hjem-Råd-Mikrobiologi. Moderne klassifisering av mikroorganismer

Mikrobiologi. Moderne klassifisering av mikroorganismer

Forelesningsblokk

Mikrobiologiske diagnostiske metoder.

Problemer med medisinsk mikrobiologi.

Disse inkluderer følgende:

1. Etablering av den etiologiske (årsaksmessige) rollen til mikroorganismer under normale og patologiske tilstander.

2. Utvikling av diagnostiske metoder, spesifikk forebygging og behandling av infeksjonssykdommer, indikasjon (deteksjon) og identifisering (bestemmelse) av patogener.

3. Bakteriologisk og virologisk kontroll miljø, mat, overholdelse av steriliseringsregimet og overvåking av smittekilder i medisinske og barneinstitusjoner.

4. Overvåking av mikroorganismers følsomhet overfor antibiotika og andre medisinske legemidler, tilstanden til mikrobiocenoser (mikroflora) på overflater og hulrom i menneskekroppen.

Metoder for laboratoriediagnose av smittsomme stoffer er mange, de viktigste inkluderer følgende.

1. Mikroskopisk - ved hjelp av mikroskopiinstrumenter. Formen, størrelsen, relative posisjonen til mikroorganismer, deres struktur og evne til å bli farget med visse fargestoffer bestemmes.

Hovedmetodene for mikroskopi inkluderer lysmikroskopi (med varianter - nedsenking, mørkfelt, fasekontrast, fluorescerende, etc.) og elektronmikroskopi. Disse metodene inkluderer også autoradiografi (isotopdeteksjonsmetode).

2. Mikrobiologisk (bakteriologisk og virologisk) - isolering av en ren kultur og dens identifikasjon.

3. Biologisk - infeksjon av forsøksdyr med reproduksjon av den smittsomme prosessen på sensitive modeller (bioassay).

4. Immunologisk (alternativer - serologisk, allergologisk) - brukes til å identifisere patogenantigener eller antistoffer mot dem.

5. Molekylærgenetisk - DNA- og RNA-prober, polymerasekjedereaksjon (PCR) og mange andre.

Ved å avslutte materialet som presenteres, er det nødvendig å merke seg den teoretiske betydningen av moderne mikrobiologi, virologi og immunologi. Prestasjonene til disse vitenskapene har gjort det mulig å studere de grunnleggende prosessene i livet på molekylærgenetisk nivå. De bestemmer den moderne forståelsen av essensen av mekanismene for utvikling av mange sykdommer og retningen for deres mer effektive forebygging og behandling.

Tema studieplan:

1. Taksonomi av mikroorganismer.

2. Morfologi av bakterier.

3. Strukturen til en bakteriecelle.

4. Morfologiske egenskaper ved sopp.

5. Morfologiske egenskaper ved actinomycetes

Taksonomi er fordelingen av mikroorganismer i henhold til deres opprinnelse og biologiske likhet. Systematikk omhandler en omfattende beskrivelse av arter av organismer, belysning av graden av beslektede forhold mellom dem og deres forening i klassifiseringsenheter av ulike nivåer av slektskap - taxa. Hovedspørsmålene som tas opp i taksonomien (tre aspekter, tre pilarer i taksonomien) er klassifisering, identifikasjon og nomenklatur.


Klassifisering- fordeling (assosiasjon) av organismer i samsvar med deres felles egenskaper (lignende genotypiske og fenotypiske egenskaper) mellom ulike taxa.

Taksonomi- vitenskapen om metoder og prinsipper for distribusjon (klassifisering) av organismer i samsvar med deres hierarki. De mest brukte taksonomiske enhetene (taxa) er stamme, art, slekt. Påfølgende større taxa - familie, orden, klasse.

I det moderne konseptet er en art i mikrobiologi en samling av mikroorganismer som har en felles evolusjonær opprinnelse, en lignende genotype (en høy grad av genetisk homologi, vanligvis mer enn 60%) og de nærmeste fenotypiske kjennetegn.

Numerisk (numerisk) taksonomi er basert på bruk av maksimalt antall sammenlignbare egenskaper og matematisk vurdering av graden av samsvar. Det store antallet sammenlignede fenotypiske egenskaper og prinsippet om deres like betydning gjorde klassifisering vanskelig.

Når man studerer, identifiserer og klassifiserer mikroorganismer, studeres oftest følgende (geno- og fenotypiske) egenskaper:

1. Morfologisk - form, størrelse, trekk ved relativ posisjon, struktur.

2. Tinctorial - holdning til ulike fargestoffer (fargingens natur), først og fremst til Gram-farging. På dette grunnlaget er alle mikroorganismer delt inn i gram-positive og gram-negative.

Morfologiske egenskaper og relasjon til Gram-farging gjør det som regel mulig å klassifisere mikroorganismen som studeres som tilhørende stor taxa - familie, slekt.

3. Kulturell - arten av veksten av en mikroorganisme på næringsmedier.

4. Biokjemisk - evnen til å fermentere ulike substrater (karbohydrater, proteiner og aminosyrer, etc.), for å danne ulike biokjemiske produkter i livets prosess på grunn av aktiviteten til ulike enzymsystemer og metabolske egenskaper.

5. Antigen - avhenger hovedsakelig av den kjemiske sammensetningen og strukturen til celleveggen, tilstedeværelsen av flageller, kapsler, gjenkjennes av evnen til makroorganismen (verten) til å produsere antistoffer og andre former for immunrespons, oppdages i immunologiske reaksjoner .

6. Fysiologisk - metoder for karbohydrater (autotrofer, heterotrofer), nitrogen (aminoautotrofer, aminoheterotrofer) og andre typer ernæring, type respirasjon (aerober, mikroaerofile, fakultative anaerober, strenge anaerober).

7. Mobilitet og bevegelsestyper.

8. Evne til å danne sporer, sporenes natur.

9. Følsomhet for bakteriofager, fagtyping.

10. Kjemisk sammensetning av cellevegger - basiske sukkerarter og aminosyrer, lipid- og fettsyresammensetning.

11. Proteinspektrum (polypeptidprofil).

12. Følsomhet for antibiotika og andre legemidler.

13. Genotypisk (bruk av genosystematiske metoder).

I de siste tiårene, for å klassifisere mikroorganismer, i tillegg til deres fenotypiske egenskaper (se avsnitt 1-12), er ulike genetiske metoder (studie av genotype-genotypiske egenskaper) i økende grad brukt mer utbredt og mer effektivt. Flere og mer avanserte metoder brukes - restriksjonsanalyse, DNA-DNA-hybridisering, PCR, sekvensering osv. De fleste metoder er basert på prinsippet om å bestemme graden av homologi av genetisk materiale (DNA, RNA). I dette tilfellet går de ofte ut fra den betingede antagelsen om at graden av homologi på mer enn 60% (for noen grupper av mikroorganismer - 80%) indikerer at mikroorganismene tilhører samme art (forskjellige genotyper - en genotype), 40- 60% - til samme slekt.

Identifikasjon.

De grunnleggende fenotypiske og genotypiske egenskapene som brukes for å klassifisere mikroorganismer brukes også for identifikasjon, dvs. å etablere deres taksonomiske posisjon og fremfor alt arter, er det viktigste aspektet ved den mikrobiologiske diagnosen av infeksjonssykdommer.

Nomenklatur- navn på mikroorganismer i samsvar med internasjonale regler. For å betegne bakteriearter brukes den binære latinske nomenklaturslekten/-arten, bestående av navnet på slekten (skrevet med stor bokstav) og arten (skrevet med liten bokstav). Eksempler: Shigella flexneri, Rickettsia sibirica.

I mikrobiologi brukes ofte en rekke andre begreper for å karakterisere mikroorganismer.

Press- enhver spesifikk prøve (isolat) av en gitt art. Stammer av samme art, som er forskjellige i antigene egenskaper, kalles serotyper (serovarianter - forkortet som serovarer), i henhold til følsomhet for spesifikke fager - fagotyper, biokjemiske egenskaper - kjemovarer, biologiske egenskaper - biovarer, etc.

Kolonien- en synlig isolert struktur når bakterier formerer seg på faste næringsmedier; den kan utvikle seg fra en eller flere foreldreceller. Hvis en koloni utvikler seg fra en foreldrecelle, kalles avkommet en klon.

Kultur- hele samlingen av mikroorganismer av samme art dyrket på et fast eller flytende næringsmedium.

Det grunnleggende prinsippet for bakteriologisk arbeid er isolering og studie av egenskapene til bare rene (homogene, uten blanding av fremmed mikroflora) kulturer.

Taksonomi– en teori om mangfoldet av organismer som studerer forholdet mellom grupper eller taxa. Taxon– en gruppe organismer med en gitt grad av homogenitet. Klassifisering– inndeling av mange organismer i grupper (taxa). Taksonomi– navngi grupper av organismer (taxa), etablere deres grenser i forhold til underordning.

I mikrobiologi, som i taksonomien til høyere organismer, er den grunnleggende taksonomiske enheten arten ( arter). Arten av bakterier bestemmes på grunnlag av morfologiske, kulturelle, biokjemiske, antigene og andre egenskaper. Arter kan representeres av flere underarter. En underart kan betraktes som et stadium i dannelsen av en art.

I mikrobiologi brukes ofte begrepet stamme (tysk). Stamm- stamme, stamme, klan, rot). Press– en ren kultur av en mikroorganisme isolert fra en bestemt kilde eller oppnådd som følge av mutasjoner. En klon er en kultur hentet fra en enkelt mikrobiell celle og representerer en genetisk homogen populasjon.

Det første forsøket på en vitenskapelig klassifisering av bakterier tilhører den danske zoologen Müller (1773). Siden den gang har det vært ulike klassifiseringer av bakterier basert på ulike prinsipper. For tiden er genetiske egenskaper i ferd med å bli av stor betydning, d.v.s. trekk ved nukleotidsammensetningen til DNA. Individer av samme art har samme DNA-sammensetning, og hos arter som tilhører samme slekt er nukleotidsammensetningen til DNA lik. Innhold av GC (guanin og cytosin) i prosent av totalt antall DNA-baser er strengt spesifikke - DNA-spesifisitetskoeffisient. Denne koeffisienten brukes til å bestemme slekten av bakterier.

Bergees Manual of Systematic Bacteriology har blitt utbredt over hele verden. Den første utgaven ble utgitt i 1923 av en gruppe amerikanske bakteriologer under ledelse av D.H.Bergi, den niende - i 1984. I den niende utgaven av Bergis nøkkel er alle bakterier forent til kongeriket Procaryotae og er delt inn i 4 avdelinger - Gracilicutes(lat. gracilus– tynn, slank, søt – hud); Firmicutes(lat. firmus- sterk, holdbar); Tenerikutter(lat. tener– myk, mild); Mendosicutes(lat. mendosus- feil). Enhetene er delt inn i klasser. Klassene er delt inn i ordener, familier, slekter og arter. Hver slekt har en type art som arten er beskrevet på grunnlag av. I tillegg aksepteres ende-til-ende oppdeling i deler (totalt 21 deler).

Divisjon Gracilicutes. Inkluderer organismer med en gramnegativ celleveggtype, fototrofisk og ikke-fototrofisk, morfologisk mangfoldig. De reproduserer ved binær fisjon, noen grupper ved å spire. Endosporer dannes ikke. Mange er bevegelige - ved hjelp av flageller eller gli. Aerobe, anaerobe og fakultative anaerobe arter. Avdelingen er delt inn i tre klasser. Klasse Scotobakterier. Denne klassen inkluderer gram-negative bakterier. Inneholder 14 deler; 1.Samrokhetes. 2. Aerobe, mikroaerofile, mobile, spiralbuede Gr-bakterier. 3. Ikke-bevegelige (eller sjeldent bevegelige) gramnegative buede bakterier . 4. Gram-negative aerobe staver og kokker. 5. Gram-negative fakultative anaerobe staver. 6. Anaerobe gramnegative rette, buede eller spiralstaver. 7. Sulfat-assimilerende eller sulfatreduserende bakterier. 8. Anaerobe gramnegative kokker. 9. Rickettsia og klamydia. 10. Glidende bakterier. 11. Klamydobakterier, eller bakterier som danner skjeder eller skjede. 12. Spirende og (eller) stammebakterier. 13. Gram-negative kjemolitotrofe bakterier. 14. Endosymbionter. Klasse anoksyfotobakterier. Del 15. Fototrofiske bakterier. Klasse oksyfotobakterier. Del 16. Cyanobakterier.


Firmaavdelingen. Inkluderer organismer med gram-positiv cellevegg. I form er de kokker, stenger, forgrenede og ikke-forgrenende filamenter. De formerer seg ved binær fisjon. Noen danner sporer (endosporer eller sporer på hyfer eller sporangier). De fleste er ubevegelige, men har bevegelige flageller. Aerobe, anaerobe og fakultative anaerobe organismer. De er delt inn i to klasser. Klasse Firmibacteria. Del 17. Gram-positive kokker. Del 18. Staver og kokker som danner endosporer. Del 19. Gram-positive stavformede bakterier som ikke danner endosporer. Klasse thallobakterier(lat. thallos– forgrening). Del 20. Aktinomyceter og beslektede organismer.

Institutt for Tenerikutter. Dette er prokaryoter som mangler cellevegg og som ikke syntetiserer peptidoglykanforløpere. Cellene er omgitt av CPM og er pleomorfe. De reproduserer ved binær fisjon, spirende og frigjøring av «elementære kropper». Ikke Gram-farget. Vanligvis ubevegelig (eller glidende bevegelse). Klasse Mollicutes(lat. mollis– fleksibel). Del 21. Mykoplasmer.

Divisjon Mendosicutes. Inkluderer prokaryoter som har en stiv cellevegg som mangler peptidoglykan. Klasse arkaerobakterier(gr. arche- Start).

Kjennetegn på prokaryoter som inntar en mellomposisjon. Noen bakterier inntar en mellomposisjon mellom prokaryoter og eukaryoter.

Actinomycetes(Strålende sopp) inntar en mellomposisjon mellom bakterier og mikroskopiske sopp. På tette næringsmedier vokser de i form av lange tråder, koloniene har et tett senter, og trådene er som stråler. Disse bakteriene danner forgrenende hyfer, noen danner substrat og luftmycel. Bredden på actinomycete-celler er 0,2-0,5 µm, lengden kan variere mye, de er gram-positive, det er mobile og immobile former. Dette er aerober og fakultative anaerober. Actinomycetes reproduserer av konidier dannet på konidioforer av forskjellige strukturer, ved fragmentering (nedbrytning i fragmenter). Actinomycetes er vanlige innbyggere i jorda og ødelegger mange organiske forbindelser. I jorda kan aktinomyceter lett oppdages ved et hvitt, løst belegg på halvråtne underlag. Noen aktinomyceter er produsenter av antibiotika, enzymer, aminosyrer, organiske syrer osv. Noen arter kan forårsake matødeleggelse, ødelegge asfaltbelegg, smøreoljer og kunstneriske malerier. De fleste actinomycetes er saprofytter, men det er også patogene arter blant dem. forårsaker sykdommer hos planter, dyr og mennesker (actinomycosis).

Cyanobakterier(blågrønnalger) inntar en mellomposisjon mellom bakterier og alger, det er rundt 150 slekter og mer enn 1000 arter. De vokser under en rekke forhold i vann og på land. Disse er sfæriske, stavformede, buede encellede og flercellede organismer, gramnegative, har en kapsel, bevegelige (glidebevegelse). De formerer seg ved binær fisjon, knoppskyting, filamentfragmenter og sporer. Dette er fototrofer med oksygentype fotosyntese, noen er nitrogenfiksere. En rekke arter forårsaker "vannoppblomstring" - de danner ansamlinger i vannet i form av skorper og busker. Noen arter dyrkes i industriell skala for produksjon av mat- og fôrprotein, medisinske preparater ( spirulina, nostok).

Kontrollspørsmål: 1.Hvordan deles sfæriske bakterier avhengig av posisjonen til cellene etter deling? 2. Hvordan deles stavformede bakterier avhengig av lengde, tverrdiameter, form på celleender og plassering? 3. Hvordan klassifiseres spiralformer av bakterier? 4. Hva er størrelsen på bakterieceller?5. I hvilke tilstander finnes vann i en bakteriecelle? 6. Hvilke stoffer finnes kun i bakterieceller og er fraværende i eukaryote celler? 7. Hvilke funksjoner utfører lipider i en bakteriecelle? 8. Hvilke funksjoner utfører pigmenter i en bakteriecelle og hvordan deles de? 9. Hvilke funksjoner utfører bakteriecelleveggen? 10. Hva er forskjellene i struktur og kjemisk sammensetning av gram-positive og gram-negative bakterier? 11. Hvilke funksjoner utfører den cytoplasmatiske membranen i en celle? 12. Hva er forskjellen mellom nukleoiden til en bakteriecelle og kjernen til en eukaryot celle? 13. Hvilke reservestoffer kan finnes i en bakteriecelle? 14. Kan dannelsen av endosporer betraktes som en måte for bakteriell reproduksjon 15. Hvilke stadier kan skilles ut i prosessen med dannelsen av bakterielle endosporer? 16. Hvilken posisjon kan en spore innta i en bakteriecelle? 17. Hva slags struktur og kjemisk oppbygning har en bakteriespore? 18. Hvilke faktorer bestemmer varmebestandigheten til bakteriesporer? 19. Hvordan spirer bakteriesporer? 20. Hvilke typer bakteriebevegelser finnes det? 21. Hva er positive og negative drosjer? 22. Hvordan foregår prosessen med bakteriecelledeling? 23. Hva er trekk ved etterslepfasen ved stasjonær dyrking av mikroorganismer? 24. Hvilken ligning beskriver den eksponentielle veksten til en bakteriepopulasjon? 25. I hvilke faser av vekstkurven til mikroorganismer er økningen i biomasse lik null? 26. Hvordan foregår kontinuerlig dyrking av mikroorganismer? 27. Hva er en belastning? 28. Hva er DNA-spesifisitetskoeffisienten? 29. Hvilke avdelinger og deler er riket delt inn i? Proicaryotae i den niende utgaven av Bergeys guide til bakterier? 30. Hvilke bakterier inntar en mellomposisjon mellom bakterier og sopp, mellom bakterier og alger?

Klassifikasjon, eller taksonomi av mikroorganismer (fra gresk Systematikos - ordnet, systematisert), er en gren av mikrobiologien som omhandler opprettelsen av en klassifisering av mikroorganismer basert på deres egenskaper og relaterte forhold. Begrepet "taksonomi" brukes noen ganger som et synonym for begrepet "taksonomi av mikroorganismer."

Foreløpig er det ingen universell, bare korrekt, klassifisering. Avhengig av oppgaven kan mikroorganismer klassifiseres i henhold til morfologiske egenskaper (staver, kokker, kronglete, etc.), i henhold til tinktorielle egenskaper (gram-positive, gram-negative, etc.), i henhold til fysiologiske egenskaper (termofil, psykrofile, acidofile, aerobiske etc.), i henhold til økologiske egenskaper (nitrogenfikserende, nitrifiserende, sulfatreduserende, cellulosedestruktive, etc.), i henhold til interspesifikke forhold (antagonister, synnergister, kommensaler, etc.), i henhold til typer av drosjer, genotypiske og fylogenetiske egenskaper. Mikroorganismer klassifiseres også etter grad av fare for mennesker, dyr og miljø. Dermed er klassifiseringen av mikroorganismer en subjektiv prosessering av objektive egenskaper.

Moderne taksonomi av mikroorganismer inkluderer tre hovedområder:

1. Kjennetegn på mikroorganismer- innhente all slags informasjon om egenskapene og parameterne som er nødvendige for å klassifisere mikroorganismene som bestemmes til et bestemt takson.

2. Klassifisering eller taksonomi, dvs. prosessen med å ordne mikroorganismer i taksonomiske grupper basert på likhet.

3. Nomenklatur- å gi vitenskapelige navn til taksonomiske grupper (taxa).

Den viktigste taksonomiske enheten i taksonomien til mikroorganismer er utsikt. I følge generelle biologiske konsepter er en art en gruppe nært beslektede organismer som har en felles opprinnelsesrot og sånn som det er nå evolusjon preget av visse morfologiske, biokjemiske og fysiologiske egenskaper, isolert ved seleksjon fra andre arter og tilpasset et spesifikt habitat. Et viktig artskjennetegn er organismenes evne til å avle og produsere avkom.

Definisjonen av en art i bakterier er fundamentalt forskjellig fra den klassiske definisjonen av en biologisk art, siden de ikke har en seksuell reproduksjonsmetode. I følge moderne konsepter inkluderer den samme typen bakterier nært beslektede organismer med et nivå på 70 % av DNA-homologi og et lignende sett av morfologiske, biokjemiske og fysiologiske egenskaper.

Følgende taksonomiske kategorier brukes også i den hierarkiske klassifiseringen av mikroorganismer: underart- en gruppe nært beslektede lignende organismer innenfor snill med et DNA-homologinivå over 70 %; slekt- taksonomiske grupper som forener beslektede arter, og videre - familie, underorden, orden, underklasse, klasse, rike Og domene(eller superrike). For tiden er familier og domener stort sett beskrevet, mens de resterende taksonomiske gruppene er i ferd med å systematiseres.

Domener er den høyeste taxaen av mikroorganismer, tilsvarende de tidligere utmerkede kongedømmene. I følge den moderne klassifiseringen er hele mangfoldet av mikroorganismer representert av tre domener: Bakterier (prokaryote mikroorganismer, ekte bakterier), Archaea (en annen evolusjonær gren av prokaryote mikroorganismer) og Eukarya (eukaryote mikroorganismer)(Fig. 2). Av disse inkluderer to domener (Bakterier og Archaea) bare representanter for prokaryoter, som er separert i en separat superrike - Procariolae.

Fig.2. Universelt fylogenetisk tre av levende organismer.

Det mest nøyaktige, informative og brukervennlige klassifiseringssystemet er et der taxa er definert basert på en rekke konsistente egenskaper oppnådd ved hjelp av ulike moderne metoder. Denne tilnærmingen til å identifisere taxa kalles polyfasisk.

Hovedmetodene for moderne polyfasisk taksonomi er: genotypisk, fenotypisk og fylogenetisk.

Den genotypiske metoden er dominerende i polyfasisk taksonomi. Den er basert på studiet av C+G-sammensetningen til DNA, på studiet av DNA-rRNA-homologi, på etablering av beslektede forhold mellom mikroorganismer som er kodet i nukleotidsekvensene til 16S- eller 23S-rRNA-genene. For eksempel, når man skal bestemme om en mikroorganisme tilhører en bestemt art, spiller likhetsnivået til DNA-nukleotidsekvenser på omtrent 70 % en primær rolle. Derfor kalles den genotypiske metoden ofte den genomiske fingeravtrykkmetoden.

Fenotypiske studier brukes oftest i ulike opplegg for å identifisere mikroorganismer, for den formelle beskrivelsen av et takson, fra variasjon og underarter til slekt og familie. Mens genotypiske data er nødvendige for å plassere et takson på et fylogenetisk tre og klassifiseringssystem, gir fenotypisk karakterisering beskrivende informasjon som tillater identifikasjon av en bestemt mikroorganismeart. Klassiske fenotypiske egenskaper inkluderer morfologiske, fysiologiske, biokjemiske, kjemotaxonomiske og serologiske egenskaper til mikroorganismer.

Morfologiske egenskaper indikerer hvilken størrelse og form mikroorganismen har (kokkus, stav, spirilla), om den har en kapsel eller sporer, om cellene er forent i kjeder, tetrader eller pakker, om de har flageller og hvordan de er lokalisert, om celler er farget Gram. Bakteriemorfologi omfatter studiet av kulturelle egenskaper, d.v.s. vekstmønster på næringsmedier, form på kolonier på faste næringsmedier, pigmentdannelse.

Fysiologiske egenskaper karakteriserer mekanismen for metabolisme, metoden for å oppnå energi, evnen til en gitt mikroorganisme til å transformere visse stoffer, dens forhold til karbon, nitrogen, oksygen, temperatur, pH i miljøet.

Biokjemiske egenskaper bestemmes av mikroorganismers evne til å dekomponere visse sukkerarter, danne hydrogensulfid, ammoniakk og andre forbindelser.

Kjemotaxonomiske trekk karakteriserer den kjemiske sammensetningen av cellecytoplasma. Taksonomisk spesifisitet av sammensetningen av fettsyrer, lipoproteiner, lipopolysakkarider, pigmenter, polyaminer, proteiner og andre kjemiske komponenter i cellen er mye brukt i klassifiseringen av mikroorganismer.

Serologiske egenskaper, eller serotyping, er basert på å identifisere variasjonen til de antigene komponentene i bakterieceller. Slike komponenter kan være flageller og fimbriae. kapsler, cellevegg, enzymer og giftstoffer. For å identifisere de antigene egenskapene til en bakteriecelle, brukes forskjellige serologiske reaksjoner: utfellingsreaksjon, komplementadhesjonsreaksjon, utfelling, etc.

Således er fenotypiske egenskaper preget av et stort volum og variasjon av informasjon som er oppnådd, som er vanskelig å behandle manuelt. Det var behov for datamaskin, numerisk analyse av dataene som ble innhentet. En numerisk (numerisk) taksonomi har dukket opp, som gjør det mulig å analysere de fenotypiske og genotypiske egenskapene til mikroorganismer ved hjelp av dataprogrammer. Bruken av numerisk analyse i taksonomisk praksis kalles "datamaskinidentifikasjon."

Fylogenetiske metoder (fra gresk phylon - slekt, stamme og genese - opprinnelse, fremvekst) lar oss spore prosessen med historisk utvikling av mikroorganismer både som helhet og deres individuelle taksonomiske grupper: arter, underarter, slekter, familier, underordner, ordrer , underklasser, klasser , riker og domener.

Fylogenetiske forhold mellom mikroorganismer studeres ved å bruke metodene for genomisk fingeravtrykk, molekylærbiologi og datamaskinidentifikasjon. Basert på de innhentede dataene konstrueres fylogenetiske trær som reflekterer de evolusjonære relasjonene mellom mikroorganismer (fig. 3). De opprettede fylogenetiske trærne kan ikke brukes til å konstruere en hierarkisk klassifisering av mikroorganismer og erstatter ikke taksonomi. De er et av dens elementer.

Nomenklatur- behandler spørsmål om nøyaktige og enhetlige navn. Dette er et navnesystem som brukes i et visst kunnskapsfelt. I samsvar med internasjonale regler tildeles navn til taksonomiske grupper av mikroorganismer.

Allerede før introduksjonen av de første nomenklaturreglene ble et stort antall mikroorganismer beskrevet. Dessuten kan den samme bakterien klassifiseres i taxa med forskjellige navn. For å unngå dette, definerte International Code of Nomenclature alle prioriterte navn på bakterier publisert siden 1. mai 1753. Som et resultat ble "Liste over anerkjente navn på bakterier" opprettet, som trådte i kraft 1. januar 1980. For tiden er navnet på mikroorganismer tildelt i samsvar med reglene i den internasjonale koden for bakterienomenklatur. Kodenes kompetanse strekker seg bare til reglene for tildeling og bruk av vitenskapelige navn på mikroorganismer. Klassifiseringsspørsmål løses uavhengig av koden på grunnlag av pågående taksonomiske studier.

Ris. 3. Fylogenetisk tre av bakterier.

I mikrobiologi, som i biologi, ble en dobbel (binær) nomenklatur vedtatt for å betegne bakteriearter, foreslått tilbake i 1760 av Carl Linnaeus.

Det første ordet angir navnet på slekten. Vanligvis er dette et latinsk ord, det er skrevet med stor bokstav og karakteriserer en morfologisk eller fysiologisk egenskap, eller navnet på forskeren som oppdaget denne mikroben. For eksempel, til ære for den franske forskeren L. Pasteur ble slekten "Pasteurella" navngitt, den amerikanske mikrobiologen Salmon - slekten "Salmonella", den tyske forskeren T. Escherich - slekten "Escherichia", den japanske mikrobiologen Shiga - den slekten "Shigella", de engelske bakteriologene D. Bruce og S. Ervina - slektene "brucella" og "ervinia", russiske forskere Kuznetsov og Lamblya - slektene "Kuznetsovia" og "lamblia", etc. Navnet på slekten til en mikroorganisme er vanligvis forkortet til en eller to bokstaver.

Det andre ordet betegner det spesifikke epitetet i navnet til mikroorganismen og er som regel et derivat av et substantiv som beskriver fargen på kolonien, opprinnelsen til mikroorganismen, prosessen eller sykdommen den forårsaker. Navnet på arten er skrevet med liten bokstav og blir aldri forkortet. For eksempel betyr Escherichia coli at Escherichia lever i tarmen, Pasterella pestis betyr pasteurella som forårsaker pest, Bordetetia pertussis betyr bordetella som forårsaker hoste, Clostridium tetani betyr clostridia som forårsaker stivkrampe osv.

S.N. Winogradsky og M. Beijerink, tatt i betraktning mangfoldet av bakteriell metabolisme, foreslo at slektsnavnet gjenspeiler egenskaper assosiert med morfologi, økologi, biokjemi og fysiologi til mikroorganismer. Slik dukket navnene opp, som er nøkkelen til mikroorganismens egenskaper: Acetobacter (syredannende bakterier), Nitrosomonas (nitrifiserende bakterier), Azotobakter (bakterier som fikserer atmosfærisk nitrogen), Chromobakterium (pigmenterte bakterier), B. stearothermophiliis (voksaktige varmekjære bakterier), etc.

Noen ganger, som en integrert del av taksonomien, anses det identifikasjon(definisjon) av mikroorganismer. Dette er imidlertid ikke helt korrekt, siden identifikasjon bruker allerede konstruerte klassifiseringssystemer og spesifikke egenskaper ved mikroorganismer angitt i identifikasjonsnøkler (tabeller). Systemer for identifisering av mikroorganismer er en slags test av kvaliteten på klassifiseringssystemet. På dagen for identifisering av mikroorganismer, er fenotypiske og genotypiske metoder, metoder for dataidentifikasjonsanalyse og genomisk fingeravtrykk mye brukt.

I 1923 ga D. Bergi ut den første internasjonale identifiseringen av bakterier. Påfølgende utgaver ble utarbeidet av International Committee on the Taxonomy of Bacteria. Den niende og siste amerikanske utgaven av Bergey's Manual of Determinative Bacteriology ble utgitt i 1994. Det forkortede navnet på manualen er BMDB-9. I den russiske oversettelsen ble BMDB-9 utgitt i 1997. Den introduserer mangfoldsprokaryoter og tar et skritt fremover i forsøk på å identifisere mikroorganismer isolert fra miljøet.

I følge BMDB-9 er bakterier delt inn (i henhold til fenotypiske egenskaper) i fire hovedkategorier:

1. Gram-negative eubakterier med cellevegger.

2. Gram-positive eubakterier med cellevegger.

3. Eubakterier som mangler cellevegger.

4. Arkebakterier.

Hovedobjektet i identifiseringen av mikroorganismer er en ren kultur av en isolert bakterie, kalt en "stamme" eller "klon".

Press(fra tysk stammen - å oppstå) er en bakteriekultur av samme art, isolert fra forskjellige gjenstander eller fra samme gjenstand til forskjellige tider, og forskjellig i mindre endringer i egenskaper (for eksempel følsomhet for antibiotika, enzymatisk aktivitet, evne til å danner giftstoffer). Typisk er stammer av samme art tilpasset et spesifikt miljø.

Under begrepet " bakteriekultur» forstå populasjonen av mikrobielle celler på et gitt sted og tidspunkt. Dette kan være mikroorganismer dyrket på et fast eller flytende næringsmedium i et laboratorium. En kultur av mikroorganismer dyrket på et fast eller flytende næringsmedium fra individer av én art ved påfølgende subkulturer av en enkelt koloni kalles ren.

Rene bakteriekulturer hentet fra en enkelt startcelle kalles kloner(fra gresk klon - avkom). En klon er en genetisk homogen populasjon.

En blandet kultur er en kultur av heterogene mikroorganismer isolert fra materialet som studeres, for eksempel fra vann, jord, luft.

BAKTERIENES PLASS I LEVENDE NATUR

På grunn av det faktum at bakterier og blågrønnalger (cyanobakterier) er like i cellestruktur, og planter og blågrønnalger har evnen til å fotosyntetisere, ble disse tre gruppene av levende organismer tradisjonelt klassifisert som gjenstander for botanikk og derfor ble det hevdet at bakterier er, vanligvis encellede planter.

I cellene til ulike levende vesener kan det hende at kjernestoffet, eller genoforen, ikke er skilt fra cytoplasmaet av en kjernemembran (bakterier og blågrønne alger) eller kan ha sin egen kjernekonvolutt (planter, sopp, dyr og protozoer) . På dette grunnlaget skilles prokaryote og eukaryote typer cellulær organisasjon. I denne forbindelse er organismer delt inn i prokaryoter og eukaryoter. Prokaryoter inkluderer bakterier.

De viktigste egenskapene til prokaryoter er som følger:

Genoforen (nukleotid, nukleoplasma, kjerne) består av en dobbel spiralstreng av deoksyribonukleinsyre (DNA). Det er ikke skilt fra cytoplasmaet av noen membran, så genoforen kalles noen ganger en diffus kjerne;

Fraværet av intraplasmatiske organeller omgitt av en elementær membran, som maskerer deres mangfold;

Små ribosomer er spredt i cytoplasmaet og er ikke lokalisert på overflaten av membraner, som i eukaryoter.

Hos eukaryoter har kjernen sin egen kjernemembran, og det er derfor den kalles differensiert. I tillegg er det egenskaper som er karakteristiske for mange, men ikke alle, prokaryoter.

Celleveggene til prokaryoter inkluderer peptidoglykan (murein eller mukopeptid). Tilstedeværelsen av peptidoglykan er ikke et trekk ved alle prokaryoter; det finnes ikke i mykoplasmer som mangler cellevegg.

De karakteristiske bevegelsesorganene (svømming) er flageller, som finnes i visse bakteriearter. Blant prokaryoter er det mange obligatoriske anaerober; blant eukaryoter er det nesten ingen.

I motsetning til eukaryoter, er noen bakterier i stand til å fiksere (oksidere) atmosfærisk nitrogen.

Samtidig er det ingen data om eksistensen av endocytose i prokaryoter (evnen til å fange partikler inn i matvakuoler som byttedyr), som er svært karakteristisk for eukaryote celler.

Det foreslås å skille prokaryoter (prenukleære mikroorganismer) på høyeste nivå inn i et eget rike Procariotae, sammen med rikene av planter og dyr.

KONSEPT OM SYSTEMATIKK FOR MIKROORGANISMER

Mikroorganismer, som alle levende vesener, har visse egenskaper som de identifiseres med (fra lat. identifikasjon- identifikasjon), dvs. gjenkjenne, eller differensiere (fra lat. differentialis - særegne) og er delt inn i stabile, klart skillelige grupper.

Systematikk (fra gresk. systematikk- ordnet, relatert til et system) er vitenskapen om mangfoldet og likheten til gjenstander i den organiske verden, basert på felles opprinnelse og genetiske forbindelser til ulike grupper av levende vesener.

Hoveddelene av taksonomien er klassifisering og nomenklatur.

Klassifisering forstås som mønsteret for distribusjon av mikroorganismer i systematiske grupper, som kalles kategorier, nivåer, ranger og taxa, og klassifisering kalles derfor også taksonomi.

Nomenklaturen fastsetter prinsippene for fastsettelse av navn for etablerte taxa. Hovedtaxonet, dvs. hovedklassifiseringsenheten i systemet av levende organismer, er arten.

Vis - Dette er en samling individer av mikroorganismer som er like i biologiske egenskaper, har samme opprinnelse og genotype, og har en arvelig fiksert evne til å forårsake visse spesifikke prosesser (endringer) i deres naturlige habitat.

Arter som har mange felles kjennetegn er gruppert i taxa av flere høy level, kalt slekter, som igjen er gruppert i taxa av en enda høyere orden - familier osv. Dette arrangementet av underordnede taxa i en stigende rekke utgjør et hierarkisk klassifikasjonssystem, eller taksonomisk hierarki. Grunnlaget for dette systemet er individuelle individer, og dets topp er ett omfattende taksonrike.

I bakteriologi brukes følgende hovednivåer av taksonomisk hierarki: rike (Regnum), avdeling (Divisio), klasse (Klassis), orden (Ordo), familie (Familia), slekt (Slekt), art (Art).

I tillegg til de som er oppført, er det mellomliggende taxa: underrike, underavdeling, underklasse, underorden, underfamilie, underavdeling, underart.

Navnene på bakterier (inkludert actinomycetes) er styrt av den internasjonale koden for bakterienomenklatur.

Navnene på mikroorganismer er skrevet med bokstaver i det latinske alfabetet og er underlagt reglene for latinsk grammatikk, det vil si at de er latinske eller latiniserte, selv om de er lånt fra andre språk.

Navnene på taxa hvis rangering er høyere enn arter består av bare ett ord og er derfor klassifisert som enkelt eller enhetlig. Noen taxa har standardendelser. For eksempel skal navnene på bakterieordener slutte på - ale (Bacteriales), familier i - aceae (Enterobacteriaceae), slekter i - us, um (Bacillus, Streptococcus, Clostridium, Lactobacterium).

For å betegne arter av mikroorganismer, binær (binomial) eller dobbel, brukes nomenklatur, dvs. artsnavn består av to ord og klassifiseres derfor som dobbel eller binær. Det første ordet angir navnet på slekten som denne arten tilhører, det andre - arten, for eksempel Lactobacterium acidophiium (syreelskende melkesyreelskende basill), Streptococcus thermophilus (varmeelskende streptokokker). Det generiske ordet skrives med stor bokstav, det spesifikke ordet med liten bokstav. Når det fulle navnet på en art er nevnt i teksten, kan det første ordet (generisk navn) forkortes ved senere omtale.

Hvis man oppdager avvik fra typiske artsegenskaper når man studerer bakterier, regnes slike kulturer som underarter. Navnet på en underart består av det fulle navnet på arten den tilhører, etterfulgt av ordet som betegner selve underarten, etterfulgt av et forkortet navn for den mellomliggende taksonunderarten (underarten). For eksempel, Lactococcus lactis subsp. cremoris - melkelaktokokker, underart kremaktig. Navnene på underarter består av tre ord (unntatt ordet underart underart) og kalles derfor treenig.

I tillegg til underarten er det også infrasubspesifikke inndelinger (varianter) av mikroorganismer, som ikke er ordnet i rekkefølge etter klassifiseringsranger. De er basert på forskjellen mellom individer i noen mindre arvelige egenskaper: antigenisk - erovar (serotype), morfologisk - morfovar, kjemisk - kjemovar, fysiologisk - biovar, patogenisitet - patovar, forhold til bakteriofager - fag.

I mikrobiologi er begrepene "stamme" og "klone" mye brukt. Stam er et snevrere begrep enn arter. Stammer er forskjellige kulturer av samme type mikroorganisme isolert fra en bestemt kilde. Hvis en mikroorganisme er isolert fra vann, kalles den en akvatisk stamme, fra ost - en ostestamme, etc.

De kan avvike i visse mindre egenskaper, for eksempel intensiteten av syredannelse, motstand mot medikamenter og desinfeksjonsmidler, evnen til å syntetisere aromatiske stoffer og antibiotika, etc.

Klon betyr en grobunn for mikroorganismer, eller, som det er vanlig i mikrobiologi, en kultur (populasjon) som er avkom til én celle. En populasjon av mikrober som består av individer av en art kalles en ren eller aksenisk kultur, og en som består av individer forskjellige typer- blandet.

KLASSIFISERING AV BAKTERIER

Alle bakterier er forent i prokaryotenes rike, bestående av to divisjoner: autotrofe fotobakterier og heterotrofe kjemobakterier, som hver inkluderer 3 klasser av bakterier (skjema 1).

Den første divisjonen forener klasser: 1. - blågrønne fotobakterier (cyanobakterier), 2. - lilla (rosa) og 3. - grønne fotobakterier.

Den andre divisjonen inkluderer følgende klasser: 1. - faktiske bakterier (eubakterier), 2. - rickettsia (intracellulære bakterier), 3. - mykoplasmer (bakterier som mangler en cellevegg).

Mikroorganismer i den første delen (saprofytiske fototrofiske mikroorganismer) er utbredt i naturen. De finnes i jord, ferske og sjøvann, avløpsvann rikt på organisk materiale. Denne bakteriegruppen er ikke viktig for meieriindustrien.

Heterotrofe kjemobakterier bruker energi for å utvikle seg kjemiske reaksjoner, som forekommer ved bruk av organiske stoffer. De er likegyldige til lys. Studieobjektet for kurset "Mikrobiologi av melk og meieriprodukter" er hovedsakelig bakterier selv.

En klassifisering av bakterier basert på strukturen og sammensetningen av celleveggen er også foreslått. I dette tilfellet er prokaryotenes rike delt inn i 4 divisjoner: Firmicutes, Gracilicutes, Tenericutes, Mendosicutes.

Til firmicutes (fra lat. firmus- sterk, søte - hud) er gram-positive bakterier hvis cellevegg inneholder peptidoglykan-, teichoic- og teichuronsyrer.

Gracilicutaceae (fra lat. gracilis - tynne) er gramnegative bakterier som ikke inneholder peptidoglykan-, teichoic- og teichuronsyrer i celleveggen.

Avdeling for tenericut-bakterier (fra lat. tenerus - myke, ømme) er mikroorganismer som i utviklingsprosessen har mistet celleveggen og er omgitt av en cytoplasmatisk membran. Disse inkluderer mykoplasmer og noen andre prokaryoter.

Mendosicutes (fra lat. mendose - har en defekt) ikke inneholder peptidoglykan og muraminsyre i celleveggen. Cellene deres er dekket med proteinmakromolekyler og heteropolysakkarider. De fleste mendozoiske bakterier er ikke-sporedannende, bevegelige anaerobe.

I den niende utgaven av Bergey's Guide to Bacteria er alle prokaryoter, for differensiering (men ikke klassifisering), delt inn i henhold til fenotypiske (genetiske) egenskaper i fire hovedkategorier:

1. Gram-negative eubakterier (egentlig bakterier) som har cellevegger.

2. Gram-positive eubakterier med cellevegger.

3. Mykoplasma.

4. Arkebakterier (hovedsakelig jord eller vannlevende mikroorganismer).

KLASSIFISERING AV SOPP

Denne gruppen av organismer ble tidligere klassifisert som planter. For tiden er sopp, som teller rundt 100 tusen arter, klassifisert som et uavhengig rike, siden de i en rekke biologiske egenskaper skiller seg fra bakterier, planter og dyr.

Soppceller, i motsetning til bakterier, er eukaryoter. De skiller seg fra planter ved fravær av klorofyll og bruk av ferdig organisk materiale til ernæring, det vil si at de er heterotrofer etter type ernæring. Reservenæringsstoffet i sopp er glykogen, og ikke stivelse, som er typisk for de fleste planter. Når det gjelder ernæringsmetoden (absorpsjon) og ubegrenset vekst, er sopp nær planter. Det som gjør dem lik dyr er at urea deltar i metabolismen. Sopp er også preget av dannelsen av en uttalt cellevegg, reproduksjon av sporer, immobilitet i vegetativ tilstand, etc.

Klassifiseringen av sopp er basert på metoder for reproduksjon og morfologiske egenskaper.

Soppenes rike Mycetalia, Fungi, Mycota er delt inn i to underriker (skjema 2): lavere sopp (Myxobionta) og høyere sopp (Mycobionta).

Nedre sopp er preget av tilstedeværelsen av både rudimentært og encellet mycelium. Disse inkluderer sopp fra Myxomycota-avdelingen med Myxomycotina-underavdelingen, som forener klassen Phycomycetes (phycomycetes) - vannlevende sopp.

Phycomycetes-klassen inkluderer rundt 700 arter av sopp. Phycomycetes har et velutviklet encellet nonseptat (uten partisjoner) flerkjernet mycel. Sopp av denne klassen er delt inn i mucoraceae-ordenen Mucorales, familien Mucoraceae, som forener slektene Mucor, Rhizopus og Thamnidium, som er årsaker til defekter (ødeleggelse) av meieriprodukter og andre produkter.

Høyere sopp inkluderer sporedannende gjær, samt sopp preget av flercellet mycel. Celler har én kjerne, mange har to eller flere.

Underriket høyere sopp inkluderer avdelingen ekte (ekte) sopp (Eumycota), underavdelingen sanne sopp (Eumycotina), som forener tre klasser: Ascomycetes - ascomycetes, eller pungdyrsopp, Basidiomycetes - basidiomycetes, eller basidiomycetes, og klassen imperfekte sopp. Deuteromycetes - deuteromycetes, Fungi imperfecti).

Klasse Ascomycetes (fra lat. ascus- bag + gresk myser- sopp) forener mer enn 30 tusen arter. Et karakteristisk trekk for hele klassen er seksuell sporulering og tilstedeværelsen i cellene (posene) av vanligvis 8 endogene sporer (askosporer), noen ganger 4 eller 2. Klassen Ascomycetes inkluderer ordenen Endomycetales, som inkluderer familien Endomycetaceae, som inkluderer ikke-myceliale encellede sporedannende sopp kalt gjær, spesielt gjær av slekten Saccharomyces. Denne gjæren brukes i produksjon av brød, vin, øl, alkohol osv. Sporedannende gjær omfatter også melkegjær av artene Saccharomyces lactis og S. casei.

Klasse Basidiomycetes (fra gresk. basidion - liten base, fundament + myser - sopp) forener mer enn 20 tusen arter av sopp med utviklet septatmycelium. Deres hovedorgan for sporulering er klubbeformede strukturer - basidia (en homolog av ascus). Fra basidiosporer utvikles et primært (haploid) mycel, som, som et resultat av fusjonen av hyfer, gir et sekundært (diploid) mycel med fusjon av kjerner, dvs. seksuell reproduksjon begynner.

Klassen av ufullkomne sopp inkluderer mer enn 25 tusen sopp som ikke har seksuell sporulering. De har utviklet flercellet mycel. Denne klassen inkluderer også ikke-sporedannende gjær.

Fraværet av en seksuell syklus hos ufullkomne sopp tvinger forskere til å klassifisere sopp i ordener, familier og slekter kun på grunnlag av morfologi. Derfor er det foreslått flere klassifiseringer for sopp av denne klassen.

Basert på arten av konidial sporulering, er klassen av deuteromycetes delt inn i flere ordener, hvorav de viktigste er hyphomycetales-soppene (fra gresk. bindestrek- stoff + myser - sopp) og Protoascales (protoasca-sopp). Rekkefølgen av hyphomycelial sopp inkluderer familien Moniliaceae, som inkluderer slektene av muggsopp Aspergillus, Penicillium, Cladosporium, Alternaria, Catenularia, samt melkeskimmel Geotrichum (Oidium, Endomyces) lactis, som er hyppige årsaker til defekter i meieriprodukter.

Rekkefølgen av protoasca-sopp inkluderer familien Cryptococcaceae, som forener encellede asporogene gjærtyper fra slektene Torulopsis, Candida, Rhodotorula, som kan forårsake ødeleggelse av meieriprodukter og andre matprodukter.

Sopp av slekten Candida kan danne pseudomycelium, som er dannet fra flere spirende celler.

Arter av slekten Rhodotorula utmerker seg med gule, oransje og røde farger i forskjellige nyanser, avhengig av tilstedeværelsen av karotenoider. Kan forårsake fargefeil i melk og andre matvarer.

KLASSIFISERING AV VIRUS

Virus er precellulære mikroorganismer som skiller seg fra prokaryoter og eukaryoter både strukturelt og funksjonelt.

Imidlertid inneholder virus sin egen genetiske informasjon, som de gir videre til avkommet.

Klassifiseringen av virus er basert på følgende egenskaper: typen nukleinsyre, dens molekylvekt, antall tråder i nukleinsyren, prosentandelen av nukleinsyre i viruspartikkelen, formen på viruspartikkelen, antall strukturelle underenheter (kapsomerer) i proteinskallet, typen symmetri av arrangementet av kapsomerer.

Basert på disse egenskapene blir virus allokert til et eget rike Vira, som er delt i henhold til typen nukleinsyre i to underriker - ribovirus og deoksyvirus. Underriker er delt inn i familier, slekter, arter og typer.

Menneske- og dyrevirus er fordelt i 19 familier, hvorav 7 er DNA-holdige og 12 er RNA-holdige.

Bakteriofager er av stor (negativ) betydning i meieriindustrien, da de forårsaker celledød i starterkulturer. De fleste fagene er sædformede og inneholder RNA og DNA. Det er seks morfologiske typer fager.

Den første typen inkluderer filamentøse DNA-holdige fager. Den andre gruppen består av små RNA-holdige fager, fager med en enkelt DNA-helix og en analog av haleprosessen. Den tredje typen inkluderer fager uten prosess, den fjerde inkluderer fager med kort prosess og dobbelttrådet DNA. Den femte typen inkluderer DNA-holdige fager med et ikke-sammentrekkende "case" av prosessen og et hode av forskjellige former og størrelser. Den sjette typen er fager med et sammentrekkende "deksel" av prosessen og en kompleks struktur.

Det skal bemerkes at det fortsatt ikke er noen klar klassifisering av virus.

Mikroorganismer er en stor kollektiv gruppe, der representanter kan variere i cellulær organisering, morfologi og metabolske evner, men er forent av mikroskopiske størrelser. Derfor har begrepet "mikroorganisme" ingen taksonomisk betydning. Representanter for den mikrobielle verdenen tilhører et bredt utvalg av taksonomiske grupper, andre medlemmer av disse kan være flercellede organismer, noen ganger av gigantisk størrelse. Nedre muggsopp er for eksempel relatert til capsopper, og mikroalger kombineres med så store individer som tare. Mikroorganismer er den største gruppen når det gjelder antall representanter, og medlemmene er allestedsnærværende. Alle kjente typer metabolisme forekommer i mikroorganismer.

Metoder for klassifisering av mikroorganismer

Opphopningen av enormt faktamateriale krevde innføring av regler for å beskrive gjenstander og fordele dem i grupper. For å kunne sammenligne resultatene oppnådd av ulike forskere og for å gjøre arbeidet enklere, ble det nødvendig å klassifisere mikroorganismer. Klassifisering forstås som tilordningen av et spesifikt biologisk objekt til en viss gruppe av homogenitet (takson) i henhold til helheten av dets iboende egenskaper.

Relasjoner mellom underordning og innbyrdes forhold mellom taxa på ulike nivåer studeres av taksonomi . I den moderne klassifiseringen av mikroorganismer er følgende hierarki av taxa akseptert: domene, phylum, klasse, orden, familie, slekt, art. Arten er den grunnleggende taksonomiske enheten. Mikrobiologer bruker et binomialsystem for å navngi et objekt (nomenklatur), som inkluderer generiske navn og artsnavn, for eksempel, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Pseudomonas aeruginosa etc. I noen tilfeller er det tillatt å bruke historisk etablerte russiskspråklige navn (Escherichia coli, bakegjær, Pseudomonas aeruginosa).

For klassifisering er det viktig å bli enige om et sett med kriterier som vil være avgjørende ved sammenslåing av objekter til en gruppe. De fleste mikroorganismer har en ekstremt enkel og universell struktur, så morfologiske beskrivelser er ikke nok til å dele dem inn i taxa. Forskere ble tvunget til å bruke de funksjonelle egenskapene til mikroorganismer, dvs. legg merke til egenskapene til deres metabolisme. Dessuten, avhengig av tilnærmingen, kunne skiltene ha ulik betydning (noen ble pålagt å plasseres i denne gruppen, mens andre kunne variere).

For tiden er det umulig å klassifisere et mikrobiologisk objekt uten å studere helheten av morfofysiologiske, biokjemiske og molekylærbiologiske data. Ved bestemmelse av en ukjent mikroorganisme (identifikasjon), undersøkes følgende egenskaper:

  1. Cytologi av celler (primært, klassifisering som pro- eller eukaryoter);
  2. Morfologi av celler og kolonier (på visse medier og under visse forhold);
  3. Kulturelle egenskaper (vekstmønster på faste og flytende medier);
  4. Fysiologiske egenskaper (evne til å bruke forskjellige substrater, holdning til temperatur, lufting, pH, etc.);
  5. Biokjemiske egenskaper (tilstedeværelse av visse metabolske veier);
  6. Molekylærbiologiske egenskaper (nukleotidsekvens av 16S rRNA, innhold av GC-AT-par i mol.%, muligheten for hybridisering av nukleinsyrer med materialet til standardstammer);
  7. Kjemotaxonomiske egenskaper (kjemisk sammensetning av forskjellige forbindelser og strukturer, for eksempel spekteret av fett- og teichosyrer i aktinobakterier, mykolsyrer i nocardia, mykobakterier, corynebakterier);
  8. Serologiske egenskaper basert på antigen-antistoffreaksjoner (spesielt for patogene mikroorganismer);
  9. Følsomhet for spesifikke fager (fagtyping).

Noen ganger bemerkes det at mikroorganismen har ekstrakromosomale elementer, inkludert stille (kryptiske) plasmider. Det bør huskes at plasmider lett kan gå tapt.

Når de identifiserer prokaryote mikroorganismer, stoler moderne forskere på instruksjonene i Bergeys Manual of Systematic Bacteriology og bruker Bergeys identifikasjonsveiledning.

For tiden er det flere hovedmåter å klassifisere levende objekter, inkludert mikroorganismer.

Formell numerisk klassifisering anser alle tegn på en organisme som like viktige. Kriteriene som tas i betraktning må være alternative, d.v.s. være tilstede (+) eller (-) fraværende for et bestemt objekt. Nøyaktigheten av å plassere den i denne gruppen vil avhenge av fullstendigheten av studiet av organismen. For å kvantifisere graden av likhet og forskjell mellom objekter er det utviklet spesielle dataprogrammer som sammenligner organismer i henhold til et sett med studerte egenskaper. Lignende organismer er gruppert i klynger.

For morfofysiologisk klassifisering er det nødvendig å studere helheten av morfologiske egenskaper og metabolske egenskaper til organismer. Samtidig tas den ulike betydningen av de anvendte kriteriene i betraktning: Noen eiendommer anses som obligatoriske og vesentlige for objektet, mens andre kan være tilstede i varierende grad eller helt fraværende. For å plassere mikroorganismer i en gruppe og gi dem et navn, bestemmes først typen av cellulær organisasjon, morfologien til celler og kolonier beskrives, samt vekstmønsteret på visse medier og under visse forhold. De funksjonelle egenskapene til objektet inkluderer muligheten for å bruke ulike næringsstoffer, forholdet til fysiske og kjemiske miljøfaktorer, samt identifisere måter å oppnå energi og konstruktive utvekslingsreaksjoner. For noen mikroorganismer er det nødvendig å utføre kjemotaxonomiske studier. Patogene mikroorganismer blir vanligvis utsatt for serodiagnose. Resultatene av alle disse testene brukes når man arbeider med determinanten. For tiden, for å identifisere prokaryote mikroorganismer, bruker forskere en identifikator oppkalt etter den amerikanske bakteriologen Bergey, som foreslo grunnlaget for en slik klassifisering i 1923.

Molekylærgenetisk klassifisering innebærer å analysere strukturen til molekyler av viktige biopolymerer. Et slikt molekyl må være bevart og viktig for en underliggende livsprosess. Professor ved University of Illinois, Carl Woese, foreslo å ta prokaryot 16S ribosomalt RNA (18S rRNA for eukaryote organismer) som grunnlag. Dette molekylet er en del av ribosomene, som i alle levende vesener er ansvarlige for den viktigste livsprosessen - proteinsyntesen. Proteinsynteseapparatet endres litt over tid, siden enhver betydelig forstyrrelse kan føre til celledød. Derfor, i rRNA-molekyler forskjellige organismer De fleste nukleotidene er uendret, og delen som endres under evolusjonen er unik for en bestemt organisme. 16S rRNA består av 1500 nukleotider, hvorav 900 er konservative, dvs. den har ganske mye, men ikke overdreven, informasjon og kan betraktes som en slags biologisk genetisk "kronometer". Ved å sammenligne nukleotidsekvensene til dette molekylet i forskjellige organismer ved hjelp av spesielle dataprogrammer, er det mulig å oppnå grupper av likheter til biologiske objekter, som gjenspeiler deres relaterte forhold og evolusjonær utvikling. Basert på mange sammenligninger ble det bygget et fylogenetisk tre, der alle representanter for den levende verden er delt inn i tre store domener (imperier, superriker): Bakterier, Archaea og Eukarya. Bacteria- og Archaea-domenene inneholder kun prokaryote organismer, mens Eukarya-domenet inkluderer alle eukaryoter – både encellede og flercellede, inkludert mennesker. Samtidig ble det bevist at mitokondrier og kloroplaster er av prokaryotisk symbiotisk opprinnelse. Forskere sender nukleotidsekvensene til de studerte organismene til en verdensomspennende datagenbank, hvis data er ment for sammenligning med sekvensene til hver nylig isolert organisme.

For øyeblikket, for å identifisere en spesifikk mikroorganisme, blir dens rene kultur først isolert og 16S rRNA-nukleotidsekvensen analysert. Den lar deg bestemme stedet for en mikroorganisme på det fylogenetiske treet, og deretter utføres bestemmelsen av artsnavnet ved hjelp av tradisjonelle mikrobiologiske metoder. Dessuten indikerer 90% av kampene at de tilhører en bestemt slekt, 97% - til en viss art. For å avklare den taksonomiske tilhørigheten gjennomføres DNA-DNA-hybridisering som gir >30 % samsvar innenfor slekten og >70 % innenfor arten.

For å tydeligere differensiere mikroorganismer på slekts- og artsnivå, foreslås det å bruke polyfyletisk (polyfasisk) taksonomi, når det sammen med bestemmelse av nukleotidsekvenser brukes informasjon fra ulike nivåer, opp til det økologiske nivået. Samtidig utføres et foreløpig søk etter grupper av lignende stammer og de fylogenetiske posisjonene til disse gruppene bestemmes, forskjeller mellom gruppene og deres nærmeste naboer registreres, og det samles inn data som gjør at gruppene kan differensieres.

Hovedgrupper av eukaryote mikroorganismer

I domene Eukarya det er tre grupper som inneholder mikroskopiske objekter. Dette er alger, protozoer og sopp.

Tang("vanndyrking") er encellede, koloniale eller flercellede fototrofer som utfører oksygenisk fotosyntese. Den molekylærgenetiske klassifiseringen av alger er under utvikling, derfor bruker de, for praktiske formål, klassifiseringen av alger i henhold til sammensetningen av pigmenter, reservestoffer, celleveggstruktur, tilstedeværelse av motilitet og reproduksjonsmetode. Mikrobiologiske gjenstander anses tradisjonelt å være encellede representanter for dinoflagellater, kiselalger, euglena og grønnalger, samt deres fargeløse former som vokser i mørket og har mistet pigmenter. Alle alger produserer klorofyll EN og ulike former for karotenoider, og representanter for gruppene er forskjellige i deres evne til å syntetisere andre former for klorofyll og fykobiliner. Fargingen av celler i forskjellige farger: grønn, brun, rød, gylden, avhenger av kombinasjonen av pigmenter i en bestemt art. Kiselalger er encellede planktoniske former som har en karakteristisk cellevegg i form av et toskallet silisium. Noen representanter kan flytte ved å skyve. De formerer seg både aseksuelt og seksuelt. Encellede euglena-alger lever i ferskvannsforekomster og beveger seg ved hjelp av flageller. De mangler cellevegg. I mørket er de i stand til å vokse på grunn av oksidasjon av organiske stoffer. Celleveggen til dinoflagellater er laget av cellulose. Disse planktoniske encellede algene har to laterale flageller. Mikroskopiske representanter for grønnalger lever i ferskvann og hav, i jorda og på overflaten av forskjellige terrestriske gjenstander. De kan være ubevegelige eller bevege seg ved hjelp av flageller. Grønne mikroalger har en cellevegg av cellulose og lagrer stivelse i cellene sine. De er i stand til å reprodusere både aseksuelt og seksuelt.

Sopp er delt inn i grupper i henhold til egenskapene til deres reproduksjon. Ufullkomne sopp inkluderer representanter der seksuell reproduksjon ikke oppdages. Tradisjonelle mikrobiologiske gjenstander - typer slekter Penicillium, Aspergillus, Candida, Rhodotorula og andre er inkludert i denne gruppen. Gruppen zygomyceter består av sopp som har koenocytisk mycel og danner en zygospore ved sammensmelting av to foreldrehyfer under den seksuelle prosessen. Kjente slekter av zygomycetes er Mucor og Rhizopus. Sopp som danner en spesiell pose (spør) for sporulering kalles ascomycetes. De har septatmycel, og når aseksuell reproduksjon danner konidier (kjeder av sporer samlet i børster eller hoder). Denne gruppen inkluderer arter av slekter Neurospora, Saccharomyces, Lipomyces, Cryptococcus. Noen gjærsopper og de fleste høyere capsopper er basidiomyceter. Under seksuell reproduksjon danner de en spesiell hoven hypha (basidium), som danner utvekster med sporer. Myceliet til basidiomycetes er delt med septa.

Viktig plass i Økonomisk aktivitet mennesker er okkupert av representanter for den ikke-taksonomiske gruppen av gjær. Det inkluderer sopp som er preget av fravær eller betydelig reduksjon av mycelvekststadiet. Representanter for slektene er best kjent som gjær Saccharomyces, Lipomyces, Candida, Rhodotorula, Pichia. Morfologien og metabolismen til gjær avhenger i stor grad av deres vekstforhold. Mange gjærsopp eksisterer i lang tid i form av individuelle immobile celler og formerer seg ved knoppskyting. De fleste gjærsopper er fakultative anaerobe. Blant gjær er det også patogene arter (f.eks. Candida albicans er årsaken til trost).

Hovedgrupper av prokaryote mikroorganismer

Prokaryote mikroorganismer er gruppert i to distinkte domener: Bakterier og Archaea. Separasjonen av disse gruppene skjedde basert på resultatene av sammenligning av nukleotidsekvenser av 16S rRNA, så vel som på grunn av betydelige forskjeller i sammensetningen av cellevegger, lipider og på grunn av metabolske egenskaper. Archaea skiller seg fra bakterier og eukarya i en rekke viktige trekk. I vanlige lipider er glyserol forbundet med en esterbinding med fettsyrer, og i archaea - av en eterbinding med isoprenoiden C20 alkohol - fytanol. . Fytanolkjeder kan inneholde femleddede ringer. Arkeale lipider er i stand til å danne tetramerer (C 40), så en membran sammensatt av tetramerer er mer stiv enn et tradisjonelt dobbeltlag på grunn av mangel på indre plass. Archaea kan ha både konvensjonelle tolags og stive monolagsmembraner. Hvordan mer ekstreme forhold deres habitat, jo flere monolagsregioner er inneholdt i deres CPM.

Peptidoglykan (murein) cellevegger som er typiske for bakterier, finnes ikke i archaea. Archaeal cellevegger kan inneholde et annet heteropolysakkarid, pseudomurein, som mangler N-acetylmuraminsyre. Noen archaea kan ha et protein S-lag på toppen av CPM som en cellevegg. En annen variant av arkeal organisasjon er det fullstendige fraværet av en cellevegg, når membranen nesten utelukkende er representert av et stivt monolag av tetramerer, forsterket stort beløp femleddede ringer, for eksempel som de Termoplasma.

I en rekke kjennetegn er archaea nærmere eukaryaner enn bakterier. I likhet med eukaryoter har archaea således introniske regioner i DNA, så vel som histonlignende proteiner assosiert med nukleinsyrer. Halofile archaea er i stand til å utføre klorofyllfri fotosyntese assosiert med funksjonen til et spesielt protein, bacteriorhodopsin, som har mange egenskaper som ligner på rhodopsin i netthinnen til dyr. Mange arkea lever under ekstreme forhold og produserer mager vekst. I slike habitater har de imidlertid få konkurrenter, noe som har tillatt dem å overleve til i dag.

Domene Archaea delt inn i tre phyla: Euryarchaeota, Crenarchaeota og Korarchaeota. Den første inkluderer allestedsnærværende mikroorganismer av flere fysiologiske og systematiske grupper. Dette er metanogener - strenge anaerober som lever i bunnsedimenter i ferskvannssoner rike på organisk materiale, eller i vomma til drøvtyggere. Ekstreme halofiler (haloarchaea) er også utbredt, de vokser ved høye saltkonsentrasjoner og er i stand til å utføre en spesiell type fotosyntese ved hjelp av bacteriorhodopsin, som fungerer som en protonpumpe i lys. Termoplasma og obligatoriske anaerobe termokokker som lever i varme sure kilder utvikler seg når høye temperaturer, og termoplasmer er blottet for cellevegger. Denne filumen inkluderer også ekstremt termofile sulfatreduserende midler.

Den andre filumen inkluderer mikroorganismer som lever på veldig spesifikke steder med smale grenser for verdiene til fysisk-kjemiske faktorer. Dette er ekstremofiler, avhengig av svovelforbindelser, hvis optimale pH og veksttemperaturer er ekstreme.

Den tredje filumen er reservert for grupper hvis representanter ikke er mottakelige, men som sekvensene til gener som koder for 16S rRNA-molekylet er kjent for.

Domenebakterier forener prokaryote mikroorganismer som har typiske egenskaper for bakterier, spesielt cellevegger som inneholder peptidoglykan. Domenet er for tiden delt inn i 23 phyla, som inneholder kultiverte representanter, som alle eller noen er oppnådd som rene kulturer.

Relaterte publikasjoner: