
- •Лекційний курс з дисципліни
- •2. Становлення та розвиток мікробіології.
- •2.1. Морфологічний період розвитку мікробіології
- •2.2. Еколого-фізюлогічний період розвитку мікробіології.Відкриття луї пастера.
- •2.3. Відкриття роберта коха. Розробка методів досліджень
- •2.4. Внесок у розвиток мікробіології вітчизняних учених
- •2.5. Розвиток мікробіології у XX ст.
- •3.Положення мікроорганизмів у природі.
- •3.1. Прокаріоти та еукаріоти.
- •3.2. Загальні властивості мікроорганізмів
- •Тема 2: морфологія та будова прокаріотної клітини.
- •2. Будова мікробної клітини.
- •2.1. Клітинна стінка мікроорганізмів та її поверхневі структури.
- •2.2. Мембрани мікробних клітин. Цитоплазматична мембрана.
- •2.3. Мембранні утворення у прокаріот.
- •2.4. Внутрішньоклітинні структури.
- •3. Ендоспори та інші форми спокою у бактерій.
- •3.1. Характеристика спороутворювальних бактерій.
- •3.2. Спороутворення (споруляція)
- •3.3. Інші форми спокою (цисти, екзоспори, міксоспори)
- •4. Відмінності прокаріот та еукаріот.
- •1. 1. Фізичні фактори.
- •1.2. Хімічні фактори.
- •1.3. Методи стерилізації.
- •2. Адаптивні реакції мікроорганізмів на стресові дії.
- •3.Хімічний склад бактеріальної клітини.
- •4. Живлення мікроорганізмів.
- •5. Фізіологія росту та розмноження бактерій.
- •Тема 4: систематика прокаріот.
- •1.1. Термінологія, що використовується в систематиці.
- •1.2. Концепція виду в бактеріології.
- •1.3. Історичні аспекти систематики бактерій.
- •3.1. Фенотипова систематика.
- •3.2.Геносистематика бактерій.
- •3.3. Філогенетична класифікація.
- •Тема 5: генетика мікроорганізмів.
- •1.Організація генетичного матеріалу бактерії.
- •2.Мінливість мікроорганізмів.
- •3.Генетичні рекомбінації.
- •4.Практичне значення генетики бактерій.
- •Тема 6: механізми обміну речовин і перетворення енергії у мікроорганізмів.
- •2. Біосинтетичні процеси у мікроорганізмів
- •3.Типи бродіння.
- •4. Перенесення електронів в анаеробних умовах (анаеробне дихання).
- •5. Використання неорганічних донорів водню: аеробні хемолітотрофні бактерії
- •6. Фіксація молекулярного азоту
- •7. Фототрофні бактерії та фотосинтез.
- •Тема 7: мікроорганізми і навколишнє середовище.
- •2. Типи взаємовідносин між організмами в природі.
- •3. Екологія мікроорганізмів.
- •4. Мікрофлора організму людини. Патогенні мікроби. Токсини. Інфекція.
- •5. Еволюція мікроорганізмів.
3.3. Філогенетична класифікація.
До 1977 р. серед мікробіологів загальновизнаним вважалося існування двох царств живих організмів — прокаріот та еукаріот. У 1977 р. К.Р. Везе та Г.Е. Фокс порівняли нуклеотидні послідовності 16S рРНК (і аналогічні еукаріотичні 18S рРНК) у широкого спектра живих організмів. Отримані ними результати показали,що існує три царства живих організмів: архебактерії, еубактерії та еукаріоти. Архебактерії та еубактерії розрізняються між собою настільки, як кожні з них відрізняються від еукаріот.
Результати досліджень, проведених К.Р. Везе та Е. Стекебрандтом у першій половині 80-х років XX ст., показали, що при аналізі нуклеотидних послідовностей 16S рРНК еубактерії поділяються на 11 основних груп (рис.4.2).
1. Грампозитивні бактерії утворюють одну групу (виняток — Deinococcus), яка складається з двох підгруп: клостридії (з низьким вмістом ГЦ у ДНК) та актиноміцети (з високим вмістом ГЦ у ДНК). У цю групу ввійшли також і деякі мікоплазми.
Підгрупа "Clostridium" об'єднує такі роди: Acetobacterium, Clostridium, Eubacterium,Acetogenium,Acholeplasma, Mycoplama, Spiroplasma, Bacillus, Brochothrix, Listeria, Gamella, Enterococcus, Streptococcus, Kurthia, Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Peptococcus, Planococcus, Staphylococcus, Ruminococcus, Sarcina, Sporolactobacillus, Sporosarcina, Thermoactinomyces, Erysipelothrix, Aerococcus. У підгрупу "Actinomycetes" увійшли: Actinomadura, Nocardiopsls, Actinomyces, Bifidobacterium, Propionibacterium, Actino-planes, Ampullarielta, Arthrobacter, Micrococcus, Aureobacterium, Brevibacterium, Cellulomonas, Curtobacterium, Microbacterium, Nocardioides, Kitasatosporia, Microellobosporia, Promicromonospora, Streptosporangium, Streptouerticillium, Thermomonospora, Corynebacterium, Dactylosporangium, MLcromonospora, Microbacterium, Rhodococcus, Nocardia, Streptomyces, Dermatophilus, Geodermatophllus, Stomatococcus, Frankia.
2. Deinococcus і близькоспоріднені коки характеризуються атиповою клітинною стінкою.
3. Ціанобактерії та хлоропласти вищих рослин і водоростей, гетеротрофний представник цієї групи не був виявлений.
4. Одна з основних груп еубактерій, яка складається з підгруп Bacteroides, Flavobacterium, Cytophaga. Остання підгрупа поділяється на дві лінії, в кожній з яких є флавобактерії.
5. Спірохети утворюють групу з трьох підгруп, в яких комбінуються Spirochaeta, Borrelia, Treponema; периферійний член цієї гілки — Leptospira.
6. Група об'єднує BdeUovibrio, міксококи, дисиміляторні сірко- і сульфатовідновлювальні бактерії, які майже не мають спільних таксономічних ознак. Наявність сульфатовідновлювальних бактерій також серед архебактерій, грамнегативних і грампозитивних бактерій свідчить про те, що їх еволюція могла йти різними шляхами.
7. Група Plantomyces та Pirella — організми, які брунькуються, мають білкову клітинну стінку (відсутня мурамова та діамінопімелінова кислоти). Дуже низьке значення SAB (0,15) з іншими бактеріями вказує на те, що члени цієї групи є нащадками найдавнішої групи еубактерій.
Рис. 4.2. Дендрограма формування основних ліній еволюції в царстві еубактерій
8. Haloanaerobiaceae — анаеробні, помірно галофільні бактерії з низьким вмістом ГЦ у ДНК.
9 і 10. Зелені сіркові бактерії — окрема лінія еволюції Chloroblum vibrioforme.
11. Найскладніша для розуміння та інтерпретації група, яка представлена пурпуровими та спорідненими з ними грамнегативними бактеріями. До неї увійшли фєнотипово різні організми. Склад групи 11 практично ніяк не узгоджується з існуючою класифікацією бактерій, наведеною у визначнику Бергі-9. Група об'єднує три основні підгрупи (альфа, бета, гамма), кожна з яких містить фототрофні бактерії. Причому таке згрупування було отримано на основі як результатів ДНК—ДНК-гібридизації, так і визначення нуклеотидних послідовностей 16S рРНК. Передбачають, що спільним предком цієї групи бактерій був фототроф .
У 1988 р. ця група бактерій була об'єднана в клас Proteobacteria, який нині містить поки що умовні підкласи (subdivisions) "альфа", "бета", "гамма" та "дельта". Розподіл найважливіших родів класу Proteobacteria за підкласами і типами живлення . Порівняння філогенетичної структури бактерій з традиційною фенотиповою систематикою (особливо група 11) відразу показує значні відмінності. Інша картина спостерігається для архебактерій, класифікація яких з самого початку базувалась на аналізі 16S рРНК. Філогенетична структура архебактерій цілком узгоджується з фенотиповою класифікацією .
В останньому, третьому, виданні книги "Prokaryotes" (1999 p.) на відміну від попередніх (1986 і 1992 pp.) наведено класифікацію бактерій з урахуванням філогенетичного аналізу. Нині існує електронна версія цієї книги, яка постійно оновлюється, а кожні чотири роки піддається перегляду та ревізії. Далі для кожної групи бактерій вказано кількість таксонів різного рангу за третім виданням книги "Prokaryotes".
Archaea
Об'єднує три порядки (Thermoproteales, Sulfolobales, Thermococcales), одну родину (Halobacteriaceae), два роди (Archaeoglobus і Thermoplasma), метаногенні бактерії (таксон невизначеного рангу).
Васteria
1. Відділ A. Firmicutes містить в собі дев'ять родин (Streptomycetaceae, Pseudonocardiaceae, Frankiaceae, Thermomonosporaceae, Streptosporangiaceae, Nocardiaceae, Cellulomonadaceae, Dermatophilaceae, Heliobacteriaceae), 67 родів, а також таксони невизначеного рангу (Lactobacillus, Carnobacterium, анаеробні грампозитивні коки).
2. Відділ В. Cyanobacteria — один порядок (Prochlorales).
3. Відділ С. Proteobacteria — сім родин (Enterobacteriaceae, Vibrionaceae, Pseudomonaceae, Azotobacteriaceae, Halomonadaceae, Chromatiaceae, Ectothiorhodospiraceae), 78 родів, а також таксони невизначеного рангу (Rhizobia; Moraxella; Myxobacteria; бактерії, що окиснюють марганець; літотрофні бактерії, що окис-нюють амоній; незвично вигнуті бактерії; грамнегативні мезофільні сульфатовідновлювальні бактерії).
4. Спірохети — чотири роди (Spirochaeta, Treponema, Borrelia, Leptospira).
5. Chlorobiaceae — порядок Cytophagales, родину Chlorobiaceae, сім родів.
6. Хламідії — рід Chlamydia.
7. Плантоміцети і споріднені бактерії — порядок Plantomycetales і чотири роди.
8. Родина Deinococcaceae, рід Thermus, а також споріднені мікроорганізми.
9. Chloroflexaceae і споріднені бактерії — родина Chloroflexaceae і чотири роди.
10. Рід Verrucomicrobium.
11. Порядок Thermotogales.
Частина таксонів філогенетично не окреслена. До них належать більшість форм, що ростуть у симбіозі з іншими організмами; термофільні аеробні водневі бактерії; морфологічно різні бактерії, які окиснюють сірку; великі спірохети-симбіонти; організми, подібні до мікоплазм (патогенні для рослин); 12 родів бактерій (у тому числі Zooglea, Leptotrickia, Gallionella, Caulococcus, Kuznezovia, Siderocapsa, Fusobacterium) і деякі інші.
Порівняльна оцінка класифікації бактерій з урахуванням філогенетичного підходу, наведеної у книзі "Prokaryotes" (1999 p.), і фенотипової класифікації у Визначнику бактерій Бергі-9 демонструє суттєві відмінності між ними.
Слід зазначити, що нині готується десяте видання Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, в якому будуть відображені останні вдосконалення у бактеріології й таксономії. Нове видання одного з найавторитетніших керівництв з бактеріальної таксономії повністю реорганізовано з урахуванням філогенетичної класифікації бактерій. У порівнянні з попереднім виданням Вегgey's Manual of Systematic Bacteriology, опублікованим у 1984 p., це видання розширене за рахунок опису понад 2200 нових видів і 390 нових родів. Десяте видання Bergey's Manual of Systematic Bacteriology матиме п'ять томів. Перший том присвячено архе- та фототрофним бактеріям, другий — грамнегативним бактеріям (The Proteobacteria), третій — грампозитивним бактеріям із низьким вмістом ГЦ у ДНК, четвертий — грампозитивним бактеріям із високим вмістом ГЦ у ДНК, п'ятий — плантоміцетам, спірохетам, фузобактеріям та ін.