Vi khuẩn cổ, Archaea là một nhóm vi sinh vật tương tự nhau nhưng khác biệt về mặt tiến hóa với vi khuẩn.
Archaea có thể có hình cầu, hình que, hình xoắn ốc, hình thùy, hình chữ nhật hoặc hình dạng không đều. Một loài hình vuông, dẹt bất thường sống ở các vũng nước mặn cũng đã được phát hiện. Một số tồn tại dưới dạng tế bào đơn lẻ, số khác tồn tại dưới dạng sợi hoặc cụm.
Cho đến những năm 1970, nhóm vi sinh vật này được phân loại là vi khuẩn.
Nhiều vi khuẩn cổ đã được tìm thấy sống trong môi trường khắc nghiệt, ví dụ như ở áp suất cao, nồng độ muối hoặc nhiệt độ. Những loại sinh vật này được gọi là extremophiles. Thành tế bào của chúng có cấu trúc khác với cấu trúc của vi khuẩn và được cho là ổn định hơn trong điều kiện khắc nghiệt, giúp giải thích tại sao một số vi khuẩn cổ có thể sống ở nhiều môi trường khắc nghiệt nhất trên Trái đất.
Ví dụ về môi trường sống của vi khuẩn cổ là các suối nước nóng sôi và các mạch nước phun như ở Công viên Đá Vàng, Hoa Kỳ và băng như các đại dương Bắc Cực và Nam Cực, vốn vẫn đóng băng gần như quanh năm.
Tại sao vi khuẩn cổ không gây bệnh?
Đối với một vi khuẩn, sinh bệnh học về cơ bản là một ý tưởng tồi. Từ quan điểm nhân cách hóa, tại sao bạn lại giết vật chủ đang cung cấp thức ăn và chỗ ở miễn phí cho bạn? Đây chẳng phải là một lỗi phán đoán thiếu suy nghĩ sao? Chắc chắn một cách tiếp cận tốt hơn nhiều để nhân giống con cháu là trốn vào một góc và hy vọng mình không bị chú ý? Bằng cách giảm thiểu gánh nặng cho chủ nhà – hoặc tốt hơn là cung cấp cho họ một số dịch vụ – họ có nhiều khả năng chấp nhận hoặc thậm chí khuyến khích sự hiện diện của bạn.
Cách tiếp cận này được nhiều vi khuẩn thực hiện – mang lại khả năng trao đổi chất tăng lên (khả năng tiêu hóa, chuyển đổi hoặc tạo ra các phân tử quan tâm) cho vật chủ khiến vị khách nhân sơ trở thành một đề xuất hấp dẫn hơn.
Do đó, bệnh do vi khuẩn phải xảy ra chủ yếu thông qua cơ hội và cạnh tranh: vi khuẩn xâm nhập vào vật chủ thông qua hàng rào bị tổn thương và sau đó (không phù hợp) sử dụng các cơ chế để cạnh tranh nguồn tài nguyên (sản xuất siderophores để cô lập sắt, giải phóng các phân tử độc hại) hoặc gây tổn hại vật lý cho vật chủ. tế bào bằng cách tăng sinh trong các mô.
Cho đến nay, vi khuẩn cổ chiếm ưu thế được phát hiện ở người (và các động vật khác) là vi khuẩn methanogen. Các loài sinh methanogen bản địa ở người rất khó phát hiện, đòi hỏi các quy trình cụ thể để phá vỡ thành tế bào của chúng để tách ADN. Họ có mang lại cho vật chủ lợi thế về trao đổi chất không? Các methanogen hydrootrophic, làm giảm carbon dioxide bằng hydro để tạo ra khí mê-tan, cạnh tranh với các vi khuẩn khử sunfat, phát triển nhanh hơn để tạo ra hydro. Sự hiện diện của khí metan thay vì hydro sunfua có tính phản ứng cao, gây tổn hại ADN trong ruột có khả năng gián tiếp bảo vệ chống lại các rối loạn đường ruột như viêm loét đại tràng và ung thư đại trực tràng.
Methanomassiliicoccales được mô tả gần đây có khả năng giải độc metanol do các cư dân đường ruột khác tạo ra thông qua quá trình khử hydro thành metan.
Acetoclastic methanogens có thể làm giảm béo phì thông qua việc tiêu thụ axetat mà vật chủ của chúng sẽ sử dụng.
Vì vậy, vi khuẩn cổ có thể là những vị khách được chào đón, nhưng chúng có bao giờ thể hiện hành vi chống đối xã hội không?
Bằng chứng ngày càng tăng cho thấy vi khuẩn cổ có thể tạo ra mầm bệnh cơ hội: Methanobrevibacter smithii, rõ ràng là methanogen dồi dào nhất trong ruột người, đã được báo cáo là được tìm thấy thường xuyên hơn trong các mẫu phân của bệnh nhân mắc bệnh túi thừa so với người khỏe mạnh. M. smithii không acetoclastic cũng đã được báo cáo là làm tăng tình trạng béo phì ở các mô hình chuột không có mầm bệnh khi được nuôi tổng hợp với Bacteroides thetaiotaomicron. Methanobrevibacter oralis được tìm thấy trong và xung quanh nướu của khoảng 5% đối tượng khỏe mạnh nhưng thường xuyên hơn tới 10 lần ở những bệnh nhân có triệu chứng viêm nha chu.
Gần đây, sinh vật tương tự này được tìm thấy trong 40% trường hợp áp xe não ở người nhưng chỉ có 10% ở trường hợp đối chứng. Việc tiêm một triệu tế bào M. oralis vào não của 22 con chuột dẫn đến tỷ lệ tử vong là 77% sau bảy ngày, so với không có trường hợp tử vong nào ở 14 nhóm đối chứng được tiêm đệm. Tất nhiên, việc tiêm một triệu tế bào sống của hầu hết các loài vi sinh vật vào não chuột dường như có thể gây ra vấn đề, nhưng methanogens dường như không khác. Mặc dù những nghiên cứu này có quy mô tương đối nhỏ và không có nghiên cứu nào có số liệu thống kê 100% mà chúng tôi muốn đáp ứng các định đề của Koch, nhưng vi khuẩn thường ở cùng một vị trí.
Viêm màng não có thể do cả virus và vi khuẩn gây ra – thậm chí viêm màng não do vi khuẩn là do các sinh vật khác nhau gây ra. Ở Hoa Kỳ, các trường hợp viêm màng não do vi khuẩn thường có thể được quy cho khoảng 45% Haemophilusenzae và khoảng 16% mỗi loài Neisseria meningitidis và Streptococcus pneumoniae (với tỷ lệ của hai loài sau thay đổi theo mùa). Điều này khiến gần 20% trường hợp có thể do các sinh vật khác nhau gây ra. Không ai thắc mắc rằng bất kỳ sinh vật nào trong số này đều có khả năng gây bệnh.
Tại sao việc chứng minh một cách thuyết phục cơ chế bệnh sinh của vi khuẩn cổ lại khó đến vậy? Khả năng phát hiện vi khuẩn cổ của chúng tôi chắc chắn là một trở ngại. Các phương pháp tách chiết ADN cải tiến đã chứng minh rằng methanogens phổ biến trong ruột người hơn những gì chúng ta nghi ngờ trước đây. Mô tả gần đây về các dòng dõi cổ xưa, chưa được canh tác, được gán cho nhánh Asgard cũng đã được hỗ trợ bởi những tiến bộ trong phương pháp giải trình tự và tin sinh học thông lượng cao để phân tích những dữ liệu này.
Một khả năng khác là chúng ta chưa nhận ra các triệu chứng của bệnh do vi khuẩn cổ. Sự giống nhau của một số vi khuẩn cổ, chẳng hạn như Lokiarchaeota với sinh vật nhân chuẩn, có thể làm phức tạp thêm vấn đề này. Trước đây chúng ta đã suy đoán (với chính mình) rằng các protein từ vi khuẩn cổ có độ tương đồng cao với protein trong vật chủ nhân chuẩn của chúng có thể là tác nhân gây ra một số tình trạng được dán nhãn là ‘tự miễn dịch’. Leeuwenhoek lần đầu tiên mô tả vi khuẩn vào năm 1674, vi khuẩn cổ chỉ được Carl Woese công nhận là một nhóm sinh vật nhân sơ riêng biệt vào năm 1977.
Với những luận điểm nêu trên, có lẽ đơn giản là chúng ta chưa có đủ thời gian để xác định tác động của vi khuẩn cổ – những mầm bệnh bí mật này.
Vi khuẩn cổ và cây sự sống
Mọi sinh vật sống trên hành tinh này đều thuộc về một trong ba nhánh của cây sự sống.
Vi khuẩn tạo thành một nhánh, trong khi động vật, thực vật và nấm cùng nhau tạo thành một nhánh khác.
Nhưng lĩnh vực thứ ba của sự sống thậm chí còn chưa được khám phá cho đến những năm 1970.
Nhóm sinh vật bí ẩn này, vi khuẩn cổ hay còn gọi là Archaea, vẫn là một trong những câu đố lớn nhất về vi sinh vật học.
Mặc dù nhìn bề ngoài chúng trông giống vi khuẩn nhưng về mặt tiến hóa, chúng không thể khác biệt hơn.
Vi khuẩn cổ đã được phát hiện ở một số môi trường khắc nghiệt nhất trên hành tinh, trong những điều kiện có thể giết chết các dạng sống khác. Kỳ lạ hơn nữa, chúng ta vẫn chưa tìm thấy một loài vi khuẩn cổ nào gây bệnh.
