Принципы классификации микроорганизмов

Микроорганизмами (микробами) принято считать одноклеточных организмов, размер которых не превышает 0,1 мм. Представители этой многочисленной группы могут иметь различную клеточную организацию, морфологические признаки и возможности метаболизма, то есть главным признаком, объединяющим их, является размер. Сам термин «микроорганизм» не наделен таксономическим смыслом. Микробы принадлежат к самым разным таксономическим единицам, причем другие представители этих единиц могут быть многоклеточными и достигать больших размеров.

Общие подходы к классификации микроорганизмов

В результате постепенного накопления фактического материала о микробах возникла необходимость введения правил для их описания и систематизации.

Для классификации микроорганизмов характерно наличие следующих таксонов: домен, филум, класс, порядок, семейство, род, вид. В микробиологии ученые используют биномиальную систему характеристики объекта, то есть номенклатура включает названия рода и вида.

Для большинства микроорганизмов характерно крайне примитивное и универсальное строение, следовательно, их разбиение на таксоны невозможно осуществить только по морфологическим признакам. В качестве критериев привлекаются и функциональные особенности, и молекулярно-биологические данные, и схемы протекания биохимических процессов и т. д.

Особенности идентификации

Чтобы идентифицировать неизвестный микроорганизм проводят исследования по изучению следующих свойств:

1. Цитология клеток (прежде всего принадлежность к про- или эукариотическим организмам).
2. Морфология клеток и колоний (в конкретных условиях).
3. Культуральные характеристики (особенности роста на разных средах).
4. Комплекс физиологических свойств, на котором основана классификация микроорганизмов по типу дыхания (аэробные, анаэробные)
5. Биохимические признаки (наличие или отсутствие определенных метаболических путей).
6. Набор молекулярно-биологических свойств, включающий учет последовательности нуклеотидов, возможности гибридизации нуклеиновых кислот с материалом типовых штаммов.
7. Хемотаксономические показатели, подразумевающие учет химического состава различных соединений и структур.
8. Серологические характеристики (реакции «антиген - антитело»; особенно для патогенных микроорганизмов).
9. Наличие и характер чувствительности к специфическим фагам.

Систематика и классификация микроорганизмов, относящихся к прокариотам, осуществляется с помощью «Руководства Берджи по систематике бактерий». А идентификация осуществляется с использованием определителя Берджи.

Различные способы классификации микробов

Чтобы определить таксономическую принадлежность того или иного организма, применяют несколько методов классификации микроорганизмов.

При формальной нумерической классификации все признаки считаются одинаково значимыми. То есть учитывается наличие или отсутствие того или иного признака.

Морфофизиологическая классификация подразумевает изучение совокупности морфологических свойств и особенностей протекания метаболических процессов. В данном случае наделяется смыслом и значимость того или иного свойства у объекта. Помещение микроорганизма в ту или иную таксономическую группу и присвоение имени зависят прежде всего от типа клеточной организации, морфологии клеток и колоний, а также характера роста.

Учет функциональных характеристик предусматривает возможность использования микроорганизмами различных питательных веществ. Также важна зависимость от определенных физико-химических факторов среды, а в частности пути получения энергии. Есть такие микробы, для идентификации которых необходимо проведение хемотаксономических исследований. Патогенные микроорганизмы нуждаются в серодиагностике. Для интерпретации результатов вышеуказанных тестов применяется определитель.

При молекулярно-генетической классификации анализируют строение молекул важнейших биополимеров.

Порядок идентификации микрорганизмов

В наше время идентификация конкретного микроскопического организма начинается с выделения его чистой культуры и проведения анализа нуклеотидной последовательности 16S рРНК. Таким образом, осуществляется определение места микроба на филогенетическом древе, а последующая конкретизация по роду и виду проводится с помощью традиционных микробиологических методов. Значение совпадений, равное 90 % позволяет определить родовую принадлежность, а 97 % - видовую.

Еще более четкая дифференцировка микроорганизмов по роду и виду возможна при использовании полифилетической (полифазной) таксономии, когда определение последовательностей нуклеотидов сочетается с использованием информации различных уровней, вплоть до экологического. То есть предварительно осуществляется поиск групп схожих штаммов с последующим определением филогенетических позиций этих групп, фиксацией различий между группами и их ближайшими соседями, сбором данных, позволяющих дифференцировать группы.

Основные группы эукариотических микроорганизмов: водоросли

Этот домен включает в себя три группы, где есть микроскопические организмы. Речь идет о водорослях, простейших и грибах.

Водоросли являются одноклеточными, колониальными или многоклеточными фототрофами, осуществляющими оксигенный фотосинтез. Разработка молекулярно-генетической классификации микроорганизмов, относящихся к этой группе, еще не закончена. Поэтому на данный момент на практике применяется классификация водорослей на основе учета состава пигментов и запасных веществ, строения клеточной стенки, наличия подвижности и способа размножения.

Типичными представителями этой группы являются одноклеточные организмы, принадлежащие к динофлагеллятным, диатомовым, эвгленовым и зеленым водорослям. Для всех водорослей характерно образование хлорофилла и различных форм каротиноидов, а вот способность к синтезу других форм хлорофиллов и фикобилинов у представителей группы проявляется по-разному.

Сочетание тех или иных пигментов обусловливает окрашивание клеток в различные цвета. Они могут быть зелеными, бурыми, красными, золотистыми. Пигментация клеток является видовой характеристикой.

Диатомовые водоросли являются одноклеточными планктонными формами, у которых клеточная стенка имеет вид кремниевого двустворчатого панциря. Часть представителей способна к передвижению по типу скольжения. Размножение как бесполое, так и половое.

Местами обитания одноклеточных эвгленовых водорослей являются пресноводные водоемы. Передвигаются при помощи жгутиков. Клеточной стенки нет. Способны к росту в условиях темноты за счет процесса окисления органических веществ.

У динофлагеллят особое строение клеточной стенки, она состоит из целлюлозы. У этих планктонных одноклеточных водорослей имеются два боковых жгутика.

Для микроскопических представителей зеленых водорослей местами обитания являются пресные и морские водоемы, почва и поверхность разных наземных объектов. Есть неподвижные виды, а некоторые способны к передвижению с использованием жгутиков. Так же как у динофлагеллят, у зеленых микроводорослей есть целлюлозная клеточная стенка. Характерно запасание крахмала в клетках. Размножение осуществляется как бесполым, так и половым способом.

Эукариотические организмы: простейшие

Основные принципы классификации микроорганизмов, принадлежащих к простейшим, основаны на морфологических характеристиках, которые сильно различаются у представителей данной группы.

Повсеместное распространение, ведение сапротрофного или паразитического образа жизни во многом обусловливает их многообразие. Пищей свободноживущим простейшим служат бактерии, водоросли, дрожжи, другие простейшие и даже мелкие членистоногие, а также мертвые остатки растений, животных и микроорганизмов. У большинства представителей нет клеточной стенки.

Они могут вести неподвижный образ жизни или передвигаться с помощью различных приспособлений: жгутиков, ресничек и ложноножек. Внутри таксономической группы простейших есть еще несколько групп.

Представители простейших

Амебы осуществляют питание путем эндоцитоза, передвигаются при помощи ложноножек, суть размножения заключается в примитивном делении клетки надвое. Большая часть амеб - свободноживущие водные формы, однако есть и такие, которые вызывают болезни человека и животных.

В клетках инфузорий имеются два разных ядра, бесполое размножение заключается в поперечном делении. Есть представители, для которых характерно половое размножение. В движении принимает участие скоординированная система ресничек. Эндоцитоз осуществляется путем захвата пищи специальной ротовой полостью, а остатки выводятся через отверстие на заднем конце. В природе инфузории обитают в загрязненных органическими веществами водоемах, а также рубце жвачных животных.

Для жгутиконосцев характерно наличие жгутиков. Поглощение растворенных питательных веществ осуществляется всей поверхностью ЦПМ. Деление происходит только в продольном направлении. Среди жгутиконосцев есть как свободноживущие, так и симбиотические виды. Основные симбионты человека и животных - трипаносомы (вызывают сонную болезнь), лейшмании (вызывают труднозаживающие язвы), лямблии (приводят к кишечным расстройствам).

У споровиков из всех простейших самый сложный жизненный цикл. Самый известный представитель споровиков - малярийный плазмодий.

Эукариотические микроорганизмы: грибы

Классификация микроорганизмов по типу питания относит представителей этой группы к гетеротрофам. Для большинства характерно образование мицелия. Дыхание, как правило, аэробное. Но встречаются и факультативные анаэробы, которые могут переключиться на спиртовое брожение. Способы размножения - вегетативное, бесполое и половое. Именно этот признак служит критерием для дальнейшей классификации грибов.

Если говорить о значении представителей этой группы, то наибольший интерес здесь представляет сборная нетаксономическая группа дрожжей. Туда входят грибы, у которых отсутствует мицелиальная стадия роста. Среди дрожжей много факультативных анаэробов. Однако встречаются и патогенные виды.

Основные группы микроорганизмов-прокариотов: археи

Морфология и классификация микроорганизмов-прокариотов объединяет их в два домена: бактерии и археи, представители которых имеют много существенных отличий. У архей нет типичных для бактерий пептидогликановых (муреиновых) клеточных стенок. Для них характерно наличие другого гетерополисахарида – псевдомуреина, в котором нет N-ацетилмурамовой кислоты.

Археи делятся на три филума.

Особенности строения бактерий

Принципы классификации микроорганизмов, объединяющие микробов в данный домен, основаны на особенностях строения клеточной оболочки, а в частности содержании в ней пептидогликана. На данный момент в домене насчитывается 23 филума.

Бактерии - это важное звено круговорота веществ в природе. Суть их значения в этом глобальном процессе состоит в разложении растительных и животных остатков, очищении загрязненных органикой водоемов, модифицировании неорганических соединений. Без них существование жизни на Земле стало бы невозможным. Эти микроорганизмы живут везде, их метом обитания могут быть почва, вода, воздух, организм человека, животных и растений.

По форме клеток, наличию приспособлений для движения, сочленению клеток между собой этого домена осуществляется внутри последующая классификация микроорганизмов. Микробиология рассматривает следующие типы бактерий исходя из формы клеток: округлые, палочковидные, нитчатые, извитые, спиралевидные. По типу движения бактерии могут быть неподвижными, жгутиковыми или передвигаться за счет выделения слизи. Исходя из способа сочленения клеток друг с другом, бактерии могут быть изолированными, сцепленными в виде пар, гранул, также встречаются ветвящиеся формы.

Патогенные микроорганизмы: классификация

Патогенных микроорганизмов много среди палочковидных бактерий (возбудители дифтерии, туберкулеза, брюшного тифа, сибирской язвы); простейших (малярийный плазмодий, токсоплазма, лейшмания, лямблия, трихомонада, некоторые патогенные амебы), актиномицетов, микобактерий (возбудители туберкулеза, проказы), плесневых и дрожжеподобных грибов (возбудители микозов, кандидоза). Грибы способны вызвать всевозможные поражения кожи, например разные виды лишая (за исключением опоясывающего, в появлении которого участвует вирус). Некоторые дрожжи являясь постоянными обитателями кожи, в условиях нормальной работы иммунной системы не оказывают пагубного влияния. Однако если активность иммунитета снижается, то они вызывают появление себорейного дерматита.

Группы патогенности

Эпидемиологическая опасность микроорганизмов является критерием для объединения всех болезнетворных микробов в четыре группы, соответствующие четырем категориям риска. Таким образом, группы патогенности микроорганизмов, классификация которых приведена ниже, представляют наибольший интерес для микробиологов, так как напрямую влияют на жизнь и здоровье населения.

Наиболее безопасная, 4-я группа патогенности, включает микробов, не представляющих угрозы здоровью отдельного человека (или риск этой угрозы ничтожно мал). То есть опасность заражения очень мала.

3-я группа характеризуются умеренным риском заражения для отдельного индивида, низким риском для общества в целом. Такие патогены теоретически могут вызвать заболевание, и даже если это произойдет, то имеются проверенные эффективные методы лечения, а также комплекс профилактических мер, способных предотвратить распространение инфекции.

Во 2-ю группу патогенности входят микроорганизмы, представляющие высокие показатели риска для индивидуума, но низкие для общества в целом. В этом случае патоген может вызывать тяжелое заболевание у человека, однако распространения его от одного инфицированного к другому не происходит. Эффективные методы лечения и профилактики имеются.

1-я группа патогенности характеризуется высоким риском как для индивидуума, так и для общества в целом. Патоген, вызывающий тяжелое заболевание у человека или животного, может легко передаваться различными способами. Эффективные методы лечения и профилактические меры обычно отсутствуют.

Патогенные микроорганизмы, классификация которых определяет их принадлежность к той или иной группе патогенности, приносят большой урон здоровью общества, только если относятся к 1-й или 2-й группе.