Các sinh vật đa bào có nhiều giai đoạn sinh trưởng khác nhau, trong đó có nhiều giai đoạn chưa trưởng thành (ví dụ các giai đoạn ấu trùng của sán ký sinh). Ngay cả động vật nguyên sinh và nấm cũng có nhiều giai đoạn phát triển. Trái lại, vi khuẩn được xem là chỉ có giai đoạn sinh trưởng (sinh dưỡng), giai đoạn cân bằng hoặc chết. Ngoại trừ các chi có khả năng sinh bào tử, các loài vi khuẩn khác do không thay đổi hình dạng trong suốt chu kỳ sống nên chúng được xem là dạng đơn hình. Như đã chỉ ra ở phần trên, tất cả các loài vi khuẩn thích nghi mạnh mẽ và nhanh chóng trước những biến đổi của môi trường sống. Sự thích nghi này có thể xảy ra ở mức độ kiểu hình hoặc ở mức độ kiểu gene. Vì vậy có thể thấy rằng vi khuẩn trên thực tế có thể tồn tại ở nhiều trạng thái sinh lý khác nhau mà trước đây chúng ta chưa biết và những trạng thái này có thể ảnh hưởng tới khả năng loại bỏ vi khuẩn của hệ miễn dịch cũng như của các tác nhân diệt khuẩn.
3.1. Bào tử (spore)
Ở một số vi khuẩn, điển hình là các loài thuộc chi Bacillus và Clostridium, có khả năng sinh ra một cấu trúc có tính kháng cao được gọi là nội bào tử
(endospore) (Hình 2.10). Cấu trúc này giúp vi khuẩn có thể tồn tại trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt như thiếu dinh dưỡng, nhiệt độ cao, khô hạn,…(một số bào tử có thể tồn tại hàng nghìn năm đã được tìm thấy). Quá trình hình thành bào tử không phải là hình thức sinh sản vì mỗi tế bào sinh dưỡng chỉ hình thành
29
bên trong nó một bào tử duy nhất và khi bào tử đó nảy mầm cũng chỉ tạo ra một tế bào sinh dưỡng mà thôi.
Khi không nhuộm tế bào, bào tử thường có màu sáng hơn nằm bên trong tế bào mẹ. Kích thước bào tử thường lớn hơn các hạt lipid và có dạng trứng (hạt lipid có dạng cầu). Bào tử trưởng thành không nảy mầm có màu sáng khi quan sát bằng kính hiển vi phản pha còn bào tử chưa trưởng thành hoặc đang nảy mầm sẽ có màu tối. Khi trưởng thành, bào tử không bắt màu với các loại thuốc nhuộm đơn giản nên sẽ quan sát thấy một đốm sáng nằm trong nền tế bào bắt màu. Bào tử có thể được nhuộm bằng phương pháp ZN cải tiến. Hình dạng bào tử trưởng thành thay đổi tùy thuộc theo loài, có thể ở dạng cầu, dạng trứng hay dạng thẳng và có thể nằm ở vị trí đầu mút, gần đầu mút hoặc ở trung tâm tế bào.
Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc bào tử vi khuẩn
Bào tử có khả năng kháng tốt hơn tế bào sinh dưỡng khi gặp các điều kiện nhiệt độ cao, khô hạn hay một số chất kháng khuẩn. Vì vậy cần phải khử trùng ướt ở nhiệt độ 100-120C trong khoảng thời gian từ 10-20 phút mới tiêu diệt được bào tử, trong khi chỉ cần nâng nhiệt độ lên khoảng 60C cũng đủ để tiêu diệt các tế bào sinh dưỡng. Trong các điều kiện khô hoặc ẩm không phù hợp cho sinh trưởng, bào tử có thể tồn tại rất nhiều năm. Khả năng kháng của bào tử là do chúng có một số đặc điểm khác biệt so với tế bào sinh dưỡng: lớp vỏ (cortex) và lớp áo ngoài (outer coat) của bào tử hoàn toàn không thấm; bào tử chứa hàm lượng lớn canxi và dipicolinic acid; hàm lượng nước thấp và hoạt động của các enzyme cũng như tốc độ trao đổi chất rất thấp.
Quá trình hoạt hóa lại bào tử được gọi là nảy mầm (germination). Cần chú ý một điều rằng, quá trình nảy mầm không phải là các bước đảo ngược của quá trình hình thành bào tử. Quá trình nảy mầm bào tử xảy ra khi đáp ứng lại những
30
kích thích đặc biệt (những yếu tố thuận lợi cho sinh trưởng) từ môi trường bên ngoài. Trong giai đoạn này, bào tử mất hoàn toàn tính kháng với nhiệt, hàm lượng canxi và dipicolinic acid giảm, tăng cường tính thấm đối với các loại thuốc nhuộm.
3.2. Ngoại bào tử (conidia)
Một số vi khuẩn có cấu trúc sợi như Actinomycetales và rất nhiều loại nấm sợi đều có khả năng sinh ngoại bào tử, một dạng bào tử khác so với nội bào tử. Ngoại bào tử được hình thành phía ngoài tế bào mẹ và được phát tán nhờ gió hoặc các yếu tố ngoài môi trường. Những dạng bào tử này không có khả năng kháng nhiệt cũng như kháng lại các chất khử trùng.