vi sinh vat cổ

Woese và cộng sự 1977 sau khi xem xét trình tự 16S rARN nhận thấy rằng các sinh vật nhân nguyên thuỷ Prokaryote cần được chia thành hai nhóm khác biệt nhau hoàn toàn là Vi khuẩn Eubacte

VI SINH VẬT NHÂN SƠ

VI SINH VẬT CỔ

1 Khái niệm:

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

(Archaeobacteria) là nhóm sinh vật nhân sơ xuất hiên sớm

nhất (khoảng 3,5-4 tỷ năm trước đây)

- Carl R Woese và cộng sự (1977) sau

khi xem xét trình tự 16S rARN nhận

thấy rằng các sinh vật nhân nguyên

thuỷ (Prokaryote) cần được chia thành

hai nhóm khác biệt nhau hoàn toàn là

Vi khuẩn (Eubacteria hay Bacteria) và

Cổ khuẩn (Archaeabacteria hay

Archaea), và cùng với các Sinh vật

nhân thực (Eukarya) làm thành ba lĩnh

5

2 Cấu tạo và hình thức dinh dưỡng:

- Archaea là rất nhỏ, thường nhỏ dưới một micromet

- Hình dạng của vi sinh vật cổ có thể hình cầu, hình que hay những hình dạng đặc biệt mà các vi khuẩn khác

không thấy có như hình sao, hình vuông và dẹt

2.1 Hình dạng và kích thước:

7

2 Cấu tạo và hình thức dinh dưỡng:

- Cấu trúc đa dạng archaeans đa dạng, không giới hạn hình dạng của tế bào Archaea có thể có một hoặc nhiều flagella gắn liền, hoặc có thể thiếu flagella hoàn toàn

2.1 Hình dạng và kích thước:

- Các flagella là roi được sử dụng giúp sinh vật di chuyển,

2 Cấu tạo và hình thức dinh dưỡng:

- Giống như vi khuẩn, archaeans không có màng trong và DNA của chúng thuộc DNA dạng vòng gọi là plasmid

- Các tế bào archaeal có một màng tế bào bên ngoài đóng vai trò ngăn cách giữa tế bào và môi trường xung quanh

- Bên trong màng tế bào là tế bào chất, nơi diễn ra các hoạt động sống và là nơi chứa đựng DNA

2.1 Hình dạng và kích thước:

2 Cấu tạo và hình thức dinh dưỡng:

- Archaea có cấu trúc giống như các sinh vật khác, nhưng chúng được hình thành từ các thành phần hóa học khác nhau Ví dụ, các thành tế bào của tất cả các vi khuẩn chứa peptidoglycan hóa học Thành tế bào của Archeae không chứa hợp chất này

- Cấu trúc cơ bản Archaea: tế bào archaeal có 3 thành

phần chính là thành tế bào, màng tế bào chất và tế bào

2.1 Hình dạng và kích thước:

11Cấu trúc cơ bản Archaea

2 Cấu tạo và hình thức dinh dưỡng:

- Hoá dưỡng hữu cơ (chemoorganotrophy)

- Hoá dưỡng vô cơ (chemolithotrophy)

- Tự dưỡng (autotrophy)

- Quang hợp (phototrophy)

2.2 Các hình thức dinh dưỡng ở vi khuẩn cổ:

Hoá dưỡng hữu cơ (chemoorganotrophy)

- Hoá dưỡng hữu cơ là hình thức dinh dưỡng của nhiều loài

cổ khuẩn, tuy nhiên các chu trình phân giải chất hữu cơ

thường có một số điểm khác biệt so với vi khuẩn

- Cổ khuẩn ưa mặn (halophiles) và ưa nhiệt cao (extreme thermophiles) phân giải glucoza theo một dạng cải biên của con đường Entner-Doudoroff (E-D) Nhiều loài cổ khuẩn lại

có khả năng sản sinh ra glucoza từ các chất ban đầu không phải là hydratcarbo (gluconeogenesis) thông qua các bước đảo ngược của quá trình glycolysis (con đường Embden-

Meyerhof)

Hoá dưỡng vô cơ (chemolithotrophy)

Hoá dưỡng vô cơ khá phổ biến ở cổ khuẩn, trong đó hydro thường được sử dụng làm chất cho điện tử

Tự dưỡng (autotrophy)

- Tự dưỡng đặc biệt phổ biến ở cổ khuẩn và diễn ra dưới nhiều hình thức khác nhau Ở cổ khuẩn sinh methane và

cổ khuẩn hoá dưỡng vô cơ ưa nhiệt cao CO2 được

chuyển hoá thành các hợp chất hữu cơ qua con đường acetyl-CoA, trong đó một số loài có cải biên ở các bước phản ứng khác nhau

Tự dưỡng (autotrophy)

- Một số loài cổ khuẩn khác (như Thermoproteus) cố

định CO2 theo chu trình citric acid đảo ngược, tương tự như ở vi khuẩn lam lưu huỳnh Mặc dù các loài cổ khuẩn

ưa nhiệt cao đều thực hiện hình thức dinh dưỡng hữu

cơ nhưng nhiều loài vẫn có khả năng cố định CO2 và

thực hiện quá trình này theo chu trình Calvin, tương tự như ở vi khuẩn và sinh vật nhân thực

Quang hợp (phototrophy)

Khả năng quang hợp có ở một số loài cổ khuẩn ưa mặn cao, tuy nhiên khác với vi khuẩn, quá trình này được thực hiện hoàn toàn không có sự tham gia của chlorophill hay bacteriochlorophill mà nhờ một loại protein ở màng tế bào là bacteriorhodopsin kết gắn với phân tử tương tự

như carotenoid có khả năng hấp phụ ánh sáng, xúc tác cho quá trình chuyển proton qua màng nguyên sinh chất

và sử dụng để tổng hợp ATP Tuy nhiên, bằng hình thức quang hợp này cổ khuẩn ưa mặn cao chỉ có thể sinh

trưởng với tốc độ thấp trong điều kiện kỵ khí, khi môi

trường thiếu chất dinh dưỡng hữu cơ

2 Cấu tạo và hình thức dinh dưỡng:

- Cổ khuẩn được biết đến như những vi sinh vật thích nghi với các môi trường có điều kiện khắc nghiệt (extreme) như nhiệt độ cao (thermophilic), nơi lạnh giá (psychrophilic),

nồng độ muối cao (halophilic) hay độ acid cao (acidophilic) v.v Đó cũng là một lý do giải thích tại sao cổ khuẩn lại khó được phân lập và nuôi cấy trong điều kiện phòng thí

nghiệm Trong giới sinh vật, cổ khuẩn có các đại diện cư

2.3 Môi trường sống của cổ khuẩn và giả thuyết về hình thành sự sống trên Trái đất:

2 Cấu tạo và hình thức dinh dưỡng:

- Với các đặc điểm sinh lý như tính ưa nhiệt, sống kỵ khí, sử dụng các chất hữu cơ và vô cơ là nguồn năng lượng, các

loài cổ khuẩn ưa nhiệt cao có lẽ phù hợp với dạng sống

nguyên thuỷ mô phỏng theo điều kiện của trái đất trong thời

kỳ đầu Trong thực tế, chất chỉ thị mạch isoprene-lipid thành phần màng tế bào của cổ khuẩn được tìm thấy trong các lớp trầm tích có tuổi là 3,8 tỷ năm Các nghiên cứu dựa trên trình

tự 16S rARN cho thấy cổ khuẩn, đặc biệt là nhóm cổ khuẩn

ưa nhiệt cao, tiến hoá chậm hơn đáng kể so với vi khuẩn và sinh vật nhân thực Tốc độ tiến hoá chậm của cổ khuẩn so với hai lĩnh giới còn lại có thể do môi trường sống khắc

nghiệt của chúng tạo ra

2.3 Môi trường sống của cổ khuẩn và giả thuyết về hình thành sự sống trên Trái đất:

21Pyrodictium abyssi, được tìm thấy vào năm 1979 trên những dải đất giàu dinh dưỡng của miệng núi lửa sâu dưới đại dương

Deinococcus peraridilitoris được tìm thấy vào năm 2003 từ sa

Ferroplasma acidophilum có thể phát triển trong môi trường có độ pH bằng không (trong môi trường này, axit sulfuric trông giống như nước khoáng) Vi

2 Cấu tạo và hình thức dinh dưỡng:

- Dựa trên so sánh trình tự 16S rARN các đại diện cổ

khuẩn đã phân lập được chia thành hai nhóm chính là

Euryarchaeota và Crenarchaeota Euryarchaeota là

nhóm cổ khuẩn được biết rõ nhất, bao gồm nhiều loài

sinh methane, cổ khuẩn ưa mặn, khử sulfat

(Archaeoglobales), Thermoplasmalates và

Thermococcales Nhóm Crenarchaeota gồm ba lớp

Desulfococcales, Sulfolobales và Thermoproteales Sau

này nhóm cổ khuẩn Korarchaeota được đề xuất thêm,

tuy nhiên chỉ dựa trên các trình tự 16S rARN có được từ các mẫu ADN tách trực tiếp từ môi trường chứ chưa có đại diện nào được phân lập và nuôi cấy trong phòng thí nghiệm

2.4 Phả hệ cổ khuẩn dựa trên trình tự 16S rARN:

27Hình thái một số đại diện của hai nhóm cổ khuẩn

Euryarchaeota và Crenarchaeota

3 Một số nhóm khuẩn cổ đại diện:

- Sinh methane (methanogens)

- Cổ khuẩn ưa nhiệt cao (hyper-thermophiles)

- Cổ khuẩn ưa mặn (halophiles)

- Cổ khuẩn ưa acid (acidophiles) thuộc lớp

Thermoplasmatales với nhiều đại diện đã được phân lập

và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.cứu trong phòng thí nghiệm

XẠ KHUẨN

(Actinomycetes )

1 Khái niệm:

Xạ khuẩn (Actinobacteria) là một nhóm vi sinh vật đơn bào phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên Trước kia được xếp vào Tản thực vật (tức nấm), nhưng ngày nay chúng được xếp vào vi khuẩn

2 Đặc điểm chung:

- Kích thước tương đương với vi khuẩn, nhưng dài hơn

- Nhân nguyên thủy, không có màng nhân và tiểu hạch

- Vách tế bào không chứa cellulose hay kitin

- Sự phân chia tế bào theo kiểu của vi khuẩn

- Không có giới tính

2 Đặc điểm chung:

- Hoại sinh và ký sinh, phân bố rộng rãi trong tự nhiên

- Xạ khuẩn giống nấm: có cấu tạo dạng sợi gọi là sợi

3 Đặc điểm của khuẩn ty:

Khuẩn ty xạ khuẩn và bào tử

 Khuẩn ty không vách ngăn,

không tự đứt đoạn, G+, không có

nha bào… Có dạng hình chùy,

dạng phân nhánh hay dạng sợi

dài

 Khi phát triển trên môi trường

đặc, xạ khuẩn phân hóa thành:

- Khuẩn ty cơ chất

- Khuẩn ty khí sinh

 Đặc điểm nỗi bật của khuẩn ty

xạ khuẩn là có khả năng phân

nhánh

Các loại khuẩn ty xạ khuẩn

dạng nhung tơ hay dạng

màng dẻo, nhiều màu sắc

(trắng, đỏ, vàng, nâu,

tím…)

Khuẩn lạc xạ khuẩn

5 Cấu tạo:

5.1 Vách tế bào xạ khuẩn:

- Dày và khá vững chắc

- Cấu tạo: protein, lipid, mucopolisaccarit, hợp chất

photpho và axit teictioic, nhiều enzym tham gia vào

quá trình trao đổi chất của tế bào

- Chức năng: cho các chất kháng sinh, enzym,

protein…đi qua một cách dễ dàng; thẩm thấu có

chọn lọc

5 Cấu tạo:

- Dày khoảng 7,5 – 10 nm, có cấu tạo như màng tế bào chất của vi khuẩn

- Chức năng: điều hòa hấp thu các chất dinh dưỡng

vào tế bào và tham gia quá trình hình thành bào tử

5.2 Màng nguyên sinh chất:

5.3 Nguyên sinh chất và nhân:

6 Sự sinh sản của xạ khuẩn:

 Xạ khuẩn sinh sản dinh dưỡng bằng đoạn sợi: mỗi đoạn sợi xạ khuẩn khi đứt ra đều có khả năng nảy chồi tạo ra hệ sợi xạ khuẩn

 Bằng sự nãy chồi phân nhánh:trên bề mặt xạ khuẩn xuất hiện những mấu lồi, những mấu lồi lớn lên thành chồi, chồi lớn lên thành nhánh mới

 Phân cắt trực tiếp tế bào

- Bào tử được hình thành trên các nhánh của khuẩn ty khí sinh, gọi là cuống sinh bào tử, có các dạng: thẳng, lượn sóng, xoắn, mọc vòng…

- Bào tử trần có hình tròn, bầu dục… Cuống bào tử và bào tử có vai trò quan trọng trong phân loại

7 Bào tử và sự hình thành bào tử:

Bào tử được hình thành theo 2 cách:

- Vách ngăn được hình thành từ phía trong của màng nguyên sinh chất

- Vách tế bào và màng nguyên sinh chất đồng thời xuất hiện vách ngăn tiến dần vào phía trong

7 Bào tử và sự hình thành bào tử:

45

8 Phân loại xạ khuẩn:

 Xạ khuẩn thuộc về lớp Actinobacteria, bộ Actinomycetales,

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

thẳng Gram dương, hiếu khí, kháng axít

Nocardia- Khuẩn lạc và khuẩn ty đứt đoạn

8 Phân loại xạ khuẩn:

8.3 Họ Fradiaceae:

 Cộng sinh trong nốt sần một

số cây không phải họ đậu

Đã hình thành khuẩn ty thật

8 Phân loại xạ khuẩn:

8.5 Họ Micromonosporaceae:

 Khuẩn ty kí sinh phát

triển

Bào tử được sinh ra do

sự phân cắt đầu cuống sinh

bào tử

9 Vai trò:

 Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong đất, chúng tham gia vào các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất như xenluloza, tinh bột góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên  ứng dụng

trong quá trình chế biến phân huỷ rác

 Nhiều xạ khuẩn có khả năng sinh chất kháng sinh Đặc điểm này được sử dụng trong nghiên cứu sản xuất các

chất kháng sinh dùng trong y học, nông nghiệp và bảo

quản thực phẩm

 Tổng hợp vitamin nhóm B, axit hữu cơ, axit amin, các

VI KHUẨN LAM

(Cyanobacteria)

1 Cấu tạo:

- Vi khuẩn lam có hình dạng và kích thước rất khác nhau

- Chúng có thể là đơn bào hoặc là dạng sợi đa bào

Chamaesiphon Chroococcus Prochloron

Lyngbya Nostoc

1 Cấu tạo:

- Tế bào vi khuẩn lam có hình dạng đa dạng: hình cầu,

hình elip rộng, hình quả lê, hình trứng, hình kéo dài về một phía, hình elip kéo dài, hình thoi, hình ống

- Tế bào có đường kính chỉ khoảng 1 µm (ở chi

Synechococcus), nhưng cũng có tế bào chiều ngang vượt quá 30 µm (chi Oscillatoria)

1.1 Tế bào sinh dưỡng:

1 Cấu tạo:

- Bộ phận thực hiện quá trình quang hợp trong tế bào vi

khuẩn lam là thylakoid

- Trên màng của thylakoid có chứa chất diệp lục a,

β-caroten, caroteno (như myxocanthophyll, zeaxanthin,…) và các thành phần có liên quan đến chuỗi truyền điện tử trong quang hợp

- Mặt ngoài của thylakoid có chứa phicobilixom (một cấu trúc protein có dạng đĩa cấu tạo với 75% phicoxianin, 12% allophicoxianin, 12% phicoeritrin)

1.3 Thylakoid:

1 Cấu tạo:

- Sự hiện diện của phicobilixom và sự vắng mặt của

clorophin_b là đặc trưng của vi khuẩn lam, chứng tỏ vi khuẩn lam có nguồn gốc cổ xưa (trước khi xuất hiện clorophin b của thực vật)

- Chức năng hấp thụ ánh sáng được thực hiện bởi 2 sắc tố phicoxianin màu lam và phicoeritrin màu đỏ

- Tùy điều kiện môi trường mà vi khuẩn có khả năng thích

1.3 Thylakoid:

1 Cấu tạo:

Các chất dự trữ trong tế bào vi khuẩn lam là glicogen, poli-β-hidroxibutirat (PHB), volutin (poliphotphat), xianophixin…

1.4 Các chất dự trữ:

1 Cấu tạo:

Trong tế bào vi khuẩn lam có những cơ quan khá đặc trưng, đó là tế bào dị hình (dị hình bào, heterocyst),

là bào tử nghỉ (akinete), tảo đoạn (hormogonia), vi tiểu

bào nang (mannocyst), hạt sinh sản (gonidium)…

1.5 Tế bào dị hình:

65

1 Cấu tạo:

- Có thành dày, màu nhạt, không chứa sắc tố quang hợp, không chứa các hạt dự trữ, hình thành từ các tế bào dinh dưỡng trên các vị trí khác nhau của sợi

- Có thể hình thành đơn độc ở đầu sợi nhưng thường xếp thành dãy

- Tùy vị trí mà tế bào dị hình có một nút (khi nằm ở đầu hay

ở bên) hoặc 2-3 lỗ (khi nằm ở giữa)

- Những lỗ này có thành dày và nối tiếp giữa tế bào dị hình

1.5 Tế bào dị hình:

chống chịu cao đối

với điều kiện bất lợi

của môi trường

sống

- Có khả năng chuyển động trong nước nhờ khả năng tiết

ra chất nhầy Khi dừng chuyển động tảo đoạn có thể phát triển thành một sợi mới

- Trong tảo đoạn có thể gặp các không bào khí, giúp cho vi khuẩn lam có thể trôi nổi gần mặt nước

69

1 Cấu tạo:

1.5 Tế bào dị hình:

1.5.3 Vi tiểu bào nang:

Là các túi bé được sinh ra từ trong tế bào mẹ do sự co nguyên sinh

2 Quá trình quang hợp của vi khuẩn lam:

- Vi khuẩn lam có khả năng tự dưỡng quang năng nhờ

chứa sắc tố quang hợp là chất diệp lục a

- Quá trình quang hợp của vi khuẩn lam là quá trình

photphoryl hóa quang hợp phi tuần hoàn, có giải phóng oxi như ở cây xanh

- Quá trình này khác hẳn với quá trình photphoryl hóa

quang hợp tuần hoàn không giải phóng oxi ở nhóm vi

khuẩn kị khí màu tía không chứa lưu huỳnh trong tế bào

3 Sinh sản:

- Một số vi khuẩn lam sinh sôi nảy nở bằng cách đứt đoạn

- Ở bộ Nostocales thường gặp dạng bào tử của vi khuẩn lam Bào tử hình thành từng chiếc một từ tế bào dinh

dưỡng và có thành dày

- Ở một số chi (như Gloeotrichia, Anabaena) bào tử có thể hình thành do sự kết dính một số tế bào dinh dưỡng lại

3 Sinh sản:

- Thành bào tử có lớp trong và lớp ngoài, giúp cho vi

khuẩn lam chống chịu được với các điều kiện sống bất lợi Khi có điều kiện thuận lợi bào tử sẽ nảy mầm để tạo một đoạn sợi mới

- Ở vi khuẩn lam chưa phát hiện thấy các hình thức sinh sản hữu tính

4 Phân bố:

- Vi khuẩn lam phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên

- Một số vi khuẩn lam sống cộng sinh

- Nhiều vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ và có sức

đề kháng cao với các điều kiện bất lợi cho nên có thể gặp

vi khuẩn lam trên bề mặt các tảng đá hoặc trong vùng sa mạc

4 Phân bố:

- Ngoài ra, đã tìm thấy vi khuẩn lam ở cả trong các suối

nước nóng có nhiệt độ cao tới 87°C, trong các vùng biển

có nồng độ muối tới 0,7%

- Ở bề mặt ao hồ vào mùa hè có lúc vi khuẩn lam phát triển quá mạnh tạo ra hiện tượng “nước nở hoa”

77Hiện tượng “nước nở hoa”

- Những vi khuẩn lam có hoạt tính cố định nitơ cao được

sản xuất thành các chế phẩm dùng để lây nhiễm cho ruộng

79

CÁC VI KHUẨN

NGUYÊN THỦY

MYCOPLASMA

1 Lược sử phát hiện:

Năm 1898, E.Nocard và

cộng sự phân lập được

Mycoplasma từ bò bị bệnh

viêm phổi màng phổi

truyền nhiễm, khi đó được

gọi là PPO (tức vi sinh vật

viêm phổi màng phổi)

Mycoplasma bovis gây bệnh ở bò.

• Từ năm 1955, vi sinh vật này được chính thức đổi tên thành Mycoplasma.

• Năm 1967, các nhà khoa học Nhật Bản phát hiện ra các loại Mycoplasma gây bệnh cho thực vật (dâu, khoai tây…) Các loại Mycoplasma gây bệnh thực vật hiện được gọi là MLO – vi sinh vật loại Mycoplasma.

1 Lược sử phát hiện: