Наука о многообразии и связях между организмами называется систематика или таксономия. Задачей её является классификация организмов по группам.

По решению Международного кодекса номенклатуры (зоологической, ботанической, номенклатуры бактерий, вирусов) были рекомендованы такие таксономические категории как: класс, отдел, порядок, семейство, род, вид.

Группа организмов, объединяющаяся по однородным свойствам в пределах той или иной таксономической категории, называется таксоном.

Таксономией называется раздел систематики, которая изучает принципы классификации организмов.

Номенклатура – это специальный раздел таксономии разрабатывающая правила присвоения наименований описываемым объектам. В микробиологии используется бинарная номенклатура К. Линнея, в которой биологическому виду дается название, состоящее из двух слов. Первое слово – является названием рода и пишется с прописной буквы, второе слово обозначает вид и пишется со строчной буквы, например, Escherichia (родовое) coli (видовое) название кишечной палочки. При повторном упоминании вида родовое название сокращается до начальной буквы, например, E. сoli.

Самой крупной таксономической категорией значится царство, потом следуют более мелкие, такие как подцарство, класс, отдел, порядок, семейство, род, вид, подвид и др.

Вид (species) одна из основных таксономических категорий. Представляет собой совокупность популяций особей, имеющие единый генотип, могут скрещиваться с образованием плодовитого потомства, являются носителями ряда морфологических, биохимических, физиологических признаков и населяют определенный ареал.

Однако у бактерий отсутствует половое размножение, поэтому это определение к ним неприменимо, при этом генетическая информация, содержащаяся в нехромосомных генетических элементах, для определения видовой принадлежности не используется.

Таким образом, вид микроорганизмов представляет собой совокупность особей объединяющиеся по сходству морфозиологических свойств, но отличающихся от других представителей рода. Вид не конечная единица в систематике микроорганизмов. Внутри вида различают варианты, отличающиеся отдельными признаками. Некоторые совокупности микроорганизмов, которые отличаются по некоторым свойствам обозначают, употребляя суффикс var (разновидность) или type (тип).

Так определяются:

1) серовары (различаются по антигенной структуре);

2) хемовары (чувствительные к химическим веществам);

3) фаговары (различаются по чувствительности к фагам);

4) ферментовары (по ферментативным свойствам);

5) бактериоциновары (по специфическим белкам вырабатываемые бактериями для подавления штаммов того же или родственного вида);

6) бактериоциногеновары (по веществам губительно действующих на другие бактерии).

Род является таксоном более высокого ранга, в которые объединяются виды, роды объединяются в семейства и далее следуют порядки, классы, отделы, подцарства, царства. Для микроорганизмов для определения их высших таксономических категорий пока нет исчерпывающего определения.

Общность однородных организмов, характеризующихся аналогичными морфологическими, культуральными, тинкториальными, антигенными и биохимическими свойствами называются чистой культурой бактерий. В случае выделения чистой культуры бактерий из определенного источника и отличающихся от других представителей вида культура будет называться штаммом. Различия между штаммами находятся в пределах вида. Совокупность потомков одной микробной клетки в микробиологии называется клоном.

 

5.1 Современная классификация и номенклатура микроорганизмов

 

Систематика биологических объектов имеет два типа: естественная или филогенетическая в систематике этого типа основу составляет установление родственных связей между организмами. Систематика второго типа искусственная или практическая в этом типе выявляется степень сходства между организмами с целью идентификации и установления принадлежности к определенным таксонам.

Идентификация прокариотных организмов проводится с применением периодического издания, называемого «Определитель бактерий», который выпускается Обществом американских бактериологов. К изданию также привлекаются крупные специалисты в области изучения различных групп бактерий. Первое издание определителя было произведено в 1923 году группой американских бактериологов под руководством Д. Х. Берги. В девятом издании «Определителя бактерий» вышедшего в 1984–1989 гг. все обнаруженные бактерии, объединенные в царство Рrоcаrуоtaе были разделены на 33 группы по легко определяемым признакам, которые выносились в названия групп. Группы в определителе назывались следующим образом, например, анаэробные грамотрицательные кокки (группа 8) или скользящие бактерии, образующие плодовые тела (группа 24). Идеей классификации по Берги была – легкость идентификации бактерий.

С этой целью используют совокупность следующих признаков:

1) морфологические признаки, к ним относятся характер взаиморасположения, размеры, формы;

2) тинкториальные свойства – восприимчивость бактерий к различным красителям. Важным признаком является отношение к окраске по Граму зависящее от химического состава клеточной стенки и его структуры. Согласно этому признаку все бактерии делятся на грамположительные и грамотрицательные. Морфологические признаки и отношение к окраске по Граму является дифференциальным признаком крупных таксонов – родов, семейств и т.д.;

3) культуральные свойства – характеризуют рост бактерий на плотных и жидких питательных средах;

4) подвижность бактерий – дифференцируют подвижные и неподвижные бактерии. К подвижным видам относятся плавающие, скользящие и ползающие формы;

5) спорообразование – к ним относятся такие признаки как форма спор и характер их расположения в клетке;

6) к физиологическим свойствам относятся способы углеродного (ауто и гетеротрофы), азотного (аминоавтотрофы, аминогетеротрофы) питания; типы дыхания: облигатные аэробы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы;

7) биохимические свойства – к ним относятся протеолитическая активность, способность ферментировать углеводы, образование аммиака, индола, наличие уреазы и других ферментов;

8) восприимчивость к специфическим бактериофагам;

9) антигенные свойства бактерий зависят от химического состава их клеточной стенки и жгутиков бактерий;

10) химический состав клеточных стенок – содержание и состав аминокислот и сахаров;

11) липидный и жирнокислотный состав – это исследование проводят с применением метода газовой хроматографии, обладающей высокой разделительной способностью и чувствительностью;

12) белковые спектры – методом фракцирования разделяются сложные смеси рибосомных, внутриклеточных и мембранных белков с целью получения белковых спектров фракции классифицируемого вида белков;

13) нуклеотидный состав и их последовательность, к этим признакам относятся последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, нуклеотидный состав РНК, последовательность аминокислот в белках ферментах с аналогичными функциями.

В настоящее время для систематики микроорганизмов используется ряд таксономических систем:

1) нумерическая таксономия, в этой таксономической системе признается равноценность всех признаков. Для ее применения необходима информация нескольких десятков признаков. По числу совпадающих признаков устанавливается видовая принадлежность;

2) серотаксономия – применяется в медицинской бактериологии. С помощью реакций с иммунными сыворотками изучаются антигены бактерий. Недостаток системы в том, что в бактериях не всегда обнаруживается видоспецифический антиген;

3) хемотакcономия – с помощью физико-химических методов исследуется аминокислотный, липидный состав микробной клетки и состав определенных ее компонентов;

4) генная систематика – в основе лежит способность бактерий к трансформации, трансдукции и конъюгации с гомологичными ДНК, а также анализируются внехромосомные факторы наследственности – транспозонов, фагов и плазмид.

 

5.2 Определитель прокариот Берджи (Bergye)

 

Для определения бактерий наиболее признанной и часто используемой является фенотипическая классификация бактерий. Она основывается на использовании набора фенотипических признаков: морфологических, культуральных, физиологических и биохимических. Фенотипическая классификация представлена в девятом издании «Определителя бактерий Берджи». На основании строения пограничного слоя клетки бактерии разделены на четыре основные категории или отдела:

1) Gracilicutes (лат. cutes – кожа, graciles – тонкий) эубактерии окрашивающиеся отрицательно по Граму, есть клеточные стенки;

2) Firmicutes (лат. firmus – прочный) грамположительные эубактерии, имеются клеточные стенки;

3) Tenericutes (лат. tener – нежный, мягкий) эубактерии без клеточных стенок;

4) Mendosicutes (лат. mendosus – ошибочный) это архебактерии, клеточная стенка их отличается от клеточной стенки прокариот.

В первый отдел Gracilicutes входят бактерии многообразной морфологии, стенка их окрашивается грамотрицательно. Основной путь размножения у них бинарное деление иногда почкование, не образует эндоспор. Передвигаются всеми путями с помощью жгутиков, но также встречаются виды, передвигающиеся изгибанием, скольжением. Отдел объединяет аэробные, анаэробные и факультативные бактерии, также фототрофные и хемотрофные бактерии. В отдел входят три класса: Scotobacteria, Oxyphotobacteria, Anoxyphotobacteria.

Класс Scotobacteria – самый крупный класс грамотрицательных бактерий. Класс получил название от греческого слова scotos означающее темнота, так как бактерии этого класса не используют световую энергию для метаболизма, а используют энергию окислительно-восстановительных реакций.

К классу Oxyphotobacteria относятся цианобактерии и прохлорофиты, фотосинтез оксигенный, осуществляется с выделением молекулярного кислорода, протекает аналогично фотосинтезу растений.

Класс Anoxyphotobacteria в его составе обнаруживаются пурпурные, зеленые бактерии и гелиобактерии. Им свойственен аноксигенный фотосинтез, то есть в процессе не выделяется молекулярный кислород.

Второй отдел Firmicutes включает в себя грамположительные бактернии. Морфология клеток разнообразна, есть палочки, нитевидные, кокки и ветвящиеся формы. Среди них есть виды образующие эндоспоры. Подавляющее большинство неподвижны, подвижные формы осуществляют движение с помощью перитрихий. В отделе есть аэробы, анаэробы и факультативные анаэробы. Отдел состоит из двух классов: Firmibacteria и Thallobacteria. Первый класс состоит из грамположительных бактерий не способных ветвиться. В составе второго класса много обильно ветвящихся форм.

Отдел Tenericutes состоит из бактерий, которые не имеют клеточной стенки. Ввиду отсутствия клеточной стенки форма клеток непостоянна, в чистой культуре таких бактерий обнаруживаются одновременно шаровидные, нитевидные, дисковидные, палочковидные и другие формы. Размножение происходит бинарным делением и почкованием. Грамотрицательные, образуют на твердой среде образуют мелкие врастающие вглубь колонии. Есть сапрофитные, паразиты и патогенные виды. Отдел представлен одним классом Mollicutes (микоплазмы).

Отдел Mendosicutes формируют бактерии, у которых клеточная стенка без наружного пластичного слоя, имеется только внутренний ригидный слой, не содержащий муреин (пептидогликан). Это облигатные анаэробы, у большинства имеются жгутики. Экологически и метаболически разнообразны, способны выживать в экстремальных условиях. Отдел состоит из класса Archaebacteria.

Таким образом, в составе четырех отделов или основных категорий выделено 35 групп или секций бактерий.

 

Задания для самостоятельной работы

 

1. Отличие определения вида в микробиологии от определения вида в общей биологии.
2. Свойства и признаки, входящие в основу таксономии микроорганизмов.
3. Отличие понятия «вид» у эукариот и прокариот.
4. Определение терминов «чистая культура», «штамм» и «клон» в микробиологии.
5. Типы систематики биологических объектов и различия между ними.
6. Признаки по которым в систематике микроорганизмов подразделяют бактерии на отделы.
7. Генетические методы определения степени родства микроорганизмов.
8. Принципы классификации представителей царства Vira.