Vi khuẩn là gì? cấu trúc, phân loại, sinh sản

Tổng quan về vi khuẩn

Vi khuẩn là gì?

Vi khuẩn là những vi sinh vật đơn bào cực nhỏ phát triển mạnh trong các môi trường đa dạng. Chúng có thể sống trong đất, trong đại dương và trong ruột người. Mối quan hệ của con người với vi khuẩn rất phức tạp. Đôi khi là hỗ trợ cùng tồn tại, đôi khi có vai trò quan trọng với sự sống con người như ẩm thực hoặc tiêu hóa,…, nhưng hầu hết chúng ta biết đến vi khuẩn nhiều hơn với vai trò hủy hoại và gây bệnh nguy hiểm cho con người, ví dụ gây bệnh như viêm phổi, viêm ruột thừa, bệnh lậu,…

Cấu trúc của vi khuẩn

Dựa vào sự phức tạp tương đối của tế bào, tất cả các sinh vật sống được phân loại rộng rãi như là sinh vật nhân sơ hoặc sinh vật nhân chuẩn.

Khác với cấu tạo của vi rút, vi khuẩn lại là những sinh vật tiền nhân. Toàn bộ cơ thể bao gồm một tế bào đơn lẻ có cấu trúc bên trong đơn giản. Không giống như DNA nhân tạo DNA, được đóng gói gọn gàng vào khoang tế bào gọi là hạt nhân, ADN của chúng trôi nổi không có trong một sợi xoắn giống như sợi xoắn gọi là nucleoid.

Các tế bào vi khuẩn cũng chứa các đoạn DNA hình tròn riêng biệt, gọi là plasmid. Vi khuẩn không có các cơ quan có màng lọc, các cấu trúc tế bào chuyên biệt được thiết kế để thực hiện một loạt chức năng tế bào từ sản xuất năng lượng đến vận chuyển protein. Tuy nhiên, cả tế bào vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn có chứa ribosome. Các đơn vị cầu này là nơi các protein được lắp ráp từ các axit amin riêng biệt, sử dụng thông tin được mã hóa trong một sợi RNA truyền tin.

Ở bên ngoài, các tế bào vi khuẩn thường được bao phủ bởi hai lớp phủ bảo vệ: một thành tế bào bên ngoài và màng tế bào bên trong. Tuy nhiên, một số loại, như mycoplasmas không có một bức tường tế bào nào cả. Một số thậm chí có thể có một lớp bảo vệ ngoài cùng thứ ba gọi là viên nang. Cuối cùng, các bề mặt vi khuẩn có thể được bao phủ bởi các phần mở rộng giống như roi: lá cờ hoặc pili. Theo các tác giả của “Bộ Y Tế Y Tế Mims, 5th Ed ” (Saunders, 2013), sự trợ giúp của sợi cờ dài trong quá trình di chuyển, trong khi pili ngắn giúp vi khuẩn gắn kết với bề mặt vật chủ.

Phân loại

Một số tiêu chí khác nhau được sử dụng để phân loại. Chúng có thể được phân biệt bởi bản chất của thành tế bào, theo hình dạng của chúng, hoặc do sự khác biệt về trang điểm di truyền của chúng.

Sau đó, các tế bào được nhuộm màu với một thuốc nhuộm màu đỏ thứ hai được gọi là safranin. Các vi khuẩn Gram dương trở nên màu tím vì các thành tế bào của chúng rất giàu peptidoglycan. Mặt khác, vi khuẩn Gram âm có thành tế bào có hai lớp có màu đỏ. Lớp lipid bên ngoài không liên kết mạnh với tím pha lê và chất nhuộm có thể dễ dàng rửa sạch trong quá trình nhuộm. Ví dụ, Streptococcus pneumoniae, gây ra viêm phổi, là một vi khuẩn Gram dương, trong khi Escherichia coli ( E.coli ) và Vibrio cholerae, gây bệnh tả, là Gram âm. Một trong những ứng dụng của nhuộm gram là xét nghiệm bệnh lậu tìm song cầu lậu.

Vi khuẩn là gì? cấu trúc, phân loại, sinh sản

Có ba dạng vi khuẩn cơ bản, theo “Mims Medical Microbiology”. Vòng được gọi là cocci (số ít: coccus); hình trụ, các vi khuẩn dạng bào thai như bacilli (số ít: bacillus); và xoắn ốc được gọi là aptly spirilla (số ít: spirillum). Cocci cũng có thể kết hợp với nhau trong các cấu hình khác nhau: kết hợp của hai hoặc diplococcus; một chuỗi tuyến tính hoặc streptococcus; và một cụm hoặc staphylococcus. Hình dạng và cấu hình của vi khuẩn thường được phản ánh trong tên của chúng. Ví dụ, sữa chua Lactobacillus acidophilus, và Streptococcus pneumoniae gây ra viêm phổi là một chuỗi cocci.

Các tiêu chí phân loại được đề cập đến hiện nay dựa trên các đặc tính sinh lý và hình thái học. Tuy nhiên, việc phân loại dựa trên các mối quan hệ tiến hóa của chúng với nhau, tức là vẽ một loại cây gia đình của tất cả các loài vi khuẩn, là một sự phát triển tương đối mới. Loại phân loại phát sinh loài này trở nên có thể với sự ra đời của công nghệ trình tự nucleotide (khả năng đọc thứ tự các nucleotide trong DNA hay RNA). Vì ribosome có mặt trong tất cả các sinh vật sống, người ta có thể nhìn vào những điểm tương đồng và sự khác biệt trong các trình tự RNA mã hóa một số protein ribosome và xác định mức độ liên quan của các sinh vật khác nhau.

Các nhà nghiên cứu ghi nhận rằng việc sắp xếp rNA ribosome (rRNA) được cho phép trong bài tiểu luận của ông, “Làm thế nào chúng ta làm, đừng nên và nên xem xét vi khuẩn học,” trong ” The Prokaryotes, 3rd Ed, Vol. 1 ” (Springer, 2006) cho sự phát triển của một “khái niệm rõ ràng về một vi khuẩn” bằng cách thiết lập mối quan hệ phát sinh loài giữa các loài. Sử dụng công nghệ sắp xếp sớm của Frederick Sanger vào giữa những năm 1960, Woese đã bắt đầu mô tả rRNA và phát hiện ra một nhóm sinh vật tiền thân thứ hai được gọi là archaea. Cho đến lúc đó, chỉ có những thành viên được biết đến của nhóm này, methanogens, đã bị nhầm lẫn là vi khuẩn. Trong bài báo năm 1977 xuất bản trong PNAS, các tác giả Woese và George Fox đã nói rằng methanogens mang “sự giống nhau về phát sinh loài” với vi khuẩn.

Sự sinh sản

Hầu hết các vi khuẩn nhân lên bởi một quá trình được gọi là phân rã nhị phân. Một tế bào vi khuẩn duy nhất, “cha mẹ”, tạo ra một bản sao DNA của nó và phát triển kích thước lớn bằng cách tăng gấp đôi lượng tế bào của nó. Các nội dung tăng gấp đôi được đẩy ra ở cả hai đầu của tế bào. Sau đó, một khe nứt nhỏ xuất hiện ở trung tâm của cha mẹ, cuối cùng chia tách nó thành hai tế bào “con gái” giống hệt nhau. Một số loài như cyanobacteria và firmicutes tái tạo thông qua quá trình nảy mầm. Trong quá trình nảy mầm, tế bào con trưởng thành như một nhánh của cha mẹ. Nó bắt đầu như là một nub nhỏ, phát triển cho đến khi nó là cùng kích thước như cha mẹ của nó, và tách ra.

DNA tìm thấy ở cha mẹ và con sau khi phân rã nhị phân hoặc nảy chồi là giống hệt nhau. Do đó các tế bào vi khuẩn cố gắng đưa một số biến thể vào vật liệu di truyền của chúng bằng cách tích hợp DNA bổ sung vào bộ gen của chúng. Đây được gọi là chuyển gen theo chiều ngang, và sự biến đổi di truyền kết quả đảm bảo rằng vi khuẩn có thể thích ứng và tồn tại khi môi trường thay đổi. Có ba cách mà điều này xảy ra: chuyển đổi, chuyển đổi và liên hợp.

Trong quá trình chuyển đổi, các tế bào vi khuẩn tích hợp các đoạn DNA ngắn từ môi trường xung quanh. Theo các tác giả của “Mims Medical Vi sinh học”, những mảnh vỡ này có thể được giải phóng bởi những vi khuẩn gần đó đã vỡ ra. Mặt khác, sự chuyển đổi xảy ra khi vi khuẩn bị nhiễm virut đặc biệt được biết đến như là các bacteriophages có thể mang DNA.

Sự liên hợp đòi hỏi sự tiếp xúc vật lý giữa hai loại vi khuẩn. Vật liệu di truyền, thường là plasmid nhân đôi, sẽ chuyển từ người hiến cho người nhận. Bản sao plasmid này đi qua một phần mở rộng vật lý được gọi là pilus và đi vào tế bào nhận. Các vi trùng của các nhà tài trợ có chứa một dãy DNA gọi là yếu tố F cho phép hình thành pilus. Sự liên hợp có thể hỗ trợ sự lây lan của các gen kháng thuốc kháng sinh.

Vi khuẩn trong sức khoẻ và bệnh tật của con người

Vi khuẩn có thể mang lại lợi ích cũng như gây hại cho sức khoẻ con người. Vi khuẩn commensal, chia sẻ không gian và các nguồn lực trong cơ thể chúng ta, có xu hướng hữu ích. David A. Relman, một nhà vi sinh vật học tại Đại học Stanford, cho biết trong tế bào người có khoảng 10 lần tế bào hơn tế bào người trong cơ thể con người. Số lượng lớn nhất các loài vi khuẩn được tìm thấy trong ruột.

Vi khuẩn là gì? cấu trúc, phân loại, sinh sản

Một số loại VK gây bệnh đường ruột dưới kính hiển vi

Đường ruột của con người là một môi trường thoải mái cho vi khuẩn, với rất nhiều chất dinh dưỡng sẵn có cho sự sống còn của chúng. Trong một bài báo đánh giá năm 2014, “Phân tích Microbiome Con người: Một Hướng dẫn cho các bác sỹ”, trong Tạp chí Gastroenterology của Hoa Kỳ, các tác giả đề cập đến vi khuẩn đường ruột và các vi sinh vật khác hỗ trợ quá trình tiêu hóa, ngăn chặn sự hình thành bởi các mầm bệnh nguy hiểm và giúp phát triển hệ thống miễn dịch. Hơn nữa, sự phá vỡ của vi khuẩn đường ruột có liên quan đến một số bệnh trạng nhất định. Ví dụ, bệnh nhân bị bệnh Crohn đã tăng kháng thể chống lại vi khuẩn đường ruột và tế bào T của họ là khá tích cực đối với kháng nguyên vi khuẩn, theo các tác giả của ” Gut Flora trong Y tế và Bệnh “, được đăng trên The Lancet tạp chí năm 2003.

Các vi khuẩn khác có thể gây nhiễm trùng. Ví dụ, Streptococcus pneumoniae gây ra viêm phổi. Một số khác nhau, từ Streptococcus nhóm A, Clostridium, Escherichia coli và Staphylococcus aureus có thể gây ra một nhiễm trùng mô mềm hiếm nhưng nghiêm trọng được gọi là viêm hoãn tử hoại tử đôi khi được gọi là “vi khuẩn ăn thịt”. Theo Trung tâm Kiểm soát Bệnh tật, nhiễm trùng này ảnh hưởng đến các mô quanh cơ, dây thần kinh, chất béo, và mạch máu nhưng nó có thể được điều trị, đặc biệt là khi bắt đầu sớm.

Kháng kháng sinh

Kháng sinh thường được sử dụng để điều trị nhiễm khuẩn. Tuy nhiên trong những năm gần đây việc sử dụng kháng sinh không đúng hoặc không cần thiết đã thúc đẩy sự lan truyền của một số dòng vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh.

Vi khuẩn chống lại kháng sinh (kháng kháng sinh) là một hiện tượng mà truyền nhiễm không còn nhạy cảm với kháng sinh hiệu quả trước đây. Theo Bộ Y tế, mỗi năm tại Việt Nam, có ít nhất 2 triệu người bị nhiễm vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh, dẫn đến cái chết ít nhất là 23.000 mỗi năm. Tiến sĩ Tạ Đình Việt, bác sỹ dịch tễ học và các bệnh lây truyền qua đường tình dục tại Phòng khám Phú Cường, nói: “Gần như bất kỳ nhiễm trùng nào mà bạn có thể nghĩ bây giờ đã được xác định là liên quan đến một mức độ đề kháng nào đó. “Hiện nay có rất ít trường hợp nhiễm trùng mà chúng tôi đang điều trị nơi mà các vi khuẩn kháng thuốc không phải là mối lo ngại về lâm sàng.”

Một trong những chủng kháng kháng sinh khét tiếng hơn là kháng Neisseria gonorrhoeae, một dạng vi khuẩn bệnh lậu mà Phòng khám Phú Cường đang tiến hành điều trị cho hàng trăm người bệnh. Vi khuẩn này lây lan chủ yếu thông qua tiếp xúc với da niêm mạc và quan hệ tình dục. Triệu chứng điển hình là chảy mủ ở lỗ sáo nam giới và khí hư viêm âm đạo ở nữ.

Ngoài ra, một trong những chủng vi khuẩn kháng kháng sinh thường gặp nữa đó là kháng methicillin Staphylococcus aureus (MRSA), mà chống lại methicillin và kháng sinh khác dùng để điều trị Staphylococcus nhiễm trùng. Nó cũng lây lan chủ yếu thông qua tiếp xúc với da. Nhiễm trùng MRSA xảy ra trong các cơ sở chăm sóc sức khoẻ như bệnh viện và nhà điều dưỡng, nơi có thể dẫn đến viêm phổi hoặc các bệnh nhiễm trùng máu. MRSA cũng lây lan trong cộng đồng, đặc biệt trong những trường hợp có nhiều tiếp xúc với da hoặc sử dụng thiết bị dùng chung; ví dụ như giữa các vận động viên, trong các tiệm xăm, hoặc trong các cơ sở chăm sóc ban ngày và trường học. MRSA do cộng đồng gây ra thường gây ra nhiễm trùng da.

Một khía cạnh quan trọng trong cuộc chiến chống kháng kháng sinh là phải cẩn thận về việc sử dụng kháng sinh. “Điều quan trọng đối với chúng tôi là sử dụng kháng sinh một cách thông minh,” Bác sỹ Việt nói với Báo Khoa học. “Bạn chỉ nên sử dụng kháng sinh khi có sự tư vấn của bác sỹ chuyên môn”.