đoạn đầu khi hình L.N-succinyl-thành vách ngăn DNA mới với một ít nguyên sinh chất, hợp chất này giúp cho bào tử bền nhiệt

Khi hình thành bào tử, tế bào có thể mất đi đến 70% nước Một số vi

khuẩn khi hình thành bào tử có thể tồn tại rất lâu trong tự nhiên, ví dụ Bac anthracis có thể sống tiềm sinh trong nhiều năm Trong một số chất độc tế

bào vi khuẩn bị chết rất nhanh nhưng bào tử có thể tồn tại được khá lâu, ví

dụ trong phenol có thể vẫn sống trong 15 ngày, trong HgCl2 1% tồn tại

trong 2 ngày Thời gian để hình thành bào tử khác nhau tùy loài (từ vài giờ đến 20 giờ)

Khi đưa bào tử vào môi trường thuận lợi để phát triển, bào tử sẽ có hàng loạt thay đổi tích cực và mọc mầm, quá trình mọc mầm gồm 3 giai đoạn chủ yếu: hoạt hóa, nứt vỏ và mọc ra muốn quan sát được bào tử người ta dùng phương pháp nhuộm đơn hoặc kép

4 Xạ khuẩn và vi khuẩn nội bào

Những vi khuẩn thuộc bộ Actinomycetales (nhóm bậc thấp và bậc

cao) là những vi khuẩn có hình sợi Gram dương, sợi có thể phân nhánh, thường gặp chúng trong đất và nước Nhưng xạ khuẩn rất gần với nấm về hình dạng hệ sợi phát triển trong cơ chất như bộ "rễ" hấp thụ chất dinh dưỡng, hệ sợi mặt có chất tạo nên khung của khuẩn lạc và hệ sợi khí sinh tận cùng bằng những cuống mang bào tử Đó là những loài thuộc giống

Streptomyces, một giống đã khai thác được khoảng 50% số kháng sinh

hiện biết, đường kính sợi khoảng 1- 2μm (nhỏ hơn nhiều so với đường kính sợi nấm 7 - 9μm) Xạ khuẩn cũng giống như vi khuẩn là chưa có nhân được bao bọc bằng màng, thành tế bào xạ khuẩn khong chứa

cellulose hay chitine mà chứa hợp chất điển hình của vi khuẩn là glucopeptide Xạ khuẩn cũng có quá trình sinh sản phân bào theo kiểu amitose (phân bào không tơ), loại vi khuẩn này cũng chưa có giới tính,

nghĩa là chưa có sự phân hóa thành tế bào đực, cái và có thể hình thành hợp tử từng phần nhờ tiếp hợp, tải nạp và biến nạp, xạ khuẩn cũng bị

phage tấn công và gọi là Actinophage

Streptomyces là một giống xạ khuẩn bậc cao được Waksman và

Henrici đặt tên năm 1943 Chúng có vị trí tiến hóa cao trong số các giống

thuộc vi khuẩn Gram dương, có trị số % mol Guanine và Xytozin rất cao

(69 - 77% (G + X) trong DNA)

Xạ khuẩn sinh sản vô tính bằng bào tử Trên đầu sợi khí sinh của

Streptomyces hình thành cuống bào tử và chuỗi bào tử Sợi mang bào tử có những hình dạng khác nhau tùy theo loài: thẳng-lượn sóng (Retiflexibilis), xoắn (Spirales) hoặc có móc, vòng (Retinaculiaperti)… đoạn tận cùng của cuống

mang bào tử bằng phương pháp cắt khúc (segmentation) hay kết đoạn

(fragmentation) mà hình thành nên chuỗi bào tử

Bào tử xạ khuẩn (Arthrospores bào tử đốt) hình bầu dục, hình lăng

trụ hoặc hình cầu với đường kính khoảng 1,5μm Màng bào tử xạ khuẩn

có thể nhẵn (smooth), gai (spiny), tóc (hairy), khối u (warty), nếp nhăn (rugose)… tùy thuộc vào loài xạ khuẩn Những tiểu tiết này có thể thay

đổi theo quy luật trên môi trường nuôi cấy, thường thì xạ khuẩn có tiểu tiết

có thể có màng nhẵn trên môi trường có nguồn nitơ hữu cơ, trên môi trường có đạm vô cơ và glucose các bào tử dễ biểu hiện các tiểu tiết rõ nhất Màu sắc của khuẩn lạc và hệ sợi khí sinh cũng rất khác nhau tùy theo

nhóm Streptomyces, màu sắc này cũng có thể biến đổi khi nuôi cấy trên

môi trường khác nhau, chính vì vậy mà ủy ban quốc tế về phân loại xạ khuẩn (ISP) đã nêu ra các môi trường chuẩn và phương pháp chung để phân loại nhóm vi sinh vật này Hiện nay khoa học đã mô tả được khoảng

600 loài xạ khuẩn bậc cao này

- Rickettsia là một giống của Rickettsiaceae, Rickettsiales, đây là vi khuẩn ký sinh nội bào, có 3 nhóm (Tribus): Rickettsiae, Ehrlichiae và Wolbachiae với 2 giống chủ yếu là Rickettsia và Coxiella, ký sinh ở động vật có xương Những vi khuẩn này cũng có 2 loại acid nucleic, thành tế

bào cũng có hợp chất đặc trưng của thành tế bào vi khuẩn, sinh sản bằng cách chia đôi khi ở trong tế bào động vật

- Chlamydia là một giống của Chlamydiaceae, thuộc bộ

Chlamydiales, là những vi khuẩn ký sinh bắt buộc, Gram âm và có nhiều điểm giống Rickettsia, trong động vật có xương sống chúng không tạo ra

ATP riêng mà sử dụng ATP của vật chủ, kích thước của chúng rất nhỏ (0,3 - 0,45μm) vì thế trong một thời gian dài trước đây người ta coi chúng

là một loại virus (virus kiềm tính Van Royen)

- Mycoplasma thuộc họ Mycoplasmaceae, họ độc nhất của bộ Mycoplasmales (đôi khi là Mycoplasmatales - Freundt, 1955) Chúng là

những vi khuẩn không có thành tế bào, thân mềm dễ biến hình, bất động

Trong bộ Mycoplasmales có các dạng vi khuẩn Mycoplasma dạng L và PPLO Đây là những vi khuẩn thuộc Tenerecutes, lớp Mollicutes, đó là lớp

vi khuẩn tiêu giảm thành, vi khuẩn có kích thước nhỏ nhất khoa học hiện biết (0,1 - 0,3μm) vì vậy chúng dễ qua màng lọc vi khuẩn, chúng là tác nhân gây các bệnh hô hấp, tiết niệu - sinh dục

5 Vi sinh vật cổ (Archaea)

Các vi sinh vật cổ mà trước đây gọi là các vi khuẩn cổ

(Archaeobacteria) là nhóm cơ thể nhân sơ có sớm nhất (khoảng 4 tỷ năm

trước đây), được Woese R và Woese C.R tách ra thành một nhánh tiến hóa riêng Những cơ thể còn lại hiện nay thường sống trong các điều kiện khác thường

Những nghiên cứu gần đây về nhiệt độ và pH tối ưu của vi khuẩn ưa

nhiệt và Archaea cho phép chia vi sinh vật cổ thánh 2 nhóm: Crenarchaeota và Euryarchaeota Nhóm Crenarchaeota là những vi sinh vật cổ kị khí bắt buộc,

ưa nhiệt và ưa acid (Thermoacidophiles, Thermophiles anaerobies stricts)

Nhóm Euryarchaeota là những vi sinh vật cổ ưa mặn, sinh methane

(methanogenes) và một vài loài kị khí ưa nhiệt

Bảng 2.3: So sánh một số tính chất giữa vi khuẩn và vi sinh vật cổ

Hình dạng tế bào có loại

hình vuông và dẹt

Nội bào tử (endospore) + (hoặc không) -

Chất "ở nhánh" của RNA t Ribothymidine Pseudouridine hoặc

L.methylpseudouridine

Hình thành chất kích thích

methyonyl RNAt

+ -

Có Polymerase - RNA loại

Những vi sinh vật cổ (số liệu chủ yếu dựa trên methanogenes) là

những đơn bào nhỏ khoảng 1μm có thành tế bào gồm những hợp chất đặc

biệt (thay vì murein ở đây có acid talosaminuronic, ester của acid béo

mạch không thẳng và glycerol, sự phân nhánh của chuỗi dang ether (-O-)

mà không phải dạng ester (-CO-O-) (lipide ether-phytanyl), có nhiều liên

kết muối và hydro trong protein, có pseudouracil ở vị trí uracil trong

RNAt, không có dihydrouracil, thymine trong vòng bên của RNAt, chất

nhân phân tán trong sinh chất với lượng nhỏ (chỉ bằng khoảng 1/3 so với

chất nhân của E.coli) DNA của chúng giàu hàm lượng G + X (mối liên

kết 3 hydrrogen), ribosome loại cơ thể nhân sơ, có intron, có coenzyme

đặc biệt (M), hầu như không có sự ổn định về quinon và cytochrome

Chính những đặc điểm đó đã giúp cho vi sinh vật cổ sống trong những

điều kiện khác thường: nhiệt độ cao (có loài sống được ở 2500C) dưới 265

atm, chống chịu với lysozyme…

Có 3 nhóm sinh lý và sinh thái quan trọng là:

* Các cơ thể sinh methane (methanogenes), đây có lẽ là nhánh cổ

xưa nhất, ở các lớp nước sâu, ở đáy, kị khí, một số loài tìm thấy trong

đường tiêu hóa của động vật nhai lại Phân loại cơ thể sinh methane dựa

chủ yếu vào khả năng và cơ chế sinh methane của chúng, gồm có 5 bộ:

- Methanobacteriales, có các loài: Methanobacterium ivanovii, M thermoautotrophicum, M smithii, M fervidus, M sociabilis

- Methanococcales, có các loài Methanococcus voltae, M vannielii,

M thermolithotrophicus

- Methanomicrobiales, có loài Methanomicrococcus sp

- Methanosarcinales, có các loài Methanosarcina mazeii, M barkeri, M thermophila, M acetivorans, Methanothrix sp

- Methanopyrales có loài Methanopyrus sp

Những cơ thể sinh methane có thể thực hiện những cơ chế khác nhau tùy theo loài (hầu hết là cơ thể kị khí bắt buộc):

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (ΔG10 = -135,4 KJ/mol)

CH3COOH → CH4 + CO2 (ΔG10 = -32,5 KJ/mol)

HCOOH + 3H2 → CH4 + 2H2O

CH3OH + H2 → CH4 + H2O (ΔG10 = -112,5 KJ/mol)

CH3NH2 + H2 → CH4 + NH3

(CH3)2S + 2H2 → 2CH4 + H2S

Người ta cho rằng những cơ thể sinh methane cùng với cơ thể dinh

dưỡng methane (methanotrophes) đã làm tuần hoàn nguyên tử carbon

trong thời kỳ khí quyển không có hoặc rất ít oxy

Sự biển đổi từ CO2 thành CH4 được biết ở vi sinh vật cổ có 4 giai đoạn: 2H+ 2H+ 2H+ 2H+

2e- 2e- 2e- 2e CO2 HCOOH HCHO CH3OH CH4 acid formic H2O formandehyde methanol H2O

-Trong khi đó, quá trình oxy hóa methane ở cơ thể dinh dưỡng methane (methanotrophes) được thực hiện theo cơ chế như sau:

* Các cơ thể ưa mặn (halophiles) như Haloarcula, Halobacterium

Những cơ thể này sống trong môi trường có nồng độ muối cao (ở biển, ở

các mỏ muối), hấp thu chất dinh dưỡng chủ yếu là do chênh lệch gradient

nồng độ muối tạo ra, quá trình quang hợp ở đây khá đặc bieet nhờ

Bacteriorhodopsine, hợp chất liên kết trong màng sinh chất chứ không phải là khuẩn diệp lục tố (bacteriochlorophyll)

* Các cơ thể ưa nhiệt, ưa acid (Thermoacidophiles), là những cơ thể

sống ở nguồn đất - nước nóng, ở vùng núi lửa, chúng là những cơ thể hiếu khí hoặc hiếu kị khí.Ví dụ:

Sulfolobus acidocaldaricus có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 900C và tối ưu là 750C, ở pH tối ưu là 2,5

Thermoplasma acidophilum có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 650C

và tối ưu là 600C, ở pH tối ưu là 1,5

6 Nguyên tắc phân loại cơ thể nhân sơ

Cơ thể nhân sơ ngày càng được phát hiện nhiều hơn, vì vậy để nhận biết và sử dụng chúng ta cần phải đặt tên cho nó và phải phân loại chúng

Taxonomy là khoa học nghiên cứu sự đa dạng của vi sinh vật và mối

liên hệ vốn có tồn tại giữa chúng Khoa học định loại này bao gồm 3 lĩnh

vực khác nhau: Classification (xếp loại), Nomenclature (đặt tên) và Identification (nhận biết)

Bảng 2.4 Bảng định loại các nhóm lớn cơ thể nhân sơ

(Dựa chủ yếu vào Gergey's Manual, 1984, tên siêu giới đã được đề xuất)

+ Siêu giói nhân sơ (Super

kingdom procaryote)

Cơ thể nhân chưa có màng

A Giới vi khuẩn (Kingdom

Bacteria)

Cơ thể có thành tế bào với hợp chất murein

I Ngành I: Gracilicutes Cơ thể nhân sơ có thành đặc trưng vi khuẩn

Gram âm

(Chimiolithotrophes)

3 Vi khuẩn có bao (Trichome)

4 Vi khuẩn dính kết và vi khuẩn có chồi

8 Vi khuẩn Gram âm, kị khí bắt buộc

Lớp 2: Vi khuẩn quang hợp

không thải oxy

(Onoxyphotobacteria)

10 Vi khuẩn quang dưỡng

Lớp 3: Vi khuẩn quang hợp thải

oxy (Oxyphotobacteria)

11 Cyanobacteria

II Ngành II: Firmicute Cơ thể nhân sơ có thành vi khuẩn gram

dương

Lớp 1: Fimibacteria 12 Vi khuẩn Gram+, không sinh bào tử

13 Vi khuẩn Gram+, sinh bào tử

Lớp 2: Thallobacteria 14 Vi khuẩn tia và chỉ (Actinomycetales)

(xạ khuẩn)

III Ngành III: Tenericutes 15 Mycoplasmes

B Giới sinh vật cổ (Kingdom

Archaea) Mendosicutes

Lớp 1: Archaea Cơ thể nhân sơ không có thành, hoặc có

thành với hợp chất đặc trưng

Pseudomurein, kiểu sinh lý rất đặc biệt

Đã từng chiếm đa số trên hành tinh cách đây 3 tỷ năm về trước, hiện nay chỉ còn lại

vài nhóm: Methanogens, Halophiles và Thermoacidophiles…

Sự xếp loại (Classification) thiết lập các nhóm định loại (các taxon)

căn cứ vào những tieu chuẩn hình thái và phân tử cấu tạo tế bào

Sự đặt tên (Nomenclature) là đưa ra một tên cho một nhóm, một cá

thể theo nguyên tắc của Linaeus gồm 2 từ, một từ latin chỉ giống và từ kế

tiếp chỉ loài Ví dụ tên của trực khuẩn cỏ khô là Bacillus subtilis

Sự nhận biết (Identification) chỉ định các loài nghiên cứu vào một trong các loại (các taxon) đã mô tả

Phân loại học vi khuẩn ngày nay sử dung phương pháp định loại

hình thái (Taxonomy phenetic), hay sử dụng phương pháp định loại số (Taxonomy numeric), phương pháp này sử dụng một lượng lớn các tính

trạng và so sánh các tính chất để rút ra sự giống nhau giữa hai cá thể, trong

đó chỉ số Jaccard là dễ hiểu và thông dụng nhất trong nghiên cứu đại cương

nS+ SAB = hệ số giống nhau giữa A và B

SAB= nS+ = số các đặc điểm giống nhau

nS+ + nd nd = số các đặc điểm khác nhau

Vi khuẩn học còn sử dụng phương pháp định loại di truyền

(Taxonomy genetic), 3 tiêu chuẩn được sử dụng ở đây là chỉ số (G + X)% (hệ số Chargaff), tử số lai DNA - DNA, số lượng và trật tự các nucleotide

trong 16sRNAt và 5sRNAt chỉ số lai DNA - DNA là một tiêu chuẩn bắt buộc để phân tích vị tría các loài vi khuẩn, cho đến nay các loài của họ vi

khuẩn đường ruột Enterobacteriaceae đã cho lai với nhau và thiết lập

được mối liên hệ chủng loại phát sinh giữa chúng Theo Woese (1981) trật

tự nucleotide trong 16sRNAt là một chỉ số quan trọng xác định sự gần gũi

của hợp chất protein và từ đó quy định mối quan hệ chủng loại phát sinh giữa các nhóm vi khuẩn Chính nhờ phân tích 16sRNAt mà hình thành một

hướng định loại mới - định loại chủng loại phát sinh (polygenetic taxonomy), nhờ đó có thể tách các vi sinh vật cổ ra khỏi vi khuẩn và chứng

minh nó là nhánh tiến hoa độc lập khác xa xạ khuẩn Các phương pháp

định loại sinh hóa (chimiotaxonomy) ngày nay đã được sử dụng rộng rãi, như các hợp chất polymer của thành tế bào vi khuẩn (bao gồm vi khuẩn Gram dương, Gram âm và Cyanobacteria) là peptidogulcan (murein), hợp

chất đặc trưng này không thấy ở nhóm vi khuẩn tiêu giảm thành

Mycoplasmes và ở các vi sinh vật cổ Các vi sinh vật cổ có hợp chất thành đặc trưng là pseudomurein, trong đó acid muramic được thay bằng acid talosaminuromic

Các mức đơn vị phân loại dùng trong vi sinh vật học là:

Clone → biotype → species → genus → familia → order → classe

→ division → kingdom

- Dòng tế bào (clone): là một quần thể vi khuẩn (hay vi sinh vật) có

được từ một tế bào bố mẹ ban đầu nhờ sự phân chia vô tính

- Dạng (biotype): một nhóm cá thể có chung đặc điểm di truyền

tuyển chọn và những đặ điểm chủ yếu, dạng có được từ tuyển chọn các dòng, đây là đơn vị hay dùng trong công nghệ vi sinh

- Chủng (nòi - souche): là từ thông dụng trong kỹ thuật thực hành,

đó là taaoj hợp những cá thể có được do sự cấy chuyền từ một khuẩn lạc

vi khuẩn

- Loài (species): tập hợp những cá thể giống nhau về hình dạng, cách

sống, có thể sinh sản bình thường giữa chúng và thường không có khả năng này với các cá thể thuộc loài khác

- Giống (genus): tập hợp các vi khuẩn trong bảng xếp loại dưới họ,

trên loài, tập hợp các loài rất gần nhau

- Họ (familia): tập hợp các giống có một số đặc điểm chung

- Bộ (order): một nhánh trong bảng xếp loại vi khuẩn, bao gồm một

số họ gần nhau nằm dưới lớp

- Lớp (class): một nhánh trong bảng xếp loại vi khuẩn, bao gồm vi

khuẩn trong một số bộ gần nhau

- Ngành (division): tập hợp các vi khuẩn ở một số lớp có chung một

đó là giới nấm (Kingdom Fungi)

Có 3 danh từ thường dùng để chỉ nấm là: nấm men (Levures, Yeasts), nấm mốc (Moisissures) và nấm lớn hay nấm có quả thể Trong vi sinh vật học, vi nấm được hiểu là các nấm có cơ thể hiển vi, bao gồm hai nhóm:

- Nấm đơn bào hay nấm men

- Nấm sợi hay nấm mốc

1.1 Nấm men (Levures, Yeasts)

Nấm men là nhóm nấm cơ thể đơn bào, nhân chuẩn, hiển vi Nấm

men có thể thuộc về 3 lớp nấm là nấm túi (Ascomycetes), nấm đảm (Basidiomycetes) và nấm bất toàn (Deuteromycetes) Trong số 75.000 loài

nấm hiện biết thì có hơn 500 loài nấm men thuộc khoảng 50 giống Nấm men có hình trứng, quả dưa chuột đứng riêng lẻ hoặc tập hợp thành sợi dễ gẵy, kích thước tế bào từ 7 - 10μm

Trên môi trường sống, có những loại nấm men sinh các sắc tố đặc trưng như đỏ, vàng… Nấm men sinh sản vô tính bằng đâm chồi hoặc phân chồi, giữa quá trình này có thể sinh sản hữu tính Nấm men có 3 dạng chu trình sinh học:

- Chu trình đơn bội - lưỡng bội như loài Saccharomyces cerevisiae

- Chu trình ưu thế lưỡng bội như loài Saccharomycodes ludgyzii

- Chu trình ưu thế đơn bội như ở loài Schizosaccharomyces octosporus

Nhờ kính hiển vi điện tử khoa học đã thấy có sự khác nhau về thời gian hình thành thoi vô sắc trong sinh sản vô tính ở nấm men phân đôi và nấm men đâm chồi

Nấm men nhân đôi thì trong chu kỳ phân bào cũng có các giai đoạn G1, S, G2 và M như sinh vật nhân chuẩn Trong khi màng nhân chưa được phát tán, các thoi vo sắc của mitose được hình thành trong nhân và thể nhiễm sắc được đưa về hai cực, sau đó mới hình thành vách ngăn tạo thành hai tế bào riêng

Ở nấm men đâm chồi có các pha G1 và S bình thường, nhưng thoi vô sắc ở đây được hình thành rất sớm ngay cuối pha S làm cho pha G2 không bình thường (ngắn lại) và trong khi chưa hình thành hai nhân thành tế bào

đã bắt đầu gấp lại

Cơ chế tách các thể nhiễm sắc ở phân bào có tơ của nấm men là nhờ các thoi vô sắc mà các thể nhiễm sắc trượt về hai đầu được diễn ra trong nhân Trong khi ở phân bào vô tơ của các vi khuẩn, các thể nhiễm sắc con được hình thành vẫn đính lên màng sinh chất và chỉ được tách ra nhờ sự phát triển và phân vách của màng

So sánh cấu tạo tế bào nấm men và tế bào vi khuẩn ta thấy có sự tiến hóa nhảy vọt từ cơ thể nhân sơ chuyển thành cơ thể nhân chuẩn Cùng với

sự tiến hóa về nhân và cơ chế phân chia nhân (nhân có màng, có các thể nhiễm sắc, phân bào có tơ…) ở cơ thể nhân chuẩn xuất hiện nhiều cơ quan

tử không thấy ở các cơ thể nhân sơ như ty thể, lục lạp (ở cơ thể nhân chuẩn quang hợp)… Nghiên cứu các đặc điểm của cơ quan tử ta thấy rất nhiều điểm giống cơ thể nhân sơ như DNA mạch vòng (DNA nhân mạch

thẳng), không có protein histone (thể nhiễm sắc trong nhân có histone), ribosome 70 S (trong tế bào là 80S) và phân bào trực phân trong khi tế bào

phân bào gián phân

Mặt khác, khoa học còn tìm thấy một ít loài động vật nguyên sinh

như Microsporidia và Giardia là những đơn bào nhân chuẩn kị khí còn lại

cho đến nay, không có ty thể, những cơ thể này đại diện cho một nhánh tiến hóa tiêu giảm không ty thể của các cơ thể nhân chuẩn, kị khí so với nhánh tiến hóa phát triển của các cơ thể nhân chuẩn hiếu khí

Con đường tiến hóa hình thành ty thể trong các cơ thể nhân chuẩn hiếu khí được thúc đẩy nhanh hơn khi hàm lượng oxy trong khí quyển tăng lên Người ta cho rằng một con đường tiến hóa để hình thành ty thể trong tế bào nhân chuẩn là do sự tiếp xúc của các vi khuẩn nội cộng sinh

(endosymbiotic bacteria), những tế bào nhân chuẩn mang trong mình vi

khuẩn hiếu khí nội cộng sinh, sau những thời kỳ nội cộng sinh kéo dài, có

sự chuyển gen từ vi khuẩn vào nhân và chỉ còn lại một số gen tự trị trong

ty thể, đó là tế bào nhân chuẩn hiếu khí mang ty thể như ngày nay

Ngoài những cấu tạo đặc biệt của nấm men so với vi khuẩn, thành tế bào của nấm cũng là một nét rất đặc trưng Thành tế bào nấm có đến 80%

là polysaccharide mang tính kháng nguyên, trong đó các hợp chất mannan,

glucan và chitine là rất quan trọng, phần còn lại là protein có thể đến 10 -

20%, trong đó gần một nữa là mannoprotein, chúng tạo thành 3 lớp của

myces

Schizosaccharo-Hanseniaspora Lipomyces Debaryomyces

Hansenula Kluyveromyces Pichia

Sacharomyces Coccidiascus

Sirobasidiaceae Tremellaceae

Filobasidium

Leucospiridium

Sirobasidium Tremalla

Nấm men chiếm một vị trí đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm:

làm nở bột mì, nấu rượu, làm rượu vang, làm pho mát, sản xuất sinh khối

để chế protein (trong nấm men có thể chứa đến 40% đạm của trọng lượng

khô) Riêng sản xuất bánh mỳ hằng năm thế giới đã tiêu thụ 1,7 triệu tấn

nấm men bánh mỳ

1.2 Nấm mốc

Nấm mốc là loại nấm sợi điển hình Cũng như nấm men, nấm sợi là những cơ thể dị dưỡng, một số sống cộng sinh với thực vật, khi cộng sinh

với tảo đơn bào hoặc tập hợp đơn bào thì hình thành địa y (Lichens)

Một số nấm ký sinh trên động vật và thực vật gây nên các bệnh nấm rất khó chữa Nhiều nấm sống hoại sinh sử dụng rác thải hữu cơ động vật

và thực vật hoặc phá hoại thức ăn, vật dụng hằng ngày Chúng thường có

những enzyme phân giải rất mạnh như hệ enzyme phân giải cellulose, phân giải pectin, các enzyme amylase, protease, lipase… Con người từ lâu đã

biết sử dụng mặt có lợi của nấm mốc trong việc chế tương, nước chấm,

sản xuất kháng sinh, tạo các enzyme…

Bảng 2.6: Bảng phân loại đơn giản một số giống nấm mốc

Eurotiales Spahaeriales

Endomycetales

(nấm men)

Emericella (A nidulans) Neurospora (N grassa) Eremothecium

Aspergillus (A flavus, A niger)

Sợi nấm có thể có vách ngăn như các lớp nấm bậc cao

(Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes) hoặc hình ống trong đó sợi có nhiều nhân mà người ta gọi là sợi cộng bào (coenocytis) Những loài nấm sợi không vách ngăn thuộc về các nấm bậc thấp như Oomycetes

và Zygomycetes Các vách ngăn không ngăn cách hoàn toàn giữa các tế

bào của sợi mà chúng thường liên hệ với nhau qua lỗ vách Một bào tử khi rơi vào môi trường thuận lợi sẽ nảy mầm và tạo thành khuẩn lạc gồm hệ sợi phát triển sâu vào cơ chất để hút thức ăn (sợi cơ chất - SM), sợi cơ chất tạo thành khung của khuẩn lạc và sợi khí sinh mang các cuống bào tử (sợi khí sinh - AM)

Các nấm bậc thấp có thể sinh ra các động bào tử một roi

(chytridiomycetes) hoặc hai roi (Oomycetes) trong chu trình sinh sản của mình Các nấm bậc cao như loài Aspergillus và Penicillium có thể hình

thành cầu tiếp hợp giữa hai tế bào của hai sợi (+ và -), đó là hiện tượng sinh sản cận tính

Các cuống mang bào tử phát triển từ một loại sợi khí sinh, có thể phân nhánh hoặc không, trên đầu cuống bào tử có thể hình thành túi mang

bào tử (Mucor, Rhizopus) với các bào tử túi sinh sản vô tính hoặc trên đầu

cuống bào tử bằng phương pháp đâm chồi mà sinh ra các bào tử đính

(conidie hay conidiospore), các cuống sinh bào tử có thể tập hợp lại thành

thừng hay khoang đính bào tử (pycnide) Đôi khi các bào tử được hình

thành bằng cách phân đốt của sợi (Geo trichum) mà người ta gọi là bào tử đốt (athrospore)

Các bào tử hữu tính được hình thành nhờ quá trình hữu tính kết hợp các tế bào đực và cái (các giao tử) hoặc các sợi khác giới tính, hoặc do sự

hợp nhất hai nhân trong sợi cộng bào (coenocytis) để hình thành hợp tử,

sau đó nhờ giảm nhiễm mà hình thành các túi bào tử với các bào tử túi

Ở các nấm đảm (Basidiomycetes) quá trình hình thành đảm và các

bào tử đảm là giai đoạn cuối cùng, quả thể nhìn thấy được bằng mắt thường, trong khi phần lớn chu trình phát triển ở dạng sợi mốc Ở các loài nấm đảm quá trình hợp nhân xảy ra muộn hơn so với quá trình hợp chất nguyên sinh Giai đoạn sợi lưỡng nhân (một tế bào có 2 nhân) tồn tại khá lâu, chỉ ở giai đoạn hình thành đảm mới có tế bào có nhân là 2n

* Tổng quát về nấm:

Bảng 2.7: Các lớp nấm thường gặp Lớp nấm Loại sợi Bào tử vô tính Bào tử hữu

tính

Nới sống chính

Ví dụ

vách ngăn

(coenocytic)

bào tử chuyển động Oospora thủy sinh,

nhiều loài gây bệnh cho cá, mốc sương khoai tây

đất, phân giải chất hữu cơ thực vật

Mucor, Rhizopus

Neurospora, Saccharo- myces, Morchella Basidiomycetes có vách

Agaricus, Amanita

Candida, Trychophyton, Epidermo- phyton

Bảng 2.8: Các kiểu bào tử nấm

Saprolegnia Bào tử vô tính (động bào

tử) Zoospores) Bào tử đơn, có roi, chuyên động

Coccidioides Bào tử đốt (Arthrospores) Bào tử được hình thành bằng

cách chia đốt các sợi khí sinh

(Chlamydospore), bào tử mầm (Blastospore)

Thành dày, bào tử đơn, được hình thành bằng phân đôi hay chồi giống nấm men

Saccharomyces,

Neurospora Bào tử túi hữu tính), thường 4 - 8 bào tử trong Được hình thành trong túi (bào tử

một túi

(Basidiospores) (thường 4 bào tử) Phát triển ở tận cùng của đảm

Rhizopus Bào tử tiếp hợp

trong công nghệ nuôi trồng nấm ăn

Phân loại nấm mốc chủ yếu dựa vào các tính trạng hình thái: cấu tạo sợi mang bào tử, cấu tạo bào tử và một số tính trạng sinh lý sinh hóa

2 Vi tảo

Vi tảo là tảo hiển vi có sắc tố quang hợp Vi tảo đơn giản nhất là cơ

thể đơn bào, hoặc tập hợp đơn bào, có thể có roi như Clamydomonas, Peridium và Euglena (tảo mắt), hoặc không có roi như Chlorella (tảo lục), Diatomia (tảo cát)

Các vi tảo thường gặp hơn là các cơ thể đa bào hoặc tập hợp đơn

bào, như các tập đoàn Volvox, Pediastrum, Scenendesmus (thuộc nhóm Archethalle) hoặc phức tạp hơn có bộ phận đính bám và bộ phận dựng

đứng như các sợi mảnh phân nhánh hoặc không (có thể có vách ngăn tạo thành các tế bào tương đối độc lập hoặc không có vách ngăn như một ống

cộng bào (coenocytic)

Những tảo này sinh sản bằng cách phân chia những tế bào lạ ở giữa

hoặc bằng cách rụng tế bào ở đầu cùng (Sphacelaria, Ectocarpus…),

chúng sinh sản hữu tính bằng tiếp hợp đẳng giao (hai giao tử bằng nhau) hoặc dị giao (hai giao tử khác nhau)

Các sắc tố quang hợp và hỗ trợ ở các nhóm tảo khác nhau thì khác nhau, hiện nay người ta đã biết 6 nhóm tảo với các sắc tố đã được nghiên

cứu tương đối kỹ Bốn giống tảo lục là Clamydomonas (đơn bào 2 roi), Gonium (tập hợp đơn bào 2 roi), Pandorina (tập hợp đơn bào, phía ngoài còn có 2 roi, phía trong mất roi) và Volvox (tập hợp đơn bào, phía ngoài có

2 roi làm chức năng di động cho cả tập đoàn, phía trong tế bào mất roi làm chức năng quang hợp, hô hấp) là một ví dụ rõ nét chứng minh sự tiến hóa

từ tổ chức đơn bào lên tổ chức đa bào phân hóa thô sơ

Bảng 2.9: Sắc tố và một số tính chất của các nhóm tảo khác nhau

Tế bào 2 roi, sinh sản vo tính bằng chia đôi hoặc sinh sản hữu tính, chất dự trữ là tinh bột,

thành tế bào chủ yếu là cellulose

đôi hoặc hữu tính, chất dự trữ là

mỡ và loại tinh bột paramylon,

Phần lớp là đơn bào, một số nhỏ dạng sợi có 1 - 2 roi, sinh sản vô tính hoặc hữu tính, chất dự trữ là

dầu và lecucosin với silic, thành

tế bào thấm pectin, silica

Đơn bào 2 roi ở bên, sinh sản

vô tính bằng phân đôi, chất dự trữ là tinh bột, thành tế bào là

Diatoxanthine, Xanthophylls

Đa bào, kích thước lớn, hai roi khác biệt ở bên, sinh sản vô tính bằng động bào tử, sinh sản hữu tính bằng giao tử chuyển động,

Violaxanthine

Hầu hết đa bào, kích thước lớn, bất động, sinh sản vô tính bằng bào tử, sinh sản hữu tính bằng giao tử, chất dự trữ là tinh bột, thành sinh chất chủ yếu là

cellulosse

3 Động vật đơn bào

Toàn bộ động vật được chia làm hai mức độ tổ chức: động vật đơn

bào (Protozoa) và động vật đa bào (Metazoa) (theo phân giới truyền thống

thì đó là hai giới phụ) Động vật đơn bào (đôi khi người ta gộp vào nhóm này cả những động vật hiển vi dạng sợi nhiều nhân) là những cơ thể đơn bào nhân chuẩn, thường dinh dưỡng hữu cơ, một số nhỏ quang dưỡng Những động vật đơn bào đầu tiên đã được Leeuwenhoek A.V phát hiện ra ngay từ thế kỷ XVII nhưng được nghiên cứu vào thế kỷ XVIII bởi Joblot

2 Sporzoa (ký sinh trên động vật, một hoặc nhiều vật chủ)

3 Cnidospora (ký sinh trên động vật có xương và không xương)

4 Ciliophora hay cilie (roi ngắn - cils, có hai loại nhân: nhân to và

nhân bé)

Với hơn 30.000 loài được mô tả, động vật đơn bào sống ở đất và nước, nhiều động vật đơn bào có vai trò quan trọng ở các lớp bùn hoạt tính tại các trạm lọc nước thải

Bảng 2.10: Một số nhóm động vật đơn bào và tính chất của chúng

Leishmania Sarcodina Dạng amip, giả túc,

không roi, chia đôi Nước ngọt và mặn, ký sinh trên động vật Amoeba, Entamoeba Sporozoa Thường bất động, một số

có thể trườn, bò, chia đôi, ký sinh động vật, sâu

bọ

Ký sinh sơ cấp trên động vật chân đốt, tác nhân truyền bệnh

ký sinh

Plasmodium (gây

bệnh sốt rét cơn

Malaria), Toxoplasma Ciliophora Nhiều roi ngắn (tiêm

mao-cilia), chia đôi

ngang, mỗi tế bào thường có 2 nhân, nhân lớn và nhân bé làm chức năng khác nhau

Nước ngọt và mặn,

ký sinh trên động vật, trong dạ con của động vật nhai lại

Paramecium, Balantidium

Cnidophora Hình thành chuỗi bào tử

nhờ sợi phình ra và cắt khúc

Ký sinh trên động vật

có xương và không xương

đơn bào, tập hợp sợi và bắt đầu hình thành mô

riêng lẻ, tập hợp

hấp thụ, thực bào

hỗ trợ

chuyển động

Thành tế

bào Murein Hemicellulose và chitine cellulose không có hoặc lipoproteid

pH tối ưu 6,5 - 7,5 3,8 - 5,6 gần trung trung tính tính chất

tính số đông Nhu cầu

30.000 (chỉ tính động vật đơn bào)

Câu hỏi ôn tập chương 2

1 Vẽ sơ đồ cấu tạo tế bào vi khuẩn, trong đó ghi rõ các cấu tạo bắt buộc phải có và cấu tạo không thường xuyên phụ thuộc vào nhóm vi khuẩn

2 So sánh cấu tạo thành tế bào vi khuẩn và vi sinh vật cổ Nói rõ vai trò của thành trong hoạt động sống và trong phương pháp nhuộm Gram

3 Vẽ sơ đồ cấu tạo màng sinh chất của vi khuẩn, nói rõ chức năng vận chuyển các chất qua màng

4 Bản chất của các vật thể ẩn nhập, cấu tạo của chúng và khả năng nhuộm màu

5 Chất nhân của vi khuẩn, những phát hiện mới trong vấn đề genophore của cơ thể nhân sơ

6 Plasmid ở cơ thể nhân sơ, vai trò và chức năng

7 Màng nhầy và tiên mao, cấu tạo và chức năng các loại

8 Nội bào tử, cấu tạo và nhuộm màu

9 Nêu một số ví dụ vi khuẩn sinh bào tử và không sinh bào tử, ứng dụng của chúng trong công nghệ vi sinh

10 Vẽ sơ đồ cấu tạo tế bào nấm men

11 Cấu tạo thành tế bào nấm

12 Các chu trình sinh học của nấm men, đại diện nấm mốc

13 Nguyên tắc và phương pháp phân loại vi sinh vật

14 Định nghĩa và cho ví dụ các khái niệm sau: bào tử vô tính, bào tử hữu tính, nội bào tử, bào tử đính, bào tử túi, bào tử đảm, sợi nấm có vách ngăn, sợi cộng bào, sợi hai nhân

15 Nêu một số nấm có lợi và gây hại

16 Các nhóm tảo, cấu tạo tế bào và thành tế bào

17 Động vật đơn bào, cấu tạo đặc trưng khác với vi khuẩn

18 So sánh tổng quát sự khác biệt của vi khuẩn, nấm, tảo đơn bào và động vật đơn bào

Chương 3

Các khái niệm cơ bản về virus

Virus là các tác nhân rất nhỏ có thể gây bệnh ở mọi cơ thể sống Do cấu tạo rất đơn giản nên muốn nhân lên chúng bắt buộc phải ký sinh trong

tế bào và nhờ bộ máy tổng hợp của tế bào

I Đặc điểm của virus

Kích thước nhỏ Virus có kích thước rất nhỏ từ 10nm đến 300nm

trong khi kích thước của vi khuẩn khoảng 1000nm và kích thước của hồng cầu là 7500nm Vì vậy virus chỉ có thể quan sát được trên kính hiển vi điện tử

Hình 3.1: Hình thái của một số virus

1.Đối xứng đa diện: [A] polio-, wart-, adeno-, rota-; [B] herpet

2.Đối xứng xoắn: [C] khảm thuốc lá; [D] cúm;[E] sởi, quai bị, parainfluenza;

[F] dại; 3.Đối xứng hỗn hợp:[G] poxvirus; [H] phage T chẵn

• Genome virus chỉ chứa một loại acid nucleic, có thể là DNA hoặc

RNA, có thể ở dạng thẳng hoặc khép kín, chuỗi đơn hoặc chuỗi kép Genome phân đoạn hoặc không phân đoạn

Là dạng sống không có hoạt tính trao đổi chất Virus không có ribosome hoạt động hoặc không có bộ máy tổng hợp protein Cho nên mặc

dù một số virus có enzyme riêng cuả mình nhưng virus chỉ có thể nhân lên

trong tế bào sống, điều khiển bộ máy tổng hợp của tế bào phục vụ cho mình để tạo thành các hạt virus mới

II Cấu trúc virus

Virus có cấu tạo rất đơn giản, bao gồm lõi là acid nucleic, tức genome nằm ở phía trong còn phía ngoài được bao bọc bởi vỏ protein, vỏ protein bảo vệ genome khỏi sự tác động của các yếu tố môi trường ví dụ như nuclease trong máu

Vỏ protein được gọi là capsid Capsid được cấu tạo bởi các đơn vị hình thái là capsome Capsome lại được cấu tạo bởi các đơn vị cấu trúc là

protome Protome có thể là monome (chỉ có một phân tử protein) hoặc polyme (nhiều phân tử protein) Capsid và acid nucleic được gọi là

nucleocapsid

Hình 3.2 Cấu trúc cơ bản của virion

Lõi là acid nucleic, vỏ là capsome là protein, hợp lại thành nucleocapsid Nucleocapsid được bao bọc bởi lớp vỏ ngoài (lipoprotein) với các gai

A.Sơ đồ virus đa diện đơn giản nhất, mỗi mặt hình đa diện là tam giác đều Đỉnh

do 5 cạnh hợp thành Mỗi cạnh chứa 3 capsomer

B Sơ đồ của virus hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virus khảm thuốc lá) Capsomer sắp xếp xoắn xung quanh sợi acid nucleic dạng xoắn ốc

Một số virus còn chứa vỏ ngoài, bao bọc bên ngoài capsid Vỏ ngoài

có bản chất là lipoprotein chứa kháng nguyên của virus Vỏ ngoài một phần bắt nguồn từ màng sinh chất của tế bào chủ khi virus chui ra ngoài theo lối nảy chồi ở một số virus, vỏ ngoài có nguồn gốc từ màng nhân của

tế bào Hạt virus nguyên vẹn còn được gọi là virion

Virus có 3 kiểu cấu trúc

• Cấu trúc hình khối Capsid có cấu trúc hình khối 20 mặt tam giác đều

• Cấu trúc xoắn Nucleocapsid dạng kéo dài Các capsome sắp xếp xung

quanh theo chiều xoắn của acid nucleic Đa số virus có cấu trúc xoắn có vỏ ngoài bao bọc nucleocapsid xoắn

• Cấu trúc phức tạp Cấu trúc hỗn hợp vùa dạng khối vừa dạng xoắn Ví

dụ phage có đầu dạng khối, đuôi dạng xoắn trông như con nòng nọc

III Nuôi cấy virus

Do virus chỉ sinh sản bên trong tế bào sống nên phải có các phương pháp đặc biệt để nuôi cấy chúng Có 3 hệ thống chính dùng để nuôi cấy virus trong phòng thí nghiệm

• Nuôi cấy mô tế bào Các tế bào có nguồn gốc từ các mô của người

hay động vật đươc nuôi trong bình chứa môi trường nhân tạo, cho phát triển và dùng làm nguồn nguyên liệu để cấy virus

• Phôi gà Một số virus có thể nhân lên trong tế bào phôi gà 6- 13

ngày Ngày nay phương pháp nuôi này đã được thay thế bởi tế bào nuôi cấy mô Tuy nhiên trong sản xuất một số loại vaccine, phương pháp này vẫn được sử dụng

• Động vật thực nghiệm Trước đây phương pháp này được dùng

phổ biến để phân lập và nghiên cứu virus Các động vật được sử dụng là chuột, thỏ, khỉ, chồn Tiêm hỗn dịch nghi là có virus vào động vật và quan sát bệnh cảnh lâm sàng Hiện nay phương pháp này vẫn được dùng

để phân lập một số virus

IV Ảnh hưởng của virus lên tế bào

Virus có thể tác động lên tế bào theo 4 cách sau:

• Gây chết tế bào Kết quả của việc nhiễm virus là làm cho tế bào bị

huỷ hoại, dẫn đến làm chết tế bào (CPE- Cytopathic effect)

• Chuyển dạng Tế bào bị nhiễm virus nhưng không chết mà chuyển

từ trạng thái bình thường sang trạng thái đặc biệt, thành các tế bào u hoặc ung thư

• Nhiễm tiềm tàng Virus tồn tại bên trong tế bào ở trạng thái hoạt

động tiềm ẩn nhưng không ảnh hưởng rõ rệt đến chức năng của tế bào

• Gây ngưng kết hồng cầu Một số virus trên bề mặt vỏ ngoài có chứa protein gây ngưng kết hồng cầu (Haemaglutinin) gắn trên bề mặt các

tế bào nhiễm Khi thêm hồng cầu vào thì hồng cầu sẽ bị kết dính bởi các tế bào nhiễm

V Phân loại virus

Virus được phân loại dựa theo đặc điểm hình thái, bản chất của genome (DNA hay RNA), có hay không có vỏ ngoài, vị trí lắp ráp

Uỷ ban quốc tế phân loại virus quy định: Họ virus có tiếp vị ngữ là

-viridae, họ phụ – virinae và chi- virus Sau đây là một số virus gây bệnh

Bảng 3.1 Virus gây bệnh chứa genome DNA Nhóm virus Tên virus Tên bệnh

Molluscum (u mềm)

Đậu mùa

u mềm lây Herpes Herpes simplex

Varicella zoster Cytomegalo

EB ( Epstein- Barr),

HH6

Herpes

Thuỷ đậu zona (shingles)

Nhiễm trong thoả hiệp miễn dịch Bệnh bạch cầu đơn nhân lây nhiễm Bệnh ngoại ban đột ngột

Bảng 3.2 Virus gây bệnh chứa genome RNA Nhóm

Viêm nhiễm đường hô hấp Sởi

Viêm não, bại liệt Cảm lạnh

Viêm gan Calici SRSV (virus có cấu trúc dạng

tròn nhỏ- small round structure virus)

Viêm dạ dày, ruột

Toga Alpha (virus arbo nhóm A)

Rubi

Viêm não Sốt xuất huyết Rubeon (sởi Đức) Flavi Flavi (virus arbo nhóm B)

Viêm gan C

Viêm não Sốt xuất huyết Viêm gan

Sốt xuất huyết Sốt, viêm thận

Arena Viêm màng não đám rối màng

mạch lympho bào Virus Machupo Virus Junin Virus lassa

Virus E bola

Sốt Marburg Sốt xuất huyết Ebola

VI Ảnh hưởng của tác nhân vật lý, hoá học đến virus

- Nhiệt độ cao: Đa số virus bị bất hoạt ở 560C trong vòng 30 phút, hoặc ở 1000C trong vài giây

- Nhịêt độ thấp: Đa số virus bền ở nhịêt độ lạnh nên có thể bảo quản

lâu ở – 700C Một số virus bị bất hoạt trong quá trình làm đông lạnh hoặc tan băng

- Khô hạn: Khả năng chịu khô hạn của virus khác nhau tuỳ loài Một

số sống sót, một số bị bất hoạt nhanh ở điều kiện khô hạn

- Bức xạ tử ngoại: Virus bị bất hoạt bởi tia tử ngoại

- Chlorofoc, ete và các dung môi khác: Các virus có vỏ ngoài chứa

lipid sẽ bị bất hoạt, còn không chứa lipid sẽ bền vững

- Các chất oxi hóa và chất khử Virus bị bất hoạt bởi dưới tác dụng

của formaldehyt, clo, iot và H2O2

β- propiolacton và formaldehyd là các hoá chất được dùng để bất hoạt virus trong sản xuất vaccine, song đa số virus không bị bất hoạt bởi phenol

- Chất khử trùng virus: Tốt nhất là dùng dung dịch hypoclorua (một

chất ăn mòn) và glutaraldehyt (là chất có thể gây mẫn cảm và kích thích gây khó chịu chảy nước mắt cho người dùng)

VII Các bệnh do virus

Virus là tác nhân gây bệnh quan trọng cho người, động vật, cây trồng và vi sinh vật Đa số các bệnh thường gặp ở người là do virus Hầu hết chúng gây bệnh ở thể nhẹ, bệnh nhân tự bình phục sau một thời gian nhất định Nhiều loại tồn tại thầm lặng trong cơ thể Chúng nhân lên nhưng không gây bất kỳ triệu chứng nào Tuy nhiên việc nhiễm virus thường ở thể nhẹ, nhưng đôi khi có thể gây bệnh trầm trọng ở những người mẫn cảm bất thường Một số do virus gây bệnh rất nặng và thường

có tỷ lệ tử vong cao

VIII Con đường lây nhiễm của virus vào cơ thể

Virus vào cơ thể theo 4 con đường chính:

- Hít thở: Qua đường hô hấp

- Ăn uống: Qua đường tiêu hoá (dạ dày- ruột)

- Xâm nhập qua da, vết xước niêm mạc (qua quan hệ tình dục), truyền máu, tiêm chích, phẫu thuật cấy ghép hay do côn trùng hoặc động vật cắn

- Bẩm sinh: Do mẹ truyền qua nhau thai sang con