Глава 1. СИСТЕМАТИКА БАКТЕРИЙ
План • • • Принципы систематики Генетические критерии систематики Фенотипические критерии систематики Серологические критерии систематики Современная классификация бактерий
1. Принципы систематики • Задачами систематики являются: – классификация, – номенклатура и – идентификация организмов. • Классификация – – распределение множества организмов по группам (таксонам). • Номенклатура – – присвоение названия отдельным группам и микроорганизмам
1. Принципы систематики • Бинарная номенклатура • название, состоящее из двух слов: – первое определяет их принадлежность к определенному роду, – второе - виду. • Clostridium tetani и Clostridium bottiliiwm • Названия бактериям присваивают в соответствии с правилами • Международного кодекса номенклатуры бактерий.
1. Принципы систематики • Основной таксономической категорией является вид. • род, • семейство, • порядок, • класс, • отдел, • царство.
1. Принципы систематики • В микробиологии существуют более мелкие таксономические единицы чем вид: – подвид (subspeciens) – разновидность • Подвиды могут различаться по – физиологическим (bio-var). – морфологическим (moiphovar). – антигенным свойствам (se-rovar).
1. Принципы систематики • Клон - чистая культура, полученная из одной клетки. • Штаммы - культуры бактерий одного вида, выделенные из различных источников или из одного источника в разное время, или полученных в ходе генетических манипуляций.
1. Принципы систематики • Идентификация – устанавливает принадлежность микроорганизмов к определенному таксону на основании наличия конкретных признаков. • Определение бактерий важно для – медицинской, – ветеринарной, – промышленной микробиологии, • где действующими объектами являются микроорганизмы и мельчайшие неточности в определении вида могут привести к нежелательным последствиям.
1. Принципы систематики • В микробиологии приняты два различных подхода к систематике, обусловливающих существование двух систем классификации: – филогенетической (естественной) – фенотипической (искусственной)
1. Принципы систематики • В основу филогенетической классификации положена идея создания системы прокариот, объективно отражающей родственные отношения между разными группами бактерий и историю их эволюционного развития.
1. Принципы систематики • Фенотипическая классификация преследует практические цели, заключающиеся в том, чтобы быстрее установить принадлежность микроорганизма к определенному таксону.
1. Принципы систематики • «Определитель бактерий Берджи» ( «Bergey's Manual of Determinative Bacteriology» ), – Первое издание определителя было выпущено в 1923 г. группой американских бактериологов под руководством Д. Х. Берджи – девятое издание в русском переводе вышло в 1997 г.
1. Принципы систематики • Критерии систематики – Свойства и признаки, характерные для всех бактерий данной группы и не характерные для микроорганизмов других групп • Чем больше общих признаков имеют сравниваемые организмы, тем больше и оснований для включения их в одну таксономическую группу
1. Принципы систематики • В конце 50 -х годов XX в. возникла нумерическая (численная) таксономия, основанная на принципах классификации французского ботаника М. Адансона (1757).
1. Принципы систематики • При идентификации бактерий возможно использование – генетических (молекулярно-биологических) – фенотипических – серологических • подходов и критериев систематики.
2. Генетические критерии систематики • определение относительного содержания ГЦ-пар в ДНК • гибридизация нуклеиновых кислот • определение нуклеотидных последовательностей в молекулах ДНК или РНК • применение генетических зондов (ДНК-зондов), • рестрикционный анализ ДНК • методы генетического анализа – изучение переноса генов, – генетических скрещиваний, картирование хромосом бактерий
2. Генетические критерии систематики • Определение молярного содержания ГЦ-оснований у широкого крута прокариот показало, что оно колеблется в широких пределах: от 25 до 80 мол. %. • В то же время, например, у разных видов бактерий рода Psetidomojws содержание ГЦ-пар в ДНК имеет близкие величины - от 61. 8 до 69. 5 мол. % от общего количества оснований. • Следовательно, каждый вид бактерий имеет ДНК с характерным средним содержанием ГЦ-пар, и эту величину можно рассматривать как один из важных признаков вида.
2. Генетические критерии систематики • Нуклеотидный состав ДНК бактерий можно определить – химическими и – физическими методами.
2. Генетические критерии систематики • К химическим относится – метод хроматографии на бумаге. • К физическим относятся методы – определения содержания азотистых оснований по температуре плавления ДНК – метод ультрацентрифугирования ДНК в градиенте плотности хлористого цезия.
2. Генетические критерии систематики • Имеется прямая зависимость между содержанием ГЦ-пар в молекуле ДНК и температурой ее плавления. • Температура плавления ДНК – это температура, при которой происходит ее денатурация в результате разрыва водородных связей между азотистыми основаниями.
2. Генетические критерии систематики Зависимость поглощения ДНК от температуры
2. Генетические критерии систематики • Средняя точка на кривой возрастания поглощения - температура плавления (Тпл. ) - служит мерой содержания ГЦоснований. а нуклеотидный состав ДНК определяется по формуле: (Г + Ц)% = (Тпл. -69, 3°) 2, 439.
3. Фенотипические критерии систематики • В классификации бактерий используют набор фенотипических признаков: – морфологических, – культуральных, – физиологических, – биохимических
3. Фенотипические критерии систематики • Описание морфологических признаков включает – – – – определение формы размеров клеток их взаимного расположения типа жгутикования наличия капсулы, способности образовывать споры, особенности внутреннего строения. – К морфологическим признакам относится и окраска по методу Грама, связанная со строением клеточной стенки.
3. Фенотипические критерии систематики • Культуральные признаки, – проявляются при выращивании бактерий в различных условиях • особенности роста бактерий – на плотной питательной среде • • размер, окраска, форма, характер колоний – в жидких питательных средах • образование осадка, • пленки, помутнения и т. д.
3. Фенотипические критерии систематики • Физиологические признаки: – возможность использовать те или иные источники углерода и азота, – потребность в факторах роста, – тип энергетических процессов • аэробное дыхание, • анаэробное дыхание, • брожение – отношение к температуре, влажности, кислотности среды и другим факторам внешней среды.
3. Фенотипические критерии систематики • Биохимические признаки бактерий, – наличие тех или иных ферментов, – образование продуктов метаболизма (кислоты, спирты, газы и т. д. ) – тип запасных веществ, – химический состав клеток и т. д.
4. Серологические критерии систематики • Серологические критерии систематики основаны на специфических реакциях (от лат. serum - сыворотка) антигенов (компоненты клеточных стенок, жгутиков, капсул, ДНК и токсинов) идентифицируемых микроорганизмов с антителами, содержащимися в сыворотках. • Между антигенами и соответствующими им антителами происходит связывание, что положено в основу методов серологической диагностики.
4. Серологические критерии систематики • Серологические реакции, • позволяют легко и быстро проводить предварительную идентификацию микроорганизмов. – агглютинация, – преципитация, – связывание комплемента, – иммунофлуоресценция, иммуноферментный анализ, – радиоиммунный анализ •
5. Современная классификация бактерий • В настоящее время наиболее приемлемой филогенетической системой классификации прокариот, является система, основанная на сопоставлении последовательности нуклеотидов в 16 Sp. PHK. – Эта система положена в основу 2 -го издания многотомной энциклопедии прокариот — «Bergey's Manual of Systematic Bacteriology» ( «Руководство по систематической бактериологии Берджи» ). которая издана в 2001 г.
5. Современная классификация бактерий • Прокариоты разделены на 26 филогенетических «ветвей» (групп) на основании строения их 16 Sр. РНК. – 23 «ветви» представлены эубактериями, – 3 - архебактериями. • Большое количество филогенетических групп содержат виды прокариот, которые не выделены в виде чистых культур и поэтому еще детально не изучены. – Для представителей этих видов известны в настоящее время только последовательности нуклеотидов в 16 Sp. PHK.
5. Современная классификация бактерий • Из 23 групп эубактерий – 2 филогенетические группы представлены грамположительными бактериями, – остальные группы - грамотрицательными. • Грамотрицательные бактерии состоят из – Протеобактерий (Proteobacteria) – двадцати групп остальных бактерий, • имеющих данный тип клеточной стенки.
Грамотрицательные бактерии филогенетической группы Proteobacteria (Протеобактерии) •
Фенотипическая классификация • Бактерии на основании строения пограничного слоя клетки разделены на четыре основных категории (отдела): – 1) Gracilicutes (от лат. cutes — кожа, gracilis — тонкий) — • грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточные стенки; – 2) Firmicutas (от лат. Jinnus — прочный) — • грамположительные эубактерии. имеющие клеточные стенки; – 3) Tenericutes (от лат. tener — мягкий, нежный) — • эубактерии. лишенные клеточных стенок; – 4) Mendosicutes (от лат. mendosus — ошибочный) — • архебактерии, клеточные стенкн которых отличаются от аналогичных структур прокариот. • В составе четырех отделов (основных категорий) выделено 35 групп (или секций) бактерий
Gracilicutes • 1. Спирохеты. • 2. Аэробные (или мнкроаэрофнльные), подвижные, спиралевидные (или внбриоидные) грамотрицательные бактерии. • 3. Неподвижные или, редко подвижные грамотрицательные изогнутые бактерии. • 4. Грамотрицательные аэробные (или микроаэрофильные) палочки и кокки. • 5. Факультативно аэробные грамотрицательные паточки.
Gracilicutes • 6. Грамотрицательные анаэробные прямые, изогнутые или спиралевидные палочки. • 7. Бактерии, осуществляющие диссимиляционное восстановление серы или сульфата. • 8. Анаэробные грамотрицательные кокки. • 9. Риккетсии и хламидии. • 10. Аноксигенные фототрофные бактерии. • 11. Оксигенные фототрофные бактерии. • .
Gracilicutes • 12. Аэробные хемолитотрофные бактерии и близкие организмы. • 13. Почкующиеся и/или образующие выросты бактерии. • 14. Бактерии, имеющие чехлы. • 15. Нефотосннтезирующие скользящие бактерии, не образующие плодовых тел. • 16. Скользящие бактерии, образующие плодовые тела.
Fhmicutes • 17. Грамположительные кокки. • 18. Грамположительные палочки и кокки, образующие эндоспоры. • 19. Грамположительные палочки правильной формы, не образующие спор. • 20. Грамположительные палочки неправильной формы, не образующие спор. • 21. Микобактерии. • 22 — 29. Актиномнцеты.
Teuericufes • 30. Микоплазмы
Mendosicutes • 31. Метаногены. • 32. Сульфатредуинрующне архебактерии. • 33. Экстремально галофильные архебактерии (галобакте-рии). • 34. Архебактерии. лишенные клеточной стенки. • 35. Экстремально термофильные и гипертермофильные архебактерии. метаболизирующие серу.
• Большинство микроорганизмов, существующих в природных образцах, еще должны быть выделены в чистые культуры. • В настоящее время культивировать можно только 0, 1% всего микробного разнообразия, а около 99% видов бактерии вырастить и идентифицировать не удается, хотя в чистую культуру выделено и описано около 5000 видов прокариот.
