Vi khuẩn là gì? Cấu tạo, môi trường sinh sống thế nào? Lợi hay hại?

Theo hội Vi sinh Hoa Kỳ-ASM, số lượng vi khuẩn trên trái đất được ước tính là năm triệu nghìn tỷ nghìn tỷ hoặc 5 x 10^30. Ngay cả trong cơ thể người cũng chứa hàng nghìn tỷ vi khuẩn nhiều gấp 10 lần tế bào người. Vì có kích thước nhỏ nên vi sinh vật chỉ chiếm khoảng 1% - 3% khối lượng cơ thể nhưng chúng đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với sức khỏe con người. Vậy vi khuẩn là gì? Cấu tạo, môi trường sinh sống thế nào? Có lợi hay hại? (1)

vi khuẩn

Vi khuẩn là gì?

Vi khuẩn là những sinh vật đơn bào có kích thước rất nhỏ trung bình 0.2-10μm, chỉ quan sát được qua kính hiển vi. Vi khuẩn tồn tại khắp mọi nơi, từ bề mặt các vật thể, trong nước, đất, thực phẩm và ngay cả bên trong các sinh vật khác.

Mặc dù, một số loài vi khuẩn có hại cho con người và có thể gây nhiễm trùng nhưng hầu hết các loại khác đều vô hại, đóng vai trò cân bằng quan trọng trong sinh giới. Trong đó, các loài vi khuẩn có lợi sẽ giúp cơ thể hoạt động hiệu quả hơn, chẳng hạn như vi khuẩn thường trú trong hệ tiêu hóa.

Vi khuẩn và virus là 2 loài vi sinh vật khác nhau. Chúng đều có thể gây viêm nhiễm, dẫn đến việc cơ thể xuất hiện các triệu chứng như sốt, nôn mửa, tiêu chảy, ho, hắt hơi, mệt mỏi. Tuy nhiên, y học sẽ có các phương pháp điều trị khác nhau với các loài vi khuẩn, virus.

Bác sĩ sẽ sử dụng thuốc kháng sinh(antibiotic) để điều trị một số bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn, tuy nhiên chúng sẽ không có tác dụng với virus. Và ngược lại ta có thể loại bỏ một số virus bằng thuốc kháng virus (antiviral drug), nhưng chúng sẽ không mang lại hiệu quả cho các bệnh do vi khuẩn gây ra. (2)

Môi trường sống của vi khuẩn

Vi khuẩn là một trong các nhân tố chính của hệ sinh thái Trái Đất, vi khuẩn có thể được tìm thấy trong đất, nước, thực vật, động vật, chất thải phóng xạ, lớp vỏ trái đất, cả băng và sông băng ở Bắc Cực cũng như suối nước nóng. Chúng còn có thể tồn tại trong tầng bình lưu, từ 9.7 km đến 48.3 km trong bầu khí quyển, và ở cả đại dương với độ sâu lên đến hơn 10 km. (3)

môi trường sống của vi khuẩn
Vi khuẩn chịu cực hạn có thể tồn tại ở nơi mà không sinh vật nào khác sống được

Dinh dưỡng của vi khuẩn

Vi khuẩn hấp thụ dinh dưỡng theo nhiều cách khác nhau.

Vi khuẩn dị dưỡng lấy năng lượng thông qua việc tiêu thụ carbon hữu cơ. Hầu hết hấp thụ chất hữu cơ chết, chẳng hạn như thịt đang phân hủy. Một số vi khuẩn ký sinh giết chết vật chủ, trong khi số khác lại giúp chúng.

Vi khuẩn tự dưỡng tự tạo ra thức ăn thông qua một trong hai cách sau:

vi khuẩn có nhiều cách để hấp thụ dinh dưỡng
Vi khuẩn có nhiều cách để hấp thụ dinh dưỡng

Vi khuẩn lấy dinh dưỡng bằng cách quang hợp được gọi là vi khuẩn quang dưỡng. Một số loại như vi khuẩn lam (tảo lam) sẽ tạo ra oxy. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra oxy trong bầu khí quyển của trái đất. Số khác chẳng hạn như vi khuẩn heliobacteria (một loại vi khuẩn thường phát triển ở đường tiêu hóa, đồng thời có xu hướng tấn công thành niêm mạc dạ dày) không tạo ra oxy.

Vi khuẩn dùng hóa tổng hợp để được gọi là vi khuẩn hóa dưỡng. Chúng thường sống trong các lỗ thông nhiệt của đại dương và trong rễ của các loại đậu, chẳng hạn như cỏ linh lăng, cỏ ba lá, đậu Hà Lan, đậu lăng và đậu phộng.

Hình thái và cấu trúc vi khuẩn

Khác với các thành viên của protista lớp trên có nhân thật như tế bào động vật và thực vật, vi khuẩn có tế bào nhân sơ, nhân chỉ có một nhiễm sắc thể, không có màng nhân, không có ti lạp thể, không có bộ máy phân bào nhưng các tế bào lại phức tạp hơn:

1. Thành tế bào

Tạo nên hình dạng của vi khuẩn và nằm bên ngoài màng sinh chất, được làm bằng polymer gọi là peptidoglycan. Sự hiện diện của thành tế bào ở vi khuẩn được phát hiện bằng hiện tượng ly tương, bằng cách nhuộm và bằng phân lập trực tiếp.

1.1 Chức năng của thành tế bào bao gồm

Duy trì hình thể của vi khuẩn: Vách cứng tạo nên bộ khung, làm cho vi khuẩn có hình thể nhất định. Quyết định tính bắt màu gram của vi khuẩn: Sự bắt màu gram khác nhau ở vi khuẩn gram dương và gram âm là do tính thẩm thấu khác nhau đối với cồn của hai nhóm vi khuẩn đó. Nếu dùng lysozym biến đổi vi khuẩn gram dương thành protoplast không có vách thì protoplast lại bắt màu gram âm.

Tạo nên kháng nguyên thân O của vi khuẩn đường ruột: Để điều chế kháng nguyên 0 của vi khuẩn đường ruột xử lý vi khuẩn không di động bằng nhiệt và cồn. Tạo nên nội độc tố của vi khuẩn đường ruột. Nội độc tố chỉ được giải tỏa lúc vi khuẩn bị ly giải. Ở vi khuẩn đường ruột, nội độc tố là những phức hợp lipopoly-saccarit dẫn xuất từ vách tế bào.

2. Vỏ

Là một cấu trúc nhầy bọc quanh vách tế bào của một số vi khuẩn, thường là polysaccharide, chỉ có vỏ của B.anthracis là một polypeptide acid D-glutamic. Vỏ có thể phát hiện dễ dàng ở huyền dịch mực tàu, ở đó nó hiện ra như một vùng sáng giữa môi trường mờ đục và tế bào vi khuẩn trông rõ hơn.

Cũng có thể phát hiện bằng phản ứng phình vỏ hoặc bằng kỹ thuật nhuộm đặc biệt. Sự đột biến tạo thành vỏ rất dễ nhận biết vì tế bào có vỏ tạo nên khuẩn lạc bóng láng hoặc nhầy M trong khi tế bào không vỏ tạo nên khuẩn lạc xù xì R. Nhiệm vụ duy nhất được biết của vỏ là bảo vệ vi khuẩn chống thực bào và chống virus muốn gắn vào vách tế bào.

3. Màng tế bào chất (màng nguyên tương)

Là màng bán thấm dày khoảng 10 nm nằm sát vách tế bào. Người ta có thể chứng minh sự hiện diện của nó bằng hiện tượng ly tương hoặc nhuộm với xanh Victoria 4R. Nó chứa 60 - 70% lipit, 20 - 30% protein và một lượng nhỏ hydrat cacbon.

Màng nguyên tương có chức năng rào cản thẩm thấu của tế bào, ngăn cản không cho nhiều phẩm vật vào bên trong tế bào nhưng lại xúc tác việc chuyên chở hoạt động của nhiều phẩm vật khác vào bên trong tế bào.

Hơn nữa màng tế bào chứa nhiều hệ thống enzyme và vì vậy có chức năng giống như ti lạp thể của động vật và thực vật. Màng nguyên tương cho thấy những chỗ lõm vào gọi là mạc thể. Ở vi khuẩn Gram dương mạc thể khá phát triển cho thấy hình ảnh nhiều lá đồng tâm. Ở vi khuẩn Gram âm mạc thể chỉ là vết nhăn đơn giản.

4. Tế bào chất (nguyên tương)

Là cấu trúc được bao bọc bên ngoài bởi màng nguyên tương, ở trạng thái gel, cấu trúc này gồm 80% nước, các protein có tính chất enzyme, cacbohydrat, lipid và các ion vô cơ ở nồng độ cao, và các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp. Nguyên tương chứa dày đặc những hạt hình cầu đường kính 18 nm gọi là ribosome. Ngoài ra còn có thể tìm thấy những hạt dự trữ glycogen, granulosa hoặc polymetaphotphat.

5. Ribosome

Là nơi tạo ra hoặc tổng hợp protein, được tạo thành từ các hạt giàu RNA.

6. Thể nhân

Có thể thấy với kính hiển vi ánh sáng sau khi nhuộm hoặc soi trực tiếp ở kính hiển vi pha tương phản. Nhân có thể hình cầu, hình que, hình quả tạ hoặc hình chữ V. Khảo sát ở kính hiển vi điện tử nhân không có màng nhân và bộ máy phân bào. Nó là một sợi DNA trọng lượng phân tử 3×109 dallon và chứa một nhiễm sắc thể duy nhất dài khoảng 1mm nếu không xoắn.

Nhân nối liền ở một đầu với thể mạc. Sự nối liền này giữ một vai trò chủ yếu trong sự tách rời 2 nhiễm sắc thể con sau khi sợi nhiễm sắc thể mẹ tách đôi. Trong sự phân chia nhân hai mạc thể qua chổ nối liền với màng nguyên tương di chuyển theo những hướng đối nghịch theo hai nhóm con nối liền với chúng. Như thế màng nguyên tương tự động như một bộ máy thô sơ của sự gián phân với mạc thể đảm nhận vai trò thai vô sắc.

7. Tiêu mao, nhung mao

Chịu trách nhiệm về tính di động của vi khuẩn. Người ta quan sát sự di động của vi khuẩn dưới kính hiển vi đặt một giọt huyền dịch vi khuẩn ở lam kính và phủ một lá kính mỏng. Lông dài 3 - 12 mm hình sợi gợn sóng, mảnh 10 - 20 nm) nên phải nhuộm với axit tannic để tạo thành một lớp kết tủa làm dày lông dễ phát hiện. Lông phát xuất từ thể đáy ngay bên dưới màng nguyên tương và có chuyển động xoay tròn.

Bản chất protein nó tạo nên do sự tập hợp những đơn vị phụ gọi là flagellin tạo thành một cấu trúc hình trụ rỗng. Cách thức mọc lông là một đặc tính di truyền. Ở một số loại nhiều lông mọc quanh thân, ở một số loại một lông mọc ở cực và ở một số loại khác một chùm lông ở một cực. Nếu lông bị làm mất đi bằng cơ học thì lông mới được tạo thành nhanh chóng. Lông đóng vai trò kháng nguyên như kháng nguyên H ở vi khuẩn đường ruột.

8. Pili

Là những phụ bộ hình sợi, mềm mại hơn lông, mảnh hơn nhiều và có xu hướng thẳng đường kính 2 - 3 nm và dài từ 0,3 - 1nm, tìm thấy từ một đến hàng trăm ở mặt ngoài vi khuẩn, bản chất protein.

Pili phát xuất ở trong màng nguyên tương và xuyên qua vách tế bào. Pili được tìm thấy ở vi khuẩn gram âm nhưng cũng có thể tìm thấy ở một số vi khuẩn gram dương. Pili F có nhiệm vụ trong sự tiếp hợp. Những pili khác giúp cho vi khuẩn bám vào niêm mạc hoặc bề mặt khác của tế bào.

9.Nha bào

Những thành viên của Bacillus, Clostridium và Sporosarcina tạo thành nội nha bào dưới ảnh hưởng của môi trường bên ngoài không thuận lợi, mỗi tế bào làm phát sinh một nha bào. Nha bào có thể nằm ở giữa, ở đầu nút hoặc gần đầu nút tùy theo loài, vách nha bào chứa những thành phần mucopeptide và axit dipicolinic. Sự đề kháng của nha bào với hóa chất độc là do tính không thẩm thấu của vách nha bào, sự đề kháng với nhiệt liên hệ đến trạng thái mất nước cao.

Vì chịu đựng với điều kiện không thuận lợi bên ngoài nha bào góp phần quan trọng trong khả năng lây bệnh của trực khuẩn hiếu khí tạo nha bào như trực khuẩn than hoặc trực khuẩn kỵ khí tạo nha bào như Clostridia, nhất là trực khuẩn uốn ván, hoại thư, sinh hơi, ngộ độc thịt.

hình thái và cấu trúc của vi khuẩn
Khác với các thành viên của protista lớp trên có nhân thật như tế bào động vật và thực vật, vi khuẩn có tế bào nhân sơ nhưng các tế bào lại phức tạp hơn

Sinh sản của vi khuẩn

Vi khuẩn có thể sinh sản theo nhiều cách khác nhau:

Vi khuẩn có lợi ích gì?

Nhiều người nghĩ rằng vi khuẩn luôn có hại, thế nhưng thực tế nhiều vi khuẩn rất hữu ích, thậm chí con người không thể tồn tại nếu thiếu vi khuẩn vì oxy mà chúng ta thở có lẽ được tạo ra bởi hoạt động của vi khuẩn. (4)

1. Như thế nào là vi khuẩn có lợi?

Sự sống của con người: Nhiều vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong sự sống còn của con người như vi khuẩn trong hệ thống tiêu hóa phân hủy các chất dinh dưỡng thành các dạng khác mà cơ thể có thể sử dụng. Vi khuẩn không nguy hại cũng giúp ngăn ngừa bệnh tật bằng cách chiếm đóng những nơi mà vi khuẩn gây bệnh muốn bám vào. Một số khác bảo vệ cơ thể bằng cách tấn công mầm bệnh.

Cố định nitơ: Thực vật cần nitơ trong đất để sống, nhưng cây không thể tự tạo ra nitơ. Vì vậy, nhiều hạt giống cây trồng có một hộp nhỏ chứa vi khuẩn để sử dụng khi cây nảy mầm. Vi khuẩn sẽ lấy nitơ cho cây và thải ra để cây sử dụng khi chúng chết.

Công nghệ thực phẩm: Vi khuẩn axit lactic (như Lactobacillus và Lactococcus) cùng với men và nấm (hoặc mốc) được sử dụng để chế biến các loại thực phẩm như pho mát, nước tương, đậu nành lên men, giấm, sữa chua và dưa chua. Quá trình lên men không chỉ giúp bảo quản thực phẩm tốt hơn mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe như là một số thực phẩm lên men có chứa các lợi khuẩn đường tiêu hóa hoặc tạo ra các hợp chất mới như axit lactic có tác dụng chống viêm.

vi khuẩn có lợi ích gì
Pho mát được tạo ra từ sự lên men của vi khuẩn

Ứng dụng trong công nghiệp và nghiên cứu: Vi khuẩn có thể phá vỡ các hợp chất hữu cơ giúp xử lý rác thải, làm sạch dầu tràn và các chất thải độc hại.

Các ngành công nghiệp dược phẩm và hóa chất sử dụng vi khuẩn để sản xuất hóa chất: Vi khuẩn được sử dụng trong sinh học phân tử, hóa sinh và nghiên cứu di truyền vì chúng có thể phát triển nhanh chóng và tương đối dễ sử dụng để nghiên cứu cách thức hoạt động của gen và enzym.

Tạo ra kháng sinh: Bacillus thuringiensis (Bt) là một loại vi khuẩn được sử dụng trong nông nghiệp như một loại thuốc bảo vệ thực vật để ngăn chặn những hậu quả đáng tiếc do thuốc trừ sâu gây ra.

2. Như thế nào là vi khuẩn có hại?

Vi khuẩn có hại chính là một số loại vi khuẩn có thể gây bệnh ở người như dịch tả, bạch hầu, kiết lỵ, dịch hạch, viêm phổi, lao (TB), thương hàn, v.v. Nếu cơ thể tiếp xúc với vi khuẩn có hại thì hệ thống miễn dịch sẽ khởi động tấn công để triệt tiêu chúng. Phản ứng này có thể dẫn đến các triệu chứng sưng và viêm thường thấy ở vết thương bị nhiễm trùng.

Vào năm 1900, viêm phổi, lao và tiêu chảy là ba căn bệnh chết người nhiều nhất ở Mỹ. Mặc dù kỹ thuật khử trùng và thuốc kháng sinh đã làm giảm đáng kể số ca tử vong vì các bệnh do vi khuẩn, thế nhưng việc lạm dụng kháng sinh đang làm cho việc điều trị các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn trở nên khó khăn hơn vì khi vi khuẩn biến đổi thì khả năng chống chịu các loại kháng sinh hiện có của chúng cũng tăng lên. Vi khuẩn biến đổi một cách tự nhiên nhưng việc lạm dụng kháng sinh thúc đẩy quá trình này diễn ra nhanh hơn.

như thế nào là vi khuẩn có hại
Vi khuẩn cũng là nguồn gốc gây ra nhiều căn bệnh đe dọa đến tính mạng con người và sự tồn vong của nhân loại

Các loại vi khuẩn hiện nay

nhiều loại vi khuẩn khác nhau và cách để phân loại chúng là theo hình dạng.

các loại vi khuẩn hiện nay
Trực khuẩn có dạng hình que cong

Các loại vi khuẩn nhận dạng như thế nào?

Có nhiều cách đề định nghĩa và phân loại vi khuẩn:

    • Hình cầu hoặc hình quả bóng (vi khuẩn cầu khuẩn).
    • Hình que (trực khuẩn).
    • Hình xoắn ốc (xoắn khuẩn).
xét nghiệm vi khuẩn
Xét nghiệm vi khuẩn ở Trung tâm Xét nghiệm BVĐK Tâm Anh

Vi khuẩn sống cả bên trong và bên ngoài sinh vật, kể cả trong cơ thể con người. Chúng có thể có lợi hoặc có thể gây nguy hiểm, tùy thuộc vào chủng loại, số lượng và vị trí xuất hiện. Một số vi khuẩn, chẳng hạn như những vi khuẩn đường ruột giúp cơ thể khỏe mạnh, trong khi đó các vi khuẩn khác có thể gây nhiễm trùng, thậm chí tử vong nếu không được điều trị kịp thời.

Hệ thống miễn dịch của cơ thể có thể chống lại một số vi khuẩn, tuy nhiên đối với các loại vi khuẩn còn lại thì sẽ cần cần dùng thuốc kháng sinh để điều trị. Thuốc kháng sinh hoạt động bằng cách phá hủy thành tế bào hoặc DNA của vi khuẩn.Tuy nhiên việc lạm dụng thuốc kháng sinh đôi khi có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng. Điều này là do một số vi khuẩn có thể trở nên kháng thuốc kháng sinh, khiến việc điều trị nhiễm trùng do các chủng mới gây ra trở nên khó khăn.

Mỗi lần uống thuốc kháng sinh là một lần giúp vi khuẩn tăng khả năng kháng cự của vi khuẩn đối với thuốc. Một ví dụ điển hình chính là vi khuẩn kháng kháng sinh là MRSA (tụ cầu vàng kháng methicillin). Trung tâm Xét nghiệm BVĐK Tâm Anh với trang thiết bị chính hãng được nhập khẩu từ các nước Âu Mỹ giúp đảm bảo xét nghiệm chính xác, nhanh chóng để đảm bảo quá trình điều trị đạt hiệu quả cao nhất.

Thuốc kháng sinh có thể dùng để điều trị một số bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn, tuy nhiên, việc lạm dụng thuốc kháng sinh có thể tạo ra vi khuẩn kháng kháng sinh, khi đó việc điều trị bằng thuốc kháng sinh sẽ không còn tác dụng. Vì vậy, khi sử dụng thuốc kháng sinh cần thực hiện đúng chỉ định của bác sĩ để tối ưu hóa hiệu quả điều trị.

Link nội dung: https://pmil.edu.vn/mot-trong-nhung-dac-diem-rat-quan-trong-cua-cac-chung-vi-khuan-su-dung-trong-cong-nghe-gen-la-a57929.html