Sinh học lớp 10/Vi khuẩn/Siêu vi khuẩn

Siêu khuẩn không được phân loại là sinh vật sơ hạch. Siêu khuẩn thường không được xem là sinh vật vì chúng chỉ sinh sản trong tế bào ký chủ khi sống và vì chúng không có tế bào chất là nơi tổng hợp protein và giải phóng năng lượng. Tế bào chủ cung cấp vật chất và năng lượng cũng như enzim cần thiết để tổng hợp ra Siêu khuẩn mới. Vì Siêu khuẩn có thể mã hóa các acid nhân và protein mới nên đôi khi Siêu khuẩn được xem là những gen tự do. Nguồn gốc thật sự của chúng chưa được biết rõ.

Do kích thước quá nhỏ dưới mức phân giải của kính hiển vi thường nên Siêu khuẩn chỉ quan sát được dưới kính hiển vi điện tử. Siêu khuẩn được phân lập đầu tiên là Siêu khuẩn khảm thuốc lá (TMV: tabacco mosaic virus) năm 1935. Chất trích từ thuốc lá nhiễm bệnh là những tinh thể nucleoprotein hình kim, có thể được lưu trử mãi mãi mà không mất khả năng gây bệnh, khó tin rằng đó là bản chất một sinh vật. Nhưng khi cấy những tinh thể này vào thuốc lá triệu chứng bệnh khảm xuất hiện sau đó.

Cấu trúc của Siêu khuẩn

Siêu khuẩn gồm một phần lõi acid nhân và một vỏ protein (capsid). Acid nhân có thể là ARN như ở Siêu khuẩn gây bệnh cho thực vật, hay ADN như gây bệnh cho động vật và Vi khuẩn. Dù cấu trúc đơn giản hình dạng của chúng cũng biến thiên. Một Siêu khuẩn đơn giản có thể gồm vỏ là những bán đơn vị của một loại protein đơn giản bao quanh lỏi acid nhân (capsomere) . Một số Thực khuẩn (Bacteriophage: siêu khuẩn ký sinh vi khuẩn) có cấu trúc phức tạp hơn như Thực khuẩn T4 với phần đầu có chứa ADN, và phần đuôi với các sợi để bám, với cấu tạo của nhiều loại protein. Khi T4 nhiễm vào tế bào vi khuẩn bao đuôi co để bơm ADN vào .

Các loại Siêu khuẩn

Có nhiều cách để phân loại Siêu khuẩn. Có một số trường hợp Siêu khuẩn được đặt tên theo cơ quan hay mô mà chúng nhiễm. Thí dụ, Siêu khuẩn adeno nhiễm trên tuyến trên yết hầu (adenoid lymph), Siêu khuẩn khảm thuốc lá. Ở một số trường hợp khác, tên gọi được đặt theo tên bệnh mà chúng gây ra, thí dụ, Siêu khuẩn polio gây bệnh bại liệt. Sự phân loại Siêu khuẩn còn có thể theo tên của loại sinh vật mà chúng nhiễm, thí dụ, Siêu khuẩn gây bệnh cho côn trùng hay Siêu khuẩn gây bệnh cho thực vật. Siêu khuẩn nhiễm Vi khuẩn được gọi là thực khuẩn. Ngoài ra, còn có các kiểu phân loại khác dựa trên các đặc điểm loại acid nhân (ARN, ADN), cấu trúc, kích thước, sự chuyên biệt ký chủ và khả năng của các globin miễn nhiễm (immunoglobin) phản ứng lại với protein của vỏ.

Sự nhiễm của Siêu khuẩn vào tế bào chủ

Ðể xâm nhập vào tế bào chủ, ADN của Siêu khuẩn phải bám được vào một điểm tiếp nhận chuyên biệt trên bề mặt của tế bào.

Ở những Siêu khuẩn nhiễm động vật, Siêu khuẩn đi nguyên vào tế bào sau đó vỏ protein và acid nucleic tách ra trong tế bào chủ. Siêu khuẩn nhiễm thực vật không có kiểu bám đặc biệt; chúng có thể đi nguyên vào tế bào xuyên qua vách, hay được bơm vào tế bào bởi côn trùng; một lần đi vào trong tế bào cây chủ, Siêu khuẩn được chuyên chở từ phần này đến phần khác trong cây qua ngã mô libe.

Ở Thực khuẩn T4 để xâm nhập vào tế bào Vi khuẩn, trước tiên phần sợi đuôi bám vào bề mặt tế bào chủ. Sau đó bám vào các điểm tiếp nhận trên vách tế bào chủ và tiếp theo đĩa gốc cũng bám vào tế bào chủ, kế đó một lỗ được thành lập trên vách của tế bào Vi khuẩn, tại đây bao đuôi co rút lại và chỉ bơm ADN vào tế bào Vi khuẩn. Trong tế bào chủ, ADN của Thực khuẩn được sao chép và phiên mã nhờ các enzim của tế bào chủ, mARN được dịch mã để tạo các thành phần của vỏ protein. Sau đó, phần đầu của vỏ bao quanh ADN, đuôi, đĩa gốc và các sơûi đuôi được gắn thêm vào. Cuối cùng tế bào chủ vở ra và phóng thích Thực khuẩn (Pha tiêu bào: lytic phase).

Sự sinh sản của Siêu khuẩn

Khi vào trong tế bào chủ và sinh sản, nó đòi hỏi phải có enzim để tổng hợp phần đầu và vỏ protein. Do đó nó phải tạo ra ARN thông tin để tổng hợp vừa enzim và protein vỏ. Nó cần sao chép acid nhân cho Siêu khuẩn mới. Tất cả vật liệu và năng lượng cũng như bộ máy tổng hợp đều được cung cấp bởi tế bào chủ. Các Siêu khuẩn khác nhau không chỉ ở phần lõi acid nhân, một số là sợi đơn ARN, sợi đôi ARN; một số khác là sợi đơn ADN hay sợi đôi ADN, mà còn khác nhau về cách sao chép và biểu hiện của gen.

Thí dụ như ở Siêu khuẩn gây bệnh cúm, có lõi là sợi đơn ARN, ARN này không trực tiếp mã hóa protein, nhưng nhờ enzim replicaz (enzim sao chép) sợi ARN bổ sung được tạo ra, sợi này mã hóa protein của Siêu khuẩn; vì thế sợi này hoạt động như ARN thông tin vừa mã hóa cho nhiều enzim sao chép vừa mã hóa protein vỏ của Siêu khuẩn. Vì dạng nhiễm của ARN không mã hóa cho một loại protein nào nên những Siêu khuẩn này được gọi là Siêu khuẩn sợi âm (negative strand virus).

Một nhóm Siêu khuẩn ARN khác, được gọi là Siêu khuẩn phiên mã ngược (retrovirus), tạo ra ADN bổ sung cho bộ gen trong ARN của nó bằng cách điều khiển ký chủ tổng hợp enzim phiên mã ngược (reverse transcriptaz). Sau đó sợi ADN thứ hai được sao chép và sợi đôi ADN này hòa nhập vào bộ gen tế bào chủ. Tại đây nó làm khuôn cho những bản sao ARN mới để tạo ra những Siêu khuẩn mới trong suốt quá trình sinh sản của Siêu khuẩn.

Siêu khuẩn với sợi đơn ADN trước tiên sao chép sợi bổ sung để tạo ra phân tử ADN dạng vòng trong tế bào chủ. Sợi bổ sung này trở thành khuôn cho ADN của Siêu khuẩn mới cũng như phiên mã ra mARN để tổng hợp enzim của Siêu khuẩn nhờ ribô thể của tế bào chủ. Sợi đôi ADN của Siêu khuẩn tạo ra mARN cần thiết để tạo ra một số enzim của Siêu khuẩn từ cả hai sợi, các enzim này cần thiết cho sự sao chép ADN Siêu khuẩn và cho các loại protein cấu trúc vỏ.

Thực khuẩn T4, với một vài bộ phận cấu thành, chúng được ráp nối lại với nhau qua một quá trình gọi là tự ráp nối (self-assembly) trong đó có những bước không đòi hỏi enzim hay một khuôn mẫu nào. Bộ gen của Siêu khuẩn mã hóa cho sự thành lập các phần khác nhau của Siêu khuẩn. Khi các phần được ráp nối đầy đủ, tế bào bị vỡ ra do một enzim được mã hóa bởi Siêu khuẩn và Siêu khuẩn được phóng thích.

Tiền Siêu khuẩn (Provirus)

Trong pha tiêu bào, sau khi nhiễm vào Vi khuẩn, Siêu khuẩn thường sao chép để tạo ra hàng triệu Siêu khuẩn và sau đó phá hủy tế bào chủ. Tuy vậy, có những trường hợp bộ gen của Siêu khuẩn hòa nhập vào nhiễm sắc thể của tế bào chủ vàì lúc này chúng được gọi là tiền Siêu khuẩn, và được đi vào lộ trình sinh tan (lysogenic pathway), khi hòa nhập bộ gen của Siêu khuẩn chỉ được sao chép khi ADN của tế bào chủ sao chép. Do đó, mỗi tế bào con cũng nhận được một bản sao của bộ gen Siêu khuẩn.

Dưới một số điều kiện nào đó, như tăng chiếu xạ, tiền Siêu khuẩn có thể tách ra từ bộ gen của tế bào chủ và bắt đầu sinh sản nhanh chóng. Sau đó chúng đi vào pha tiêu bào làm cho tế bào chủ vỡ ra. Lợi thế của Siêu khuẩn là khi ở dạng ngũ hay tiền Siêu khuẩn là chúng được sinh sản vô tận và không gây ra một triệu chứng nào để tế bào chủ có thể nhận ra và phản ứng lại.

Có ý kiến cho rằng Siêu khuẩn là những gen di động có thể hòa nhập vào bộ gen của tế bào chủ và có thể tách ra khi có điều kiện thuận lợi. Khi tách ra từ nhiễm sắc thể của tế bào chủ nó có thể mang theo một số gen của tế bào chủ... Một số gen của Siêu khuẩn gây bệnh ung thư đã được tìm thấy hòa nhập vào nhiễm sắc thể của người và những động vật có xương sống khác.

Các bệnh do Siêu khuẩn

Các Siêu khuẩn gây nhiều bệnh cho người như cảm lạnh, cúm, bại liệt, quai bị, bệnh thủy đậu (chicken-pox) và một số dạng của ung thư. Có một số bệnh như bệnh bạch hầu, do Vi khuẩn Corynebacterium diphtheria chỉ gây độc khi kết hợp với thực khuẩn.

Một số Siêu khuẩn gây bệnh cho thực vật, làm giảm năng suất cây trồng, như bệnh khảm thuốc lá, trái đào bị vàng, làm xoắn ngọn ở củ cải đường, hoại tử mô libe, hay tạo ra các bướu lồi. Nhiều bệnh Siêu khuẩn của cây là do côn trùng chuyển vào, chúng sinh sản trong côn trùng mà bề ngoài không làm hại côn trùng.