Принципы классификации микробов. Принципы классификации микроорганизмов. Основные группы микроорганизмов. Принципы классификации бактерий

А также критерии, согласно которым определяется таксономическое положение, периодически меняются. В настоящее время действует 8е издание «Руководства Берги по определению бактерий», в котором все прокариоты распределены на 19 групп. Такая классификация служит в основном практическим целям для распознавания бактерий, т. е. идентификации видовой принадлежности, в основе которой лежит определение ряда морфологических, тинкториальных и биологических свойств выделяемых культур. В соответствии с Кодексом номенклатуры бактерий, действующим с 1 января 1980 г., имеются следующие классификационные категории царства прокариотов: отдел, класс, порядок, семейство, род, вид. Основной таксономической единицей является вид, т. е. совокупность особей одного генотипа, обладающих ярко выраженным фенотипическим сходством. Для обозначения биологического вида бактерий принята биноминальная номенклатура: первым словом определяется род микроба и оно пишется с прописной буквы, второе слово характеризует вид и пишется со строчной буквы. Например, Staphylococcus aureus, Escherichia coli. Родовые названия обозначают сокращенно: St. aureus, E. coli. Классификация микроорганизмов (распределение на классы, семейства, роды) и даны примеры видов прокариотов, главным образом патогенных для человека. Обозначены и некоторые ключевые свойства: морфологические (кокки, палочки и пр.), тинкториальные (отношение к окраске по Граму), биологические (тип дыхания - анаэробный или аэробный, способность к спорообразованию).

Микробы, или микроорганизмы (бактерии, грибы, простейшие, вирусы), систематизиро­ваны по их сходству, различиям и взаимо­отношениям между собой. Этим занимается специальная наука - систематика микроор­ганизмов. Систематика включает три части: классификацию, таксономию и идентифика­цию. В основу таксономии микроорганизмов поло­жены их морфологические, физиологические, биохимические и молекулярно-биологические свойства. Различают следующие таксономи­ческие категории: царство, подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид, подвид и др. В рамках той или иной таксономичес­кой категории выделяют таксоны - группы организмов, объединенные по определенным однородным свойствам.

Микроорганизмы представлены доклеточными формами (вирусы - царство Vira) и клеточными формами (бактерии, архебактерии, грибы и простейшие). Различают 3 доме­на (или «империи»): «Bacteria», «Archaea» и «Eukarya»:

1)домен «Bacteria» - прокариоты, пред­ставленные настоящими бактериями (эубактериями);

2)домен «Archaea» - прокариоты, пред­ставленные архебактериями;

3)домен «Eukarya» - эукариоты, клетки которых имеют ядро с ядерной оболочкой и ядрышком, а цитоплазма состоит из высоко­организованных органелл - митохондрий, аппарата Гольджи и др. Домен «Eukarya» вклю­чает: царство Fungi (грибы); царство животных Animalia (включает прстейшие – подцарство Protozoa); царство растений Plante. Домены включают царства, типы, классы, порядки, семейства, роды, виды.

Вид - это совокупность особей, объединенных по близким свойствам, но от­личающихся от других представителей рода. Чистая культура . Совокупность однородных микроорганиз­мов, выделенных на питательной среде, характеризующихся сходными морфологичес­кими, тинкториальными (отношение к кра­сителям), культуральными, биохимическими и антигенными свойствами. Штамм . Чистая культура микроорганизмов, выделен­ных из определенного источника и отличаю­щихся от других представителей вида, называ­ется штаммом..

Клон - представляет собой совокупность потомков, выращенных из единственной микробной клетки.

2.Механизмы передачи генетического материала у бактерий . Конъюгация бактерий состоит в переходе генети­ческого материала (ДНК) из клетки-донора («мужской») в клет­ку-реципиент («женскую») при контакте клеток между собой.Мужская клетка содержит F-фактор, или половой фактор, который контролирует синтез так называемых половых пилей, или F-пилей. Клетки, не содержа­щие F-фактора, являются женскими. F-фактор располагается в цитоплазме в виде кольцевой двунитчатой молекулы ДНК, т. е. является плазмидой. При конъюгации F-пили соединяют «мужскую» и «женскую» клетки, обеспечивая переход ДНК через конъюгационный мостик или F-пили.. Перенос всей хромосомы может длиться до 100 мин.Переносимая ДНК взаимодействует с ДНК реципиента - происходит гомологичная рекомбинация. Прерывая процесс конъ­югации бактерий, можно определять последовательность распо­ложения генов в хромосоме. Иногда F-фактор может при выхо­де из хромосомы захватывать небольшую ее часть, образуя так называемый замещенный фактор - F".При конъюгации происходит только частичный перенос ге­нетического материала.Трансдукция - передача ДНК от бактерии-донора к бактерии-реципиенту при участии бактериофага. Различают неспецифическую (общую) трансдукцию, при которой возможен перенос любого фрагмен­та ДНК донора, и специфическую - перенос определен­ного фрагмента ДНК донора только в определенные участки ДНК реципиента. Неспецифическая трансдукция обусловлена включе­нием ДНК донора в головку фага дополнительно к геному фага или вместо генома фага (дефектные фаги). Специфическая транс­дукция обусловлена замещением некоторых генов фага генами хромосомы клетки-донора. Фаговая ДНК, несущая фрагменты хромосомы клетки-донора, включается в строго определенные участки хромосомы клетки-реципиента. Таким образом, привно­сятся новые гены и ДНК фага в виде профага репродуцируется вместе с хромосомой, т.е. этот процесс сопровождается лизоге-нией. Если фрагмент ДНК, переносимый фагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента и не реплицируется, но с него считывается информация о синтезе соответствующего про­дукта, такая трансдукция называется абортивной.

Трансформация заключа­ется в том, что ДНК, выделенная из бактерий в свободной ра­створимой форме, передается бактерии-реципиенту. При транс­формации рекомбинация происходит, если ДНК бактерий род­ственны друг другу. В этом случае возможен обмен гомологич­ных участков собственной и проникшей извне ДНК. Впервые явление трансформации описал Ф. Гриффите (1928). Он вводил мышам живой невирулентный бескапсульный R-штамм пневмо­кокка и одновременно убитый вирулентный капсульный S-штамм пневмококка. Из крови погибших мышей был выделен вирулен­тный пневмококк, имеющий капсулу убитого S-штамма пнев­мококка. Таким образом, убитый S-штамм пневмококка передал наследственную способность капсулообразования R-штамму пнев­мококка. О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти (1944) дока­зали, что трансформирующим агентом в этом случае является ДНК. Путем трансформации могут быть перенесены различные признаки: капсулообразование, устойчивость к антибиотикам, синтез ферментов.

Изучение бактериальной трансформации позволило установить роль ДНК как материального субстрата наследственности. При изучении генетической трансформации у бактерий были разра­ботаны методы экстракции и очистки ДНК, биохимические и биофизические методы ее анализа.

3.Возбудители брюшного тифа и паратифов. Таксономия и характеристика. Микробиологическая диагностика. Специфическая профилактика и лечение. Брюшной тиф и паратифы А и В - - инфекционные болезни, вызываемые соответственно Salmonella typhi, Salmonella paratyph(Salmonella schottmuelleri, сопровождающиеся сходными патогенетическими и клиническими проявлениями, характеризующиеся поражением лимфатической системы кишечника, выраженной интоксикацией. Название рода Salmonella связано с именем Д. Сальмона.Таксономия . Возбудители брюшного тифа и паратифов А и В относятся к отделу Gracilicutes, семейству Enterobacteriaceae, роду Salmonella, включающему более 2000 видов.Морфология и тинкториальные свойства. Сальмонеллы – мелкие, длиной 2.3 мкм, шириной 0,5-0,7 мкм, грамотрицатель-ные палочки с закругленными концами (см. рис.ЮЛ). В мазках располагаются беспорядочно. Не образуют спор, имеют микрокапсулу, перитрихи.Культивирование . Сальмонеллы – факультативные анаэробы. Они неприхотливы и растут без всяких особенностей на простых питательных средах при температуре 37ºС и рН среды 7,2-7,4. Эдективной средой является, например, желчный бульон. При диагностике брюшного тифа, как и других кишечных инфекций, используют дифференциально-диагностические среды: Эндо, Левина, висмут-сульфитный агар и др.Ферментативная активность . Биохимическая активность сальмонелл достаточно высока, но они обладают меньшим набором ферментов, чем Е. coli, в частности не сбраживают лактозу. S. typhi менее активна, чем возбудители паратифов: она ферментирует ряд углеводов без образования газа.Антигенные свойства . Сальмонеллы имеют О- и Н-антигены, состоящие из ряда фракций, или рецепторов. Каждый вид имеет определенный набор фракций. Ф. Кауфман и П.Уайт предложили схему классификации сальмонелл по антигенной структуре, в основу которой положено строение О-антигена. Все виды сальмонелл, имеющие общий, так называемый групповой, рецептор О-антигена, объединены в одну группу. Таких групп насчитывается в настоящее время 65. В схеме также указано строение Н-антигена. Некоторые виды сальмонелл, в том числе S. typhi, имеют поверхностный Vi-антиген – антиген вирулентности, с которым связана устойчивость бактерий к фагоцитозу.

Факторы патогенности . Сальмонеллы образуют эндотоксин, оказывающий энтеротропное, нейротропное и пирогенное действие. Белки наружной мембраны обусловливают адгезивные свойства, устойчивость к фагоцитозу связана с микрокапсулой. Резистентность. Сальмонеллы довольно устойчивы к низкой температуре – в холодной чистой воде могут сохраняться до полутора лет; очень чувствительны к дезинфицирующим средствам, высокой температуре, УФ-лучам. В пищевых продуктах (мясе, молоке и др.) сальмонеллы могут не только долго сохраняться, но и размножаться. Эпидемиология. Источником брюшного тифа и паратифов являются больные люди и носители. Механизм передачи инфекции – фекально-оральный. Преобладает водный путь передачи, реже встречаются пищевой и контактно-бытовой пути. Брюшной тиф и паратифы – заболевания, которые регистрируются в разных странах мира. Чаще болеют люди в возрасте от 15 до 30 лет. Наиболее высокая заболеваемость отмечается летом и осенью. Патогенез . Возбудители попадают в организм через рот, достигают тонкой кишки, в лимфатических образованиях которой размножаются, а затем попадают в кровь. Током крови они разносятся по всему организму, внедряясь в паренхиматозные органы (селезенку, печень, почки, костный мозг). При гибели бактерий освобождается эндотоксин, вызывающий интоксикацию. Из желчного пузыря, где сальмонеллы могут длительно, даже в течение всей жизни сохраняться, они вновь попадают в те же лимфатические образования тонкой кишки. В результате повторного поступления сальмонелл может развиться своеобразная аллергическая реакция, проявляющаяся в виде воспаления, а затем некроза лимфатических образований. Выводятся сальмонеллы из организма с мочой и испражнениями. Клиническая картина. Клинически брюшной тиф и паратифы не отличимы. Инкубационный период продолжается 12.14 дней. Заболевание обычно начинается остро с повышения температуры тела, проявления слабости, утомляемости, нарушаются сон, аппетит. Для брюшного тифа характерны помрачение сознания (от греч. typhus – дым, туман), бред, галлюцинации, наличие сыпи. Очень тяжелыми осложнениями заболевания являются перитонит, кишечное кровотечение в результате некроза лимфатических образований тонкой кишки.

Иммунитет. После перенесенного заболевания вырабатывается прочный и продолжительный иммунитет.

Микробиологическая диагностика. В качестве материала для исследования используют кровь, мочу, испражнения. Основным методом диагностики является бактериологический, завершающийся внутривидовой идентификацией выделенной чистой культуры возбудителя – определением фаговара. Применяют также серологический метод – реакцию агглютинации Видаля, РНГА. Лечение. Назначают антибиотики. Применяют также иммуно-антибиотикотерапию. Профилактика. Для профилактики проводят санитарно-гигиенические мероприятия, а также используют вакцинацию в районах с неблагополучной эпидемической обстановкой. Применяют брюшнотифозную химическую и брюшнотифозную спиртовую вакцины, последняя обогащена Vi-антигеном. Для экстренной профилактики в очагах инфекции используют брюшнотифозный бактериофаг (в виде таблеток с кислотоустойчивой оболочкой и в жидком виде).

"

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.

Лекция № 2.

СИСТЕМАТИКА И НОМЕНКЛАТУРА.

4. Приспосабливаемость.

3 доме­на (или «империи »): «Bacteria », «Archaea » и «Eukarya »:

домен «Bacteria » эубактериями );

домен «Archaea » архебактериями ;

домен «Eukarya » Eukarya » вклю­чает: царство Fungi (грибы); царство животных Animalia Protozoa ); царство растений Plantae .

таксономия [от греч. taxis – расположение, порядок, + nomos таксоны

протисты [от греч. protistos эукариоты [от греч. eu- – хороший, добротный +karyon прокариоты [от греч. pro- – предшеству­ющий + karyon

Систематика микроорганизмов.

Естественная (филогенетическая) систематика микроорганизмов имеет конечной целью объединение родственных форм, связанных общностью происхождения, и установление иерархического соподчинения отдельных групп.

До настоящего времени отсутствуют единые принципы и подходы к объединению (или разделению) их в различные таксономические едини­цы, хотя для них пытаются использовать сходство геномов как общепринятый критерий. Очень многие микроорганизмы имеют одинаковые морфологические признаки, но различаются по строению геномов, родственные связи между ними часто бывают неясными, а эволюция многих просто неизвестна. Более того, краеугольное для каждой классификации понятие «вид» для бактерий до сих пор не имеет чёткого определения, а в ряде случаев истинное родство между бактериями может оказаться спорным, поскольку оно лишь отражает общность проис­хождения от одного далёкого предка. Такой упрощённый критерий, как размер, применявшийся на заре микробиологии, в настоящее время абсолютно неприемлем. Кроме того, микроорганиз­мы значительно различаются по своей архитектуре, системам биосинтезов, организации генети­ческого аппарата. Их разделяют на группы для демонстрации степени сходства и предполагае­мой эволюционной взаимосвязи. Базовый признак, используемый для классификации микроорганизмов – тип клеточной организации.

Искусственная (ключевая) систематика микроорганизмов, объединяющая организмы в группы на основе сходства их важ­нейших свойств.

Этихарактеристики применяют для определения и идентификации микроорганизмов. С позиций медицинской микробиологии микроорганизмы обычно подразделя­ют в соответствии с влиянием, которое они оказывают на организм человека: патогенные, условно-патогенные и непатогенные. Несмотря на очевидную важность этого утилитарного подхода, их систематика всё же основана на принципах, общих для всех форм жизни. Для
облегчения диагностики и принятия решений, касающихся ле­чения и прогноза заболевания, предложены идентификацион­ные ключи. Сгруппированные в таком ключе микроорганизмы не всегда находятся в филогенетическом родстве, но перечис­ляются вместе, поскольку обладают несколькими, легко выяв­ляемыми сходными свойствами. Разработаны разнообразные до­ступные и быстрые тесты, позволяющие, как минимум в общихчертах, идентифицировать выделенные от пациента микроорга­низмы. В отношении бактерий наибольшее распространение на­шли предложенные американским бактериологом Дэвидом Берджиподходы к систематизации, учитывающие один или несколько наиболее характерных признаков. «Определитель бактерий Берджи» – характерный пример искусственной систематики. Согласно его принципам, легко выявляемые свойства являются
основой для объединения бактерий в большие группы.

Род и выше.

Названия таксонов, имеющих ранг рода и выше, униноминальны (унитарны), то есть обозначаются одним словом, например Herpesviridae (семейство герпесвирусов).

Названия видов биноминальны (бинарны), то есть обозначаются двумя словами – название рода и вида. Например, Escherichiacoli (кишечная палочка). Второе слово бинарного названия вида, взятое отдельно, не имеет статуса в номенклатуре и не может быть использовано для научного обозначения микроорганизма. Исключением выступают вирусы, видовые названия которых не бинарны, то есть включают только видовое название (например, вирус бешенства).

Инфравидовые таксоны.

Систематика бактерий включает также внутривидовые таксоны, названия которых не подчиняются правилам «Международного кодекса номенклатуры бактерий».

Подвид.

Названия подвидов триноминальны (тринарны); для их обозначения применяют слово подвид (subspecies ) после видового названия, например Klebsiellapneumoniaesubsp.ozenae (палочка озены, где ozenae – название подвида).

Вариант.

Разнообразные механизмы изменчивости бактерий приводят к определённой не­стабильности признаков, совокупность которых определяет тот или иной вид. Поэтому в сис­тематике бактерий широко применяют понятие «вариант» . Различают морфологические, биоло­гические, биохимические, серологические и многие другие варианты. В медицинской бактерио­логии обычно выделяют серологические варианты (серовары), варианты, устойчивые к антибиотикам (резистенсвары), бактериофагам (фаговары), а также варианты, различаю­щиеся по биохимическим (хемовары), биологическим или культуральным признакам (биовары).

Штамм и клон.

В микробиологии также применяют специализированные термины – «штамм » и «клон ».

Штаммом [от нем. stammen – происходить] называют культуру микроорга­низмов, выделенную из определённого конкретного источника (какого-либо организма или объекта окружающей среды).

Клоном [от греч. klon – отводок] называют культуру микроорганизмов, по­лученную из одной материнской клетки.

Вироиды.

Вироиды [от virus и греч. eidos – сходство] – представляют собой мелкие кольцевые однонитевые суперспирализованные молекулы РНК (аналогичную организацию имеет геном вируса гепатита D). Поскольку у вироидов нет белковой оболочки, они не проявляют выраженных иммуногенных свойств, и поэтому их нельзя идентифицировать серологическими методами. Вироиды вызывают заболевания у растений.

Прионы.

Включены в царство Vira в качестве безымянного таксона.

Прионы [от англ. proteinaceousinfectious (particle ), белковоподобная инфекционная (частица)] – белковые инфекционные агенты, при­водящие к развитию летальных неврологических заболеваний (губча­тых энцефалопатий). Прионовые белки выделены как инфекционное начало скрепи у овец, спонгиоформной энцефалопатии крупного рога­того скота («коровье бешенство»), а у человека – куру, болезни Кройтцфельдта-Якоба, синдрома Герстманна-Штройсслера-Шайнкера и фатальной семейной бессоницы. Прионы передаются инокуляционно или алиментарным путём не только между особями одного биоло­гического вида, но и между животными разных видов, в том числе между животным и человеком.

Патогенез прионовых болезней связан с изменением характера укладки поли­пептидной цепи, то есть изменением конформации белка. В результате формируются конгломераты в виде палочек или лент размером 25~550 × 11 нм. Эти прионовые формы белков ус­тойчивы к кипячению, ультрафиолетовому (УФ) облучению, действию 70% этанола и формальдегида и сохраняются в тканях, фиксирован­ных 10% формалином. Попадая в здоровый организм человека или животного, патологические конформеры способствуют постепенному отложению амилоидоподобных структур, в состав которых входят и нормальные белки PrP C .

Кислотоустойчивые бактерии.

Клеточная стенка некоторых бактерий содержит большое количество липидов и восков, делающих их устойчивыми к последующему после окрашивания обесцвечиванию кислотами, щелочами или этанолом (например, виды Mycobacterium или Nocardia ). Подобные бактерии называют кислотоустойчивыми, их трудно окрашивать по Граму (хотя кислотоустойчивые бактерии рассматривают как грамположительные). Для их окраски применяют метод Циля-Нильсена.

Окрашивание по Граму или Цилю-Нильсену имеет диагностическую ценность в отношении бактерий, обладающих прочной клеточной стенкой. Они неприемлемы для окраски микоплазм (нет клеточной стенки) или спирохет (клеточная стенка тонкая и легко разрушается при окра­шивании). Для изучения последних применяют различные методы нанесения на их поверхность контрастных субстратов (например, серебрение).

Подвижность.

Важным дифференцирующим признаком является подвижность. В соответствии со способом передвижения выделяют скользящие бактерии, перемещающиеся за счёт волнообразных сокра­щений тела, и плавающие бактерии, движение которых обеспечивают жгутики или реснички.

Способность к спорообразованию.

Для классификации некоторых бактерий учитывают их способность к спорообразованию, размеры спор и их расположение в клетке.

Физиологическая активность.

Физиологическая активность является не менее важным отличительным признаком. Бакте­рии разделяют по способу питания, по типу получения энергии (дыхание, брожение, фотосин­тез), по отношению к рН с указанием пределов устойчивости и оптимума роста и т.д. Наиболее важным критерием считают отношение к кислороду.

Аэробные бактерии используют молекулярный О 2 в качестве конечного акцептора электро­нов в процессе дыхания. Большинство бактерий обладают связанной с мембра­ной цитохром-С-оксидазой, играющей ведущую роль в электрон-транспортной цепи. Для вы­явления фермента применяют оксидазный тест, основанный на способности бесцветного вещества NN -диметил-p -фенилендиамина приобретать при восстановлении малиновый цвет.

Анаэробные бактерии не утилизируют молекулярный О 2 в качестве конечного акцептора электронов. Подобные бактерии получают энергию либо в процессе брожения, где конечными акцепторами электронов служат органические соединения, либо при анаэробном дыхании, используя отличный от кислорода акцептор электронов (например, NO 3 ¯ , SO 4 2- или Fe 3+).

Факультативные бактерии могут получать энергию либо в процессе дыхания, либо при брожении в зависимости от наличия или отсутствия кислорода в окружающей среде.

Биохимические свойства.

Для дифференцировки бактерий изучают их способность ферментировать углеводы, образо­вывать различные продукты (сероводород, индол) или гидролизовать белки.

Антигенные свойства.

Антигенные свойства различных бактерий специфичны и связаны с особенностями строения клеточных структур, распознаваемых специальными антисыворотками как антигенные детерминанты. Типирование бактерий по антигенной структуре проводят в реакции агглютинации (РА), смешивая каплю антисыворотки с каплей бактериальной суспензии. При положительной реак­ции появляются отдельные агрегированные комочки в исходно однородной бактериальной сус­пензии. Выделяют следующие типы АГ:

родоспецифичные , выявляемые у всех представителей конкретного рода, включая отдель­ные штаммы;

видоспецифичные , выявляемые у отдельных видов и штаммов микроорганизмов;

сероваро- (штаммо-) специфичные , выявляемые у представителей различных подгрупп (штаммов) внутри конкретного вида.

Химический состав.

Важный классификационный признак – суммарный химический состав бактериальных клеток. Обычно определяют содержание и состав сахаров, липидов и аминокислот в клеточных стенках.

Генетическое родство.

Для филогенетической классификации бактерий лучший и наиболее информативный показа­тель – генетическое родство. При систематизации бактерий на основании генетического род­ства учитывают ряд показателей.

Способность обмениваться генетической информацией (например, в процессе трансформации или конъюгации), возможной только между организмами одного рода или вида.

Состав оснований ДНК (отношение гуанин-цитозин:аденин-тимин).

Сходство нуклеиновых кислот, выявляемое методом гибридизации.

Кодекс названий грибов.

Кодекс названий грибов содержит положения, предусматривающие присвоение отдельных наименований совершенной (половой, или сумчатой) и несовершенной (бесполой, или конидиальной) стадиям. У многих грибов известны бесполые стадии (анаморфы ) и неизвестны поло­вые стадии (телеоморфы ). Поэтому кодекс разрешает давать различным стадиям (если тако­вые есть) различные названия. Например, половые формы дрожжевого гриба Cryptococcusneoformans сероваровА и D систематизируют как Filobasidiellaneoformansvar. neoformans либо как Cryptococcusneoformansvar. neoformans . ТелеоморфысероваровВ и С - как Filobasidiellaneoformansvar. bacillispora либо как Cryptococcusneoformansvar. gatti .

Лекция № 2.

СИСТЕМАТИКА И НОМЕНКЛАТУРА.

Первостепенным, безусловно, является вопрос принадлежности окружающего нас многообразия форм существования к живой или неживой материи. Именно с развитием биологии вообще и микробиологической науки в том числе, открытием ранее не известных форм жизни были выдвинуты некоторые установленные критерии, отличающие живую материю. К их числу относятся:

1. Способность к росту и размножению;

2. Обладание наследственностью и изменчивостью;

3. Подверженность эволюции (прогрессивной и регрессивной);

4. Приспосабливаемость.

Все существующие классификации форм жизни крайне разнообразны и ни одна из них не является полной, всеобъемлющей и принятой повсеместно.

По новому высше­му уровню в иерархии классификации среди клеточных форм жизни различают 3 доме­на (или «империи »): «Bacteria », «Archaea » и «Eukarya »:

домен «Bacteria » - прокариоты, пред­ставленные настоящими бактериями (эубактериями );

домен «Archaea » - прокариоты, пред­ставленныеархебактериями ;

домен «Eukarya » - эукариоты, клетки которых имеют ядро с ядерной оболочкой и ядрышком, а цитоплазма состоит из высокоорганизованных органелл - митохондрий, аппарата Гольджи и др. Домен «Eukarya » вклю­чает: царство Fungi (грибы); царство животных Animalia (включает простейшие - подцарствоProtozoa ); царство растений Plantae .

Систематика живых организмов – одна из наиболее сложных задач биологии. Систематика концентрирует все основные достиже­ния науки – чем они более конкретны, тем более точна классифи­кация. Любая классификация живых организмов призвана пока­зать степень сходства и предполагаемой эволюционной взаимо­связи (при этом более высокие категории – ёмкие и широкие, а более низкие – конкретны и ограничены). Принципы классификации изучает особый раздел систематики – таксономия [от греч. taxis – расположение, порядок, + nomos – закон]. В рамках той или иной таксономичес­кой категории выделяют таксоны - группы организмов, объединенные по определенным однородным свойствам.

Все существующие классификации форм жизни весьма разнородны, ни одна из них не является полной, всеобъемлющей и принятой повсемест­но. Чёткие границы мира растений и мира животных рухнули после открытия микроорганизмов.

Для третьегоцарства жи­вых существ Эрнст Хеккель (1866) предложил собирательное назва­ние протисты [от греч. protistos – первейший]. Всех их отличает более простое, чем у животных и растений, строение клетки. Выс­шие протисты (грибы, водоросли и простейшие) – эукариоты [от греч. eu- – хороший, добротный +karyon – ядро] – имеют морфологи­чески обособленное ядро и митотически делятся, чем напоминают растительные и животные клетки. Более просто организо­ванную группу составляют прокариоты [от греч. pro- – предшеству­ющий + karyon – ядро] – бактерии и сине-зелёные водоросли, чьи клетки не имеют мембраны вокруг вещества ядра. Позднее предста­вителей микромира дополнили неклеточные формы жизни – виру­сы, плазмиды, вироиды и др.

Принципы классификации микроорганизмов.

Вид – совокупность особей с одинаковым фенотипом, дающих плодовитое потомство и обитающих в определённом ареале.

Для правильного понимания значения этого термина в классификации микроорганизмов необходимо знать различия видообразования между бактериями и высшими растениями и жи­вотными с обязательным половым размножением. Для видов последних характерно наличие популяций с относительно однородным набором генов, образовавшимся в результате перекрёст­ного скрещивания. Если отдельные части популяции изолировать друг от друга (например, географически), то вполне возможна их дивергентная эволюция. По прошествии определённого времени на географическую изоляцию накладывается физиологическая изоляция, приводящая к развитию отдельных частей популяции по собственному пути и образованию нового вида. В отличие от высших растений и животных, большая часть микроорганизмов не способна раз­множаться половым путём. Иными словами, у них отсутствуют механизмы, способные приво­дить к «прерывистому» видообразованию. В результате заполнения различных экологических ниш могут развиваться дивергентные эволюционные формы, но разница между ними обусловле­на лишь различиями между экологическими нишами. Таким образом, определение понятия вид, как его применяют для организмов с половым размножением, нельзя полностью применять в отношении микроорганизмов. В связи с этим понятие вид для них трактуется произвольно.

Современная классификация (группировка) микроорганизмов была предложена в 1980 г. амери-канским микробиологом Берджи . По этой классификации весь мир микробов делится на три царства: бактерии, грибы, вирусы.

Кто же это такие? Чтобы это выяснить, я обратилась в школьную библиотеку, где наш библиотекарь помогла мне поработать с литературой в поисках ответа.

Название микроорганизмы произошло от латинского слова микрос – малый. Следовательно, микроорганизмы (микробы) - одноклеточные организмы размером менее 0,1 мм., которые невозможно увидеть невооруженным глазом.

Появились на Земле за много миллиардов лет до появления человека! Они имеют разнообразную форму. Некоторые неподвижны, а у других имеются реснички или жгутики, при помощи которых они передвигаются.

Большинство микробов дышат воздухом - это аэробы .
Для других воздух вреден - это анаэробы .

В мировой классификации микробы делят на патогенные (болезнетворные) и непатогенные микробы . К ним относятся бактерии, вирусы, низшие микроскопические грибы (мукор, дрожжи) и водоросли, простейшие ( ).

Приложение 1

Классификация микроорганизмов

Из уроков окружающего мира я узнала, что бактерии, ранее считавшиеся микроскопическими растениями, сейчас выделены в самостоятельное царство Бактерии – одно из четырех в нынешней системе классификации наряду с растениями, животными, грибами .

(др. греч. - палочка) - это одноклеточные микроорганизмы, характеризующиеся клеточными сходствами, имеющие разнообразную форму: шаровидные - кокки , палочковидные - бациллы , изогнутые - вибрионы , спиральные - спириллы , в виде цепочки - стрептококки , в виде гроздей - стафилококки ( ).

Приложение 2

Классификация бактерий по форме

Название бактерии	Форма бактерии	Изображение бактерии
Кокки	Шарообразная
Бацилла	Палочковидная
Вибрион	Изогнутая, в виде запятой
Спирилла	Спиралевидная
Стрептококки	Цепочка
Стафилококки	Грозди
Диплококки	Две круглые бактерии, заключенные в одну капсулу

В настоящее время описано около десяти тысяч видов бактерий. Изучением бактерий занимается раздел микробиологии бактериология .

(лат. virus яд) - самые примитивные организмы на земле размером 20-300 нм. Воспроизводятся только внутри живых клеток организма. Не имеют клеточного строения. В свободном состоянии в них не происходят никакие обменные процессы.

(низшие) это одноклеточные грибы. К таким грибам относится известная всем белая плесень (гриб мукор ). Такой гриб часто развивается на хлебе или овощах и выглядит сначала как вата – белое пушистое вещество, которое постепенно превращается в черное. Несмотря на то, что в быту мукор вызывает порчу, в природе он играет полезную функцию, разлагая отмершие организмы.

Особую нишу в микробиологических исследованиях занимают - группа одноклеточных грибов, обитающие в жидкой среде, богатых органическими веществами, использующиеся в бродильных процессах.

(цианобактерии ) – тип древнейших крупных бактерий, способных к фотосинтезу, сопровождающемуся выделением кислорода.

– множество разнообразных организмов, тело которых состоит из одной клетки (инфузория, амеба, эвглена зеленая ...).

Таким образом, согласно рассмотренной мной классификации существует огромное количество микроорганизмов, которые существуют, и размножаются в комфортных для каждого вида условиях. Каждый вид микроорганизмов будет зависеть от среды обитания и выполнять определенные функции.

Минимальный перечень данных, необходимых для описания бактерий, включает в себя следующие признаки.

1. Морфологические и тинкториальные свойства - величина, форма, клеток, наличие капсулы, спор, жгутиков, способность окрашиваться красителями.

2.Тип дыхания – потребность в газообразном кислороде.

3. Биохимические свойства - способность ферментировать углеводы, расщеплять белки.

4. Антигенная структура – наличиеантигенов.

5. Чувствительность к бактериофагам.

6. Химический состав - содержание и состав углеводов, липидов, белков.

7. Генетическое родство с другими бактериями.

В микробиологии созданы определители для идентификации микроорганизмов: “Определитель бактерий и актиномицетов” Н.А. Красильникова (1949 г.), “Определитель микробов” Р.А. Циона (1948 г.) и “Определитель бактерий” Д.Х. Берджи.

Наиболее распространенной является классификация американского бактериолога Д.Х. Берджи. Определитель Берджи систематизирует все известные бактерии на 4 отдела:

Отдел I. Gracilicutes (лат. gracilis - изящ­ный, тонкий, cutis – кожа) - виды с тонкой клеточной стенкой, окрашивающиеся грамотрицательно.

Отдел II. Firmicutes (лат. firmus - крепкий, cutis – кожа) - бактерии с толстой клеточной стенкой, окрашивающиеся грамположительно.

Отдел III. Tenericutes (лат. tener - нежный, cutis – кожа) - бактерии, не имеющие клеточной стенки – микоплазмы.

Отдел IV. Mendosicutes (лат. mendosus - неправильный, cutis – кожа) - архебактерии. В этот отдел включены метанобразующие, сероокисляющие, микоплазмоподобные, термоацидофильные и другие наиболее древние по происхождению бактерии.

Морфология бактерий

Бактерии невооруженным глазом не видны. Для их изучения используют световые и электронные микроскопы. Клетки бактерий измеряют в микрометрах (1 мкм равен 10 -3 мм), а элементы тонкого строения бактерий измеряют в нанометрах (1 нм равен 10 -3 мкм). Средние размеры бактерий составляют 0,5-3 мкм.

По форме клеток бактерии подразделяются на 3 основные группы:

Шаровидные формы или кокки;

Палочковидные формы;

Извитые формы.

Кокки имеют сферическую форму в виде правильного шара, эллипса, боба. В зависимости от взаимного расположения клеток после деления различают следующие виды кокков:

- микрококки делятся в разных плоскостях и располагаются одиночно, парами или беспорядочно;

- стафилококки делятся в различных плоскостях и располагаются гроздьями;

- диплококки делятся в одной плоскости, располагаются попарно;

- стрептококки делятся в одной плоскости, располагаются в виде цепочки;

- тетракокки делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, располагаются по четыре;

- сарцины делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и образуют правильные пакеты по 8-16 клеток.

Палочковидные бактерии имеют цилиндрическую форму с округлыми, заостренными или тупыми концами. Палочковидные бактерии подразделяются на 2 группы:

- бактерии – не образующие спор палочки;

- бациллы - палочки, образующие споры. Палочки, у которых диаметр споры превышает ширину вегетативной клетки, называют клостридиями .

Извитые бактерии объединяют:

- вибрионы - имеют цилиндрическую изогнутую форму, образуя 1/2-1/4 завитка спирали, по форме напоминают запятую;

- спириллы имеют форму спирально извитых палочек с 4-6 витками;

- спирохеты спирально извитые формы, у которых существуют 2 типа витков: первичные витки, образованные изгибами протоплазматического цилиндра, и вторичные витки, представляющие изгибы всего тела.