3. Систематика і номенклатура мікроорганізмів
Велике видове різноманіття мікроорганізмів як за морфологічними ознаками, так і фізіологічними, потребує їх систематизації Одним із інструментів систематизації є біологічна класифікація.
Біологічна класифікація — це уніфікований підхід, яким користуються в біології для категоризації існуючих та вимерлих живих істот. Базовим елементом в білогічній класифікації є вид.
Наведемо приклад біологічної класифікації виду Homo sapiens L. (вид Людина розумна)
Домен — Ядерні (Eukaryota)
Царство — Тварини (Metazoa)
Тип — Хордові (Chordata)
Підтип — Черепні (Craniata)
Надклас — Щелепні (Gnathostomata)
Клас — Ссавці (Mammalia)
Підклас — Плацентарні, або вищі звірі (Eutheria)
Ряд — Примати (Primates)
Родина — Гомініди (Hominidae)
Рід — Людина (Homo)
Вид — Людина розумна (Homo sapiens)
Рис. 1.1. Ієрархічна схема класифікації живого
Найдавніша система біологічної класифікації була розроблена давньогрецьким філософом Аристотелем, який класифікував тварин, базуючись на способі їхнього пересування (землею, водою чи повітрям).
Сучасна класифікація побудована на засадах, запропонованих Карлом Ліннеєм, який перший згрупував види живих істот на основі спільних анатомічних характеристик. Пізніше ця класифікація було скорегована з огляду на філогенетику (науку, що засновується на теорії еволюції Чарльза Дарвіна), з метою відображення еволюційних зв'язків між організмами.
Карл Лінней запропонував бінарну, або біномінальную (подвійну), номенклатуру для всіх живих організмів.
Дана номенклатура включає родову і видову назву мікроорганізмів, причому родове найменування пишеться із великої букви, а видове – із маленької та в кінці прибавляється L. (від прізвища – Лінней).
Згідно цьому принципу кожна жива істота (рослина, тварина, мікроорганізм) позначається двома латинськими словами, причому в назву кожного виду входить і назва роду. Рід, як правило, іменник, а вигляд - прикметник. Наприклад, Sarcina luteus L.
Щоб краще орієнтуватися у особливостях мікроорганізма, у найменування виду або роду вводиться або фізіологічна або загальнийбіологічна ознака, за якою мікроорганізм став відомий, наприклад, Acetobacter aceti L. - бактерія, яка утворює оцтову кислоту, або Vibrio cholerae L. – вібріон холери.
Щоб орієнтуватися в інформації, що накопичується, про мікроби, необхідно познайомитися з їх систематикою, таксономієй, номенклатурою і визначниками, по яких можна встановити рід і вид мікроорганізму.
Усі дуже близькі за морфологічними і фізіологічними ознаками організми відносяться до одного виду (Species). Види об'єднуються в роди (Genus), роди – у родини (Familia), родини групуються у порядки (Ordo), порядки - у класи (Classis) і класи - у типи (Divisio), типи – у царства (Regnum), а царства – у над царства або домени (Domain).
В процесі класифікації та розпізнавання мікроорганізмів було сформовано ряд класифікаційних термінів та понять, а саме: систематика, таксономія, номенклатура, які потрібно відрізняти і знати.
Систематика - наука про принципи і методи побудови системи і зв'язки або відносини між таксонами.
Таксономія - частина систематики, що вивчає зв'язки між окремими групами організмів систематичними одиницями, підпорядкованість і межі систематичних категорій, таксонів.
Таксон – група організмів, яка відрізняється від інших груп рядом спільних ознак (як правило, фізіологічних та генетичних).
Номенклатура - це правила найменування організмів і таксонів, які загльноприйняті в даній галузі біології.
Прийнята в мікробіології латинська номенклатура інтернаціональна. Таксономія і номенклатура допомагають впорядкуванню системи мікроорганізмів, а також полегшують їх класифікацію.
Основною таксономічною одиницею систематики бактерій є вид.
Вид - це сукупність особин, яка виникла в процесі еолюції і характеризується єдиним генотип, який в стандартних умовах виявляється подібними морфологічними, фізіологічними, біохімічними і іншими ознаками.
Вид не є кінцевою одиницею систематики. Усередині виду виділяють відміни мікроорганізмів, що відрізняються окремими ознаками. Так, розрізняють такі відміни бактеріальних міроорганізмів:
1) сировари (за антигенною структурою);
2) хемовари (за чутливістю до хімічних речовин);
3) фаговари (за чутливістю до фагів);
4) ферментовари (за чутливістю до фагів);
5) бактеріоциновари;
6) бактеріоциногеновари.
Бактеріоцини - речовини, що продукуються бактеріями і що згубно діють на інші бактерії. За типом продукованих бактеріоцина розрізняють бактеріоциновари, а по чутливості - бактеріоциногеновари.
Для видової ідентифікації бактерій необхідно знати наступні їх властивості:
1) морфологічні (форму і структуру бактерійної клітки);
2) тинкторіальні (здатність забарвлюватися різними фарбниками);
3) культуральні (характер росту на поживному середовищі);
4) біохімічні (здатність утилізувати різні субстрати);
5) антигенні.
Види, пов'язані генетичною спорідненістю, об'єднують в роди, роди – в родини, родини - в порядки. Вищими таксономічними одиницями є класи, типи, царства і над царства (домени).
Згідно сучасній систематиці патогенні мікроорганізми відносяться до надцарства прокаріот, патогенні найпростіші і гриби, - до царства еукаріот, віруси об'єднуються в окреме царство - Vira.
Всі прокаріоти, що мають єдиний тип організації клітин, об'єднані в один тип - Bacteria. Проте окремі їх групи відрізняються структурними і фізіологічними особливостями. На цій підставі виділяють:
1) власне бактерії;
2) актиноміцети;
3) спірохети;
4) рикетсії;
5) хламідії;
6) мікоплазми.
В даний час для систематики мікроорганізмів найбільш часто використовується два види класифікації філогенетична (природна, заснована на еволюційній спорідненості МО) і фенотипічна (штучна).
Філогенетичну класифікацію розробив і запропонував відомий радянський мікробіолог В.И. Кудрявцев.
Філогенетична класифікація повинна відображати еволюцію, спорідненість і спільність походження мікроорганізмів, що об'єднуються в таксон. У бактерій важко визначити споріднені зв'язки, тому розробка природної класифікації - об'єднання бактерій споріднених форм загального походження і побудова родовідного древа не завершена до цих пір.
У зв'язку з цим основна увага приділялася розвитку і вдосконаленню фенотипічної класифікації, заснованої на ознаках фенотипу організму, що сформувалися в процесі індивідуального розвитку організму. Таку класифікацію стали називати класичною.
Природну класифікацію існуючих бактерій і актиноміцетів розробив радянський мікробіолог-флорист Н.А. Красильников.
З метою визначення роду і виду мікроорганізмів у фенотипічній класифікації використовують наступні ознаки: морфологічні (форма клітки, наявність і місцезнаходження джгутиків, здібність до утворення ендоспор, забарвлення по Граму); культуральні (ознаки колоній); фізіологічні (відношення до кисню, тип живлення, спосіб отримання енергії, склад утворюваних продуктів).
Прикладом фенотипічної класифікації служить нумерична (числова) таксономія, принципи якої були розроблені французьким ботаніком Адансоном. Нумерична таксономія використовує не менше як 100 ознак для ідентифікації мікроорганізмів. В процесі розробки нумеричної таксономії та опису цих ознак досліджувалися чисті культури мікроорганізмів – це мікроорганізми одного виду, вирощені на поживному середовищі.