ĐẠI CƯƠNG VI SINH Y HỌC
Lịch sử môn học
Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), một nhà khoa học người Hà Lan, là người tiên phong trong lĩnh vực vi sinh vật học Ông đã phát minh ra kính hiển vi với khả năng phóng đại đủ để quan sát các sinh vật đơn bào Năm 1676, ông lần đầu tiên quan sát được nguyên sinh động vật và tiếp theo vào năm 1685, ông đã phát hiện ra một số loại vi khuẩn như cầu khuẩn, trực khuẩn và xoắn khuẩn.
Năm 1657 Kircher đã nhìn thấy tác nhân gây bệnh dịch hạch trong máu bệnh nhân
Edward Jenner (1749-1823) là một bác sĩ thú y người Anh nổi tiếng với phát hiện quan trọng trong việc phòng ngừa bệnh đậu mùa Khi còn là sinh viên thực tập tại một trang trại, ông nhận thấy rằng những người phụ nữ chăn nuôi trâu, bò không mắc bệnh đậu mùa vì họ đã từng bị bệnh đậu bò Dựa trên phát hiện này, Jenner đã sử dụng vẩy đậu bò để phát triển một loại vaccine phòng bệnh đậu mùa, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong lịch sử y học.
Louis Pasteur (1822-1895) là nhà bác học lỗi lạc người Pháp, được coi là người sáng lập ngành vi sinh vật và miễn dịch học Ông đã đấu tranh mạnh mẽ chống lại thuyết “Tự sinh” và có những đóng góp quyết định để lật đổ lý thuyết này Trước giữa thế kỷ XVII, nhiều người vẫn tin rằng các sinh vật trên trái đất xuất hiện một cách tự nhiên, điều này được các giáo phái ủng hộ vì nó phù hợp với cách giải thích của họ.
“Thượng đế sinh ra muôn loài”
Sau khi Leewenhoek phát hiện vi sinh vật, người ta nhận thấy rằng chỉ cần một ít nước chiết từ thực vật hoặc động vật để ở nơi ấm áp sẽ xuất hiện nhiều vi sinh vật, ngay cả khi nước đã được đun sôi Một số nhà khoa học cho rằng vi sinh vật có thể tự sinh ra Tuy nhiên, Louis Pasteur đã chứng minh điều ngược lại bằng cách cho nước chiết vào các bình cổ cong sau khi tiệt trùng; kết quả là không có vi sinh vật nào xuất hiện, bất kể thời gian để lâu Thí nghiệm này đã khẳng định rằng không có vi sinh vật tự sinh và Pasteur đã được Viện hàn lâm Pháp trao giải thưởng vào năm 1862 Ông còn có nhiều đóng góp quan trọng khác cho vi sinh y học.
- Năm 1881 Ông đã tìm ra phương pháp tiêm phòng bệnh than
Năm 1885, Louis Pasteur đã thành công trong việc sản xuất vắc xin phòng bệnh dại bằng cách sử dụng nước miếng của chó dại để gây miễn dịch cho thỏ Với lòng say mê khoa học và tinh thần nhân đạo, ông đã chiết xuất não và tuỷ sống của thỏ để phát triển loại thuốc chữa bệnh dại, ngày nay được biết đến là vắc xin phòng bệnh dại.
Louis Pasteur đã cứu sống nhiều người bị chó dại cắn nhờ vào phát minh của mình, mặc dù vào thời điểm đó virus chưa được phát hiện Ông đã thực hiện thí nghiệm lây bệnh dại cho chó bằng cách cho chó dại cắn chó lành, từ đó chứng minh rằng bệnh dại lây truyền qua vết cắn và nước miếng của chó dại Với những đóng góp xuất sắc này, Louis Pasteur được vinh danh là một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất của nhân loại.
Robert Koch (1843-1910) là một bác sĩ thú y người Đức, được xem là một trong những người sáng lập ngành vi sinh y học Những đóng góp xuất sắc của ông đã tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển của ngành này.
- Năm 1876 phát hiện ra vi khuẩn than
- Năm 1878 phát hiện ra các vi khuẩn gây nhiễm vết thương
- Năm 1882 phân lập được vi khuẩn lao
- Năm 1884 phân lập được vi khuẩn tả
- Năm 1890 tìm ra phản ứng tuberculin và hiện tượng dị ứng lao
Robert Koch đã đóng góp quan trọng cho vi sinh y học thông qua học thuyết xác định căn nguyên gây nhiễm trùng, nguyên tắc này hiện đang được áp dụng để nhận diện các vi khuẩn gây bệnh.
A.J.E Yersin (1863-1943), là người Thuỵ Sĩ, Ông là học trò xuất sắc của Louis Pasteur Đóng góp có ý nghĩa nhất của Ông cho vi sinh y học là phát hiện ra vi khuẩn và dây chuyền dich tễ của bệnh dịch hạch ở Hồng Kông Một bệnh tối nguy hiểm và đã nhiều lần gây ra đại dịch toàn cầu, cướp đi hàng triệu sinh mạng Yersin là người Hiệu trưởng đầu tiên của tường đại học Y-Dược Hà Nội Ông mất tại thành phố Nha Trang Việt Nam
Dimitri Ivanovski (1864-1920) là một nhà thực vật học người Nga, nổi tiếng với việc phát hiện ra virus Năm 1892, ông đã sử dụng nước lọc từ lá thuốc bị đốm để nhiễm cho những lá thuốc lành, qua đó chứng minh sự tồn tại của một loại mầm bệnh nhỏ hơn vi khuẩn Phát hiện này sau đó được xác nhận bằng kính hiển vi điện tử, khẳng định rằng đó chính là virus.
Còn rất nhiều các nhà khoa học đã có những đóng góp lớn lao trong lĩnh vực vi sinh y học như:
Năm 1873 Hansen đã ghi nhận được trực khuẩn phong
Năm 1901 Bordet và Gengou đã tìm ra phản ứng kết hợp bổ thể
Năm 1905 Schaudin và Hoffman tìm ra vi khuẩn giang mai
Năm 1929 Fleming tìm ra penicillin, loại kháng sinh được sử dụng trong chiến tranh Thế giới lần thứ II
Năm 1957 Bernet đề ra lý thuyết lựa chọn clon miễn dịch
Năm 1957 Isaacs và Lindeman tìm ra interferon
Năm 1983 Montagnies phát hiện ra HIV.
Những vấn đề hiện nay của vi sinh y học
Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong y học vì chúng là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh nhiễm trùng Do đó, khi bàn về tầm quan trọng của vi sinh vật hiện nay, không thể không nhắc đến tình hình các bệnh nhiễm trùng đang gia tăng.
Các bệnh nhiễm virus như cúm, sởi, viêm gan và dengue xuất huyết đang trở thành vấn đề y tế toàn cầu do thiếu thuốc điều trị đặc hiệu Việc phòng bệnh bằng vắc xin gặp nhiều khó khăn, với nhiều loại virus chưa có vắc xin hiệu quả và giá thành vắc xin hiện có quá cao Gần đây, một số bệnh virus mới như nhiễm trùng hô hấp cấp tính và cúm gia cầm đã xuất hiện, có nguy cơ bùng phát thành dịch toàn cầu Ở các nước phát triển, bệnh nhiễm khuẩn đã được kiểm soát nhờ thuốc kháng sinh và vắc xin, trong khi các nước đang phát triển vẫn đối mặt với thách thức lớn do ngân sách hạn hẹp cho chăm sóc sức khỏe ban đầu, dẫn đến sự lây lan của vi khuẩn gây bệnh Hơn nữa, nguồn cung thuốc kháng sinh và vắc xin cũng không đủ để đáp ứng nhu cầu.
Vấn đề kháng kháng sinh đang trở thành mối quan tâm lớn ở cả các nước phát triển và đang phát triển Những vi khuẩn gây bệnh thông thường như Tụ cầu, trực khuẩn mủ xanh và trực khuẩn đường ruột đang ngày càng kháng lại các loại kháng sinh, dẫn đến chi phí điều trị gia tăng và sự phát triển của các chủng vi khuẩn kháng thuốc trong cộng đồng.
Virus gây khối u và ung thư đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực vi sinh y học Hiện tại, vẫn chưa có phương pháp điều trị đặc hiệu cho các loại virus này, dẫn đến tỷ lệ tử vong vẫn ở mức cao.
Các thành tựu trong lĩnh vực miễn dịch học và di truyền học đã nâng cao khả năng chẩn đoán và điều trị các bệnh nhiễm trùng Nhờ đó, con người đã tích lũy được kiến thức quý giá để phát hiện và phòng ngừa các bệnh do vi sinh vật gây ra.
HÌNH THỂ, CẤU TRÚC, SINH LÝ VÀ DI TRUYỀN VI KHUẨN
Hình thể vi khuẩn
Mỗi loại vi khuẩn có hình thể và kích thước nhất định là nhờ vách của tế bào
Các phương pháp nhuộm soi giúp xác định hình thể và kích thước của vi khuẩn, trong đó hình thể là tiêu chuẩn quan trọng Tuy nhiên, để xác định vi khuẩn chính xác, cần kết hợp với các tiêu chuẩn khác như tính chất sinh vật hoá học, kháng nguyên và khả năng gây bệnh Trong một số trường hợp, hình thể vi khuẩn cùng với dấu hiệu lâm sàng có thể dẫn đến chẩn đoán bệnh chính xác Vi khuẩn được phân loại thành ba loại dựa trên hình thể: cầu khuẩn, trực khuẩn và xoắn khuẩn.
Là những vi khuẩn có dạng hình cầu:
- Tụ cầu là những cầu khuẩn xếp thành từng đám hình chùm nho
- Liên cầu là những cầu khuẩn xếp thành từng chuỗi
- Phế cầu, lậu cầu, não mô cầu là những cầu khuẩn xếp thành từng đôi
Là những vi khuẩn có dạng hình que, dài, ngắn, to, nhỏ khác nhau như lỵ, thương hàn, mủ xanh, phẩy khuẩn tả
Là những vi khuẩn có dạng xoắn hình lò so như giang mai, leptospira
Hình 1.1: Hình thể các loại vi khuẩn
A Cầu khuẩn B Trực khuẩn C Xoắn khuẩn
Cấu trúc
Vi khuẩn là sinh vật đơn bào thuộc nhóm procaryota, có cấu trúc khác biệt so với sinh vật đa bào eucaryota Chúng không có màng nhân, bộ máy phân bào, lưới nội bào, ty thể và lạp thể, điều này khiến cho vi khuẩn có những đặc điểm sinh học riêng biệt.
Nhân tế bào vi khuẩn là một phân tử ADN dạng sợi kép, khép kín, với khoảng 3.000 gen mã hóa cho các chức năng khác nhau Ngoài ra, thông tin di truyền ở vi khuẩn cũng được lưu trữ trong bào tương thông qua plasmid và transposon.
Bào tương chứa nước, muối khoáng, enzyme, sản phẩm chuyển hóa trung gian, protein và ARN Số lượng ribosom trong bào tương phụ thuộc vào mức độ tổng hợp protein của vi khuẩn Ngoài các thành phần hòa tan, bào tương còn có các hạt vùi, là những không bào chứa lipid và glycogen đặc trưng cho từng loại vi khuẩn.
Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc tế bào vi khuẩn
1 Vách màng phân bào, 2 Ribosom, 3 Màng bào tương,
4 Vách, 5 Mạc thể, 6 Nhiễm sắc thể, 7 Lông,
8 Bào tương, 9 Vỏ, 10 Pily chung, 11 Pily giới tính
Màng bào tương, nằm bên trong vách tế bào và bao bọc bào tương, là một màng mỏng, linh động được cấu tạo từ lớp phân tử kép lipid Màng bào tương thực hiện nhiều chức năng quan trọng trong tế bào.
Hấp thu và đào thải chọn lọc các chất
Cung cấp năng lượng cho tế bào và là nơi tập trung các enzyme chuyển hóa và hô hấp
Enzyme ngoại bào được tổng hợp tại màng nguyên sinh chất, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa các chất có phân tử lớn không thể vận chuyển qua màng Để tiêu hóa những chất này, vi khuẩn sử dụng hệ thống enzyme thủy phân, giúp phân giải các phân tử lớn thành các thành phần nhỏ hơn.
Tham gia tổng hợp các thành phần của vách tế bào
Mạc thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân bào, khi tế bào chia đôi, mạc thể thâm nhập vào chất nguyên sinh và tách tế bào thành hai phần Ngoài ra, mạc thể còn là điểm gắn kết cho nhiễm sắc thể trong quá trình này.
Tất cả vi khuẩn đều có vách tế bào ngoại trừ Mycoplasma Vách tế bào vi khuẩn được hình thành từ lớp peptidoglycan, bao gồm đường amin và acid amin, với thành phần acid amin khác nhau tùy theo loại vi khuẩn Đặc biệt, vách tế bào của vi khuẩn Gram dương và Gram âm có cấu trúc khác biệt.
Vách tế bào vi khuẩn Gram dương được cấu tạo từ nhiều lớp peptidoglycan, tạo nên một mạng lưới ba chiều vững chắc Ngoài ra, bề mặt vách tế bào còn được bao bọc bởi acid teichoic hoặc protein, góp phần vào tính chất của vách tế bào.
Vách tế bào vi khuẩn Gram âm chỉ có một lớp peptidoglycan, làm cho nó dễ bị tổn thương bởi lực tác động cơ học Bên ngoài, vách tế bào được bao bọc bởi lipopolisaccharid (LPS), một thành phần nội độc tố của các vi khuẩn gây bệnh và đồng thời là kháng nguyên thân của vi khuẩn Gram âm.
Vách có các chức năng:
Vi khuẩn duy trì hình dạng nhất định nhờ vào áp lực thẩm thấu bên trong, thường cao hơn nhiều so với môi trường xung quanh.
Quyết định tính chất bắt màu trong kỹ thuật nhuộm Gram phụ thuộc vào cấu tạo vách tế bào của vi khuẩn Sự khác biệt giữa vi khuẩn Gram dương và Gram âm là nguyên nhân chính dẫn đến tính chất nhuộm bắt màu khác nhau.
Vách tế bào vi khuẩn là nơi chứa đựng kháng nguyên thân của vi khuẩn, đóng vai trò quan trọng trong quá trình định loại vi khuẩn Đối với vi khuẩn Gram âm, vách tế bào còn là nơi chứa đựng nội độc tố, quyết định độc lực và khả năng gây bệnh của vi khuẩn, từ đó ảnh hưởng đến quá trình nhiễm bệnh và cách điều trị.
Vách tế bào là nơi tác động của nhóm kháng sinh beta lactam và lysozym, đồng thời chứa các receptor đặc hiệu với phage.
Một số vi khuẩn có cấu trúc vỏ được hình thành từ polysaccharid, như E coli, Klebsiella, và phế cầu, hoặc từ polypeptid, như vi khuẩn gây dịch hạch và trực khuẩn than Vỏ vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ chúng khỏi những điều kiện khắc nghiệt.
Các chủng phế cầu không có khả năng tổng hợp vỏ sẽ không gây bệnh và dễ dàng bị tế bào thực bào tiêu diệt Trong khi đó, các phế cầu có vỏ khó bị tiêu diệt hơn do vỏ giúp làm bảo hoà opsonin, hạn chế quá trình thực bào của cơ thể.
Lông là những sợi mảnh và xoắn được tạo thành từ các acid amin dạng D
Có thể mọc xung quanh thân hoặc ở một cực của vi khuẩn Lông giúp cho vi khuẩn có khả năng di động và chỉ có ở một số vi khuẩn
Pyli giống như lông nhưng mảnh và ngắn hơn, chỉ có ở một số vi khuẩn Gram âm Pyli có 2 loại là pyli chung và pyli giới tính
Sinh lý của vi khuẩn
Vi khuẩn có nhu cầu dinh dưỡng rất cao, cần lượng thức ăn tương đương với trọng lượng cơ thể của chúng, trong khi con người chỉ cần khoảng 1% trọng lượng cơ thể Do vi khuẩn sinh sản và phát triển nhanh chóng, chúng cần thức ăn không chỉ để tạo ra năng lượng mà còn để tổng hợp các chất cần thiết cho sự sống.
Vi khuẩn cần các chất dinh dưỡng như acid amin, đường, muối khoáng, nước và các yếu tố phát triển Một số vi khuẩn gây bệnh là ký sinh bắt buộc và chỉ sống được trong tế bào cảm thụ Dinh dưỡng của vi khuẩn được hấp thụ qua màng tế bào, và tính thẩm thấu của màng này có vai trò quan trọng trong quá trình này.
- Chủng loại vi khuẩn: Mỗi loại vi khuẩn có tính thẩm thấu khác nhau
- Tuổi của vi khuẩn: Vi khuẩn non có tính thẩm thấu mạnh hơn vi khuẩn già
- Nồng độ thức ăn: Nồng độ thức ăn ở môi trường cao hơn nồng độ thức ăn trong vi khuẩn, thì tính thẩm thấu càng mạnh
Độ hòa tan của thức ăn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ dinh dưỡng Những loại thức ăn không hòa tan sẽ không thể thẩm thấu vào cơ thể, buộc vi khuẩn phải sử dụng enzyme của chúng để phân hủy và làm tan thức ăn trước khi tiến hành quá trình hấp thu.
Vi khuẩn là những sinh vật siêu nhỏ nhưng có khả năng sinh sản và phát triển nhanh chóng nhờ vào hệ thống enzyme phức tạp Mỗi loại vi khuẩn sở hữu một hệ thống enzyme đặc trưng, cho phép chúng thực hiện các chức năng như dinh dưỡng, hô hấp và chuyển hóa, từ đó hỗ trợ quá trình sinh sản và phát triển của chúng.
Enzyme của vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp, đồng hóa và phân giải các chất dinh dưỡng Chúng là các protein có trọng lượng phân tử lớn và dễ bị phân hủy bởi nhiệt độ Tùy thuộc vào tác dụng của phản ứng hoặc chất bị tác động, enzyme được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
Bảng 1.1 Phân loại enzyme vi khuẩn theo phản ứng
Thuỷ phân Oxy hoá Khử hydro Khử CO2
Hydrolase Oxidase Dehydrogenase Decarboxylase Carboxylase
Bảng 1.2 Phân loại enzyme vi khuẩn theo tác dụng
Protein Glucid Lipid Acid nucleic
Tuỳ theo enzyme có ở trong hay ngoài tế bào vi khuẩn mà phân loại thành enzyme nội bào hay ngoại bào:
Enzyme ngoại bào có tác dụng phân cắt các chất có trọng lượng phân tử lớn thành phân tử nhỏ, để vận chuyển qua màng tế bào
Enzyme nội bào giúp cho quá trình chuyển hóa phức tạp, để tạo ra các chất cần thiết cho tế bào vi khuẩn
Quá trình chuyển hóa không chỉ cung cấp các chất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn mà còn sản sinh ra nhiều hợp chất quan trọng như độc tố, kháng sinh, chất gây sốt, sắc tố và vitamin.
Là quá trình tạo ra năng lượng cần thiết cho sự sống của vi khuẩn Có 3 kiểu chuyển hóa năng lượng:
Hô hấp hiếu khí là quá trình chuyển hóa năng lượng của vi khuẩn hiếu khí, trong đó oxy đóng vai trò là chất nhận điện tử cuối cùng thông qua hệ thống enzyme cytocrom và cytocrom oxidase Quá trình này tạo ra một lượng lớn năng lượng cho vi khuẩn.
Lên men là quá trình chuyển hóa năng lượng của vi khuẩn kỵ khí, diễn ra khi thiếu hoặc không có hệ thống enzyme cytocrom và cytocrom oxidase.
Quá trình chuyển hóa dở dang với chất nhận điện tử cuối cùng là một số chất hữu cơ tạo ra rất ít năng lượng.
Hô hấp hiếu kỵ khí tuỳ tiện là quá trình chuyển hoá năng lượng của vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí tuỳ tiện, trong đó chất nhận điện tử cuối cùng được sử dụng là NO3 và SO4.
3.4 Sinh sản của vi khuẩn:
Vi khuẩn sinh sản theo kiểu trực phân, từ một tế bào ban đầu phân chia thành
2 tế bào mới Ở điều kiện thích hợp, sự phân chia xảy ra rất nhanh: 30 phút đối với
E coli, có vi khuẩn xảy ra chậm: 36 giờ đối với vi khuẩn lao
Sự phát triển của vi khuẩn:
Vi khuẩn cần một môi trường và điều kiện thích hợp để phát triển Môi trường nuôi cấy phải cung cấp đầy đủ các yếu tố dinh dưỡng cần thiết Mặc dù mỗi tế bào vi khuẩn rất nhỏ, nhưng chúng có khả năng sinh sản và phát triển nhanh chóng.
Vi khuẩn phát triển trong điều kiện nhiệt độ hạn chế, với hầu hết các vi khuẩn gây bệnh thích hợp ở khoảng 37°C nhưng vẫn có thể phát triển trong khoảng từ 20 đến 42°C Môi trường pH lý tưởng cho vi khuẩn là khoảng 7.0 Ngoài ra, vi khuẩn cần có khí trường phù hợp; vi khuẩn hiếu khí cần oxy tự do, trong khi vi khuẩn kỵ khí chỉ phát triển trong môi trường không có oxy Một số loại vi khuẩn còn cần có CO2 để sinh trưởng.
Trong môi trường đặc, khi cấy với mật độ thưa, vi khuẩn phát triển thành các khuẩn lạc riêng biệt, mỗi khuẩn lạc là quần thể vi khuẩn xuất phát từ một vi khuẩn ban đầu Từ đặc tính này, có thể tạo ra những canh khuẩn thuần khiết nếu môi trường cấy đủ loãng để ngăn chặn sự dính kết giữa các vi khuẩn Mỗi khuẩn lạc sẽ hình thành một clon thuần khiết, với tất cả các tế bào mang dấu hiệu di truyền và các tính chất sinh lý giống nhau.
Trên môi trường lỏng vi khuẩn phát triển làm đục đều môi trường, lắng cặn hoặc tạo thành váng Sự phát triển trên môi trường lỏng gồm 4 giai đoạn:
- Thích ứng: kéo dài 2 giờ, số lượng vi khuẩn không đổi, vi khuẩn chuyển hóa mạnh chuẩn bị cho phân bào
- Tăng theo hàm số mũ: kéo dài khoảng 10 giờ, số lượng vi khuẩn tăng theo bội số, chuyển hóa vi khuẩn ở mức lớn nhất
- Dừng tối đa: kéo dài 4 giờ, vi khuẩn sinh sản chậm, sự già nua và chết của vi khuẩn tăng lên
- Suy tàn: sự chết tăng lên, số lượng vi khuẩn sống giảm xuống, mặc dù tổng số không thay đổi.
Di truyền vi khuẩn
Di truyền là quá trình bảo tồn các đặc tính qua các thế hệ, dựa trên nguyên tắc sao chép chất liệu di truyền theo cách bán bảo tồn.
Trong quá trình phát triển của vi khuẩn, chất liệu di truyền thường xuyên thay đổi, tạo ra những đặc tính và cá thể mới Những yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi này bao gồm: môi trường sống, sự đột biến gen, và quá trình trao đổi gen giữa các vi khuẩn.
4.1 Do đột biến: Đột biến là sự thay đổi đột ngột một tính chất của một cá thể trong quần thể đồng nhất Đột biến được di truyền, do đó có một clon mới được hình thành từ cá thể đặc biệt này sẽ làm xuất hiện một biến chủng từ chủng hoang dại ban đầu Một số đột biến có ý nghĩa quan trọng đối với vi sinh y học là: Đột biến kháng kháng sinh, đột biến kháng phage, đột biến thay đổi cấu trúc kháng nguyên…
Các tính chất của đột biến:
Đột biến gen là hiện tượng hiếm gặp và không đồng đều, với tần suất biến chủng cho từng đặc tính ở mỗi cá thể khác nhau, dao động trong khoảng từ 10^-4 đến.
Suất đột biến là xác suất xảy ra một đột biến trong một tế bào trong một thế hệ, với giá trị khoảng 10^-5 cho một gen nhất định và khoảng 10^-8 cho một cặp nucleotid cụ thể.
Vững bền: Đặc tính đột biến được duy trì cho thế hệ sau, mặc dù chất chọn lọc không còn
Đột biến xảy ra ngẫu nhiên trước khi có sự tác động của nhân tố chọn lọc Một ví dụ điển hình là đột biến một bước, trong đó mức độ kháng thuốc không phụ thuộc vào nồng độ kháng sinh tiếp xúc, như đột biến kháng streptomycin, rifampicin và erythromycin Ngược lại, đột biến nhiều bước lại cho thấy mức độ kháng thuốc phụ thuộc vào nồng độ kháng sinh.
Nồng độ kháng sinh tiếp xúc có thể dẫn đến các đột biến kháng penicillin, cephalosporin và chloramphenicol Những đột biến này là độc lập và đặc hiệu, nghĩa là việc đột biến một tính chất không ảnh hưởng đến tính chất khác Xác suất xảy ra đột biến kép được tính bằng tích số xác suất của hai đột biến đơn tương ứng Ví dụ, nếu suất đột biến của tính chất A là 10^-5 và tính chất B là b, thì xác suất đột biến kép sẽ được xác định dựa trên hai xác suất này.
10 -7 , thì suất đột biến AB ab là 10 -12
4.2 Do tái tổ hợp kinh điển:
Biến nạp: Là sự vận chuyển 1 đoạn ADN từ vi khuẩn cho nạp vào vi khuẩn nhận Điều kiện:
- Vi khuẩn cho phải được ly giải
- Nhiễm sắc thể của nó được giải phóng và phân cắt thành các đoạn ADN nhỏ
- Vi khuẩn nhận phải ở trạng thái sinh lý đặc biệt cho phép các đoạn ADN nhỏ gắn vào
Hai giai đoạn xảy ra trong quá trình biến nạp: Nhận mảnh ADN và tích hợp mảnh
ADN đã nhận vào nhiễm sắc thể thông qua tái tổ hợp kinh điển
Biến nạp là hiện tượng quan trọng trong sinh học, được ghi nhận ở nhiều vi khuẩn như phế cầu, H influenzae và não mô cầu Kỹ thuật biến nạp này được ứng dụng để chuyển gen tổng hợp insulin vào tế bào E coli, góp phần vào sự phát triển của công nghệ sinh học.
Tải nạp: là sự vận chuyển chất liệu di truyền từ vi khuẩn cho nạp vào vi khuẩn nhận nhờ phage
Tải nạp chung là quá trình mà phage có khả năng mang một đoạn gen từ vi khuẩn và chuyển vào vi khuẩn nhận Chẳng hạn, phage P22 có thể chuyển giao các gen khác nhau từ Salmonella, cho thấy khả năng đa dạng trong việc chuyển nạp gen giữa các vi khuẩn.
Tải nạp hạn chế và đặc hiệu là quá trình mà một phage chỉ có khả năng mang một gen nhất định từ vi khuẩn để nạp vào vi khuẩn nhận Chẳng hạn, phage chỉ mang gen gal.
Tải nạp chung hoàn chỉnh là quá trình mà đoạn gen được tích hợp vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn thông qua tái tổ hợp, giúp nó được nhân lên cùng với nhiễm sắc thể và có mặt ở các thế hệ sau.
Tải nạp chung không hoàn chỉnh xảy ra khi đoạn gen không được nạp vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn nhận, dẫn đến việc gen chỉ tồn tại trong một tế bào con duy nhất khi vi khuẩn phân chia Mặc dù gen được mang sang vẫn biểu hiện ra kiểu hình, nhưng hiện tượng này thường gặp hơn so với tải nạp hoàn chỉnh.
Tiếp hợp là quá trình chuyển giao chất liệu di truyền từ vi khuẩn đực sang vi khuẩn cái khi chúng tiếp xúc Để xảy ra quá trình này, vi khuẩn đực, mang yếu tố F+, cần có pyli giới tính để tạo cầu giao phối.
Các giai đoạn của tiếp hợp:
- Hình thành cầu giao phối, do sự tiếp hợp của 2 tế bào vi khuẩn
- Chuyển gen: Gen được chuyển từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận
- Tích hợp gen chuyển vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn nhận qua tái tổ hợp kinh điển
Tiếp hợp là quá trình thường xảy ra giữa các vi khuẩn cùng loài, nhưng cũng có thể xảy ra giữa các vi khuẩn khác loài, chẳng hạn như E coli với salmonella hoặc Shigella, tuy nhiên tần suất tái tổ hợp trong những trường hợp này là thấp.
Plasmid là các phân tử ADN hình tròn, tồn tại ngoài nhiễm sắc thể và có khả năng tự nhân lên Quá trình nhân lên của plasmid diễn ra đồng bộ với sự nhân lên của nhiễm sắc thể, giúp duy trì số lượng plasmid trên mỗi nhiễm sắc thể trong tế bào con ổn định như tế bào mẹ.
Liên hệ với thực tế
Hiểu rõ cấu trúc tế bào vi khuẩn là yếu tố quan trọng trong việc điều trị và chăm sóc bệnh nhân Đối với vi khuẩn Gram (+), liều lượng kháng sinh cần tăng khi bệnh nặng hơn, trong khi đối với vi khuẩn Gram (-), liều kháng sinh phải giảm để tránh việc tiêu diệt quá nhiều vi khuẩn và giải phóng nội độc tố Để hạn chế sự gia tăng vi khuẩn kháng kháng sinh, cần nắm vững các biến cố di truyền, trong đó plasmid và transposon có vai trò quan trọng trong việc lan truyền gen kháng thuốc qua cơ chế truyền dọc và ngang.
1 Vẽ các loại hình thể và giải thích ý nghĩa của hình thể vi khuẩn
2 Vẽ sơ đồ cấu trúc tế bào vi khuẩn và nêu chức năng các thành phần đó
3 Trình bày các loại hô hấp, chuyển hóa và phát triển của vi khuẩn
4 Bằng những cách nào chất liệu di truyền của vi khuẩn có thể bị thay đổi?
5 Phân tích vai trò của plasmid và transposon với sự kháng kháng sinh của vi khuẩn
ĐẠI CƯƠNG VIRUS
Khái niệm
Virus là những sinh vật vô cùng nhỏ bé (kích thước 10 – 350 nm), nhưng có khả năng biểu hiện tính chất cơ bản của sự sống:
- Gây nhiễm trùng cho tế bào
- Bảo tồn nòi giống qua các thế hệ mà vẫn giữ tính ổn định về đặc điểm sinh học trong tế bào sống cảm thụ.
Đặc điểm sinh học
Virus có các hình thể như hình cầu, hình que, hình sợi, hình khối
Hình 1.3: Các dạng cấu trúc của virus
A Cấu trúc hình khối B Cấu trúc hình xoắn
Acid nucleic: mỗi virus đều phải có một trong 2 loại acid nucleic là ADN hoặc
ARN Những virus có cấu trúc ADN phần lớn đều mang sợi kép Ngược lại, virus mang ARN thì chủ yếu là dạng sợi đơn
Acid nucleic có các chức năng sau:
- Chứa đựng mật mã di truyền của virus
- Quyết định khả năng gây nhiễm trùng của virus cho tế bào sống cảm thụ
- Mang tính kháng nguyên đặc hiệu của virus
- Quyết định chu kỳ nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ
Capsid là cấu trúc bao quanh acid nucleic của virus, chủ yếu được tạo thành từ các phân tử protein và nhiều capsomer Vỏ capsid có thể được sắp xếp theo các dạng đối xứng như xoắn, khối hoặc phức tạp Chức năng của vỏ capsid rất quan trọng trong việc bảo vệ và hỗ trợ acid nucleic của virus.
- Không cho enzym phá hủy acid nucleic
- Giúp cho quá trình bám của hạt virus lên tế bào cảm thụ
- Mang tính kháng nguyên đặc hiệu cho virus
- Giữ cho virus có hình thái và kích thước ổn định
Vỏ envelope của virus là một lớp bao bọc xung quanh capsid, được cấu tạo từ phức hợp protein, lipid và carbohydrate Trên bề mặt vỏ envelope có các gai nhú, thực hiện những chức năng riêng biệt Cấu trúc của envelope đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ virus và hỗ trợ quá trình xâm nhập vào tế bào chủ.
- Tham gia quá trình bám của virus lên tế bào cảm thụ
- Tham gia quá trình lắp ráp và giải phóng virus ra khỏi tế bào cảm thụ
- Giúp cho virus ổn định về hình thể và kích thước
- Tạo nên các kháng nguyên đặc hiệu trên bề mặt virus Kháng nguyên này có khả năng thay đổi tạo nên type virus mới
Virus không có enzyme chuyển hóa và hô hấp, do đó chúng phải sống ký sinh trong các tế bào cảm thụ và không bị ảnh hưởng bởi kháng sinh Tuy nhiên, virus lại sở hữu các enzyme cấu trúc và enzyme sao chép ngược.
Các enzyme cấu trúc là:
- Haemagglutinin là enzyme có khả năng ngưng kết hồng cầu của một số động vật
- Neuraminidase là enzyme giúp cho quá trình bám và xâm nhập của virus vào tế bào cảm thụ
2.3 Sự nhân lên của virus:
Virus chỉ có thể sinh sản trong các tế bào sống cảm thụ, nhờ vào hoạt động của tế bào, virus có khả năng tổng hợp các thành phần cấu trúc và tạo ra các hạt virus mới.
Quá trình nhân lên của virus trong tế bào sống cảm thụ gồm các giai đoạn sau:
2.3.1 Sự hấp phụ của virus lên tế bào cảm thụ:
Mỗi loại virus có cách xâm nhập riêng vào cơ thể để gây bệnh Sau khi vào, virus được vận chuyển qua các dịch gian bào đến các tế bào cảm thụ, nơi chúng gắn vào các receptor đặc hiệu trên bề mặt tế bào.
2.3.2 Sự xâm nhập vào trong tế bào:
Quan trọng nhất là sự xâm nhập của acid nucleic, acid nucleic xâm nhập vào trong tế bào được thực hiện theo 1 trong 2 cách là:
- Nhờ vỏ capsid co bóp bơm acid nucleic vào trong tế bào
- Nhờ cơ chế ẩm bào
2.3.3 Sự tổng hợp các thành phần cấu trúc của virus: Đây là giai đoạn phức tạp nhất trong quá trình nhân lên và phụ thuộc loại acid nucleic của virus Sau khi acid nucleic của virus xâm nhập vào trong tế bào cảm thụ, nó được gắn vào nhiễm sắc thể của tế bào Nhờ đó các thành phần của hạt virus mới được tổng hợp
Các enzyme cấu trúc của virus kết hợp với enzyme từ tế bào cảm thụ giúp lắp ráp các thành phần cấu trúc của virus theo một khuôn mẫu, từ đó tạo ra hạt virus mới.
2.3.5 Sự giải phóng virus ra khỏi tế bào:
Virus được giải phóng ra khỏi tế bào theo 2 cách:
Virus có khả năng phá vỡ vách tế bào sau vài giờ hoặc vài ngày, tùy thuộc vào chu kỳ nhân lên của chúng Quá trình này giải phóng hàng loạt virus ra khỏi tế bào, cho phép chúng tiếp tục một chu kỳ mới trong các tế bào cảm thụ.
- Giải phóng bằng cách nảy chồi: virus có thể giải phóng theo cách nảy chồi từng hạt virus ra khỏi tế bào sau chu kỳ nhân lên
2.4 Hậu quả sự nhân lên của virus trong tế bào:
Sau khi virus xâm nhập và nhân lên trong tế bào, hầu hết các tế bào sẽ bị phá hủy Sự phá hủy tế bào có thể được đánh giá thông qua hiệu quả gây bệnh cho tế bào hoặc các ổ tế bào bị hoại tử.
2.4.2 Làm sai lạc nhiễm sắc thể:
Khi acid nucleic của virus xâm nhập vào nhiễm sắc thể của tế bào, nó có thể gây ra sự đứt gãy, phân nhánh hoặc sắp xếp lại của nhiễm sắc thể Hậu quả đối với phụ nữ mang thai có thể rất nghiêm trọng, bao gồm nguy cơ xảy thai, sinh non, thai chết lưu hoặc sinh ra trẻ với các dị tật bẩm sinh.
Sinh khối u xảy ra khi virus tác động lên kháng nguyên bề mặt của tế bào, dẫn đến việc mất khả năng kiểm soát quá trình sinh sản của tế bào.
2.4.3 Tạo các tiểu thể nội bào:
Các tiểu thể nội bào hình thành khi tế bào nhiễm virus, trong đó hạt virus được tổng hợp nhưng không được giải phóng ra khỏi tế bào Điều này có thể xảy ra do sự tích lũy của các thành phần hạt virus tổng hợp mà chưa được lắp ráp hoàn chỉnh.
2.4.4 Tạo hạt virus không hoàn chỉnh: Đây là những hạt virus chỉ có vỏ, mà không có acid nucleic Những hạt virus này, không có khả năng gây nhiễm trùng cho tế bào cảm thụ, nhưng lại có khả năng giao thoa chiếm acid nucleic của virus khác để trở thành gây bệnh
2.4.5 Gây chuyển thể tế bào:
Sự tích hợp gen virus vào nhiễm sắc thể của tế bào cảm thụ dẫn đến sự ngừng trệ trong hoạt động của tế bào và sự hình thành các tính trạng mới.
2.4.6 Tạo tế bào tiềm tan:
Các virus ôn hoà xâm nhập vào tế bào và tích hợp acid nucleic của chúng vào nhiễm sắc thể của tế bào chủ Khi tế bào mang gen virus ôn hoà gặp kích thích từ các tác nhân sinh học, hóa học và lý học, virus ôn hoà có thể chuyển đổi thành virus độc lực, dẫn đến việc gây ly giải tế bào.
Phòng bệnh và điều trị
Để phòng bệnh không đặc hiệu, cần áp dụng các biện pháp như cách ly tùy thuộc vào loại virus gây bệnh, xử lý chất thải, tiệt trùng và khử trùng dụng cụ cũng như môi trường, đồng thời diệt côn trùng truyền bệnh.
Để phòng ngừa bệnh nhiễm trùng, việc sản xuất vắc xin là rất quan trọng, vì khi được đưa vào cơ thể, vắc xin sẽ kích thích hệ miễn dịch tạo ra phản ứng bảo vệ hiệu quả.
- Vắc xin sống giảm độc lực: bại liệt, sởi
- Vắc xin tái tổ hợp: viêm gan B
- Vắc xin chết: viêm não Nhật Bản, dại
Hiện tại, cả thế giới và Việt Nam vẫn chưa có thuốc đặc hiệu để điều trị các bệnh do virus Vì vậy, việc điều trị triệu chứng trở nên quan trọng và thường được thực hiện theo hai phương hướng chính.
- Thuốc ức chế sự nhân lên của virus như AZT, amantadine, interferon
- Thuốc tăng cường miễn dịch như các loại thảo mộc, gama globulin.
Liên hệ với thực tế
Để giảm thiểu tác động của virus đối với tế bào sống, cần áp dụng các biện pháp phòng ngừa phù hợp, tùy thuộc vào loại virus gây bệnh Các biện pháp này có thể là phòng bệnh chung hoặc phòng bệnh đặc hiệu.
Vì hiện tại chưa có thuốc điều trị đặc hiệu cho các bệnh virus, việc chăm sóc dinh dưỡng và nâng cao sức khỏe trở nên vô cùng quan trọng, giúp tăng cường khả năng hồi phục và giảm thiểu tỷ lệ tử vong.
1 Trình bày hai thành phần cấu trúc cơ bản của virus
2 Trình bày 5 bước sự nhân lên của virus trong tế bào sống cảm thụ
3 Phân tích 7 hậu quả sự nhân lên của virus trong tế bào sống cảm thụ
4 Trình bày nguyên tắc phòng các bệnh do virus gây ra
VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN VÀ TRÊN CƠ THỂ NGƯỜI
Vi sinh vật trong đất
Đất là môi trường lý tưởng cho sự tồn tại và phát triển của vi khuẩn nhờ có nước, không khí và các chất hữu cơ, vô cơ Thành phần vi sinh vật trong đất phụ thuộc vào tính chất của đất và mức độ ô nhiễm từ phân và chất thải của người và động vật Độ nông, sâu của đất cũng ảnh hưởng đến sự phân bố của vi sinh vật Vi sinh vật trong đất tồn tại dưới ba hình thức khác nhau.
Vi sinh vật tự dinh là vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sống và phát triển
Vi sinh vật dị dinh là vi sinh vật có khả năng phân huỷ thực vật và xác động vật có trong đất
Vi sinh vật gây bệnh được thải ra từ cơ thể con người và động vật vào môi trường đất Những vi sinh vật này cần nhiều chất dinh dưỡng và điều kiện thích hợp để tồn tại Do đó, chúng thường dễ bị tiêu diệt sau khi ra khỏi cơ thể, ngoại trừ một số vi khuẩn có khả năng sinh nha bào, cho phép chúng tồn tại lâu dài trong đất.
Vi sinh vật gây bệnh tồn tại trong đất có thể lây truyền sang con người thông qua nguồn đất ô nhiễm Do đó, việc nghiên cứu các vi sinh vật trong đất là rất quan trọng để phát triển các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.
23 pháp phòng trừ các mầm bệnh lan truyền từ đất sang người và góp phần bảo vệ môi trường.
Vi sinh vật có trong nước
Môi trường ẩm ướt là điều kiện lý tưởng cho sự phát triển của vi sinh vật, vì chúng chủ yếu sinh sản trong nước Vi sinh vật trong nước thường xuất phát từ bụi bẩn rơi xuống hoặc từ đất bị ô nhiễm.
Mức độ ô nhiễm của nguồn nước phụ thuộc vào loại nước, với nước hồ, ao, sông, suối thường có mức ô nhiễm cao hơn so với nước biển, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật Những vi sinh vật này, như trực khuẩn thương hàn, trực khuẩn lỵ, phảy khuẩn tả và E.coli, là nguồn gây bệnh rất nguy hiểm cho con người.
Nước trong tự nhiên có khả năng tự thanh khiết nhờ vào ánh sáng mặt trời, sự cạnh tranh sinh tồn giữa các vi sinh vật trong nước, cùng với các chất do thực vật tiết ra.
Vi sinh vật có trong không khí
Không khí không phải là môi trường lý tưởng cho sự phát triển của vi sinh vật do thiếu chất dinh dưỡng và bị chiếu sáng bởi ánh sáng mặt trời, làm giảm số lượng vi sinh vật Tuy nhiên, trong không khí vẫn tồn tại vi sinh vật gây bệnh, chủ yếu do chúng bám theo các hạt bụi Đặc biệt, mức độ ô nhiễm bụi càng cao thì sự đa dạng và phong phú của vi sinh vật gây bệnh trong không khí càng tăng.
Số lượng vi sinh vật trong không khí phụ thuộc vào tình trạng vệ sinh môi trường, trong đó không khí nông thôn có ít vi sinh vật gây bệnh hơn so với không khí thành phố Ngoài ra, không khí trong bệnh viện chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh hơn các khu vực khác.
Các vi sinh vật gây bệnh hô hấp như vi khuẩn bạch hầu, vi khuẩn lao, virus cúm và virus sởi có khả năng lây lan qua không khí, từ người này sang người khác.
Vi sinh vật ký sinh trên cơ thể người
4.1 Vi sinh vật ký sinh trên da và niêm mạc:
Vi sinh vật trên da và niêm mạc thay đổi liên tục theo điều kiện vệ sinh cá nhân và nghề nghiệp Thường gặp nhất trên da là cầu khuẩn Gram dương, như tụ cầu, là loại vi khuẩn không gây bệnh và sống ký sinh trên bề mặt da.
24 vùng hầu – họng Ngoài ra trên da còn có các trực khuẩn Gram dương có khả năng cạnh tranh với các vi khuẩn sống cộng sinh khác
Trên da và niêm mạc tồn tại một số vi khuẩn ký sinh như tụ cầu vàng, liên cầu, và trực khuẩn giả bạch hầu, thường xuất hiện ở những vùng nhất định Số lượng vi khuẩn sống ký sinh trên da thay đổi tùy theo khu vực: vùng đầu, mặt, nách và kẽ ngón tay có mật độ vi khuẩn cao hơn, trong khi vùng ngực, bụng, lưng và tứ chi lại có ít vi khuẩn hơn.
4.2 Vi sinh vật ký sinh ở đường hô hấp:
4.2.1 Vi sinh vật ký sinh ở mũi – họng:
Mũi của con người chứa nhiều loại vi khuẩn ký sinh như tụ cầu, trực khuẩn giả bạch hầu và liên cầu Đặc biệt, từ 20% đến 50% người khỏe mạnh mang vi khuẩn tụ cầu vàng, một loại vi khuẩn có khả năng gây bệnh trong những điều kiện nhất định.
Vùng hầu họng là nơi sinh sống của nhiều loại vi khuẩn, bao gồm Haemophilus influenzae, liên cầu viridans và phế cầu Đặc biệt, tuyến hạnh nhân có sự hiện diện của liên cầu nhóm A, một loại vi khuẩn có khả năng gây ra các bệnh như viêm họng, thấp tim và viêm cầu thận cấp.
4.2.2 Vi sinh vật ở khí quản và phế quản:
Khí quản và phế quản có đặc điểm giải phẫu và sinh lý đặc biệt, được bao bọc bởi lớp chất nhầy niêm dịch và có sự hiện diện của đại thực bào Do đó, khu vực này không có sự tồn tại và phát triển của các vi sinh vật.
4.3 Vi sinh vật ký sinh ở đường tiêu hoá:
4.3.1 Vi sinh vật ký sinh ở miệng:
Miệng là môi trường lý tưởng cho sự phát triển của vi sinh vật Ngay sau khi sinh, trẻ em đã bắt đầu tiếp nhận vi sinh vật từ mẹ trong vòng vài giờ, tạo nên hệ sinh thái vi khuẩn trong khoang miệng.
E coli, liên cầu, tụ cầu… Sau khi sinh khoảng 5 ngày ở họng của trẻ đã có đủ thành phần các vi sinh vật giống như ở người lớn Ở miệng phần lớn là vi khuẩn sống cộng sinh, tuy vậy có một số vi khuẩn gây nên các nhiễm khuẩn tại chỗ như viêm tai, viêm mũi, viêm họng nếu không được phát hiện và điều trị kịp thời vi khuẩn có thể xâm nhập vào máu và gây bệnh toàn thân
4.3.2 Vi sinh vật ở dạ dày:
Dạ dày có môi trường pH rất acid (pH=2), không thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số loại vi khuẩn như vi khuẩn lao và phảy khuẩn tả trong dạ dày Đặc biệt, vi khuẩn này có khả năng sống sót và phát triển trong điều kiện khắc nghiệt của dạ dày.
Helicobacter pylori là căn nguyên gây viêm loét dạ dày và hành tá tràng
4.3.3 Vi sinh vật có ở ruột:
Sau khi sinh vài giờ, trẻ em đã có sự hiện diện và phát triển của các vi sinh vật trong ruột Đối với những trẻ không được nuôi bằng sữa mẹ mà phải sử dụng sữa bò, hệ vi sinh vật trong ruột sẽ tương tự như của người lớn.
Số lượng và chủng loại vi sinh vật trong ruột thay đổi tùy theo vị trí và cấu trúc của ruột Ruột non có ít vi sinh vật do sự hiện diện của các enzyme tiêu hóa, trong khi ruột già lại phong phú vi sinh vật, bao gồm các chủng như Proteus, Klebsiella, Enterobacter và nhiều vi khuẩn kỵ khí khác.
Vi sinh vật trong ruột đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa và hấp thu dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể Bên cạnh đó, chúng còn giúp bảo vệ cơ thể thông qua sự hoạt động của các tế bào lympho, đại thực bào và globulin miễn dịch.
4.4 Vi sinh vật ký sinh ở đường tiết niệu, sinh dục:
Bộ máy sinh dục và tiết niệu thường chứa các vi sinh vật, với nam giới có vi khuẩn Gram âm và tụ cầu tại lỗ niệu đạo, trong khi nữ giới có trực khuẩn E coli, trực khuẩn giả bạch hầu và tụ cầu bên ngoài niệu đạo mà không có vi sinh vật gây bệnh Ở thiếu nữ, âm đạo có trực khuẩn giả bạch hầu và tụ cầu, và trong thời kỳ kinh nguyệt, thường xuất hiện trực khuẩn Doderlein Ngoài các vi khuẩn không gây bệnh, âm đạo cũng có vi khuẩn gây bệnh cơ hội, là những vi khuẩn mà người lành mang và là nguồn lây nhiễm nguy hiểm.
Các đường truyền bệnh
Vi sinh vật gây bệnh tồn tại trong tự nhiên có thể lây truyền sang con người qua hai con đường: trực tiếp và gián tiếp Các vi sinh vật lây qua tiếp xúc trực tiếp bao gồm virus viêm gan B, HIV, giang mai và vi khuẩn lậu Trong khi đó, lây truyền gián tiếp xảy ra qua các môi giới như nước, không khí, thực phẩm và dụng cụ sinh hoạt.
Các vi sinh vật gây bệnh có thể lây truyền qua côn trùng như bọ chét, rận, chấy và muỗi, dẫn đến các bệnh nghiêm trọng ở người như dịch hạch, viêm não Nhật Bản và sốt xuất huyết.
Vi sinh vật cần có một con đường xâm nhập phù hợp để có khả năng gây bệnh Chẳng hạn, trực khuẩn uốn ván sẽ không gây bệnh nếu xâm nhập qua đường tiêu hóa, nhưng khi xâm nhập qua vết thương, nó có thể gây ra bệnh.
Liên hệ với thực tế
Vi sinh vật có mặt rộng rãi trong thiên nhiên và trên cơ thể con người, do đó, việc chú trọng đến vô trùng và tiệt trùng là rất cần thiết trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong quá trình thăm khám và chăm sóc bệnh nhân.
Nắm vững các đường truyền bệnh, góp phần đề ra các biện pháp tốt nhất hạn chế sự lây nhiễm các bệnh nhiễm trùng
1 Trình bày vai trò gây bệnh của vi sinh vật có trong đất, nước và không khí
2 Kể tên các vi sinh vật ký sinh ở họng mũi, miệng, ruột và đường tiết niệu sinh dục
3 Trình bày các đường truyền bệnh của vi sinh vật có trong tự nhiên sang cơ thể người
NHIỄM TRÙNG VÀ CÁC YẾU TỐ ĐỘC LỰC CỦA VI SINH VẬT
Nhiễm trùng
Nhiễm trùng xảy ra khi vi sinh vật gây bệnh xâm nhập vào mô, dẫn đến khả năng xuất hiện bệnh nhiễm trùng Tuy nhiên, không phải mọi trường hợp nhiễm trùng đều gây ra bệnh Những vi sinh vật sống ký sinh trong cơ thể mà không xâm nhập vào mô không được coi là nhiễm trùng.
Trong số các vi sinh vật ký sinh, phần lớn không gây bệnh, nhưng khi sức đề kháng của cơ thể suy giảm, chúng có thể trở thành vi sinh vật gây bệnh cơ hội Nhiễm trùng cơ hội thường xảy ra trong bệnh viện, chủ yếu ảnh hưởng đến bệnh nhân có sức đề kháng yếu, cũng như nhân viên y tế.
Một số vi sinh vật ký sinh đóng vai trò quan trọng trong cơ thể, được gọi là vi sinh vật cộng sinh Tuy nhiên, cũng có những vi sinh vật ký sinh có khả năng gây bệnh, chẳng hạn như Tụ cầu, Liên cầu, phế cầu và E coli.
1.2 Các hình thái nhiễm trùng:
Tuỳ theo biểu hiện của sự nhiễm trùng, mà các loại nhiễm trùng được chia thành các hình thái sau:
Vi sinh vật có thể gây ra rối loạn chức năng trong cơ thể, dẫn đến các triệu chứng nhiễm trùng như sốt, ho và đau Khi tiến hành xét nghiệm, vi sinh vật gây bệnh thường được phát hiện trong các mẫu bệnh phẩm Nhiễm trùng được phân loại thành hai loại chính.
Nhiễm trùng cấp tính là tình trạng bệnh lý với triệu chứng lâm sàng rõ ràng, thường diễn ra trong thời gian ngắn Bệnh nhân có thể hồi phục hoàn toàn hoặc gặp phải tử vong, và trong một số trường hợp, tình trạng này có thể tiến triển thành nhiễm trùng mạn tính.
Nhiễm trùng mạn tính là tình trạng bệnh kéo dài với các triệu chứng lâm sàng không rõ ràng Nguyên nhân chủ yếu thường do các vi khuẩn ký sinh nội bào như lao và hủi.
Bệnh nhân mắc bệnh nhiễm trùng thường không có biểu hiện lâm sàng rõ rệt và vi sinh vật gây bệnh thường không được phát hiện trong mẫu bệnh phẩm Tuy nhiên, có thể quan sát thấy những thay đổi trong công thức máu và hệ miễn dịch của họ.
Nhiễm trùng thể ẩn thường xuất hiện phổ biến hơn so với các loại bệnh nhiễm trùng khác Tỷ lệ mắc bệnh phụ thuộc vào độc lực của vi sinh vật, làm cho nguồn lây bệnh này trở thành một mối nguy hiểm đáng kể.
Vi sinh vật gây bệnh tồn tại trong cơ thể và chỉ phát triển thành bệnh khi gặp điều kiện thuận lợi Tại cộng đồng, có khoảng 30-50% dân số bị nhiễm vi khuẩn lao nhưng không biểu hiện triệu chứng bệnh lao.
Nhiễm HIV có thể dẫn đến sự phát triển của bệnh lao Ngoài ra, lao động quá sức cùng với chế độ ăn uống và sinh hoạt thiếu thốn cũng là nguyên nhân gây bệnh lao.
Nhiễm trùng do virus, đặc biệt là retrovirus như HIV, thường có thời gian ủ bệnh dài.
Mức độ nhiễm trùng phụ thuộc vào sự tương tác giữa khả năng gây bệnh của vi sinh vật, số lượng vi sinh vật xâm nhập, đường xâm nhập vào cơ thể và khả năng đề kháng của cơ thể.
Độc lực của vi sinh vật
Độc lực của vi sinh vật là khả năng gây bệnh của chúng, và điều này phụ thuộc vào đối tượng mà vi sinh vật tấn công Mỗi loại vi sinh vật chỉ có thể gây bệnh cho một số loại động, thực vật nhất định Thông thường, các vi sinh vật gây bệnh cho con người không gây hại cho động vật và ngược lại.
Tuy nhiên, có một số vi sinh vật gây bệnh cho cả hai như: Dịch hạch, trực khuẩn than.
Các yếu tố độc lực của vi sinh vật
3.1 Sự bám vào tế bào:
Việc bám vào tế bào là điều kiện tiên quyết cho vi sinh vật xâm nhập vào mô và gây nhiễm trùng Sự bám dính của virus lên bề mặt tế bào cảm thụ là bước đầu tiên trong quá trình nhân lên của virus Khả năng bám đặc hiệu của vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong độc lực Sự bám vào niêm mạc đường hô hấp, tiêu hóa và sinh dục tiết niệu là khởi đầu cho quá trình bệnh sinh, dẫn đến các bệnh nhiễm trùng.
Cơ chế bám của vi sinh vật xảy ra khi các phân tử bề mặt đặc hiệu của chúng gắn kết với các phân tử tiếp nhận trên bề mặt tế bào cảm thụ.
Yếu tố bám và độc lực của vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong khả năng gây nhiễm trùng tế bào, vì sự bám giúp vi khuẩn gắn chặt vào tế bào chủ và thường đi đôi với độc lực.
Mặc dù nhiều vi khuẩn có độc lực mạnh, nhưng một số vi khuẩn không có độc lực vẫn có khả năng bám vào bề mặt tế bào Ngược lại, một số vi khuẩn độc lực yếu lại không có yếu tố bám tương xứng với độc lực của chúng Điều này cho thấy độc lực là sự kết hợp của nhiều yếu tố khác nhau; tuy nhiên, nếu vi sinh vật không thể bám vào bề mặt tế bào, chúng sẽ không có khả năng xâm nhập và gây bệnh.
3.2 Sự xâm nhập và sinh sản của vi sinh vật:
Xâm nhập đóng vai trò quyết định trong sự phát triển của nhiễm trùng, vì không có xâm nhập thì không thể xảy ra nhiễm trùng Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiều loại vi khuẩn gây bệnh đường ruột có liên quan đến quá trình xâm nhập này.
Vi khuẩn thương hàn có khả năng xâm nhập vào tế bào thông qua quá trình bám dính, dẫn đến sự thoái hóa và hình thành các không bào trong bào tương chứa vi khuẩn Đồng thời, quá trình tái sinh của nhung mao cũng diễn ra.
Sự xâm nhập của vi khuẩn lỵ vào niêm mạc đường ruột phụ thuộc vào sự hiện diện của kháng nguyên polysaccharid trên bề mặt tế bào vi khuẩn, đặc biệt là các chuỗi đặc hiệu tạo nên khuẩn lạc dạng S Mặc dù có thể có một số yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình xâm nhập và tồn tại của vi khuẩn, nhưng những yếu tố này vẫn chưa được xác định rõ ràng.
Vi khuẩn lậu xâm nhập vào niêm mạc đường sinh dục khác với vi khuẩn thương hàn; chúng tiếp xúc với vi nhung mao của biểu mô trụ và được bao bọc bởi một lớp áo ngoài Tuy nhiên, lậu cầu không gây hoại tử tế bào như vi khuẩn thương hàn Qua một quá trình tương tự thực bào, lậu cầu xâm nhập vào tế bào biểu mô và bị giam trong các không bào, sau đó sinh sản và lây lan từ tế bào bị nhiễm ban đầu.
Khác với các vi khuẩn xâm nhập vào tế bào chủ, vi khuẩn gây bệnh bằng ngoại độc tố như vi khuẩn tả, ho gà và bạch hầu không xâm nhập vào tế bào Chúng gây tổn hại cho màng tế bào, sinh sản trên màng nhầy niêm mạc và sản xuất ngoại độc tố Những độc tố này thấm vào tế bào, gây ra các tác dụng nghiêm trọng cho cơ thể.
3.3 Độc tố: Độc tố là những chất độc của vi sinh vật Độc tố được chia làm 2 loại: ngoại độc tố và nội độc tố
Bảng 1.3: So sánh ngoại độc tố và nội độc tố
Tính chất Ngoại độc tố Nội độc tố Định nghĩa Chất độc do vi khuẩn tiết ra môi trường bên ngoài
Chất độc do vi khuẩn tiết ra và gắn ở vách vi khuẩn
Vi khuẩn có Uốn ván, bạch hầu, tả Vi khuẩn Gram (-) Độc lực Rất độc Ít độc hơn ngoại độc tố
Bản chất hoá học Glycoprotein Lipopolisaccharid (LPS)
Chịu được nhiệt độ cao Không Chịu được
Tính kháng nguyên Mạnh Yếu
Dùng sản xuất vắc xin Tốt Không
Một số enzyme ngoại bào liên quan đến khả năng gây bệnh, nhưng chúng thường ít độc hại Hyaluronidase là enzyme duy nhất có vai trò gây bệnh được biết rõ, trong khi các loại enzyme khác vẫn chưa được chứng minh đầy đủ về tác động của chúng.
Hyaluronidase là một enzyme quan trọng trong quá trình xâm nhập của vi khuẩn, vì nó có khả năng phân huỷ acid hyaluronic trong tổ chức liên kết, tạo điều kiện cho vi khuẩn xâm nhập vào mô Nhiều loại vi khuẩn Gram dương sản xuất enzyme này, góp phần vào khả năng gây bệnh của chúng.
Coagulase là enzyme được tiết ra bởi tụ cầu vàng và một số vi khuẩn khác, có khả năng kích hoạt plasma máu để chuyển đổi thành fibrin Fibrin lắng đọng xung quanh vi khuẩn và khu vực tổn thương do vi khuẩn gây ra, từ đó ngăn chặn quá trình thực bào và làm giảm hiệu quả của kháng thể cũng như kháng sinh.
Fibrinolyzin, do tụ cầu vàng và liên cầu sản xuất, có khả năng kích hoạt plasminogen thành plasmin, từ đó làm tan sợi huyết Điều này dẫn đến việc tăng cường sự lan tràn của vi khuẩn gây bệnh.
Hemolyzin: Do một số vi khuẩn Gram (+) và Gram (-) tiết ra có vai trò quan trọng trong chẩn đoán vi sinh vật
Protease: Do phế cầu và một số cầu khuẩn tiết ra, có tác dụng thuỷ phân IgA làm mất tác dụng của kháng thể này
3.5 Một số kháng nguyên bề mặt có tác dụng chống thực bào:
Kháng nguyên vỏ của một số vi khuẩn như Phế cầu, H influenzae, liên cầu và dịch hạch có khả năng chống lại sự thực bào bằng cách bão hoà opsonin, giúp vi khuẩn tồn tại và gây bệnh Tuy nhiên, vỏ của một số vi khuẩn đường ruột như Klebsiella và E coli không có tác dụng tương tự.
Kháng nguyên bề mặt của vi khuẩn thương hàn, được gọi là kháng nguyên Vi, từng được cho là có vai trò quan trọng trong độc lực của vi khuẩn Tuy nhiên, quan điểm này hiện nay đã không còn được chấp nhận.
3.6 Các phản ứng quá mẫn:
