vi khuẩn (Bacteria)

Cầu khuẩn (Coccus - từ tiếng Hy Lạp Kokkos - hạt quả)

Cầu khuân là loại vi khuẩn có hình cầu. Nhưng có nhiều loại không hẳn hình cầu thí dụ như hình ngọn nến như phế cầu khuẩn - Diplococcus pneumoniae hoặc hạt cà phê (lậu cầu khuẩn Neisseria gonorrhoeae).

Kích thước của vi khuẩn thường thay đổi trong khoảng 0,5 (1μ = 10^-3 mm). Tuỳ theo từng loài mà chúng có những dạng khác nhau.

Đặc tính chung của cầu khuẩn:

- 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.

a)Giống Monococcus

Thường đứng riêng lẻ từng tế bào một, đa số chúng thuộc loại hoại sinh. Thường thấy chúng sống trong đất, nước và trong không khí (Thí dụ như Micrococcus agilis, M. roseus, M. luteus)

b)Giống Diplococcus

(Từ tiếng Hy Lạp - Diplos - thành đôi) phân cách theo một mặt phẳng xác định và dính nhau thành từng đôi một. Trong số này có một số có khả năng gây bệnh như giống Neisseria - Lậu cầu khuẩn N meningitidis gonorrhoeae - Não mô cầu khuẩn).

c)Giống Tetracoccus

Thường liên kết với nhau thành từng nhóm 4 tế bào một. Chúng thường gây bệnh cho người và một số có thể gây bệnh cho động vật.

d) Giống Streptococcus

Từ tiếng Hy Lạp (Streptos - chuỗi) chúng phân cách theo một mặt phẳng xác định và dính với nhau thành từng chuỗi một dài. Thí dụ như Streptococcus lactic. Strep-pyogenes.

e) Giống Sarcina

Từ tiếng Hy Lạp Saricio - gói hàng. Phân cách theo 3 mặt phẳng trực giao với nhau, tạo thành những khối từ 8 - 16 tế bào (hoặc nhiều hơn nữa). Trong không khí chúng ta thường gặp một số loài như Sarcinalutea, Sarcina auratiaca. Chúng thường nhiễm vào các môi trường để trong phòng thí nghiệm và tạo thành màu vàng.

f)Giống Staphilococcus

Từ tiếng Hy Lạp Staphile - chùm nho. Thường chúng liên kết với nhau thành những đám trông như chùm nho. Chúng phân cách theo một mặt phẳng bất kỳ và sau đó dính lại với nhau thành từng đám như hình chùm nho. Bên cạnh các loài hoại sinh còn có một số loài gây bệnh ở người và động vật (Staph. Curcreus, Staph. Emidermidis ...)

Trực khuẩn

Là tên chung chỉ tất cả các vi khuẩn có hình que. Kích thước của chúng thường từ 0,5 - 1,0 x 1 - 4 μ.

Thường gặp các loài trực khuẩn sau đây:

- Bacillus (Viết tắt là Bac) 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 (viết tắt là Bact)

Trực khuẩn gram âm không sinh bào tử. Thường có tiên mao mọc xung quanh tế bào người ta gọi là chu mao. Các giống Salmonella, Shigella, Erwina, Serratia đều có hình thái giống Bacterium.

- Pseudomonas (viết tắt là Ps)

`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 giống Xanthomonas. Photobacterium, Azotomonas, Aeromonas, Zymononas, Protaminobacter, Alginomonas, Mycoplazma, Halobacterium, Methanomonas, Hydroginomonas, Carloxydomonas, Acetobater, Nitrosomonas, Nitrobacter đều có hình thái giống Pseudomonas.

- 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. Trực khuẩn bạch cầu (Corynebacterium diphtheriae) có bắt màu ở hai đầu làm tế bào có hình dạng giống quả tạ. Một số khác có hình thái giống Corynebacterium gồm có Listeria, Erysipelothric, Microbacterium, Cellulomonas, Arthrobacter.

- Clostridium (Viết tắt là Cl, tiếng Hy Lạp Kloster - con thoi)

Thường là trực khuẩn gram dương. Kích thước thường vào khoảng 0,4 - 1 x3- 8

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. Thí dụ như các loài cố định nitơ. Một số loài khác gây bệnh. Thí dụ vi khuẩn uốn ván ... Cl. Botulium

Phẩy khuẩn

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 giống phẩy khuẩn có khả năng phân giải xenluloza (Cellvibrio, Cellfalcicula) hoặc có khả năng khử sunfat (Desulfovibrio).

Xoắn 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 (SP. Minus) có kích thước thay đổi 0,5 - 3,0 - 5 - 40μ.

Thành tế bào

Thành tế bào là lớp ngoài cùng bao bọc vi khuẩn, giữ cho chúng có hình dạng nhất định, chiếm 15 - 30% trọng lượng khô của tế bào. Thành tế bào có những chức năng sinh lý rất quan trọng như duy trì hình thái tế bào và áp suất thẩm thấu bên trong tế bào, bảo vệ tế bào trước những tác nhân vật lý, hoá học của môi trường, thực hiện việc tích điện ở bề mặt tế bào. Thành tế bào chính là nơi bám của Phage và chứa nội độc tố của một số vi khuẩn có độc tố. Có một số vi khuẩn không có thành tế bào (Micoplasma), một số trường hợp vi khuẩn bị phá vỡ thành tế bào mà vẫn sống (Protoplast ...)

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 v.v.... Dựa vào tính chất hoá học của thành tế bào và tính chất bắt màu của nó, người ta chia ra làm 2 loại Gram + và Gram -. Với cùng một phương pháp nhuộm như nhau, trong đó có hai loại thuốc nhuộm Cristal Violet màu tím và Fushsin màu hồng, vi khuẩn gram + bắt màu tím, vi khuẩn gram - bắt màu hồng. Nguyên nhân là do cấu tạo thành tế bào của hai loại khác nhau. Ngoài hai loại trên, còn có loại gram biến đổi (gram variable) có khả năng biến đổi từ gram + sang gram - và ngược lại. Sau đây là sơ đồ cấu tạo của thành tế bào vi khuẩn E.coli.

Vỏ nhầy (Capsul)

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. Ở vi khuẩn Azotobacter chroococum khi phát triển trên môi trường giàu hydrat cacbon có thể hình thành lớp vỏ nhày dày hơn chính bản thân tế bào.

Vỏ nhày có tác dụng bảo vệ vi khuẩn tránh tác dụng thực bào của bạch cầu. Chính vì thế mà ở một số vi khuẩn gây bệnh chỉ khi có lớp vỏ nhày mới có khả năng gây bệnh. Khi mất lớp vỏ nhày, lập tức bị bạch cầu tiêu diệt khi xâm nhập vào cơ thể chủ. Vi khuẩn có vỏ nhày tạo thành khuẩn lạc trơn bóng khi mọc trên môi trường thạch gọi là dạng S, ngược lại dạng R có khuẩn lạc xù xì.

Vỏ nhày còn là một nơi dự trữ các chất dinh dưỡng. Khi nuôi cấy vi khuẩn có vỏ nhày trên môi trường nghèo dinh dưỡng, lớp vỏ nhày bị tiêu biến dần do bị sử dụng làm chất dinh dưỡng.

Ở một số vi khuẩn vỏ nhày được dùng để bám vào giá thể. Các chất trong vỏ nhày là do thành tế bào tiết ra, thành phần của nó tuỳ thuộc vào loại vi khuẩn. Đa số trường hợp vỏ nhày được cấu tạo bởi polysaccarit, đôi khi có cấu tạo bởi polypeptit. Thành phần hoá học của vỏ nhày quyết định tính kháng nguyên của vi khuẩn.

Màng tế bào chất (Cell membran)

Màng tế bào chất còn gọi là màng nguyên sinh chất là một lớp màng nằm dưới thành tế bào, có độ dày khoảng 4 - 5 nm, chiếm 10 - 15% trọng lượng tế bào vi khuẩn.

Màng tế bào chất có nhiều chức năng quan trọng: Duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào, đảm bảo việc chủ động tích luỹ chất dinh dưỡng và thải các sản phẩm trao đổi chất ra khỏi tế bào. Màng tế bào chất là nơi sinh tổng hợp một số thành phần của tế bào, đặc biệt là thành phần của thành tế bào và vỏ nhày, là nơi chứa một số men quan trọng như Permeaza, ATP-aza v.v... Màng tế bào chất còn là nơi tiến hành quá trình hô hấp và quang hợp (ở vi khuẩn quang dưỡng).

Thành phần hoá học của màng tế bào chất đơn giản hơn của thành tế bào nhiều. Bao gồm photpholipit và protein và protein sắp xếp thành 3 lớp: lớp giữa là photpholipit bao gồm hai lớp phân mồi phân tử gồm 1 đầu chứa gốc photphat háo nước và một đầu chứa hydratcacbon, đầu háo nước của hai lớp phân tử photpholipit quay ra ngoài, ở đây chứa các men vận chuyển Pecmeaza. Hai lớp ngoài và trong và Protein.

Màng tế bào chất còn là nơi gắn của nhiễm sắc thể. Ngoài hai thành phần chính trên, màng tế bào chất còn chứa một số chất khác như hydratcacbon, glycolipit, v.v...

Tế bào chất (Cytoplast)

Tế bào chất là thành phần chính của tế bào vi khuẩn, đó là một khối chất keo bán lỏng chứa 80 - 90% nước, còn lại là protein, hydratcacbon, lipit, axit nucleic v.v... Hệ keo có tính chất dị thể, trạng thái phân tán, luôn luôn biến đổi phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Khi còn non tế bào chất có cấu tạo đồng chất, bắt màu giống nhau. Khi già do xuất hiện không bào và các thể ẩn nhập, tế bào chất có trạng thái lổn nhổn, bắt màu không đều. Tế bào chất là nơi chứa có cơ quan quan trọng của tế bào như: nhân tế bào, Mezoxom, Riboxom và các hạt khác.

Mezoxom

Mezoxom là một thể hình cầu trong giống như cái bong bóng gồm nhiều lớp màng cuộn lại với nhau, có đường kính khoảng 250 nm. Mezoxom 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 ngang. Ở nhiều loài vi khuẩn, Mezoxom 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 Penixilinaza được sinh ra từ Mexozom.

Riboxom

Riboxom là nơi tổng hợp protein của tế bào, chứa chủ yếu là ARN và protein.

Ngoài ra có chứa một ít lipit, và một số chất khoáng. Riboxom có đường kính khoảng 200A, cấu tạo bởi 2 tiểu thể - 1 lớn, 1 nhỏ. Tiểu thể lớn có hằng số lắng là 50S, tiểu thể nhỏ 30S (1S = 1^-13 cm/giây)

Mỗi tế bào vi khuẩn có trên 1000 riboxom, trong thời kỳ phát triển mạnh của nó, số lượng riboxom tăng lên. Không phải tất cả các riboxom đều ở trạng thái hoạt động. Chỉ khoảng 5 - 10% riboxom tham gia vào quá trình tổng hợp protein. Chúng liên kết nhau thành một chuỗi gọi là polyxom nhờ sợi ARN thông tin.

Trong quá trình tổng hợp protein, các riboxom trượt dọc theo sợi ARN thông tin như kiểu đọc thông tin. Qua mỗi bước đọc, một axit amin lại được gắn thêm vào chuỗi polypeptit.

Thể nhân (Nuclear body)

Vi khuẩn thuộc loại procaryotic, bởi vậy cấu tạo nhân rất đơn giản, chưa có màng nhân. Thể nhân vi khuẩn chỉ gồm một nhiễm sắc thể hình vòng do một phân tử AND cấu tạo nên dính một đầu vào màng tế bào chất không có thành phần protein như nhân tế bào bậc cao. Chiều dài phân tử AND thường gấp 1000 lần chiều dài tế bào, mang toàn bộ thông tin di truyền của tế bào vi khuẩn. Ngoài nhiễm sắc thể, một số vi khuẩn còn có Plasmic, đó là những phân tử AND hình vòng kín kích thước nhỏ, mang thông tin di truyền, có khả năng sao chép độc lập.

Ở những vi khuẩn kháng thuốc, đặc tính kháng thuốc thường được quy định bởi các gen nằm trên các plasmic này.

Các hạt khác trong tế bào

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. 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 Ca và các hạt sắc tố. Đặc biệt, trong tế bào của một số vi khuẩn gây bệnh cho côn trùng (Bacillus thurigiensis) còn có các tinh thể diệt côn trùng có hình thoi hoặc hình khối. Sự có mặt của các tinh thể này liên quan đến khả năng gây bệnh côn trùng của vi khuẩn. Người ta đã lợi dụng đặc tính này nghiên cứu, sản xuất ra những chế phẩm diệt côn trùng gây hại.

Tiên mao và nhung mao

Tiên mao là những cơ quan di động của vi khuẩn, nhưng không phải tất cả các vi khuẩn đều có tiên mao. Tiên mao thường có chiều rộng 10 - 25 μm, chiều dài thay đổi tuỳ theo loài vi khuẩn. Số lượng tiên mao cũng phụ thuộc vào loài vi khuẩn. Loại có 1 tiên mao gọi là đơn mao, mọc ra ở một cực của tế bào, loại có 2 gọi là song mao mọc ra từ một cực tế bào, loại có nhiều gọi là chùm mao cũng mọc ra từ một cực tế bào, có loại mọc ra từ hai cực của tế bào. Loại mọc quanh mình thành một vành đai như chiếc thắt lưng có lông gọi là chu mao.

Các vi sinh vật khác nhau có số lượng và sự sắp xếp các tiên mao trên tế bào khác nhau.

Tiên mao có bản chất protein, bị phân giải ở nhiệt độ 60⁰C hoặc ở môi trường axit. Tuỳ theo kiểu tiên mao mà vi khuẩn có các kiểu di động khác nhau. Loại đơn mao di động theo hình sin, loại chùm mao di động theo kiểu xoáy trôn ốc v.v....

- Nhung mao: Khác với tiên mao, nhung mao không phải là cơ quan di động của vi khuẩn. Chúng là những sợi lông mọc khắp bề mặt của một số vi khuẩn, làm tăng diện tiếp xúc với thức ăn, ngoài ra còn dùng để bám vào giá thể. Ở một số vi khuẩn, nhung mao còn được dùng làm cầu nối nguyên sinh chất trong quá trình tiếp hợp giữa hai vi khuẩn.

Bào tử (Spore)

Bào tử là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn. Khi gặp điều kiện khó khăn, vi khuẩn có khả năng hình thành bào tử. Bào tử được hình thành bên trong tế bào, có khi to hơn kích thước tế bào làm tế bào phình ra so với bình thường. Ví dụ như ở Clostridium, khi hình thành bào tử, tế bào hình thành hình dùi trống hoặc hình thoi. Bào tử có 3 lớp vỏ bọc, những lớp vỏ bọc này tránh cho bào tử những tác động của môi trường như: nhiệt độ, pH, tác động của men, v.v.... Ở nhiệt độ 100⁰C trong khi các tế bào dinh dưỡng bị tiêu diệt thì bào tử Bacillus cereus có thể chịu được 2,5 phút, Bacillus subtilis thậm chí chịu được 180 phút. Bào tử của vi khuẩn gây ngộ độc ở 180⁰C vẫn sống được tới 10 phút. Trong phenol 5% tế bào dinh dưỡng chết ngay trong khi bào tử có thể sống được đến 15 ngày.

Sở dĩ bào tử có thể có khả năng chịu được những điều kiện khó khăn vì nó có cấu tạo khác với tế bào. Nước trong bào tử phần lớn ở trạng thái liên kết, trong khi đó nước trong tế bào ở trạng thái tự do. Các enzym trong tế bào phần lớn ở trạng thái không hoạt động. Các thành phần hoá học khác của bào tử cũng khác với tế bào dinh dưỡng. Thí dụ như ở bào tử có hàm lượng ion Ca⁺⁺ cao hơn v.v...

Nguyên nhân của việc hình thành bào tử cho đến nay còn có nhiều tranh luận.

Một số cho rằng tế bào hình thành bào tử khi gặp điều kiện khó khăn nhằm tồn tại qua thời kỳ khó khăn đó. Nhưng một số người khác cho rằng: Sự hình thành bào tử là một hình thức đổi mới tế bào do sự kết hợp của các phần nguyên sinh chất trong quá trình hình thành bào tử mà tế bào được đổi mới, ý kiến này dựa trên một số thí nghiệm bác bỏ luận thuyết trên. Ở một số môi trường dinh dưỡng tốt bào tử lại được hình thành nhiều hơn ở môi trường nghèo dinh dưỡng. Ở đa số vi sinh vật đất, ngay ở những điều kiện bất lợi cũng không thấy hình thành bào tử.

Bào tử khi gặp điều kiện thuận lợi thì nảy mầm thành tế bào dinh dưỡng, bào tử thường nảy mầm ở một cực, có khi nảy mầm ở cả hai phía. Một số vi khuẩn ở những điều kiện nhất định có thể bị mất khả năng hình thành bào tử.