Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 3 - TS. Nguyễn Xuân Cảnh

Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 3 Vi sinh vật nhân sơ (Vi khuẩn), cung cấp cho người học những kiến thức như: Vi khuẩn cổ (Archaeabacteria); Vi khuẩn thật; Đặc điểm phân loại. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 3 Vi sinh vật nhân sơ (Vi khuẩn)

• Vi khuẩn nguyên thủy: Mycoplasma, Rickettsia, Clamydia

• Đặc điểm phân loại

• Bao gồm tất cả các loài vi khuẩn cổ (“ancient” bacteria)

• Vi khuẩn cổ đầu tiên được phát hiện ở các hồ nước nóng và mạch nước

ngầm trong công viên Yellowstone National Park

• Chúng thuộc nhóm tế bào nhân sơ (Prokaryote), có cấu trúc đơn giản nhưng

các quá trình sinh hóa trong tế bào hết sức phức tạp

Archaeabacteria hay Archaea

Hình dạng tế bào

• Là các cá thể đơn bào

• Cấu trúc thành tế bào không có peptidoglycan

• Không đáp ứng lại với các chất kháng sinh

• Hầu hết các loài không cần oxygen trong quá trình sống

• Chúng có thể tổng hợp ATP từ ánh sáng

• Tổng hợp năng lượng theo hai con đường hóa tự dưỡng (chemoautotrophs)

và dị dưỡng (heterotrophs)

• Có khả năng sống trong môi trường nhiệt độ cao

• Có khả năng sống khi chiếu xạ với liều lượng cao

• Có khả năng sống trong đá hay ở các tầng sâu dưới đáy đại dương

• Có khả năng chịu được các điều kiện áp suất cao

Một số đặc điểm của vi khuẩn cổ

Các nhóm vi khuẩn cổ chính

• Vi khuẩn cổ sinh metan (Methanogenic archaea)

• Vi khuẩn cổ ưa muối (Extremely halophilic archaea)

• Vi khuẩn cổ ưa nhiệt chuyển hóa S0 (Extremely thermophilic S0

-metabolizers)

• Vi khuẩn cổ khử sulfate (Archaeal sulfate reducers)

• Vi khuẩn cổ có thành tế bào đơn giản (Cell wall-less archaea)

• Là nhóm vi khuẩn cổ lớn nhất

• Có khả năng hình thành methane (CH4) từ CO2 và một số hợp chất khác (e.g

formate, methanol, acetate)

• Kị khí bắt buộc (Strict anaerobes)

• Được phát hiện trong nhiều môi trường kị khí giàu chất hữu cơ

• Sống nhiều trong bùn, nơi thiếu oxy

• Sống trong dạ dày động vật ăn cỏ,

hỗ trợ quá trình tiêu hóa

Extremely thermophilic S 0 -metabolizers

• Ưa nhiệt bắt buộc (70-110˚C)

• Phần lớn là kỵ khí bắt buộc

• Chúng có thể là vi khuẩn ưa axit (acidophilic)

• Khử S 0 thành sulfide

Black smokers Hot springs of Yellowstone

Archaeal sulfate reducers

• Nhóm này chỉ có một chi là Archaeoglobus

• Chúng khử sulfate để tạo ra sulfide (H2S)

• Extremely thermophilic (optimum=83˚C)

• Strictly anaerobic

• Được phân lập từ đáy biển sâu

Extremely halophilic archaea

• Cần phải có nồng độ NaCl cao cho sinh trưởng (1.5 M, tối ưu 3-4 M)

• Chủ yếu là hiếu khí (Aerobic)

• Carotenoids give reddish color

• Bacteriorhodopsins trong tế bào sẽ tiếp nhận ánh sáng, lấy năng lượng

cho hô hấp kỵ khí

Cell wall-less archaea

• Gồm hai chi Thermoplasma and Picrophilaceae

• Kháng với các chất kháng sinh

• Ưa môi trường ấm và acid

• Thermoplasma được phân lập từ các mỏ than, sinh trưởng ở

55-59˚C, pH 1-2

• Picrophilaceae có khả năng sống ở pH=0

Thermoplasma acidophilum

Vi khuẩn thật (Bacteria)

Trực khuẩn (Bacillus)

Bacillus: Trực khuẩn gram dương, sinh bào

tử Chiều ngang của bào tử không vượt quá

chiều ngang của tế bào Vì thế khi tạo thành

bào tử tế bào không thay đổi hình dạng chúng

thường thuộc loài hiếu khí hoặc kị khí không

bắt buộc

Bacterium: Trực khuẩn gram âm không sinh

bào tử Thường có tiên mao mọc xung quanh

tế bào Các chi Salmonella, Shigella, Erwina,

Serratia đều có hình thái giống Bacterium

Bacillus cereus

Corynebacterium: Không sinh bào tử, hình

dạng và kích thước thay đổi khá nhiều Khi

nhuộm màu tế bào thường tạo thành các

đoạn nhỏ bắt màu khác nhau Một số loài có

hình thái giống Corynebacterium thuộc các chi

Listeria, Erysipelothric, Microbacterium,

Cellulomonas, Arthrobacter

Clostridium: Thường là trực khuẩn gram

dương Sinh bào tử, chiều ngang của bào tử

thường lớn hơn chiều ngang của tế bào, do

đó làm tế bào có hình thoi hay hình dùi trống

Chúng thường thuộc loại kỵ khí bắt buộc, có

nhiều loài có ích như các loài cố định nitơ

Một số loài khác gây bệnh Clostridium tetani

Corynebacterium diphtheriae

Clostridium tetani

Pseudomonas: Trực khuẩn gram âm,

không sinh bào tử, có một tiên mao (hoặc

một chùm tiên mao) ở một đầu Chúng

thường sinh ra sắc tố Các chi

Nitrosomonas, Nitrobacter đều có hình

thái giống Pseudomonas

Pseudomonas aeruginosa

Xanthomonas oryzae

• Đơn cầu (Monococcus): Micrococcus agilis

• Song cầu (Diplococcus): Neisseria meningitidis

• Tứ cầu (Tetracoccus): Deinococcus radiodurans

• Liên cầu (Streptococcus): Streptococcus suis

• Tụ cầu (Staphylococcus ): Staphylococcus aureus

Cầu khuẩn (Coccus)

• Tế bào hình cầu có thể đứng riêng rẽ

hay liên kết với nhau

• Có nhiều loài có khả năng gây bệnh cho

người và gia súc

• Không có cơ quan di động

• Không tạo thành bào tử

Cầu trực khuẩn (Coccobacillus)

Yersinia pestis Bordetella pertussis

Có kích thước và hình dạng trung gian giữa trực khuẩn và cầu khuẩn

Spirillum: Từ chữ Spira - Hình cong, xoắn gồm tất cả các vi khuẩn có hai vòng

xoắn trở lên Là loại gram dương, di động được nhờ có một hay nhiều tiên mao mọc

ở đỉnh

Đa số chúng thuộc loại hoại sinh, một số rất ít có khả năng gây bệnh (Spirillum

minus) có kích thước thay đổi 0,5 - 3,0 đến 5 - 40μ

Xoắn khuẩn (Spirilum)

Spirillum volutans Spirillum minus

Là tên chung chỉ các vi khuẩn hình que uốn cong giống như dấu phẩy Giống

điển hình là giống Vibro (Từ chữ La tinh Vibrare - dao động nhanh) Một số

chi phẩy khuẩn có khả năng phân giải xenluloza (Cellvibrio, Cellfalcicula)

hoặc có khả năng khử sunfat (Desulfovibrio)

Phẩy khuẩn

Vibrio cholerae

Cấu trúc tế bào vi khuẩn

Thành tế bào (Cell wall)

Thành phần hoá học của thành tế bào vi khuẩn rất phức tạp, bao gồm nhiều

hợp chất khác nhau như Peptidoglycan, Polisaccarit, Protein, Lipoprotein,

Axit tecoic, Lipoit…

Peptidoglycan là loại polyme xốp, khá bền vững, cấu tạo bởi 3 thành phần:

- N-Acetylglucosamin (NAG)

- Acid N-Acetylmuramic (NAM)

- Tetrapeptid chứa cả D- và L- acid amin

Thành tế bào chiếm từ 20 - 30% trọng lượng khô của tế bào vi khuẩn (đặc

biệt ở Corynebacterium diphtheriae thành tế bào chiếm tới 76 - 78%)

• Duy trì ngoại hình của tế bào

• Hỗ trợ sự chuyển động của tiên mao

• Giúp tế bào chống chịu với các lực tác động từ bên ngoài

• Cần thiết cho quá trình phân cắt bình thường của tế bào

• Cản trở sự xâm nhập vào tế bào của một số chất có hại

• Có liên quan mật thiết đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh,

Màng tế bào (Plasma membrane)

Chức năng của màng sinh chất:

• Ngăn cách, giới hạn sự qua lại của các chất dinh dưỡng, các sản

phẩm trao đổi chất

• Duy trì áp suất thẩm thấu bình thường trong tế bào

• Là nơi sinh tổng hợp các thành phần của thành tế bào và các

polyme của bao nhày (capsule)

• Là nơi tiến hành quá trình hô hấp và quang hợp (ở vi khuẩn

quang dưỡng)

• Là nơi tổng hợp nhiều enzym, các protein của chuỗi hô hấp

• Cung cấp năng lượng cho sự hoạt động của tiên mao

Tế bào chất (Cytoplast)

• Tế bào chất (TBC) là vùng dịch thể ở dạng keo chứa khoảng

80-90% nước

• Hệ keo có tính chất dị thể, trạng thái phân tán, luôn luôn biến đổi

phụ thuộc vào điều kiện môi trường

• Thành phần hóa học trong TBC gồm protein, axit nucleic,

hydratcacbon, lipid, các ion vô cơ…

• TBC của vi khuẩn không di động bên trong TB, không chứa hệ

thống các sợi giúp duy trì hình dạng của TB

• Tế bào chất là nơi chứa có cơ quan quan trọng của tế bào như: vật

liệu di truyền, Mezoxom, Riboxom và các hạt khác

• Riboxom nằm tự do trong TBC, chiếm tới 70% khối lượng khô của

Thể nhân (Nucleoid)

• Thể nhân ở vi khuẩn chưa có màng nhân

nên không có hình dạng cố định, còn được

gọi là vùng nhân

• Là 1 nhiễm sắc thể (NST) duy nhất cấu tạo

bởi một sợi DNA xoắn kép không có

thành phần protein như ở Eukaryote (Xạ

khuẩn Streptomyces có thể gặp nhiễm sắc

thể dạng thẳng)

• Ngoài NST, nhiều vi khuẩn còn chứa DNA

ngoài NST Đấy cũng là những sợi DNA

kép, dạng vòng kín, có khả năng sao chép

độc lập hoặc gắn với NST vi khuẩn và

được gọi là plasmid

Mesosome

• Mesosome là một thể hình cầu trong

giống gồm nhiều lớp màng cuộn lại với

nhau, có đường kính khoảng 250 nm

• Mesosome chỉ xuất hiện khi tế bào

phân chia, nó có vai trò quan trọng

trong việc phân chia tế bào và hình

thành vách ngăn

• Ở nhiều loài vi khuẩn, Mesosome là

một thành phần của màng tế bào chất

phát triển ăn sâu vào tế bào chất

• Một số enzym phân huỷ chất kháng

sinh như Penixilinase được sinh ra từ

Mesosome

Bào tử (Spore - Endospore)

• Một số VK vào cuối thời kỳ sinh

trưởng, phát triển hoặc trong điều

kiện môi trường bất lợi có thể hình

thành trong tế bào một thể nghỉ hình

tròn hay bầu dục, gọi là bào tử

• Bào tử là hình thức sống tiềm sinh

của VK, có tính kháng nhiệt, kháng

bức xạ, kháng hóa chất, kháng áp

suất thẩm thấu…nên giúp VK vượt

qua được điều kiện bất lợi của ngoại

cảnh

Thể vùi, thể ẩn nhập

• Trong tế bào vi khuẩn ngoài các cấu trúc nói trên còn có một số hạt

mà số lượng và thành phần của nó không nhất định Sự có mặt của

chúng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và vào giai đoạn phát triển

của vi khuẩn Chúng được gọi chung là thể vùi hay thể ẩn nhập

• Nhiều loại hạt có tính chất như chất dự trữ, được hình thành khi tế bào

tổng hợp thừa các chất đó và được tiêu hao khi tế bào cần đến

• Các hạt này bao gồm hạt hydratcacbon, hạt polyphotphat vô cơ, các

giọt lipit, lưu huỳnh, các tinh thể canxi và các hạt sắc tố

• Đặc biệt, trong tế bào của một số chủng vi khuẩn Bacillus thurigiensis

còn có các tinh thể protein có khả năng diệt côn trùng

Bao nhày/ vỏ nhày/ màng nhày (Capsule)

• Nhiều loại vi khuẩn bên ngoài thành tế bào còn có một lớp vỏ dày

hay lớp dịch nhày Kích thước của lớp vỏ nhày khác nhau tuỳ theo

loài vi khuẩn

• Thành phần chủ yếu của bao nhầy là nước polysaccarid, ngoài ra

cũng có polypeptid và protein Trong thành phần polysaccarid ngoài

glucose còn có glucozamin, ramnose, acid

2-keto-3-deoxygalacturonic, acid uronic, acid pyruvic, acid axetic

Chức năng của vỏ nhày:

• Bảo vệ: trong điều kiện khô hạn, tránh bị thực bào

• Dự trức một số sản phẩm trao đổi chất (dextran, xantan ), cung cấp

chất dinh dưỡng cho vi khuẩn khi thiếu thức ăn

• Giúp vi khuẩn bám vào giá thể (trường hợp các vi khuẩn gây sâu răng

như Streptococcus salivarrius, Streptococcus mutans )

Khi nuôi cấy trên môi trường dinh

dưỡng, tùy thuộc vào vi khuẩn có

vỏ nhày nhiều hay ít mà có 03

dạng khuẩn lạc khác nhau:

• Dạng R (Rough)

• Dạng S (Smooth)

• Dạng M (Mucoid)

Tiên mao (Flagella)

• Thành phần cấu tạo chính là protein

flagelin số lượng từ 1-30 sợi tuỳ loài

vi khuẩn,

• Kích thước: 10-30nm x 6-30  m

• Chức năng: giúp vi khuẩn chuyển

động

• Các chi vi khuẩn thường có tiên mao

là Vibrio, Spirillum, Pseudomonas,

Escherichia, Shigella, Salmonella,

Proteus Ở các chi Clostridium,

Bacterium,Bacillus, .có loài có tiên

mao có loài không Ở cầu khuẩn chỉ

có 1 chi (Planococcus) là có tiên

mao

Các cách sắp xếp tiên mao trên tế bào vi khuẩn

Tiêm mao/ Nhung mao (Fimbriae)

• Là những sợi lông rất mảnh, rất ngắn mọc quanh bề mặt tế bào nhiều loài vi khuẩn chủ

yếu là Gram âm

• Chúng có đường kính khoảng 7-9nm, rỗng ruột (đường kính trong là 2-2,5nm), số

lượng khoảng 250-300 sợi/ vi khuẩn Kết cấu của khuẩn mao giản đơn hơn nhiều so với

tiên mao

• Chúng có tác dụng giúp vi khuẩn bám vào giá thể (nhiều vi khuẩn gây bệnh dùng khuẩn

mao để bám chặt vào màng nhầy của đường hô hấp, đường tiêu hoá, đường tiết niệu

của người và động vật)

• Có thể gặp ở một số vi khuẩn với số lượng chỉ có 1-10/ vi khuẩn

• Nó có cấu tạo giống nhung mao , đường kính khoảng 9-10nm nhưng có thể rất dài

• Chúng có thể nối liền giữa hai vi khuẩn và làm cầu nối để chuyển vật chất di truyền

(ADN) từ thể cho sang thể nhận Quá trình này được gọi là quá trình giao phối hay tiếp

hợp (conjugation)

• Một số thực khuẩn thể (bacteriophage) bám vào các thụ thể ở khuẩn mao giới để bắt

đầu chu trình phát triển của chúng

Nhung mao giới (Sex pili)

Xạ khuẩn (Actinomycetes)

• Xạ khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn Gram

dương, thường có tỷ lệ GC trong

ADN cao hơn 55%

số có dạng hình phóng xạ (actino-) nhưng khuẩn thể lại có dạng sợi phân nhánh như nấm (myces)

• Xạ khuẩn giống vi khuẩn là không có nhân thật, chúng chỉ chứa nhiễm

sắc chất phân bố dọc theo các sợi hoặc các tế bào

• Đường kính của sợi xạ khuẩn và bào tử giống với ở vi khuẩn, sợi xạ

khuẩn thường không chứa vách ngăn

• Xạ khuẩn là đích tấn công của các thực khuẩn thể giống như vi khuẩn

• Xạ khuẩn thường nhạy cảm với các kháng sinh có tác dụng lên vi

khuẩn, nhưng lại thường kháng với những kháng sinh tác dụng lên nấm

• Xạ khuẩn không chứa chitin, chất có mặt trong sợi và bào tử của nhiều

nấm, mà không có ở vi khuẩn

• Giống như phần lớn vi khuẩn, xạ khuẩn không chứa cellulose

• Tương tự với vi khuẩn, xạ khuẩn nhạy cảm với phản ứng acid của môi

trường, đặc điểm này không có ở nấm

• Hệ sợi (khuẩn ty/ hyphae) của xạ khuẩn gồm khuẩn ty cơ chất

(substrate hyphae) và khuẩn ty khí sinh (aerial hyphae)

• Sau một thời gian phát triển, trên đỉnh sợi khuẩn ty khí sinh xuất hiện

most antibiotic production

Aerial

hyphae,

young spores

Mature spores

Hình thái sợi bào tử của xạ khuẩn

• Bào tử trần là cơ quan sinh sản chủ yếu của xạ khuẩn Bào tử trần

được hình thành theo 2 phương thức khác nhau:

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

dần vào trong tạo vách ngăn không hoàn chỉnh, sau đó sợi bào tử

mới phân cắt thành các bào tử trần

- Vách tế bào và màng sinh chất đồng thời tạo vách ngăn tiến dần vào

phía trong và làm cho sợi bào tử phân cắt tao một chuỗi bào tử trần

• Ngoài hình thức sinh sản bằng bào tử, xạ khuẩn còn có thể sinh sản

bằng khuẩn ty Các đoạn khuẩn ty gãy ra ngoài môi trường có khả

năng hình thành hệ khuẩn ty mới

Sinh sản của xạ khuẩn

Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật chính trong sản xuất các

• Là một nhóm vi khuẩn nhân sơ, Gram âm, có khả năng quang hợp hiếu khí

(quang tự dưỡng vô cơ) và dùng H2O làm chất cho điện tử trong quá trình

quang hợp

• Vi khuẩn lam chứa chlorophyll a và phycocyanin- phycobiliprotein Một số

loài có sắc tố đỏ phycoerythrin, chúng phối hợp với sắc tố lục tạo nên màu

nâu

• Màng liên kết với phycobilisom

• Đơn bào hoặc đa bào dạng sơi

• Không di động hoặc di động bằng cách trườn (gliding), một số loài có túi khí

(gas vesicles)

• Nhiều loại có dị tế bào (heterocysts) và có khả năng cố định nitơ

• Vi khuẩn lam có mặt ở khắp mọi nơi, trong đất, trên đá, trong suối nước nóng,

trong nước ngọt và nước mặn Chúng có năng lực chống chịu cao hơn so với

thực vật đối với các điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao, pH thấp

• Một số loài có khả năng sống cộng sinh với các cơ thể khác như Rêu, Dương

xỉ, Tuế Nhiều loài cộng sinh với nấm để tạo ra Địa y (Lichen)

Một số đặc điểm chung