Современная классификация микроорганизмов. Систематика бактерий микробиология
Заварсин определил:
Систематика – теория многообразия организмов, которая изучает отношение между группами организмов.
Систематика учитывает филогенетическое родство: эволюционное развитие, общность происхождения организмов, а также те механизмы, которые привели к разнообразию видов.
Классификация – деление организмов на группы на основе определенных общих признаков.
Таксономия – наименование таксонов организмов, установление их границ и отношения подчинения в них.
Таксон – это любая таксономическая группа (род, вид, класс).
Номенклатура – сборник правил наименования таксонов, дополненный списком этих наименований.
В микробиологи принята бинарная номенклатура. Каждый организм родовое название (пишется вначале с большой буквы) и видовое (с маленькой буквы) Например: Staphilococcus aureus (albus, citreus, cereus ).
Классификация микроорганизмов
Классификация микроорганизмов осуществляется по иерархической схеме от меньшей единицы к большей. В растительном и животном мире наименьшая единица – вид. Вид – это популяция особей, которая обладает общими морфологическими и функциональными признаками, имеющих общее происхождение в естественных условиях скрещивания между собой.
Все популяции одного вида имеют общий генофонд, что позволяет им скрещиваться между собой в естественных условиях.
Наименьшая единица у микроорганизмов – это штамм – культура микроорганизмов с малейшими отклонениями от вида. Штамм – это микроорганизм одного вида, но выделенный из различных источников. В микробиологии существует понятие «клоны» - это полученные совокупности дочернихклеток из одной материнской клетки с идентичными признаками и генотипом.
Вид – это совокупность штаммов, выделенных из различных источников, имеющих комплекс общих коррелирующих между собой признаков отличных от других видов.
У высших оргаизмов виды объединяются в род: вид – род – смейство – порядки (для растений) и отряды (животные) – классы – тип (наибольшая таксономическая единица). Например:
Тип – хордовые
Класс – млекопитающие
Отряд – приматы
Семейство – человекообразных
Род – Homo (человек)
Вид – sapiens (разумный)
В микробиологии: штамм – вид – род – триб (окончание: еа , присутствует не у всех) – семейство (окончание асеае ) – порядок (ales ) – класс.
Различают 2 вида классификаций: естественная (филогенетическая) и искусственная (фенотипическая).
Конвергенция – схождение признаков в результате общего существования.
Естественная классификация своей коечной целью должна преследовать установление родства микроорганизмов.
Искусственная классификация преследует цель объединить и определить микроорганизмы на основе их фенотипического сходства для идентификации и распознавания микроорганизмов. Универсальным определителем является определитель Берджи.
Принципы разделения микроорганизмов для классификации
Признаки:
· морфологические (внешний вид);
· анатомофизиологические.
1. Морфологические: форма клеток, наличие жгутиков, капсул, способность образовывать эндоспоры, окраска по Грамму (тип клеточной стенки).
2. Физиолого-биохимические: состав клетки, клеточной стенки, капсулы, включений, жирных кислот, цитохромов, отношение к температуре, кислороду, диапазон рН и т.д.
3. Культуральные: особенности роста на питательных средах, потребности микроорганизма в питательных веществах, факторах роста.
4. Серологические (иммунологические): антигеный состав (серотип) микроорганизма. Антигенами могут быть компоненты клетки, её структур, которые индуцируют появление антител и могут связываться с ними в комплекс (капсулы, тейхоевые кислоты, и т.д.)
5. Экологические: место обитания микроорганизма.
6. Нуклеотидный состав ДНК. Определяется различными методами. Чаще всего это процентное соотношение ГЦ- и АТ-пар ; метод не является абсолютным, несмотря на то, что все близкородственные микроорганизмы часто имеют близкое соотношение ГЦ/АТ при сравнении, в то же время встречаются микроорганизмы, которые не имеют общего происхождения, но и имеют близкое %-соотношение. Использование метода молекулярной гибридизации ДНК – ДНК . Заключается в том, что под действием температуры ДНК денатурируется и каждая цепь ДНК фиксируется, затем связывают фиксированную ДНК известного микроорганизма с комплеметарными денатурированными цепями изучаемого микроорганизма. При понижении температуры происходит ренатурация цепей и содержание ренатурировавших участков 2-цепочечной ДНК служит мерой определения филогенетического родства микрооргаизмов (чем больше участков, тем ближе микроорганизмы филогенетически). Метод трудоемок и у микроорганизмов распространено явление генетической рекомбинации (передача генетического материала от одной клетки к другой и встраивание этого материала в геном второй клетки по средствам: плазмид, транспозонов, вирусной нуклеиновой кислоты. Таким образом, этот признак также нельзя рассматривать как универсальный филогенетический маркер.
7. Нумерическая таксономия, постороена на основе нумерического анализа. Суть метода состоит в том, что микроорганизмы сравниваются по определенным признакам. Рассчитывается коэффициент попарного сходства (согласно Смиту):
S=a/b∙100%, где а – количество признаков;
в – всех признаков.
Недостаток метода: все признаки принимаются однозначными.
8. Определение генетического кода рибосомальной РНК (метод полимеразной цепной реакции). Основан на том, что рибосомы очень консервативны и мало изменились в процессе эволюции.
Все микроорганизмы разделяют на 4 категории:
· Граммотрицательные эубактерии имеющие клеточную стенку.
· Граммположиетельные эубактерии неимеющие клеточную стенку.
· Эубактерии лишенные клеточной стенки.
· Архебактерии
Характеристика Граммотрицательных эубактерий
Морфология клеток может быть разнообразной: кокки, палочки, спирали, нити. Имеются капсулы, чехлы. Размножаются бинарнымделением, почкованием, фрагментами нитей, редко встречается множественное деление. Не образуют эндоспоры, имеются микрооргаизмы, которые могут образовывать другие морфологически-дифференциальные типы(например: миксоспоры могут быть образованы микобактериями, спирохеты образуют цисты). В группе Г¯относятся фотосинтезирующие микроорганизмы. Имеют насколько типов подвижности:
1. неподвижные;
2. подвижные:
· бактерии осуществляют плавательное движение (при помощи жгутиков)
· скользящее движение (с помощью капсул – фототрофные бактерии: зелёные бактерии и цианобактерии; а также нефототрофные: цитофаги, нитчатые формы, миксобактерии)
· поступательно-вращательное движение (характерно для спирохет)
Группа 1. Спирохеты.
Группа 2.
Представлена аэробными или микроаэрофильными подвижными спиральными или изогнутыми Г¯ бактериями (16 родов, патогенными являются 3 рода: Campylobacter, Helicobacter, Spirillum )
Группа 3.
Неподвижные, редко подвижные Г¯ изогнутые бактерии (8 родов, патогенных нет).
Группа 4.
Г¯ аэробные или микроаэрофильные палочки и кокки (83 рода). Патогенны: Pseudomonas, Neisseriaceae, Legionellaceae . В эту группу входят микроорганизмы, используемые в биотехнологии: Acetobacter, Acetomonas (Acidomonas), Azotobacter, Rhizobium.
Группа 5.
Факультативные анаэробные Г¯ палочки.
Входит 4 подгруппы и 45 родов. Среди них: семейство Enterobacteriaceae (30 родов): Escherichia, Ervinia, Klebsiella, Proteus, Salmonella, Iersinia, Shigella. В 4 подгруппу входит важный биотехнологический объект Zymomonas (mobilies)
Группа 6.
Г¯ анаэробные прямые, изогнутые, спиральные бактерии.
Среди них патогенные и условно патогенные роды: Bacteroides,Fusobacterium, Porphyromonas, Prevotella.
Группа 7.
Бактерии, которые осуществляют диссимиляционное восстановление сульфатов или серы (14 родов). Среди них – Desulfobacter.
Группа 8.
Анаэробные Г¯ кокки.
Включают 4 рода. Патоген Veilonella.
Классификация, или систематика микроорганизмов (от греч. Systёmatikos - упорядоченный, систематизированный), - это раздел микробиологии, занимающийся вопросами создания классификации микроорганизмов на основе их свойств и родственных взаимосвязей. В качестве синонима понятия «систематика микроорганизмов» иногда используется также термин «таксономия».
В настоящее время нет универсальной, единственно правильной, классификации. В зависимости от поставленной задачи микроорганизмы могут быть классифицированы по морфологическим признакам (палочки, кокки, извитые и т.д.), по тинкториальным признакам (грамположительные, грамотрицательные и т.д.), по физиологическим признакам (термофильные, психрофильные, ацидофильные, аэробные и т.д.), по экологическим признакам (азотфиксирующие, нитрифицирующие, сульфатредуцирующие, целлюлозоразрушающие и т.д.), по межвидовым отношениям (антагонисты, синнергисты, комменсалы и т.п.), по видам таксиса, генотипическим и филогенетическим признакам. Микроорганизмы классифицируются также по степени опасности для человека, животных и окружающей среды. Таким образом, классификация микроорганизмов представляет собой субъективную обработку объективных характеристик.
Современная систематика микроорганизмов включает в себя три основных направления:
1. Характеристика микроорганизмов - получение всевозможных сведений о свойствах и параметрах, необходимых для отнесения определяемых микроорганизмов к тому или иному таксону.
2. Классификация или таксономия , т.е. процесс упорядоченного расположения микроорганизмов в таксономические группы на основе подобия.
3. Номенклатура - присвоение научных названий таксономическим группам (таксонам).
Основной таксономической единицей в систематике микроорганизмов является вид . По общебиологическим представлениям, вид - это группа близких между собой организмов, имеющих общий корень происхождения и на данном этапе эволюции характеризующийся определенными морфологическими, биохимическими и физиологическими признаками, обособленных отбором от других видов и приспособленных к определенной среде обитания. Важным видовым признаком является способность организмов скрещиваться и давать потомство.
Определение вида у бактерий принципиально отличается от классического определения биологического вида, так как у них отсутствует половой способ размножения. По современным представлениям, к одному виду бактерий относят близкородственные организмы, с 70%-ным уровнем гомологии ДНК и сходные по совокупности морфологических, биохимических и физиологических признаков.
В иерархической классификации микроорганизмов используются также следующие таксономические категории: подвид - группа близкородственных сходных организмов внутри вида с уровнем ДНК-гомологии выше 70%; род - таксономическая группа, объединяющая родственные виды, и далее - семейство , подпорядок, порядок, подкласс, класс, царство и домен (или надцарство ). В настоящее время в большей степени описаны семейства и домены, в то время как остальные таксономические группы находятся в процессе систематизации.
Домены являются наивысшими таксонами микроорганизмов, соответствующими ранее выделяемым царствам. Согласно современной классификации все разнообразие микроорганизмов представлено тремя доменами: Bacteria (прокариотиые микроорганизмы, истинные бактерии), Archaea (другая эволюционная ветвь прокариоптых микроорганизмов) и Eukarya (эукариотные микроорганизмы) (рис. 2). Из них два домена (Bacteria и Archaea) включают только представителей прокариотов, которые выделены в отдельное надцарство - Procariolae .
Рис.2. Универсальное филогенетическое древо живых организмов.
Наиболее точной, информативной и удобной в использовании, является такая система классификации, в которой таксоны определены, исходя из разнообразных согласующихся характеристик, полученных с использованием различных современных методов. Подобный подход к выделению таксонов называется полифазным.
Основными методами современной полифазной таксономии являются: генотипический, фенотипический и филогенетический.
Генотипический метод является доминирующим в полифазной таксономии. Он основан на изучении Ц+Г состава ДНК, на исследовании ДНК-рРНК гомологии, на установлении родственных отношений между микроорганизмами, которые закодированы в нуклеотидных последовательностях генов 16S или 23S р-РНК. Например, при определении принадлежности микроорганизма к определенному виду уровень сходства нуклеотидных последовательностей ДНК около 70% играет первостепенную роль. Поэтому генотипический метод часто называют методом геномной дактилоскопии.
Фенотипические исследования используются чаще всего в различных схемах идентификации микроорганизмов, для формального описания таксона, от разновидности и подвида до рода и семейства. В то время как генотипические данные необходимы для размещения таксона на филогенетическом древе и в системе классификации, фенотипическая характеристика дает описательную информацию, позволяющую идентифицировать тот или иной вид микроорганизма. Классические фенотипические характеристики включают в себя морфологические, физиологические, биохимические, хемотаксономические и серологические особенности микроорганизмов.
Морфологические признаки указывают, какие размеры и форму имеет микроорганизм (кокк, палочка, спирилла), есть ли у него капсула или споры, объединяются ли клетки в цепочки, тетрады или пакеты, есть ли у них жгутики и как они расположены, окрашиваются ли клетки по Граму. Морфология бактерий включает в себя изучение культуральных свойств, т.е. характер роста на питательных средах, форму колоний на плотных питательных средах, пигментообразование.
Физиологические особенности характеризуют механизм обмена веществ, способ получения энергия, способность данного микроорганизма к трансформации тех или иных веществ, его отношение к углероду, азоту, кислороду, температуре, рН среды.
Биохимические признаки определяются способностью микроорганизмов разлагать определенные сахара, образовывать сероводород, аммиак и другие соединения.
Хемотаксономические особенности характеризуют химический состав цитоплазмы клетки. Таксономическая специфичность состава жирных кислот, липопротеидов, липополисахаридов, пигментов, полиаминов, белков и других химических компонентов клетки широко используется при классификации микроорганизмов.
Серологические свойства, или серотипирование, основаны на выявлении вариабильности антигенных компонентов бактериальных клеток. Такими компонентами могут быть жгутики, фимбрии. капсулы, клеточная стенка, ферменты и токсины. Для выявления антигенных свойств бактериальной клетки используются различные серологические реакции: реакция преципитации, реакция склеивания комплемента, осаждение и др.
Таким образом, фенотипические характеристики отличаются большим объемом и разнообразием получаемой информации, которую сложно обработать вручную. Возникла необходимость в компьютерном, числовом анализе получаемых данных. Появилась нумерическая (числовая) таксономия, позволяющая с помощью компьютерных программ анализировать фенотипические и генотипические характеристики микроорганизмов. Использование нумерического анализа в таксономической практике получило название «компьютерная идентификация».
Филогенетические методы (от греч. phylon - род, племя и genesis - происхождение, возникновение) позволяют проследить процесс исторического развития микроорганизмов как в целом, так и их отдельных таксономических групп: видов, подвидов, родов, семейств, подпорядков, порядков, подклассов, классов, царств и доменов.
Филогенетические связи между микроорганизмами изучаются методами геномной дактилоскопии, молекулярной биологии, компьютерной идентификации. На основании полученных данных строятся филогенетические древа, которые отражают эволюционные взаимоотношения между микроорганизмами (рис. 3). Создаваемые филогенетические древа не могут быть использованы для построения иерархической классификации микроорганизмов и не заменяют собою систематику. Они являются одним из ее элементов.
Номенклатура - занимается вопросами точных и единообразных названий. Эго система наименований, применяемых в определенной области знаний. В соответствии с международными правилами таксономическим группам микроорганизмов присваиваются имена.
Еще до введения первых правил номенклатуры было описано огромное количество микроорганизмов. Причем одна и та же бактерия могла быть отнесена к разным по названию таксонам. Во избежание этого Международным Кодексом номенклатуры были определены все приоритетные названия бактерий, опубликованные с 1 мая 1753 года. В результате был создан «Список признанных названий бактерий», который вступил в силу с 1 января 1980 года. В настоящее время название микроорганизмам присваивается в соответствии с правилами Международного Кодекса номенклатуры бактерий. Компетенция Кодекса распространяется только на правила присвоения и использования научных названий микроорганизмов. Вопросы классификации решаются вне зависимости от Кодекса на базе проводимых таксономических исследований.
Рис. 3. Филогенетическое древо бактерий.
В микробиологии, как и в биологии, для обозначения видов бактерий принята двойная (бинарная) номенклатура, предложенная еще в 1760 году Карлом Линнеем.
Первое слово обозначает название рода. Обычно это латинское слово, оно пишется с прописной буквы и характеризует какой-либо морфологический или физиологический признак, либо фамилию ученого, открывшего этот микроб. Например, в честь французского ученого Л. Пастера назван род «пастерелла», американского микробиолога Сальмона - род «сальмонелла», немецкого ученого Т. Эшериха - род «эшерихиа», японского микробиолога Шига - род «шигелла», английских бактериологов Д. Брюса и С. Эрвина - роды «бруцелла» и «эрвиния», русских ученых Кузнецова и Лямбля - роды «кузнецовия» и «лямблия» и т.д. Название рода микроорганизма обычно сокращается до одной-двух букв.
Второе слово обозначает видовой эпитет в названии микроорганизма и, как правило, представляет собой производное от существительного, дающее описание цвета колонии, источника происхождения микроорганизма, вызываемого им процесса или болезни. Название вида пишется со строчной буквы и никогда не сокращается. Например, Escherichia coli означает, что эшерихии обитают в кишечнике, Pasterella pestis - пастереллы, вызывающие чуму, Bordetetia pertussis - бордетеллы, вызывающие кашель, Clostridium tetani - клостридии, вызывающие столбняк и т.д.
С.Н. Виноградский и М. Бейеринк, учитывая многообразие метаболизма бактерий, предложили в названии рода отражать признаки, связанные с морфологией, экологией, биохимией и физиологией микроорганизмов. Так появились названия, являющиеся ключом к характеристике микроорганизма: Acetobacter (кислотообразующие бактерии), Nitrosomonas (нитрифицирующие бактерии), Azotobakter (бактерии, связывающие азот атмосферы), Chromobakterium (пигментированные бактерии), В. stearothermophiliis (восковые теплолюбивые бактерии) и т.д.
Иногда в качестве составной части систематики рассматривается идентификация (определение) микроорганизмов. Однако это не совсем корректно, так как идентификация использует уже построенные системы классификации и конкретные, указанные в идентификационных ключах (таблицах), характеристики микроорганизмов. Схемы идентификации микроорганизмов являются своеобразным тестом качества системы классификации. Дня идентификации микроорганизмов широко используются фенотипические и генотипические методы, методы компьютерной идентификации анализа и геномной дактилоскопии.
В 1923 году Д. Берджи выпустил первый международный определитель бактерий. Последующие издания были подготовлены Международным комитетом по систематике бактерий. Девятое, последнее американское издание «Руководства по определению бактерий Берджи» (Bergey"s Manual of Determinative Bacteriology), вышло в 1994 году. Сокращенное название Руководства -BMDB-9. В русском переводе BMDB-9 издано в 1997 году. Оно знакомит с многообразием прокариот и делает шаг навстречу попыткам идентификации микроорганизмов, выделяемых из окружающей среды.
Согласно BMDB-9 бактерии подразделяются (по фенотипи-ческим признакам) на четыре основные категории:
1. Грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточные стенки.
2. Грамположительные эубактерии, имеющие клеточные стенки.
3. Эубакгерии, лишенные клеточных стенок.
4. Архебактерии.
Основным объектом в идентификации микроорганизмов является чистая культура выделенной бактерии, называемая «штаммом» или «клоном».
Штамм (от нем. stammen - происходить) - это бактериальная культура одного и того же вида, выделенная из разных объектов или из одного объекга в разное время, и отличающаяся незначительными изменениями свойств (например, по чувствительности к антибиотикам, ферментативной активности, способности к образованию токсинов). Обычно штаммы одного вида приспособлены к определенной среде обитания.
Под термином «бактериальная культура » понимают популяцию микробных клеток в данном месте и в данное время. Это могут быть микроорганизмы, выращенные на плотной или жидкой питательной среде в условиях лаборатории. Культуру микроорганизмов, выращенных на плотной или жидкой питательной среде из особей одного вида путем последовательных пересевов одиночной колонии, называют чистой.
Чистые бактериальные культуры, полученные из одной исходной клетки, называют клонами (от греч. klon - отпрыск). Клон представляет собой генетически однородную популяцию.
Смешанной называют культуру из неоднородных микроорганизмов, выделенных из исследуемого материала, например, из воды, почвы, воздуха.
Задачи систематики показать степень родства между организмами и эволюционную связь. Принципы классификации изучает – таксономия (от греч. taxis-расположение, homos – закон) Основные таксономические единицы в систематики микроорганизмов следующие:
- Царство в основе тип клеточной организации (прокариоты, эукариоты, вирусы)
- Отдел – бактерии
- Класс
- Порядок
- Семейство
Основная таксономическая единица в микробиологии вид, род, семейство.
Вид – бактерии это совокупность микроорганизмов одного генотипа, которые в одинаковых условиях имеют одинаковые фенотипические признаки. Например: Salmonella typhi (род, вид). В пределах одного вида отдельные признаки. Отдельные свойства могут варьировать, поэтому внутри вида могут вида могут определятся под виды (морфологические варианты, биоварианты, хемоварианты, фаговары, серовары(отличаются по антигенным свойствам)).
Установление принадлежности к роду и виду называется идентификацией бактерий. Для идентификации необходимо изучить все свойства микроорганизмов, обнаружить эти свойства в мире микроба. Идентификация микроорганизма происходит по набору следующих свойств: тинкториальный, кульруральных, биохимических, факторов патогенности, антигенных свойств и отношение к фагам. Для облегчения идентификации предложены специальные идентификационные ключи для определенных групп микроорганизмов это наборы признаков для микроорганизма – семейства, рода и вида. Идентификации подвергаются исключительно чистые культуры организма.
ЧКМ – микробы одного вида выращенные в лабораторных условиях на искусственных питательных средах.
Штамм – чистая культура выделенная из конкретного источника, либо чистая культура выделенная из одного источника, но в разное время.
Клон – чистая культура микробов полученная из одной бактериальной клетки
Популяция микробов – совокупность особей одного вида длительно существующих на определенной территории и изолированных от других особой того же вида, популяция единица эволюции. Например популяция сальмонеллы тифи северных регионов отличается от обитающих в южных регионов.
Генетическая таксономия
Идентификация бактерий на основании генетического родства. В основе определение генетических структур клетки — ДНК, внехромосомных структур – плазмиды, транспазоны. Доказано что состав основавний ДНК витоспецифичны т.е. определяется процентное содержание ГЦ от общего содержание всех оснований это может иметь значении е для определение вида. Определяется сходство или комплементарность кислот между различными организмами методом гибридизации. Устанавливают гомологию последовательности нуклеиновых кислот. Этим методом определяют родство между микроорганизмами. % сходства одного порядка равен 80%, для семейства 90%, рода 95% для вида почти 100%.
Первый труд в котором были описаны и классифицированы бактерий был составлен Берджи в 1923 г. В нем бактерии разделены на 25 группы. Патогенные всего 20 групп. В определителе бактерии разделены на Gracilicutes – тонкостенные, Firmicutes — толстостенные, Teniricutes – мягкотелые.
Проблема происхождения и эволюции микроорганизмов очень сложна. Еще в 1886 г. немецкий биолог Э. Геккел предложил выделить микроорганизмы, у которых отсутствует дифференцировка на органы и ткани (простейшие, грибы, бактерии), в отдельное царство — Protista (протесты, первосущества), включив в него организмы, во многих отношениях занимающие промежуточное положение между растениями и животными. В дальнейшем с учетом строения клеток протисты были подразделены на две четко разграниченные группы — высшие и низшие. У высших протистов клетки сходны с растительными и животными клетками, это — эукариоты. К ним отнесены микроскопические водоросли (кроме сине-зеленых), микроскопические грибы (плесени и дрожжи). К низшим отнесены протисты, клетки которых по строению существенно отличаются от всех других организмов (бактерии и сине-зеленые водоросли), это — прокариоты.
В эукариотных клетках есть вторичные полости. Ядерная мембрана, отграничивающая ДНК от остальной цитоплазмы, формирует вторичную полость. Эукариоты имеют истинное ядро, рибосомы более крупные, геном представлен набором хромосом, которые при митозе удваиваются и распределяются между дочерними клетками.
Прокариоты не имеют окруженного мембраной ядра. Ядерная ДНК в виде замкнутой в кольцо молекулы свободно располагается в цитоплазме. Клеточная стенка (за исключением микоплазм) содержит пептидогликан (мурсин), который не встречается у эукариот.
В этой связи было предложено выделить все прокариоты в особое царство — Procaryotae. В царство Eycaryotae включены все высшие протисты, растения и животные.
Систематика (таксономия) — наука, занимающаяся вопросами классификации, номенклатуры и идентификации микроорганизмов. Задачей классификации является объединение микроорганизмов с общими свойствами в определенные группы (таксоны). Номенклатура — система наименований, применяемых в определенной области знаний. Идентификация — отнесение микроорганизмов к определенному таксону (виду) на основании конкретных признаков.
Для того чтобы отнести микроорганизм к той или иной таксономической группе, необходимо определить основные его признаки: морфологию, подвижность, окраску по Граму, наличие капсулы и способность к образованию эндоспор, культурально-биохимические свойства и некоторые другие признаки. В классификации для группирования родственных организмов используют следующие таксономические категории: царство (regnum), отдел (divisio), секцию (section), класс (classis), порядок (ordo), семейство (familia), род (genus), вид (species).
В соответствии с новым кодексом номенклатуры бактерий, введенным с 1 января 1980 г., название микроорганизмам присваивается в соответствии с правилами Международного кодекса номенклатуры бактерий. В микробиологии, как и в биологии, для обозначения видов бактерий принята двойная (бинарная) номенклатура, предложенная еще в XVIII в. К. Линнеем. Первое слово название рода. Обычно это латинское слово, оно пишется с прописной буквы и характеризует какой-либо морфологический или физиологический признак либо фамилию ученого, открывшего этот микроб. Второе слово пишется со строчной буквы. Оно обозначает видовое название микроорганизма и, как правило, представляет собой производное от существительного, дающего описание цвета колонии, источника происхождения микроорганизма, вызываемого им процесса или болезни и некоторых других отличительных признаков. Например, Escherichia coli указывает, что микроб открыл Эшсрих, coli — обитатель кишечника, Bacillus anthracis — микроб образует спору, anthracis — возбудитель сибирской язвы, Azolobactcr — микроорганизм, фиксирующий атмосферный азот.
Основной номенклатурной единицей является вид. В. Д. Тимаков (1973) даст следующее определение ему: «Вид — это совокупность микроорганизмов, имеющих единое происхождение и генотип, сходных по морфологическим и биологическим свойствам, обладающих наследственно закрепленной способностью вызывать в среде естественного обитания качественно определенные специфические процессы». Вид подразделяют на подвиды или варианты. При изучении выделенных бактерий часто обнаруживают отклонение от типичных видовых свойств, такую культуру рассматривают как подвид. Имеются также и инфраподвидовые подразделения, которые основаны на отличии особей каким-либо небольшим наследственным признаком: антигенным — серовар, биохимическим — биовар, отношением к фагам — фаговар, патогенностью — патовар и др.
В микробиологии пользуются терминами «штамм» и «клон». Штамм — культура одного и того же вида, выделенная из разных объектов и отличающаяся незначительными изменениями свойств (например, чувствительностью к антибиотикам, ферментацией углеводов и др.). Под термином «культура» понимают микроорганизмы, выращенные на плотной или жидкой питательной среде в условиях лаборатории. Клон — это культура, полученная из одной клетки. Культуру микроорганизмов, полученную из особей одного вида, называют чистой культурой. Смешанной культурой называют смесь неоднородных микроорганизмов, выделенных из исследуемого материала (молока, почвы, воды, патматериала).
В микробиологии существует два различных подхода к систематике, обусловливающие два вида классификации. В основе первого лежит идея создания естественной (филогенетической) классификации прокариот, т. е. построения единой системы, объективно отражающей родственные отношения между разными группами и историю их эволюционного развития. Второй подход к систематике преследует практические цели и служит для идентификации, т. е. установления принадлежности микроорганизма к определенному виду. Это искусственная классификация (традиционная). Современные системы классификации микроорганизмов, по существу, являются искусственными. Этому служат определители, которыми пользуются главным образом при идентификации того или иного микроорганизма. К таким определителям относятся: «Определитель бактерий и актиномицетов» Н. А. Красильникова (1949), «Определитель микробов» Р. А. Циона (1948) и др. К международным определителям бактерий относится «Руководство по систематике бактерий» Д. X. Берги, девятое издание которого вышло в 1984 г. В этом определителе все прокариотические микроорганизмы объединены в царство Procaryotae, которое подразделяется на четыре отдела. Они, в свою очередь, делятся на секции, классы, порядки, семейства, роды, виды.
Отдел I. Gracilicutes (gracilus — тонкий, стройный, cules — кожа). В отдел внесены грамотрицательные микроорганизмы. В отделе девять секций.
Секция 1. Спирохеты. Эти микроорганизмы объединены в порядок Spirochaetales, имеющий два семейства: Spirochaetaceae (четыре рода), Leptospiraceae (один род).
Секция 2. Спиралевидные и изогнутые аэробы (микроаэрофилы). В секции одно семейство — Spirillaceae, в котором шесть родов. Патогенные для человека и животных микроорганизмы имеются в роде Campylobactcr.
Секция 3. В секцию включены грамотрицательные неподвижные изогнутые бактерии. Имеется одно семейство — Spirosomonaceac, в котором три рода. Патогенных среди них нет.
Секция 4. Аэробные грамотрицательные палочки, округлые и кокки. В секции восемь семейств, два — из которых имеют патогенные микроорганизмы. Семейство Pseudomonadaceae имеет четыре рода, более 25 видов, среди которых имеются патогенные (Ps. mallei и др.). Семейство Ncisseriaccae имеет 16 родов. Род Neisseria и Moraxella содержат патогенные для человека и животных микроорганизмы.
В эту секцию включены роды Bordelella, Brucella и Francisella, не имеющие семейств. Роды содержат патогенные микроорганизмы для человека и животных.
Секция 5. Грамотрицательные факультативные анаэробы. В секции три семейства: Enterobacleriaccae, Vibrionaceae и Pasteurellaccae. Семейство Entcrobacteriaceac имеет 14 родов (Escherichia, Salmonella, Citrobacler, Klcbsiella. Enterobacter. Erwinia, Shigclla, Proteus, Yersinia и др.). Семейство Vibrionaceae имеет два рода. В род Vibrio включены патогенные микроорганизмы.
Семейство Pasteurellaceae имеет три основных рода: Pasteurella, Haemophilus и Actinobacillus. Содержат патогенные виды микроорганизмов.
Секция 6. Строгие анаэробы. Изогнутые грамотрицательные палочки. В секции одно семейство — Bacteroidaceae, в котором 13 родов, среди которых имеются патогенные.
Секция 7. В секцию включены диссимилирующие и разлагающие сульфат бактерии. Имеется семь родов, среди которых нет патогенных.
Секция 8. Анаэробные грамотрицательные кокки. В секции одно семейство — Vellonellaceae, в котором три рода.
Секция 9. Риккетсии и хламидии. В секции два порядка: Rickettsiales и Chlamydiales. Порядок Rickettsiales имеет три семейства: Rickettsiaceae, Barlonellaceac и Anaplasmataceae. Семейство Rickettsiaceae имеет три трибы, в которые внесено восемь родов. Семейство Bartonellaceae содержит два рода, a Anaplasmataceae — четыре. Порядок Chlamydiales имеет одно семейство — Chlamydiaceae и один род — Chlamydia. Все семейства содержат патогенные микроорганизмы.
Отдел II. Firmicutes (лат. firmis — крепкий, cutes — кожа). В отдел включены грамположительные кокки, палочки или нити.
Секция 12. Грамположительные кокки. В секции два семейства: Micrococcaceae и Deinococcaceae. Семейство Micrococcaceae имеет четыре рода (Micrococcus, Stomatococcus, Pianococcus, Staphylococcus). В данную секцию кроме указанных двух семейств включено еще 10 самостоятельных родов (Streptococcus, Leuconostos, Pedicoccus, Sarcina и др.).
Секция 13. В секцию включены спорообразующие грамположительные палочки и кокки. В секции тесть родов: Bacillus, Clostridium, Sporolactobacillus, Sporosarcina и др. Первые два рода имеют патогенные виды.
Секция 14. Неспорообразующие грамположительные палочки. В секции представлено семь родов: Lactobacillus, Listeria, Erysipclotrix и др. Имеются патогенные.
Секция 15. Неспорообразующие внутриклеточные грамположительные палочки. В секции представлен 21 род (Corynobacterium, Microbacterium, Propionibacterium, Eubacterium, Acetobacterium, Bifidobacteriurn, Actinonuices и др.).
Секция 16. Микобактсрии. В секции одно семейство — Mycobacterioceae. Семейство имеет один род — Mycobacterium, в котором 49 видов (М.tuberculosis, M.bovis, M.aviurn, М. paratuberculosis, M.lepra и др.).
Секция 17. Nocardioforms. В секции девять родов: Nocardia, Pheodococcus, Pseudonocardia и др.
Отдел III. Tenericutes. В отделе объединены грамотрицательные прокариоты, не имеющие клеточной стенки, имеют цитоплазматическую мембрану. В отделе 10-я секция — микоплазмы. Они объединены в класс Mollicutes (лат. molli — мягкий, cutes — покров, кожа). В классе один порядок — Mycoplasinatales — и три семейства: Mycoplasmataceae, Acholeplasmataceae, Spiroplasmataceae. В основном патогенные микоплазмы включены в семейство Mycoplasmataceae.
Секция 11. Эндосимбионты.
Отдел IV. Mendosicutes. В отдел внесены прокариоты, среди которых нет патогенных бактерий, это метанобразующие, сероокисляющие, галофилы, микоплазмоподобные, термоацидофильные и др.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ ИМЕНИ МИХАИЛА ТУГАН-БАРАНОВСКОГО
Кафедра товароведения и экспертизы продовольственных товаров
Кудинова О.В.
«микробиология»
Конспект лекций
По дисциплине
для студентов профессионального направления – 6.030510.01.01 – «Товароведение непродовольственных товаров и коммерческая деятельность»
Донецк 2011
Модуль 1
Тема: Основы классификации и морфологии микроорганизмов
1. Систематика, классификация и номенклатура микроорганизмов.
2. Размеры, форма, строение и подвижность бактериальной клетки.
3. Общая характеристика грибов.
3.1. Строение и способы размножения.
3.2. Систематика грибов.
3.3. Общая характеристика дрожжей.
Систематика, классификация и номенклатура микроорганизмов.
Микроорганизмы (бактерии, грибы, простейшие, вирусы) систематизированы по их сходству, различиям ивзаимоотношениям между собой. Этим занимается специальная наука - систематика микроорганизмов .
Классификация - раздел систематики, распределяющий микроорганизмы по таксономическим категориям - таксонам (от греч. taxis - расположение, порядок) на основе сходства однородных признаков. В основу таксономии микроорганизмов положены их морфологические, физиологические, биохимические и молекулярно-биологические свойства. Чем больше сведений имеется о микроорганизмах, тем точнее их можно отнести к соответствующей таксономической категории. Различают следующие основные таксономические категории : царство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид .
Номенклатура - это система названий таксономических категорий в соответствии с международными правилами.
Одной из основных таксономических категорий является вид (species). Вид - это совокупность особей, имеющих общее происхождение, близких между собой по генетическим, морфологическим и физиологическим признакам, приспособленных к определенной среде обитания, обладающих сходным обменом веществ и характером межвидовых отношений.
В микробиологии, как и в биологии, для обозначения вида бактерий принята двойная (бинарная) номенклатура, которая характеризуется тем, что каждый микроорганизм имеет родовое и видовое название.
Если при изучении бактерий обнаруживают отклонения от типичных видовых свойств, то такую культуру рассматривают как подвид .Различают также типы (варианты) , т.е. внутривидовые подразделения, которые основаны на отличии особей какими-либо небольшими наследственными свойствами.
Совокупность однородных микроорганизмов, выросших на питательной среде, обладающая сходными морфологическими, тинкториальными (отношение к красителям), культуральными, биохимическими и антигенными свойствами, называется чистой культурой .
Чистая культура микроорганизмов, выделенных из определенного источника и отличающихся от других представителей вида, называется штаммом.
Близким к штамму является понятие клона.Клон представляет собой совокупность особей, выращенных из одной микробной клетки.
Американский микробиолог Д. Берги (1938-1999) выпустил первый международный определитель бактерий. Последующие издания определителя под названием «Bergey"s Manual of Determinative Bacteriology» подготовлены Международным комитетом по систематике бактерий. В них детально и полно приводятся последние сведения о микроорганизмах, их таксономии, номенклатуре и принципах идентификации, дана экологическая характеристика (место обитания, ниши) и другие свойства. В связи с постоянным появлением новых сведений о свойствах микроорганизмов каждое очередное издание определителя отличается от предыдущего.
Все живые организмы делят на следующие группы : прокариоты, эукариоты и вирусы .
Вирусы имеют неклеточное строение.
Прокариоты
(греч|. - про| - до|до|, кариоп| - ядро) - не имеют оформленного
ядра|, генетический материал (ДНК) не окружен в них ядерной мембраной и
находится| прямо в цитоплазме. К прокариотам относят бактерии и цианобактерии (сине-зеленые водоросли).
Эукариоты (греч|. - эи| - настоящий|подлинный|, истинный, кариоп| - ядро) – имеют настоящее| ядро, генетический материал окружен ядерной оболочкой - двойной мембраной. К эукариотам относят грибы, водоросли, простейшие, растения и животные.
Согласно с новым Кодексом номенклатуры бактерий выделяют следующие классификационные категории царства Procaryotae: отдел – Класс – Порядок – Семейство – Род – вид.
В восьмом издании (1974) «Руководства Берги по определению бактерий» все микроорганизмы объединены в царство прокариоты (Procaryotae ), в которое включены два отдела – цианобактерии и бактерии (Приложение 1).
В девятом (1984) издании «Руководства Берги по определению бактерий» все микроорганизмы разделены на 4 отдела и объединены в царство Procaryotae.
1. Отдел грацикулиты
(Gracilicutes
) (т.е. тонкостенные, грамотрицательные бактерии) (классы Scotobacteria, Anoxyphotobacteria, Oxyphotobacteria
) объединяет грамотрицательные, полиморфные, бесспоровые микроорганизмы, у которых в состав ригидной клеточной стенки входит пептидогликан (муреин). Сверху упругой
стенки располагается наружная мембрана, покрытая слоем белка
и гликопротеида. Между клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной грациликут имеется периплазматическое пространство.
2. Отдел фермикуты (Firmicutes ) (т.е. толстостенные, грамположительные бактерии) (классы Firmibacteria, Tallobacteria ) объединяет грамположительные палочковидные, шаровидные и нитевидные микроорганизмы. Среди них имеются аэробы, анаэробы и факультативные анаэробы. Подвижные и неподвижные формы, образующие эндо- и экзоспоры.
3. Отдел тенерикуты (Tenericutes ) (класс Mollicutes ). Молликуты - полиморфные прокариоты, которые не синтезируют пептидогликан, а следовательно, не образуют клеточной стенки. Функцию стенки выполняет прочная трехслойная цитоплазматическая мембрана. Молликуты нечувствительны к пенициллину. Собирательное название таких микроорганизмов - микоплазмы.
4. Отдел мендозикуты
(Mendosicutes
) (класс Archaeobacteria
) включает прокариоты с несовершенной клеточной стенкой, в которой вместо муреина содержится псевдомуреин, в котором отсутствует мурамовая
кислота. Клетки имеют форму кокков, палочек и спиралей, а также пирамид, квадратов и т. д.
Похожая информация.