2.2.1.1. Đặc điểm hình thái
Vi khuẩn E. coli là một trực khuẩn hình gậy ngắn, kích thước 2-3 x 6 µm. Trên tiêu bản nhuộm Gram, vi khuẩn bắt màu Gram âm, có thể bắt mầu đều hoặc sẫm ở hai đầu, đứng riêng rẽ thành từng đám, đôi khi xếp 2-3 vi khuẩn thành một chuỗi dài. Trong môi trường nuôi cấy lâu ngày có khi thấy những trực khuẩn dài 4-8 µm. Phần lớn vi khuẩn di động nhờ có lông ở xung quanh thân. Vi khuẩn không sinh nha bào. Nếu lấy vi khuẩn từ khuẩn lạc nhầy để nhuộm có thể thấy giáp mô còn khi soi tươi sẽ không thấy được (Nguyễn Quang Tuyên, 2008). Dưới kính hiển vi điện tử, người ta còn phát hiện được cấu trúc pili, yếu tố mang kháng nguyên bám dính của vi khuẩn E. coli.
2.2.1.2. Vật chất di truyền
E. coli thuộc nhóm prokaryote (không nhân). Vật chất di truyền chính của vi
khuẩn E. coli nằm trong vòng ADN khép kín, khoảng 106 bp (genomic ADN).
Ngoài genomic ADN, một số tính trạng của E.coli được mã hóa trong ADN nằm ngoài genomic ADN được gọi là Plasmid. Plasmid có khả năng nhân lên độc lập với genomic ADN, khi phân chia Plasmid được truyền giữ lại cho thế hệ sau nếu đặc tính di truyền mang tính chất sinh tồn. Có nhiều dạng Plasmid trong đó dạng quan trọng bao gồm các Plasmid có kích thước khá lớn, chứa đủ vật chất di truyền cho cầu nối giữa E. coli và tryền Plasmid sang E. coli khác (cojugative plasmid). Điều này có thể giải thích cho sự xuất hiện các tính trạng mới (biến chủng) của E. coli do chúng thu nạp được các Plasmid mới trong quá trình sống, một số kháng nguyên bám dính và các độc tố đường ruột được mã hóa trong plasmid như F4, độc tố chịu nhiệt (ST) và không chịu nhiệt (LT).
2.2.1.3. Cấu trúc kháng nguyên của vi khuẩn
E. coli được chia thành các serotype khác nhau dựa vào cấu trúc kháng
nguyên thân O, kháng nguyên giáp mô K, kháng nguyên lông H và kháng nguyên bám dính F. Bằng phản ứng ngưng kết, các nhà khoa học đã tìm ra được 250 serotype O, 89 serotype K, 56 serotype H và một số serotype F (Fairbrother, 1992). Khi xác định serotyp đầy đủ của một chủng vi khuẩn E. coli thì phải xác định ở cả 3
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 17 loại kháng nguyên nói trên.
* Kháng nguyên O (Kháng nguyên thân – Ohne Hauch)
Kháng nguyên O của vi khuẩn E. coli được cấu trúc bởi hợp chất polysaccharide độc. Chỉ cần 1/20 mg kháng nguyên O đủ giết chết chuột nhắt sau 24 giờ. Cấu trúc phân tử lipopolysaccharide của kháng nguyên O gồm 2 phần: Phần lyposaccharide nằm ngoài có nhóm hydro mang chức năng tạo ra tính đặc trưng về serotype và phần lyposaccharide nằm ở bên trong không chứa nhóm hydro mang chức năng phân biệt giữa các dạng khuẩn lạc: dạng S (Smooth), dạng R (Rough) và dạng M (Mucous). Khi làm mất dần từng đơn vị đường của chuỗi polysaccharide hoặc làm thay đổi vị trí sẽ làm thay đổi độc lực của vi khuẩn. Phần lipid có độc tính nhất định, được cấu trúc bởi 3 thành phần cơ bản: axit béo, photphat và đường amino. Nghiên cứu mối liên kết này có cơ sở giải thích cơ chế, tác dụng của kháng nguyên O và phản ứng của nó với màng sinh học trong quá trình đáp ứng miễn dịch (Zinner và cs, 1983).
Kháng nguyên O có tính độc nằm ở thành tế bào vi khuẩn và có liên hệ trực tiếp với hệ thống miễn dịch. Kháng nguyên O khi gặp kháng thể tương ứng sẽ xảy ra phản ứng ngưng kết, tạo thành những hạt nhỏ khó tan. Phần lớn vi khuẩn E. coli
có kháng nguyên K bảo phủ kín kháng nguyên O, nên khi vi khuẩn còn sống không gây ngừng kết giữa các kháng nguyên O tương ứng. Kháng nguyên O có khả năng chịu được nhiệt, các chất cồn và axit HCl 1N.
Kháng nguyên O chịu được nhiệt, không bị phá huỷ khi đun nóng 100oC trong 2 giờ. Dưới tác động của cồn, axit HCl nồng độ 1N chịu được 20 giờ, nhưng lại bị phá huỷ bởi formol 0,5%.
* Kháng nguyên H (Kháng nguyên lông - Hauch)
Kháng nguyên H là kháng nguyên có bản chất là protein, rất kém bền vững so với kháng nguyên O, dễ bị phá hủy bởi nhiệt độ cao, cồn 500 và axid yếu, các enzyme tiêu hóa protein, không bị tác động khi xủ lý bằng formol 0.5%.
Kháng nguyên H không phải là yếu tố độc lực của vi khuẩn, nhưng có khả năng tạo miễn dịch mạnh. Phản ứng miễn dịch xảy ra nhanh hơn so với kháng nguyên O. Kháng nguyên H của vi khuẩn E. coli không có vai trò bám dính, không
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 18 có tính độc và cũng không có ý nghĩa trong đáp ứng miễn dịch phòng vệ nên ít được quan tâm nghiên cứu, nhưng nó có ý nghĩa rất lớn trong xác định giống loài của vi khuẩn (Orskov.F, 1978).
Kháng nguyên H khi gặp kháng thể H tương ứng sẽ xảy ra hiện tượng ngưng kết, trong đó các vi khuẩn được ngưng kết lại với nhau nhờ các lông vì các kháng thể H khi cố định trên lông sẽ là cầu nối với các lông bên cạnh. Phản ứng xảy ra nhanh hơn với kháng nguyên O và các hạt ngưng kết cũng lớn hơn, giống như như những cụm bông rất dễ tan khi lắc vì lông của vi khuẩn rất nhỏ và dễ đứt. Vi khuẩn di động khi tiếp xúc với kháng thể H tương ứng sẽ trở thành không di động.
Kháng nguyên H bảo vệ cho vi khuẩn khỏi bị tiêu diệt trong tế bào đại thực bào, từ đó giúp vi khuẩn sống lâu và tồn tại lâu hơn trong đại thực bào.
* Kháng nguyên K (Kháng nguyên vỏ bọc - Capsular)
Kháng nguyên K còn được gọi là kháng nguyên bề mặt ( Outer membrane protein) hoặc kháng nguyên vỏ bọc (Capsular).Vai trò kháng nguyên K chưa được thống nhất. Có rất nhiều ý kiến cho rằng, nó không có ý nghĩa về mặt độc lực của vi khuẩn, vì thấy rằng độc lực của chủng E. coli có kháng nguyên K cũng giống như độc lực của chủng không có kháng nguyên K. Tuy nhiên, có 1 số ý kiến khác cho rằng, nó có ý nghĩa về mặt độc lực vì nó tham gia bảo vệ vi khuẩn trước những yếu tố phòng vệ của vật chủ. Tuy vậy, phần lớn các ý kiến đều thống nhất kháng nguyên K có 2 nhiệm vụ sau:
+ Hỗ trợ phản ứng ngưng kết của kháng nguyên O, nên thường ghi liền công thức serotype của vi khuẩn là Ox: Ky, ví dụ như O139: K88, O149: K88... Khi đun nóng ở nhiệt độ 100 - 1200C, kháng nguyên K mất tác dụng ngưng kết.
+ Tạo ra thành hàng rào bảo vệ cho vi khuẩn chống lại các tác động ngoại cảnh và hiện tượng thực bào, yếu tố phòng vệ của vật chủ.
Căn cứ vào đặc tính vật lý, khả năng chịu nhiệt và không chịu nhiệt, khả năng hình thành ngưng kết tố, ức chế ngưng kết để phân kháng nguyên K ra thành 3 loại là 31L, 32B, 26A.
+ Kháng nguyên L: Không chịu được nhiệt, bị phân hủy khi đun sôi 100oC trong 2 giờ, lúc đó kháng nguyên mất khả năng ngưng kết, kết tủa và không giữ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 19 được tính kháng nguyên.
+ Kháng nguyên B: Không chịu được nhiệt, bị phân hủy khi đun sôi 100oC trong 1 giờ, mất tính kháng nguyên nhưng vẫn giữ được khả năng ngưng kết.
+ Kháng nguyên A: Chịu nhiệt, không bị phân hủy ở 100oc trong 2,5 giờ, giữ được tính kháng nguyên, khả năng gây ngưng kết và kết hợp.
Tóm lại, dựa vào kháng nguyên O, E. coli được chia thành nhiều nhóm; căn cứ vào cấu tạo kháng nguyên O, K, H, E. coli được chia làm nhiều typ; mỗi typ đều ghi thứ tự các yếu tố kháng nguyên O, H, K.
* Kháng nguyên F (Kháng nguyên Fimbriae - Kháng nguyên bám dính)
Kháng nguyên bám dính của vi khuẩn E. coli chính là cấu trúc pili (hay còn gọi là fimbriae) có cấu trúc giống sợi lông, ngắn, thẳng, xuất phát từ một đĩa gốc trong màng nguyên sinh chất của tế bào vi khuẩn. Fimbriae bao phủ bề mặt ngoài vi khuẩn, có bản chất là protein, có số lượng 10 – 400/ tế bào vi khuẩn.
Hầu hết các chủng E. coli gây bệnh đều sản sinh ra một hoặc nhiều kháng nguyên bám dính. Các chủng không gây bệnh thì không có kháng nguyên bám dính. Kháng nguyên bám dính giúp vi khuẩn bám vào các thụ thể đặc hiệu trên bề mặt tế bào biểu mô ruột và trên lớp màng nhày để xâm nhập và gây bệnh, đồng thời chống lại khả năng đào thải vi khuẩn của nhu động ruột.