Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VI SINH VẬT ĐẠI CƯƠNG VI KHUẨN Vi khuẩn (Bacteria) là sinh vật tiền nhân (Procaryote) có cấu tạo tế bào rất nhỏ, chỉ nhìn thấy được qua kính hiển vi phóng đại hàng nghìn lần . Vi khuẩn cùng với virus, prion, vi nấm… hợp thành vi sinh vật (Microbiology) nói chung. Trong vi sinh vật, có những thành viên gây bệnh và những thành viên không gây bệnh cho người. Những vi sinh vật gây bệnh được gọi là vi sinh vật y học (Medical microbiology). Tài liệu giáo khoa này chỉ trình bày một số vi sinh vật y học. Kích thước và hình thể vi khuẩn Phần lớn vi khuẩn có kích thước từ 1 3 m. Cũng có vi khuẩn có kích thước lớn như vi khuẩn than (6 m) và có loài có kích thước nhỏ như vi khuẩn dịch hạch (0,5 m). Kích thước của vi khuẩn có thể thay đổi theo tuổi và điều kiện dinh dưỡng. Về hình thể của vi khuẩn, có 3 loại hình cơ bản: Hình cầu: gọi là cầu khuẩn. Cầu khuẩn gây bệnh có các cách sắp xắp xếp khác nhau. Tụ cầu khuẩn (Staphylococcus): các cách sắp xếp thành đám như chùm nho. Liên cầu khuẩn (Streptococcus): các tế bào xếp thành dãy dài. Song cầu khuẩn (Diplococcus): hai tế bào xếp bên nhau như song cầu khuẩn lậu, song cầu khuẩn màng não. Vi cầu khuẩn (Micrococcus): từng tế bào hình cầu khuẩn riêng lẻ như cầu khuẩn ruột. Hình thẳng: gọi là trực khuẩn. Trực khuẩn gây bệnh có các cách xắp xếp khác nhau. 1 Các tế bào xếp thành dãy dài như trực khuẩn than. Các tế bào xếp thành đám như trực khuẩn hủi. Các tế bào xếp thành xếp thành hình các chữ X, Y, N như trực khuẩn lao. Tế bào đứng riêng lẻ như trực khuẩn uốn ván. Tế bào của mỗi loại vi khuẩn cũng có hình dạng khác nhau. Trực khuẩn hai đầu tròn như trực khuẩn lỵ, trực khuẩn hai đầu vuông như trực khuẩn than, trực khuẩn hai đầu hình thoi như trực khuẩn ho gà, trực khuẩn hai đầu to như trực khuẩn bạch hầu. Hình cong: gọi là phẩy khuẩn. Hình cong ngắn và không quá 1/4 đường tròn như phẩy khuẩn tả. Hình xoắn nhiều vòng như xoắn khuẩn giang mai. Ý nghĩa thực tiễn của kích thước, hình thể vi khuẩn: Mỗi loài vi khuẩn có kích thước và hình thể riêng nên dựa vào kích thước, đặc biệt là hình thể, người ta có thể chẩn đoán xác định tên một số vi khuẩn gây bệnh. Nếu vi khuẩn được nhuộm Gram thì dựa vào hình thể và tính chất bắt màu Gram của vi khuẩn có thể chẩn đoán khá chính xác một số loài vi khuẩn. Thí dụ: từ một bệnh phẩm dịch não tuỷ, nhuộm Gram, soi kính hiển vi thấy song cầu khuẩn như hai hạt cà phê, bắt màu Gram âm thì kết luận được bệnh nhân bị nhiễm cầu khuẩn màng não. Việc dựa vào kích thước, hình thể để chẩn đoán vi khuẩn gây bệnh có thể có giá trị tuyệt đối như trường hợp trên, nhưng có thể chỉ có giá trị tương đối vì một số loài vi khuẩn không gây bệnh cũng có kích thước, hình thể giống vi khuẩn gây bệnh. Cấu tạo tế bào vi khuẩn Nói chung vi khuẩn có cấu tạo một tế bào nhưng chưa hoàn chỉnh, bao gồm các phần cấu tạo cơ bản là nhân, bào tương và thành tế bào. Nhân Với sự trợ giúp của kính hiển vi điện tử, người ta biết được nhân của vi khuẩn không có màng nhân bao bọc và không có nhiều thể nhiễm sắc như những tế bào bậc cao. Nhân của vi khuẩn là một phân tử ADN hình sợi, uốn vòng, dài khoảng 1mm và là thể nhiễm sắc độc nhất của vi khuẩn. Sợi ADN tự sao chép theo sơ đồ của Watson Crick trong quá trình nhân lên của vi khuẩn. 2 Nhân của vi khuẩn bắt màu thuốc nhuộm kiềm như bào tương nên khó phân biệt với bào tương khi nhuộm thuốc nhuộm thông thường . Để nhuộm phân biệt cần phải dùng thuốc nhuộm đặc biệt. Bào tương Thành phần cấu trúc của bào tương vi khuẩn đơn giản hơn nhiều so với bào tương của tế bào sinh vật bậc cao. Bào tương ở trạng thái gel, chứa nước với các chất hoà tan và nhiều loại hạt vùi. Chất hoà tan: có protid, glucid, lipid, ARN thông tin, ARN vận chuyển, một số enzyme, sắc tố, muối khoáng,… Hạt vùi: có hạt volutin, không bào chứa glucogen, plasmid, ribosom. Mỗi vi khuẩn có khoảng 15. Kích thước từ 17 21nm. Ribosom chứa 40% trọng lượng khô của vi khuẩn và chứa 90% tổng số ARN. Về thành phần hoá học, ribosom chứa 60% ARN và 40% protein. Trong bào tương, ribosom xếp thành đám mang tên polyribosom. Các polyribosom có nhiệm vụ tổng hợp protein. Phía ngoài bào tương được bao bọc bởi màng bào tương. Màng bào tương Màng bào tương dày 10 20 nm, có những nếp gấp gọi là mesosom. Vi khuẩn Gram dương có nhiều mesosom hơn vi khuẩn Gram âm. Màng bào tương có chức năng: Là một màng thẩm thấu chọn lọc, chứa nhiều enzyme làm nhiệm vụ điều khiển trao đổi chất giữa vi khuẩn và môi trường. Là nơi chứa nhiều enzyme hô hấp, màng bào tương có chức năng như của ty lạp thể ở tế bào sinh vật bậc cao. Vách tế bào Vách hay thành tế bào bao bọc bên ngoài màng tế bào vi khuẩn. Vách tế bào dày 15 nm ở các vi khuẩn Gram dương, 8 12 nm ở các vi khuẩn Gram âm. Về thành phần hoá học, vách tế bào có chung chất cơ bản là glycopeptid, gọi là peptidoglycan là một phân tử lớn, trọng lượng phân tử hàng tỷ dalton. Ở những vi khuẩn Gram dương còn có acid teichoic còn ở vi khuẩn Gram âm thì chứa nhiều lipopolysarid (LPS) và lipoprotein. Những chất này đã tạo nên nội độc tố của vi khuẩn. 3 Vách tế bào vi khuẩn Gram dương và Gram âm có sự khác nhau về độ dày, về thành phần hoá học, nên dẫn đến sự khác nhau về tính bắt màu. Vách tế bào vi khuẩn có chức năng: bảo vệ vi khuẩn, tạo nên hình thể cố định của vi khuẩn và mang tính kháng nguyên của vi khuẩn. Nhìn chung, vi khuẩn có cấu trúc một tế bào gần hoàn chỉnh, có hệ thống enzyme để chuyển hoá đảm bảo đời sống độc lập của vi khuẩn. Tuy vậy, cũng có các trường hợp ngoại lệ: Mycoplasma không có vách tế bào mà chỉ bao bọc một màng mỏng, Rickettsia, Chlamydia không có đầy đủ hệ thống enzyme và do đó phải ký sinh bắt buộc trong tế bào sống khác. Ngoài các phần cấu trúc cơ bản kể trên, ở một số giống vi khuẩn còn có các phần cấu trúc phụ như vỏ, lông, pili, bào tử. Vỏ Một số vi khuẩn tiết ra một chất hữu cơ bao bọc bên ngoài vách tế bào được gọi là vỏ. Chỉ có một số giống vi khuẩn có khả năng sinh vỏ và quá trình sinh vỏ phụ thuộc nhiều vào môi trường. Người ta thấy cầu khuẩn phổi chỉ tạo ra vỏ khi vi khuẩn ở trong cơ thể người hoặc động vật sống . Ra khỏi cơ thể hoặc được nuôi trong môi trường nhân tạo, vi khuẩn mất khả năng sinh vỏ nhưng vẫn sống, vẫn sinh sản. Bản chất hoá học của vỏ là chất polysacharid (cầu khuẩn phổi, liên cầu khuẩn gây mủ, trực khuẩn hoại thư sinh hơi ), cũng có thể là chất polypeptid (trực khuẩn than). Vỏ vi khuẩn có liên quan đến độc lực của chúng. Khi có vỏ, vi khuẩn dễ chống lại sự thực bào của tế bào bạch cầu . Mất vỏ, được coi là hình thức biến dị và thấy vi khuẩn đó mất tính gây bệnh. Vỏ còn làm hạn chế tác động của một số yếu tố lý hoá tác hại tới vi khuẩn như thuốc kháng sinh . Như vậy, vỏ là một yếu tố duy trì độc lực của vi khuẩn. Vỏ vi khuẩn còn mang tính kháng nguyên đặc hiệu. Trong thực tế, dựa vào kháng nguyên vỏ để phân biệt một loài vi khuẩn thành nhiều type . Thí dụ: phân loại cầu khuẩn phổi thành 85 type khác nhau về kháng nguyên vỏ. Vỏ vi khuẩn ít bắt màu. Để quan sát vỏ, phải nhuộm vỏ theo kỹ thuật đặc biệt hoặc làm cho vỏ phình to ra (phản ứng phình vỏ). Lông 4 Một số giống vi khuẩn có lông. Đó là những sợi rất nhỏ (đường kính 1030 nm), bắt nguồn từ bào tương, xuyên qua vách tế bào ra ngoài, giúp vi khuẩn di động. Tùy vi khuẩn mà số lượng và vị trí lông có thể khác nhau : một lông hoặc một chùm lông ở một đầu hoặc nhiều lông xung quanh tế bào. Thành phần hoá học chủ yếu của lông vi khuẩn là protein. Lông mang tính kháng nguyên đặc hiệu; Căn cứ kháng nguyên lông có thể phân loại và chẩn đoán xác định một loài vi khuẩn. Để phân biệt vi khuẩn có lông có thể thực hiện theo ba cách: + Cấy vi khuẩn vào ống môi trường thạch mềm rồi quan sát hiện tượng vi khuẩn mọc lan rộng ra xa đường cấy. + Quan sát vi khuẩn di động bằng kính hiển vi tụ quang nền tối (nền đen). + Nhuộm lông theo kỹ thuật đặc biệt rồi quan sát ở kính hiển vi thường. Pili Ở một số loài vi khuẩn Gram âm, mặt ngoài có những sợi nhỏ và ngắn hơn lông gọi là pili. Người ta phân biệt hai loại : pili chung và pili giới tính. Chúng được phát hiện trên kính hiển vi điện tử. + Pili chung: dài 0,52 micromet, một vi khuẩn có 100200 pili chung. Pili này giúp vi khuẩn bám lên các bề mặt và quyết định tính chất ngưng kết hồng cầu của vi khuẩn. + Pili giới tính: dài hơn pili chung, tới 20 micromet . Mỗi vi khuẩn có 14 pili giới tính. Pili giới tính được coi như cầu nối để chuyển ADN từ tế bào vi khuẩn cho sang tế bào vi khuẩn nhận. Bào tử Một số vi khuẩn trong điều kiện bất lợi cho sự sống, có khả năng hình thành những thể có khả năng chống đỡ rất cao gọi là bào tử (nha bào). Bào tử chỉ thấy ở một vài giống vi khuẩn như Bacillus, Clostridium. Bào tử hình thành trong tế bào vi khuẩn qua nhiều giai đoạn. Tế bào vi khuẩn có khả năng sinh bào tử gọi là tế bào sinh dưỡng. Trong tế bào này, bào tử hình thành dần, đồng thời tế bào sinh dưỡng tự tiêu đi và cuối cùng bào tử ở trạng thái tự do. Thời gian hình thành bào tử mất khoảng 1820 giờ. Khi gặp 5 điều kiện thuận lợi, bào tử nảy mầm và trở thành tế bào vi khuẩn hoạt động . Thời gian chuyển từ bào tử sang thể hoạt động khoảng từ 4 đến 5 giờ.
