Принципы систематики микроорганизмов. Классификация и номенклатура бактерий. Таксономические единицы. Вид и критерии вида у микроорганизмов

Систематика устанавливает положение живых существ в органическом мире, а также разрабатывает принципы, методы, правила классификации, номенклатуры и идентификации микроорганизмов. Естественная и искусственная.

Подходы систематики: геносистематика, хемосистематика, феносистематика и др.

Классификация деление на таксоны.

Таксономия (гр. taxis - порядок, nomos - закон) – наука изучающая принципы, методы и правила классификации и номенклатуры.

Таксон – классификационная единица, обладающая совокупностью характеристик общих для каждой группы (порядок, семейство, род, вид, подвид, вариант).

Номенклатура установление соподчинённости и связи между МО.

Идентификация.

Принципы систематики бактерий. Бактерии обладают комплексом разнообразных свойств. Свойства, которые проявляются при определенных условиях, получили название фенотипических, а которые передаются по наследству – генотипических.

Филогенетическая систематика – объединение родственных форм бактерий, связанных единством происхождения (наличие общего предка-корня) и установление соподчиненности (иерархии) отдельных групп.

Фенотипическая (нумерическая) таксономия

• Использование широкого диапазона признаков – морфологических, химических, физиологических, биохимических, антигенных и др.
• Установление сходства или различия проводится путем расчета:

Ø коэффициента подобия (от 0 до 100%). 100% - полная идентичность, когда все изученные признаки двух штаммов бактерий полностью совпадают

Ø коэффициент простого соответствия (подобия):

а+d a - наличие признака у обоих штаммов;

S = --------------, где b – наличие признака у А и отсутствие у В;

a+b+c+d с - наличие у В и отсутствие у А;

d – отсутствие у обоих.

• На основании указанных коэффициентов строятся графические схемы (дендрограммы), отображающие степень родственности бактерий.

Геносистематика

Ø Объединение микробов в таксоны на основе степени сходства геномов.

Ø Важнейшими являются молекулярно-генетические критерии:

• молярное содержание Г+Ц, Определяют показатель специфичности по формуле:(Г+Ц)/(Г+Ц+Т+А)=%.

• сходство последовательностей оснований РНК бактериальной клетки

• риботипирование

• секвенирование

Таксономические категории, применяемые при классификации клеточных форм микробов

- Домен – высший уровень. 3 домена по Карлу Ву: Bacteria – прокариоты (истинные бактерии или эубактерии). Archaea – прокариоты (архебактерии). Eucaria – эукариоты: царство грибов; царство животных с подцарством простейших; царство растений.

- Царство – животных, растений, простейших

- Отдел

- Тип – в домен Bacteria входит 22 типа, медицинское значение имеют 7.

- Класс – формируются из одного или нескольких порядков.

- Порядок – совокупность семейств микроорганизмов

- Семейство – совокупность взаимосвязанных родов

- Род – совокупность близкородственных видов. Базируется на основе типового вида.

- Вид – совокупность скрещивающихся популяций, обладающих общим генофондом, экологическим единством и репродуктивной изоляцией. У бактерий обмен генетическим материалом может выходить за пределы вида.

ВИД БАКТЕРИЙ – совокупность популяций бактерий, имеющих общее происхождение, экологическое единство, обладающих сходным обменом веществ и энергии, близких по строению генома, морфологическим и биохимическим свойствам и отличающихся от других видов

ТИПОВОЙ ВИД – вид рода, обладающий наиболее типичными для рода свойствами.

Подвидовые таксономические единицы:

Подвид – совокупность популяций бактерий определенного вида, отличающихся рядом признаков не препятствующих объединению в вид.

Вариант, тип – совокупность популяций бактерий определенного вида, отличающихся по свойствам. Различают: морфовар, фаговар, биовар, серовар, геновар, патовар.

Номенклатура – принципы наименования бактерий.

• Правила научной номенклатуры декларированы в специальном руководстве «International Code for the Nomenclature of Bacteria» - бинарная номенклатура.

• Вид бактерий имеет 2 имени – родовое (первое) и видовое (второе). Первое пишется с большой буквы: Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae

• Подвидовое название триарно: Klebsiella pneumonia subsp. rhinoscleromatis

Критерии вида:

а) морфологический;

б) тинкториальные свойства (способность окрашиваться);

в) биохимический (ферменты) и физиологический,

г) серологический (антигенная структура);

д) биологический (вирулентность, чувствительность);

е) экологический,

ж) географический,

з) спорообразование,

и) липидный и ЖК-состав,

к) белковые спектры.

Классификация микроорганизмов:

I. Домен Bacteria

1. Царство Бактерии

По классификации Берджи царство Прокариот делится на четыре отдела:

1. Gracilicutes - тонкостенные, грамотрицательные

2. Firmicutes - толстостенные, граммположительные

3. Tenericutes - лишены клеточной стенки(сюда включены микоплазмы)

4. Mendosicutes - архебактерии, стенки дефектные, лишены пептидогликана, особенности строения рибосом, мембраны и РНК.

II. Домен Eucaria

1. царство Грибов

2.царство Простейшие.

III. Царство Vira.

Структура бактериальной клетки. Цитоплазматические структуры бактериальной клетки (цитоплазматическая мембрана, мезосомы, цитоплазма, нуклеоид, рибосомы, включения): строение, функции, методы выявления. Кислотоустойчивые бактерии, методы выявления.

ЦПМ ограничивает протопласт, располагаясь непосредственно под клеточной стенкой. Представляет собой липопротеин, состоящий из 15-30% липидов и 50-70% проте­инов. Кроме того, в ней содержится около 2-5% углеводов и незначи­тельное количество РНК. В состав мембранных липидов входят глав­ным образом нейтральные липиды и фосфолипиды. У некоторых бактерий встречаются гликолипиды, а у микоплазм — стеролы. Нет ПНЖК. Липидный состав мембран родо- и видоспецифичен.

Мембранные белки разделяются на структурные и функцио­нальные (ферменты, участвующие в био­синтезе разных компонентов КС, который происходит на поверх­ности ЦМ, а также окислительно-восстановительные ферменты, пермеазы). Пронизана глобулина­ми, которые обеспечивают транспорт веществ в бактериальную клетку.

Функции: 1. регуляция поступления в клетку метаболитов и ионов, 2. участие в метаболизме, репликации ДНК, 3. в спорообразова­нии, 4. рецепторная, 5. компартментализация, 6.синтез компонентов КС, 6. Образование мезосом.

Мезосомы являются производными ЦМ. Они имеют неоди­наковое строение, располагаясь в разных частях клетки либо в виде концентрических мембран, либо пузырьков, тру­бочек, либо в форме петли, характерной в основном для грам- бактерий. Связаны с нуклеоидом. Участвуют в делении клетки и спорообразовании, ув рабочей площади ферментов, секреторные процессы, компартментализация.

Цитоплазма представ­ляет собой сложную коллоидную систему, состоящую из воды (около 75%), минеральных соединений, белков, РНК и ДНК, метаболитов.

Нуклеоид – бактериальная хромосома. Он лишен ядерной мембраны, не делится митозом. Отсутствуют гистоны. Исключение архе- и цианобактерии. В нем содержится двунитевая молекула ДНК, а также не­большое количество РНК, магния и полиаминов (спермин и спермидин). Молекула ДНК с молекулярной массой (2-3) х 10⁹ представляет собой замкнутую кольцевую струк­туру, в которой закодирована вся наследственная информация клет­ки.

Рибосомы у бактерий представляют собой рибонуклеопротеиновые частицы размером 20 нм, состоящие из двух субъединиц 30S и 50S. Перед началом синтеза белка происходит объединение этих субъединиц в одну — 70S. В отличие от клеток эукариотов рибосомы бактерий не объединены в ЭПС. Бактериальные рибосомы, являющиеся белоксинтезирующими системами клеток, могут стать «мишенью» для действия многих антибиотиков. Полисомы.

Включения являются продуктами метаболизма про- и эукариотических МО, которые располагаются в их цитоп­лазме. Хлоросомы, фикобилисомы, карбоксисомы магнитосомы, аэросомы, запасные в-ва (оболочки белковые). К ним относятся включения гликогена, крахмала бета-оксимасляная к-та, цианофициновые зерна (Арг+Асп – резерв азота), серы, полифосфата (волютина) и др. У некоторых бактерий, например дифтерийной палочки, включения волютина имеют дифференциально-диагностичес­кое значение. Они обладают способностью к метахромазии (окраши­ваются в иной цвет, чем цвет красителя).

1. По Леффлеру – гранулы валютина в фиолетово-красный, а палочка дифтерийной каринобактерии в голубой. Метиленовый синий (5 мин), промывают.

2. По Нейсеру – валютин в сине-черный, а бактерия в желтый. Ацетат синьки Нейсера (2мин), промывают+Люголь (30 сек), промывают+везувин (1 мин), промывают.

3. По Гинсу-Бурри – обнаружение капсул, бактерии красные. Тушевой препарат + фуксин (3-5 мин).

4. По Ожешко – окрашивание спор. 0,5% соляной кислоты+по Цилю-Нильсену.

5. Окраска по Цилю-Нельсену. Применяется для выявления кислото- и спиртоустойчивых микобактерий туберкулеза, лепры и некоторых актиномицетов, которые из-за большого количества в клеточных оболочках липидов, воска и оксикислот непроницаемы для разведенных растворов красителей. Окрашивание их достигается, при помощи фенолового фуксина Циля с подогреванием над пламенем горелки до закипания и отхождения паров. Окрашенные с применением термокислотной обработки (серная 5%) кислотоустойчивые бактерии не обесцвечиваются слабыми растворами минеральных кислот и спирта. Кислоустойчивые бактерии окрашиваются в интенсивно красный цвет, остальные виды микробов, обесцвечивающиеся в процессе обработки препарата кислотой - в светло-синий цвет. Воски.

6. Окраска по Романовскому-Гимзе. Осуществляется сложным красителем (в его состав входят метиленовый синий, эозин и азур), в результате он окрашивает бактерии (спирохеты), простейших и форменные элементы крови в различные цвета и оттенки. Под его воздействием цитоплазма простейших приобретает голубой цвет, а ядра - красный: боррелии окрашиваются в сине-фиолетовый цвет, а трепонемы и лептоспиры - в слабо-розовый; эритроциты - в розовый цвет, ядра лейкоцитов - в фиолетовый, а их цитоплазма - в голубой (базофильная зернистость - в синий, эозинофильная - в красный, нейтрофильная - в сиреневый).

Поверхностные структуры бактериальной клетки (капсула, клеточная стенка, жгутики, фимбрии): строение, функции, методы выявления. Механизм окраски по Граму. Формы бактерий с дефектом клеточной стенки, значение.

Окраска по Граму.

Из-за неодинакового содержания пептидогликана (ПГ) в оболочках разных прокариот метод дает возможность подразделять их на грамположительные (фиолетовые, 90 % ПГ) и грамотрицательные (розовые, 5-20 % ПГ) В соответствии с этим, во-первых, в царстве прокариот выделяют четыре раздела: 1. тонкостенные, грамотрицательные. 2. толстостенные, грамположительные. 3. лишенные стенок. 4. дефектные стенки, отсутствие пептидогликана. Во-вторых, окраска по Граму позволяет также установить родовую и видовую принадлежность многих возбудителей инфекционных болезней. Например, известно, что все болезнетворные кокки (кроме гонококка и менингококка), бациллы и клостридии являются грамп+, а энтеробактерии, вибрионы, трепонемы – грам-.

Техника окраски по Граму:

1) Наносим на фиксированный мазок через фильтровальную бумажку раствор генцианвиолетта на 2-3 минуты. У грам+ МО генцианвиолет проникает вглубь клеточной стенки и образует прочный комплекс с тейхоевыми кислотами и магниевыми солями РНК, у грам- краситель проникает в клеточную стенку.

2) Промываем водой – для удаления излишков красителя

3) Наносим раствор Люголя на 1 минуту – для удаления остатков влаги и укрепления образовавшейся связи у грам+.

4) Сливаем, не промывая водой.

5) Наносим раствор этилового 96% спирта на 30 секунд, равномерно покачиваем для отхождения фиолетовых пятен. Из грам- вымывается краситель.

6) Промыть под водой.

7) Наносим раствор фуксина на 2-3 минуты для окраски обесцветившихся грам- МО

8) Промыть водой.

Клеточная стенка (КС)- биогетерополимер сложною химического состава, покрывающий всю поверхность прокариотической клетки. Наружный – пластинчатый, внутренний – ригидный.

Остов: N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмурамовой к-та. Мостики – тетрапептиды. Содержит родо- и видоспецифичные детерминанты, запускает актив сист комплимента, тормозит макрофагов, индуцирует гиперчувствительность замедленного типа, противоопухолевое действие, пирогенное действие.

Функции КС:

1. Форма

2. Защита

3. Рецепторы, к которым прикрепляются некоторые фаги, колицины и химические соединения.

4. Через КС в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена

5. Сдерживает высокое внутриклеточное осмотическое давление.

6. Антигены

7. Регуляция роста и деления

Грам+

20-60нм

Ригид и пласт связаны ковалентно

5-6 слоев петидогликана. Отсутствует диаминопимелиновая кислота. 70-80%

Тейхоевые кислоты (полимеры рибита или глицерола)

Полисахариды

Могут быть белки и липиды

Грам-

14-18нм

Пласт с ригид лабильно связаны.

1-2 слоя пептидогликана. Диаминопимелиновая кислота. 10-20%

Липополисахарид – состоит из комплекса липида А и полисахарида. Главный фактор патогенности.

Наружная мембрана – мало фосфолипидов, много ЛПС и белков. Белки-порины.

Формы бактерий с дефектами КС:

1 Протопласты - полностью лишены КС. При обработке Грам+.

2.Сферопласты - частично лишены КС. При обработке Грам- лизоцимом. Наружная мембрана сохраняется.

И протопласты, и сферопласты не подвергаются плазмолизу в изотонической среде.

3.L-формы - полностью или частично лишены КС, сохраняют способность к размножению.

а) стабильные - способны к реверсии в исходный вид.

б) нестабильный - не способны к реверсии.

Образуются нитевидные, волокнистые, гранулярные формы. Анаэробные и микроаэрофильные факторы роста, холестерин, сывороточные белки, растут на тв средах – колонии А и Б. Постепенное превращение Грам+ в Грам-. Изменяются антигенные св-ва (утрата К и О), снижение вирулентности. Способны длительно персистировать в организме и не чувствительны к лекарствам, хронизация болезни.

Факторы L-трансформации (пенициллин, циклосерин, лизоцим, амидаза, эндопептидаза, антитела, Повыш Гли, Фен).

Капсула. Бактериальная клетка окружена внешней оболочкой, которая состоит из капсулы, капсулоподобной оболочки и клеточной стенки. От их состава зависит способность клетки воспринимать анилиновые красители (тинкториальные свойства).

Капсулы в зависимости от степени выраженности подразделяют на микро- (менее 0,2 мкм) и мак­рокапсулы. Первые обнаруживаются только при электронно-микро­скопическом исследовании в виде микрофибрилл из мукополисахаридов, которые тесно прилегают к клеточной стенке. Слизистый слой – аморфное в-во, легко отделяемое.

Макрокапсулы представляют собой выраженный слизистый слой, снаружи покрывющий клеточную стенку. Он состоит из гомо- и гетерополисахаридов и редко из полипептидов (например, у сибиреязвенных бактерий). Как правило макрокапсулу образуют немногие виды патогенных бактерий (пневмококки) при неблагоприятных условиях среды, например в организме животных или человека. Однако у некоторых видов (клебсиеллы пневмонии) макрокапсула обнаруживается постоянно.

Капсула или капсулоподобная оболочка может быть покрыта экзополисахаридами, которые образуются из углеводов окружающей среды под действием бактериальных ферментов. При этом глюканы и леваны обеспечивают прилипание бактерий к разным поверхностям, часто гладким.

Капсула несет различные функции:

1. Защитная (повреждения, высыхание, бактериофаги).

2. Адгезивная. И колониеобразование.

3. Дополнительный осмотический барьер.

Жгутики. Толщина 3-15 нм, длина 10-20 нм. Обладают антигенными свойствами. Прикрепляются к базальному телу, состоящему из центрального стержня и системы нескольких дисков, вмонтированных в цитоплазматическую мембрану (S,M) и КС (L,P). Крючок. Спиральная жгутиковая нить (флагеллин = миозин). Бинарный переключатель (час стрелка). У грам+ только S,M кольца. Энергия от трансмембранного градиента Н и Na.

Монотрихи, лофотрихи — пучок жгутиков, амфитрихи - на обоих полюсах клетки, перитрихи — по всей ее поверхности.

Методы выявления подвижности:

1. Окраска жгутиков по Морозову – клетки – темно-коричневые, жгутики – светло-желтые.

2. Исследование интактной культуры:

а) метод "раздавленная капля" - на середину предметного стекла наносят каплю суточной культуры бактерий и осторожно накрывают ее предметным стеклом так, чтобы жидкость не растеклась за его края и в нее не попадали пузырьки воздух.

б) метод 'висячая капля" каплю бактерий наносят на середину покровного стекла, накладывают на него специальное предметное стекло с углублением, смазанным вокруг вазелином так, чтобы капля находилась в центре лунки, затем препарат осторожно переварачивают.

Далее культуру исследуют в тёмном поле микроскопа или фазовом контрасте.

Пили — тонкие полые нити белковой природы (пилин) длиной 0,3-10 мкм, толщиной 10 нм, покрывающие поверхность бактериальных клеток.

Общего типа обусловливают прикрепление или адгезию бактерий к определенным клеткам организма хозяина. Их количество велико — 100-10000 на 1 клетку. Транспорт и гидрофобность.

Полового типа (F) участвуют в конъюгации бактерий обеспечивающей перенос части генетического материала. Только у бактерий-доноров в ограниченном количестве (1-4 на клетку).

Питание микроорганизмов, его способы. Питательные вещества: источники органогенов, факторы роста, микроэлементы. Механизмы проникновения питательных веществ в бактериальную клетку.

Источники углерода и типы питания. МО по своей способности усваивать разнообразные источники углерода де­лятся на 3 группы — автотрофы, гетеротрофы, миксотрофы. Автотрофы из СО₂. Гетеротрофы используют гексозы (глюкоза), многоатомные спирты, реже угле­водороды, амк, органические кислоты.

Источники энергии и доноры электронов. В зависимости от источников энергии и природы доноров электронов МО подразделяют на фототрофы (фотосинтезируюшие), способные использовать солнечную энергию, и хемотрофы (хемосинтезрующие), получающие энергию за счет ОВР. В зависимости от природы доноров электронов хемотрофы под­разделяются на хемолитотрофы (хемоавтотрофы) и хемоорганотрофы (хемогетеротрофы).

Источник азота. МО способ­ны усваивать молекулярный азот из атмосферы (азотфиксирующие бактерии) или неорганический азот из солей аммония, нитратов или нитритов. Другие ассимилируют только азотсодержащие органичес­кие соединения. Аминоавтотрофы и аминогетеротрофы.

МО, способные синтезировать все необходимые им органические соединения из глюко­зы и солей аммония, называются прототрофами. МО, не способные синтезировать их называют ауксотрофами.

Факторы роста. К факторам роста относят аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, липиды, витамины, железопорфирины (гем) и другие соединения. Некоторые микроорганизмы самостоятельно син­тезируют необходимые им ростовые факторы, другие получают их в готовом виде из окружающей среды.

Аминокислоты. Многие микроорганизмы, особенно бактерии, нуждаются в тех или других аминокислотах, поскольку они не могут их самостоятельно синтезировать, например клостридии — в лейцине, тирозине, стрептококки — в лейцине, ар­гинине.

Пуриновые и пиримидиновые основания и их производные являются ФР для разных видов стрептококков, некоторые азотистые основа­ния нужны для роста стафилококков и других бактерий. В нуклеотидах нуждаются некоторые виды микоплазм.

Липиды, в частности компоненты фосфолипидов — ЖК, нужны для роста некоторых стрептококков, микоплазм. Все виды микоплазм ауксотрофны по холестерину и другим стеринам, что от­личает их от других прокариот.

Витамины, главным образом группы В, входят в состав коферментов или их простетических групп. Многие бактерии ауксотрофны по определенным витаминам. Например, коринебактерии дифтерии, шигеллы нуждаются в никотиновой кислоте или ее амиде, который входит в состав НАД и НАДФ, золотистый стафилококк, пневмококк, бруцеллы — тиамине, входящем в состав пирофосфата, некото­рые виды стрептококков, бациллы столбняка — в пантотеновой кис­лоте, являющейся составной частью КоА. Кроме того, факторами роста для многих бактерий являются фолиевая кис­лота, биотин, а также темы — компоненты цитохромов. Последние необходимы гемофильным бактериям, микобактериям туберкулеза.

Поиск по сайту: