Sự hình thành và sinh sản của vi khuẩn

Bài viết được tham vấn chuyên môn cùng Thạc sĩ, Bác sĩ Trần Thị Vượng - Bác sĩ Xét nghiệm vi sinh - Khoa Xét nghiệm - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Hải Phòng.

Nghiên cứu sự hình thành và sinh sản của vi khuẩn giúp ích rất nhiều cho các ứng dụng như sản xuất thuốc kháng sinh, bào chế vắc-xin phòng các bệnh lây nhiễm,...

Vi khuẩn (tên tiếng Anh là bacterium, số nhiều là bacteria). Đây là một nhóm vi sinh vật đơn bào có kích thước rất nhỏ, chỉ quan sát được bằng kính hiển vi và thường có cấu trúc tế bào đơn giản, không có nhân, bộ khung tế bào hay các bào quan.

Vi khuẩn có nhiều dạng nhưng có thể xếp vào 3 loại cơ bản: Hình cầu (gọi là cầu khuẩn), hình thẳng (gọi là trực khuẩn) và hình cong (gồm phẩy khuẩn - hình cong ngắn, xoắn khuẩn - có nhiều vòng xoắn). Kích thước vi khuẩn thay đổi tùy theo loại hình và trong một loại hình, kích thước vi khuẩn cũng có sự khác biệt. Đơn vị đo kích thước vi khuẩn là micromet (1 micromet = 1/1000 milimet). Phần lớn các vi khuẩn có kích thước là 1 micromet.

Vi khuẩn là nhóm có sự hiện diện đông đảo nhất trong sinh giới. Chúng có mặt ở khắp nơi: Trong đất, nước, suối nước nóng, chất thải phóng xạ và ở dạng cộng sinh, ký sinh với các sinh vật khác, thậm chí ở trong tàu không gian có người lái.

Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong tái chế chất dinh dưỡng như: Cố định nitơ từ khí quyển và gây thối rữa các sinh vật khác, cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sống. Bên cạnh đó, vi khuẩn cùng nấm men, nấm mốc cũng được sử dụng để chế biến thực phẩm lên men như: Sữa chua, phô mai, dưa cà muối, giấm, rượu,...

Tuy nhiên, có rất nhiều loại vi khuẩn gây bệnh cho con người và động, thực vật, gây tổn hại nghiêm trọng tới sức khỏe con người và hoạt động sản xuất. Và với sự phát triển của y học hiện đại, con người đã tìm ra các biện pháp kiểm soát được tác hại của vi khuẩn như bào chế vắc-xin phòng bệnh, sử dụng thuốc kháng sinh,...

Vi khuẩn chỉ sinh sản vô tính, không sinh sản hữu tính. Cụ thể hơn, vi khuẩn sinh sản chủ yếu bằng cách chia đôi, hay trực phân. Trong quá trình trực phân, một tế bào mẹ được phân thành 2 tế bào con bằng cách tạo ra vách ngăn để trực tiếp ngăn đôi tế bào mẹ. Tốc độ phân chia tùy từng loại vi khuẩn. Cụ thể, vi khuẩn lao có tốc độ nhân lên chậm là 18 giờ/lần; các vi khuẩn tốc độ phân chia trung bình là 20 - 30 phút/lần; vi khuẩn tả có tốc độ phân chia nhanh là 5 - 7 phút/lần.

Tuy nhiên, dù không có sinh sản hữu tính, những biến đổi di truyền (còn gọi là đột biến) vẫn xảy ra trong các tế bào vi khuẩn thông qua các hoạt động tái tổ hợp di truyền. Cuối cùng, vi khuẩn có được một tổ hợp các tính trạng từ 2 tế bào mẹ.

Các kiểu tái tổ hợp di truyền gồm: Biến nạp, tải nạp và giao nạp:

• Biến nạp: chuyển DNA trần từ 1 tế bào vi khuẩn sang tế bào khác thông qua môi trường lỏng bên ngoài;
• Tải nạp: Chuyển DNA của vi khuẩn, virus từ một tế bào sang tế bào khác thông qua thể thực khuẩn;
• Giao nạp: Chuyển DNA từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác thông qua cấu trúc protein được gọi là pilus (lông giới tính).

Sau khi nhận được DNA từ một trong 3 cách trên, vi khuẩn sẽ tiến hành phân chia và truyền bộ gen tái tổ hợp cho thế hệ sau.

• Cấu trúc plasmid của vi khuẩn: Ở vi khuẩn cấu trúc plasmid là phân tử ADN vòng, nhỏ, không mang hệ gen chính của bộ gen, mang những gen cực kỳ quan trọng của vi khuẩn. Plasmid có vai trò quan trọng trong lĩnh vực y - sinh - nông - dược và môi trường.

Chúng là chủ nhân chứa các gen sản xuất kháng sinh; là chủ nhân của gen sản xuất các sản phẩm kháng lại kháng sinh của một số vi khuẩn gây bệnh; đồng thời là chủ nhân chứa một số gen sản xuất độc tố và các protein tăng cường độc lực cho vi khuẩn. Rất nhiều plasmid là loại có lợi như plasmid trong vi khuẩn ở nốt sần của cây họ đậu tạo cho vi khuẩn thu nhận nitơ để sản xuất protein.

Ngoài ra, plasmid còn có nhiều loại chứa gen sản xuất kháng sinh, được tận dụng để sản xuất kháng sinh chữa bệnh cho người và động vật. Số khác có chứa gen sản xuất các loại men đặc biệt, giúp phân giải các hợp chất hữu cơ độc, hóa chất, chất thải công nghiệp, thuốc trừ sâu, chất sát trùng,... góp phần bảo vệ môi trường.

• Sự phát triển của vi khuẩn: Gồm 4 giai đoạn: Thích ứng, tăng mạnh, tối đa và suy tàn. Về ứng dụng, khi vi khuẩn xâm nhập gây hại thì cần can thiệp sớm, ngay trong giai đoạn vi khuẩn đang thích ứng với môi trường, chưa sinh sản (ví dụ băng bó, xử lý sớm vết thương trong 5 - 6 giờ đầu để tránh nhiễm trùng). Còn nếu muốn nghiên cứu những tính chất điển hình của vi khuẩn thì cần lấy vi khuẩn nuôi ở giai đoạn tăng mạnh. Trong trường hợp muốn thu nhiều vi khuẩn để làm vắc-xin và kháng nguyên, nên lấy ở giai đoạn tối đa.

Vi khuẩn gồm vi khuẩn có ích và vi khuẩn có hại. Con người cần khai thác những lợi ích của vi khuẩn mang lại và kiểm soát các tác hại của vi khuẩn để cải thiện chất lượng cuộc sống.

Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec là một trong những bệnh viện không những đảm bảo chất lượng chuyên môn với đội ngũ y bác sĩ , hệ thống trang thiết bị công nghệ hiện đại mà còn nổi bật với dịch vụ khám, tư vấn và chữa bệnh toàn diện, chuyên nghiệp; không gian khám chữa bệnh văn minh, lịch sự, an toàn và tiệt trùng tối đa.