Bài 20: Sự đa dạng và phương pháp nghiên cứu vi sinh vật

- Vi sinh vật là những sinh vật kích thước nhỏ bé, thường chỉ quan sát được dưới kính hiển vi.

- Thức ăn của vi sinh vật rất đa dạng phụ thuộc vào tùy từng loài: Có những loài hấp thu các chất vô cơ của môi trường để tự tổng hợp lên chất hữu cơ của cơ thể, có loài sử dụng các chất hữu cơ có sẵn trong thức ăn (vụn hữu cơ, các vi sinh vật khác,…) để tổng hợp nên chất hữu cơ của cơ thể.

- Để nghiên cứu vi sinh vật, người ta thường sử dụng các phương pháp như phương pháp quan sát dưới kính hiển vi (soi tươi, nhuộm đơn, nhuộm Gram), phương pháp phân lập và nuôi cấy vi sinh vật.

- Vi sinh vật là những sinh vật có kích thước nhỏ bé, thường chỉ quan sát được dưới kính hiển vi.

- Dựa vào thành phần cấu tạo, vi sinh vật được chia thành 2 nhóm:

+ Vi sinh vật nhân sơ: gồm Archaea và vi khuẩn.

+ Vi sinh vật nhân thực: gồm vi sinh vật nhân thực đơn bào (nấm đơn bào, tảo đơn bào, động vật nguyên sinh) và vi sinh vật nhân thực đa bào (vi nấm, vi tảo và động vật đa bào kích thước hiển vi).

Vi sinh vật có tốc độ trao đổi nhanh, sinh trưởng và sinh sản nhanh hơn so với thực vật và động vật là bởi vì:

- Kích thước của vi sinh vật rất nhỏ (tỉ lệ S/V lớn) dẫn đến khả năng trao đổi chất với môi trường nhanh đáp ứng nhu cầu về vật chất và năng lượng để vi sinh vật sinh trưởng, sinh sản.

- Ngoài ra, vi sinh vật cũng có cấu tạo đơn giản hơn cho với thực vật và động vật.

• Phân biệt các kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật:

• So với thực vật (quang tự dưỡng sử dụng CO₂) và động vật (hóa dị dưỡng), vi sinh vật có thêm những kiểu dinh dưỡng khác như hóa tự dưỡng, quang dị dưỡng, quang tự dưỡng sử dụng nguồn carbon không phải là CO₂.

- Vi sinh vật có phạm vi phân bố rộng hơn rất nhiều so với những nhóm sinh vật khác vì:

+ Không chỉ có số lượng lớn và đa dạng về hình thái, vi sinh vật còn có nhiều kiểu chuyển hóa vật chất và năng lượng nhất so với các nhóm sinh vật khác. Chúng có nhiều kiểu dinh dưỡng nên có thể dùng nhiều loại chất khác nhau làm thức ăn. Chúng có thể sống ở nơi rất nóng hoặc lạnh, nơi có hoặc hoàn toàn không có ôxi, nơi có môi trường rất chua hoặc rất kiềm, nơi có áp suất rất lớn thậm chí trên 1000 atm dưới đáy biển sâu, hoặc ở nơi hầu như không có nước, như sâu tới 1 km trong lòng đá.

+ Do kích thước nhỏ và cấu tạo đơn giản nên chúng có thể phát sinh nhiều biến dị để thích nghi với môi trường sống có sự thay đổi.

+ Tốc độ chuyển hóa nhanh

Do vi sinh vật có kích thước rất nhỏ nên để phân loại được vi khuẩn, người ta thực hiện nhiều phương pháp nghiên cứu khác như quan sát tiêu bản vi khuẩn dưới kính hiển vi, phân lập và nuôi cấy, phân tích hóa sinh, phân tích di truyền,…

- Đối với phương pháp quan sát tiêu bản vi khuẩn dưới kính hiển vi: Có nhiều phương pháp làm tiêu bản từ đơn giản đến phức tạp như làm tiêu bản soi tươi, làm tiêu bản tạm thời, làm tiêu bản cố định kết hợp với nhuộm màu,… Mỗi phương pháp phù hợp với một mục đích và đối tượng quan sát riêng:

+ Soi tươi: dùng để quan sát trạng thái sống, khả năng di động của vi khuẩn.

+ Nhuộm đơn: dùng để kiểm tra sự hiện diện và đánh giá sơ bộ về hình ảnh, tính chất bắt màu, cách sắp xếp của vi khuẩn cũng như hình thái tế bào.

+ Nhuộm Gram: dùng để phân biệt vi khuẩn Gr+ và Gr-.

- Đối với phương pháp phân lập và nuôi cấy vi sinh vật: Trên môi trường đặc, mỗi tế bào vi khuẩn phát triển tạo thành một khuẩn lạc. Có thể căn cứ vào kích thước, hình dạng của khuẩn lạc để phân loại các vi khuẩn.

- Để định loại được chính xác từng loài và mối quan hệ họ hàng giữa các vi sinh vật, các nhà khoa học thường dùng phương pháp phân tích hóa sinh hay sinh học phân tử (phân tích DNA, RNA).

- Vi khuẩn Gram dương có thành tế bào được cấu tạo chủ yếu từ peptidoglycan (lớp peptidoglycan dày). Các lớp dày peptidoglycan là nguyên nhân khiến cho vi khuẩn Gram dương có thể giữ lại hầu hết chất nhuộm tím trong quá trình nhuộm, khiến chúng có màu tím. 

- Trong khi đó, vi khuẩn Gram âm có thành tế bào gồm một lớp mỏng peptidoglycan và màng ngoài có lipopolysaccharid không có ở vi khuẩn Gram dương. Vì lớp peptidoglycan mỏng nên lớp này không giữ lại chất nhuộm tím của thuốc nhuộm ban đầu mà tạo ra màu đỏ trong quá trình nhuộm Gram.

- Vi khuẩn Gram dương có thành tế bào được cấu tạo chủ yếu từ peptidoglycan (lớp peptidoglycan dày). Các lớp dày peptidoglycan là nguyên nhân khiến cho vi khuẩn Gram dương có thể giữ lại hầu hết chất nhuộm tím trong quá trình nhuộm, khiến chúng có màu tím. 

- Trong khi đó, vi khuẩn Gram âm có thành tế bào gồm một lớp mỏng peptidoglycan và màng ngoài có lipopolysaccharid không có ở vi khuẩn Gram dương. Vì lớp peptidoglycan mỏng nên lớp này không giữ lại chất nhuộm tím của thuốc nhuộm ban đầu mà tạo ra màu đỏ trong quá trình nhuộm Gram.

Giải thích hiện tượng xung quanh khuẩn lạc to lại xuất hiện một vòng trong (gọi là vòng vô khuẩn):

- Vòng vô khuẩn là vùng mà mắt thường không thể thấy được vi khuẩn mọc.

- Đường kính vòng vô khuẩn ghi nhận kết quả vi khuẩn nhạy hay trung gian hay kháng đối với kháng sinh thử nghiệm (đường kính của vòng vô khuẩn càng lớn thì vi khuẩn càng nhạy cảm với kháng sinh thử nghiệm).

+ Đường kính ≤ 11 mm: Vi khuẩn đề kháng với kháng sinh.

+ Đường kính 12 – 15 mm: Vi khuẩn đáp ứng mức độ trung bình với kháng sinh.

+ Đường kính ≥ 16mm: Vi khuẩn nhạy cảm với kháng sinh.

- Bác sĩ sẽ chỉ định bệnh nhân đi xét nghiệm máu hoặc đờm để xem chủng loại vi khuẩn mà bệnh nhân mắc phải.

- Từ kết quả xét nghiệm loại vi khuẩn, bác sĩ sẽ kê đơn thuốc kháng sinh dựa vào hiệu quả của các loại kháng sinh đối với loại vi khuẩn đó cũng như tình trạng sức khỏe của bệnh nhân.