Vi sinh vật cổ - So sánh vi khuẩn và vi khuẩn cổ

Các vi sinh vật cổ mà trước  đây gọi là các vi khuẩn cổ (Archaeobacteria) là nhóm cơ thể nhân sơ có sớm nhất (khoảng 4 tỷ năm trước đây), được Woese R. và Woese C.R. tách ra thành một nhánh tiến hóa riêng. Những cơ thể còn lại hiện nay thường sống trong các điều kiện khác thường. 

Những nghiên cứu gần đây về nhiệt độ và pH tối ưu của vi khuẩn ưa nhiệt và Archaea cho phép chia vi sinh vật cổ thánh 2 nhóm: Crenarchaeota và Euryarchaeota. Nhóm Crenarchaeota là những vi sinh vật cổ kị khí bắt buộc, ưa nhiệt và  ưa acid (Thermoacidophiles, Thermophiles anaerobies stricts).

So sánh vi khuẩn và vi sinh vật cổ

Nhóm  Euryarchaeota là những vi sinh vật cổ  ưa mặn, sinh  methane (methanogenes) và một vài loài kị khí ưa nhiệt.

Những vi sinh vật cổ (số liệu chủ yếu dựa trên methanogenes) là những đơn bào nhỏ khoảng 1μm có thành tế bào gồm những hợp chất đặc biệt (thay vì murein  ở  đây có  acid talosaminuronic, ester của acid béo mạch không thẳng và glycerol, sự phân nhánh của chuỗi dang ether (-O-) mà không phải dạng ester (-CO-O-) (lipide ether-phytanyl), có nhiều liên kết muối và  hydro trong  protein, có  pseudouracil  ở vị trí  uracil trong RNAt, không có  dihydrouracil, thymine trong vòng bên của RNAt, chất nhân phân tán trong sinh chất với lượng nhỏ (chỉ bằng khoảng 1/3 so với chất nhân của E.coli). DNA của chúng giàu hàm lượng G + X (mối liên kết 3  hydrrogen),  ribosome loại cơ thể nhân sơ, có  intron, có  coenzyme đặc biệt (M), hầu như không có sự  ổn  định về  quinon và  cytochrome.

Chính những  đặc  điểm  đó  đã giúp cho vi sinh vật cổ sống trong những điều kiện khác thường: nhiệt độ cao (có loài sống được ở 250⁰C) dưới 265 atm, chống chịu với lysozyme…

Có 3 nhóm sinh lý và sinh thái quan trọng là:

* Các cơ thể sinh methane (methanogenes),  đây có lẽ là nhánh cổ xưa nhất,  ở các lớp nước sâu, ở  đáy, kị khí, một số loài tìm thấy trong đường tiêu hóa của động vật nhai lại. Phân loại cơ thể sinh methane dựa chủ yếu vào khả năng và cơ chế sinh methane của chúng, gồm có 5 bộ:

- Methanobacteriales,  có các loài: Methanobacterium  ivanovii, M. thermoautotrophicum, M. smithii, M.  fervidus, M. sociabilis.

- Methanococcales, có các loài Methanococcus voltae, M. vannielii, M. thermolithotrophicus.

- Methanomicrobiales, có loài Methanomicrococcus sp.

- Methanosarcinales,  có các loài Methanosarcina mazeii, M. barkeri, M. thermophila, M. acetivorans, Methanothrix sp.

- Methanopyrales có loài Methanopyrus sp.

Những cơ thể sinh methane có thể thực hiện những cơ chế khác nhau tùy theo loài (hầu hết là cơ thể kị khí bắt buộc):

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O (ΔG10 = -135,4 KJ/mol)

CH₃COOH → CH₄ + CO₂ (ΔG10 = -32,5 KJ/mol)

HCOOH + 3H₂ → CH₄ + 2H₂O 

CH₃OH + H₂ → CH4 + H₂O (ΔG10 = -112,5 KJ/mol)

CH₃NH₂ + H₂ → CH₄ + NH₃

(CH₃)₂S + 2H₂ → 2CH₄ + H₂S

Người ta cho rằng những cơ thể sinh methane cùng với cơ thể dinh dưỡng  methane (methanotrophes)  đã làm tuần hoàn nguyên tử carbon trong thời kỳ khí quyển không có hoặc rất ít oxy.

Sự biển đổi từ CO2 thành CH4 được biết ở vi sinh vật cổ có 4 giai đoạn:

* Các cơ thể ưa mặn (halophiles) như Haloarcula, Halobacterium.

Những cơ thể này sống trong môi trường có nồng độ muối cao (ở biển, ở các mỏ muối), hấp thu chất dinh dưỡng chủ yếu là do chênh lệch gradient nồng  độ muối tạo ra, quá trình quang hợp  ở  đây khá  đặc bieet nhờ Bacteriorhodopsine, hợp chất liên kết trong màng sinh chất chứ không phải là khuẩn diệp lục tố (bacteriochlorophyll).

* Các cơ thể ưa nhiệt, ưa acid (Thermoacidophiles), là những cơ thể sống ở nguồn đất - nước nóng, ở vùng núi lửa, chúng là những cơ thể hiếu khí hoặc hiếu kị khí.Ví dụ:

Sulfolobus acidocaldaricus có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 90⁰C và tối ưu là 75⁰C, ở pH tối ưu là 2,5.

Thermoplasma acidophilum có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 65⁰C và tối ưu là 60⁰C, ở pH tối ưu là 1,5.