Chương 2. Hình thái – Phân loại - Cấu tạo – Sinh sản ở vi sinh vật

9/11/2013 1 CHƢƠNG 2. HÌNH THÁI – PHÂN LOẠI - CẤU TẠO – SINH SẢN Ở VI SINH VẬT 2.1. Vi sinh vật tiền nhân (Prokaryotes) 2.1.1. Vi khuẩn 2.1.2. Xạ khuẩn 2.2. Vi sinh vật nhân thật (Eukaryotes) 2.2.1. Nấm men 2.2.2. Nấm mốc 2.2.3. Vi tảo 2.2.4. Protozoa 2.4. Vi sinh vật chƣa có cấu tạo tế bào (Akaryotes)_Virus  Gồm nhóm vi khuẩn cổ (Archaebacteria) và vi khuẩn thật (Eubateria).  Vi khuẩn thật gồm: - Vi khuẩn (Bacteria) - Xạ khuẩn (Actinomyces) - Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) - Vi khuẩn nguyên thủy (Mycoplasma, Ricketsia, Chlamydia) 2.1. VSV tiền nhân (Prokaryotes) Vi khuẩn (Bacteria) 9/11/2013 2 Các dạng hình thái khuẩn lạc của vi khuẩn Paenibacillus dendritiformis 9/11/2013 3 Hình thái tế bào vi khuẩn Vi khuẩn cấu tạo cơ thể chỉ gồm 1 tế bào. Hình dạng rất phong phú và thay đổi theo loài Kích thước:  Chiều dài khoảng 2,0 – 8,0µm  Chiều ngang khoảng 0,2 – 2,0µm Các loài có đặc điểm chung là cấu tạo tế bào chưa hoàn chỉnh (chưa có nhân hoàn chỉnh). Các kiểu hình thái tế bào vi khuẩn CẦU KHUẨN (COCCUS) Kích thước của cầu khuẩn: 0,5 – 1,0 m  Đặc tính chung của cầu khuẩn:  Tế bào hình cầu có thể đứng riêng rẽ hay liên kết với nhau.  Không có cơ quan di động.  Không tạo thành bào tử.  Có nhiều loài có thể gây bệnh cho người và cho gia súc. 9/11/2013 4 CẦU KHUẨN (COCCUS) Streptococcus thermophilus TRỰC KHUẨN Gồm những vi sinh vật hình que, hình gậy, 2 đầu tròn hoặc vuông, kích thước 0,5-1 x 1-4µm Các chi thường gặp:  Bacillus: G+, sinh bào tử, chiều ngang bào tử không vượt quá chiều dài tế bào.  Clostridium: G+, bào tử to hơn chiều ngang tế bào, kỵ khí bắt buộc.  Enterobacterium: G-, không sinh bào tử, có tiên mao  Pseudomonas: G-, không sinh bào tử, có 1 hay nhiều tiêm mao mọc ở đỉnh, sinh sắc tố  Acetobacter, Corynebacterium … 9/11/2013 5 TRỰC KHUẨN Clostridium Bacillus subtilis Phẩy khuẩn: tế bào dạng que uốn cong, dạng dấu phẩy MỘT SỐ HÌNH THÁI KHÁC CỦA VI KHUẨN Xoắn khuẩn: tế bào vi khuẩn có 2 vòng xoắn trở lên, G+. Di chuyển được nhờ tiên mao ở đỉnh Campylobacter Vibrio cholerae Quan sát hình thái tế bào vi khuẩn Phƣơng pháp nhuộm Gram – nhuộm kép 9/11/2013 6 QUY TRÌNH NHUộM GRAM  Nhóm VK Gram (+) không bị dung môi hữu cơ tẩy phức chất màu giữa Crystal violet và Iod  màu tím  Nhóm VK Gram (-) bị dung môi hữu cơ tẩy phức chất màu giữa Crystal violet và Iod  bắt màu thuốc nhuộm bổ sung  màu đỏ hồng. Cố định tế bào Crystal violet Lugol Tẩy màu Fushin hoăc Safranin Gram (+) Gram (–) CẤU TẠO TẾ BÀO VI KHUẨN Các phần bắt buộc  Vách tế bào (cellwall)  Màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane)  Tế bào chất (Cytoplasm)  Thể nhân (Nucleoid)  Mesosome  Ribosome  Khỏang không chu chất (Periplasm space) Thành (vách) tế bào (cellwall) Là lớp vỏ dày (10 – 25 nm), chắc chắn bao bọc xung quanh tế bào.  Vai trò: - Duy trì hình thái của tế bào - Hỗ trợ sự chuyển động của tiên mao (flagellum) - Giúp tế bào đề kháng với áp suất thẩm thấu - Hỗ trợ quá trình phân cắt tế bào - Cản trở sự xâm nhập của một số chất có phân tử lớn, liên quan đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh 9/11/2013 7 Thành tế bào (cellwall) Chứa hợp chất đặc trưng là peptidoglycan (murein) - Peptidoglycan: hai đơn phân là N-acetylglucosamine, N-acetylmuramic acid kết hợp với một đoạn amino acid ngắn.  Dựa vào cấu tạo thành tế bào chia vi khuẩn thành VK Gram âm và VK Gram dương. Cách sắp xếp của Peptidoglycan Vách tế bào vi khuẩn Gram dƣơng 9/11/2013 8 Vách tế bào vi khuẩn Gram âm 9/11/2013 9 Liên quan như thế nào đến sự bắt màu trong việc nhuộm Gram? 9/11/2013 10 Màng nguyên sinh chất (Cytoplasmic membrane) Là lớp màng bao quanh tế bào chất (4 - 7 nm) Cấu tạo màng gồm lipid và protein (màng lipoprotein) Protein ngoại vi Vai trò của màng tế bào chất Bao bọc tế bào chất. Là hàng rào thẩm thấu chọn lọc. Là nơi cư trú các enzyme của các quá trình biến dưỡng trong tế bào. Có mang các thụ cảm (receptor) cho phép tế bào nhận biết và đáp ứng sự hiện diện của cơ chất trong môi trường.  Màng tế bào chất có vai trò sống còn đối với tế bào vi khuẩn. Nguyên sinh chất (cytoplasm) 9/11/2013 11 Nguyên sinh chất (cytoplasm) Đây là thành phần chính của tế bào vi khuẩn. Là khối chất keo, bán lỏng, 80 – 90% là nước Thành phần chủ yếu là lipoprotein Ở tế bào trưởng thành, tế bào chất chứa các cấu tử sau: Mesosome, Ribosome, Không bào, Không bào khí, Sắc tố, Các thể hạt. Thể nhân (nucleoid) Là nơi chứa đựng thông tin di truyền Là một đoạn mạch xoắn kép DNA có cấu trúc vòng kín. Nằm lơ lửng trong tế bào chất, có những chỗ bám vào màng tế bào (mesosome).  1000 – 1400 µm chứa 3 – 6 x 106 cặp base nito Plasmid Là cơ quan thứ 2 trong tb mang thông tin di truyền Bản chất là phân tử DNA vòng,nhỏ, xoắn kép, kích thước nhỏ hơn thể nhân. Nhân đôi độc lập với thể nhân. 9/11/2013 12 Vai trò của plasmid Plasmid chứa từ 5 – 100 gen. Nhờ có plasmid mà vi khuẩn có thêm những đặc tính mà plasmid quy định. Plasmid có thể được truyền từ tế bào này sang tế bào khác. Mesosome Liên kết chặt chẽ với thể nhân vi khuẩn, liên quan chặt đến sự tạo vách ngăn ngang khi tế bào phân chia Chứa các enzyme vận chuyển điện tử  tham gia vào hô hấp tế bào Ribosome Đóng vai trò tổng hợp Protein Số lượng thay đổi tùy theo loài và tùy giai đoạn phát triển của tế bào. Cấu tạo: ribosome của vi khuẩn là ribosome 70S, gồm 2 tiểu thể  Tiểu thể lớn: có hằng số lắng 50S  Tiểu thể nhỏ: có hằng số lắng 30S Trong đó S là đơn vị Svedberg 1S = 10-13cm/giây 9/11/2013 13 Một số bào quan khác  Không bào: là những túi chứa chất thải, chất độc hại sinh ra của tế bào, có màng là 1 lớp lipoprotein  Không bào khí: Không bào chứa khí giúp vi khuẩn nổi trên mặt nước.  Sắc tố: có vai trò bảo vệ hoặc quang hợp.  Các thể vùi: có vai trò như chất dự trữ, được hình thành khi tế bào tổng hợp thừa và được sử dụng khi thiếu thức ăn. Nang (Capsule) (Màng nhầy) Nang Vách Màng TBC Là lớp ngoài vách tế bào. Thành phần: polysaccarid, ngoài ra cũng có polypeptid và protein.  Độ dày bất định (tùy thuộc mức độ kích thước của màng nhày): màng nhày (microcapsule), bao nhày (nang, capsule), khối nhày (zooglea). Nang (Capsule) (Màng nhầy) Ý nghĩa:  Bảo vệ vi khuẩn trong điều kiện khô hạn, bảo vệ vi khuẩn tránh bị thực bào.  Cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn khi thiếu thức ăn  Là nơi tích luỹ một số sản phẩm trao đổi chất (dextran, xantan...)  Giúp vi khuẩn bám vào giá thể  Tạo tính độc (đối với vi khuẩn Gram âm) 9/11/2013 14 Tiên mao (flagella)  Phân biệt các dạng tiên mao? Pili: là những phụ bộ ngắn, mảnh và nhỏ hơn tiên mao. Tạo tính bám cho tế bào, không có chức năng di động. Pili giới tính (sex-pili): là ống rỗng nối 2 tế bào khác dấu, trao đổi DNA. Pili (Nhung mao) Bào tử (endospore)  Là cấu trúc giúp tế bào chống đỡ với môi trường xung quanh, là thể nghỉ.  Khi môi trường khắc nghiệt  tiết chất bao bọc tạo màng cứng, ngừng trao đổi chất (sống ẩn).  Bào tử kháng nhiệt, kháng bức xạ, kháng hóa chất, kháng áp suất thẩm thấu.  Khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển thành tế bào mới. 9/11/2013 15 Sƣ̣ hình thành bào tử  Hãy chứng minh khả năng bảo vệ của vi khuẩn thông qua cấu tạo của bào tử? Vi khuẩn nảy mầm như thế nào? Bào tƣ̉ Bacillus anthracis 9/11/2013 16 Bào tƣ̉ Clostridium tetani Bào tử Clostridium botulinum Sự sinh sản vô tính của vi khuẩn 9/11/2013 17 Sự sinh sản hữu của vi khuẩn Vi khuẩn sinh sản hữu tính đơn giản (Gọilà hiện tượng tiếp hợp). Hai tế bào tiếp xúc nhau bằng nhung mao giới tính. Giữa chỗ tiếp xúc xảy ra hiện tượng trao đổi nhân tố di truyền và sau đó tế bào mới bắt đầu giai đoạn vô tính. Phân loại vi khuẩn Tùy từng trường hợp, người ta sử dụng các chỉ tiêu phân loại khác nhau: - Nhóm chỉ tiêu hình thái, sinh lí - Nhóm chỉ tiêu về sinh hóa và trao đổi chất - Nhóm chỉ tiêu về cấu trúc và di truyền học phân tử - Nhóm chỉ tiêu về huyết học và miễn dịch Khóa phân loại vi khuẩn được sử dụng rộng rãi: khóa phân loại Bergey. Đa dạng vi khuẩn 9/11/2013 18 Giới vi khuẩn cổ (Archaea) Ngành Euryarcaeota - Archae ưa mặn cực đoan (Halobacterium, Haloferax, Natronobacterium) - Archae sinh methane (Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcinia) - Thermoplasmathales (Thermoplasma, Picrophilus) - Archae ưa nhiệt cực đoan Thermococcales (Thermococcus, Pyrococcus, Methanopyrus) và Arcaeoglobales (Archeaoglobulus, Ferroglobus) Ngành Crenarcheaota  Archae ưa nhiệt vùng núi lửa trên cạn Sulfolobales và Thermoproteales (Sulfolobus, Aidianus, Thermoproteus)  Archae ưa nhiệt vùng núi lửa đại dương Desulfurococcales (Pyrodictium, Pyrolobus, Staphylothermus) 9/11/2013 19  Trước đây thường gọi là tảo lam (Cyanophyta)  Là vi sinh vật nhân nguyên thủy thuộc vi khuẩn thật  Có khả năng tự dưỡng quang năng VI KHUẨN LAM (Cyanobacteria) Hình thái vi khuẩn lam  Đơn bào hoặc đa bào dạng sợi  Cấu tạo gần với vi khuẩn Gram âm, không có lục lạp, không có nhân thực, có ribosome 70S, thành tế bào có chứa peptidoglyca n Cấu tạo tế bào sinh dưỡng 9/11/2013 20 Tế bào dị hình - Heterocyst  Heterocyst- a thick-walled large cell that fixes atmospheric nitrogen (diazotroph).  Photosynthetically inactive.  Their formation is inversely related to nitrogen concentration.  Microplasmodesmata- cytoplasmic connections that transfer metabolites and ammonium. Symbiotic Associations  Lichens- cyanobacteria occur in about 8% of the species.  Azolla- the water fern; contains Anabaena in the dorsal lobe of its leaf.  Colonial ascidian- sea squirt.  Amoeba, protozoa, diatoms, green algae, mosses, liverworts, water molds, and vascular plants. Hiện tƣợng nƣớc nở hoa do tảo lam 9/11/2013 21 Rickettsia General Characteristics  Small obligate intracellular coccobacilli  Gram negative (poorly), better stained with Giemsa (Blue)  Have cell wall, bigger than virus but smaller than bacteria  Have DNA and RNA  Have an ATP transport system that allows them to use host ATP  Arthropod reservoirs and vectors ( e.g., ticks, mites, lice or fleas).  Sensitive to antibiotics Replication of Rickettsia Chlamydia  Small obligate intracellular parasites Contain DNA, RNA and ribosome and make their own proteins and nucleic acids, unable to make their own ATP Have special growth cycle and replicate by binary fission  Possess a rigid cell wall similar to gram-negative bacteria  Sensitive to antibiotic 9/11/2013 22 A. Elementary bodies (EB)  small (0.3～0.4 µm) infectious form  a rigid outer membrane  resistant to harsh environmental conditions outside of eukaryotic host cells  bind to receptors on host cells  initiate infection. Special Growth Cycle B. Initial body or Reticulate bodies (RB)  non-infectious intracellular form  metabolically active replicating form  Have fragile membrane, easy to broken Mycoplasma  The smallest free-living organisms  Pass through some filters used to remove bacteria  Lack of a cell wall  Multiple shapes including round, pear shaped and even filamentous  Require complex media  Require sterols for growth and for membrane synthesis  Grow slowly (3 weeks) by binary fission and produce "fried egg" or “T strain” (tiny strain) colonies on agar plates 9/11/2013 23 Xạ khuẩn (Actinomycetes) o Kích thước nhỏ bé tương đương VK, chiều dài dài hơn VK. o Nhân nguyên thuỷ, chưa phân hoá rõ rệt. Cấu tạo dạng sợi (khuẩn ti) o Giàu G+C, bắt màu vi khuẩn Gram dương o Sống hiếu khí, hoại sinh o Xạ khuẩn không có giới tính. Phân bố nhiều trong đất. o Là đối tượng sử dụng chủ yếu trong công nghiệp tạo kháng Hình thái xạ khuẩn o Dạng sợi phân nhánh, sợi không có vách ngăn. o Gồm: - Sợi khí sinh - Sợi cơ chất  Khuẩn lạc rắn chắc, xù xì dạng nhung, da, phấn, dạng vôi, nhăn... nhiều màu.  Khuẩn lạc có dạng phóng xạ, một số có dạng những vòng tròn đồng tâm cách nhau một khoảng nhất định. Hình thái khuẩn lạc xạ khuẩn 9/11/2013 24 Cấu tạo tế bào o Cấu tạo đơn bào, nhân nguyên thủy. o Toàn bộ hệ sợi là 1 tế bào có nhiều nhân. o Cấu tạo tương tự vi khuẩn Gram dương  Sinh sản sinh dưỡng bằng bào tử .  Bào tử được hình thành từ cuống sinh bào tử.  Sinh sản bằng khuẩn ti (không tự gãy). Sinh sản của xạ khuẩn  Mycobacterium ( Khóa phân loại Bergey)  Nocardioform actinomycetes (akhóa phân loại Bergey)  Amycolata (Lechevalier, 1986)  Amycolatopsis (Lechevalier, 1986)  Microstreptospora (Nguyễn Kế Sinh (TQ), 1990)  Actinoalloteichus (Nguyễn Kế Sinh (TQ), 1990)  Trichotomospora (Nguyễn Kế Sinh (TQ), 1990 Phân loại xạ khuẩn