Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn(Archaea) (tt) pdf

Các nhóm vi khuẩn chủ yếu:
Cổ khuẩn(Archaea) (tt)




Môi trường sống của cổ khuẩn
và giả thuyết về hình thành sự
sống trên trái đất :
Cổ khuẩn được biết đến như
những vi sinh vật thích nghi với
các môi trường có điều kiện cực
đoan (extreme) như nhiệt độ cao
(thermophilic), nơi lạnh giá
(psychrophilic), nồng độ muối cao
(halophilic) hay độ acid cao
(acidophilic) v.v. Đó cũng là một
lý do giải thích tại sao cổ khuẩn lại
khó được phân lập và nuôi cấy
trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Trong giới sinh vật, cổ khuẩn có
các đại diện cư trú ở các điều kiện
nhiệt độ cao hơn cả (Bảng 3, Hình
3), nhiều loài có thể sống ở nhiệt
độ trên 100 C dưới áp suất cao
như ở các miệng núi lửa dưới đáy
đại dương. Cơ chế thích nghi của
tế bào vi sinh vật với nhiệt độ cao
như vậy còn đang được nghiên
cứu. Ở cổ khuẩn, một số phương

thức thích nghi với nhiệt độ cao
được biết đến như tác dụng của
enzyme gyraza trong việc bảo vệ
cấu trúc xoắn của ADN dưới tác
động của nhiệt, hay ete-lipid, nhất
là C
40
-lipid trong màng tế bào của
cổ khuẩn, giúp làm tăng đô bền
vững của màng. Tuy nhiên cổ
khuẩn không chỉ sống ở các môi
trường cực đoan. Ngoài đại dương
cổ khuẩn tồn tại với một số lượng
lớn. Trên đất liền các loài cổ
khuẩn sinh methane ưa ấm có mặt
ở nhiều môi trường khác nhau,
như các bể lên men chất thải hữu
cơ, các chân ruộng lúa ngập nước,
đường tiêu hoá của động vật v.v.

Bảng 3. Nhiệt độ phát triển cao
nhất của các đại diện sinh vật
trên trái đất
Cá
38 C
Côn
trùng 50
Động vật đơn bào
50
Tảo

56
Nấm
60
Vi khuẩn
thường 90
Cổ
khuẩn 113
Khả năng thích nghi đối với các
điều kiện sống cực đoan của cổ
khuẩn là cơ sở để giả thuyết rằng
chúng là những sinh vật sống đầu
tiên xuất hiện trên trái đất. Trái đất
của chúng ta trong thời kỳ đầu có
nhiệt độ rất cao, khoảng 100 C
trở lên, chứa nhiều ammon và khí
methane trong khí quyển, do vậy
những dạng sống đầu tiên phải là
các sinh vật yếm khí và ưa nhiệt
cao (hyper-thermophiles). Với các
đặc điểm sinh lý như tính ưa nhiệt,
sống kỵ khí, sử dụng các chất hữu
cơ và vô cơ là nguồn năng lượng,
các loài cổ khuẩn ưa nhiệt cao có
lẽ phù hợp với dạng sống nguyên
thuỷ mô phỏng theo điều kiện của
trái đất trong thời kỳ đầu. Trong
thực tế, chất chỉ thị mạch isoprene-
lipid thành phần màng tế bào của
cổ khuẩn được tìm thấy trong các
lớp trầm tích có tuổi là 3,8 tỷ năm.

Các nghiên cứu dựa trên trình tự
16S rARN cho thấy cổ khuẩn, đặc
biệt là nhóm cổ khuẩn ưa nhiệt
cao, tiến hoá chậm hơn đáng kể so
với vi khuẩn và sinh vật nhân thật.
Tuy nhiên tốc độ tiến hoá chậm
của cổ khuẩn so với hai lĩnh giới
còn lại có thể do môi trường sống
khắc nghiệt của chúng tạo ra. Cho
đến nay câu hỏi về nguồn gốc sự
sống và vai trò của cổ khuẩn trong
đó vẫn còn đang tiếp tục được
tranh luận.
Hình 3. Một trong những nơi đầu
tiên cổ khuẩn được tìm
thấy: suối nước nóng trong
công viên Quốc gia
Yellowstone (Mỹ).

Phả hệ cổ khuẩn dựa trên trình
tự 16S rARN
Dựa trên so sánh trình tự 16S
rARN các đại diện cổ khuẩn đã
phân lập được chia thành hai nhóm
chính
là Euryarchaeota và Crenarchaeot
a (Hình 4,5). Euryarchaeota là
nhóm cổ khuẩn được biết rõ nhất,
bao gồm nhiều loài sinh methane,
cổ khuẩn ưa mặn, khử sulfat

(Archaeoglobales), Thermoplasma
lates và Thermococcales.
Nhóm Crenarchaeota gồm ba
lớp Desulfococcales, Sulfolobales
và Thermoproteales. Sau này
nhóm cổ
khuẩn Korarchaeota được đề xuất
thêm (Hình 6), tuy nhiên chỉ dựa
trên các trình tự 16S rADN có
được từ các mẫu ADN tách trực
tiếp từ môi trường chứ chưa có đại
diện nào được phân lập và nuôi
cấy trong phòng thí nghiệm.



Hình 4. Các đại diện của
hai nhóm cổ
khuẩn Crenarchaeota và Euryarch
aeota.

Hình 5. Hình thái một số đại
diện của hai nhóm cổ
khuẩn Euryarchaeota và Cren
archaeota

Hình
6 Mối
liên
quan

phả hệ
của ba
nhóm c
ổ
khuẩn
Euryar
Hình
7 Na
noar
chae
um
equit
ans (
cầu
khuẩ
n
chaeot
a và Cr
enarch
aeota v
àKorar
chaeot
a
nhỏ)
trên
bề
mặt I
gnic
occu
s sp.

(cầu
khuẩ
n
lớn)

Gần đây (2002), nhóm nghiên
cứu của giáo sư Stetter, một trong
những nhà nghiên cứu cổ khuẩn
hàng đầu thế giới, công bố sự hiện
diện của nhóm cổ khuẩn thứ
tư,Nanoarchaeota, gồm những cổ
khuẩn có kích thước rất nhỏ với
một đại diện duy nhất được tìm
thấy là Nanoarchaeum
equitans (Hình 7). Loài cổ khuẩn
này có tế bào hình cầu, đường kính
400 nm, sống bám trên bề mặt tế
bào của một loài cổ khuẩn
mới Ignicoccus sp., phân lập từ
mẫu nước nóng ở độ sâu 106 m
dưới đáy biển. Đây là một loài ưa
nhiệt cực đoan, phát triển ở nhiệt
độ tối ưu 75-98 C. Nhiều trình tự
16S rARDN trực tiếp có được từ
môi trường có nhiệt độ cao cũng
khẳng định sự tồn tại và khác biệt
của nhóm Nanoarchaeota so với
các nhóm cổ khuẩn còn lại.

Đa dạng và các nhóm cổ khuẩn

đại diện
Xét về các đặc điểm sinh lý, cổ
khuẩn có thể phân thành bốn nhóm
chính là sinh methane
(methanogens), cổ khuẩn ưa nhiệt
cao (hyper-therrmophiles), cổ
khuẩn ưa mặn (halophiles) và cổ
khuẩn ưa acid (acidophiles) thuộc
lớp Thermoplasmatales với nhiều
đại diện đã được phân lập và
nghiên cứu trong phòng thí
nghiệm (Hình 8).


Hình 8. Đại diện các nhóm cổ
khuẩn chính

Vietsciences-Nguyễn Lân Dũng -
Đinh Thúy Hằng