Проблема происхождения и эволюции микроорганизмов очень сложна. Еще в 1886 г. немецкий биолог Э. Геккел предложил выделить микроорганизмы, у которых отсутствует дифференцировка на органы и ткани (простейшие, грибы, бактерии), в отдельное царство — Protista (протесты, первосущества), включив в него организмы, во многих отношениях занимающие промежуточное положение между растениями и животными. В дальнейшем с учетом строения клеток протисты были подразделены на две четко разграниченные группы — высшие и низшие. У высших протистов клетки сходны с растительными и животными клетками, это — эукариоты. К ним отнесены микроскопические водоросли (кроме сине-зеленых), микроскопические грибы (плесени и дрожжи). К низшим отнесены протисты, клетки которых по строению существенно отличаются от всех других организмов (бактерии и сине-зеленые водоросли), это — прокариоты.
В эукариотных клетках есть вторичные полости. Ядерная мембрана, отграничивающая ДНК от остальной цитоплазмы, формирует вторичную полость. Эукариоты имеют истинное ядро, рибосомы более крупные, геном представлен набором хромосом, которые при митозе удваиваются и распределяются между дочерними клетками.
Прокариоты не имеют окруженного мембраной ядра. Ядерная ДНК в виде замкнутой в кольцо молекулы свободно располагается в цитоплазме. Клеточная стенка (за исключением микоплазм) содержит пептидогликан (мурсин), который не встречается у эукариот.
В этой связи было предложено выделить все прокариоты в особое царство — Procaryotae. В царство Eycaryotae включены все высшие протисты, растения и животные.
Систематика (таксономия) — наука, занимающаяся вопросами классификации, номенклатуры и идентификации микроорганизмов. Задачей классификации является объединение микроорганизмов с общими свойствами в определенные группы (таксоны). Номенклатура — система наименований, применяемых в определенной области знаний. Идентификация — отнесение микроорганизмов к определенному таксону (виду) на основании конкретных признаков.
Для того чтобы отнести микроорганизм к той или иной таксономической группе, необходимо определить основные его признаки: морфологию, подвижность, окраску по Граму, наличие капсулы и способность к образованию эндоспор, культурально-биохимические свойства и некоторые другие признаки. В классификации для группирования родственных организмов используют следующие таксономические категории: царство (regnum), отдел (divisio), секцию (section), класс (classis), порядок (ordo), семейство (familia), род (genus), вид (species).
В соответствии с новым кодексом номенклатуры бактерий, введенным с 1 января 1980 г., название микроорганизмам присваивается в соответствии с правилами Международного кодекса номенклатуры бактерий. В микробиологии, как и в биологии, для обозначения видов бактерий принята двойная (бинарная) номенклатура, предложенная еще в XVIII в. К. Линнеем. Первое слово название рода. Обычно это латинское слово, оно пишется с прописной буквы и характеризует какой-либо морфологический или физиологический признак либо фамилию ученого, открывшего этот микроб. Второе слово пишется со строчной буквы. Оно обозначает видовое название микроорганизма и, как правило, представляет собой производное от существительного, дающего описание цвета колонии, источника происхождения микроорганизма, вызываемого им процесса или болезни и некоторых других отличительных признаков. Например, Escherichia coli указывает, что микроб открыл Эшсрих, coli — обитатель кишечника, Bacillus anthracis — микроб образует спору, anthracis — возбудитель сибирской язвы, Azolobactcr — микроорганизм, фиксирующий атмосферный азот.
Основной номенклатурной единицей является вид. В. Д. Тимаков (1973) даст следующее определение ему: «Вид — это совокупность микроорганизмов, имеющих единое происхождение и генотип, сходных по морфологическим и биологическим свойствам, обладающих наследственно закрепленной способностью вызывать в среде естественного обитания качественно определенные специфические процессы». Вид подразделяют на подвиды или варианты. При изучении выделенных бактерий часто обнаруживают отклонение от типичных видовых свойств, такую культуру рассматривают как подвид. Имеются также и инфраподвидовые подразделения, которые основаны на отличии особей каким-либо небольшим наследственным признаком: антигенным — серовар, биохимическим — биовар, отношением к фагам — фаговар, патогенностью — патовар и др.
В микробиологии пользуются терминами «штамм» и «клон». Штамм — культура одного и того же вида, выделенная из разных объектов и отличающаяся незначительными изменениями свойств (например, чувствительностью к антибиотикам, ферментацией углеводов и др.). Под термином «культура» понимают микроорганизмы, выращенные на плотной или жидкой питательной среде в условиях лаборатории. Клон — это культура, полученная из одной клетки. Культуру микроорганизмов, полученную из особей одного вида, называют чистой культурой. Смешанной культурой называют смесь неоднородных микроорганизмов, выделенных из исследуемого материала (молока, почвы, воды, патматериала).
В микробиологии существует два различных подхода к систематике, обусловливающие два вида классификации. В основе первого лежит идея создания естественной (филогенетической) классификации прокариот, т. е. построения единой системы, объективно отражающей родственные отношения между разными группами и историю их эволюционного развития. Второй подход к систематике преследует практические цели и служит для идентификации, т. е. установления принадлежности микроорганизма к определенному виду. Это искусственная классификация (традиционная). Современные системы классификации микроорганизмов, по существу, являются искусственными. Этому служат определители, которыми пользуются главным образом при идентификации того или иного микроорганизма. К таким определителям относятся: «Определитель бактерий и актиномицетов» Н. А. Красильникова (1949), «Определитель микробов» Р. А. Циона (1948) и др. К международным определителям бактерий относится «Руководство по систематике бактерий» Д. X. Берги, девятое издание которого вышло в 1984 г. В этом определителе все прокариотические микроорганизмы объединены в царство Procaryotae, которое подразделяется на четыре отдела. Они, в свою очередь, делятся на секции, классы, порядки, семейства, роды, виды.
Отдел I. Gracilicutes (gracilus — тонкий, стройный, cules — кожа). В отдел внесены грамотрицательные микроорганизмы. В отделе девять секций.
Секция 1. Спирохеты. Эти микроорганизмы объединены в порядок Spirochaetales, имеющий два семейства: Spirochaetaceae (четыре рода), Leptospiraceae (один род).
Секция 2. Спиралевидные и изогнутые аэробы (микроаэрофилы). В секции одно семейство — Spirillaceae, в котором шесть родов. Патогенные для человека и животных микроорганизмы имеются в роде Campylobactcr.
Секция 3. В секцию включены грамотрицательные неподвижные изогнутые бактерии. Имеется одно семейство — Spirosomonaceac, в котором три рода. Патогенных среди них нет.
Секция 4. Аэробные грамотрицательные палочки, округлые и кокки. В секции восемь семейств, два — из которых имеют патогенные микроорганизмы. Семейство Pseudomonadaceae имеет четыре рода, более 25 видов, среди которых имеются патогенные (Ps. mallei и др.). Семейство Ncisseriaccae имеет 16 родов. Род Neisseria и Moraxella содержат патогенные для человека и животных микроорганизмы.
В эту секцию включены роды Bordelella, Brucella и Francisella, не имеющие семейств. Роды содержат патогенные микроорганизмы для человека и животных.
Секция 5. Грамотрицательные факультативные анаэробы. В секции три семейства: Enterobacleriaccae, Vibrionaceae и Pasteurellaccae. Семейство Entcrobacteriaceac имеет 14 родов (Escherichia, Salmonella, Citrobacler, Klcbsiella. Enterobacter. Erwinia, Shigclla, Proteus, Yersinia и др.). Семейство Vibrionaceae имеет два рода. В род Vibrio включены патогенные микроорганизмы.
Семейство Pasteurellaceae имеет три основных рода: Pasteurella, Haemophilus и Actinobacillus. Содержат патогенные виды микроорганизмов.
Секция 6. Строгие анаэробы. Изогнутые грамотрицательные палочки. В секции одно семейство — Bacteroidaceae, в котором 13 родов, среди которых имеются патогенные.
Секция 7. В секцию включены диссимилирующие и разлагающие сульфат бактерии. Имеется семь родов, среди которых нет патогенных.
Секция 8. Анаэробные грамотрицательные кокки. В секции одно семейство — Vellonellaceae, в котором три рода.
Секция 9. Риккетсии и хламидии. В секции два порядка: Rickettsiales и Chlamydiales. Порядок Rickettsiales имеет три семейства: Rickettsiaceae, Barlonellaceac и Anaplasmataceae. Семейство Rickettsiaceae имеет три трибы, в которые внесено восемь родов. Семейство Bartonellaceae содержит два рода, a Anaplasmataceae — четыре. Порядок Chlamydiales имеет одно семейство — Chlamydiaceae и один род — Chlamydia. Все семейства содержат патогенные микроорганизмы.
Отдел II. Firmicutes (лат. firmis — крепкий, cutes — кожа). В отдел включены грамположительные кокки, палочки или нити.
Секция 12. Грамположительные кокки. В секции два семейства: Micrococcaceae и Deinococcaceae. Семейство Micrococcaceae имеет четыре рода (Micrococcus, Stomatococcus, Pianococcus, Staphylococcus). В данную секцию кроме указанных двух семейств включено еще 10 самостоятельных родов (Streptococcus, Leuconostos, Pedicoccus, Sarcina и др.).
Секция 13. В секцию включены спорообразующие грамположительные палочки и кокки. В секции тесть родов: Bacillus, Clostridium, Sporolactobacillus, Sporosarcina и др. Первые два рода имеют патогенные виды.
Секция 14. Неспорообразующие грамположительные палочки. В секции представлено семь родов: Lactobacillus, Listeria, Erysipclotrix и др. Имеются патогенные.
Секция 15. Неспорообразующие внутриклеточные грамположительные палочки. В секции представлен 21 род (Corynobacterium, Microbacterium, Propionibacterium, Eubacterium, Acetobacterium, Bifidobacteriurn, Actinonuices и др.).
Секция 16. Микобактсрии. В секции одно семейство — Mycobacterioceae. Семейство имеет один род — Mycobacterium, в котором 49 видов (М.tuberculosis, M.bovis, M.aviurn, М. paratuberculosis, M.lepra и др.).
Секция 17. Nocardioforms. В секции девять родов: Nocardia, Pheodococcus, Pseudonocardia и др.
Отдел III. Tenericutes. В отделе объединены грамотрицательные прокариоты, не имеющие клеточной стенки, имеют цитоплазматическую мембрану. В отделе 10-я секция — микоплазмы. Они объединены в класс Mollicutes (лат. molli — мягкий, cutes — покров, кожа). В классе один порядок — Mycoplasinatales — и три семейства: Mycoplasmataceae, Acholeplasmataceae, Spiroplasmataceae. В основном патогенные микоплазмы включены в семейство Mycoplasmataceae.
Секция 11. Эндосимбионты.
Отдел IV. Mendosicutes. В отдел внесены прокариоты, среди которых нет патогенных бактерий, это метанобразующие, сероокисляющие, галофилы, микоплазмоподобные, термоацидофильные и др.
Заварсин определил:
Систематика – теория многообразия организмов, которая изучает отношение между группами организмов.
Систематика учитывает филогенетическое родство: эволюционное развитие, общность происхождения организмов, а также те механизмы, которые привели к разнообразию видов.
Классификация – деление организмов на группы на основе определенных общих признаков.
Таксономия – наименование таксонов организмов, установление их границ и отношения подчинения в них.
Таксон – это любая таксономическая группа (род, вид, класс).
Номенклатура – сборник правил наименования таксонов, дополненный списком этих наименований.
В микробиологи принята бинарная номенклатура. Каждый организм родовое название (пишется вначале с большой буквы) и видовое (с маленькой буквы) Например: Staphilococcus aureus (albus, citreus, cereus ).
Классификация микроорганизмов
Классификация микроорганизмов осуществляется по иерархической схеме от меньшей единицы к большей. В растительном и животном мире наименьшая единица – вид. Вид – это популяция особей, которая обладает общими морфологическими и функциональными признаками, имеющих общее происхождение в естественных условиях скрещивания между собой.
Все популяции одного вида имеют общий генофонд, что позволяет им скрещиваться между собой в естественных условиях.
Наименьшая единица у микроорганизмов – это штамм – культура микроорганизмов с малейшими отклонениями от вида. Штамм – это микроорганизм одного вида, но выделенный из различных источников. В микробиологии существует понятие «клоны» - это полученные совокупности дочернихклеток из одной материнской клетки с идентичными признаками и генотипом.
Вид – это совокупность штаммов, выделенных из различных источников, имеющих комплекс общих коррелирующих между собой признаков отличных от других видов.
У высших оргаизмов виды объединяются в род: вид – род – смейство – порядки (для растений) и отряды (животные) – классы – тип (наибольшая таксономическая единица). Например:
Тип – хордовые
Класс – млекопитающие
Отряд – приматы
Семейство – человекообразных
Род – Homo (человек)
Вид – sapiens (разумный)
В микробиологии: штамм – вид – род – триб (окончание: еа , присутствует не у всех) – семейство (окончание асеае ) – порядок (ales ) – класс.
Различают 2 вида классификаций: естественная (филогенетическая) и искусственная (фенотипическая).
Конвергенция – схождение признаков в результате общего существования.
Естественная классификация своей коечной целью должна преследовать установление родства микроорганизмов.
Искусственная классификация преследует цель объединить и определить микроорганизмы на основе их фенотипического сходства для идентификации и распознавания микроорганизмов. Универсальным определителем является определитель Берджи.
Принципы разделения микроорганизмов для классификации
Признаки:
· морфологические (внешний вид);
· анатомофизиологические.
1. Морфологические: форма клеток, наличие жгутиков, капсул, способность образовывать эндоспоры, окраска по Грамму (тип клеточной стенки).
2. Физиолого-биохимические: состав клетки, клеточной стенки, капсулы, включений, жирных кислот, цитохромов, отношение к температуре, кислороду, диапазон рН и т.д.
3. Культуральные: особенности роста на питательных средах, потребности микроорганизма в питательных веществах, факторах роста.
4. Серологические (иммунологические): антигеный состав (серотип) микроорганизма. Антигенами могут быть компоненты клетки, её структур, которые индуцируют появление антител и могут связываться с ними в комплекс (капсулы, тейхоевые кислоты, и т.д.)
5. Экологические: место обитания микроорганизма.
6. Нуклеотидный состав ДНК. Определяется различными методами. Чаще всего это процентное соотношение ГЦ- и АТ-пар ; метод не является абсолютным, несмотря на то, что все близкородственные микроорганизмы часто имеют близкое соотношение ГЦ/АТ при сравнении, в то же время встречаются микроорганизмы, которые не имеют общего происхождения, но и имеют близкое %-соотношение. Использование метода молекулярной гибридизации ДНК – ДНК . Заключается в том, что под действием температуры ДНК денатурируется и каждая цепь ДНК фиксируется, затем связывают фиксированную ДНК известного микроорганизма с комплеметарными денатурированными цепями изучаемого микроорганизма. При понижении температуры происходит ренатурация цепей и содержание ренатурировавших участков 2-цепочечной ДНК служит мерой определения филогенетического родства микрооргаизмов (чем больше участков, тем ближе микроорганизмы филогенетически). Метод трудоемок и у микроорганизмов распространено явление генетической рекомбинации (передача генетического материала от одной клетки к другой и встраивание этого материала в геном второй клетки по средствам: плазмид, транспозонов, вирусной нуклеиновой кислоты. Таким образом, этот признак также нельзя рассматривать как универсальный филогенетический маркер.
7. Нумерическая таксономия, постороена на основе нумерического анализа. Суть метода состоит в том, что микроорганизмы сравниваются по определенным признакам. Рассчитывается коэффициент попарного сходства (согласно Смиту):
S=a/b∙100%, где а – количество признаков;
в – всех признаков.
Недостаток метода: все признаки принимаются однозначными.
8. Определение генетического кода рибосомальной РНК (метод полимеразной цепной реакции). Основан на том, что рибосомы очень консервативны и мало изменились в процессе эволюции.
Все микроорганизмы разделяют на 4 категории:
· Граммотрицательные эубактерии имеющие клеточную стенку.
· Граммположиетельные эубактерии неимеющие клеточную стенку.
· Эубактерии лишенные клеточной стенки.
· Архебактерии
Характеристика Граммотрицательных эубактерий
Морфология клеток может быть разнообразной: кокки, палочки, спирали, нити. Имеются капсулы, чехлы. Размножаются бинарнымделением, почкованием, фрагментами нитей, редко встречается множественное деление. Не образуют эндоспоры, имеются микрооргаизмы, которые могут образовывать другие морфологически-дифференциальные типы(например: миксоспоры могут быть образованы микобактериями, спирохеты образуют цисты). В группе Г¯относятся фотосинтезирующие микроорганизмы. Имеют насколько типов подвижности:
1. неподвижные;
2. подвижные:
· бактерии осуществляют плавательное движение (при помощи жгутиков)
· скользящее движение (с помощью капсул – фототрофные бактерии: зелёные бактерии и цианобактерии; а также нефототрофные: цитофаги, нитчатые формы, миксобактерии)
· поступательно-вращательное движение (характерно для спирохет)
Группа 1. Спирохеты.
Группа 2.
Представлена аэробными или микроаэрофильными подвижными спиральными или изогнутыми Г¯ бактериями (16 родов, патогенными являются 3 рода: Campylobacter, Helicobacter, Spirillum )
Группа 3.
Неподвижные, редко подвижные Г¯ изогнутые бактерии (8 родов, патогенных нет).
Группа 4.
Г¯ аэробные или микроаэрофильные палочки и кокки (83 рода). Патогенны: Pseudomonas, Neisseriaceae, Legionellaceae . В эту группу входят микроорганизмы, используемые в биотехнологии: Acetobacter, Acetomonas (Acidomonas), Azotobacter, Rhizobium.
Группа 5.
Факультативные анаэробные Г¯ палочки.
Входит 4 подгруппы и 45 родов. Среди них: семейство Enterobacteriaceae (30 родов): Escherichia, Ervinia, Klebsiella, Proteus, Salmonella, Iersinia, Shigella. В 4 подгруппу входит важный биотехнологический объект Zymomonas (mobilies)
Группа 6.
Г¯ анаэробные прямые, изогнутые, спиральные бактерии.
Среди них патогенные и условно патогенные роды: Bacteroides,Fusobacterium, Porphyromonas, Prevotella.
Группа 7.
Бактерии, которые осуществляют диссимиляционное восстановление сульфатов или серы (14 родов). Среди них – Desulfobacter.
Группа 8.
Анаэробные Г¯ кокки.
Включают 4 рода. Патоген Veilonella.
тема: Систематика, номенклатура микроорганизма, принципы классификации микроорганизмов.Задачи систематики показать степень родства между организмами и эволюционную связь. Принципы классификации изучает – таксономия (от греч. taxis-расположение, homos – закон) Основные таксономические единицы в систематики микроорганизмов следующие:
Царство в основе тип клеточной организации (прокариоты, эукариоты, вирусы)
Отдел – бактерии
Класс
Порядок
Семейство
Вид – бактерии это совокупность микроорганизмов одного генотипа, которые в одинаковых условиях имеют одинаковые фенотипические признаки. Например: Salmonella typhi (род, вид). В пределах одного вида отдельные признаки. Отдельные свойства могут варьировать, поэтому внутри вида могут вида могут определятся под виды (морфологические варианты, биоварианты, хемоварианты, фаговары, серовары(отличаются по антигенным свойствам)).
Установление принадлежности к роду и виду называется идентификацией бактерий. Для идентификации необходимо изучить все свойства микроорганизмов, обнаружить эти свойства в мире микроба. Идентификация микроорганизма происходит по набору следующих свойств: тинкториальный, кульруральных, биохимических, факторов патогенности, антигенных свойств и отношение к фагам. Для облегчения идентификации предложены специальные идентификационные ключи для определенных групп микроорганизмов это наборы признаков для микроорганизма – семейства, рода и вида. Идентификации подвергаются исключительно чистые культуры организма.
^ ЧКМ – микробы одного вида выращенные в лабораторных условиях на искусственных питательных средах.
Штамм – чистая культура выделенная из конкретного источника, либо чистая культура выделенная из одного источника, но в разное время.
^ Клон – чистая культура микробов полученная из одной бактериальной клетки
Популяция микробов – совокупность особей одного вида длительно существующих на определенной территории и изолированных от других особой того же вида, популяция единица эволюции. Например популяция сальмонеллы тифи северных регионов отличается от обитающих в южных регионов.
^ Генетическая таксономия
Идентификация бактерий на основании генетического родства. В основе определение генетических структур клетки - ДНК, внехромосомных структур – плазмиды, транспазоны. Доказано что состав основавний ДНК витоспецифичны т.е. определяется процентное содержание ГЦ от общего содержание всех оснований это может иметь значении е для определение вида. Определяется сходство или комплементарность кислот между различными организмами методом гибридизации. Устанавливают гомологию последовательности нуклеиновых кислот. Этим методом определяют родство между микроорганизмами. % сходства одного порядка равен 80%, для семейства 90%, рода 95% для вида почти 100%.
Первый труд в котором были описаны и классифицированы бактерий был составлен Берджи в 1923 г. В нем бактерии разделены на 25 группы. Патогенные всего 20 групп. В определителе бактерии разделены на Gracilicutes – тонкостенные, Firmicutes - толстостенные, Teniricutes – мягкотелые.
^ Ультраструктура бактериальной клетки
Бактериальная клетка имеет постоянные структуры – клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, рибосомы, нуклеоид. Непостоянные – жгутики, ворсинки, капсула, включения, споры.
^ Постоянные структуры.
Клеточная стенка: Функции – защитная, формообразующая, участвует в делении, транспортная, рецепторная, определяет антигенные свойства бактерии, определяет тинкториальные свойства бактерии (диффузии краски). Нарушение синтеза клеточной стенки приводит либо к гибели бактерии, либо к образованию сферобластов, протобластов (теряют способноть к размножению) или L-формы (сохранили функцию размножения). Утрата связана с антибиотиками, влияние лизоцина. Утрата будет сопровождаться () процесса и антибиотиками не лечится.
Главный элемент к.С Муреин – полимер, связываются фрагменты связываются уникальными аминокислотами (есть только у прокариот), муреин является мишенью для антибиотиков именно избирательность антибиотиков связана с муреином. КлС Г(-) тонкая, в ней выделяют ригидный слой образованный пептидогликаном (20%) и пластичный слой его толщина значительна и в нем много липополисахарида (80%), который имеет базисную часть это молекула полисахарида, липид-А (отвечает за токсичность, пирогенность), О-специфические боковые фрагменты (состоят из полисахаридов, определяют антигенные свойства). Г(+) стенка толще состоит из многослойного пептидогликана 90%, тейхоевые кислоты. Тк пронизывают клеточную стенку и связываются с ПГ за счет них определяются антигенные свойства, липополисахаридов почти нет. Белки порины пронизывают КС бактерии, но размеры разные у Г(-) больше, у Г(+) меньше.
^ Цитоплазматическая мембрана: функция: избирательная проницаемость, осмотический барьер, участие метаболизме, энергетический обмен (в составе много ферментов – цитохромы, оксидазы, дегидрогиназы, атефазы) , репликация, участие в спорообразовании, выделительная.
Цитоплазма коллоидная система состоит из воды включений органелл, место где идет метаболизм.
Нуклеоид замкнутая ДНК (бактериальная хромосома) имеет гаплоидный набор. Методы выявления нуклеоида: специальная микрохимическая реакция по Фельгину, обнаружение в электронный микроскоп. Функции: хранение генетической информации, определение жизнеспособности клетки.
^ Непостоянные структуры.
Капсула : по химическому составу полисахаридное в-во, слизистый слой, белки, липиды. Может быть большой (больше чем клетка), маленькой можно обнаружить. Функции : защитная (от фагоцитоза макрофагами), дополнительный фактор патагенности, защищает от действия антилел, антибиотиков, придает адгезивные свойства. Продукция капсулы исключительно в живом организме, а не Вов внешней среде, на искусственной питательной среде (обогощенной полисахаридами) небольшая часть микробов может продуцировать капсулу (пневмококки, клепсиелы, возбудитель сибирской язвы).
Споры : является защитной реакцией присущей некоторым микроорганизмам, при попадании в неблагоприятные условия (внешняя среда - отсутствие воды, питательных веществ, старение культуры, неблагоприятная температура), обычно палочковидные (в зависимости от этого они делятся на бациллы, кластридии (Сп +) и остальные бактерии). Спорообразование у прокариот является формой сохранения генетического материала клетки при неблагоприятных условиях, а не метод размножения (из одной клетки 1 спора). Обязательное условия для спорообразования необходимо присутствие кислорода. Во внешней среде могут жить десятки лет. После прорастания (4-5 часов) вегетативная форма (способная к делению, метаболизму). Разрушаются оболочки споры, образуется ростовая трубочка, синтез клеточной стенки.
Процесс спорообразования:
1. образование спороносной зоны в которой находится нуклеоид,
2. образование проспоры при этом спорогенная зона отделяется,
3. образование кортекса – оболочки споры,
4. отмирание вегетативной части клетки и освобождение споры.
По локализации: спора может занимать центральное положение, субтерминальное, терминальное.
По величине: меньше чем диаметр палочки (бациллы), больше диаметра палочки (клостридии)
Свойство споры:
Устойчивость. Термо- связано с химическим составом: мало воды 5-10%, много солей кальция, есть дипиолиновая кислота, поэтому выдерживает пастеризацию, кипячение. Что бы убить спору нужна T=180-200 0 , 20 мин, т=120 0 + 1,5 атм.
Спорообразование присуще:
Бацилле антрацид – сибирская язва
Кластридии – гангрена, столбняк
Возбудителям ботулизма
Жгутики : органы движения. Поверхностные структуры в виже ниточек, обнаруживаются только в электронный микроскоп в составе сократительный белок флагелин, прикрепляются к цитоплазматической мембране. По количеству и расположению все делятся на: монотрихии, лофотрихии (пучок), амфотрихии (два пучка), перитрихии (по периметру), Длина Ж больше чем длина клетки. Наиболее подвижны монотрихии, лофотрихии.
Методы изучение подвижности:
Висячая капля
Раздавленная капля
Темнопольная микроскопия
Фазоконтрастная микросокпия
Ворсинки : тонкие полые нити белковой природы, коротенькие, которые покрывают поверхность клетки, очень много, не выполняют локомоторную функции. Функции : адгезия (ворсинки 1 типа, с ними связана патогенность бактерии), конъюгативная (половые ворсинки) их мало.
Включения : зерна волютина (метафосфатические обладают свойством метохромазии – способность окрашиваться не в цвет красителя), жировые зерна, гликоген. Запас питательного вещества.
О
^
СНОВНЫЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМЫ БАКТЕРИЙ.
Шаровидные
Палочковидные
Извитиые (вибрионы, спириллы (имеют лофотрихии), спирохеты)
Спирохеты
Рикеции
Актиномицеты
Хламидии
Микоплазмы
Спирохеты : нитевидные, спиральнозакрученые, извитые есть локомоторный внутренний аппарат представленный осевой нитью миофибрилл.
С 
емейства спирохет.
Борели – грубые завитки
Трепонемы – равномерные завитки
Лептоспиры имеют первичные завитки, и вторичные, утолщенные концы
Типы движения:
Винтообразные (трепонема, лептоспира)
Вперед-назад, право-лево
Плавные
Резкие
Риккетсии : прокариоты, маленьких размеров,
Полиморфные (коковидную, кокобактериольную, палочковидные, длинную нитевидную) связано с особенностями деления, перегородка неполная и по этому клетки могут принять различную форму.
Экологическая ниша: заселяют организм членистоногих, передаются трансмессивным путем (укусы) от насекомых – вши, блохи, клещи. Примеры: сыпной тиф.
Методы выявления: окраска – Романовскому – Гинзе, по Здоровскому, при этом клетки в которых находятся риккетсии окрашиваются в один цвет, ядро в другой, сама риккетсия в третий. Микроскопия: цветовая, фазово-контрастная, электронная.
Морфологические формы:
Внеклеточная – элементарное тельце, сферическая форма, маленького размера 0,3 мкм, имеющая клеточную стенку, мембрану
Внутриклеточная – ретикулярное тельце, находится на разных стадиях созревания, можно обнаружить только внутри клетки, там созревает и разрывает клетку.
Микоплазмы : болезни: пневмония, бронхит, урогенитальный микоплазмоз, неонатальная патология.
Актиномицеты : прокариоты имеющие сходство с грибами. Полиморфные (ветвистые, короткие палочки) способны образовывать мицелий, Грам + , кислотонеустойчивые. Растут медленно. Места обитание: внешняя среда, полость рта (нормальная микрофлора). Могут размножаться спорами.
Изучение: окраска – по Романовскому-Гинзе, культивирование.
Систематика и номенклатура микроорганизмов.
ВВЕДЕНИЕ В МИКРОБИОЛОГИЮ
Урок 1-2 Основные характеристики микробов. Цель и задачи микробиологии. Систематика и номенклатура микроорганизмов. Классификация и морфология бактерий. Строение и классификация: грибов, простейших, вирусов. Методы изучения морфологии микробов. Предмет и задачи микробиологии. Основные свойства микроорганизмов.
Основные характеристики микробов. Цель и задачи микробиологии.
Микробиология (от греч. «mikros» – малый, «bios» – жизнь, «logos» – учение) – наука, изучающая мир мельчайших живых существ – микроорганизмов и процессы, вызываемые микроорганизмами.
Микробиология изучает морфологию микроорганизмов, закономерности их развития и процессы, которые они вызывают в среде обитания, а также их роль в природе и хозяйственной деятельности человека.
К миру микроорганизмов относятся бактерии, дрожжи, микроскопические (плесневые) грибы.
Микробиология изучает строение, жизнедеятельность, условия жизни и развития мельчайших организмов, называемых микробами, или микроорганизмами.
«Невидимые, они постоянно сопровождают человека, вторгаясь в его жизнь то как друзья, то как враги», - сказал академик В. Л. Омельянский. Действительно, микробы есть везде: в воздухе, в воде и в почве, в организме человека и животных. Они могут быть полезны, и их используют в производстве многих пищевых продуктов. Они могут быть вредны, вызывать заболевания людей, порчу продуктов и др.
Микробы были открыты голландцем А. Левенгуком (1632-1723) в конце XVII в., когда он изготовил первые линзы, дававшие увеличение в 200 и более раз. Увиденный микромир поразил его, Левенгук описал и зарисовал микроорганизмы, обнаруженные им на различных объектах. Он положил начало описательному характеру новой науки. Открытия Луи Пастера (1822-1895) доказали, что микроорганизмы отличаются не только формой и строением, но и особенностями жизнедеятельности. Пастер установил, что дрожжи вызывают спиртовое брожение, а некоторые микробы способны вызывать заразные болезни людей и животных. Пастер вошел в историю как изобретатель метода вакцинации против бешенства и сибирской язвы. Всемирно известен вклад в микробиологию Р. Коха (1843-1910) - открыл возбудителей туберкулеза и холеры, И. И. Мечникова (1845-1916) - разработал фагоцитарную теорию иммунитета, основоположника вирусологии Д. И. Ивановского (1864-1920), Н. Ф. Гамалея (1859-1940) и многих других ученых.
Систематика и номенклатура микроорганизмов.
Мир микроорганизмов разнообразен и организмы в нем различаются по уровню организации геномов, наличию и составу белоксинтезирующих систем и клеточной стенки. В соответствии с этими признаками микроорганизмы делят на 3 надцарства: эукариоты, прокариоты, вирусы.
Микроорганизмы – это невидимые простым глазом представители всех царств (бактерии, грибы, простейшие, сине-зеленые водоросли, вирусы). Они занимают низшие ступени эволюции, но играют важную роль в существовании и развитии природы, в круговороте веществ, в патологии человека, животных и растений.
Эукариоты имеют дифференцированное ядро, отграниченное от цитоплазмы ядерной мембраной, аппарат митоза и ядрышко. К эукариотам относятся простейшие, дрожжи и нитчатые грибы.
Ядерная ДНК эукариотов находится в комплексе с гистонами в соотношении 1:1, хромосомы построены в виде нуклеосом, состоящих из белковых глобул, и фрагмента ДНК размером в 200 пар нуклеотидов. Эукариоты имеют рибосомы 80S, митохондрии или хлоропласты, не содержат пептидогликана, являются аэробами.
Прокариоты – это организмы, у которых нет оформленного ядра, а есть эквивалент ядра – нуклеоид, который представлен одной или несколькими хромосомами, расположенными в цитоплазме и не отграниченными от нее никакой мембраной. Прокариоты не имеют дифференцированного аппарата митоза, у них нет ядрышка. Они имеют рибосомы 70S, клеточную стенку, содержащую пептидогликан. Размеры прокариотов колеблются от 1 до 20 мкм, у них нет митохондрий и хлоропластов. Среди прокариотов есть аэробные и анаэробные организмы.
Систематика микроорганизмов занимается подробным описанием видов организмов, выяснением степени родства между ними, объединением их по уровню родства в классификационные единицы – таксоны. Отсюда таксономия – это наука о принципах и методах распределения организмов в иерархическом плане.
Классификация – составная часть систематики, она распределяет микроорганизмы по различным таксонам. Основной таксономической единицей является вид .
Вид – это эволюционно сложившаяся совокупность микроорганизмов, имеющих единое происхождение, сходный генотип, среду обитания и свойства, а также способность вызывать сходные процессы в организме человека или внешней среде.
Последующие более крупные таксономические единицы: род, семейство, порядок, класс, отдел, царство .
В настоящее время в микробиологии для классификации используется несколько основных способов.
1. Нумерический подход. Он основан на оценке степени сходства и различия организмов по максимально возможному количеству фенотипических свойств и проявлений. Иногда проводят оценку более 100 показателей. Для увеличения достоверности определения признакам присваиваются коэффициенты (их еще называют весом). Чем более важен данный признак для определения возбудителя, чем реже он встречается у других микроорганизмов, тем выше вес признака и тем специфичнее он определяет данного возбудителя (например, продукция плазмокоагулазы у золотистого стафилококка).
2. Генетический подход. Он основан на сходстве в строении ДНК геномов изучаемых бактерий. Считается, что микроорганизмы, принадлежащие к 1 виду, обладают от 70 до 100% гомологией ДНК. При 60% совпадении речь может идти о принадлежности бактерий к 1 роду. Для генетической классификации используют метод гибридизации нуклеиновых кислот, изучают процентное содержание гуанина и цитозина в ДНК генома, определяют молекулярный вес ДНК, наличие плазмид. В последнее время, особенно для внутривидовой дифференциации микроорганизмов, используют метод полимеразной цепной реакции.
3. Типирование по рибосомальной РНК (риботипирование). Оказалось, что рибосомальная РНК бактерий содержит высококонсервативные последовательности, которые в процессе эволюции изменялись незначительно. Различия в структуре рибосомальной РНК позволяют дифференцировать крупные таксоны (порядки, классы, семейства) у бактерий. Генетические механизмы, лежащие в основе изменчивости микроорганизмов, обеспечивают только относительную стабильность признаков, которые в пределах одного и того же вида могут варьировать. Отсюда сложилось понятие о вариантах (типах) микроорганизмов, отличающихся отдельными признаками от стандартных видов. Так, различают: морфологические (морфовары ), биологические (биовары ), ферментативные (ферментовары ), различные по резистентности к антибиотикам (резистенсвары ) и бактериофагам (фаговары ) варианты бактерий. Наряду с этим отдельные виды могут включать варианты, различающиеся по антигенной структуре (серовары ), экологическим нишам, в которых они обитают (эковары ) и патогенности для определенных хозяев (патовары ).
Штаммом называют культуру одного вида микроорганизмов, выделенную из различных источников (организма человека, животного, окружающей среды) или из одного и того же источника, но в разное время. Обычно штаммы обозначают протокольными номерами или называют либо по источнику выделения (водный, кишечный), либо по местности, где он был выделен. Штаммы микробов одного вида могут быть совершенно идентичными или различаться по степени вирулентности, метаболической активности, чувствительности к антибиотикам и антисептикам, однако свойства отдельных штаммов не выходят за пределы данного вида микроорганизмов.
Согласно биноминальной номенклатуре каждый микроорганизм имеет название, состоящее из двух слов: первое слово означает род и пишется с прописной буквы, второе слово означает вид и пишется со строчной буквы, например Escherichia coli . Возможно сокращение рода до первой буквы, реже встречаются сокращения до первых двух или трех букв. Достаточно часто используют только родовое название, имея в виду все виды данного рода, или то, что идентификация проводилась только до рода. Вместо видового названия в этом случае используют сокращение: spp .
Клон – культура микроорганизмов, полученная из одной особи.
Чистая культура представляет собой микробные особи одного и того же вида, выращенные на питательной среде.
Особенности микроорганизмов определили набор признаков и свойств, которые используются в систематике и классификации:
1. Морфологические – величина, форма, взаимное расположение.
2. Тинкториальные – способность окрашиваться различными красителями при сложных методах окрашивания. Одним из наиболе важных признаков является отношение к окраске по Граму, которое зависит от структуры и химического строения клеточной стенки. По этому признаку все бактерии делятся на грамположительные и грамотрицательные.
3. Культуральные свойства – особенности роста бактерий на жидких и плотных питательных средах.
4. Подвижность бактерий. Различают бактерии подвижные и неподвижные. Подвижные бактерии разделяются на ползающие и плавающие, у которых подвижность связана с наличием жгутиков.
5. Физиологические свойства – способы питания, дыхания.
6. Биохимические свойства – способность расщеплять белки, углеводы, жиры до конечных продуктов обмена.
7. Чувствительность к специфическим бактериофагам .
8. Антигенные свойства (выявляют в иммунологических реакциях).
9. Липидный, белковый и углеводный состав . Белковые спектры определяют с помощью метода двумерного электрофореза в полиакриламидном геле, где разделяют смеси рибосомных, мембранных и внутриклеточных белков, получая белковые спектры соответствующей фракции определенного вида бактерий. Изучение состава жирных кислот проводят с помощью газовой хроматографии.
10. Генетические свойства. Их изучают, используя методы геносистематики. Наиболее точным методом установления генетического родства является определение степени сходства ДНК.
Название микроорганизмам присваиваются в соответствии с правилами Международного кодекса номенклатуры бактерий Д.Берджи (1984).
В микробиологии, как и в биологии, для обозначения вида бактерий принята двойная (бинарная) номенклатура, предложенная еще в XVIIIв К.Линяеем. Первое слово пишется с прописной латинской буквы и обозначает род, характеризующий какой-либо морфологический или физиологический признак либо фамилию ученого, открывшего этот микроб. Второе слово - вид - пишется со строчной буквы и представляет собой производное от существительного, дающего описание цвета колонии, источника происхождения микроорганизма, вызываемого им процесса или болезни и некоторые другие отличительные признаки. Например, Escherichia coli указывает, что микроб открыл Эшерих, соli - обитатель кишечника; Bacillus anthracis - микроб образует спору, anthracis - возбудитель сибирской язвы. Azotobacter - микроорганизм, фиксирующий атмосферный азот.
Основной номенклатурной единицей является вид. В.Д.Тимаков (1973) дает ему следующее определение; «Вид - это совокупность микроорганизмов, имеющих единое происхождение и генотип, сходных по морфологическим и биологическим свойствам, обладающих наследственно закрепленной способностью вызывать в среде естественного обитания качественно определенные специфические процессы». Вид подразделяется на подвиды или варианты. При изучении выделенных бактерий часто обнаруживают отклонения от типичных видовых свойств, такую культуру рассматривают как подвид. Имеются также и инфраподищноеые подразделения, которые основаны на отличии особей каким-либо небольшим наследственным признаком: антигенным - серовар, биохимическим-биовар, отношением к фагам - фаговар, патогенностью - патовар и др.
Введение в слова общей части «вар» (вариант) рекомендовано во избежание возможных недоразумений, ранее применявшийся термин «тип» использован для обозначения номенклатурного типа.
В микробиологии используют термин «штамм» и «клон». Штамм - культура одного и того же вида, выделенная из разных объектов и отличающаяся незначительными изменениями свойств (например, чувствительностью к антибиотикам, ферментацией углеводов и др.). Под термином «культура» понимают микроорганизмы, выращенные на плотной или жидкой питательной среде в условиях лаборатории. Клон - это культура, полученная из одной клетки. Культуру микроорганизмов, содержащую особи одного вида, называют чистой культурой. Смешанной культурой называют взвесь, содержащую различные виды микроорганизмов, выделенных из исследуемого материала (молока, мяса, почвы, воды).
В микробиологии существует два различных подхода к систематике, обуславливающие два вида классификации. В основе первого лежит идея создания естественной (филогенетической) классификации прокариот, то есть построения единой системы, объективно отражающей родственные отношения между разными группами и историю их эволюционного развития. Второй подход к систематике преследует практические цели и служит для идентификации, то есть установления принадлежности микроорганизма к определенному виду. Это искусственная классификация (традиционная). Современные системы классификации микроорганизмов, по существу, являются искусственными. Этому служат определители, которыми пользуются главным образом при идентификации того или иного микроорганизма. К таким определителям относятся: «Определитель бактерий и актиномицетов» Н.Л.Красильникова (1949), «Определитель микробов» РА.Циона (1948) и др. К международным определителям бактерий относится «Руководство по систематике бактерий» Д.Х.Берджи, девятое издание которого вышло в 1997г. В этом определителе все прокариотические микроорганизмы объединены в царство Procaryotae (Murray,1968), которое подразделяется на четыре отдела. Они, в свою очередь, делятся на секции, классы, порядки, семейства, роды, виды.
Контрольные вопросы:
