Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn (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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn (tt) Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn(Archaea) (tt)Môi trường sống của cổ khuẩnvà giả thuyết về hình thành sựsống trên trái đất :Cổ khuẩn được biết đến nhưnhững vi sinh vật thích nghi vớicác môi trường có điều kiện cựcđoan (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 mộtlý do giải thích tại sao cổ khuẩn lạikhó được phân lập và nuôi cấytrong điều kiện phòng thí nghiệm.Trong giới sinh vật, cổ khuẩn cócác đại diện cư trú ở các điều kiệnnhiệt độ cao hơn cả (Bảng 3, Hình3), nhiều loài có thể sống ở nhiệtđộ trên 100 C dưới áp suất caonhư ở các miệng núi lửa dưới đáyđại dương. Cơ chế thích nghi củatế bào vi sinh vật với nhiệt độ caonhư vậy còn đang được nghiêncứu. Ở cổ khuẩn, một số phươngthức thích nghi với nhiệt độ caođược biết đến như tác dụng củaenzyme gyraza trong việc bảo vệcấu trúc xoắn của ADN dưới tácđộng của nhiệt, hay ete-lipid, nhấtlà C40-lipid trong màng tế bào củacổ khuẩn, giúp làm tăng đô bềnvững của màng. Tuy nhiên cổkhuẩn không chỉ sống ở các môitrường cực đoan. Ngoài đại dươngcổ khuẩn tồn tại với một số lượnglớn. Trên đất liền các loài cổkhuẩn sinh methane ưa ấm có mặtở nhiều môi trường khác nhau,như các bể lên men chất thải hữucơ, các chân ruộng lúa ngập nước,đường tiêu hoá của động vật v.v.Bảng 3. Nhiệt độ phát triển caonhất của các đại diện sinh vậttrên 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 cácđiều kiện sống cực đoan của cổkhuẩn là cơ sở để giả thuyết rằngchúng là những sinh vật sống đầutiên xuất hiện trên trái đất. Trái đấtcủa chúng ta trong thời kỳ đầu cónhiệt độ rất cao, khoảng 100 Ctrở lên, chứa nhiều ammon và khímethane trong khí quyển, do vậynhững dạng sống đầu tiên phải làcác sinh vật yếm khí và ưa nhiệtcao (hyper-thermophiles). Với cácđặc điểm sinh lý như tính ưa nhiệt,sống kỵ khí, sử dụng các chất hữucơ và vô cơ là nguồn năng lượng,các loài cổ khuẩn ưa nhiệt cao cólẽ phù hợp với dạng sống nguyênthuỷ mô phỏng theo điều kiện củatrái đất trong thời kỳ đầu. Trongthực tế, chất chỉ thị mạch isoprene-lipid thành phần màng tế bào củacổ khuẩn được tìm thấy trong cáclớp trầm tích có tuổi là 3,8 tỷ năm.Các nghiên cứu dựa trên trình tự16S rARN cho thấy cổ khuẩn, đặcbiệt là nhóm cổ khuẩn ưa nhiệtcao, tiến hoá chậm hơn đáng kể sovới vi khuẩn và sinh vật nhân thật.Tuy nhiên tốc độ tiến hoá chậmcủa cổ khuẩn so với hai lĩnh giớicòn lại có thể do môi trường sốngkhắc nghiệt của chúng tạo ra. Chođến nay câu hỏi về nguồn gốc sựsống và vai trò của cổ khuẩn trongđó vẫn còn đang tiếp tục đượctranh 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 trìnhtự 16S rARNDựa trên so sánh trình tự 16SrARN các đại diện cổ khuẩn đãphân lập được chia thành hai nhómchínhlà Euryarchaeota và Crenarchaeota (Hình 4,5). Euryarchaeota lànhóm cổ khuẩn được biết rõ nhất,bao gồm nhiều loài sinh methane,cổ khuẩn ưa mặn, khử sulfat(Archaeoglobales), Thermoplasmalates và Thermococcales.Nhóm Crenarchaeota gồm balớp Desulfococcales, Sulfolobalesvà Thermoproteales. Sau nàynhóm cổkhuẩn Korarchaeota được đề xuấtthêm (Hình 6), tuy nhiên chỉ dựatrên các trình tự 16S rADN cóđược từ các mẫu ADN tách trựctiếp từ môi trường chứ chưa có đạidiện nào được phân lập và nuôicấy trong phòng thí nghiệm.Hình 4. Các đại diện củahai nhóm cổkhuẩn Crenarchaeota và Euryarchaeota.Hình 5. Hình thái một số đại diện của hai nhóm cổ khuẩn Euryarchaeota và Cren archaeotaHình Hình6 Mối 7 Naliên noarquan chaephả hệ umcủa ba equitnhóm c ans (ổ cầukhuẩn khuẩEuryar nchaeot nhỏ)a và Cr trênenarch bềaeota v mặt IàKorar gnicchaeot occua s sp. (cầu khuẩ n lớn) Gần đây (2002), nhóm nghiêncứu của giáo sư Stetter, một trongnhững nhà nghiên cứu cổ khuẩnhàng đầu thế giới, công bố sự hiệndiện của nhóm cổ khuẩn thứtư,Nanoarchaeota, gồm những cổkhuẩn có kích thước rất nhỏ vớimột đại diện duy nhất được tìmthấy là Nanoarchaeumequitans (Hình 7). Loài cổ khuẩnnày có tế bào hình cầu, đường kính400 nm, sống bám trên bề mặt tếbào của một loài cổ khuẩnmới Ignicoccus sp., phân lập từmẫu nước nóng ở độ sâu 106 mdưới đáy biển. Đây là một loài ưanhiệt cực đoan, phát triển ở nhiệtđộ tối ưu 75-98 C. Nhiều trình tự16S rARDN trực tiếp có được từmôi trường có nhiệt độ cao cũngkhẳng định sự tồn tại và khác biệtcủa nhóm Nanoarchaeota so vớicác nhóm cổ khuẩn còn lại.Đa dạng và các nhóm cổ khuẩnđại diệnXét về các đặc điểm sinh lý, cổkhuẩn có thể phân thành bốn nhómchính là sinh methane(methanogens), cổ khuẩn ưa nhiệtcao (hyper-therrmophiles), cổkhuẩn ưa mặn (halophiles) và cổkhuẩn ưa acid (acidophiles) thuộclớp Thermoplasmatales với nhiềuđại diện đã được phân lập vànghiên cứu trong phòng thínghiệm (Hình 8).Hình 8. Đại diện các nhóm cổkhuẩn chínhVietsciences-Nguyễn Lân Dũng -Đinh Thúy Hằng ...