Лекции по микробиологии

Систематика и номенклатура микроорганизмов

Основной таксономической  единицей систематики бактерий является вид.

Вид – это эволюционно  сложившаяся совокупность особей, имеющая  единый генотип, который в стандартных  условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими и  другими признаками.

Вид не является конечной единицей систематики. Внутри вида выделяют варианты микроорганизмов, отличающиеся отдельными признаками. Так, различают:

1) серовары (по антигенной структуре);

2) хемовары (по чувствительности к химическим веществам);

3) фаговары (по чувствительности к фагам);

4) ферментовары;

5) бактериоциновары;

6) бактериоциногеновары.

Бактериоцины – вещества, продуцируемые бактериями и губительно действующие на другие бактерии. По типу продуцируемого бактериоцина различают бактериоциновары, а по чувствительности – бактерициногеновары.

Для видовой идентификации  бактерий необходимо знать следующие  их свойства:

1) морфологические (форму и структуру бактериальной клетки);

2) тинкториальные (способность окрашиваться различными красителями);

3) культуральные (характер роста на питательной среде);

4) биохимические (способность утилизировать различные субстраты);

5) антигенные.

Виды, связанные генетическим родством, объединяют в роды, роды –  в семейства, семейства – в  порядки. Более высокими таксономическими категориями являются классы, отделы, подцарства и царства.

Согласно современной  систематике патогенные микроорганизмы относятся к царству прокариот, патогенные простейшие и грибы –  к царству эукариот, вирусы объединяются в отдельное царство – Vira.

Все прокариоты, имеющие единый тип организации клеток, объединены в один отдел – Bacteria. Однако отдельные их группы отличаются структурными и физиологическими особенностями. На этом основании выделяют:

1) собственно бактерии;

2) актиномицеты;

3) спирохеты;

4) риккетсии;

5) хламидии;

6) микоплазмы.

В настоящее время для  систематики микроорганизмов используется ряд таксономических систем.

1. Нумерическая таксономия. Признает равноценность всех признаков. Для ее применения необходимо иметь информацию о многих десятках признаков. Видовая принадлежность устанавливается по числу совпадающих признаков.

2. Серотаксономия. Изучает антигены бактерий с помощью реакций с иммунными сыворотками. Наиболее часто применяется в медицинской бактериологии. Недостаток – бактерии не всегда cодержат видоспецифический антиген.

3. Хемотакcономия. Применяются физико-химические методы, с помощью которых исследуется липидный, аминокислотный состав микробной клетки и определенных ее компонентов.

4. Генная систематика. Основана на способности бактерий с гомологичными ДНК к трансформации, трансдукции и конъюгации, на анализе внехромосомных факторов наследственности – плазмид, транспозонов, фагов.

Совокупность основных биологических  свойств бактерий можно определить только у чистой культуры – это  бактерии одного вида, выращенные на питательной  среде.

Нумерическая таксономия. Следующим шагом к созданию более объективной системы можно считать «нумерическую таксономию». Эта система основана на признании принципов Адансона, согласно которым самые различные признаки, поддающиеся учету, имеют одинаковое значение для характеристики организма. Для количественной оценки учитывают, возможно, большее число признаков, которые подбирают так, чтобы они были альтернативными, т.е. чтобы их варианты можно было обозначать знаками «плюс» или «минус». Оценку различных комбинаций признаков производят с помощью ЭВМ. При этом каждый из признаков одного штамма сравнивают с каждым признаком всех других штаммов. Считается, что сходство между двумя исследуемыми штаммами тем больше, чем больше отношение числа совпадающих признаков к числу всех учитываемых.

Для попарного сравнения пользуются коэффициентом сходства (величиной S). Он определяется следующим образом:

 

A + b + с + d

где а и d-суммы признаков, по которым штаммы А и В совпадают (а - оба положительные; d - оба отрицательные); Ъ - сумма признаков, по которым штамм А положителен, а штамм В отрицателен; с-сумма признаков, по которым штамм А отрицателен, а штамм В положителен. В результате расчетов получаются величины от 0 до 1. S = 1 означает 100%-ное сходство, т.е. идентичность, a S <0,02 - абсолютное несходство. Полученные величины вносятся в матрицу сходства и могут также быть представлены в виде дендрограммы (подобной филогенетическому древу). Однако нумерическая таксономия не имеет прямого отношения к филогении.

В зависимости от отношения  к кислотности среды прокариоты могут быть разделены на несколько  групп. Оптимальный рН для роста подавляющего большинства прокариот, называемых нейтрофилами, - область, близкая к нейтральной, а рост возможен, как правило, в диапазоне от 4 до 9, считающемся нормальным. Типичными нейтрофилами являются разные штаммы Escherichiа coli, Bacillus megaterium, Streptococcus faecalis.

Предельные обнаруженные границы рН для роста представителей мира прокариот приблизительно от 1 до 12. Хотя многие способны расти или выживать при значениях рН, лежащих за пределами нормального диапазона, оптимум их роста обычно находится внутри этого диапазона. Такие прокариоты считаются кислото- или щелочеустойчивыми (толерантными). К кислотоустойчивым относятся многие бактерии, продуцирующие органические кислоты, например уксуснокислые, молочнокислые и др. Щелочетолерантны многие из энтеробактерий, устойчивые к значениям рН, близким к 9-10.

У некоторых видов адаптация  к кислотности среды привела  к тому, что оптимум рН для роста переместился в кислую (рН 4 и ниже) или щелочную (рН от 9 и выше) зону. Такие прокариоты названы ацидофильными или алкалофильными (кислото- или щелочелюбивыми) соответственно. Среди обеих групп выделяют облигатные формы, потерявшие способность расти в нейтральной области, и факультативные, сохранившие эту способность. Типичными представителями облигатных ацидофилов служат бактерии рода Thiobacillus. Из алкалофилов к облигатным можно отнести некоторых представителей рода Bacillus.