TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – HÀ LAN

BÀI GIẢNG

VI SINH VẬT

Người biên soạn: ThS. Trần Thị Xuân An

Huế, 08/2009

1

BÀI 1. MỞ ĐẦU I. Đặc điểm chung của vi sinh vật: Vi sinh vật (Microorganisms) là tên chung để chỉ tất cả các sinh vật có kích thước nhỏ bé, muốn thấy rõ được người ta phải sử dụng tới kính hiển vi. Vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau: virut, vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc, vi khuẩn lam và một số tảo. Trong đó virut (virus) là nhóm vi sinh vật đặc biệt, chúng nhỏ bé tới mức chỉ có thể quan sát được qua kính hiển vi điện tử. Virut chưa có cả cấu trúc tế bào. Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới, chúng thuộc về nhiều giới sinh vật khác nhau. Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật thiết với nhau. Chúng có một số đặc điểm chung như sau:

- Kích thước nhỏ bé. - Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh. - Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh. - Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị. - Phân bố rộng, chủng loại nhiều.

II. Đối tượng và nhiệm vụ của Vi sinh vật học: Vi sinh vật học (Microbiology) là khoa học nghiên cứu về vi sinh vật. Vi sinh vật học có thể được phân chia thành nhiều lĩnh vực khác nhau tuỳ theo đối tượng nghiên cứu, tuỳ theo tính chất của ngành khoa học hoặc tuỳ theo hướng ứng dụng. Tuỳ theo đối tượng nghiên cứu vi sinh vật học đã hình thành các chuyên khoa: Virut học (Virology), Vi khuẩn học (Bacteriology), Nấm học (Mycology), Tảo học (Algology)...

Tuỳ theo hướng ứng dụng đã hình thành các lĩnh vực như: vi sinh vật học nông nghiệp, vi sinh vật học công nghiệp, y vi sinh vật học, thú y vi sinh vật học, vi sinh vật học nước, vi sinh vật học không khí, vi sinh vật học phóng xạ, địa vi sinh vật học, vi sinh vật học vũ trụ... Ngay trong vi sinh vật học nông nghiệp cũng có nhiều chuyên ngành khác nhau như: vi sinh vật trồng trọt, vi sinh vật đất, vi sinh vật trong bảo vệ thực vật, vi sinh vật chăn nuôi, vi sinh vật thuỷ sản, vi sinh vật học lâm nghiệp, vi sinh vật học lương thực, thực phẩm...

Tuỳ theo tính chất của ngành khoa học cũng hình thành các chuyên khoa như: tế bào học vi sinh vật, sinh lý học vi sinh vật, di truyền học vi sinh vật ...

Mỗi một lĩnh vực đều có đối tượng cụ thể riêng cần đi sâu, tuy nhiên trong lĩnh vực nông nghiệp nhiệm vụ của vi sinh vật học như sau:

- Nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về hình thái, cấu tạo, sinh lý, sinh hoá, di truyền ... của các nhóm vi sinh vật thường gặp trong tự nhiên để tìm hiểu các quy luật phát sinh, phát triển và tiến hoá của chúng.

- Nghiên cứu vai trò to lớn về nhiều mặt của các nhóm vi sinh vật trong tự nhiên và trong nông nghiệp, tìm cách khai thác một cách triệt để các tác động tích

2

cực của vi sinh vật cũng như tìm cách ngăn chặn một cách hiệu quả nhất các tác động có hại của chúng.

- Trên cơ sở nghiên cứu các đặc điểm sinh thái học và sinh vật học của các nhóm vi sinh vật, xây dựng cơ sở cho việc tìm kiếm các kỹ thuật nuôi trồng có lợi nhất đối với hoạt động của vi sinh vật nhằm nâng cao không ngừng sản lượng và phẩm chất hàng hoá nông nghiệp.

III. Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên và trong nền kinh tế quốc dân: Trong thiên nhiên, vi sinh vật giữ những mắt xích trọng yếu trong sự chu chuyển liên tục và bất diệt của vật chất. Vi sinh vật còn là những nhân tố quan trọng tham gia vào việc giữ gìn tính bền vững các hệ sinh thái trong tự nhiên.

Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc phân giải các phế thải nông nghiệp, phế thải đô thị, phế thải công nghiệp, do đó nó có vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo vệ môi trường.

Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong ngành năng lượng. Trong các nguồn năng lượng mà con người hy vọng sẽ khai thác mạnh mẽ trong tương lai có năng lượng thu được từ sinh khối (biomass) – khối lượng chất sống của sinh vật. Thực vật và một số vi sinh vật có thể tạo ra chất hữu cơ từ CO2 và nước. Hàng năm có khoảng 60 – 70 tỷ tấn gỗ củi được sinh ra trên trái đất. Bên cạnh việc đun nấu trực tiếp gỗ củi còn có thể sử dụng vi sinh vật và các enzim do chúng sinh ra để chuyển hoá sinh khối thành cồn và dùng cồn làm nhiên liệu (dùng riêng rẽ hay phối trộn với xăng). Vi sinh vật là động lực để vận hành các bể khí sinh học (biogas), trong khí sinh học có 50 – 85% là khí CH4 và 15 – 50% là khí CO2. Từ 1 tấn phân chuồng đưa vào lên men có thể làm sản sinh ra 70 – 73m3 khí sinh học, cho năng lượng tương đương với 45 l xăng.

Vi sinh vật là lực lượng sản xuất trực tiếp của ngành công nghiệp lên men. Do vi sinh vật có các kiểu trao đổi chất phong phú, có khả năng trao đổi chất mạnh mẽ nên tạo ra nhiều sản phẩm trao đổi chất rất khác nhau. Nhiều sản phẩm được sản xuất ở quy mô công nghiệp.

Trong công nghiệp tuyển khoáng nhiều vi sinh vật đã được sử dụng để hoà tan các kim loại quý từ quặng nghèo hoặc từ các bãi chứa xỉ quặng. Đối với sản xuất nông nghiệp, vi sinh vật có vai trò rất to lớn:

- Vi sinh vật sống trong đất và nước tham gia tích cực vào quá trình phân giải xác hữu cơ, biến chúng thành CO2 và các hợp chất vô cơ dùng làm thức ăn cho cây trồng.

- Các vi sinh vật cố định nitơ biến khí nitơ (N2) trong không khí thành hợp chất nitơ (NH3, NH4

+) cung cấp cho cây trồng. - Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S và tạo

ra vòng tuần hoàn trong tự nhiên. - Vi sinh vật còn tham gia vào quá trình hình thành mùn trong đất, đây là kho

dự trữ thức ăn cho cây trồng và là yếu tố kết dính để tạo ra cấu tượng của đất. Đất

3

có cấu tượng là đất có đủ điều kiện thích hợp về độ ẩm, về không khí, về chất hữu cơ đối với cây trồng.

- Vi sinh vật sản sinh ra nhiều chất hoạt động sinh học (các axit amin, enzim, chất kháng sinh, các độc tố, ...). Các chất này tích luỹ trong vùng rễ cây trồng làm tăng cường sự phát triển của loài cây phù hợp với khu hệ vi sinh vật này và làm hạn chế sự phát triển của loài cây khác.

- Vi sinh vật giúp cây trồng tiêu thụ các sản phẩm trao đổi chất do cây tiết ra xung quanh bộ rễ, hạn chế sự đầu độc trở lại đối với cây trồng.

- Vi sinh vật còn giúp cho một số vật nuôi như trâu, bò, lợn, gà, tôm, cá, ...đồng hoá các chất dinh dưỡng và thải loại các chất cặn bã trong quá trình sống.

Tuy nhiên cũng có không ít các vi sinh vật có hại. Chúng gây bệnh cho người, cây trồng, cây rừng, gia súc, gia cầm, tôm, cá. Chúng làm hư hỏng lương thực, thực phẩm, nguyên vật liệu, hàng hoá.

IV. Lịch sử phát triển Vi sinh vật học: 1. Giai đoạn trước khi có kính hiển vi ( khoảng trước thế kỷ XV): Trong giai đoạn này mặc dù chưa nhận thức được sự có mặt của vi sinh vật nhưng con người đã biết khá nhiều về các tác dụng của vi sinh vật và đã tận dụng một cách có ý thức những quy luật tác dụng của vi sinh vật. Từ thời thượng cổ con người đã biết ủ phân, trồng xen cây họ đậu với các loại cây trồng khác, biết ủ men, nấu rượu, muối dưa, làm giấm, làm tương, làm mắm, ướp thịt, cá, biết ngâm đay, gai, ... 2. Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi: Người có công phát hiện ra thế giới vi sinh vật và cũng là người đầu tiên mô tả hình thái vi sinh vật là Antonie van Leeuwenhoek (1632 – 1723). Ông đã tự chế tạo ra trên 400 chiếc kính hiển vi, trong đó có cái phóng đại được 270 lần. Với kính hiển vi tự chế tạo ông đã quan sát mọi thứ xung quanh mình. Năm 1674 ông quan sát thấy động vật nguyên sinh, 1685 quan sát thấy vi khuẩn. Tất cả các quan sát và mô tả của ông được in thành một bộ sách có nhan đề “Những bí mật của giới tự nhiên nhìn qua kính hiển vi” xuất bản năm 1695. Tuy nhiên 150 năm sau, vi sinh vật mới được chú ý. Nhà phân loại học Linnê đã đem tất cả các loài vi sinh vật xếp chung thành 1 nhóm gọi là Chaos. Đến năm 20 của thế kỷ thứ XIX nhiều loại vi sinh vật mới được phát hiện, lúc này con người mới nhận thức được tác động của vi sinh vật trong một số bệnh và chúng được một số nhà phân loại học chú ý. Nhìn chung trong thời kỳ này các nhà nghiên cứu mới chỉ chú ý đến việc quan sát và mô tả hình thái vi sinh vật. 3. Giai đoạn hình thành khoa học vi sinh vật: Đến thế kỷ XIX, cùng với sự phát triển của chủ nghĩa tư bản, các ngành khoa học nói chung và ngành vi sinh vật học nói riêng phát triển mạnh mẽ. Các nhà khoa học đã tiến hành quan sát và nghiên cứu một số vi sinh vật gây bệnh và sáng tạo ra một số phương pháp mới nghiên cứu vi sinh vật. Người có nhiều đóng góp cho sự phát triển khoa học vi sinh vật là nhà khoa học người Pháp Louis Pasteur (1822 –

4

1895), các công trình nghiên cứu của ông có giá trị cả về lý thuyết cũng như thực tiễn. Về công nghiệp, ông đã đề ra các cơ sở hợp lý, vững chắc cho các quá trình lên men. Về nông nghiệp, lý luận của ông cùng với sự phát triển của T. Schloesing, H.Hellriegel, S.N. Vinogradskii... đã vạch ra cho các nhà nông học những ánh sáng mới về các nhiệm vụ và phương pháp cơ bản. Cùng thời với Pastuer, nhà bác học Kock (1842 – 1910) người Đức cũng có nhiều cống hiến lớn trong việc phát triển của vi sinh vật học. Ngoài ra các nhà bác học Nga như Mesnhicốp (1845 – 1916), Ivanôpxki (1864 – 1920) cũng có nhiều công trình nghiên cứu về vi sinh vật có kết quả. Có thể nói rằng: trong giai đoạn này vi sinh vật học đã được các nhà nghiên cứu trên thế giới đặc biệt quan tâm, có nhiều công trình nổi tiếng góp phần đưa vi sinh vật học thành một ngành khoa học hoàn chỉnh và được phân hoá thành nhiều chuyên ngành khác nhau. 4. Giai đoạn hiện tại: Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành khoa học chính xác và sự ra đời của hàng loạt các phương tiện nghiên cứu mới đã đưa đến những tiến bộ có tính chất nhảy vọt trong sinh học nói chung và trong vi sinh vật học nói riêng. Từ địa vị một ngành khoa học ứng dụng, vi sinh vật học đã trở thành một ngành khoa học cơ bản có nhiều đóng góp to lớn đối với sự phát triển chung của khoa học cũng như nền kinh tế quốc dân.

5

BÀI 2. VIRUT HỌC Virut là phần tử rất nhỏ, có đặc trưng của sự sống, đại diện cho vật chất sống thấp nhất trong thế giới vi sinh vật. Đặc điểm chung của Virut:

- Có kích thước vô cùng nhỏ bé, từ hàng chục đến hàng trăm nm. - Không có cấu tạo tế bào, chỉ là vật chất sống đơn giản chứa 1 loại axit nucleic (ADN/ARN), được bao bọc bằng một lớp protein. - Sống ký sinh nội bào một cách tuyệt đối, tách khỏi tế bào chủ virut không tồn tại được (do virut không có trao đổi chất, không có enzim hô hấp và en zim chuyển hoá). - Không sinh sản trong môi trường dinh dưỡng bình thường.

- Có khả năng tạo thành tinh thể. Virut là tên chung chỉ loài vi sinh vật gây bệnh. Tuỳ từng lúc, tuỳ từng giai đoạn, chức năng của chúng mà virut có thể chia ra:

Vrion (hạt virus). Vegitative virus (virus dinh dưỡng) . Viroit (sợi virus.) Virut thiếu hụt (defective virus). Giả Virut (Pseudovirion).

I. Hình thái, kích thước của virut: Virut chưa có cấu tạo tế bào, mỗi virut không thể gọi là một tế bào mà được gọi là hạt virut hay virion. Đây là một virut có cấu trúc hoàn chỉnh. Virut có các hình thái sau:

- Hình cầu: phần lớn các virut gây bệnh cho người và động vật có dạng này. Ví dụ: virut cúm, quai bị, ung thư ở người và động vật. Dạng này có kích thước 100 – 150 nm.

- Hình que: gồm hầu hết các virut gây bệnh cho thực vật như virut đốm thuốc lá, virut đốm khoai tây... Dạng này có kích thước 15 x 250 nm.

- Hình khối: gồm các virut có nhiều góc cạnh, có cấu tạo phức tạp như: virut đậu mùa, virut khối u ở người và động vật, virut đường hô hấp. Dạng này có kích thước 30 – 300 nm.

- Dạng tinh trùng (nòng nọc): gồm 2 phần đầu và đuôi, phần đầu có hình khối 6 cạnh, phần đuôi có dạng hình que. Đặc trưng cho dạng này là virut ký sinh trên vi khuẩn (Thực khuẩn thể = Bacteriophage = Phage), có kích thước 47 – 104 x 10 – 225 nm.

II. Cấu trúc của virut: Gồm 2 phần: vỏ protein và lõi axit nucleic. Một số virut bên trong vỏ protein xen lẫn với axit nucleic còn có một lượng nhỏ protein, người ta gọi protein này là protein trong, còn protein vỏ là protein ngoài.

1. Vỏ capxit (Capside):

6

Bao quanh lõi axit nucleic là lớp vỏ capxit có bản chất là protein. Capxit được tạo thành từ những đơn vị hình thái (Capsomer). Mỗi capsomer là tập hợp các phân tử protein có phân tử lượng từ 18.000 – 38.000. Mỗi Capsit do hàng chục đến hàng trăm capsomer tạo thành. Các capsomer được sắp xếp đều đặn, trật tự và đối xứng nhau qua trục tưởng tượng chính giữa virut. Capxit có 3 kiểu cấu trúc: Cấu trúc xoắn, cấu trúc khối và cấu trúc phức tạp.

- Cấu trúc xoắn có ở virut đốm thuốc lá, cúm, sởi, toi gà, quai bị, virut dại. Trong cấu trúc này, axit nucleic của virut xoắn thành hình loxo, còn các capsomer sắp xếp bên ngoài theo sát từng vòng một tạo thành ống xoắn.

- Cấu trúc khối: có ở virut đường hô hấp, virut đường ruột, khối u, virut côn trùng.... Ở dạng này, axit nằm cuộn tròn chính giữa, các capsomer sắp xếp chặt chẽ tạo thành các mặt đa diện bao xung quanh. Các capsomer đối xứng nhau qua mặt cắt của khối đa diện theo một quy luật nhất định.

- Cấu trúc phức tạp: gồm virut đậu mùa, thực khuẩn thể. Đối với loại virut này thì phần đầu có cấu trúc khối còn phần đuôi có cấu trúc xoắn.

Chức năng của vỏ Capxit: - Bảo vệ lõi axit nucleic. - Giữ cho hình thái và kích thước của virut luôn ổn định. - Tham gia vào sự hấp phụ của virut vào vị trí đặc hiệu của tế bào chủ. - Mang tính kháng nguyên đặc hiệu của virut. - Chịu trách nhiệm về đối xứng của các hạt virut. 2. Lõi axit nucleic:

Mỗi loại virut chứa một trong hai loại hoặc ADN hoặc ARN. - ADN của virut có 1 trong 2 dạng hoặc chuỗi đơn hoặc chuỗi kép và có thể

có dạng sợi hay dạng vòng. - ARN của virut cũng có 1 trong 2 dạng hoặc chuỗi đơn hoặc chuỗi kép,

trong đó chuỗi đơn chỉ có dạng sợi còn chuỗi kép chỉ có dạng vòng. Hầu hết virut thực vật chứa ARN sợi đơn là chính, thực khuẩn thể chứa ADN

sợi kép là chính còn virut người và động vật thì mang ADN kép dạng sợi hoặc ARN đơn dạng sợi là chính.

Ở các virut hình que thì axit nucleic sắp xếp như 1 mạch xoắn vòng giống như hình lò xo xoắn ốc. Đối với các virut hình khối, hình cầu hay phần đầu của thực khuẩn thể thì axit nằm cuộn tròn ở chính giữa như cuộn len rối.

Mặc dù chỉ chiếm chiếm 1 – 2% khối lượng của hạt virut nhưng axit nucleic có chức năng đặc biệt quan trọng:

+ Mang mật mã di truyền đặc trưng cho từng virut. + Quyết định khả năng gây nhiễm của virut trong tế bào cảm thụ. + Quyết định chu kỳ nhân lên của virut trong tế bào cảm thụ. + Mang tính bán kháng nguyên đặc hiệu của virut. 3. Cấu trúc riêng: a. Cấu trúc bọc ngoài hay vỏ bọc ngoài (Envelop):

7

Một số virut bên ngoài vỏ capxit còn có 1 màng bao, cấu tạo bởi lipit và lipoprotein, trên màng bao còn có thể có thêm gai nhú (spike) bám xung quanh. Màng này thực chất là màng nguyên sinh chất của tế bào chủ đã bị virut cải tạo thành và mang tính kháng nguyên đặc trưng cho virut. Cấu trúc này thường gặp ở virut đậu mùa, virut HIV.

Chức năng của vỏ bọc ngoài: - Tham gia vào sự hấp phụ của virut trên các vị trí thích hợp của tế bào

cảm thụ. - Tham gia vào giai đoạn lắp ráp và giải phóng virut ra khỏi tế bào cảm

thụ. - Giúp virut giữ kích thước ổn định. - Tạo nên kháng nguyên đặc hiệu trên bề mặt virut. b. Enzim: Trong thành phần cấu trúc của virut có 1 số enzim, đây là những enzim cấu

trúc, chúng gắn với cấu trúc của hạt virut hoàn chỉnh. Thường gặp là enzim Neuraminidaza, ADN và ARN polymeraza, enzim sao chép ngược.

c. Tiểu thể bao hàm (Inclusion): Trong các tế bào động vật, thực vật bị nhiễm virut có thể xuất hiện những hạt

nhỏ trong nhân hoặc trong nguyên sinh chất. Bản chất của những hạt này là do các hạt virut không giải phóng khỏi tế bào, hoặc do thành phần cấu trúc của virut chưa được lắp ráp thành các hạt virut mới. Tiểu thể bao hàm có hình dạng và kích thước đặc biệt, có tính chất bắt màu đặc trưng cho từng loại virut cho nên nó có ý nghĩa lớn trong chẩn đoán bệnh.

III. Quá trình nhân lên của virut trong tế bào cảm thụ: Quá trình nhân lên của virut bắt đầu từ khi virut hấp phụ lên bề mặt của tế bào cho đến lúc virut trưởng thành chui ra khỏi tế bào. Quá trình này chia làm 5 giai đoạn:

- Giai đoạn virut hấp phụ lên bề mặt tế bào: Quá trình này được quyết định bởi mối tương tác giữa thụ thể của virut với thụ thể của tế bào. Sự hấp phụ chỉ xảy ra khi thụ thể của virut và tế bào hoàn toàn ăn khớp với nhau. Đây chính là lý do tại sao mỗi loại virut chỉ có thể hấp phụ và gây nhiễm cho một loại tế bào nhất định.

- Giai đoạn virut xâm nhập vào tế bào: virut có thể xâm nhập vào tế bào theo các cơ chế sau:

+ Các tế bào tự mọc ra các chân giả bao vây lấy virut rồi khép lại, đưa virut vào bên trong tế bào theo kiểu amip bắt mồi, người ta gọi hiện tượng này là ẩm bào hoặc nhờ vỏ capxit co bóp, bơm axit nucleic qua màng tế bào, xâm nhập vào tế bào cảm thụ. Sau khi virut vào tế bào, nhờ tế bào tiết ra enzim decapsidaza để cởi vỏ capxit, từ đó axit nucleic được giải phóng.

+ Đối với thực khuẩn thể: sau khi đuôi của thực khuẩn thể hấp phụ lên bề mặt tế bào, chúng tiết ra chất lyzozim làm tan màng tế bào vi khuẩn, sau đó dưới tác dụng của enzim Adenozin triphotphataza đuôi của thực khuẩn thể co lại và trụ đuôi

8

chọc thủng màng nguyên sinh chất của tế bào, axit nucleic được bơm vào trong tế bào theo ống trụ, còn phần vỏ protein thì nằm bên ngoài màng tế bào.

-Giai đoạn tổng hợp các thành phần của virut: Ngay sau khi virut xâm nhập vào tế bào chủ, toàn bộ quá trình sinh tổng hợp của tế bào chủ bị đình chỉ và thay vào đó là quá trình sinh tổng hợp các thành phần của virut dưới sự chỉ huy của mật mã thông tin di truyền của virut. + Đối với virut có axit nucleic là ADN hai sợi thì từ khuôn ADN của virut sẽ tổng hợp mARN, phục vụ cho việc tổng hợp ADN polymeraza và ADN mới. Từ ADN mới được tổng hợp, mARN được tổng hợp để tạo thành protein capxit và các thành phần cấu trúc khác của virut.

+ Đối với virut có axit nucleic là ARN một sợi dương thì ARN của virut đồng thời là mARN để tổng hợp nên ARN polymeraza và ARN mới của virut, mARN này cũng dùng để tổng hợp nên capxit của virut.

+ Đối với virut có axit nucleic là ARN nhưng có enzim sao chép ngược: enzim sao chép ngược là ADN polymeraza phụ thuộc vào ARN hay còn gọi là Reverse transcriptaza (RT). Từ ARN của virut tổng hợp nên ADN trung gian, ADN này tích hợp vào nhiễm sắc thể của tế bào chủ. ADN trung gian là khuôn mẫu để tổng hợp nên ARN của virut và đây cũng là mARN để tổng hợp nên các thành phần cấu trúc khác của virut.

- Giai đoạn lắp ráp các thành phần của virut: Giai đoạn này thường xảy ra ở gần màng tế bào, axit nucleic và protein được tổng hợp ở các nơi khác nhau trong tế bào sẽ chuyển dịch lại gần để kết hợp với nhau thành virut hoàn chỉnh.

- Giai đoạn giải phóng các hạt virut ra khỏi tế bào: Virut có thể phá vỡ thành tế bào sau vài giờ tới vài ngày tuỳ chu kỳ nhân lên của từng loại virut. Quá trình phá vỡ có thể theo nhiều cơ chế khác nhau:

+ Dưới tác dụng của enzim, màng tế bào bị phá vỡ hoàn toàn và tất cả virut ồ ạt chui ra khỏi tế bào để tiếp tục xâm nhập vào tế bào khác.

+ Virut tiết ra một số enzim chọc thủng một số lỗ trên màng tế bào và virut theo các lỗ đó chui từ từ ra khỏi tế bào. Trong trường hợp này tế bào không bị phá huỷ chỉ bị tổn thương nhẹ, chức năng của tế bào vẫn giữ vững trong một thời gian.

+ Quá trình nhân lên của vi rut đã tạo ra một số lượng lớn trong tế bào chủ làm cho màng tế bào phải chịu một sức tải quá lớn, nên bị phá vỡ và virut chui ra khỏi tế bào.

+ Một số loại virut còn có thể truyền từ tế bào bị nhiễm sang tế bào lành mà không cần chui ra môi trường bên ngoài (nhóm virut Herpes và nhóm virut đậu mùa). Giữa tế bào bị nhiễm và tế bào lành xuất hiện những cầu nối nguyên sinh chất, các hạt virut có thể truyền qua các cầu nối này như chạy trong ống dẫn mà không cần chui ra khỏi tế bào. IV. Hiện tượng sinh tan (Lysogenie): Trong một số trường hợp, hệ gen của virut xâm nhập vào hệ gen của tế bào ký chủ và chúng có thể tồn tại một thời gian dài trong tế bào mà không làm cho tế

9

bào tiêu tan đi. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng sinh tan và các virut không độc gây nên hiện tượng này gọi là virut ôn hoà. Hiện tượng sinh tan thường gặp ở các tế bào vi khuẩn bị nhiễm virut nên người ta còn gọi loại virut này là tiền thực khuẩn thể (prophage). Tiền thực khuẩn thể được gắn vào hệ gen của vi khuẩn ở vị trí nhất định nhờ những đoạn tương đồng. Trong tế bào vi khuẩn có thể chứa đồng thời nhiều tiền thực khuẩn thể có nguồn gốc khác nhau. Các vi khuẩn chứa thực khuẩn thể ôn hoà có đặc điểm là không bị tiêu diệt bởi thực khuẩn thể độc. Tuy nhiên dưới tác động của nhân tố vật lý hay hoá học nào đó, tiền thực khuẩn thể được :thức tỉnh”, nó lập tức trở lại hoạt động và biến thành độc.

V. Hiện tượng cản nhiễm và Interferon:

1. Hiện tượng cản nhiễm (Interference): Hiện tượng cản nhiễm là hiện tượng xuất hiện nhanh khi 2 virut cùng xâm

nhiễm vào tế bào theo một thứ tự nhất định, virut thứ nhất sẽ ngăn cản trong một thời gian dài sự nhân lên của virut thứ hai.

Thí nghiệm về hiện tượng cản nhiễm: - Năm 1937 Findlay và Maccallum nhiễm virut sốt thung lũng Rit vào

khỉ đã cứu khỉ thoát chết khi nhiễm tiếp liều gây chết bởi virut sốt Vàng. - 1957 Isac và Lindenman đã gây nhiễm virut cúm bất hoạt vào phôi

thai gà đang phát triển, sau đó nhiễm virut cúm cường độc vào thì virut này không nhân lên được trong phôi thai gà.

Qua nhiều nghiên cứu người ta đã đi đến kết luận: khi nhiễm virut thứ nhất vào tế bào nó đã kích thích tế bào sản sinh ra một chất ức chế là Interferon, chất này có tác dụng ngăn ngừa sự sao chép của virut thứ hai.

2. Interferon: Interferon có bản chất là protein. Đây là yếu tố miễn dịch không đặc hiệu của

tế bào, do tế bào sản sinh ra nhằm chống lại bất kỳ tác động của các thông tin ngoại lai khác.

Interferon chỉ có tác dụng chống virut ở bên trong tế bào, không có tác dụng chóng virut bên ngoài tế bào. Interferon không có tác dụng bảo vệ tế bào mẹ mà chỉ bảo vệ các tế bào bên cạnh. Ở các tế bào này virut vẫn hấp phụ lên tế bào và xâm nhập vào trong tế bào nhưng đến giai đoạn sao chép thông tin của virut thì interferon có tác dụng ức chế, kìm hãm sự tổng hợp ARN thông tin, do đó không tổng hợp được protein và axit nucleic của virut.

V. Phân loại virut: Việc phân loại virut thường được thực hiện ngay sau khi phát hiện ra căn bệnh chủ yếu của các bệnh virut thực vật và virut động vật có xương sống. Tuỳ thuộc vào mức độ phát minh và nghiên cứu về virut mà hệ thống phân loại virut đã được làm lại nhiều lần và ngày càng đi tới hoàn thiện. Các căn cứ để phân loại như:

10

dựa vào cơ thể bị bệnh do virut, dựa vào phương thức và cơ chế truyền lây của virut, dựa vào tính chất dịch tễ và tính lâm sàng của bệnh, dựa vào cấu trúc và đặc điểm sinh học. Năm 1987 Uỷ ban quốc tế về phân loại virut đã đưa ra 2 hệ thống phân loại virut động vật và virut thực vật.

11

BÀI 3. HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT

Vi sinh vật gồm 2 nhóm:

Vi sinh vật nhân nguyên thuỷ (Procaryotes) gồm: - Vi khuẩn cổ (Archaebacteria). - Vi khuẩn thật (Eubacteria):

+ Vi khuẩn (Bacteria). + Xạ khuẩn (Actinomycetes). + Vi khuẩn lam (Cyanobacteria). + Vi khuẩn nguyên thuỷ: Micoplatma (Mycoplasma), Ricketxi (Ricketsia), Clamidia (Chlamydia).

Vi sinh vật nhân thật (Eucaryotes) gồm: - Vi nấm (Microfungi):

+ Nấm men (Levure, Yeast). + Nấm mốc (Moulds)/ Nấm sợi (Filamentous fungi).

- Một số động vật nguyên sinh. - Một số tảo đơn bào.

I.Vi khuẩn (Bacteria): 1. Hình thái, kích thước của vi khuẩn: Vi khuẩn có hình thái và kích thước rất khác nhau tuỳ từng loài. Đa số các vi

khuẩn có đường kính từ 0,2 – 2,0 µm, chiều dài từ 2,0 – 8,0 µm. Hình dạng chủ yếu của vi khuẩn là: hình cầu, que, dấu phẩy, hình xoắn, hình khối vuông, hình tam giác, hình sao…

Mỗi tế bào vi khuẩn rất nhỏ và nhẹ. Ví dụ: trực khuẩn đại tràng (Escherichia coli) có kích thước 0,5 x 2,0 µm, 1 tỷ vi khuẩn này có khối lượng là 1 mg.

Tuỳ theo hình thái bên ngoài người ta có thể chia vi khuẩn thành 5 loại hình khác nhau:

* Cầu khuẩn (Coccus): có kích thước từ 0,5 – 1,0 µm, gồm những vi khuẩn hình cầu, hình bầu dục (Lậu cầu khuẩn Neisseria gonorrhoea), hình ngọn nến (Phế cầu khuẩn Streptococcus pneumoniae), hình hạt cà phê.

* Trực khuẩn (Bacillus,Bacterium): có kích thước từ 0,5 – 1,0 x 1,0 – 4,0 µm, là những vi khuẩn có hình que.

* Cầu trực khuẩn (Cocco-bacillus): có kích thước từ 0,25 – 0,3 x 0,4 – 1,5 µm, gồm những vi khuẩn có hình dạng trung gian giữa cầu khuẩn và trực khuẩn, có hình bầu dục, hình trứng.

* Xoắn khuẩn (Spirillum): có kích thước từ 0,5 -3,0 x 5,0 – 40 µm, gồm những vi khuẩn có hình xoắn,ví dụ:

- Spirochaeta/Borrelia: vòng xoắn thưa, không đều, không quy tắc. - Treponema: nhiều vòng xoắn sát nhau, cuộn đều đặn, có quy tắc

(Treponema pallidum: xoắn khuẩn giang mai).

12

- Leptospira: vòng xoắn hơi sát nhau, xếp lộn xộn. * Phẩy khuẩn (Vibrio): gồm những vi khuẩn hình que, uốn cong như dấu

phẩy. 2.Cấu tạo tế bào vi khuẩn:

a. Màng tế bào: *Vỏ nhầy/Dịch nhầy (Capsule)-Giáp mô: Một số vi khuẩn bên ngoài

được bao bọc bởi một lớp vỏ nhầy hay dịch nhầy. Đó là một lớp vật chất dạng keo, có độ dày bất định. Kích thước và thành phần hoá học của lớp vỏ nhầy thay đổi tuỳ từng loại vi khuẩn.

+ Chức năng: - Góp phần bảo vệ tế bào vi khuẩn (bảo vệ tế bào vi khuẩn tránh bị tổn

thương khi gặp khô hạn, giúp cho vi khuẩn đề kháng mạnh hơn với những điều kiện bất lợi, giúp vi khuẩn chống lại hiện tượng thực bào của bạch cầu). - Là nơi dự trữ thức ăn (khi thiếu thức ăn vi khuẩn có thể sử dụng vỏ nhầy như là nguồn dinh dưỡng).

- Là nơi tích luỹ một số sản phẩm trao đổi chất (vi khuẩn sắt tích luỹ Fe(OH)2, đây là sản phẩm sinh năng lượng của vi khuẩn sắt).

- Giúp vi khuẩn bám vào bề mặt của giá thể. + Thành phần hoá học của vỏ nhầy:

Nước chiếm chủ yếu (98%). Phần còn lại là chất hữu cơ với thành phần chủ yếu là polysaccharit, ngoài ra còn có polypeptit, protein.

*Thành tế bào (Cell – wall): Chiếm 25 – 30% khối lượng khô của tế bào.Thành tế bào có kích thước khác nhau tuỳ từng loại vi khuẩn, đa số các vi khuẩn Gram dương có kích thước lớn (14 – 18 nm), vi khuẩn Gram âm có kích thước nhỏ (khoảng 10 nm).

+ Chức năng của thành tế bào: - Giữ cho tế bào có hình dạng ổn định. - Bảo vệ tế bào vi khuẩn:

Giúp tế bào vi khuẩn đề kháng với các lực tác động từ bên ngoài,ví dụ: Vi khuẩn Gram dương chịu được áp suất thẩm thấu (Pt t) từ 15 – 20 atm, Gram âm chịu được 5 – 10 atm.

Cản trở sự xâm nhập của một số chất có hại vào tế bào, ví dụ: thành tế bào vi khuẩn Gram âm ngăn cản sự xâm nhập của các chất kháng sinh có khối lượng phân tử > 800.

- Cần thiết cho quá trình phân cắt bình thường của tế bào. - Có liên quan đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh của vi khuẩn:

Tính kháng nguyên: ở vi khuẩn Gram dương cấu trúc polyozit của glycopeptit đã quyết định tính đặc hiệu về miễn dịch của kháng nguyên; ở vi khuẩn Gram âm: thành tế bào tạo thành kháng nguyên O, đây là kháng nguyên có tầm quan trọng trong công tác chẩn đoán bệnh.

Thành tế bào sinh ra nội độc tố ở vi khuẩn Gram âm.

13

+ Thành phần hoá học của thành tế bào: giữa vi khuẩn Gram dương và Gram âm có sự khác nhau rõ rệt:

Thành phần Tỷ lệ % đối với khối

lượng khô của thành tế bào VK

Gram dương Gram âm -Peptidoglycan (glycopeptit, peptit,mucopeptit, murein)

95 5 – 10

- Axit teichoic 5 0 - Lipit (Lipoit) 0 20 - Lipoprotein Không có hoặc rất ít 50 - Polysaccharit 0 20

Glycopeptit được tạo nên từ các chuỗi polysaccharit nối với nhau bằng cầu nối peptit, các chuỗi này được tạo nên từ nhiều loại đường khác nhau gắn với các đường amin (N-acetyl glucozamin, Galactozamin, Axit-N-Acetylmuramic).

*Màng nguyên sinh chất: dày khoảng 4 – 5 nm. + Chức năng của màng nguyên sinh chất: - Duy trì Pt t bình thường bên trong tế bào. - Khống chế (Điều hoà) sự vận chuyển các chất dinh dưỡng và các sản

phẩm trao đổi chất ra hay vào tế bào. - Là nơi sinh tổng hợp các thành phần của tế bào. - Là nơi tổng hợp nhiều loại enzim. - Có nhiệm vụ trong sự phân chia tế bào cùng với mezoxom. + Thành phần hoá học của màng nguyên sinh chất: Màng này được

cấu tạo bởi 2 lớp photpholipit (chiếm 30 – 40% khối lượng) và các protein nằm ở phía trong, phía ngoài hay xuyên qua màng (chiếm 60 – 70% khối lượng). Sự phân bố của photpholipit và protein khác nhau ở từng vùng: có vùng nhiều, vùng ít, chính vì thế đã tạo ra lỗ hổng trên màng nguyên sinh chất, những lỗ hổng này có chứa một loại protein đặc biệt gọi là permeaza.

Ngoài 2 thành phần chính là protein và photpholipit, trên màng nguyên sinh chất của vi khuẩn còn có 2 – 5% hydratcacbon, một số ít chứa glycopeptit, một lượng nhỏ protein.

b. Nguyên sinh chất (Cytoplasm)/Tế bào chất (Protoplasm): Nguyên sinh chất là thành phần chính của tế bào vi khuẩn. Đây là một khối ở

trạng thái keo, chứa 80 – 90% nước, thành phần còn lại chủ yếu là lipoprotein. Nguyên sinh chất của tế bào vi khuẩn rất khác với nguyên sinh chất của tế bào thực vật. Trong tế bào thực vật, nguyên sinh chất có trung thể (centrosome), ty thể (mitochrondia), Riboxom, bộ máy Golgi, không bào và lạp thể, có chuyển động dòng nội bào.

14

Ở vi khuẩn cấu trúc của nguyên sinh chất đơn giản hơn, trong nguyên sinh chất của vi khuẩn trưởng thành người ta quan sát thấy nhiều cơ quan con khác nhau: Mezoxom, Riboxom, không bào, các hạt dự trữ, các hạt sắc tố và cấu trúc của nhân.

- Mezoxom là 1 thể hình cầu, nằm gần vách ngăn ngang và chỉ xuất hiện khi tế bào phân chia. Dưới kính hiển vi điện tử mezoxom trông giống như một phần lõm vào của màng nguyên sinh chất.

- Riboxom: số lượng Riboxom trong tế bào vi khuẩn rất nhiều, thường có 1000 Riboxom/1 tế bào. Riboxom của vi khuẩn chứa khoảng 40 – 60% ARN, 35 – 60% protein, ngoài ra còn chứa một ít lipit, một số enzim và một ít chất khoáng. Riboxom chủ yếu nằm trong nguyên sinh chất, một phần nhỏ nằm trên màng nguyên sinh chất. Mỗi riboxom có 2 tiểu phần, tiểu phần lớn có hằng số lắng 50S, tiểu phần nhỏ có hằng số lắng là 30S.

- Các hạt dự trữ hay thể vùi bao gồm: hạt lipoit, glycogen. Các hạt dự trữ được hình thành khi tế bào tổng hợp quá nhiều, bằng cách này không những vi khuẩn dự trữ được thức ăn mà còn làm giảm bớt áp suất thẩm thấu dưới dạng polyme.

- Không bào: không bào là một tổ chức có hình cầu hoặc hình bầu dục được bao bọc bởi một lớp màng không bào (tonoplast) có cấu trúc hoá học là lipoprotein, trong không bào chứa đầy dịch tế bào. Không bào có vai trò điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào và là nơi chứa những sản phẩm bất lợi của quá trình trao đổi chất.

c. Thể nhân: Vi khuẩn chưa có nhân thật, mới chỉ có thể nhân. Thể nhân của vi

khuẩn là 1 nhiễm sắc thể duy nhất cấu tạo bởi 1 sợi ADN xoắn kép còn gắn với màng nguyên sinh chất. Nhiều vi khuẩn còn chứa ADN ngoài nhiễm sắc thể. Đó là những sợi ADN kép, dạng vòng kín, có khả năng sao chép độc lập và gọi là plasmit.

- Về hình dạng: thể nhân có hình cầu, kéo dài như hình que hay hình quả tạ, hình chữ V.

- Về cấu trúc: thể nhân không có màng nhân nhưng giới hạn giữa nhân và nguyên sinh chất rất rõ. Thể nhân là 1 cấu trúc sợi nhỏ có đường kính 3 – 8 nm, đó là 1 nhiễm sắc thể duy nhất của tế bào, cấu tạo bởi 1 sợi ADN xoắn kép còn gắn với màng nguyên sinh chất. Nhiễm sắc thể có chiều dài 0,25 – 3,0 µm, chứa 6,6 – 13 x 106 cặp bazơN, nếu mở vòng xoắn ra thì sợi dài 1mm, đó chính là 1 sợi ADN có dạng vòng tròn và chỉ là 1 phân tử ADN đóng kín.

Trong quá trình phân chia tế bào, nhân phân chia bằng cách cắt đôi, không có sự gián phân bởi vi khuẩn chỉ có 1 nhiễm sắc thể duy nhất.

d. Tiên mao (Flagella) và khuẩn mao (tiêm mao – Pili): Tiên mao là những sợi lông dài, uốn khúc, mọc ở mặt ngoài một số vi

khuẩn và có tác dụng giúp vi khuẩn có thể chuyển động trong môi trường lỏng (100 µm/s).

Ngoài tiên mao, trên cơ thể vi khuẩn còn có 1 bộ phận phụ khác hình sợi, rất ngắn và rất mảnh gọi là tiêm mao (Pili) hay khuẩn mao (Fimbria). Đường

15

kính của Pili khoảng 20 – 80 nm, dài khoảng 0,3 – 0,4 µm. Dựa vào chức năng người ta chia ra 2 loại Pili;

- Pili chung: dùng để bám giữ, giúp cho vi khuẩn bám chắc hơn trên bề mặt cơ chất. Mỗi tế bào vi khuẩn có hàng trăm pili. Các pili chung có cấu tạo từ protein có tên là pilin và nó là một kháng nguyên. Đây không phải là cơ quan vận động của vi khuẩn mà nó có tác dụng làm tăng bề mặt hấp thu chất dinh dưỡng của tế bào.

- Pili giới tính (Pili F): mỗi vi khuẩn có từ 1 – 4 pili này. Vi khuẩn có pili giới tính được gọi là vi khuẩn đực (F+). Pili giới tính tham gia vào sự tiếp hợp của vi khuẩn, sự tiếp hợp thể hiện bằng sự cố định một đầu của Pili vào tế bào cái (F-, tế bào không chứa pili giới tính), vật chất di truyền được vận chuyển từ tế bào đực sang tế bào cái thông qua pili này. Một số thực khuẩn thể bám trên Pili giới tính sẽ bơm axit nucleic của thực khuẩn thể vào vi khuẩn qua đường Pili đó.

Đặc điểm Tiên mao Tiêm mao

Thành phần Protein tiên mao (Flagellin) Protein tiêm mao (Pilin) Kích thước 0,1 – 0,2 x 2 – 70 µm 0,007 – 0,009 x 0,5 – 20 µm Số lượng 1 – vài trăm sợi/tế bào 250 – 400 sợi/tế bào Chức năng Vận động Bám giữ, tiếp hợp Nơi sinh ra Thể gốc nằm trong thành tế

bào Thể gốc nằm trong nguyên sinh chất

e. Bào tử/Nha bào (Spore, Endospore): Một số vi khuẩn, thường là các vi khuẩn Gram dương (G+) vào cuối

thời kỳ sinh trưởng phát triển có thể hình thành bên trong tế bào những thể hình tròn hay hình bầu dục gọi là bào tử hay nội bào tử. Vì mỗi tế bào chỉ sinh ra một bào tử cho nên đây không phải là loại bào tử có chức năng sinh sôi nảy nở như ở nấm.

Nha bào là một hình thức sống tiềm sinh của vi khuẩn, nó giúp cho vi khuẩn vượt qua được những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh, nó thường được sinh ra trong những điều kiện bất lợi của môi trường như: thiếu dinh dưỡng, nhiệt độ, pH không thích hợp, môi trường tích luỹ nhiều sản phẩm trao đổi chất bất lợi ...

Bào tử có tính kháng nhiệt, kháng bức xạ, kháng hoá chất, kháng Pt t. Ví dụ: bào tử vi khuẩn gây ngộ độc thịt Clostridium botulinum chịu được 100oC trong 5 – 9,5 giờ, 121oC trong 10 phút; Trong dung dịch phenol 5% tế bào dinh dưỡng chết nhanh nhưng bào tử sống được 25 ngày, trong dung dịch HgCl2 1% tế bào dinh dưỡng chết ngay nhưng bào tử tồn tại được 2 giờ. Bào tử có sức sống rất lâu, từ vài năm đến vài chục năm, ví dụ bào tử của Bacillus subtilis có sức sống từ 200 – 300 năm, có những bào tử tồn tại được 500 – 1000 năm trong đất đá trầm tích dưới đáy các hố sâu, thậm chí có những bào tử trong các tiêu bản khảo cổ cách đây 3000 năm mà vẫn duy trì được sức sống.

3. Sinh sản của vi khuẩn: Vi khuẩn sinh sản vô tính bằng cách trực phân nhờ vách ngăn ngang. Từ 1 tế

bào mẹ phân cắt thành 2 tế bào con. Tế bào con được hình thành sau một thời gian

16

sinh trưởng lại tiến hành phân cắt. Tuỳ từng loài vi khuẩn và điều kiện sống, cứ khoảng 10 đến 30 phút lại cho ra 1 thế hệ.

4. Phân loại vi khuẩn: Việc phân loại vi khuẩn nói riêng và vi sinh vật nói chung gặp khá nhiều khó

khăn vì số lượng vi sinh vật quá nhiều mà sự khác biệt giữa chúng lại quá lớn, có sự khác biệt khá lớn giữa sơ đồ phân loại vi sinh vật so với động vật và thực vật.

Trong hệ thống phân loại thì loài (species) là đơn vị cơ bản, nhưng khái niệm về loài giữa vi sinh vật và động, thực vật lại khác nhau. Trong vi khuẩn học, khái niệm về loài là một quần thể được sinh ra từ một vi khuẩn ban đầu (clone), các thành viên của một clone này có thể phân biệt với các clone khác ở một số đặc điểm. Do vậy vấn đề lớn trong phân loại vi khuẩn là xác định được các đặc điểm giống nhau và khác nhau giữa các clone để xếp loại chúng.

Để xác định các loài vi khuẩn có thể căn cứ vào các đặc tính sau: - Hình thái, kích thước, cấu tạo tế bào, phản ứng nhuộm Gram, các

chất chứa trong tế bào, năng lực hoạt động, khả năng sinh vỏ nhầy, hình dạng và vị trí của bào tử. - Đặc tính nuôi dưỡng, sinh trưởng trên các moi trưởng, hình thái, màu sắc khuẩn lạc, ... - Đặc tính sinh lý, sinh hoá và cấu trúc kháng nguyên như quan hệ với nguồn oxy, nguồn cacbon, nguồn nitơ, quan hệ với nhiệt độ, pH, khả năng khử nitrat, lên men các loại đường... các phản ứng huyết thanh học, khả năng gây bệnh... - Số lượng các tính chất sinh học: dây là phương pháp phân loại gián tiếp, dựa trên các đặc điểm genotip và phenotip. - Tỷ lệ các base nitơ của các ADN. - Cấu trúc phân tử của protein. Như vậy việc phân loại các loài vi khuẩn là một việc hết sức phức tạp, tinh vi, không thể căn cứ vào đặc tính riêng biệt mà xác định được ngay, cũng chính vì thế mà cho đến nay việc phân loại vi khuẩn vẫn chưa thực sự hoàn thiện.

Đơn vị cơ bản trong phân loại là loài (species), đây là đơn vị phân loại cơ bản nhất, tên khoa học của loài thường đặt tên kép, tên giống đặt trước và tên loài đặt sau. Mỗi loài vi khuẩn đều mang một tên khoa học riêng, tên này được đặt theo nguyên tắc “danh pháp kép” của Linné, gồm 2 từ: từ thứ nhất chỉ tên giống (viết hoa), từ thứ hai chỉ tên loài (viết thường). Ví dụ: Saccharomyces cerevisiae.

Các đơn vị trên loài là : - Giống (genus hoặc genera). Ví dụ: Bacillus, Saccharomyces. - Tộc (tribe): thường có tận cùng bằng –eae. Ví dụ: Escherichieae. - Họ (family): thường có tên tận cùng là -aceae. Ví dụ:

Chlorobiaceae. - Bộ (order): thường có tạn cùng là –ales. Ví dụ: Pseudomonadales.

Trên bộ còn có lớp, ngành, giới. Các đơn vị dưới loài gồm có: thứ, dạng và một đơn vị gọi là chủng hay nòi.

17

- Thứ (variety) chỉ một nhóm nhất định trong một loài. Ví dụ: Mycobacterium tuberculosis var. bovis (vi khuẩn lao bò), Mycobacterium tuberculosis var. avium (vi khuẩn lao gia cầm), Mycobacterium tuberculosis var. hominis (vi khuẩn lao người).

- Dạng (type hoặc forme): chỉ nhóm nhỏ dưới thứ. Ví dụ: người ta căn cứ vào những đặc tính khác nhau về phản ứng huyết thanh mà chia phế cầu khuẩn thành 80 dạng khác nhau như Streptococcus pneumoniae tip 14.

- Chủng hay nòi (Strain): chỉ một chủng, nòi vi sinh vật của một loài mới được phân lập thuần khiết từ một cơ chất nào đó. Các cá thể cùng một loài nhưng được phân lập từ những nơi khác nhau không giống nhau hoàn toàn được gọi là chủng hay nòi khác nhau và được ký hiệu bằng những con số, những chữ viết tắt theo qui ước riêng của người nghiên cứu. Ví dụ: Staphylococcus aureus ATCC 1259.

Từ trước đến nay đã có nhiều hệ thống phân loại vi khuẩn khác nhau, tuy nhiên có hai hệ thống phân loại được sử dụng chủ yếu, đó là hệ thống phân loại của D. N Bergey và của N.A. Craxilnhicop. II.Xạ khuẩn (Actinomycetes): Xạ khuẩn là một nhóm vi khuẩn thật (Eubacteria) phân bố rộng rãi trong tự nhiên: trong đất, nước và trong các cơ chát hữu cơ. Phần lớn xạ khuẩn bắt màu Gram dương, hiếu khí, hoại sinh, có cấu tạo dạng sợi như nấm nhưng lại có kích thước và cấu tạo tế bào tương tự như vi khuẩn. Xạ khuẩn là vi sinh vật quá độ giữa vi khuẩn và nấm vì nó có đặc điểm vừa giống vi khuẩn lại vừa giống nấm. Xạ khuẩn giống vi khuẩn ở những đặc điểm sau:

- Kích thước nhỏ bé. - Là vi sinh vật đơn bào. - Nhân chưa phân hoá rõ rệt. - Màng tế bào không chứa xenlulo, kitin. - Sự phân chia tế bào theo kiểu của vi khuẩn. - Không có giới tính.

Xạ khuẩn giống nấm ở chỗ có cấu tạo dạng sợi phân nhánh gọi là khuẩn ty (hypha), mỗi một khuẩn ty do một tế bào tạo thành, nhiều khuẩn ty tập hợp lại thành hệ khuẩn ty (mycelium). 1. Hình dạng, kích thước và cấu trúc của xạ khuẩn: Xạ khuẩn có cấu tạo dạng sợi, còn gọi là khuẩn ty. Khuẩn ty của xạ khuẩn thường không có vách ngăn và không tự đứt đoạn. Khuẩn ty có đường kính 0,2 – 2,5 µm. Đa số xạ khuẩn khuẩn ty không có vách ngăn, màu sắc của khuẩn ty xạ khuẩn rất phong phú: màu trắng, đỏ, lục, lam, tím, nâu, đen, ... Người ta phân biệt hai loại khuẩn ty: khuẩn ty cơ chất và khuẩn ty khí sinh. Khuẩn ty cơ chất là khuẩn ty ăn sâu vào cơ chất, làm nhiệm vụ hấp thu chất dinh dưỡng, do đó khuẩn ty này còn được gọi là khuẩn ty dinh dưỡng. Khuẩn ty khí sinh

18

là khuẩn ty phát triẻn trên bề mặt cơ chất và vươn ra ngoài không khí. Từ khuẩn ty này về sau sẽ hình thành bào tử nên còn được gọi là khuẩn ty sinh sản. Xạ khuẩn cũng có cấu tạo tương tự như vi khuẩn:

-Thành tế bào có cấu tạo tương đối dày và khá vững chắc, gồm có 3 lớp: Lớp ngoài dầy 60 – 120 Ao, lớp trong dầy 50Ao và lớp giữa chắc hơn, dày 50Ao. Khi khuẩn ty già, lớp ngoài có thể dày tới 150 – 200 Ao. Thành tế bào được tạo thành từ protein, lipit, mucopolysaccharit, ngoài ra còn chứa cả photpho và axit teichoic. Bên ngoài thành tế bào còn có thể có vỏ nhầy cấu tạo từ polysaccarit và thường rất mỏng.

- Màng nguyên sinh chất: dầy khoảng 7,5 – 10 nm, có cấu tạo và chức năng tương tự như màng nguyên sinh chất ở vi khuẩn. Chức năng chủ yếu của màng nguyên sinh chất xạ khuẩn là điều hoà sự hấp thu chất dinh dưỡng vào tế bào và tham gia vào quá trình hình thành bào tử.

- Nguyên sinh chất và nhân của xạ khuẩn cũng tương tự như ở vi khuẩn. Khi nuôi cấy xạ khuẩn trên môi trường đặc, xạ khuẩn cũng tạo thành khuẩn

lạc. Khuẩn lạc của xạ khuẩn thường rắn chắc, xù xì, có dạng phấn, không trong suốt, có các nếp toả ra theo hình phóng xạ. Đường kính khuẩn lạc khoảng 0,5 – 2,0 mm và có nhiều mầu sắc khác nhau như đỏ, da cam, vàng, lam hồng, nâu, tím...

2. Sinh sản của xạ khuẩn: Xạ khuẩn sinh sản bằng cách hình thành bào tử. Bào tử được hình thành trên

các nhánh phân hoá của khuẩn ty khí sinh, gọi là cuống sinh bào tử hay sợi bào tử. Cuống sinh bào tử dài ngắn khác nhau tuỳ thuộc vào từng loài, có loài dài 20 – 30nm, nhưng cũng có loài dài tới 100 – 200 nm. Cuống sinh bào tử có thể thẳng, lượn sóng, xoắn lò xo hay xoắn ốc, chúng có thể phân bố theo kiểu đơn, mọc đối, mọc vòng hay mọc thành chùm. Một số xạ khuẩn còn sinh ra túi bào tử, bên trong có chứa bào tử túi.

Bào tử xạ khuẩn được hình thành theo 3 phương thức: + Phát triển toàn bộ: toàn bộ hay một bộ phận của thành khuẩn ty tạo ra

thành của bào tử. + Phát triển trong thành: thành bào tử sinh ra từ tầng nằm giữa màng nguyên

sinh chất và thành khuẩn ty. + Phát triển bào tử nội sinh thật: thành khuẩn ty không tham gia vào quá

trình hình thành bào tử. Bào tử trần (conidiospore) của xạ khuẩn có thể có hình tròn, hình bầu dục,

hình que, hình trụ, đây là cơ quan sinh sản chủ yếu của xạ khuẩn. Bào tử trần được hình thành theo 2 cách: - Vách ngăn được hình thành từ phía trong của màng nguyên sinh chất và tiến dần vào trong tạo ra vách ngăn không hoàn chỉnh, sau đó cuống sinh bào tử mới phân cắt thành các bào tử trần.

- Thành tế bào và màng nguyên sinh chất đồng thời xuất hiện vách ngăn tiến dần vào phía bên trong và làm cho cuống sinh bào tử phân cắt tạo thành một chuỗi bào tử trần.

19

Mỗi cuống sinh bào tử thường có từ 30 – 100 bào tử, đôi khi có tới 200 bào tử.

3.Vai trò của xạ khuẩn: Xạ khuẩn là một trong những nhóm vi sinh vật đóng vai trò quan trọng

trong tự nhiên. - Đặc điểm quan trọng bậc nhất của xạ khuẩn là khả năng hình thành chất

kháng sinh, 70% xạ khuẩn được phân lập trong tự nhiên đều có khả năng sinh chất kháng sinh. Trong số 8.000 loại chất kháng sinh được phát hiện thì 80% là do xạ khuẩn sinh ra. Các chất kháng sinh do xạ khuẩn sinh ra như: streptomyxin, chloramphenicol, oreomyxin, teramyxin, tetraxyclin...

- Xạ khuẩn có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất và tạo ra độ phì của đất.

- Xạ khuẩn tham gia tích cực vào sự chuyển hoá và phân giải nhiều chất hữu cơ phức tạp và bền vững như xenlulo, kitin, linhin...

- Xạ khuẩn sinh ra nhiều chất hữu cơ quý giá như các vitamin nhóm B (B1, B2, B6, B12), một số các axit hữu cơ như axit lactic, axit axetic và nhiều axit amin như axit glutamic, metionin, tryptophan, lizin.

- Xạ khuẩn còn sinh ra nhiều enzim như proteinaza, amylaza, xenlulaza, kitinaza.

- Một số còn có khả năng tạo thành những chất kích thích sinh trưởng thực vật.

4. Phân loại xạ khuẩn: Trước thế kỷ XIX người ta xếp xạ khuẩn vào nấm. Về sau người ta mới xếp

chúng vào vi khuẩn thật vì xạ khuẩn có nhân nguyên thuỷ. Năm 1978 Gibbens và Murray chia các vi khuẩn nhân nguyên thuỷ thành 4

ngành: ngành Gracilicutes (gồm các vi khuẩn G-), ngành Tenericutes (gồm xạ khuẩn và các vi khuẩn G+), ngành Mendosicutes (gồm các vi khuẩn mà thành tế bào không chứa peptidoglican) và ngành Mollicutes (gồm các vi khuẩn chưa có thành tế bào).

Năm 1977 và 1980 Woese và cộng sự chia vi khuẩn nhân nguyên thuỷ thành 2 giới: giới Vi khuẩn thật (Eubacteria) tương đương với 3 ngành Gracilicutes, Tenericutes và Mollicutes theo Gibbens và Murray, giới Vi khuẩn cổ (Archaebacteria) tương đương với ngành Mendosicutes. Theo hệ thống phân loại của Bergey (Bergey, s Manual of Systematic Bacteriology, 1994) thì xạ khuẩn có mặt trong tập 2 và tập 4. -Trong tập 2 có chi Mycobacterium (thuộc họ Mycobacteriaceae) và 9 chi thuộc Nocardioform actinomycetes ( Nocardia, Rhodococcus, Nocardioides, Pseudonocardia, Oerskovia, Saccharopolyspora, Micropolyspora, Promicromonospora, Intrasporangium). -Trong tập 4: + Thuộc về Nocardioform còn có Faenia, Actinopolyspora, Saccharomonospora, Amycolatopsis, Amycolata.