Vi sinh vật là những sinh vật có kích thước nhỏ bé, thường chỉ quan sát được dưới kính hiển vi. Dựa vào thành phần cấu tạo, vi sinh vật được chia thành các nhóm như hình 20.1.

Hình 20.1. Sơ đồ phân chia các nhóm vi sinh vật

Mặc dù khác nhau về hình dạng, kích thước và cấu tạo cơ thể nhưng vì có kích thước tế bào nhỏ, cấu tạo đơn giản nên các vi sinh vật thường có đặc điểm chung là tốc độ chuyển hóa vật chất và năng lượng nhanh, sinh trưởng, sinh sản nhanh và phân bố rộng.

Vi sinh vật phân bố gần như ở khắp mọi nơi trên Trái Đất và trên các cơ thể sinh vật khác. Đa số các vi sinh vật là loại nhân sơ. Archaea là loại sinh vật nhân sơ đơn bào, có những đặc điểm giống với vi khuẩn nhưng lại có họ hàng gần với sinh vật nhân thực. Nhiều loại Archaea được gọi là vi sinh vật cực đoan sống được ở những nơi có điều kiện cực kì khắc nghiệt như loài Thermococus piezophilus (H 20.2a) sống ở hang động sâu dưới đáy biển, nơi có áp suất cao gấp 1 200 lần áp suất khí quyển hay loài Halobacterium salinarum (H 20.2b) chịu được môi trường có nồng độ muối cao gấp 10 lần độ mặn của nước biển. Đặc biệt, có loài vi khuẩn Deinococcus radiodurans (H 20.2c) sống được ở nơi có mức phóng xạ cao gấp 3 000 lần mức gây chết người, loài này còn sống được trong môi trường chân không, acid, nhiệt độ thấp và thiếu dinh dưỡng. Một số loài vi khuẩn có thể sống được ở nơi có nhiệt độ âm hàng chục độ như Planoccocus halocryophylus (H 20.2d), số khác lại có thể sống được ở các miệng thủy nhiệt có nhiệt độ cao đủ luộc chín mọi sinh vật khác.

Hình 20.2. Một số vi sinh vật có khả năng chịu đựng được điều kiện khắc nghiệt

Vi sinh vật là nhóm sinh vật có kích thước rất nhỏ, thường chỉ quan sát được dưới kính hiển vi. Vi sinh vật được chia thành vi sinh vật nhân sơ gồm vi khuẩn, Archaea và vi sinh vật nhân thực gồm vi tảo, vi nấm, nguyên sinh động vật.

Vi sinh vật có nhiều kiểu dinh dưỡng khác nhau, những vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp được các chất hữu cơ cần thiết từ các chất vô cơ được gọi là vi sinh vật tự dưỡng. Ngược lại, những vi sinh vật tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết từ các chất hữu cơ có sẵn trong thức ăn được gọi là vi sinh vật dị dưỡng. Dựa vào nguồn năng lượng và nguồn carbon mà vi sinh vật sử dụng, có thể chia các hình thức dinh dưỡng của chúng thành bốn kiểu như bảng 20.

Bảng 20. Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật

Hình thức dinh dưỡng	Nguồn năng lượng	Nguồn carbon	Các loại vi sinh vật điển hình
Quang tự dưỡng	Ánh sáng	CO2, HCO3 hoặc các chất vô cơ tương tự	Vi sinh vật quang hợp (vi khuẩn lam, trùng roi, tảo)
Hóa tự dưỡng	Chất vô cơ (H2S, NH3 hoặc Fe 2+)	CO2, HCO3 hoặc các chất vô cơ tương tự	Chỉ một số vi khuẩn và Archaea (vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn oxy hóa hydrogen,…)
Quang dị dưỡng	Ánh sáng	Chất hữu cơ	Chỉ một số vi khuẩn và Archaea (vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục và màu tía)
Hóa dị dưỡng	Chất hữu cơ	Chất hữu cơ	Nhiều vi khuẩn, nấm, động vậ nguyên sinh

 

Có nhiều phương pháp nghiên cứu vi sinh vật như quan sát, phân lập và nuôi cấy, phản tích hoá sinh, phân tích di truyền,…

a. Phương pháp quan sát

– Quan sát là phương pháp cơ bản được áp dụng khi nghiên cứu nhiều cấp độ tổ chức sống. Trong nghiên cứu vi sinh vật, phương pháp này được sử dụng để nghiên cứu hình thái, kích thước và cấu tạo tế bào vi sinh vật.

– Có nhiều phương pháp làm tiêu bản, từ đơn giản đến phức tạp như làm tiêu bản soi tươi, làm tiêu bản tạm thời, làm tiêu bản cố định kết hợp với nhuộm màu…

Soi tươi: có thao tác đơn giản, tiến hành nhanh, thường được sử dụng để quan sát trạng thái sống của tế bào vi khuẩn. Dùng lam kinh làm tiêu bản, sử dụng lamen đề đậy lên các tiêu bản hoặc lam kính lõm có thể quan sát khả năng di động của vi khuẩn.

Nhuộm đơn: là phương pháp tương đối nhanh chóng và hữu ích để kiểm tra sự hiện diện và đánh giá sơ bộ về hình ảnh, tinh chất bắt màu, cách sắp xếp của vi khuẩn cũng như hình thái tế bào. Chúng thường được nhuộm bằng thuốc nhuộm chuyên dụng như xanh methylene hoặc tím kết tinh hoặc đỏ fuchsin để tăng độ tương phản, giúp việc quan sát rõ nét hơn. Phương pháp này chỉ cần một bước nhuộm duy nhất.

Nhuộm Gram: Kĩ thuật nhuộm này được đặt theo tên của Hans Christian Gram, có ý nghĩa quan trọng trong việc định loại vi khuẩn. Đây là phương pháp được sử dụng để phân biệt vi khuẩn Gr⁺ và Gr^– Nhuộm Gram sử dụng bốn loại thuốc thử khác nhau: xanh methylene, tím kết tinh, ethyl alcohol 95% và Sapranine. Dựa vào kết quả nhuộm Gram, các bác sĩ có thể lựa chọn được loại thuốc hiệu quả để điều trị các bệnh nhiễm khuẩn (H 20.3).

Hình 20.3. Quy trình nhuộm gram

b. Phương pháp phân lập và nuôi cấy vi sinh vật

Muốn nghiên cứu các vi sinh vật như vi khuẩn, vi nấm, trước hết cần nuôi cấy chúng ở dạng thuần khiết, không lẫn với các loại vi sinh vật khác. Để làm được điều này, các nhà khoa học sử dụng phương pháp phân lập, nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường thạch. Mẫu vật chứa vi khuẩn hoặc vi nấm được pha loãng trong nước đã được tiệt trùng sao cho khi dùng dung dịch này phết lên bề mặt thạch đặc, mỗi tế bào vi khuẩn phát triển tạo thành một khuẩn lạc riêng rẽ. Khuẩn lạc là một tập hợp các tế bào được sinh ra từ một tế bào ban đầu trên môi trường thạch và có thể quan sát được bằng mắt thường (H 20.4).

Hình 20.4. Nuôi cấy tạo khuẩn lạc vi khuẩn (mỗi đốm trắng trong đĩa thạch là một khuẩn lạc)

Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật thường được áp dụng là phương pháp quan sát, phương pháp phân lập và nuôi cấy vi sinh vật