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.

К вирусам относят организмы, у которых геном представлен ДНК или РНК, отсутствуют белоксинтезирующие системы, вирусы являются абсолютными внутриклеточными паразитами.

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.