Chương trình Vi sinh vật học

• Dàn bài:

• Phân loại xạ khuẩn 1

• Phân loại xạ khuẩn 2

11- Phân loại xạ khuẩn

         Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn đặc biệt. Chúng có khuẩn lạc khô và đa số có dạng hình phóng xạ (actino-) nhưng khuẩn thể lại có dạng sợi phân nhánh như nấm (myces). Vì xạ khuẩn có cấu trúc nhân nguyên thuỷ như mọi vi khuẩn khác, chiều ngang của sợi cũng nhỏ như vi khuẩn, cho nên có tài liệu gọi chúng là nấm tia là không hợp lý. Xạ khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Số lượng đơn vị sinh khuẩn lạc (CFU- colony-forming unit) xạ khuẩn trong 1g đất thường đạt tới hàng triệu. Trên môi trường đặc đa số xạ khuẩn có hai koại khuẩn ty: khuẩn ty khí sinh (aerial mycelium) và khuẩn ty cơ chất (substrate mycelium). Nhiều loại chỉ có khuẩn ty cơ chất nhưng cũng có loại (như chi Sporichthya) lại chỉ có khuẩn ty khí sinh. Giữa khuẩn lạc thường thấy có nhiều bào tử màng mỏng gọi là bào tử trần (conidia hay conidiospores). Nếu bào tử nằm trong bào nang (sporangium) thì được gọi là nang bào tử hay bào tử kín (sporangiospores). Bào tử ở xạ khuẩn được sinh ra ở đầu một số khuẩn ty theo kiểu hình thành các vách ngăn (septa). Các chuỗi bào tử trần có thể chỉ là 1 bào tử (như ở Thermoactinomyces, Saccharomonospora, Promicromonospora, Micromonospora, Thermomonosspora...),có thể có 2 bào tử (như ở Microbispora), có thể là chuỗi ngắn  (như ở Nocardia, Pseudonocardia, Streptoverticillium, Sporichthya, Actinomadura, Microtetraspora, Streptoalloteichus, Glycomyces, Amycolata, Amycolatopsis, Catellatospora, Microellobosporia...), có thể là chuỗi dài (như ở Streptomyces, Saccharopolyspora, Actinopolyspora, Kibdelosporangium, Kitasatosporia, Saccharothrix, nhiều loài ở Nocardia, Nocardioides, Pseudonocardia, Amycolatopsis, Streptoverticillium...), có thể các bào tử trần nằm trên bó sợi (synnema), tương tự bó sợi của nấm (như ở Actinosynnema, Actinomadura...). Các chuỗi bào tử có thể thẳng, có thể xoắn, có thể ở dạng lượn sóng, có thể mọc đơn hay mọc vòng... Các cuống sinh bào tử (sporophore) và cuống sinh nang bào tử (sporangiophorres) có thể riêng rẽ, có thể phân nhánh. Các đặc điểm hình thái này rất quan trọng khi tiến hành định tên xạ khuẩn.

Xạ khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, thường có tỷ lệ GC trong ADN cao hơn 55%. Trong số khoảng 1000 chi và 5000 loài sinh vật nhân sơ đã công bố có khoảng 100 chi và 1000 loài xạ khuẩn. Xạ khuẩn phân bố chủ yếu trong đất và đóng vai trò rất quan trọng trong chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Chúng sử dụng acid humic và các chất hữu cơ khó phân giải khác trong đất. Mặc dù xạ khuẩn thuộc nhóm sinh vật nhân sơ nhưng chúng thường sinh trưởng dưới dạng sợi và thường tạo nhiều bào tử. Thậm chí một số loại xạ khuẩn còn hình thành túi bào tử như chi Streptosporangium, Micromonospora và bào tử di động như chi Actinoplanes, Kineosporia.

Trước đây, vị trí phân loại của Xạ khuẩn luôn là câu hỏi gây nhiều tranh luận giữa các nhà Vi sinh vật học ,do nó có những đặc điểm vừa giống Vi khuẩn vừa  giống Nấm. Tuy nhiên, đến nay, Xạ khuẩn đã được chứng minh là Vi khuẩn với những bằng chứng sau đây:

1.     Một số xạ khuẩn như các loài thuộc chi Actinomyces và Nocardia rất giống với các loài vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus và Corynebacterium.

2.     Xạ khuẩn giống vi khuẩn ở chỗ không có nhân thật, chúng chỉ chứa nhiễm sắc chất phân bố dọc theo các sợi hoặc các tế bào.

3.     Đường kính của sợi xạ khuẩn và bào tử giống với ở vi khuẩn. Đồng thời sợi xạ khuẩn thường không chứa vách ngăn.

4.     Xạ khuẩn là đích tấn công của các thực khuẩn thể giống như vi khuẩn, trong khi đó, nấm không bị tấn công bởi thực khuẩn thể.

5.     Xạ khuẩn thường nhạy cảm với các kháng sinh có tác dụng lên vi khuẩn, nhưng lại thường kháng với những kháng sinh tác dụng lên nấm như các polyen.

6.     Xạ khuẩn không chứa chitin, chất có mặt trong sợi và bào tử của nhiều nấm, mà không có ở vi khuẩn. Đồng thời giống như phần lớn vi khuẩn, xạ khuẩn không chứa cellulose.

7.     Tương tự với vi khuẩn, xạ khuẩn nhạy cảm với phản ứng acid của môi trường, đặc điểm này không có ở nấm.

8.     Các đặc điểm về sợi và nang bào tử kín(sporangium) của chi Actinoplanes cho thấy có thể chi này là cầu nối giữa vi khuẩn và các nấm bậc thấp.

Xạ khuẩn thuộc về lớp Actinobacteria, bộ Actinomycetales, bao gồm 10 dưới bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài. Hiện nay, 478 loài đã được công bố thuộc chi Streptomyces và hơn 500 loài thuộc tất cả các chi còn lại và được xếp vào nhóm xạ khuẩn hiếm.

Khuẩn lạc xạ khuẩn	Khuẩn ty xạ khuẩn và bào tử

Chuỗi bào tử trên cuống sinh bào tử dạng xoắn

Bào tử xạ khuẩn

Sự hình thành hai loại khuẩn ty sau khi bào tử xạ khuẩn nẩy mầm

Sợi bào tử và chuỗi bào tử trần

Một số dạng bào tử ở xạ khuẩn (SV tự chú thích từng hình)

Một số dạng nang bào và nang bào tử ở xạ khuẩn

Một số dạng chuỗi bào tử ở xạ khuẩn (SV tự chú thích từng hình)

Đặc điểm của khuẩn ty khí sinh và khuẩn ty cơ chất được trình bày trong sơ đồ sau đây:

Để phân loại xạ khuẩn người ta sử dụng các tiêu chuẩn như trình tự rADN 16S, lai ADN, hình thái, sinh lý sinh hóa và hóa phân loại. Hiện nay, đại đa số các nhà khoa học đồng ý với quan niệm hai chủng được coi là hai loài riêng biệt nếu chúng giống nhau dưới 70% khi tiến hành lai ADN. Keswani và cộng sự đã chứng minh rằng nếu sự tương đồng giữa hai trình tự rADN 16S là 98.6% thì xác suất để mức độ giống nhau trong phép lai ADN thấp hơn 70% sẽ là 99%. Vì thế giá trị tương đồng 98.6% của trình tự rADN 16S được coi là ngưỡng để phân biệt hai loài khác nhau. Tuy nhiên, cũng có nhiều nhà khoa học lấy giá trị này là 98%.

Đặc biệt hóa phân loại là rất quan trọng trong việc phân loại xạ khuẩn. Chúng rất có ích trong phân loại ở mức độ đến chi. Đó là những đặc điểm sau: đường, loại acetyl, acid mycolic trong thành tế bào, menaquinone, phospholipid, acid béo và tỷ lệ GC trong ADN.

Các số liệu trên được lấy từ sách Bergey’s manual systematic of bacteriology và sách Identification manual of actinomycetes.

Thành tế bào: Theo Lechevalier và Lechevalier, thành tế bào xạ khuẩn được chia thành 8 loại dựa trên các đặc điểm về thành phần acid amin, đặc biệt là acid diaminopimelic, lysine và thành phần đường trong thành tế bào, cụ thể là

Tất cả các loại thành tế bào đều chứa alanine, acid glutamic, glucosamine và acid muramic.

 A₂pm: Acid diamino pimelic có thể gồm các đồng phân quang học LL- A₂pm, DL- A₂pm (meso- A₂pm), DD- A₂pm. Ngoài ra còn có OH- A₂pm khi có thêm nhóm OH gắn vào vị trí C thứ 4.

Lys: Lysine

Orn: Ornitin

A₂bu: acid diamino butyric

Gly: glycin

*Glycin nằm trong mối liên kết giữa hai mạch tetrapeptid

** Glycin thay thế L- alanin ở vị trí đầu tiên trong mạch tetrapeptid

Asp: Asparagin

Ara: Arabinose

Gal: Galactose

*** Trong xạ khuẩn chứa acid mycolic như Nocardia và Mycobacterium, thành tế bào chứa arabinogalactan, là hợp chất được tổng hợp từ arabinose và galactose.

Thành phần đường:

Peptidoglycan: Theo Schleifer và Kandler (1972), peptidoglycan ở xạ khuẩn được chia thành các nhóm như sau:

Dấu phẩy (‘): alanine ở vị trí thứ nhất trong mạch tetrapeptid đã được thay thế bởi glycine.

Ví dụ: Loại peptidoglycan của chi Actinoplanes là A1γ’ có nghĩa là: Hai mạch tetrapeptid liên kết với nhau ở vị trí acid amin số 3 và 4, mối liên kết này là trực tiếp và acid amin ở vị trí số 3 là meso- A₂pm.

         Thành phần acid béo:

(v): ít hơn 5%

Thành phần menaquinone:

 Xạ khuẩn chỉ chứa menaquinone, không chứa ubiquinone. Ký hiệu 8(H­₂) hay MK-8(H₂) chỉ menaquinone chứa một trong số tám đơn vị isoprene bị hydro hóa.

Thành phần phospholipid:

Tất cả các loại đều chứa phosphatidylinositol

Vị trí phân loại của Xạ khuẩn:

Lớp Actinobacteria

Dưới lớp Actinobacteridae      

         Bộ Actinomycetales

                   Dưới bộ Actinomycineae

                            Họ Actinomycetaceae

Các chi: Actinomyces, Actinobaculum, Arcanobacterium, Mobiluncus

                   Dưới bộ Micrococcineae

                            Họ Micrococcaceae

Các chi: Micrococcus, Arthrobacter, Kocuria, Nesterenkonia, Renibacterium, Rothia

                            Họ Bogoriellaceae

                                      Chi: Bogoriella

                            Họ Brevibacteriaceae

                                      Chi: Brevibacterium

                            Họ Cellulomonadaceae

                                      Chi: Cellulomonas

                            Họ Dermabacteraceae

                                      Các chi: Dermabacter, Brachybacterium

                            Họ Dermacoccaceae

                                      Các chi: Dermacoccus, Demetria, Kytococcus

                            Họ Dermatophilaceae

                                      Chi: Dermatophilus

                            Họ Intrasporangiaceae

Các chi: Intrasporangium, Janibacter, Terrabacter, Terracoccus, Tetraphaera       

                            Họ Jonesiaceae   

                                      Chi: Jonesia

                            Họ Microbacteriaceae

Các chi: Microbacterium, Agrococcus, Agromyces, Clavibacter, Cryobacterium, Curtobacterium, Frigoribacterium, Leifsonia, Leucobacter, Rathayibacter

                            Họ Promicromonosporaceae

                                      Chi: Promicromonospora

                            Họ Rarobacteraceae

                                      Chi: Rarobacter

                            Họ Sanguibacteraceae

                                      Chi: Sanguibacter

                            Incertae sedis (chưa xác định)

                                     Các chi : Beutenbergia, Ornithinicoccus, Kineococcus

                   Dưới bộ Corynebacterineae

                            Họ Corynebacteriaceae

                                      Các chi: Corynebacterium, Turicella

                            Họ Dietziaceae

                                      Chi: Dietzia

                            Họ Gordoniaceae

                                      Chi: Gordonia

                            Họ Mycobacteriaceae

                                      Chi: Mycobacterium

                            Họ Nocardiaceae

                                      Các chi: Nocardia, Rhodococcus

                            Họ Tsukamurellaceae

                                      Chi: Tsukamurella

                            Incertae sedis (chưa xác định)

                                      Các chi : Skermania, Williamsia

                   Dưới bộ Micromonosporineae

                            Họ Micromonosporaceae

Các chi: Micromonospora, Actinoplanes, Catellatospora, Catenuloplanes, Couchioplanes, Dactylosporangium, Pilimelia, Spirilliplanes, Verrucosispora

                   Dưới bộ Propionibacterineae

                            Họ Propionibacteriaceae

Các chi: Propionibacterium, Friedmaniella, Luteococcus, Microlunatus, Propioniferax, Tessaracoccus

                            Họ Nocardioidaceae

Các chi: Nocardioides, Aeromicrobium, Hongia, Kribbella, Marmoricola

                   Dưới bộ Pseudonocardineae

                            Họ Pseudonocardiaceae

Các chi: Pseudonocardia, Actinobispora, Actinopolyspora, Amycolatopsis, Kibdelosporangium, Prauserella, Saccharomonospora, Saccharopolyspora, Thermocrispum

                            Họ Actinosynnemataceae

                                      Các chi: Actinosynnema, Actinokineospora, Saccharothrix

                            Incertae sedis (chưa xác định)

                                     Các chi: Kutzneria, Streptoalloteichus

                   Dưới bộ Streptosporangineae

                            Họ Streptosporangiaceae

Các chi: Streptosporangium, Acrocarpospora, Herbidospora, Microbispora, Microtetraspora, Nonomuraea, Planomonospora, Planotetraspora

                            Họ Nocardiopsaceae

                                      Các chi: Nocardiopsis, Thermobifida

                            Họ Thermomonosporaceae

Các chi: Thermomonospora, Actinocorallia, Actinomadura, Spirillospora

                   Dưới bộ Glycomycineae

                            Họ Glycomycetaceae

                                      Chi: Glycomyces

                   Dưới bộ Streptomycineae

                            Họ Streptomycetaceae

                                      Các chi: Streptomyces, Kitasatospora

                   Dưới bộ Frankineae

                            Họ Frankiaceae

                                      Chi: Frankia

                            Họ Acidothermaceae

                                      Chi: Acidothermus

                            Họ Geodermatophilaceae

                                      Các chi: Geodermatophilus, Blastococcus

                            Họ Microsphaeraceae

                                      Chi: Microsphaera

                            Họ Sporichthyaceae

                                      Chi: Sporichthya

                            Incertae sedis (chưa xác định)

                                      Chi: Cryptosporangium

         Bộ Bifidobacteriales

                            Họ Bifidobacteriaceae

                                      Các chi: Bifidobacterium, Gardnerella

Dưới lớp Acidimicrobidae

         Bộ Acidimicrobiales

                            Họ Acidimicrobiaceae

                                      Chi: Acidimicrobium

Dưới lớp Coriobacteridae

         Bộ Coriobacteriales

                            Họ Coriabacteriaceae

Các chi: Coriobacter, Atopobium, Collinsella, Cryptobacterium, Denitrobacterium, Eggerthella, Slackia

Dưới lớp Rubrobacteridae

         Bộ Rubrobacteriales

                            Họ Rubrobacteriaceae

                                      Chi: Rubrobacter

Dưới lớp Sphaerobacteridae

         Bộ Sphaerobacteriales

                            Họ Sphaerobacteriaceae

                                      Chi: Sphaerobacter