1. Hình thể
Vi khuẩn bạch hầu có kích thước 0,5 -1x 2 - 8µ m, dạng hình que thẳng hoặc hơi cong,
hai đầu tròn và thường phình ra to hơn thân làm cho vi khuẩn có dạng hình chùy. Vi khuẩn có thể xếp thành hàng rào hay thành chữ cái H, V, X, Y ... Vi khuẩn không di động, không có vỏ, không sinh nha bào. Trực khuẩn bạch hầu bắt màu Gram dương nhưng khi tẩy màu kéo dài dễ mất màu tím. Khi nhuộm vi khuẩn bằng các phương pháp như Albert hoặc Neisser thì sẽ thấy có các hạt di nhiễm sắc (hạt volutin) những hạt này bắt màu đen khác với màu của thân vi khuẩn.
2. Tính chất nuôi cấy
Vi khuẩn bạch hầu là vi khuẩn hiếu khí. Mọc được ở môi trường nuôi cấy thông thường, nhưng mọc tốt và nhanh ở môi trường có máu và huyết thanh. Nhiệt độ thích hợp là 37oC, pH thích hợp 7,6 - 8.
- Ở môi trường huyết thanh đông Loeffler, môi trường trứng, vi khuẩn mọc nhanh, 10- 18 giờ sau đã tạo thành những khuẩn lạc nhỏ, tròn lồi, bờ đều, màu xám nhạt.
- Ở môi trường có Tellurit kali 0,3% như môi trường Mac-Leod, môi trường Schroer, vi khuẩn bạch hầu mọc thành những khuẩn lạc đen hoặc xám đen tùy theo typ.
- Ở môi trường thạch máu: vi khuẩn mọc tạo thành khuẩn lạc bờ đều, tâm cao, màu trắng đục và có vòng tan máu xung quanh khuẩn lạc tuỳ theo typ. Dựa vào khả năng tan máu , người ta phân biệt 3 typ: gravis, mitis và intermedius
- Ở canh thang vi khuẩn làm đục nhẹ, tạo nên những hạt dính vào thành ống và xuất hiện màng trên mặt môi trường.
3. Tính chất sinh hóa
Lên men và không sinh hơi các loại đường: glucose, galactose, không lên men đường saccharose và lactose.
Để phân biệt các typ vi khuẩn bạch hầu thật và các trực khuẩn giả bạch hầu (Corynebacterium hoffmani, Corynebacterium xerosis), người ta dựa vào bảng các tính chất sinh vật hoá học dưới đây:
Bảng các tính chất sinh vật hoá học cơ bản Vi khuẩn Glucose Saccarose Lên men
tinh bột
Tan máu
Corynebacterium diphteriae gravis + - + -
Corynebacterium diphteriae mitis + - - +
Corynebacterium diphteriae intermedius + - - -
Corynebacterium hoffmani - - - -
Corynebacterium xerosis + + + -
4. Sức đề kháng
Vi khuẩn nhạy cảm với nhiệt, ở nhiệt độ 56oC chết trong vòng 5 phút. Ở trong giả mạc và khi dính vào đồ chơi, áo quần, vi khuẩn tồn tại khá lâu ở nhiệt độ bình thường. Trong điều kiện khô và lạnh vi khuẩn bạch hầu có sức đề kháng cao hơn các vi khuẩn không nha bào khác. Các chất sát khuẩn thông thường giết chết nhanh vi khuẩn sau 1 phút.
5. Khả năng sinh độc tố
Trực khuẩn bạch hầu tạo ngoại độc tố lúc ở trạng thái sinh dung giải với phage β. Sự hiện diện của prophage đã mang lại cho vi khuẩn gen có khả năng tổng hợp nên độc tố. Sự tạo thành độc tố của chúng còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác như nồng độ Fe++ trong môi trường, áp suất thẩm thấu, nồng độ axit amin, nguồn N2 và C thích hợp.
Bản chất ngoại đôc tố bạch hầu là protein không bền với nhiệt, là 1 độc tố mạnh, 1mg độc tố có thể giết chết 1.000 con chuột lang nặng 250g sau 96 giờ. Nếu cho tác dụng với formol 0,3-0,4 % ở nhiệt độ 40oC sau 1 tháng thì độc tố bạch hầu biến thành giải độc tố được sử dụng để làm vaccine phòng bệnh bạch hầu.
6. Cấu trúc kháng nguyên
- Kháng nguyên độc tố: Độc tố phân lập từ tất cả các chủng vi khuẩn bạch hầu cho thấy sự tương đồng về miễn dịch nghĩa là tạo thành 1 typ độc tố sinh kháng duy nhất, điều này đảm bảo sự thành công của vaccine trong phòng bệnh.
- Kháng nguyên của vi khuẩn: Những khảo sát cho thấy kháng nguyên polysaccharide ở bề mặt vi khuẩn ở cả 3 typ gravis, mitis, intermedius không khác nhau trong khi ở các trực khuẩn giả bạch hầu không có kháng nguyên này.