I. HÌNH THÁI, CẤU TẠO CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT
1.1. Vi sinh vật cổ
Vi sinh vật cổ còn gọi là vi khuẩn cổ là nhóm vi khuẩn lâu đời nhất trong nhóm vi sinh vật nhân nguyên. Chúng có những sai khác rõ rệt về cấu tạo thành tế bào và đặc tính sinh hóa so với nhóm vi khuẩn thật. Vi sinh vật cổ sống trong các điều kiện môi trường rất đặc biệt mà các sinh vật bình thường không thể sống được, gồm 3 nhóm: Vi khuẩn sinh khí methan, vi khuẩn ưa mặn và vi khuẩn ưa nhiệt.
Vi khuẩn sinh khí methan: Vi khuẩn sinh methan là vi khuẩn kị khí bắt buộc, thường thấy trong nền đáy các thủy vực nước ngọt, nước lợ và nước mặn, trong đường ruột của động vật và trong các nguồn chất thải động vật. Vi khuẩn methan có khả năng sử dụng hiđro làm nguồn năng lượng và khícacbonic làm nguồn cacbon để thực hiện quá trình trao đổi chất. Sản phẩm của quá trình trao đổi chất là khí methan được tích tụ trong môi trường. Vi khuẩn sinh khí methan có nhiều tiềm năng được sử dụng để tạo năng lượng sinh học từ chất thải nông nghiệp.
Vi khuẩn ưa mặn: Vi khuẩn ưa mặn là những cơ thể có thể phát triển ở nơi có nồng độ muối từ 4-5M (khoảng 25%) và ở độ muối thấp hơn 3M thì chúng không phát triển được. Thành tế bào, ribosom và các enzyme của nhóm vi khuẩn này đều được cân bằng bởi ion Na+.
Vi khuẩn ưa nhiệt: Vi khuẩn ưa nhiệt là những cơ thể đòi hỏi nhiệt độ rất cao (từ 80-105°C) để phát triển. Các enzyme và các chất mang ở nhóm này đều được cân bằng ở nhiệt độ cao. Hầu hết vi khuẩn thuộc nhóm này còn đòi hỏi nguyên tố lưu huỳnh để phát triển. Cho nên nhóm vi khuẩn ưa nhiệt thường xuất hiện ở những nơi có nhiệt độ cao và giàu lưu huỳnh như miệng núi lửa, các thủy vực nước nóng hoặc ở đáy các đại dương. Loài Sulfolobus acidocaldarius là vi khuẩn ưa nhiệt đầu tiên do Thomas thuộc đại học Wisconsin USA phát hiện năm 1970 cùng với vi khuẩn ưa nhiệt Thermus aquaticus. Các phát hiện này đã mở ra các nghiên cứu về lĩnh vực sinh học phân tử. Enzyme Taq polymerase sử dụng trong các phản ứng khuếch đại ADN được lấy từ vi khuẩn ưa nhiệt Thermus aquaticus có nhiệt độ phát triển thích hợp là 70°C.
1.2. Vi khuẩn
Vi khuẩn là những cơ thể đơn bào, kích thước nhỏ và có cấu tạo tế bào đơn giản, chưa có màng nhân và các bào quan như ty thể và lục lạp. Vi khuẩn có số lượng lớn nhất trong sinh giới. Vi khuẩn phân bố khắp nơi trong đất, nước, không khí và ở dạng sống cộng sinh với các sinh vật khác. Vi khuẩn còn có tên gọi khác là vì trùng.
1.2.1. Hình thái
Vi khuẩn có nhiều hình dạng khác nhau, gồm hình cầu (cầu khuẩn), hình que (trực khuẩn), hình xoắn (xoắn khuẩn), hình phẩy (phẩy khuẩn) và dạng trung gian giữa cầu khuẩn và trực khuẩn (cầu trực khuẩn).
Cầu khuẩn: Là những vi khuẩn hình cầu hoặc hình trứng tròn. Dựa vào phương hướng của mặt phẳng phân cắt và cách liên kết giữa các tế bào chia cầu khuẩn thành dạng khác nhau: Đơn cầu khuẩn (Micrococcus pyrogenes), Tu cầu khuẩn (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis), Song cầu khuẩn (Diplococcus pneumoniae, Neisseriai menigitidis), Tứ cầu khuẩn (Tetracoccus homari), Bát cầu khuẩn (Sarcina lutei, Sarcina aurantiaca), Liên cầu khuẩn (Streptococcus cremoris, Streptococcus pneumoniae).
Trực khuẩn: Là nhóm vi khuẩn có hình que, hình gậy, đầu tròn hoặc vuông, rất đa dạng, Gồm các trực khuẩn ái khí không sinh bào tử (Escherichia coli, Samonella typhii) hoặc sinh bào tử (Bacillus subtilis, Bacillus careus), trực khuẩn hiếu khí tùy tiện, trực khuẩn kị khí bắt buộc sinh bào tử hoặc không sinh bào tử (Lactobacillus case).
Xoắn khuẩn: Là những vi khuẩn hình sợi, hình lượn sóng, gồm các vi khuẩn có từ 2 vòng xoắn trở nên, bắt màu gram dương, di động nhờ một hay nhiều lông xoắn, kích thước thay đổi trong khoảng 0,5-3,0 x 5-40µm như vi khuẩn Trepolema pallidum,….
Phẩy khuẩn: Là những vi khuẩn hình que, uốn cong có hình dấu phẩy, hình liềm, có thể đứng riêng rẽ hoặc nối với nhau thành chữ S. Chúng sống hoại sinh và gây bệnh, như vi khuẩn Vibrio cholera, Vibrio minicus,….
Trực cầu khuẩn: Là những vi khuẩn trung gian của trực khuẩn và cầu khuẩn, có dạng hình trứng hoặc hình bầu dục, kích thước khoảng 0,25-0,3 x 0,4-1,5µm, như vi khuẩn tụ huyết trùng (Pasteurella multocida), vi khuẩn dịch hạch.
1.2.2. Kích thước
Các vi khuẩn có kích thước rất nhỏ và khác nhau tùy loài. Loài bé nhất có đường kính khoảng 0,3µm (Mycoplasma) xấp xỉ kích thước của virus lớn nhất (virus đậu mùa). Các vi khuẩn nano hoặc siêu nhỏ có đường kính dao động khoảng 0,05-0,2µm. Vi khuẩn E. coli có kích thước trung bình, rộng 1,1-1,5µm và dài 2,0-6,0µm. Đường kính của đa số các loài thay đổi trong khoảng từ 0,2-2,0µm, chiều dài khoảng 1,5-8,0µm.
1.2.3. Cấu tạo tế bào vi khuẩn
1.2.3.1. Màng nhày
Màng nhày bao bọc bên ngoài thành tế bào, có bản chất là polysacarid, một ít lipoprotein và 80-90% là nước. Gồm hai loại màng nhày: (1) Màng nhày lớn còn gọi là giáp mô, có kích thước lớn hơn 0,2µm và quan sát được qua kính hiển vi. Khi ở trong môi trường dư thừa nguồn cacbon như ở rãnh các nhà máy đường, thì lớp màng này rất dầy (có thể lớn gấp 20 lần chiều ngang của vi khuẩn). (2) Màng nhày nhỏ có kích thước nhỏ hơn 0,2µm, không quan sát được dưới kính hiển vi thường.
Màng nhày có vai trò: (1) Hạn chế khả năng thực bào, do đó tăng cường độc lực đối với vi khuẩn gây bệnh; (2) Liên quan đến tính kháng nguyên của vi khuẩn gây bệnh; (3) Cung cấp chất dinh dưỡng cho tế bào khi ở trong môi trường nghèo dinh dưỡng; (4) Tăng cường khả năng bám.
