Основы систематики бактерий

Систематика (таксономия) организмов заключается в распределении их по определенным группам, каждая из которых имеет свое название: класс, порядок, семейство, род, вид.

До сих пор отсутствует единая классификация, отражающая эволюционное развитие отдельных видов бактерий.

При классификации бактерий учитывают их морфологические особенности (форму, размер клетки, наличие и положение жгутиков, способность к спорообразованию) и физиологические свойства (тип питания, характер получения энергии, потребность в кислороде, патогенность и др.). По мнению академика В. Н. Шапошникова, физиологические признаки особенно разнообразны у бактерий и именно они изменялись при развитии мира микроорганизмов.

В последние годы при классификации бактерий стали учитывать и биохимические признаки. По предложению академиков А. Н. Белозерского и А. С. Спирина для идентификации (определения вида бактерий) необходимо изучить и состав ДНК. Кроме того, учитывают серологические свойства бактерий – их реакции с иммунными сыворотками (см. с. 144, 145).

С 1 января 1980 г. введен новый кодекс номенклатуры бактерий¹. Названия бактерий в учебнике даются в соответствии с новой номенклатурой².

¹ Информационный бюллетень В.М.О. при АН СССР «Одобренные списки названий бактерий», 1982.

² Международный кодекс номенклатуры бактерий. М.: Наука, 1978.

По принятым в биологии правилам название бактерий дается на латинском языке и состоит из двух слов. Первое слово обозначает род, к которому принадлежит данная бактерия, второе – название вида. Родовое название пишется с прописной буквы, видовое – со строчной, например Streptococcus lactis. Эта бактерия относится к шаровидным бактериям, образующим цепочки (род Streptococcus). Они вызывают скисание молока в результате сбраживания молочного сахара (лактозы) в молочную кислоту, отсюда видовое название lactis.

До недавнего времени микробиологи нашей страны при систематике бактерий пользовались двумя определителями: Берджи Д. Г. «Определитель микробов» и Красильников Н. А. «Определитель бактерий и актиномицетов».

В настоящее время микробиологами мира Широко используется «Руководство Берджи по определению бактерий», 1974 г. (8-е издание). В 1980 г. в СССР издан «Краткий определитель бактерий Берги». Систематика бактерий дается по этому руководству.

Царство прокариот (Procaryotae) разделено на два отдела: цианобакте-рии и бактерии.

I отдел. Цианобактерии. Цианобактерии (ранее назывались «сине-зелеными водорослями») – фототрофные (фотосинтезирующие) организмы. Фотосинтез осуществляют с выделением кислорода. Некоторые цианобактерии одноклеточны, другие многоклеточны, образуют простые или ветвящиеся нити. Цианобактерии привлекают внимание ученых как продуценты пищевого белка.

II отдел. Бактерии. Этот отдел разделен на 19 частей, каждая из которых делится на порядки, порядки – на семейства, семейства – на роды, роды – на виды.

Часть 1. Фототрофные бактерии (фотосинтезирующие). Это преимущественно водные бактерии, имеющие клетки различной формы. В клетках содержатся бактериохлорофиллы и каротиноидные пигменты. К фототрофным бактериям относятся пурпурные бактерии и зеленые серобактерии.

Часть 2. Скользящие бактерии. Такие бактерии передвигаются путем скольжения (ползающие). Скользящие бактерии делят на два порядка:

миксобактерии (Myxobacterales) – это палочки, образующие плодовые тела – скопления клеток, заключенных в слизи. Клетки в плодовых телах переходят в покоящееся состояние – миксоспоры. Миксобактерии живут в основном в почве, на разлагающемся растительном материале;

цитофаги (Cytophagales) – одно- и многоклеточные палочки и нити. Плодовых тел не образуют. Это преимущественно водные бактерии, но живут они и в почве.

Часть 3. Хламидобактерии. В основном это бактерии с чехлом или «влагалищем», которые могут содержать окись марганца или окислы железа. Хламидобактерии могут быть в виде одиночных клеток или нитей, подвижными либо прикрепленными к субстрату. Живут они в водоемах, встречаются в почве.

Часть 4. Почкующиеся и (или) стебельковые бактерии. К этой группе относят бактерии, размножающиеся почкованием; они образуют стебельки или почки и стебельки. В эту группу включают новые виды бактерий с выростами-простеками. Широко распространены в почве и в водоемах.

Часть 5. Спирохеты. Это тонкие, гибкие, спирально извитые одноклеточные бактерии длиной от 3 до 500 мкм. Истинная клеточная стенка

у них отсутствует. Они подвижны, эндоспор не образуют. Некоторые виды патогенны, вызывают заболевания человека (сифилис, возвратный тиф).

Часть 6. Спиральные и изогнутые бактерии. Это спирально извитые палочки с одним или многими витками. Они подвижны, имеют жгутики. В основном это сапрофиты, встречаются паразиты и патогенные виды.

Часть 7. Грамотрицательные аэробные палочки и кокки. Это преимущественно прямые или изогнутые подвижные палочки, с полярными жгутиками, имеются и неподвижные. Широко распространены в природе, среди них существуют виды, патогенные для растений. К этой группе относятся многие бактерии, являющиеся возбудителями порчи пищевых продуктов.

Часть 8. Грамотрицательные факультативно-анаэробные палочки. Они могут быть подвижными (перитрихи) и неподвижными, широко распространены. Некоторые бактерии этой группы (семейства Enterobacteriaceae) являются обычными обитателями кишечника человека и животных; другие – возбудителями инфекционных кишечных заболеваний (дизентерии, брюшного тифа, паратифа); есть и возбудители пищевых отравлений (сальмонеллы, протей).

Часть 9. Грамотрицательные анаэробные бактерии. Это однотипные или плеоморфные палочки, неподвижные или подвижные, не образуют спор. Имеются патогенные виды, вызывающие гнойные или гангренозные инфекции.

Часть 10. Грамотрицательные кокки и коккобациллы. Клетки таких бактерий сферические, иногда в виде пар или скоплений, неподвижны. Встречаются виды, патогенные для человека и животных.

Часть 11. Грамотрицательные анаэробные кокки. Кокки обычно образуют пары, но бывают и одиночными, и в виде цепочки. Живут в пищеварительном тракте человека и животных. Непатогенны.

Часть 12. Грамотрицательные хемолитотрофные бактерии. Это палочковидные, эллипсовидные, сферические клетки без эндоспор, подвижные и неподвижные. Энергию они получают за счет окисления аммиака или нитрита, за счет окисления серы или ее соединений, углерод фиксируют из углекислого газа. Живут в почве, в воде.

Часть 13. Метанообразующие бактерии. Это палочки или кокки, подвижные и неподвижные, грамположительные и грамотрицательные. Спор не образуют. Они анаэробы, образуют метан. Широко распространены в природе.

Часть 14. Грамположительные кокки. Клетки этих бактерий сферические, делятся в одной и нескольких плоскостях с образованием правильных или неправильных групп, цепочек, пакетов и др. Они аэробы, факультативные анаэробы или микроаэрофилы. Широко распространены в природе. Многие из них (различные микрококки) являются возбудителями порчи пищевых продуктов, некоторые стафилококки могут развиваться не пищевых продуктах, вырабатывать токсические вещества и вызывать отравления. К этой группе бактерий отнесены также молочнокислые стрептококки, используемые в технологии производства кисломолочных и других продуктов переработки молока.

Часть 15. Палочки и кокки, образующие эндоспоры. Большинство палочек грамположительны, подвижны, имеют латеральные или перитрихиальные жгутики. Эти бактерии аэробы, анаэробы, факультативные анаэробы; многие являются возбудителями порчи пищевых продуктов. Существуют патогенные виды, которые могут передаваться через пищевые продукты и вызывать заболевания (сибирская язва) или отравления (ботулизм). Часть 16. Грамположительные аспорогенные палочковидные бактерии. Это прямые или изогнутые палочки, встречаются одиночные и в цепочках. Неподвижные и подвижные. В эту группу бактерий включены палочковидные молочнокислые бактерии, Которые широко распространены на пищевых продуктах и могут вызывать их порчу. Многие из бактерий этой группы используются в технологии приготовления теста, кисломолочных продуктов, сыров и для квашения овощей.

Часть 17. Актиномицеты. И родственные организмы. К ним относят коринеформные бактерии, пропионовокислые бактерии и актиномицеты. Бактерии этой группы палочковидные, часто неправильной формы, образуют гифы.

Некоторые актиномицеты растут в виде тонких ветвящихся нитей, образующих мицелий, размножаются спорами, развивающимися на воздушных ветвях мицелия. Часто окрашены в разные цвета. Широко распространены в природе. Встречаются на пищевых продуктах и могут вызывать их порчу; при этом продукты приобретают характерный землистый запах. Существуют виды, патогенные для человека (дифтерийная и туберкулезная палочки) и для растений. Многие виды актиномицетов являются продуцентами антибиотиков, получаемых в промышленном масштабе.

Часть 18. Риккетсии. Это палочковидные и кокковидные микроорганизмы. Они неподвижны, грамотрицательны, спор не образуют. Являются внутриклеточными паразитами. Размножаются делением клеток. Некоторые вызывают заболевания животных и человека (сыпной тиф, ку-лихорадку). Переносчиками риккетсии в основном являются беспозвоночные животные (вши, блохи, клещи).

Часть 19. Микоплазмы. Клетки этих организмов не имеют клеточной стенки, покрыты лишь трехслойной мембраной. Клетки очень мелкие, иногда ультрамикроскопических размеров (около 200 нм), плеоморфные (разнообразной формы) – от кокковидных до нитевидных. Способ их размножения до конца не выяснен. Это сапрофиты, паразиты; некоторые могут вызывать заболевания у человека, животных и растений.

ВИРУСЫ И ФАГИ

Вирусы. Это особая группа организмов меньших размеров и более простой организации, чем бактерии. Вирусы не имеют клеточной структуры (отсутствуют ядро, цитоплазма), величина их измеряется нанометрами. Вирусы открыты Д. И. Ивановским в 1892 г. при изучении мозаичной болезни листьев табака, которая причиняла большой ущерб табачным плантациям Крыма. Открытие Д. И. Ивановского заложило основу новой науки – вирусологии.

Вирусы являются внутриклеточными паразитами, вызывая многие болезни человека (оспу, грипп, бешенство, корь, полиомиелит и др.), животных (ящур, чуму крупного рогатого скота) и растений («мозаики» и другого вида заболевания полевых и огородных культур).

Ущерб, наносимый эпидемиями гриппа здоровью людей, очень велик. От гриппа погибло людей больше, чем от других инфекций. Для борьбы с вирусными заболеваниями применяют вакцины, химические препараты, антибиотики. Новые возможности в борьбе с вирусными заболеваниями открылись после обнаружения антивирусного вещества – интерферона.

Данные электронной микроскопии показывают, что вирусы разнообразны по форме, размерам и химическому составу. Большинство вирусов имеет палочковидную или сферическую форму (рис. 6).

Некоторые из вирусов состоят только из белка и одной нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК. Другие вирусы содержат еще липиды, полисахариды. Вирусная частица называется вирионом. Нуклеиновая кислота (в виде спирали) находится внутри вириона, снаружи он покрыт белковой оболочкой (капсидом), состоящей из отдельных морфологических субъединиц – капсомеров (рис. 6, б).

Вирусы выращивают на живых клетках или культуре тканей, так как на искусственных питательных средах они, как правило, не развиваются.

Вирусы обладают разной устойчивостью к внешним воздействиям. Многие инактивируются при 60 °С в течение 30 мин, другие выдерживают температуру 90 °С до 10 мин. Вирусы довольно легко переносят высушивание и низкие температуры, но малоустойчивы ко многим антисептикам, ультрафиолетовым лучам, радиоактивным излучениям.

Фаги. Это вирусы микроорганизмов, вызывающие гибель – распад (лизис) их клеток. Вирусы бактерий называют бактериофагами или фагами, вирусы актиномицетов – актинофагами, вирусы грибов – микофагами, вирусы сине-зеленых водорослей (цианобактерий) – цианофагами.

Впервые лизис сибиреязвенных бактерий наблюдал Η. Φ. Гамалея в 1898 г. В 1917 г. Д'Эррел установил явление лизиса у бактерий дизентерии, им впервые был выделен и описан бактериофаг («пожиратель») бактерий.

С применением электронного микроскопа изучена морфология фага (рис. 6,в, г). Большинство фагов состоит из головки и отростка. Головка фага может иметь разную форму, чаще всего это многогранник, покрытый белковой оболочкой (капсидом). Внутри капсида расположена нуклеиновая кислота, чаще всего одна: ДНК или РНК- Отросток фага имеет внутренний полый стержень, по каналу которого ДНК фага переходит в клетку хозяина. Стержень снаружи покрыт чехлом, способным к сокращению. Стержень и чехол отростка состоят из белковых субъединиц. У некоторых фагов отросток заканчивается базальной пластинкой, которая имеет выступы (зубцы) и нити.

Фаги могут быть и нитевидной формы или состоять из одной головки, могут быть с аналогом отростка (очень коротким отростком). Некоторые фаги имеют длинные отростки с несокра-щающимся или сокращающимся чехлом.

Фаги широко распространены в природе. Многие из них обладают специфичностью – могут воздействовать на определенный вид или группу родственных видов микроорганизмов.

Взаимодействие фага с микробной клеткой происходит в несколько фаз. Сначала фаг прикрепляется к восприимчивой клетке, затем под действием фермента фага (сходного с лизо-цимом) в стенке микробной клетки образуется отверстие, через которое внутрь клетки проникает только нуклеиновая кислота; пустая белковая оболочка головки и отростка остается снаружи клетки, затем разрушается.

Под влиянием попавшей в клетку нуклеиновой кислоты фага перестраиваются все обменные процессы микробной клетки на синтез новых фаговых частиц: синтезируются фаговая нуклеиновая кислота и белковые субъединицы оболочек. Вначале формируются отдельно головки и отростки, которые затем объединяются в зрелые фаговые частицы. Через определенное время клетка хозяина погибает, разрушается и фаги выходят наружу.. Явление фаголизиса (растворение культур микроорганизмов) довольно часто наблюдается на производствах, связанных с использованием микроорганизмов. Развитие фагов в культурах промышленных микроорганизмов приводит к тому, что клетки культуры лизируются, не успев синтезировать необходимые вещества. Это приводит к большому экономическому ущербу для предприятия. Так нередко лизируются молочнокислые бактерии, входящие в состав заквасок для кисломолочных. продуктов. Такие закваски непригодны для употребления.

Фаги применяют в медицине для лечения и профилактики некоторых заболеваний, например дизентерии, холеры.

Рис. 6. Электронная микроскопия вируса и бактериофага:

а – вирус оспенной вакцины; б – схематическое изображение простого вириона: 1 – нуклеиновая кислота; 2 – капсид; 3 –капсомеры; в – бактериофаг; г – схема строения фага: 1 – головка; 2 – ДИК; 3–отросток; 4 – стержень; 5 – пластинка отростка; 6 – нити

Поиск по сайту: