Глава ι классификация и номенклатура

Микроорганизмы, принадлежащие к семейству Enterobacteriaceae, многочисленны и разнообразны по своим биологическим свойствам. Их классификация и номенклатура многократно под­вергались и подвергаются ревизии, дополнениям, изменениям, однако до настоящего времени нет единой международной клас­сификационной схемы.

Наиболее употребительными во всем мире были классифика - ции Кауфмана [Kauffmann F., 1963—1966], позднее Юинга [Ewing W., 1967—1972].

Однако в 1974 г. вышел капитальный труд, созданный ведущими бактериологами разных стран, 8-е издание Bergey's Manual of Determinative Bacteriology «Определитель бактерий Берги», где главными критериями для разделения бактерий на крупные таксоны служили морфология, физиология и биохимические свойства, отчасти генетический анализ. Для дифференциации более мелких категорий некоторых бактерий использованы особые признаки — серологические, отношение к бактериофагам и колицинам.

Систематика бактерий совершенствуется и пополняется новыми критериями на базе химических, иммунохимических, генетических и других видов исследований. Привлечена и нумериче-ская (числовая) таксономия. В связи с тем что в работу таксономистов прочно вошли методы геносистематики и числовая таксономия, целесообразно дать краткое пояснение их принципов.

Принципы геносистематики бактерий основаны на определении сходства и различий в их ДНК. Известно, что ДНК содержит генетическую информацию в форме кода, элементами которого являются 4 нуклеотидных основания: аденин (А), гуанин (Г) — производные пурина, цитозин (Ц) и тимин (Т) — производные пиримидина. Структуры нуклеотидных оснований таковы, что Г может соединяться только с Ц, тогда как А только с Т, образуя парные основания. Соотношение между комплементарными парами Г+Ц и А+Т для организмов данного вида постоянно, а у различных организмов колеблется в широких пределах. Основная композиция ДНК может быть представлена как отношение Г+Ц/А+Т и выражена в процентном содержании Г+Ц в ДНК (моль%).

Степень родства организмов может определяться по сходству содержания Г+Ц в ДНК, Однако при этом необходимо учитывать и другие критерии сходства, так как близость состава оснований не является обязательным признаком родства. У эволюционно далеких организмов может наблюдаться равное процентное содержание Г+Ц. Так, например, человек и Bacillus subtilis имеют по 40% Г+Ц в своих ДНК. Из этого следует заключить, что указанный метод имеет свои ограничения и может свидетельствовать лишь о том, что организмы с различным процентным отношением нуклеотидных оснований не могут считаться родственными. Те, у которых они близки или идентичны, могут рассматриваться, как родственные, но лишь с учетом других таксономических критериев.

Родство двух микроорганизмов связано как с композицией ДНК в целом, так и с последовательностью нуклеотидных оснований. Определение нуклеотидной последовательности в качестве одного из методов геносистематики широко применяется таксономистами.

Большое значение для определения последовательности нуклеотидов получил метод молекулярной гибридизации ДНК с ДНК (реассоциации ДНК). С помощью этого метода можно определить родство микроорганизмов в пределах вида по степени гомологии (сходство последовательности нуклеотидов), если она достигает 80—90%.

Метод позволяет судить о близком родстве по способности денатурированных отдельных нитей ДНК одних бактерий реассоциировать перекрестно при инкубации в определенных условиях с нитями ДНК других, образовывая спиральную гибридную молекулу. Метод гибридизации ДНК с ДНК также имеет относительные пределы точности, так как часть оснований в образовавшихся гибридных ДНК оказывается ложноспаренными. Кроме того, степень гомологии ДНК может существенно изменяться в зависимости от условий эксперимента [Блохина И. Н., Леванова Г. Ф., 1976; Nester E. et al, 1978; Bredley S., 1980].

Применяют и другие методы геносистематики [Петровская В. Г., 1982].

Числовая таксономия — чисто математический метод классификации, где устанавливается родство между какими-либо группами бактерий по определению сходства многочисленных характеристик. Метод стал доступным для исследователей с развитием компьютерной техники. В нумерической таксономии основной принцип иметь достаточное число признаков. По мнению одних ученых, ценность признаков не имеет значения, тогда как другие считают отдельные свойства сравнительно более весомыми. При испытании большого числа штаммов бактерий в многочисленном ряде тестов применяют программу ЭВМ для калькуляции коэффициента сходства каждой пары микроорганизмов и для составления на этой основе матрицы сходства (дендрограммы). Те, что имеют более 90% сходства, обозначают как единый вид; другие, более отличающиеся, классифицируют как разные виды, на уровне 70% сходства образующие род [Nester E. et al., 1978; Jones D., Sackin M., 1980].

Однако еще не решено — какой процент сходства должен быть выбран, чтобы показать родство бактерий на уровне вида и рода? Для всех ли групп бактерий он одинаков? Как много и какие тесты должны быть избраны для таксономического эксперимента? и т. д. Поэтому в настоящее время таксономисты считают, что наиболее эффективным является сочетание методов геносистематики и числовой таксономии с классическим, основанным на определении морфологии, ферментативных свойств и антигенной структуры бактерий.

В «Определителе бактерий Берги» (1974) использованы результаты исследований энтеробактерий методом установления гомологии по нуклеотидному составу ДНК (процент содержания Г+Ц), являющегося, как уже было сказано, одним из относительно эффективных методов геносистематики. Содержание Г+Ц в ДНК энтеробактерий установлено в пределах 39—59%.

«Определитель бактерий Берги» последнего издания получил широкое международное признание. На этом основании настоящее руководство базируется на классификации и номенклатуре энтеробактерий по Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (1974). Помимо этого полного издания, был составлен его сокращенный вариант, опубликованный в СССР на русском языке — «Краткий определитель бактерий Берги» (1980).

По «Определителю бактерий Берги» (1974) семейство Enterobacteriaceae отнесено к Части 8 — грамотрицательным факультативно-анаэробным палочкам и имеет следующее определение.

Семейство I. Enterobacteriaceae Rahn 1937 объединяет обширную группу грамотрицательных палочек, подвижных перитрихов или неподвижных, образующих или не образующих капсулы. Энтеробактерии спор не образуют, не кислотоустойчивы. Аэробы или факультативные анаэробы. Растут на обычных пи-тательных средах, но некоторые нуждаются в специальных ростовых добавках; питание осуществляют за счет органических соединений; механизм метаболизма дыхательный и ферментативный. Образуют кислоту при ферментации глюкозы, а также других углеводов и спиртов с образованием газа и без газообразования. Каталазоположительны, за исключением одного серовара шигелл (S. dysenteriae 1); оксидазоотрицательны. Восстанавливают нитраты до нитритов, за исключением некоторых штаммов Erwinia. Содержание гуанина + цитозина (G+С) в дезоксирибонуклеиновой кислоте равно 39—59 моль%.

Типовой род: Escherichia Castellani Chalmers 1919. (Типовой род определен Юридической комиссией Международного комитета систематической бактериологии в 1958 г.)

Семейство Enterobacteriaceae разделено на группы (трибы), роды и виды. Роды объединены в группы на основе гомологии нуклеотидного состава ДНК.

К группе I (Escherichieae) отнесены роды Escherichia, Edwardsiella, Citrobacter, Salmonella, Shigella; к группе II (Klebsielleae) — Klebsiella, Enterobacter, Hafnia, Serratia; к группе III (Proteeae) — Proteus; к группе IV (Yersinieae) — Yersinia и к группе V (Erwinieae) — род Erwinia.

Таблица 1. Классификация семейства Enterobacteriaceae [пo Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 1974]

Род	Подрод	Вид	Группа***
I.. Escherichia* II. Edwardsiella Citrobacter Salmonella V. Shigella Klebsiella VII. Enterobacter VIII. Hafnia IX. Serratia X. Proteus XI. Yersinia XII. Erwinia	I II III IV	1. E. coli 1. E. tarda C. freundii C. intermedius 1. S. cholerae-suis** 2. S. hirschfeldii (S. paratyphi C) S. typhi S. paratyphi A S. schottmuelleri (S. Paratyphi B) S. typhimurium S. enteritidis S. gallinarum S. salamae S. arizonae S. houtenae S. dysenteriae S. flexneri S. boydii S. sonnei K. pneumoniae K. ozaenae K. rhinoscleromatis E. cloacae E. aerogenes 1. H. alvei 1. S. marcescens P. vulgaris P. mirabilis P. morgarnii P. rettgeri P. inconstans (Providencia) Y. pestis Y. pseudotuberculosis Y. enterocolitica	Amylovora (содержит 6 видов) Herbicola (содержит 3 вида) Carotovora (содержит 4 вида)

* Здесь и далее авторы номенклатурных определений и другие данные не указаны.

** В таблицу включены некоторые серовары сальмонелл, особо отмеченные в “Определителе бактерий Берги”.

*** Термин «Группа» в данном случае относится к роду Erwinia и соответствует таксономическому понятию "кластер".

Основными таксономическими категориями признаны род и затем вид. Рассматриваемое семейство состоит из 12 родов, которые имеют различное число видов. Особые таксоны внесены в два наиболее обширных рода: Salmonella, который по ферментативным признакам подразделен на 4 подрода, и Erwinia, где имеется 3 группы, объединяющие 13 видов, 2 из которых имеют варианты. В табл. 1 представлена классификация семейства Entcrobacteriaceae.

В табл. 2 отражены основные биохимические характеристики и нуклеотидный состав ДНК бактерий всех родов, входящих в главные группы (трибы), кроме V группы — Erwinieae [Веrgey's, 1974).

Таксономические определения отдельных родов семейства Enterobacteriaceae, представленные в Bergey's Manual (1974), здесь опущены. В соответствующих разделах настоящего руководства приведены морфологические, биохимические и другие свойства бактерий, существенные для идентификации родов, а также для внутриродовой дифференциации.

Целесообразно остановиться немного на правилах номенклатуры бактерий. Бактерии отнесены к особому царству — Ргосаryotae, представители которого отличаются от других живых существ в основном тем, что их генофор ("ядро") состоит из нуклеоплазмы, не отделенной ядерной мембраной от цитоплазмы. Разнообразие микрофлоры и ее особенности сделали необходимым создание для правильного наименования бактерий особого кодекса взамен ботанического, которым пользовались с момента возникновения бактериологии. Работа в этом направлении проводилась с 1930 г., но лишь в 1976 г. был окончательно составлен и утвержден Юридической комиссией Международного комитета систематической бактериологии первый Международный кодекс номенклатуры бактерий, полностью введенный в действие (вместе с номенклатурой видов)* с 1 января 1980 г.

В основных разделах Международного кодекса и приложениях изложены все подробности о таксономических категориях, их обозначениях, обязательной терминологии, орфографии, правилах оформления новых названии, публикации открытий и ряд других положений, направленных на предотвращение различных ошибок и недоразумений.

Согласно правилам Международного кодекса название вида — бинарная комбинация, состоящая из названия рода и еще одного слова — видового эпитета. Вес бактерии пишут по-латыни (род с большой буквы, а видовые эпитеты, даже происходящие от фамилий, с маленькой), например Shigella flexneri. Рекомендованы также термины для внутриподвидовых названий: «биовар», «серовар», «фаговар» и другие вместо «биотип», «серотип», «фаготип». Введение суффикса «вар» взамен «тип» объясняется необходимостью резервировать в бактериологии это слово для чисто классификационных целей (голотип, неотип и т. д.). Термин «тип» используют в смысле «номенклатурный тип», обязательный для каждой таксономической категории. При этом название более высокого таксона должно происходить от «номенклатурного типа» более низкого ранга. Например, для семейства Vibrionaceae типовым родом (type genus) является Vibrio. Это правило применено еще не во всех случаях. Однако именно в связи с этим Юридической комиссией Международного комитета систематической бактериологии в 1979 г. было принято решение об изменении наименования семейства Enterobacteriaceae с типовым родом Escherichia на Enterobacteraceae с типовым родом Enterobacter. Естественно, что это не нашло отражения в 8-м издании «Определителя бактерий Берги».

* Approved lists of bacterial names (1980). Русское издание. — Одобренные списки названий бактерий (1982).

Таблица 2. Основные биохимические характеристики главных групп Enterobacteriaceae c Ι по ΙV (по Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, 1974)

Тест или субстрат	Группа (триба) I					Группа II				Группа III	Группа IV
	Escherichia	Edvardsiella	Citrobacter	Salmonella	Shigella	Klebsiella	Enterobakter	Hafnia	Serratia	Proteus	Yersinia
Каталаза	+	+	+	+	D	+	+	+	+	+	+
Оксидаза	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
ß-Галактозидаза	+	—	+	D	d	+	+	+	+	—	+
Газообразование из глюкозы при 37 0C	+	+	+	+	—	d	+	+	d	D	—
KCN	—	—	+	D	—	+	+	+	+	+	—
Myкат (кислота)	+	—	+	D	—	d	d	—	—
Редукция нитратов	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Г+Ц, моль%	50-51			50-53		52-56	52-59	52-57	53-59	39-50	45-47

Углеводы

Адонит	—	—	—	—	—	d	+	—	d	D	D
Арабиноза	+	—	+	+		+	+	+	—	—	+
Дульцит	d	—	d	D	D	d	—	—	—	—	—
Эскулин	D	—	d	—			D	—	—	d	D
Инозит	—	—	—	d	—	+	D	—	d	D	—
Лактоза	+/X	—	+/X	D	D	D	+	—	—	—	—
Мальтоза	+	+	+	+		+	+	+	+	D	+
Манит	+	—	+	+	D	+	+	+	+	D	+
Салицин	d	—	d	—	—	+	+	—	+	d	D
Сорбит	+	—	+	+
Сахароза	d	—	d	—	D	+	+	-/X	+	D	D
Трегалоза	+	—	+	+		+	+	+	+	d	+
Ксилоза	d	—	+	+	D	+	+	+	d	D	D