Microbiologia. Classificazione moderna dei microrganismi

Blocco delle lezioni

Metodi diagnostici microbiologici.

Problemi di microbiologia medica.

Questi includono quanto segue:

1. Determinazione del ruolo eziologico (causale) dei microrganismi in condizioni normali e patologiche.

2. Sviluppo di metodi diagnostici, prevenzione e trattamento specifici delle malattie infettive, indicazione (rilevamento) e identificazione (determinazione) degli agenti patogeni.

3. Controllo batteriologico e virologico ambiente, cibo, rispetto del regime di sterilizzazione e sorveglianza delle fonti di infezione nelle istituzioni mediche e pediatriche.

4. Monitoraggio della sensibilità dei microrganismi agli antibiotici e ad altri farmaci, lo stato del microbiocenosi (microflora) delle superfici e delle cavità del corpo umano.

I metodi per la diagnosi di laboratorio degli agenti infettivi sono numerosi, i principali includono i seguenti.

1. Microscopico - utilizzando strumenti di microscopia. Vengono determinate la forma, le dimensioni, la posizione relativa dei microrganismi, la loro struttura e la capacità di essere colorati con determinati coloranti.

I principali metodi di microscopia includono la microscopia ottica (con varietà - immersione, campo scuro, contrasto di fase, fluorescente, ecc.) e la microscopia elettronica. Questi metodi includono anche l'autoradiografia (metodo di rilevamento degli isotopi).

2. Microbiologico (batteriologico e virologico): isolamento di una coltura pura e sua identificazione.

3. Biologico: infezione di animali da laboratorio con riproduzione del processo infettivo su modelli sensibili (test biologico).

4. Immunologico (opzioni - sierologico, allergologico) - utilizzato per identificare antigeni patogeni o anticorpi contro di essi.

5. Genetica molecolare: sonde DNA e RNA, reazione a catena della polimerasi (PCR) e molti altri.

Concludendo il materiale presentato, è necessario notare il significato teorico della moderna microbiologia, virologia e immunologia. Le conquiste di queste scienze hanno permesso di studiare i processi fondamentali della vita a livello genetico molecolare. Determinano la moderna comprensione dell'essenza dei meccanismi di sviluppo di molte malattie e la direzione della loro prevenzione e trattamento più efficaci.

Piano di studio dell'argomento:

1. Tassonomia dei microrganismi.

2. Morfologia dei batteri.

3. La struttura di una cellula batterica.

4. Caratteristiche morfologiche dei funghi.

5. Caratteristiche morfologiche degli attinomiceti

La tassonomia è la distribuzione dei microrganismi in base alla loro origine e somiglianza biologica. La sistematica si occupa di una descrizione completa delle specie di organismi, della delucidazione del grado di relazioni correlate tra loro e della loro unificazione in unità di classificazione di diversi livelli di parentela - taxa. Le principali questioni affrontate nella tassonomia (tre aspetti, tre pilastri della tassonomia) sono la classificazione, l'identificazione e la nomenclatura.

Classificazione- distribuzione (associazione) di organismi secondo le loro proprietà comuni (caratteristiche genotipiche e fenotipiche simili) tra i vari taxa.

Tassonomia- la scienza dei metodi e dei principi di distribuzione (classificazione) degli organismi secondo la loro gerarchia. Le unità tassonomiche (taxa) più comunemente utilizzate sono ceppo, specie, genere. Taxa successivi più grandi: famiglia, ordine, classe.

Nel concetto moderno, una specie in microbiologia è un insieme di microrganismi che hanno un'origine evolutiva comune, un genotipo simile (un alto grado di omologia genetica, solitamente superiore al 60%) e le caratteristiche fenotipiche più vicine.

La tassonomia numerica (numerica) si basa sull'uso del numero massimo di caratteristiche comparabili e sulla considerazione matematica del grado di corrispondenza. Il gran numero di caratteristiche fenotipiche confrontate e il principio della loro pari importanza hanno reso difficile la classificazione.

Quando si studiano, identificano e classificano i microrganismi, vengono spesso studiate le seguenti caratteristiche (geno- e fenotipiche):

1. Morfologico: forma, dimensione, caratteristiche della posizione relativa, struttura.

2. Tintoriale: atteggiamento nei confronti di vari coloranti (natura della colorazione), principalmente nei confronti della colorazione di Gram. Su questa base, tutti i microrganismi sono divisi in gram-positivi e gram-negativi.

Le proprietà morfologiche e la relazione con la colorazione di Gram consentono, di norma, di classificare il microrganismo in studio come appartenente a grandi taxa - famiglia, genere.

3. Culturale: la natura della crescita di un microrganismo sui mezzi nutritivi.

4. Biochimico: la capacità di fermentare vari substrati (carboidrati, proteine ​​e amminoacidi, ecc.), per formare vari prodotti biochimici nel processo della vita grazie all'attività di vari sistemi enzimatici e caratteristiche metaboliche.

5. Antigenico: dipende principalmente dalla composizione chimica e dalla struttura della parete cellulare, la presenza di flagelli, capsule, è riconosciuta dalla capacità del macroorganismo (ospite) di produrre anticorpi e altre forme di risposta immunitaria, viene rilevata nelle reazioni immunologiche .

6. Fisiologico: metodi di carboidrati (autotrofi, eterotrofi), azoto (aminoautotrofi, aminoeterotrofi) e altri tipi di alimentazione, tipo di respirazione (aerobi, microaerofili, anaerobi facoltativi, anaerobi stretti).

7.Mobilità e tipologie di movimento.

8. Capacità di formare spore, natura delle spore.

9. Sensibilità ai batteriofagi, tipizzazione fagica.

10. Composizione chimica delle pareti cellulari: zuccheri basici e aminoacidi, composizione di lipidi e acidi grassi.

11. Spettro proteico (profilo polipeptidico).

12. Sensibilità agli antibiotici e ad altri farmaci.

13. Genotipico (uso di metodi genosistematici).

Negli ultimi decenni, per classificare i microrganismi, oltre alle loro caratteristiche fenotipiche (vedi paragrafi 1-12), vengono utilizzati sempre più ampiamente ed efficacemente vari metodi genetici (studio delle proprietà genotipiche-genotipiche). Vengono utilizzati metodi sempre più avanzati: analisi di restrizione, ibridazione DNA-DNA, PCR, sequenziamento, ecc. La maggior parte dei metodi si basa sul principio di determinazione del grado di omologia del materiale genetico (DNA, RNA). In questo caso, spesso partono dal presupposto condizionale che il grado di omologia superiore al 60% (per alcuni gruppi di microrganismi - 80%) indica che i microrganismi appartengono alla stessa specie (genotipi diversi - un genotipo), 40- 60% - allo stesso genere.

Identificazione.

Le caratteristiche fenotipiche e genotipiche di base utilizzate per classificare i microrganismi vengono utilizzate anche per l'identificazione, ad es. stabilire la loro posizione tassonomica e, soprattutto, le specie, è l'aspetto più importante della diagnosi microbiologica delle malattie infettive.

Nomenclatura- nome dei microrganismi in conformità con le norme internazionali. Per designare le specie batteriche si utilizza la nomenclatura latina binaria genere/specie, composta dal nome del genere (scritto con la lettera maiuscola) e della specie (scritto con la lettera minuscola). Esempi: Shigella flexneri, Rickettsia sibirica.

In microbiologia, una serie di altri termini vengono spesso utilizzati per caratterizzare i microrganismi.

Sottoporre a tensione- qualsiasi campione specifico (isolato) di una determinata specie. I ceppi della stessa specie, che differiscono nelle caratteristiche antigeniche, sono chiamati sierotipi (sierovarianti - abbreviati in sierovar), in base alla sensibilità a specifici fagi - fagotipi, proprietà biochimiche - chemovar, proprietà biologiche - biovar, ecc.

La colonia- una struttura isolata visibile quando i batteri si moltiplicano su mezzi nutritivi solidi; può svilupparsi da una o più cellule madri. Se una colonia si sviluppa da una cellula madre, la progenie viene chiamata clone.

Cultura- l'intera collezione di microrganismi della stessa specie coltivati ​​su un mezzo nutritivo solido o liquido.

Il principio di base del lavoro batteriologico è l'isolamento e lo studio delle proprietà delle sole colture pure (omogenee, senza mescolanza di microflora estranea).

Tassonomia– una teoria della diversità degli organismi che studia le relazioni tra gruppi o taxa. Taxon– un gruppo di organismi con un dato grado di omogeneità. Classificazione– divisione di molti organismi in gruppi (taxa). Tassonomia– nominare gruppi di organismi (taxa), stabilendone i confini in relazione alla subordinazione.

In microbiologia, come nella tassonomia degli organismi superiori, l'unità tassonomica di base è la specie ( specie). La specie di batteri è determinata sulla base di caratteristiche morfologiche, culturali, biochimiche, antigeniche e di altro tipo. Le specie possono essere rappresentate da diverse sottospecie. Una sottospecie può essere considerata come una fase nella formazione di una specie.

In microbiologia viene spesso utilizzato il termine ceppo (tedesco). Stamm- tronco, tribù, clan, radice). Sottoporre a tensione– una coltura pura di un microrganismo isolato da una fonte specifica o ottenuto a seguito di mutazioni. Un clone è una coltura ottenuta da una singola cellula microbica e rappresenta una popolazione geneticamente omogenea.

Il primo tentativo di classificazione scientifica dei batteri appartiene allo zoologo danese Müller (1773). Da allora ci sono state varie classificazioni dei batteri basate su principi diversi. Attualmente i tratti genetici stanno diventando di grande importanza, ad es. Caratteristiche della composizione nucleotidica del DNA. Gli individui della stessa specie hanno la stessa composizione del DNA e nelle specie appartenenti allo stesso genere la composizione nucleotidica del DNA è simile. Contenuto di GC (guanina e citosina) come percentuale di numero totale Le basi del DNA sono strettamente specifiche - Coefficiente di specificità del DNA. Questo coefficiente viene utilizzato per determinare il genere dei batteri.

Il Manuale di batteriologia sistematica di Bergee si è diffuso in tutto il mondo. La prima edizione fu pubblicata nel 1923 da un gruppo di batteriologi americani sotto la guida di D.H. Bergi, la nona nel 1984. Nella nona edizione della chiave di Bergi, tutti i batteri sono uniti nel regno Procarioti e sono divisi in 4 dipartimenti - Gracilicuti(lat. gracile– pelle sottile, snella, carina); Firmicutes(lat. fermo– forte, durevole); Tenericutes(lat. tener– morbido, gentile); Mendosicutes(lat. mendosus- errato). Le unità sono divise in classi. Le classi sono divise in ordini, famiglie, generi e specie. Ogni genere ha una specie tipo in base alla quale viene descritta la specie. Inoltre, è accettata la divisione end-to-end in parti (21 parti in totale).

Divisione Gracilicutes. Comprende organismi con parete cellulare di tipo gram-negativo, fototrofici e non fototrofici, morfologicamente diversi. Si riproducono per fissione binaria, alcuni gruppi per gemmazione. Le endospore non si formano. Molti sono mobili: utilizzano flagelli o scivolano. Specie aerobiche, anaerobiche e anaerobi facoltativi. Il dipartimento è diviso in tre classi. Classe Scotobatteri. Questa classe include batteri gram-negativi. Contiene 14 parti; 1.Samrochete. 2. Batteri Gr aerobici, microaerofili, mobili, curvati a spirale. 3. Batteri gram-negativi ricurvi non mobili (o raramente mobili). . 4. Bastoncini e cocchi aerobi Gram-negativi. 5. Bastoncini anaerobici facoltativi Gram-negativi. 6. Bastoncini anaerobici gram-negativi diritti, curvi o a spirale. 7. Batteri che assimilano o riducono il solfato. 8. Cocchi anaerobici Gram-negativi. 9. Rickettsia e clamidia. 10. Batteri scorrevoli. 11. Clamidobatteri o batteri che formano guaine o vagine. 12. Batteri in erba e (o) staminali. 13. Batteri chemiolitotrofi Gram-negativi. 14. Endosimbionti. Classe Anossifotobatteri. Parte 15. Batteri fototrofici. Classe degli ossifotobatteri. Parte 16. Cianobatteri.

Dipartimento Firmicutes. Include organismi con una parete cellulare gram-positiva. In forma sono cocchi, bastoncini, filamenti ramificati e non ramificati. Si riproducono per fissione binaria. Alcuni formano spore (endospore o spore su ife o sporangi). La maggior parte è immobile, ma ha flagelli mobili. Organismi aerobici, anaerobi e anaerobi facoltativi. Sono divisi in due classi. Classe Firmibatteri. Parte 17. Cocchi Gram-positivi. Parte 18. Bastoncelli e cocchi che formano endospore. Parte 19. Batteri gram-positivi a forma di bastoncino che non formano endospore. Classe dei tallobatteri(lat. tallo– ramificazione). Parte 20. Actinomiceti e organismi correlati.

Dipartimento di Tenerife. Questi sono procarioti privi di parete cellulare e non sintetizzano i precursori del peptidoglicano. Le cellule sono circondate da CPM e sono pleomorfe. Si riproducono mediante fissione binaria, gemmazione e rilascio di “corpi elementari”. Non colorato con Gram. Di solito immobile (o movimento scorrevole). Classe Mollicuti(lat. mollis– flessibile). Parte 21. Micoplasmi.

Divisione Mendosicutes. Include procarioti che hanno una parete cellulare rigida priva di peptidoglicano. Classe Archeobatteri(gr. arco- Inizio).

Caratteristiche dei procarioti che occupano una posizione intermedia. Alcuni batteri occupano una posizione intermedia tra i procarioti e gli eucarioti.

Actinomiceti(Funghi radianti) occupano una posizione intermedia tra batteri e funghi microscopici. Su terreni nutritivi densi crescono sotto forma di lunghi fili, le colonie hanno un centro denso e i fili sono come raggi. Questi batteri formano ife ramificate, alcuni formano substrato e micelio aereo. La larghezza delle cellule degli actinomiceti è 0,2-0,5 µm, la lunghezza può variare ampiamente, sono Gram-positive, esistono forme mobili e immobili. Questi sono aerobi e anaerobi facoltativi. Gli attinomiceti si riproducono per conidi formati su conidiofori di diverse strutture, per frammentazione (scomposizione in frammenti). Gli attinomiceti sono abitanti comuni del suolo e distruggono molti composti organici. Nel terreno, gli attinomiceti possono essere facilmente rilevati da un rivestimento bianco e sciolto su substrati semimarci. Alcuni actinomiceti sono produttori di antibiotici, enzimi, amminoacidi, acidi organici, ecc. Alcune specie possono causare deterioramento del cibo, distruggere rivestimenti di asfalto, oli lubrificanti e dipinti artistici. La maggior parte degli attinomiceti sono saprofiti, ma tra questi ci sono anche specie patogene. causando malattie delle piante, degli animali e dell’uomo (actinomicosi).

Cianobatteri(alghe azzurre) occupano una posizione intermedia tra i batteri e le alghe, esistono circa 150 generi e più di 1000 specie. Crescono in una varietà di condizioni in acqua e sulla terra. Si tratta di organismi unicellulari e multicellulari sferici, a forma di bastoncino, ricurvi, gram-negativi, dotati di capsula, mobili (movimento di scorrimento). Si riproducono per fissione binaria, gemmazione, frammenti di filamenti e spore. Questi sono fototrofi con fotosintesi di tipo ossigeno, alcuni sono fissatori di azoto. Numerose specie causano "fioriture d'acqua": formano accumuli nell'acqua sotto forma di croste e cespugli. Alcune specie sono coltivate in scala industriale per la produzione di proteine ​​alimentari e mangimi, preparati medicinali ( spirulina, nostok).

Domande di controllo: 1.Come vengono divisi i batteri sferici a seconda della posizione delle cellule dopo la divisione? 2. Come vengono suddivisi i batteri a forma di bastoncino in base alla loro lunghezza, diametro trasversale, forma delle estremità cellulari e posizione? 3. Come vengono classificate le forme a spirale dei batteri? 4. Quali sono le dimensioni delle cellule batteriche?5. In quali stati è presente l'acqua in una cellula batterica? 6. Quali sostanze si trovano solo nelle cellule batteriche e sono assenti nelle cellule eucariotiche? 7. Quali funzioni svolgono i lipidi in una cellula batterica? 8. Quali funzioni svolgono i pigmenti in una cellula batterica e come sono divisi? 9. Quali funzioni svolge la parete cellulare batterica? 10. Quali sono le differenze nella struttura e nella composizione chimica dei batteri gram-positivi e gram-negativi? 11. Quali funzioni svolge la membrana citoplasmatica in una cellula? 12. Qual è la differenza tra il nucleoide di una cellula batterica e il nucleo di una cellula eucariotica? 13. Quali sostanze di riserva possono essere contenute in una cellula batterica? 14. La formazione delle endospore può essere considerata una modalità di riproduzione batterica? 15. Quali fasi si possono distinguere nel processo di formazione delle endospore batteriche? 16. Che posizione può occupare una spora in una cellula batterica? 17. Che tipo di struttura e Composizione chimica ha una spora batterica? 18. Quali fattori determinano la resistenza al calore delle spore batteriche? 19. Come germinano le spore batteriche? 20. Quali tipi di movimenti batterici esistono? 21. Cosa sono i taxi positivi e negativi? 22. Come avviene il processo di divisione cellulare batterica? 23. Quali sono le caratteristiche della fase di latenza della coltivazione stazionaria di microrganismi? 24. Quale equazione descrive la crescita esponenziale di una popolazione batterica? 25. In quali fasi della curva di crescita dei microrganismi l'aumento della biomassa è pari a zero? 26. Come viene effettuata la coltivazione continua di microrganismi? 27. Cos'è un ceppo? 28. Qual è il coefficiente di specificità del DNA? 29. In quali dipartimenti e parti è diviso il regno? Proicarioti nella nona edizione della guida di Bergey ai batteri? 30. Quali batteri occupano una posizione intermedia tra batteri e funghi, tra batteri e alghe?

La classificazione, o tassonomia dei microrganismi (dal greco Systematikos - ordinato, sistematizzato), è una branca della microbiologia che si occupa della creazione di una classificazione dei microrganismi in base alle loro proprietà e alle relazioni correlate. Il termine “tassonomia” è talvolta usato come sinonimo del concetto di “tassonomia dei microrganismi”.

Attualmente non esiste una classificazione universale, ma solo corretta. A seconda del compito da svolgere, i microrganismi possono essere classificati in base alle caratteristiche morfologiche (bastoncini, cocchi, contorti, ecc.), in base alle caratteristiche tintoriali (gram-positivi, gram-negativi, ecc.), in base alle caratteristiche fisiologiche (termofili, psicrofili, acidofili, aerobici ecc.), secondo le caratteristiche ecologiche (fissatori di azoto, nitrificanti, solfatoriduttori, distruttivi della cellulosa, ecc.), secondo i rapporti interspecifici (antagonisti, sinergizzanti, commensali, ecc.), secondo le tipologie dei tassi, caratteristiche genotipiche e filogenetiche. I microrganismi vengono classificati anche in base al grado di pericolo per l'uomo, gli animali e l'ambiente. Pertanto, la classificazione dei microrganismi è un'elaborazione soggettiva di caratteristiche oggettive.

La moderna tassonomia dei microrganismi comprende tre aree principali:

1. Caratteristiche dei microrganismi- ottenere tutti i tipi di informazioni sulle proprietà e sui parametri necessari per classificare i microrganismi determinati in un particolare taxon.

2. Classificazione o tassonomia, cioè. il processo di ordinamento dei microrganismi in gruppi tassonomici in base alla somiglianza.

3. Nomenclatura- assegnazione di nomi scientifici a gruppi tassonomici (taxa).

La principale unità tassonomica nella tassonomia dei microrganismi è visualizzazione. Secondo i concetti biologici generali, una specie è un gruppo di organismi strettamente imparentati che hanno una radice di origine comune e, in un dato stadio dell'evoluzione, sono caratterizzati da determinate caratteristiche morfologiche, biochimiche e fisiologiche, isolati mediante selezione da altre specie e adattati ad un habitat specifico. Una caratteristica importante della specie è la capacità degli organismi di incrociarsi e produrre prole.

La definizione di specie nei batteri è fondamentalmente diversa dalla definizione classica di specie biologica, poiché non hanno un metodo di riproduzione sessuale. Secondo i concetti moderni, lo stesso tipo di batteri comprende organismi strettamente correlati con un livello di omologia del DNA del 70% e un insieme simile di caratteristiche morfologiche, biochimiche e fisiologiche.

Nella classificazione gerarchica dei microrganismi vengono utilizzate anche le seguenti categorie tassonomiche: sottospecie- un gruppo di organismi simili strettamente imparentati all'interno Tipo con un livello di omologia del DNA superiore al 70%; genere- gruppo tassonomico che unisce specie affini, e inoltre - famiglia, sottordine, ordine, sottoclasse, classe, regno E dominio(O superregno). Attualmente famiglie e domini sono in gran parte descritti, mentre i restanti gruppi tassonomici sono in fase di sistematizzazione.

I domini sono i taxa più alti di microrganismi, corrispondenti ai regni precedentemente distinti. Secondo la classificazione moderna, l'intera diversità dei microrganismi è rappresentata da tre domini: Batteri (microrganismi procarioti, veri batteri), Archaea (un altro ramo evolutivo dei microrganismi procarioti) ed Eucarioti (microrganismi eucariotici)(Fig. 2). Di questi, due domini (Batteri e Archea) includono solo rappresentanti di procarioti, che sono separati in un gruppo separato superregno - Procariolae.

Fig.2. Albero filogenetico universale degli organismi viventi.

Il sistema di classificazione più accurato, informativo e facile da usare è quello in cui i taxa sono definiti sulla base di una varietà di caratteristiche coerenti ottenute utilizzando vari metodi moderni. Questo approccio per identificare i taxa è chiamato polifasico.

I principali metodi della moderna tassonomia polifasica sono: genotipico, fenotipico e filogenetico.

Il metodo genotipico è dominante nella tassonomia polifasica. Si basa sullo studio della composizione C+G del DNA, sullo studio dell'omologia DNA-rRNA, sullo stabilimento di relazioni correlate tra microrganismi codificati nelle sequenze nucleotidiche dei geni 16S o 23S rRNA. Ad esempio, quando si determina se un microrganismo appartiene a una determinata specie, il livello di somiglianza delle sequenze nucleotidiche del DNA di circa il 70% gioca un ruolo primario. Pertanto, il metodo genotipico è spesso chiamato metodo dell'impronta digitale genomica.

Gli studi fenotipici sono spesso utilizzati in vari schemi per identificare i microrganismi, per la descrizione formale di un taxon, dalla varietà e sottospecie al genere e alla famiglia. Mentre i dati genotipici sono necessari per collocare un taxon in un albero filogenetico e in un sistema di classificazione, la caratterizzazione fenotipica fornisce informazioni descrittive che consentono l'identificazione di una particolare specie di microrganismo. Le caratteristiche fenotipiche classiche includono caratteristiche morfologiche, fisiologiche, biochimiche, chemiotassonomiche e sierologiche dei microrganismi.

Le caratteristiche morfologiche indicano che dimensione e forma ha il microrganismo (cocco, bastoncino, spirilla), se ha una capsula o spore, se le cellule sono unite in catenelle, tetradi o pacchetti, se hanno flagelli e come sono localizzati, se le cellule sono colorate con Gram. La morfologia batterica comprende lo studio delle proprietà culturali, ad es. modello di crescita su terreni nutritivi, forma delle colonie su terreni nutritivi solidi, formazione di pigmenti.

Le caratteristiche fisiologiche caratterizzano il meccanismo del metabolismo, il metodo per ottenere energia, la capacità di un dato microrganismo di trasformare determinate sostanze, il suo rapporto con carbonio, azoto, ossigeno, temperatura, pH dell'ambiente.

Le caratteristiche biochimiche sono determinate dalla capacità dei microrganismi di decomporre alcuni zuccheri, formare idrogeno solforato, ammoniaca e altri composti.

Le caratteristiche chemiotassonomiche caratterizzano la composizione chimica del citoplasma cellulare. La specificità tassonomica della composizione di acidi grassi, lipoproteine, lipopolisaccaridi, pigmenti, poliammine, proteine ​​e altri componenti chimici della cellula è ampiamente utilizzata nella classificazione dei microrganismi.

Le proprietà sierologiche, o sierotipizzazione, si basano sull'identificazione della variabilità dei componenti antigenici delle cellule batteriche. Tali componenti possono essere flagelli e fimbrie. capsule, parete cellulare, enzimi e tossine. Per identificare le proprietà antigeniche di una cellula batterica, vengono utilizzate varie reazioni sierologiche: reazione di precipitazione, reazione di adesione del complemento, precipitazione, ecc.

Pertanto, le caratteristiche fenotipiche sono caratterizzate da un grande volume e da una varietà di informazioni ottenute, difficili da elaborare manualmente. C'era bisogno di computer, analisi numeriche dei dati ottenuti. È apparsa una tassonomia numerica (numerica) che consente di analizzare le caratteristiche fenotipiche e genotipiche dei microrganismi utilizzando programmi informatici. L’uso dell’analisi numerica nella pratica tassonomica è chiamato “identificazione informatica”.

I metodi filogenetici (dal greco phylon - genere, tribù e genesi - origine, emergenza) ci consentono di tracciare il processo di sviluppo storico dei microrganismi sia nel loro insieme che nei loro singoli gruppi tassonomici: specie, sottospecie, generi, famiglie, sottordini, ordini , sottoclassi, classi, regni e domini.

Le relazioni filogenetiche tra i microrganismi vengono studiate utilizzando i metodi dell'impronta digitale genomica, della biologia molecolare e dell'identificazione computerizzata. Sulla base dei dati ottenuti, vengono costruiti alberi filogenetici che riflettono le relazioni evolutive tra i microrganismi (Fig. 3). Gli alberi filogenetici creati non possono essere utilizzati per costruire una classificazione gerarchica dei microrganismi e non sostituiscono la tassonomia. Sono uno dei suoi elementi.

Nomenclatura- si occupa delle questioni relative ai nomi accurati e uniformi. Questo è un sistema di nomi utilizzati in un determinato campo della conoscenza. In conformità con le regole internazionali, i nomi vengono assegnati a gruppi tassonomici di microrganismi.

Anche prima dell'introduzione delle prime regole di nomenclatura, veniva descritto un numero enorme di microrganismi. Inoltre, lo stesso batterio potrebbe essere classificato in taxa con nomi diversi. Per evitare ciò, il Codice internazionale di nomenclatura definì tutti i nomi prioritari dei batteri pubblicati a partire dal 1 maggio 1753. Di conseguenza, è stata creata la “Lista dei nomi riconosciuti dei batteri”, entrata in vigore il 1° gennaio 1980. Attualmente, il nome dei microrganismi viene assegnato in conformità con le regole del Codice internazionale di nomenclatura dei batteri. La competenza del Codice si estende solo alle regole per l'assegnazione e l'utilizzo dei nomi scientifici dei microrganismi. I problemi di classificazione vengono risolti indipendentemente dal Codice sulla base di studi tassonomici in corso.

Riso. 3. Albero filogenetico dei batteri.

In microbiologia, come in biologia, per designare le specie batteriche venne adottata una doppia nomenclatura (binaria), proposta già nel 1760 da Carlo Linneo.

La prima parola denota il nome del genere. Di solito questa è una parola latina, è scritta con la lettera maiuscola e caratterizza qualche caratteristica morfologica o fisiologica, o il nome dello scienziato che ha scoperto questo microbo. Ad esempio, in onore dello scienziato francese L. Pasteur è stato chiamato il genere "Pasteurella", il microbiologo americano Salmon - il genere "Salmonella", lo scienziato tedesco T. Escherich - il genere "Escherichia", il microbiologo giapponese Shiga - il genere genere “Shigella”, i batteriologi inglesi D. Bruce e S. Ervina - i generi “brucella” e “ervinia”, gli scienziati russi Kuznetsov e Lamblya - i generi “Kuznetsovia” e “lamblia”, ecc. Il nome del genere di un microrganismo viene solitamente abbreviato in una o due lettere.

La seconda parola denota l'epiteto specifico nel nome del microrganismo e, di regola, è un derivato di un sostantivo che descrive il colore della colonia, la fonte di origine del microrganismo, il processo o la malattia che provoca. Il nome della specie si scrive con la lettera minuscola e non viene mai abbreviato. Ad esempio, Escherichia coli significa che l'Escherichia vive nell'intestino, Pasterella pestis significa pasteurella che provoca la peste, Bordetetia pertussis significa bordetella che provoca la tosse, Clostridium tetani significa clostridi che causano il tetano, ecc.

S.N. Winogradsky e M. Beijerink, tenendo conto della diversità del metabolismo batterico, hanno proposto che il nome del genere rifletta le caratteristiche associate alla morfologia, all'ecologia, alla biochimica e alla fisiologia dei microrganismi. Così sono comparsi i nomi che sono la chiave delle caratteristiche del microrganismo: Acetobacter (batteri acidogeni), Nitrosomonas (batteri nitrificanti), Azotobakter (batteri che fissano l'azoto atmosferico), Chromobakterium (batteri pigmentati), B. stearothermophiliis (batteri cerosi termofili), ecc.

A volte viene considerato parte integrante della tassonomia identificazione(definizione) di microrganismi. Tuttavia, ciò non è del tutto corretto, poiché l'identificazione utilizza sistemi di classificazione già costruiti e caratteristiche specifiche dei microrganismi indicate nelle chiavi di identificazione (tabelle). Gli schemi di identificazione dei microrganismi sono una sorta di test della qualità del sistema di classificazione. Il giorno dell'identificazione dei microrganismi, sono ampiamente utilizzati metodi fenotipici e genotipici, metodi di analisi di identificazione computerizzata e impronte digitali genomiche.

Nel 1923 D. Bergi pubblicò la prima identificazione internazionale dei batteri. Le edizioni successive sono state preparate dal Comitato internazionale sulla tassonomia dei batteri. La nona e ultima edizione americana del Manuale di batteriologia determinante di Bergey è stata pubblicata nel 1994. Il nome abbreviato del manuale è BMDB-9. Nella traduzione russa, BMDB-9 è stato pubblicato nel 1997. Presenta la diversità dei procarioti e fa un passo avanti nel tentativo di identificare microrganismi isolati dall’ambiente.

Secondo BMDB-9, i batteri sono divisi (in base alle caratteristiche fenotipiche) in quattro categorie principali:

1. Eubatteri Gram-negativi con pareti cellulari.

2. Eubatteri Gram-positivi con pareti cellulari.

3. Eubatteri privi di pareti cellulari.

4. Archebatteri.

L'oggetto principale nell'identificazione dei microrganismi è una coltura pura di un batterio isolato, chiamato “ceppo” o “clone”.

Sottoporre a tensione(dal tedesco stammen - verificarsi) è una coltura batterica della stessa specie, isolata da oggetti diversi o dallo stesso oggetto in tempi diversi, e che differisce per piccoli cambiamenti nelle proprietà (ad esempio, sensibilità agli antibiotici, attività enzimatica, capacità di formare tossine). Tipicamente, ceppi della stessa specie sono adattati a un ambiente specifico.

Sotto il termine " coltura batterica» comprendere la popolazione di cellule microbiche in un dato luogo e momento. Questi possono essere microrganismi coltivati ​​su un mezzo nutritivo solido o liquido in un laboratorio. Una coltura di microrganismi coltivati ​​su un mezzo nutritivo solido o liquido da individui di una specie mediante successive sottocolture di una singola colonia è chiamata pulito.

Vengono chiamate colture batteriche pure ottenute da una singola cellula iniziale cloni(dal greco klon - prole). Un clone è una popolazione geneticamente omogenea.

Una coltura mista è una coltura di microrganismi eterogenei isolati dal materiale studiato, ad esempio da acqua, suolo, aria.

IL POSTO DEI BATTERI NELLA NATURA VIVENTE

A causa del fatto che i batteri e le alghe blu-verdi (cianobatteri) sono simili nella struttura cellulare e che le piante e le alghe blu-verdi hanno la capacità di fotosintetizzare, questi tre gruppi di organismi viventi erano tradizionalmente classificati come oggetti di botanica e quindi era sosteneva che i batteri sono, solitamente, piante unicellulari.

Nelle cellule di diversi esseri viventi, la sostanza nucleare, o genoforo, può non essere separata dal citoplasma da una membrana nucleare (batteri e alghe azzurre) o può avere un proprio involucro nucleare (piante, funghi, animali e protozoi). . Su questa base si distinguono i tipi di organizzazione cellulare procariotici ed eucariotici. A questo proposito, gli organismi sono divisi in procarioti ed eucarioti. I procarioti includono i batteri.

Le caratteristiche più significative dei procarioti sono le seguenti:

Il genoforo (nucleotide, nucleoplasma, nucleo) è costituito da un doppio filamento elicoidale di acido desossiribonucleico (DNA). Non è separato dal citoplasma da alcuna membrana, quindi il genoforo è talvolta chiamato nucleo diffuso;

L'assenza di organelli intraplasmatici circondati da una membrana elementare, che ne maschera la diversità;

Piccoli ribosomi sono sparsi nel citoplasma e non si trovano sulla superficie delle membrane, come negli eucarioti.

Negli eucarioti il ​​nucleo ha una propria membrana nucleare, motivo per cui è detto differenziato. Inoltre, ci sono caratteristiche che sono caratteristiche di molti, ma non di tutti i procarioti.

Le pareti cellulari dei procarioti includono peptidoglicano (mureina o mucopeptide). La presenza del peptidoglicano non è una caratteristica di tutti i procarioti; non si trova nei micoplasmi privi di parete cellulare.

Gli organi caratteristici del movimento (nuoto) sono i flagelli, che si trovano in alcune specie di batteri. Tra i procarioti ci sono molti anaerobi obbligati; tra gli eucarioti non ce ne sono quasi nessuno.

A differenza degli eucarioti, alcuni batteri sono in grado di fissare (ossidare) l'azoto atmosferico.

Allo stesso tempo, non ci sono dati sull'esistenza dell'endocitosi nei procarioti (la capacità di catturare particelle nei vacuoli alimentari come prede), che è molto caratteristica delle cellule eucariotiche.

Si propone di distinguere i procarioti (microrganismi prenucleari) al livello più alto in un regno separato Procariotae, insieme ai regni delle piante e degli animali.

CONCETTO DI SISTEMATICA DEI MICROORGANISMI

I microrganismi, come tutti gli esseri viventi, possiedono determinate caratteristiche con cui vengono identificati (dal lat. identificazione- identificazione), cioè riconoscere, o differenziare (dal lat. differenziale - distintivo) e sono divisi in gruppi stabili e chiaramente distinguibili.

Sistematica (dal greco. sistematici- ordinato, relativo a un sistema) è la scienza della diversità e della somiglianza degli oggetti nel mondo organico, basata sull'origine comune e sulle connessioni genetiche di vari gruppi di esseri viventi.

Le sezioni principali della tassonomia sono la classificazione e la nomenclatura.

La classificazione è intesa come il modello di distribuzione dei microrganismi in gruppi sistematici, chiamati categorie, livelli, ranghi e taxa, e la classificazione è quindi chiamata anche tassonomia.

La nomenclatura stabilisce i principi per determinare i nomi dei taxa stabiliti. Il taxon principale, cioè la principale unità di classificazione nel sistema degli organismi viventi, è la specie.

Visualizzazione - Si tratta di un insieme di individui di microrganismi che sono simili nelle proprietà biologiche, hanno la stessa origine e genotipo e hanno una capacità ereditariamente fissa di causare determinati processi specifici (cambiamenti) nel loro habitat naturale.

Le specie che hanno molte caratteristiche comuni sono raggruppate in taxa di più alto livello, chiamati generi, che, a loro volta, sono raggruppati in taxa di ordine ancora superiore: famiglie, ecc. Questa disposizione dei taxa subordinati in una serie ascendente costituisce un sistema di classificazione gerarchica, o gerarchia tassonomica. La base di questo sistema sono i singoli individui e il suo apice è un regno taxon completo.

In batteriologia vengono utilizzati i seguenti livelli principali di gerarchia tassonomica: regno (Regnum), dipartimento (Divisio), classe (Klassis), ordine (Ordo), famiglia (Familia), genere (Genus), specie (Species).

Oltre a quelli elencati, esistono taxa intermedi: sottoregno, suddivisione, sottoclasse, sottordine, sottofamiglia, suddivisione, sottospecie.

I nomi dei batteri (compresi gli attinomiceti) sono regolati dal Codice internazionale di nomenclatura dei batteri.

I nomi dei microrganismi sono scritti in lettere dell'alfabeto latino e sono soggetti alle regole della grammatica latina, cioè sono latini, o latinizzati, anche se presi in prestito da altre lingue.

I nomi dei taxa di rango superiore a quello delle specie sono costituiti da una sola parola e sono quindi classificati come singoli o unitari. Alcuni taxa hanno desinenze standard. Ad esempio, i nomi degli ordini batterici dovrebbero terminare in - ales (Bacteriales), le famiglie in - aceae (Enterobacteriaceae), i generi in - us, um (Bacillus, Streptococcus, Clostridium, Lactobacterium).

Per designare le specie di microrganismi si usa la nomenclatura binaria (binomiale) o doppia, cioè i nomi delle specie sono costituiti da due parole e quindi sono classificati come doppi o binari. La prima parola indica il nome del genere a cui appartiene questa specie, la seconda - la specie, ad esempio Lactobacterium acidophiium (bacillo amante dell'acido lattico amante degli acidi), Streptococcus thermophilus (streptococco amante del calore). La parola generica si scrive con la lettera maiuscola, la parola specifica con la lettera minuscola. Una volta menzionato nel testo il nome completo di una specie, la prima parola (nome generico) può essere abbreviata in caso di menzione successiva.

Se, durante lo studio dei batteri, vengono scoperte deviazioni dalle proprietà tipiche della specie, tali colture sono considerate sottospecie. Il nome di una sottospecie è costituito dal nome completo della specie a cui appartiene, seguito dalla parola indicante la sottospecie stessa, preceduta da un nome abbreviato per la sottospecie del taxon intermedio (sottospecie). Ad esempio, Lactococcus lactis subsp. cremoris - lattococco del latte, sottospecie cremosa. I nomi delle sottospecie sono costituiti da tre parole (esclusa la parola sottospecie sottospecie) e sono pertanto detti trinari.

Oltre alle sottospecie, esistono anche divisioni infrasubspecifiche (varianti) di microrganismi, che non sono disposte in ordine di rango di classificazione. Si basano sulla differenza tra individui in alcune proprietà ereditarie minori: antigenico - erovar (sierotipo), morfologico - morfovar, chimico - chemovar, fisiologico - biovar, patogenicità - patovar, relazione con batteriofagi - fago.

In microbiologia, i termini “ceppo” e “clone” sono ampiamente utilizzati. Il ceppo è un concetto più ristretto rispetto a quello di specie. I ceppi sono colture diverse dello stesso tipo di microrganismo isolato da una fonte specifica. Se un microrganismo viene isolato dall'acqua, viene chiamato ceppo acquatico, dal formaggio - ceppo di formaggio, ecc.

Possono differire in alcune caratteristiche minori, ad esempio l'intensità della formazione di acido, la resistenza ai farmaci e ai disinfettanti, la capacità di sintetizzare sostanze aromatiche e antibiotici, ecc.

Per clone si intende un terreno fertile di microrganismi o, come è consuetudine in microbiologia, una cultura (popolazione) che è la progenie di una cellula. Una popolazione di microbi composta da individui di una specie è chiamata cultura pura o axenica e una cultura composta da individui tipi diversi- misto.

CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI

Tutti i batteri sono uniti nel regno dei procarioti, costituito da due divisioni: fotobatteri autotrofi e chemobatteri eterotrofi, ciascuna delle quali comprende 3 classi di batteri (Schema 1).

La prima divisione unisce le classi: 1o - fotobatteri blu-verdi (cianobatteri), 2o - viola (rosa) e 3o - fotobatteri verdi.

La seconda divisione comprende le seguenti classi: 1a - batteri veri e propri (eubatteri), 2a - rickettsia (batteri intracellulari), 3a - micoplasmi (batteri privi di parete cellulare).

I microrganismi della prima sezione (microrganismi fototrofi saprofiti) sono molto diffusi in natura. Si trovano nel terreno, freschi e acqua di mare, acque reflue ricche di sostanza organica. Questo gruppo di batteri non è importante per l'industria lattiero-casearia.

I chemobatteri eterotrofi consumano energia per il loro sviluppo reazioni chimiche, che avviene utilizzando sostanze organiche. Sono indifferenti alla luce. Oggetto di studio del corso “Microbiologia del latte e dei prodotti caseari” sono principalmente i batteri stessi.

È stata proposta anche una classificazione dei batteri basata sulla struttura e sulla composizione della parete cellulare. In questo caso il regno dei procarioti è diviso in 4 divisioni: Firmicutes, Gracilicutes, Tenericutes, Mendosicutes.

A firmicutes (dal lat. fermo- forte, carini - pelle) sono batteri gram-positivi la cui parete cellulare contiene peptidoglicano, acidi teicoico e teichuronico.

Gracilicutaceae (dal lat. gracile - sottili) sono batteri gram-negativi che non contengono peptidoglicano, acidi teicoico e teichuronico nella parete cellulare.

Dipartimento dei batteri tenericut (dal lat. tenero - tenero, tenero) sono microrganismi che, nel processo di evoluzione, hanno perso la parete cellulare e sono circondati da una membrana citoplasmatica. Questi includono micoplasmi e alcuni altri procarioti.

Mendosicutes (dal lat. mendosi - aventi un difetto) non contengono peptidoglicano e acido muramico nella parete cellulare. Le loro cellule sono ricoperte di macromolecole proteiche ed eteropolisaccaridi. La maggior parte dei batteri mendozoici sono anaerobi mobili e non sporigeni.

Nella nona edizione della Guida ai batteri di Bergey, tutti i procarioti, ai fini della differenziazione (ma non della classificazione), sono divisi in base alle caratteristiche fenotipiche (genetiche) in quattro categorie principali:

1. Eubatteri Gram-negativi (in realtà batteri) con pareti cellulari.

2. Eubatteri Gram-positivi con pareti cellulari.

3. Micoplasmi.

4. Archebatteri (principalmente microrganismi del suolo o acquatici).

CLASSIFICAZIONE DEI FUNGHI

Questo gruppo di organismi era precedentemente classificato come piante. Attualmente i funghi, che contano circa 100mila specie, sono classificati come un regno indipendente, poiché differiscono da batteri, piante e animali per una serie di proprietà biologiche.

Le cellule fungine, a differenza dei batteri, sono eucarioti. Si distinguono dalle piante per l'assenza di clorofilla e per l'uso di materia organica già pronta per la nutrizione, cioè per tipo di nutrizione sono eterotrofi. Il nutriente di riserva nei funghi è il glicogeno e non l'amido, tipico della maggior parte delle piante. In termini di metodo di nutrizione (assorbimento) e crescita illimitata, i funghi sono vicini alle piante. Ciò che li rende simili agli animali è che l'urea partecipa al metabolismo. I funghi sono anche caratterizzati dalla formazione di una parete cellulare pronunciata, dalla riproduzione tramite spore, dall'immobilità nello stato vegetativo, ecc.

La classificazione dei funghi si basa sui metodi di riproduzione e sulle caratteristiche morfologiche.

Il regno dei funghi Mycetalia, Fungi, Mycota è diviso in due sottoregni (Schema 2): funghi inferiori (Myxobionta) e funghi superiori (Mycobionta).

I funghi inferiori sono caratterizzati dalla presenza di micelio rudimentale e unicellulare. Questi includono i funghi del dipartimento Myxomycota con la suddivisione Myxomycotina, che unisce la classe Phycomycetes (phycomycetes) - funghi acquatici.

La classe dei Ficomiceti comprende circa 700 specie di funghi. I ficomiceti hanno un micelio multinucleato unicellulare non settato (senza partizioni) ben sviluppato. I funghi di questa classe sono divisi nell'ordine delle mucoraceae Mucorales, la famiglia delle Mucoraceae, che unisce i generi Mucor, Rhizopus e Thamnidium, che sono agenti causali di difetti (deterioramento) di latticini e altri prodotti.

I funghi superiori includono lieviti sporigeni, nonché funghi caratterizzati da micelio multicellulare. Le cellule hanno un nucleo, molte ne hanno due o più.

Il sottoregno dei funghi superiori comprende il dipartimento dei funghi veri (Eumycota), la suddivisione dei funghi veri (Eumycotina), che unisce tre classi: Ascomiceti - ascomiceti, o funghi marsupiali, Basidiomiceti - basidiomiceti, o basidiomiceti, e la classe dei funghi imperfetti ( Deuteromiceti - deuteromiceti, Funghi imperfetti).

Classe degli Ascomiceti (dal lat. asco- borsa + greca miceti- fungo) unisce più di 30mila specie. Un tratto caratteristico dell'intera classe è la sporulazione sessuale e la presenza nelle cellule (sacche) solitamente di 8 spore endogene (ascospore), talvolta 4 o 2. La classe degli Ascomiceti comprende l'ordine Endomycetales, che comprende la famiglia delle Endomycetaceae, che comprende funghi sporigeni unicellulari non miceliali chiamati lieviti, in particolare lieviti del genere Saccharomyces. Questo lievito viene utilizzato nella produzione di pane, vino, birra, alcol, ecc. Il lievito sporigeno comprende anche il lievito lattiero-caseario della specie Saccharomyces lactis e S. casei.

Classe Basidiomiceti (dal greco. basidio - base piccola, fondazione + miceti - fungo) unisce più di 20mila specie di funghi con micelio settato sviluppato. Il loro principale organo di sporulazione sono le strutture a forma di clava: i basidi (un omologo dell'asco). Dalle basidiospore si sviluppa un micelio primario (aploide) che, come risultato della fusione delle ife, dà un micelio secondario (diploide) con fusione dei nuclei, cioè inizia la riproduzione sessuale.

La classe dei funghi imperfetti comprende più di 25mila funghi che non hanno sporulazione sessuale. Hanno sviluppato il micelio multicellulare. Questa classe comprende anche i lieviti non sporigeni.

L'assenza di ciclo sessuale nei funghi imperfetti costringe i ricercatori a classificare i funghi in ordini, famiglie e generi solo sulla base della morfologia. Pertanto, sono state proposte diverse classificazioni per i funghi di questa classe.

In base alla natura della sporulazione dei conidi, la classe dei deuteromiceti viene suddivisa in diversi ordini, tra i quali i più importanti sono i funghi ifomicetali (dal greco. hyphe- tessuto + miceti - fungo) e Protoascale (funghi protoasca). L'ordine dei funghi ifomiceli comprende la famiglia delle Moniliaceae, che comprende i generi di muffe Aspergillus, Penicillium, Cladosporium, Alternaria, Catenularia, nonché la muffa del latte Geotrichum (Oidium, Endomyces) lactis, che sono frequenti agenti causali di difetti nei latticini.

L'ordine dei funghi protoasca comprende la famiglia delle Cryptococcaceae, che riunisce lieviti asporigeni unicellulari dei generi Torulopsis, Candida, Rhodotorula, che possono provocare il deterioramento dei latticini e di altri prodotti alimentari.

I funghi del genere Candida possono formare pseudomicelio, che è formato da più cellule in erba.

Le specie del genere Rhodotorula si distinguono per i colori giallo, arancio e rosso di varie tonalità, a seconda della presenza di carotenoidi. Può causare difetti di colore nel latte e in altri alimenti.

CLASSIFICAZIONE DEI VIRUS

I virus sono microrganismi precellulari che differiscono dai procarioti e dagli eucarioti sia strutturalmente che funzionalmente.

Tuttavia, i virus contengono le proprie informazioni genetiche, che trasmettono alla prole.

La classificazione dei virus si basa sulle seguenti proprietà: il tipo di acido nucleico, il suo peso molecolare, il numero di filamenti dell'acido nucleico, la percentuale di acido nucleico nella particella virale, la forma della particella virale, il numero di subunità strutturali (capsomeri) nel guscio proteico, il tipo di simmetria della disposizione dei capsomeri.

Sulla base di queste caratteristiche, i virus vengono assegnati al regno separato Vira, che è diviso in due sottoregni in base al tipo di acido nucleico: ribovirus e deossivirus. I sottoregni sono divisi in famiglie, generi, specie e tipi.

I virus umani e animali sono distribuiti in 19 famiglie, di cui 7 contenenti DNA e 12 contenenti RNA.

I batteriofagi sono di grande importanza (negativa) nell'industria lattiero-casearia, poiché causano la morte cellulare nelle colture starter. La maggior parte dei fagi hanno la forma di spermatozoi e contengono RNA e DNA. Esistono sei tipi morfologici di fagi.

Il primo tipo include fagi filamentosi contenenti DNA. Il secondo gruppo è costituito da piccoli fagi contenenti RNA, fagi con una singola elica di DNA e un analogo del processo della coda. Il terzo tipo comprende i fagi senza processo, il quarto comprende i fagi con un processo breve e DNA a doppia elica. Il quinto tipo comprende fagi contenenti DNA con una "custodia" del processo non contrattile e una testa di diverse forme e dimensioni. Il sesto tipo sono i fagi con una "copertura" contratta del processo e una struttura complessa.

Va notato che non esiste ancora una classificazione chiara dei virus.

I microrganismi sono un ampio gruppo collettivo, all'interno del quale i rappresentanti possono differire per organizzazione cellulare, morfologia e capacità metaboliche, ma sono uniti da dimensioni microscopiche. Pertanto, il termine “microrganismo” non ha alcun significato tassonomico. I rappresentanti del mondo microbico appartengono a un'ampia varietà di gruppi tassonomici, altri membri dei quali possono essere organismi multicellulari, a volte di dimensioni gigantesche. Ad esempio, i funghi della muffa inferiore sono legati ai funghi a cappello e le microalghe sono combinate con individui così grandi come le alghe. I microrganismi rappresentano il gruppo più numeroso in termini di numero di rappresentanti e i suoi membri sono onnipresenti. Tutti i tipi conosciuti di metabolismo si verificano nei microrganismi.

Metodi per classificare i microrganismi

L'accumulo di un enorme materiale fattuale ha richiesto l'introduzione di regole per descrivere gli oggetti e distribuirli in gruppi. Per poter confrontare i risultati ottenuti da diversi ricercatori e facilitare il lavoro, si è reso necessario classificare i microrganismi. La classificazione è intesa come l'assegnazione di uno specifico oggetto biologico a un certo gruppo di omogeneità (taxon) secondo la totalità delle sue caratteristiche intrinseche.

Le relazioni di subordinazione e le interrelazioni dei taxa a vari livelli sono studiate dalla tassonomia . Nella moderna classificazione dei microrganismi viene accettata la seguente gerarchia di taxa: dominio, phylum, classe, ordine, famiglia, genere, specie. La specie è l’unità tassonomica fondamentale. I microbiologi utilizzano un sistema binomiale per denominare un oggetto (nomenclatura), che include nomi generici e di specie, ad esempio, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Pseudomonas aeruginosa eccetera. In alcuni casi, è consentito utilizzare nomi in lingua russa storicamente stabiliti (Escherichia coli, lievito di birra, Pseudomonas aeruginosa).

Per la classificazione è importante concordare una serie di criteri che saranno decisivi quando si uniscono gli oggetti in un gruppo. La maggior parte dei microrganismi ha una struttura estremamente semplice e universale, quindi le descrizioni morfologiche non sono sufficienti per dividerli in taxa. I ricercatori sono stati costretti a utilizzare le caratteristiche funzionali dei microrganismi, ad es. notare le caratteristiche del loro metabolismo. Inoltre, a seconda dell'approccio, i segni potevano avere significati diversi (alcuni dovevano essere inseriti in questo gruppo, mentre altri potevano variare).

Attualmente è impossibile classificare un oggetto microbiologico senza studiare la totalità dei dati morfofisiologici, biochimici e biologici molecolari. Quando si determina un microrganismo sconosciuto (identificazione), vengono esaminate le seguenti proprietà:

1. Citologia delle cellule (principalmente classificazione come pro- o eucarioti);
2. Morfologia di cellule e colonie (su determinati terreni e in determinate condizioni);
3. Caratteristiche culturali (modello di crescita su mezzi solidi e liquidi);
4. Proprietà fisiologiche (capacità di utilizzare vari substrati, attitudine alla temperatura, aerazione, pH, ecc.);
5. Proprietà biochimiche (presenza di alcune vie metaboliche);
6. Proprietà biologiche molecolari (sequenza nucleotidica dell'rRNA 16S, contenuto di coppie GC-AT in mol.%, possibilità di ibridazione degli acidi nucleici con il materiale dei ceppi standard);
7. Proprietà chemiotassonomiche (composizione chimica di vari composti e strutture, ad esempio lo spettro degli acidi grassi e teicoici negli actinobatteri, acidi micolici nella nocardia, micobatteri, corinebatteri);
8. Proprietà sierologiche basate su reazioni antigene-anticorpo (soprattutto per microrganismi patogeni);
9. Sensibilità a fagi specifici (tipizzazione dei fagi).

A volte si nota che il microrganismo ha elementi extracromosomici, inclusi plasmidi silenziosi (criptici). Va ricordato che i plasmidi possono essere facilmente persi.

Quando identificano i microrganismi procarioti, i ricercatori moderni si affidano alle istruzioni del Manuale di batteriologia sistematica di Bergey e utilizzano la guida di identificazione di Bergey.

Attualmente esistono diversi modi principali per classificare gli oggetti viventi, compresi i microrganismi.

La classificazione numerica formale considera tutti i segni di un organismo di uguale importanza. I criteri presi in considerazione devono essere alternativi, vale a dire essere presente (+) o (-) assente per un oggetto particolare. L'accuratezza dell'inserimento in questo gruppo dipenderà dalla completezza dello studio dell'organismo. Per quantificare il grado di somiglianza e differenza tra gli oggetti, sono stati sviluppati speciali programmi informatici che confrontano gli organismi secondo una serie di caratteristiche studiate. Organismi simili sono raggruppati in cluster.

Per la classificazione morfofisiologica, è necessario studiare la totalità delle caratteristiche morfologiche e delle caratteristiche metaboliche degli organismi. Allo stesso tempo, viene presa in considerazione la diversa significatività dei criteri applicati: alcune proprietà sono considerate obbligatorie e significative per l'oggetto, mentre altre possono essere presenti in misura diversa o del tutto assenti. Per classificare i microrganismi in un gruppo e assegnare loro un nome, viene innanzitutto determinato il tipo di organizzazione cellulare, viene descritta la morfologia delle cellule e delle colonie, nonché il modello di crescita su determinati terreni e in determinate condizioni. Le caratteristiche funzionali dell'oggetto comprendono la possibilità di utilizzare diversi nutrienti, il rapporto con fattori ambientali fisici e chimici, nonché l'individuazione di modalità per ottenere energia e reazioni di scambio costruttivo. Per alcuni microrganismi è necessario condurre studi chemiotassonomici. I microrganismi patogeni sono solitamente sottoposti a sierodiagnosi. I risultati di tutti questi test vengono utilizzati quando si lavora con il determinante. Attualmente, per identificare i microrganismi procarioti, i ricercatori utilizzano un identificatore che prende il nome dal batteriologo americano Bergey, che propose le basi per tale classificazione nel 1923.

La classificazione genetica molecolare prevede l'analisi della struttura delle molecole di importanti biopolimeri. Una tale molecola deve essere conservata e significativa per un processo vitale sottostante. Il professore dell'Università dell'Illinois Carl Woese ha proposto di prendere come base l'RNA ribosomiale 16S procariotico (rRNA 18S per gli organismi eucariotici). Questa molecola fa parte dei ribosomi, che in tutti gli esseri viventi sono responsabili del processo vitale più importante: la sintesi proteica. L'apparato di sintesi proteica cambia leggermente nel tempo, poiché qualsiasi interruzione significativa può portare alla morte cellulare. Pertanto, nelle molecole di rRNA di diversi organismi, la maggior parte dei nucleotidi sono invariati e la parte che cambia durante l'evoluzione è unica per un particolare organismo. L'rRNA 16S è costituito da 1500 nucleotidi, di cui 900 conservativi, cioè contiene molte informazioni, ma non eccessive, e può essere considerato una sorta di “cronometro” genetico biologico. Confrontando le sequenze nucleotidiche di questa molecola in diversi organismi utilizzando speciali programmi informatici, è possibile ottenere gruppi di somiglianze di oggetti biologici, che riflettono le loro relazioni correlate e lo sviluppo evolutivo. Sulla base di numerosi confronti, è stato costruito un albero filogenetico, in cui tutti i rappresentanti del mondo vivente sono divisi in tre grandi domini (imperi, superregni): Batteri, Archea ed Eucarioti. I domini Bacteria e Archaea contengono solo organismi procarioti, mentre il dominio Eukarya comprende tutti gli eucarioti, sia unicellulari che multicellulari, compresi gli esseri umani. Allo stesso tempo, è stato dimostrato che i mitocondri e i cloroplasti sono di origine simbiotica procariotica. I ricercatori inviano le sequenze nucleotidiche degli organismi studiati a una banca genetica informatica mondiale, i cui dati sono destinati al confronto con le sequenze di ciascun organismo appena isolato.

Attualmente, per identificare un microrganismo specifico, viene prima isolata la sua coltura pura e viene analizzata la sequenza nucleotidica dell'rRNA 16S. Permette di determinare la posizione di un microrganismo sull'albero filogenetico, quindi la determinazione del nome della specie viene effettuata utilizzando metodi microbiologici tradizionali. Inoltre, il 90% delle corrispondenze indica l'appartenenza a un determinato genere, il 97% a una determinata specie. Per chiarire l'affiliazione tassonomica, viene effettuata l'ibridazione DNA-DNA, che fornisce una concordanza >30% all'interno del genere e >70% all'interno della specie.

Per differenziare più chiaramente i microrganismi a livello di genere e specie, si propone di utilizzare la tassonomia polifiletica (polifasica), quando, insieme alla determinazione delle sequenze nucleotidiche, vengono utilizzate informazioni da diversi livelli, fino al livello ecologico. Allo stesso tempo, viene effettuata una ricerca preliminare di gruppi di ceppi simili e vengono determinate le posizioni filogenetiche di questi gruppi, vengono registrate le differenze tra i gruppi e i loro vicini più vicini e vengono raccolti dati che consentono di differenziare i gruppi.

Principali gruppi di microrganismi eucariotici

IN dominio Eukaria ci sono tre gruppi contenenti oggetti microscopici. Queste sono alghe, protozoi e funghi.

Alga marina("crescente in acqua") sono fototrofi unicellulari, coloniali o multicellulari che effettuano la fotosintesi ossigenata. La classificazione genetica molecolare delle alghe è in fase di sviluppo, pertanto, per scopi pratici, utilizzano la classificazione delle alghe in base alla composizione dei pigmenti, alle sostanze di riserva, alla struttura della parete cellulare, alla presenza di motilità e al metodo di riproduzione. Gli oggetti microbiologici sono tradizionalmente considerati rappresentanti unicellulari di dinoflagellati, diatomee, euglena e alghe verdi, così come le loro forme incolori che crescono nell'oscurità e hanno perso pigmenti. Tutte le alghe producono clorofilla UN e varie forme di carotenoidi, e i rappresentanti dei gruppi differiscono nella loro capacità di sintetizzare altre forme di clorofille e ficobiline. La colorazione delle cellule in diversi colori: verde, marrone, rosso, dorato, dipende dalla combinazione di pigmenti in una particolare specie. Le diatomee sono forme planctoniche unicellulari che hanno una caratteristica parete cellulare sotto forma di guscio bivalve di silicio. Alcuni rappresentanti possono muoversi facendo scorrere. Si riproducono sia asessualmente che sessualmente. Le alghe euglena unicellulari vivono in corpi d'acqua dolce e si muovono con l'aiuto dei flagelli. Sono privi di parete cellulare. Al buio sono in grado di crescere grazie all'ossidazione delle sostanze organiche. La parete cellulare dei dinoflagellati è costituita da cellulosa. Queste alghe unicellulari planctoniche hanno due flagelli laterali. Rappresentanti microscopici delle alghe verdi vivono nelle acque dolci e marine, nel suolo e sulla superficie di vari oggetti terrestri. Possono essere immobili o muoversi con l'aiuto dei flagelli. Le microalghe verdi hanno una parete cellulare di cellulosa e immagazzinano l'amido nelle loro cellule. Sono in grado di riprodursi sia asessualmente che sessualmente.

I funghi sono divisi in gruppi in base alle caratteristiche della loro riproduzione. I funghi imperfetti includono rappresentanti in cui non viene rilevata la riproduzione sessuale. Oggetti microbiologici tradizionali - tipi di generi Penicillium, Aspergillus, Candida, Rhodotorula e altri sono inclusi in questo gruppo. Il gruppo degli zigomiceti è costituito da funghi che hanno micelio cenocitico e formano una zigospora mediante la fusione di due ife parentali durante il processo sessuale. I generi conosciuti di zigomiceti sono Mucor e Rhizopus. I funghi che formano un sacchetto speciale (chiedi) per la sporulazione sono chiamati ascomiceti. Hanno micelio settato e durante la riproduzione asessuata formano conidi (catene di spore raccolte in pennelli o teste). Questo gruppo comprende specie di generi Neurospora, Saccharomyces, Lipomyces, Criptococco. Alcuni lieviti e la maggior parte dei funghi a cappuccio superiore sono basidiomiceti. Durante la riproduzione sessuale, formano una speciale ifa gonfia (basidio), che forma escrescenze con spore. Il micelio dei basidiomiceti è diviso da setti.

Posto importante in attività economica gli esseri umani sono occupati da rappresentanti del gruppo non tassonomico di lieviti. Comprende funghi caratterizzati dall'assenza o da una significativa riduzione dello stadio di crescita micellare. I rappresentanti dei generi sono meglio conosciuti come lieviti Saccharomyces, Lipomyces, Candida, Rhodotorula, Pichia. La morfologia e il metabolismo del lievito dipendono in gran parte dalle condizioni di crescita. Molti lieviti esistono da molto tempo sotto forma di singole cellule immobili e si riproducono per gemmazione. La maggior parte dei lieviti sono anaerobi facoltativi. Tra i lieviti esistono anche specie patogene (ad es. candida albicansè l'agente eziologico del mughetto).

Principali gruppi di microrganismi procarioti

I microrganismi procarioti sono raggruppati in due domini distinti: Batteri e Archea. La separazione di questi gruppi è avvenuta sulla base dei risultati del confronto delle sequenze nucleotidiche dell'rRNA 16S, nonché a causa di differenze significative nella composizione delle pareti cellulari, dei lipidi e delle caratteristiche metaboliche. Gli archaea differiscono dai batteri e dagli eucarioti per una serie di caratteristiche significative. Nei lipidi ordinari, il glicerolo è legato da un legame estere con gli acidi grassi e negli archaea - da un legame etereo con l'alcol isoprenoide C20 - fitanolo. . Le catene di fitanolo possono contenere anelli a cinque membri. I lipidi archeali sono in grado di formare tetrameri (C 40), quindi una membrana composta da tetrameri è più rigida di un doppio strato tradizionale a causa della mancanza di spazio interno. Gli Archaea possono avere sia membrane convenzionali a doppio strato che rigide a monostrato. Come condizioni più estreme il loro habitat, più regioni monostrato sono contenute nel loro CPM.

Le pareti cellulari del peptidoglicano (mureina) tipiche dei batteri non si trovano negli archaea. Le pareti cellulari degli archea possono contenere un altro eteropolisaccaride, la pseudomureina, che è priva di acido N-acetilmuramico. Alcuni archaea possono avere uno strato proteico S sopra il CPM come parete cellulare. Un'altra variante dell'organizzazione arcaica è la completa assenza di parete cellulare, quando la membrana è quasi interamente rappresentata da un monostrato rigido di tetrameri, rinforzato grande quantità anelli a cinque membri, per esempio, come questi Termoplasma.

Per una serie di caratteristiche, gli archaea sono più vicini agli eucarioti che ai batteri. Pertanto, come gli eucarioti, gli archaea hanno regioni introniche nel DNA, così come proteine ​​simili agli istoni associate agli acidi nucleici. Gli archaea alofili sono in grado di effettuare la fotosintesi priva di clorofilla associata al funzionamento di una proteina speciale, la batteriorodopsina, che ha molte proprietà simili alla rodopsina nella retina degli animali. Molti archaea vivono in condizioni estreme e producono una crescita scarsa. Tuttavia, in tali ambienti hanno pochi concorrenti, il che ha permesso loro di sopravvivere fino ai giorni nostri.

Dominio Archea diviso in tre phyla: Euryarchaeota, Crenarchaeota e Korarchaeota. Il primo comprende microrganismi ubiquitari di diversi gruppi fisiologici e sistematici. Questi sono metanogeni: anaerobi rigorosi che vivono nei sedimenti del fondo delle zone di acqua dolce ricche di materia organica o nel rumine dei ruminanti. Sono molto diffusi anche gli alofili estremi (haloarchaea), che crescono ad alte concentrazioni di sale e sono in grado di effettuare un tipo speciale di fotosintesi con l'aiuto della batteriorodopsina, che funziona come una pompa protonica nella luce. Il termoplasma e i termococchi anaerobici obbligati che vivono nelle sorgenti calde acide si sviluppano quando alte temperature e i termoplasmi sono privi di pareti cellulari. Questo phylum comprende anche riduttori di solfato estremamente termofili.

Il secondo phylum comprende microrganismi che vivono in luoghi molto specifici con limiti ristretti dei valori dei fattori fisico-chimici. Questi sono estremofili, dipendenti dai composti dello zolfo, il cui pH ottimale e le cui temperature di crescita sono estremi.

Il terzo phylum è riservato ai gruppi i cui rappresentanti non sono suscettibili, ma di cui sono note le sequenze di geni che codificano per la molecola di rRNA 16S.

Batteri del dominio unisce microrganismi procarioti che hanno caratteristiche tipiche dei batteri, in particolare pareti cellulari contenenti peptidoglicano. Il dominio è attualmente diviso in 23 phyla, che contengono rappresentanti coltivati, tutti o alcuni dei quali sono ottenuti come colture pure.