Từ điển học thuật Khoa học tự nhiên

Vi khuẩn gram dương là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Tiếng AnhGram-positive bacteria

Tên gọi khácGram-positive bacteriavi khuẩn bắt màu Gram dương

Vi khuẩn Gram dương là nhóm vi khuẩn có thành tế bào cấu tạo bởi lớp peptidoglycan dày giữ lại phẩm màu tím trong quy trình nhuộm Gram, bao gồm nhiều mầm bệnh quan trọng và vi sinh vật công nghiệp.

365 lượt xem Cập nhật 31/8/2026

Vi khuẩn Gram dương là nhóm vi khuẩn có thành tế bào dày cấu tạo chủ yếu từ nhiều lớp peptidoglycan, giữ lại phức hợp tinh thể tím - iod (crystal violet - iodine) và không bị tẩy màu bởi cồn trong quy trình nhuộm Gram do nhà vi sinh vật học người Đan Mạch Hans Christian Gram phát minh năm 1884, do đó quan sát thấy màu tím hoặc xanh tím dưới kính hiển vi quang học.

Cấu trúc vỏ và thành tế bào

Thành tế bào của vi khuẩn Gram dương có những đặc điểm siêu vi thể phân biệt rõ rệt với vi khuẩn Gram âm:

  • Lớp Peptidoglycan (Murein): Chiếm từ 50% đến 90% khối lượng khô của thành tế bào, có độ dày từ 20 đến 80 nm (so với độ dày 2 đến 7 nm ở vi khuẩn Gram âm). Lớp này gồm các chuỗi polysaccharide luân phiên giữa N-acetylglucosamine (NAG) và N-acetylmuramic acid (NAM), được liên kết chéo với nhau thông qua các cầu nối peptide ngắn.
  • Acid Teichoic và Acid Lipoteichoic: Là các polymer polyol phosphate (glycerol phosphate hoặc ribitol phosphate) tích điện âm mạnh phân bố dày đặc trên bề mặt. Acid teichoic liên kết cộng hóa trị với peptidoglycan (WTA), trong khi acid lipoteichoic (LTA) neo sâu vào màng sinh chất. Chúng đóng vai trò điều hòa cân bằng ion Mg2+, ổn định màng tế bào, tham gia vào sự bám dính vào tế bào biểu mô vật chủ và kích hoạt phản ứng miễn dịch bẩm sinh.
  • Không có màng ngoài: Khác với vi khuẩn Gram âm, vi khuẩn Gram dương không có lớp màng lipid kép bên ngoài và không chứa nội độc tố lipopolysaccharide (LPS).

Phân loại các nhóm vi khuẩn Gram dương chính

Dựa trên hình thái học và đặc tính chuyển hóa, vi khuẩn Gram dương được phân thành hai nhóm lớn theo ngành (phylum) trong cây phát sinh chủng loại:

1. Nhóm Cầu khuẩn Gram dương (Gram-positive Cocci - Firmicutes)

  • Chi Staphylococcus: Cầu khuẩn xếp thành chùm, dương tính với catalase. Nổi bật nhất là Staphylococcus aureus (tụ cầu vàng), nguyên nhân hàng đầu gây nhiễm trùng da mô mềm, viêm phổi, viêm tủy xương, viêm nội tâm mạc nhiễm khuẩn và sốc nhiễm trùng.
  • Chi Streptococcus: Cầu khuẩn xếp thành chuỗi, âm tính với catalase. Phân loại theo tính chất tan máu gồm Streptococcus pyogenes (liên cầu nhóm A gây viêm họng, sốt thấp khớp), Streptococcus agalactiae (nhóm B gây nhiễm trùng sơ sinh) và Streptococcus pneumoniae (phế cầu gây viêm phổi, viêm màng não).
  • Chi Enterococcus: Cầu khuẩn đường ruột như Enterococcus faecalis và Enterococcus faecium, thường gây nhiễm trùng bệnh viện và kháng nhiều kháng sinh.

2. Nhóm Trực khuẩn Gram dương (Gram-positive Bacilli)

  • Trực khuẩn sinh nội bào tử (Endospore-forming): Gồm chi Bacillus (hiếu khí, như Bacillus anthracis gây bệnh than, Bacillus subtilis) và chi Clostridium (kỵ khí tuyệt đối, như Clostridium tetani gây uốn ván, Clostridium botulinum gây ngộ độc thịt, Clostridioides difficile gây viêm đại tràng giả mạc).
  • Trực khuẩn không sinh bào tử (Non-spore-forming): Gồm Listeria monocytogenes (gây nhiễm khuẩn listeria truyền qua thực phẩm), Corynebacterium diphtheriae (gây bệnh bạch hầu) và các vi khuẩn thuộc ngành Actinobacteria như Mycobacterium (trực khuẩn kháng cồn toan).

Cơ chế kháng thuốc kháng sinh

Sự gia tăng đề kháng kháng sinh ở vi khuẩn Gram dương là một trong những thách thức y tế toàn cầu nghiêm trọng nhất:

  • Tụ cầu vàng kháng methicillin (MRSA): Đề kháng với hầu hết các kháng sinh nhóm beta-lactam do thu nhận đoạn gen mecA hoặc mecC mã hóa cho protein gắn penicillin biến đổi PBP2a (Penicillin-Binding Protein 2a), có ái lực rất thấp với các thuốc nhóm penicillin và cephalosporin.
  • Enterococcus kháng vancomycin (VRE): Cơ chế đề kháng qua cụm gen vanA hoặc vanB làm thay đổi đầu tận cùng của tiền chất peptidoglycan từ D-Alanyl-D-Alanine thành D-Alanyl-D-Lactate, làm giảm ái lực liên kết của glycopeptide vancomycin tới 1000 lần.
  • Phế cầu kháng penicillin (PRSP): Biến đổi cấu trúc khảm của các gen mã hóa PBP thông qua tái tổ hợp di truyền tự nhiên.

Ứng dụng công nghệ sinh học và bối cảnh tại Việt Nam

Bên cạnh vai trò gây bệnh, nhiều loài vi khuẩn Gram dương có giá trị to lớn trong công nghiệp sinh học và chế biến thực phẩm:

  • Vi khuẩn lên men Lactic (LAB): Các chi Lactobacillus, Lactococcus, Bifidobacterium được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sữa chua, phô mai, chế phẩm sinh học probiotic và bảo quản thực phẩm lên men truyền thống tại Việt Nam như nem chua, cà muối.
  • Sản xuất enzyme và kháng sinh công nghiệp: Bacillus subtilis và Bacillus licheniformis được dùng để sản xuất enzyme protease, amylase phục vụ công nghiệp tẩy rửa, dệt nhuộm và chăn nuôi.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao vi khuẩn Gram dương bắt màu tím trong quy trình nhuộm Gram?

Thành tế bào vi khuẩn Gram dương có lớp peptidoglycan rất dày và mạng lưới acid teichoic liên kết chặt chẽ, khi xử lý bằng cồn tẩy màu sẽ làm co cụm các lỗ mạng lưới, giữ chặt phức hợp tinh thể tím - iod bên trong tế bào.

Kháng sinh nhóm penicillin tác động lên vi khuẩn Gram dương theo cơ chế nào?

Penicillin gắn kết và ức chế các enzyme transpeptidase (Penicillin-Binding Proteins - PBPs), ngăn cản phản ứng liên kết chéo giữa các chuỗi peptide của peptidoglycan, làm yếu thành tế bào và khiến vi khuẩn bị ly giải do áp suất thẩm thấu.

Vi khuẩn Gram dương có sản sinh độc tố gây bệnh nguy hiểm không?

Nhiều loài vi khuẩn Gram dương tiết ra các ngoại độc tố (exotoxin) cực mạnh như độc tố uốn ván (tetanospasmin của Clostridium tetani), độc tố thịt botulinum, độc tố ruột tụ cầu và độc tố gây sốc nhiễm độc (TSST-1).

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

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

Mới nhất

  • Cấu trúc của các polyme tường tế bào thứ cấp: cách mà vi khuẩn Gram dương gắn kết các bức tường tế bào của chúng lại với nhau

    Dịch bởi AIThe structure of secondary cell wall polymers: how Gram-positive bacteria stick their cell walls together

    Christina Schäffer và cộng sự2005Microbiology (United Kingdom)191 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Tổng quan cấu trúc sinh học tập trung vào mạng lưới polyme thành tế bào thứ cấp (SCWP) ở vi khuẩn Gram dương. Bên cạnh khung peptidoglycan và axit teichoic kinh điển, các SCWP phi cổ điển giữ vai trò then chốt trong việc neo giữ lớp vỏ protein bề mặt (lớp S). Báo cáo làm sáng tỏ cơ chế gắn kết vỏ tế bào ở vi khuẩn Gram dương, dù ứng dụng trong công nghệ nano sinh học cần nghiên cứu thêm.

  • Giao tiếp giữa các tế bào ở vi khuẩn Gram dương

    Dịch bởi AICELL-CELL COMMUNICATION IN GRAM-POSITIVE BACTERIA

    Gary M. Dunny và cộng sự1997Annual Review of Microbiology439 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Tổng luận sinh học phân tử hệ thống hóa cơ chế truyền tin tế bào (cell-cell communication) qua peptide ngoại bào ở vi khuẩn Gram dương. Phân tử tín hiệu hoạt động ở nồng độ nanomol giúp điều hòa biểu hiện yếu tố độc lực (virulence) và tổng hợp kháng sinh qua dẫn truyền màng. Tài liệu mở rộng hiểu biết về cảm ứng mật độ ở vi khuẩn Gram dương, dù ứng dụng ức chế tín hiệu in vivo cần tiếp tục phát triển.

  • Tương tác HPr/CcpA phụ thuộc protein kinase liên kết hoạt tính đường phân với sự ức chế dị hóa carbon ở vi khuẩn Gram dương

    Dịch bởi AIProtein kinase‐dependent HPr/CcpA interaction links glycolytic activity to carbon catabolite repression in Gram‐positive bacteria

    Josef Deutscher và cộng sự1995Molecular Microbiology355 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Thực nghiệm sinh hóa phân tích tương tác HPr/CcpA điều hòa dị hóa carbon phụ thuộc protein kinase trên vi khuẩn Gram dương Bacillus megaterium. Kết quả chỉ ra CcpA tương tác đặc hiệu với HPr phosphoryl hóa tại Ser-46 khi có mặt fructose 1,6-bisphosphate, liên kết hoạt tính đường phân với kiểm soát phiên mã. Báo cáo làm rõ mắt xích điều hòa chuyển hóa thiết yếu ở vi khuẩn Gram dương, dù con đường kỵ khí chưa được khảo sát đầy đủ.

  • Cắt phân giải protein và neo giữ vào thành tế bào tại mô-típ LPXTG của các protein bề mặt ở vi khuẩn Gram dương

    Dịch bởi AIProteolytic cleavage and cell wall anchoring at the LPXTG motif of surface proteins in Gram‐positive bacteria

    William Wiley Navarre và cộng sự1994Molecular Microbiology380 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Nghiên cứu sinh hóa phân tử khám phá cơ chế định vị protein vỏ theo môtip LPXTG ở vi khuẩn Gram dương. Phân tích đầu N cho thấy phản ứng phân cắt xảy ra đặc hiệu giữa threonine và glycine của chuỗi LPXTG, giúp neo giữ cộng hóa trị protein vào vách peptidoglycan. Phát hiện chỉ ra cơ chế gắn vỏ phổ quát ở vi khuẩn Gram dương, dù cấu trúc tinh thể enzym xúc tác chưa được xác định trong nghiên cứu này.

Trích dẫn nhiều nhất

  • Sống sót qua thử thách axit: Phản ứng của vi khuẩn Gram dương với pH thấp

    Dịch bởi AISurviving the Acid Test: Responses of Gram-Positive Bacteria to Low pH

    Paul D. Cotter và cộng sự2003Microbiology and Molecular Biology Reviews1.207 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Tổng hợp sinh lý phân tử hệ thống hóa cơ chế thích nghi môi trường axit ở vi khuẩn Gram dương. Các phản ứng sinh học như vận hành bơm proton, biến đổi lipid màng và sinh kiềm bảo vệ tế bào được ghi nhận trên Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus cùng Bacillus cereus. Báo cáo cung cấp bức tranh toàn diện về sinh tồn của vi khuẩn Gram dương, dù cơ chế ở một số chủng kỵ khí cần thực nghiệm thêm.

  • Bacteriocin của vi khuẩn Gram dương.

    Dịch bởi AIBacteriocins of gram-positive bacteria.

    Ralph W. Jack và cộng sự1995American Society for Microbiology1.155 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Chuyên luận vi sinh tổng hợp phân loại và cơ chế của các bacteriocins sinh bởi vi khuẩn Gram dương. Tác giả phân loại chi tiết các peptide lantibiotic chứa lanthionine và peptide không biến đổi, có hoạt tính gây mất ổn định màng sinh chất của tế bào đích. Tài liệu đặt nền tảng hiểu biết về peptide kháng khuẩn ở vi khuẩn Gram dương, dù cơ chế tự bảo vệ của chủng sản xuất cần làm rõ thêm.

  • Truyền plasmid qua tiếp hợp ở vi khuẩn Gram dương

    Dịch bởi AIConjugative Plasmid Transfer in Gram-Positive Bacteria

    Elisabeth Grohmann và cộng sự2003Microbiology and Molecular Biology Reviews560 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Phân tích di truyền làm rõ cơ chế truyền plasmid kháng thuốc ở vi khuẩn Gram dương. Tác giả chỉ ra hai con đường riêng biệt: tiếp hợp ở vi khuẩn đơn bào tương đồng hệ bài xuất loại IV với enzym relaxase, và tiếp hợp ở vi khuẩn dạng sợi Streptomyces qua protein chuyển vị. Báo cáo làm sáng tỏ cách thức lan truyền gen kháng thuốc ở vi khuẩn Gram dương, dù cấu trúc tinh thể của phức hợp tiếp hợp chưa sáng tỏ hoàn toàn.

  • Thành phần hóa học của thành tế bào ở một số vi khuẩn Gram dương và giá trị tiềm năng của nó như một đặc tính phân loại học

    Dịch bởi AIThe Chemical Composition of the Cell Wall in some Gram-positive Bacteria and its Possible Value as a Taxonomic Character

    C. S. Cummins và cộng sự1956Microbiology Society511 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Khảo sát hóa vi sinh kinh điển phân tích thành phần hóa học (chemical composition) của thành tế bào ở hơn 60 chủng vi khuẩn Gram dương. Phương pháp sắc ký giấy chỉ ra các axit amin như alanin, lysin cùng các loại đường tạo nên mẫu hình đặc trưng riêng cho từng chi. Công trình đặt nền móng dùng thành tế bào làm tiêu chuẩn phân loại học (taxonomic character) ở vi khuẩn Gram dương, dù kỹ thuật ban đầu còn giới hạn độ nhạy.

  • Tác dụng kháng khuẩn của các peptide cation đa dạng về cấu trúc lên vi khuẩn Gram dương

    Dịch bởi AIAntibacterial Action of Structurally Diverse Cationic Peptides on Gram-Positive Bacteria

    Carol L. Friedrich và cộng sự2000Antimicrobial Agents and Chemotherapy460 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Thực nghiệm vi sinh làm sáng tỏ cơ chế diệt khuẩn của peptide cationic trên vi khuẩn Gram dương Staphylococcus aureus và Staphylococcus epidermidis. Kính hiển vi điện tử ghi nhận tổn thương cấu trúc gồm hình thành mạc thể (mesosome) và biến dạng thành tế bào khi trên 90% tế bào bị tiêu diệt. Báo cáo chỉ rõ hoạt tính diệt khuẩn không chỉ qua tính thấm màng ở vi khuẩn Gram dương, dù đích tác động nội bào cần phân tích sâu hơn.

Nổi bật tại Việt Nam

Tài liệu tham khảo

  1. Silhavy, T. J., et al. (2010). The bacterial cell envelope. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2(5), a000414. DOI: 10.1101/cshperspect.a000414
  2. Brown, S., et al. (2013). Wall teichoic acids of gram-positive bacteria. Annual Review of Microbiology, 67, 313-336. DOI: 10.1146/annurev-micro-092412-155620
  3. Chambers, H. F., & DeLeo, F. R. (2009). Waves of resistance: Staphylococcus aureus in the antibiotic era. Nature Reviews Microbiology, 7(9), 629-641. DOI: 10.1038/nrmicro2200