Систематика бактерий

Систематика – теория многообразия организмов, изучающая отношение между группами или таксонами.

Таксон – группа организмов, обладающая заданной степенью однородности. Таксономия– наименование групп организмов (таксонов), установление их границ в отношении подчинения. Классификация – разделение множества организмов по группам (таксонам).

В микробиологии, как и в систематике высших организмов, основной таксономической категорией является вид (species). Вид у бактерий определяют на основании морфологических, культуральных, биохимических, антигенных и других признаков. Виды могут быть представлены несколькими подвидами. Подвид можно рассматривать как этап формирования вида.

В микробиологии очень часто применяется термин штамм (нем. Stamm - ствол, племя, род, корень). Штамм– чистая культура микроорганизма, выделенная из определенного источника или полученная в результате мутаций. Клон – культура, полученная из одной микробной клетки, представляет собой генетически однородную популяцию.

Первая попытка научной классификации бактерий принадлежит датскому зоологу Мюллеру (1773 г.). С тех пор существовали различные классификации бактерий, построенные на различных принципах. В настоящее время большое значение приобретают генетические признаки, т.е. особенности нуклеотидного состава ДНК. Особи одного и того же вида имеют одинаковый состав ДНК, а у видов, принадлежащих к одному роду, нуклеотидный состав ДНК имеет близкое значение. Содержание ГЦ(гуанина и цитозина) в процентах от общего количества оснований ДНК строго специфично – коэффициент специфичности ДНК. Этот коэффициент используется для установления родовой принадлежности бактерий.

Во всем мире широкое распространение получил Определитель бактерий Берджи (Bergee’s Manual of Sistematic Bacteriology), выпускаемый периодически Обществом американских бактериологов с привлечением крупных специалистов в области изучения тех или иных групп бактерий. Первое издание определителя было опубликовано группой американских бактериологов под руководством D. H. Bergey еще в 1923 г., девятое издание в четырех томах вышло в 1984-1989 гг.

Ценность определителя Берджи в том, что он представляет собой наиболее полную сводку известных бактериальных форм и самое современное пособие для идентификации бактерий. В Определителе Берджи все бактерии разделены на 35 групп, входящие в 4 категории:

I – грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточные стенки (группы с 1 по 16);

II - грамположительные эубактерии, имеющие клеточные стенки (группы с 17 по 29);

III – эубактерии, лишенные клеточной стенки (группа 30);

IV – архебактерии (группы с 31 по 35).

Ряд бактерий по своим свойствам занимает промежуточное положение между бактериями и микроскопическими грибами, или микроскопическими водорослями, или вирусами.

Цианобактерии. Цианобактерии (синезеленые водоросли) занимают промежуточное положение между бактериями и водорослями; их насчитывают около 150 родов, более 1000 видов. Это сферические, палочковидные, изогнутые одноклеточные и многоклеточные организмы, грамотрицательные, имеют капсулу, подвижные (скользящее движение). Размножаются бинарным делением, почкованием, фрагментами нитей, спорами. Это фототрофы с кислородным типом фотосинтеза, некоторые виды является азотфиксаторами.

Цианобактерии растут в разнообразных условиях в воде и на суше. Ряд видов обуславливает "цветение воды" – образуют скопления в воде в виде корок и кустиков. Некоторые виды культивируют в промышленных масштабах для получения пищевого и кормового белка, лечебных препаратов (спирулина, носток).

Актиномицеты.Актиномицеты (лучистые грибки) занимают промежуточное положение между бактериями и микроскопическими грибами. На плотных питательных средах они растут в виде длинных нитей. Колонии имеют плотный центр, а нити подобны лучам. Образуют ветвящиеся гифы, некоторые формируют мицелий субстратный и воздушный.

Ширина клеток актиномицетов 0,2…0,5 мкм, длина может широко варьировать. Клетки грамположительные, имеются подвижные и неподвижные формы. Это аэробы и факультативные анаэробы. Размножаются актиномицеты конидиями, образующимися на конидиеносцах разного строения, фрагментацией (распад на фрагменты).

Актиномицеты являются обычными обитателями почвы, разрушают многие органические соединения. В почве их легко обнаружить по белому рыхлому налету на полусгнивших субстратах. Некоторые актиномицеты являются продуцентами антибиотиков, ферментов, аминокислот, органических кислот и др.

Некоторые виды могут вызывать порчу пищевых продуктов, разрушать асфальтовые покрытия, смазочные масла, художественные росписи. Большинство актиномицетов – сапрофиты, но имеются и патогенные виды, вызывающие тяжелые болезни человека и животных (актиномикозы), сопровождающиеся разрушением мягких тканей и костей; встречаются фитопатогенные виды.

Микоплазмы.Этой группе бактерий присущи свойства бактерий и вирусов. С вирусами их роднит поведение в культурах клеток. Но в отличие от вирусов микоплазмы способны расти на обычных питательных средах, им присуще наличие двух нуклеиновых кислот, они видны в оптическом микроскопе. Характерным является их рост на средах в виде яичницы- «глазуньи».

Микоплазмы - грамотрицательные бактерии. характеризующиеся чрезвычайным полиморфизмом. Размеры их сильно варьируют: крупные формы достигают до 10 мкм, мелкие («элементарные тельца») - 0,1…0,2 мкм. Большинство микоплазм являются аэробами, но имеются и облигатные анаэробы. Среди микоплазм есть виды, растущие только в условиях высокой кислотности среды и повышенной температуры.

Размножаются микоплазмы бинарным делением, почкованием, фрагментацией крупных тел и нитей, с образованием большого количества кокковидных форм.

Биосинтетические способности микоплазм весьма велики: они могут расти на простых минеральных и сложных органических средах. Энергию они получают за счет окисления или сбраживания органических соединений (моно- и полисахаридов), окисления неорганических соединений (железа, марганца).

Микоплазмы могут быть сапрофитными, паразитическими и патогенными. Они обитают в почве, в воде (особенно сточной), выделены из каменного угля, горячих источников, обнаруживаются в организме человека, животных, растений. Некоторые виды могут вызывать пневмонии. Многие виды обуславливают болезни растений.

Риккетсии.Эти прокариоты проявляют свойства бактерий и вирусов. Риккетсии неподвижные грамотрицательные морфологически очень разнообразные клетки: кокки, короткие и длинные палочки, нитевидные и даже мицеллярные формы. При неблагоприятных условиях эти бактерии образуют покоящиеся клетки с уплотненной клеточной стенкой и цитоплазмой, а также дегенеративные формы.

Риккетсии имеют то же строение, что и бактерии: клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, капсулоподобные образования, цитоплазму, нуклеоид, рибосомы, ворсинки на поверхности клеток.

Они размножаются бинарным делением только внутри клетки хозяина. Культивируют риккетсии на специальных средах, содержащих живые или переживающие ткани (куриные эмбрионы, культуры клеток позвоночных).

Риккетсии осуществляют некоторые биосинтетические процессы (синтез белка, липидов), аккумулируют энергию в виде АТФ, обладают цитохромной активностью.

Риккетсии обнаруживаются в эритроцитах человека и позвоночных животных. При этом в эритроцитах могут образовываться специфические скопления риккетсий..

Среди риккетсий имеются возбудители многих опасных для жизни человека заболеваний: сыпного тифа (возбудителем является Rickettsia prowazekii), различных лихорадок. Встречаются риккетсии патогенные для личинок насекомых и некоторых других беспозвоночных.

Хламидии.Эти бактерии, занимающие промежуточное положение между баетериями и вирусами, являются облигатными внутриклеточными паразитами человека и позвоночных животных, которые размножаются только в цитоплазме клеток и характеризуются сложным циклом развития.

Хламидии представляют собой неподвижные кокковидные клетки, размер которых зависит от стадии цикла развития. Мелкие клетки размером 0,2…0,4 мкм являются инфекционной формой и называются элементарными тельцами. Проникая в клетку хозяина, они размножаются, увеличиваясь до 0,8…1,5 мкм.

Следующая стадия развития (неинфекционная) – крупные клетки размножаются делением на протяжении нескольких генераций и формируют микроколонии. После прекращения размножения клеток вновь наступает инфекционная стадия – формируются элементарные тельца путем уменьшением размеров клеток, уплотнения ядерного материала и образования трехслойной клеточной стенки. Эти тельца покидают клетку, проникают в другие клетки организма и цикл их развития повторяется.

Элементарные тельца могут сохранять жизнеспособность и вне клетки в течение определенного времени, не теряя своей инфекционности.

Хламидии – «энергетические паразиты», так как не могут синтезировать высокоэнергетические соединения (АТФ). Они могут осуществлять некоторые окислительные реакции, синтезировать отдельные липиды. Хламидии вызывают ряд заболеваний человека (например, трахому, орнитоз).