Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Xạ khuẩn

Các nhóm vi khuẩn chủ yếu 11- Phân loại xạ khuẩn Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn đặc biệt. Chúng có khuẩn lạc khô và đa số có dạng hình phóng xạ (actino-) nhưng khuẩn thể lại có dạng sợi phân nhánh như nấm (myces). Vì xạ khuẩn có cấu trúc nhân nguyên thuỷ như mọi vi khuẩn khác, chiều ngang của sợi cũng nhỏ như vi khuẩn, cho nên có tài liệu gọi chúng là nấm tia là không hợp lý. Xạ khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Số lượng đơn vị sinh khuẩn lạc (CFU- colony-forming unit) xạ khuẩn trong 1g đất thường đạt tới hàng triệu. Trên môi trường đặc đa số xạ khuẩn có hai koại khuẩn ty: khuẩn ty khí sinh (aerial mycelium) và khuẩn ty cơ chất (substrate mycelium). Nhiều loại chỉ có khuẩn ty cơ chất nhưng cũng có loại (như chi Sporichthya) lại chỉ có khuẩn ty khí sinh. Giữa khuẩn lạc thường thấy có nhiều bào tử màng mỏng gọi là bào tử trần (conidia hay conidiospores). Nếu bào tử nằm trong bào nang (sporangium) thì được gọi là nang bào tử hay bào tử kín (sporangiospores). Bào tử ở xạ khuẩn được sinh ra ở đầu một số khuẩn ty theo kiểu hình thành các vách ngăn (septa). Các chuỗi bào tử trần có thể chỉ là 1 bào tử (như ở Thermoactinomyces, Saccharomonospora, Promicromonospora, Micromonospora, Thermomonosspora...),có thể có 2 bào tử (như ở Microbispora), có thể là chuỗi ngắn (như ở Nocardia, Pseudonocardia, Streptoverticillium, Sporichthya, Actinomadura, Microtetraspora, Streptoalloteichus, Glycomyces, Amycolata, Amycolatopsis, Catellatospora, Microellobosporia...), có thể là chuỗi dài (như ở Streptomyces, Saccharopolyspora, Actinopolyspora, Kibdelosporangium, Kitasatosporia, Saccharothrix, nhiều loài ở Nocardia, Nocardioides, Pseudonocardia, Amycolatopsis, Streptoverticillium...), có thể các bào tử trần nằm trên bó sợi (synnema), tương tự bó sợi của nấm (như ở Actinosynnema, Actinomadura...). Các chuỗi bào tử có thể thẳng, có thể xoắn, có thể ở dạng lượn sóng, có thể mọc đơn hay mọc vòng... Các cuống sinh bào tử (sporophore) và cuống sinh nang bào tử (sporangiophorres) có thể riêng rẽ, có thể phân nhánh. Các đặc điểm hình thái này rất quan trọng khi tiến hành định tên xạ khuẩn. Xạ khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, thường có tỷ lệ GC trong ADN cao hơn 55%. Trong số khoảng 1000 chi và 5000 loài sinh vật nhân sơ đã công bố có khoảng 100 chi và 1000 loài xạ khuẩn. Xạ khuẩn phân bố chủ yếu trong đất và đóng vai trò rất quan trọng trong chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Chúng sử dụng acid humic và các chất hữu cơ khó phân giải khác trong đất. Mặc dù xạ khuẩn thuộc nhóm sinh vật nhân sơ nhưng chúng thường sinh trưởng dưới dạng sợi và thường tạo nhiều bào tử. Thậm chí một số loại xạ khuẩn còn hình thành túi bào tử như chi Streptosporangium, Micromonospora và bào tử di động như chi Actinoplanes, Kineosporia. Trước đây, vị trí phân loại của Xạ khuẩn luôn là câu hỏi gây nhiều tranh luận giữa các nhà Vi sinh vật học ,do nó có những đặc điểm vừa giống Vi khuẩn vừa giống Nấm. Tuy nhiên, đến nay, Xạ khuẩn đã được chứng minh là Vi khuẩn với những bằng chứng sau đây: 1. Một số xạ khuẩn như các loài thuộc chi Actinomyces và Nocardia rất giống với các loài vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus và Corynebacterium. 2. Xạ khuẩn giống vi khuẩn ở chỗ không có nhân thật, chúng chỉ chứa nhiễm sắc chất phân bố dọc theo các sợi hoặc các tế bào. 3. Đường kính của sợi xạ khuẩn và bào tử giống với ở vi khuẩn. Đồng thời sợi xạ khuẩn thường không chứa vách ngăn. 4. Xạ khuẩn là đích tấn công của các thực khuẩn thể giống như vi khuẩn, trong khi đó, nấm không bị tấn công bởi thực khuẩn thể. 5. 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 như các polyen. 6. Xạ khuẩn không chứa chitin, chất có mặt trong sợi và bào tử của nhiều nấm, mà không có ở vi khuẩn. Đồng thời giống như phần lớn vi khuẩn, xạ khuẩn không chứa cellulose. 7. Tương tự với vi khuẩn, xạ khuẩn nhạy cảm với phản ứng acid của môi trường, đặc điểm này không có ở nấm. 8. Các đặc điểm về sợi và nang bào tử kín(sporangium) của chi Actinoplanes cho thấy có thể chi này là cầu nối giữa vi khuẩn và các nấm bậc thấp. Xạ khuẩn thuộc về lớp Actinobacteria, bộ Actinomycetales, bao gồm 10 dưới bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài. Hiện nay, 478 loài đã được công bố thuộc chi Streptomyces và hơn 500 loài thuộc tất cả các chi còn lại và được xếp vào nhóm xạ khuẩn hiếm. Để phân loại xạ khuẩn người ta sử dụng các tiêu chuẩn như trình tự rADN 16S, lai ADN, hình thái, sinh lý sinh hóa và hóa phân loại. Hiện nay, đại đa số các nhà khoa học đồng ý với quan niệm hai chủng được coi là hai loài riêng biệt nếu chúng giống nhau dưới 70% khi tiến hành lai ADN. Keswani và cộng sự đã chứng minh rằng nếu sự tương đồng giữa hai trình tự rADN 16S là 98.6% thì xác suất để mức độ giống nhau trong phép lai ADN thấp hơn 70% sẽ là 99%. Vì thế giá trị tương đồng 98.6% của trình tự rADN 16S được coi là ngưỡng để phân biệt hai loài khác nhau. Tuy nhiên, cũng có nhiều nhà khoa học lấy giá trị này là 98%. Đặc biệt hóa phân loại là rất quan trọng trong việc phân loại xạ khuẩn. Chúng rất có ích trong phân loại ở mức độ đến chi. Đó là những đặc điểm sau: đường, loại acetyl, acid mycolic trong thành tế bào, menaquinone, phospholipid, acid béo và tỷ lệ GC trong ADN. 1= Chi; 2=Loại thành tế bào ; 3=Thành phần đường ; 4=Loại peptido glycan ; 5=Acid mycolic 6=Thành phần acid béo ; 7=Mena quinon chủ yếu ; 8=Loại phospho-lipid ; 9=Tỷ lệ mol GC trong ADN (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Họ Corynebacteriaceae và một số họ liên quan Corynebacterium IV A A1γ + 1a 8(H2), 9(H2) PI 51- 67 Turicella IV A - 1b 10,11 65-72 Gordonia IV A A1γ + 1b 9(H2) PII 63-69 Williamsia IV A + 1b 9(H2) PII 64-65 Skermania IV A + 1b 8(H4) PII 68 Dietzia IV A + 8(H2) PII 73 Mycobacterium IV A A1γ + 9(H2) PII 62-70 Nocardia IV A A1γ + 1b 8(H4) PII 64-72 Rhodococcus IV A A1γ + 1b 8(H2), 9(H2) PII 60- 69 Tsukamurella IV A A1γ + 9 PII 66-73 Họ Micromonosporaceae Micromonospora II D A1γ’ - 3b 9(H4.6), 10(H4,6) PII 71- 72 Actinoplanes II D A1γ’ - 3b 9(H4,6), 10(H4,6) PII 72- 73 Cattelatospora II D - 9(H4,6), 10(H8,6) PII 71- 73 Catenuloplanes VI D A3α - 10(H4), 11(H4) PIII 71- 73 Couchioplanes VI D A3α - 9(H4) PII 69-72 Dactylosporangium II D A1γ - 3b 9(H4,6,8) PII 69-73 Pilimelia II D A1γ - 2d 9(H4,2) PII 71 Spirilliplanes II - 2d 10(H4) PII 69 Verrucosispora II A1γ’ - 2b 9(H4) PII 70 Họ Propionibacteriaceae và Nocardia Propionibacterium I A3γ’ - 9(H4) 57-63 Friedmaniella I A3γ’ - 9(H4) PI 73 Luteococcus I A3γ’ - 1a 9(H4) PI 66-68 Microlunatus I A3γ’ - 2d 9(H4) PII 68 Propioniferax I A3γ’ - 9(H4), 7(H4) PI 59- 63 Tessaracoccus I A3γ’ - 8(H4) PI 74 Nocardioides I A3γ - 3a 9(H4) PI 67-72 Aeromicrobium I A3γ - 3a 9(H4) PII 69-72 Hongia I A3γ - 2d 9(H4) PI 71 Kribbella I A3γ - 9(H4) PIII 68-70 Marmoricola I A3γ - 1a 8(H4) PI 72 Họ Pseudonocardiaceae Pseudonocardia III A A1γ - 1 8(H4) PIII/ PII 68- 79 Actinobispora IV A A1γ - 7(H2), 9(H2) PIV 71 Actinopolyspora IV A A1γ - 2c 9(H4), 10(H4) PIII 64- 68 Amycolatopsis III A A1γ - 9(H2,4,6) PII 66-69 Kibdelosporangium III A - 3c 9(H4) PII 66 Prauserella IV A - 3f 9(H2,4) PII 67-69 Saccharomonospora III A A1γ - 2a 9(H4) PII 69-74 Saccharopolyspora IV A A1γ - 2c 9(H4) PIII 70-77 Thermocrispum III C - 9(H4) PII 69-73 Họ Actinosynnemataceae Actinosynnema III C A1γ - 9(H4,6) PII 69-71 Actinokineospora III C A1γ - 9(H4) PII 73 Kutzneria III C - 9(H4) PII 70-71 Saccharothrix III C A1γ - 9(H4), 10(H4) PII 70- 76 Họ Streptosporangiaceae Streptosporangium III B A1γ - 3c 9(H0,2,4) PIV 69-71 Acrocarpospora III B A1γ - 9(H2,4) PIV/ PII 68- 69 Herbidospora III B - 10(H4,6) PIV 71 Microbispora III B A1γ - 3c 9(H0,2,4) PIV 67-74 Microtetraspora III B A1γ - 3c 9(H0,2,4) PIV 66 Nonomuraea III B A1γ - 3c 9(H0,2,4) PIV 64-69 Planobispora III B A1γ - 3c 9(H0,2,4) PIV 70-71 Planomonospora III B A1γ - 3c 9(H0,2,4) PIV 72 Planotetrespora III B - 3c PIV Họ Nocardiopsaceae Nocardiopsis III C A1γ - 3d 10(H2,4,6) PIII 64-69 Thermobifida III C - 3c 10(H6,8) PII Họ Thermomonosporaceae Thermomonospora III B A1γ - 3e 9(H6,8) PI Actinocollaria III - 3e 9(H4,6) PII 73 Actinomadura III B A1γ - 3a 9(H6,8) PI 66- 70 Spirillospora III B A1γ - 3e 9(H4,6) PI 69-71 Họ Glycomycetaceae Glycomyces II - 2c 10(H4), 11(H4) PI 71- 73 Họ Streptomycetaceae Streptomyces I A3γ - 2c 9(H6,8) PII 69-78 Kitasatospora I/III A3γ - 9(H6,8) PII 66-73 Họ Frankiaceae và một số họ liên quan Frankia III - 1 9(H4,6,8) PI 66-71 Geodermatophilus III - 2b 9(H4) PII 73-76 Microsphaera III A1γ - 8(H4) 68 Cryptosporangium II - 9(H6,8) PII 70 Sporichthya I A3γ - 9(H6,8) PI 70 Các họ khác Kineosporia I/III A3γ 9(H4) PIII 64-79 Thermobispora III - 9(H0,2) PIV 71 Thermoactinomyces III - 7,9 53-55 Các số liệu trên được lấy từ sách Bergey’s manual systematic of bacteriology và sách Identification manual of actinomycetes. Thành tế bào: Theo Lechevalier và Lechevalier, thành tế bào xạ khuẩn được chia thành 8 loại dựa trên các đặc điểm về thành phần acid amin, đặc biệt là acid diaminopimelic, lysine và thành phần đường trong thành tế bào, cụ thể là Loại thành tế bào Acid diamino Các acid amin khác Đường I LL-A2pm Gly* II meso- A2pm Gly** III meso- A2pm IV meso- A2pm Ara, Gal*** V Lys, Orn VI Lys Asp VII Lys, A2bu Asp VIII Asp Tất cả các loại thành tế bào đều chứa alanine, acid glutamic, glucosamine và acid muramic. A2pm: Acid diamino pimelic có thể gồm các đồng phân quang học LL- A2pm, DL- A2pm (meso- A2pm), DD- A2pm. Ngoài ra còn có OH- A2pm khi có thêm nhóm OH gắn vào vị trí C thứ 4. Lys: Lysine Orn: Ornitin A2bu: acid diamino butyric Gly: glycin *Glycin nằm trong mối liên kết giữa hai mạch tetrapeptid ** Glycin thay thế L- alanin ở vị trí đầu tiên trong mạch tetrapeptid Asp: Asparagin Ara: Arabinose Gal: Galactose *** Trong xạ khuẩn chứa acid mycolic như Nocardia và Mycobacterium, thành tế bào chứa arabinogalactan, là hợp chất được tổng hợp từ arabinose và galactose. Thành phần đường: Thành phần đường Các loại đường chủ yếu A Arabinose, Galactose (không chứa Xylose) B Madurose (không chứa Arabinose hay Xylose) C Không có đường đặc trưng D Arabinose, Xylose Peptidoglycan: Theo Schleifer và Kandler (1972), peptidoglycan ở xạ khuẩn được chia thành các nhóm như sau: Ký hiệu Vị trí của mối liên kết Ký hiệu Cầu nối giữa hai mạch tetrapeptid Ký hiệu Acid amin ở vị trí thứ 3 A 3-4 1 Trực tiếp α L-Lys β L-Orn γ meso- A2pm 2 Tiểu đơn vị peptid α L-Lys 3 L-acid amin chứa một nhóm carboxyl (gly) hoặc chuỗi peptid ngắn của acid amin đó α L-Lys β L-Orn γ meso- A2pm 4 D-acid amin chứa hai nhóm carboxyl (D-Asp hay D-Glu) α L-Lys β L-Orn γ meso- A2pm δ L-A2bu B 2-4 1 L-acid amin (Glyn-L-Lys) α L-Lys β L-Hsr γ L-Glu δ L-Ala 2 D-acid amin (D-Orn hay D-A2bu) α L-Orn β L-Hsr γ L-A2bu Dấu phẩy (‘): alanine ở vị trí thứ nhất trong mạch tetrapeptid đã được thay thế bởi glycine. Ví dụ: Loại peptidoglycan của chi Actinoplanes là A1γ’ có nghĩa là: Hai mạch tetrapeptid liên kết với nhau ở vị trí acid amin số 3 và 4, mối liên kết này là trực tiếp và acid amin ở vị trí số 3 là meso- A2pm. Thành phần acid béo: Ký hiệu Bão hòa Không bão hòa Iso- 14/16/18 Iso- 15/17 Anteiso- 15/17 10- Methyl- 17 10- Methyl- 18 Cyclopropane 1 a +++ +++ - - - - - - b +++ +++ - - - - ++ - c +++ +++ - - - - - ++ 2 a ++ + +++ + (+) - - - b (+) + ++ +++ + - - - c + (v) +++ + +++ - - - d + + +++ +++ +++ - - - 3 a +++ ++ +++ (+) (+) (+) +++ - b + + +++ +++ ++ ++ (+) - c + + ++ + + +++ (+) - d + + +++ ++ +++ (+) +++ - (v): ít hơn 5% Thành phần menaquinone: Xạ khuẩn chỉ chứa menaquinone, không chứa ubiquinone. Ký hiệu 8(H2) hay MK-8(H2) chỉ menaquinone chứa một trong số tám đơn vị isoprene bị hydro hóa. Thành phần phospholipid: Ký hiệu Thành phần phospholipid đặc trưng PI Phosphatidylglycerol(v) PII Phosphatidylethanolamine PIII Phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine(v), phosphatidylmethyl-ethanolamine(v), phosphatidylglycerol(v), không chứa phospholipid chứa glucosamine PIV Phospholipid chứa glucosamine, phosphatidylethanolamine(v), phosphatidylmethylethanolamine(v) PV Phospholipid chứa glucosamine, phosphatidylglycerol Tất cả các loại đều chứa phosphatidylinositol Vị trí phân loại của Xạ khuẩn: Lớp Actinobacteria Dưới lớp Actinobacteridae Bộ Actinomycetales Dưới bộ Actinomycineae Họ Actinomycetaceae Các chi: Actinomyces, Actinobaculum, Arcanobacterium, Mobiluncus Dưới bộ Micrococcineae Họ Micrococcaceae Các chi: Micrococcus, Arthrobacter, Kocuria, Nesterenkonia, Renibacterium, Rothia Họ Bogoriellaceae Chi: Bogoriella Họ Brevibacteriaceae Chi: Brevibacterium Họ Cellulomonadaceae Chi: Cellulomonas Họ Dermabacteraceae Các chi: Dermabacter, Brachybacterium Họ Dermacoccaceae Các chi: Dermacoccus, Demetria, Kytococcus Họ Dermatophilaceae Chi: Dermatophilus Họ Intrasporangiaceae Các chi: Intrasporangium, Janibacter, Terrabacter, Terracoccus, Tetraphaera Họ Jonesiaceae Chi: Jonesia Họ Microbacteriaceae Các chi: Microbacterium, Agrococcus, Agromyces, Clavibacter, Cryobacterium, Curtobacterium, Frigoribacterium, Leifsonia, Leucobacter, Rathayibacter Họ Promicromonosporaceae Chi: Promicromonospora Họ Rarobacteraceae Chi: Rarobacter Họ Sanguibacteraceae Chi: Sanguibacter Incertae sedis (chưa xác định) Các chi : Beutenbergia, Ornithinicoccus, Kineococcus Dưới bộ Corynebacterineae Họ Corynebacteriaceae Các chi: Corynebacterium, Turicella Họ Dietziaceae Chi: Dietzia Họ Gordoniaceae Chi: Gordonia Họ Mycobacteriaceae Chi: Mycobacterium Họ Nocardiaceae Các chi: Nocardia, Rhodococcus Họ Tsukamurellaceae Chi: Tsukamurella Incertae sedis (chưa xác định) Các chi : Skermania, Williamsia Dưới bộ Micromonosporineae Họ Micromonosporaceae Các chi: Micromonospora, Actinoplanes, Catellatospora, Catenuloplanes, Couchioplanes, Dactylosporangium, Pilimelia, Spirilliplanes, Verrucosispora Dưới bộ Propionibacterineae Họ Propionibacteriaceae Các chi: Propionibacterium, Friedmaniella, Luteococcus, Microlunatus, Propioniferax, Tessaracoccus Họ Nocardioidaceae Các chi: Nocardioides, Aeromicrobium, Hongia, Kribbella, Marmoricola Dưới bộ Pseudonocardineae Họ Pseudonocardiaceae Các chi: Pseudonocardia, Actinobispora, Actinopolyspora, Amycolatopsis, Kibdelosporangium, Prauserella, Saccharomonospora, Saccharopolyspora, Thermocrispum Họ Actinosynnemataceae Các chi: Actinosynnema, Actinokineospora, Saccharothrix Incertae sedis (chưa xác định) Các chi: Kutzneria, Streptoalloteichus Dưới bộ Streptosporangineae Họ Streptosporangiaceae Các chi: Streptosporangium, Acrocarpospora, Herbidospora, Microbispora, Microtetraspora, Nonomuraea, Planomonospora, Planotetraspora Họ Nocardiopsaceae Các chi: Nocardiopsis, Thermobifida Họ Thermomonosporaceae Các chi: Thermomonospora, Actinocorallia, Actinomadura, Spirillospora Dưới bộ Glycomycineae Họ Glycomycetaceae Chi: Glycomyces Dưới bộ Streptomycineae Họ Streptomycetaceae Các chi: Streptomyces, Kitasatospora Dưới bộ Frankineae Họ Frankiaceae Chi: Frankia Họ Acidothermaceae Chi: Acidothermus Họ Geodermatophilaceae Các chi: Geodermatophilus, Blastococcus Họ Microsphaeraceae Chi: Microsphaera Họ Sporichthyaceae Chi: Sporichthya Incertae sedis (chưa xác định) Chi: Cryptosporangium Bộ Bifidobacteriales Họ Bifidobacteriaceae Các chi: Bifidobacterium, Gardnerella Dưới lớp Acidimicrobidae Bộ Acidimicrobiales Họ Acidimicrobiaceae Chi: Acidimicrobium Dưới lớp Coriobacteridae Bộ Coriobacteriales Họ Coriabacteriaceae Các chi: Coriobacter, Atopobium, Collinsella, Cryptobacterium, Denitrobacterium, Eggerthella, Slackia Dưới lớp Rubrobacteridae Bộ Rubrobacteriales Họ Rubrobacteriaceae Chi: Rubrobacter Dưới lớp Sphaerobacteridae Bộ Sphaerobacteriales Họ Sphaerobacteriaceae Chi: Sphaerobacter