Từ điển học thuật Khoa học tự nhiên

Vi khuẩn Gram âm: Cấu trúc thành tế bào và tính kháng thuốc

Tiếng AnhGram-Negative Bacteria

Tên gọi khácvi khuẩn gram (-)Gram-negative bacteriavi khuẩn bắt màu Gram âm

Vi khuẩn Gram âm (Gram-negative bacteria) là nhóm vi khuẩn có thành tế bào phức tạp gồm lớp peptidoglycan mỏng kẹp giữa màng trong và màng ngoài chứa lipopolysaccharide, bắt màu hồng safranin khi nhuộm Gram.

416 lượt xem Cập nhật 10/9/2026

Vi khuẩn Gram âm (tiếng Anh: Gram-negative bacteria) là nhóm vi khuẩn nhân sơ sở hữu cấu trúc bao tế bào đa tầng phức tạp, được phân loại dựa trên phản ứng đối với phương pháp nhuộm Gram do nhà khoa học Đan Mạch Hans Christian Gram phát minh vào năm 1884. Sau quá trình xử lý với cồn hoặc axeton, vi khuẩn Gram âm không giữ lại phức hợp thuốc nhuộm tím tinh thể - iod do lớp peptidoglycan mỏng, mà bắt màu thuốc nhuộm đối kháng safranin hoặc fuchsine để thể hiện màu hồng hoặc đỏ đặc trưng dưới kính hiển vi quang học.

Cấu trúc bao tế bào của vi khuẩn Gram âm

Bao tế bào của vi khuẩn Gram âm có cấu tạo phức tạp hơn đáng kể so với vi khuẩn Gram dương, bao gồm ba lớp cấu trúc chính xếp từ trong ra ngoài:

  1. Màng sinh chất (Inner membrane): Là lớp màng kép phospholipid đối xứng điều hòa sự vận chuyển các chất tan, duy trì điện thế màng và chứa các phức hợp protein tham gia vào chuỗi truyền điện tử hô hấp.
  2. Khoảng chu chất và lớp peptidoglycan: Nằm giữa màng trong và màng ngoài, khoảng chu chất (periplasmic space) chiếm từ 20% đến 40% thể tích tế bào. Bên trong khoang này chứa lớp peptidoglycan mỏng với độ dày từ 2 nm đến 7 nm (chỉ chiếm khoảng 5% đến 10% khối lượng khô của thành tế bào), có cấu trúc polymer gồm các chuỗi lặp: Peptidoglycan=NAG−NAM−(Peptide   cross-links)Peptidoglycan = \text{NAG} - \text{NAM} - (\text{Peptide \, cross-links}). Khoảng chu chất còn chứa dung dịch gel đậm đặc gồm các enzyme thủy phân, protein gắn cơ chất và các enzyme phòng thủ như beta-lactamase.
  3. Màng ngoài (Outer membrane): Là một màng kép bất đối xứng độc nhất vô nhị chỉ có ở vi khuẩn Gram âm. Lá màng bên trong gồm các phân tử phospholipid thông thường, trong khi lá màng bên ngoài được bao phủ hầu như toàn bộ bởi phân tử lipopolysaccharide (LPS). Màng ngoài liên kết với lớp peptidoglycan thông qua protein màng phong phú là lipoprotein Braun (Lpp).

Cấu tạo và độc tính của Lipopolysaccharide (LPS)

Lipopolysaccharide (còn được gọi là nội độc tố - endotoxin) là thành phần cấu trúc then chốt tạo nên bề mặt của vi khuẩn Gram âm. Một phân tử LPS hoàn chỉnh được cấu thành từ 3 phân vùng sinh hóa riêng biệt:

  • Lipid A: Là phần kỵ nước cắm sâu vào lá màng ngoài, cấu tạo bởi disaccharide glucosamine bị phosphoryl hóa và liên kết với các chuỗi axit béo mạch dài. Lipid A chịu trách nhiệm trực tiếp cho hoạt tính nội độc tố, kích hoạt chuỗi truyền tín hiệu miễn dịch: LPS→TLR4 activation→NF−κB signaling→Cytokine releaseLPS \rightarrow TLR4 \, activation \rightarrow NF-\kappa B \, signaling \rightarrow Cytokine \, release, kích thích tế bào miễn dịch tiết ồ ạt cytokine gây sốt, giãn mạch và hội chứng sốc nhiễm khuẩn.
  • Lõi Oligosaccharide (Core antigen): Là chuỗi đường ngắn gắn trực tiếp vào Lipid A, thường chứa các loại đường hiếm như KDO (2-keto-3-deoxyoctonate) và heptose, giữ vai trò duy trì sự toàn vẹn vật lý của màng tế bào.
  • Kháng nguyên O (O-antigen): Là chuỗi polysaccharide ưa nước vươn dài ra môi trường ngoài, gồm nhiều đơn vị đường lặp lại. Kháng nguyên O có tính đa dạng biến dị kháng nguyên rất cao giữa các loài và các chủng vi khuẩn, giúp vi khuẩn né tránh sự nhận diện của hệ miễn dịch và sự tiêu diệt của bổ thể.

Hệ thống vận chuyển qua màng và kênh Porin

Do màng ngoài có cấu trúc kỵ nước đậm đặc liên kết bởi các ion magie và canxi hóa trị 2 giữa các phân tử LPS, nó tạo thành một rào cản ngăn chặn sự khuếch tán tự do của các hợp chất ưa nước. Để trao đổi chất dinh dưỡng với môi trường xung quanh, vi khuẩn Gram âm sử dụng các phức hợp protein xuyên màng gọi là kênh porin (như OmpF, OmpC). Các kênh này cho phép các chất dinh dưỡng hòa tan có trọng lượng phân tử nhỏ hơn 600 Da đi qua theo cơ chế khuếch tán thụ động.

Cơ chế kháng kháng sinh đa thuốc

Vi khuẩn Gram âm thể hiện mức độ đề kháng nội tại và đề kháng thu được rất mạnh đối với nhiều nhóm kháng sinh điều trị, là thách thức hàng đầu trong y học lâm sàng hiện đại. Các cơ chế kháng thuốc chính bao gồm:

  • Rào cản thấm chọn lọc của màng ngoài: Màng ngoài ngăn cản các kháng sinh ưa mỡ cồng kềnh (như vancomycin, macrolide) tiếp cận đích tác động ở thành hoặc bên trong tế bào chất.
  • Đột biến kênh Porin: Vi khuẩn làm giảm số lượng hoặc đột biến thay đổi kích thước lỗ kênh porin, ngăn chặn sự xâm nhập của các kháng sinh ưa nước như carbapenem và cephalosporin thế hệ mới.
  • Hệ thống bơm tống thuốc (Efflux pumps): Các phức hợp bơm đa thành phần xuyên qua cả hai màng (như hệ bơm AcrAB-TolC) chủ động đẩy kháng sinh từ tế bào chất và chu chất ra ngoài môi trường.
  • Tiết enzyme bất hoạt kháng sinh trong chu chất: Khoảng chu chất lưu trữ nồng độ cao các enzyme phá hủy cấu trúc thuốc như beta-lactamase phổ rộng (ESBL) và carbapenemase (như KPC, NDM-1).

Ý nghĩa lâm sàng và các tác nhân gây bệnh thường gặp

Nhóm vi khuẩn Gram âm bao gồm nhiều mầm bệnh nguy hiểm gây nhiễm trùng cộng đồng và nhiễm trùng bệnh viện:

  • Enterobacteriaceae: Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Salmonella gây nhiễm trùng đường tiết niệu, viêm phổi, nhiễm trùng huyết và viêm ruột cấp tính.
  • Trực khuẩn không lên men: Pseudomonas aeruginosa và Acinetobacter baumannii là các vi khuẩn cơ hội kháng đa thuốc hàng đầu gây viêm phổi thở máy và nhiễm trùng vết bỏng.
  • Cầu khuẩn và vi khuẩn Gram âm đường hô hấp: Neisseria meningitidis (não mô cầu), Haemophilus influenzae gây viêm màng não mủ và viêm đường hô hấp cấp.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao vi khuẩn Gram âm lại bắt màu hồng khi nhuộm Gram?

Vi khuẩn Gram âm có lớp peptidoglycan mỏng và màng ngoài giàu lipid. Khi tẩy bằng cồn, cồn hòa tan lipid màng ngoài làm tăng tính thấm, phức hợp tím tinh thể bị rửa trôi, tế bào sau đó bắt màu chất nhuộm đối kháng safranin thể hiện màu hồng hoặc đỏ.

Lipopolysaccharide (LPS) ở vi khuẩn Gram âm gây độc cho người như thế nào?

Thành phần Lipid A của phân tử LPS là một nội độc tố (endotoxin). Khi vi khuẩn bị ly giải, Lipid A kích hoạt tế bào miễn dịch tiết ra ồ ạt cytokine viêm, có thể gây sốt cao, tụt huyết áp và sốc nhiễm khuẩn đe dọa tính mạng.

Vì sao vi khuẩn Gram âm khó điều trị bằng kháng sinh hơn vi khuẩn Gram dương?

Nhờ có màng ngoài đóng vai trò rào cản tính thấm, kết hợp với các kênh porin chọn lọc, hệ thống bơm tống thuốc đa tầng và enzyme phân hủy kháng sinh trong khoảng chu chất khiến nhiều loại kháng sinh không thể tiếp cận đích tác động.

Các nghiên cứu khoa học về “vi khuẩn gram âm”

Công bố nổi bật trên thế giới và tại Việt Nam, kèm tóm tắt theo hướng chủ đề.

Trích dẫn nhiều nhất

  • Cập nhật ứng dụng lâm sàng của ceftazidime–avibactam cho nhiễm trùng do vi khuẩn Gram âm kháng nhiều thuốc

    Dịch bởi AIUpdate of clinical application in ceftazidime–avibactam for multidrug-resistant Gram-negative bacteria infections

    Sisi Zhen và cộng sự2022

    AI tóm tắt

    Tổng quan điều trị cập nhật kinh nghiệm lâm sàng về phối hợp kháng sinh ceftazidime–avibactam đối với vi khuẩn gram âm kháng nhiều thuốc MDR-GNB. Dữ liệu tổng hợp từ các cơ sở dữ liệu y khoa ghi nhận hiệu quả vượt trội trong điều trị nhiễm trùng do trực khuẩn đường ruột sinh men carbapenemase, gợi ý chiến lược sử dụng thuốc hợp lý nhằm hạn chế đột biến kháng kháng sinh.

Nổi bật tại Việt Nam

Tài liệu tham khảo

  1. Sperandeo, P., Martorana, A. M., & Polissi, A. (2019). Lipopolysaccharide Biosynthesis and Transport to the Outer Membrane of Gram-Negative Bacteria. Subcellular Biochemistry, 92, 9-37. DOI: 10.1007/978-3-030-18768-2_2
  2. Nikaido, H. (1989). Role of the Outer Membrane of Gram-Negative Bacteria in Antimicrobial Resistance. Microbial Resistance to Drugs, 1-34. DOI: 10.1007/978-3-642-74095-4_1
  3. Cohen, G. N. (2004). The outer membrane of Gram-negative bacteria and the cytoplasmic membrane. Microbial Biochemistry, 11-20. DOI: 10.1007/978-1-4020-2237-1_2