Бактерии: основные биологические свойства и методы их изучения. Принципы современной систематики бактерий.

Бакте́рии (эубактерии (лат. Eubacteria), др.-греч. βακτήριον — палочка) — домен живых организмов (по трёхдоменной системе Карла Вёзе наряду с археями и эукариотами). Бактерии и археи относятся к прокариотным (безъядерным) микроорганизмам, чаще всего одноклеточным. К настоящему времени описано около десяти тысяч видов бактерий и предполагается, что их существует свыше миллиона.

Строение.

Подавляющее большинство бактерий (за исключением актиномицетов и нитчатых цианобактерий) одноклеточны. По форме клеток они могут быть округлыми (кокки), палочковидными (бациллы, клостридии, псевдомонады), извитыми (вибрионы, спириллы, спирохеты), реже — звёздчатыми, тетраэдрическими, кубическими, C- или O-образными. Формой определяются такие способности бактерий, как прикрепление к поверхности, подвижность, поглощение питательных веществ. Отмечено, например, что олиготрофы, то есть бактерии, живущие при низком содержании питательных веществ в среде, стремятся увеличить отношение поверхности к объёму, например, с помощью образования выростов (т. н. простек).

Из обязательных клеточных структур выделяют три:

1. нуклеоид,

2. рибосомы,

3. цитоплазматическая мембрана (ЦПМ).

С внешней стороны от ЦПМ находятся несколько слоёв (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол), называемых клеточной оболочкой, а также поверхностные структуры (жгутики, ворсинки). ЦПМ и цитоплазму объединяют вместе в понятие протопласт.

Для видовой идентификации бактерий нужно знать следующие их свойства:

· морфологические (форма, строение клетки);

· культуральные (способ питания, условия размножения, т. е факторы роста бактериальной культуры);

· тинкториальные (реакция на красители, помогающая определить степень опасности для здоровья);

· биохимические (расщепление питательных веществ, выделение продуктов жизнедеятельности, синтез ферментов, белков, витаминов);

· антигенные (от англ. antibody-generator – «производитель антител»), вызывающие иммунную реакцию организма.

Морфологические свойства определяют с помощью микроскопии (рассматривая в обычный или электронный микроскоп). Культуральные (биологические) свойства проявляются во время роста культур на питательных средах. Идентификация по биохимическим свойствам нужна для определения отношения клетки к кислороду (способ дыхания), ее ферментативных и редуцирующих (восстановительных) свойств (редукция – химический процесс отнятия кислорода или замена его на водород). Кроме того, биохимические исследования изучают образование отходов жизнедеятельности бактерий (токсинов) и их влияние на окружающую среду.

Анализ всех этих свойств в совокупности помогает определить вид бактериальной клетки. Такая идентификация дает возможность отличать «хорошие» бактерии, приносящие пользу, от вредных болезнетворных микробов с отрицательными свойствами. Строго говоря, это разделение достаточно условно. Один и тот же вид бактерий может оказывать положительное или отрицательное действие в зависимости от ситуации. Например, кишечная палочка является частью микрофлоры здорового человека и принимает активное участие в пищеварении. Но стоит популяции этих бактерий разрастись выше граничных параметров – возникает опасность отравления токсинами, опасными для здоровья.

Систематика (= таксономия) бактерий является одним из наиболее важных и сложных, но менее разработанных разделов микробиологии.

· Задачами систематики являются классификация, номенклатура и идентификация организмов.

· Классификация – распределение множества организмов по группам (таксонам).

· В настоящее время в микробиологии приняты два различных подхода к систематике, обусловливающих наличие двух систем классификации: филогенетической (естественной) и фенотипической (искусственной).

· В основу филогенетической классификации положена идея создания системы прокариот, объективно отражающей родственные отношения между разными группами бактерий и историю их эволюционного развития.

· Фенотипическая классификация преследует, в первую очередь, практические цели, которые заключаются в том, чтобы быстрее установить принадлежность микроорганизма к определенному таксону. Общепринятой схемы классификации бактерий не существует, но наиболее популярной и широко применяемой является схема, приведенная в «Определителе бактерий Берджи». Первое издание его вышло в 1923 году, последнее (9–е) – в 1994 году. Описание бактерий приводится по группам (35 групп), в состав которых включены семейства, роды и виды.

· Номенклатура – присвоение названий отдельным группам и видам микроорганизмов. В систематике бактерий, так же как и в ботанике, зоологии, принята бинарная номенклатура, согласно которой бактериям присваивается название, состоящее из двух слов: первое определяет их принадлежность к конкретному роду, второе – к виду. Например, Clostridium botulinum иClostridium tetani – два различных вида бактерий, которые относятся к одному роду. Названия бактериям присваивают в соответствии с правилами Международного кодекса номенклатуры бактерий.

· Вид – это основная таксономическая категория. В микробиологии под видом обычно понимают типовой штамм и все остальные штаммы, которые считаются достаточно сходными с типовым штаммом.

· Типовой штамм– это штамм, выбранный в качестве постоянного образца того, что подразумевается под данным видом. Культуры типовых штаммов находятся в различных коллекциях (например, американская коллекция типовых культур).

· Виды объединяются в роды, роды – в семейства, семейства – в порядки, далее следуют классы, отделы, царства. В микробиологии существуют также более мелкие таксономические единицы, чем вид: подвид (subspeciens), разновидность. Подвиды могут различаться по физиологическим (biovar), морфологическим (morphovar) или по антигенным (serovar) свойствам.

· Клон – чистая культура, полученная из одной клетки

· Штамм – культуры бактерий одного вида, выделенные из различных источников либо из одного источника в разное время либо полученные в ходе генетических манипуляций. Разные штаммы одного и того же вида бактерий могут отличаться друг от друга по целому ряду свойств, например, по чувствительности к антибиотикам, способности к синтезу токсинов, ферментов и др.

· Идентификация - устанавливает принадлежность микроорганизмов к определенному таксону на основании наличия конкретных признаков. В большинстве случаев идентификация заключается в определении родовой и видовой принадлежности микроорганизмов.

· При идентификации микроорганизмов следует придерживаться определенных правил:

- быть уверенным в чистоте выделенной культуры;

- постановку тестов по изучению физиолого-биохимических особенностей проводить не менее, чем в двукратной повторности;

- обязательной является постановка заведомо положительного и заведомо отрицательного контроля.

· Исследователь должен выяснить, является ли организм фототрофным, хемоавтотрофным или хемогетеротрофным. Необходимо также знать, является ли он аэробом, анаэробом, микроаэрофилом или факультативным анаэробом, а также определить некоторые морфологические свойства, окраску по Граму, форму клеток, специфические морфологические признаки (наличие спор, капсул и т. д.). Весьма важными являются три физиологических теста: на наличие каталазы, наличие оксидазы и способности к аэробному или анаэробному катаболизму углеводов.

· При классификации бактерий учитывается большое количество различных свойств и признаков.

· Критериями систематики являются свойства и признаки, характерные для всех бактерий данной группы и нехарактерные для микроорганизмов других групп. Чем больше общих признаков имеют сравниваемые организмы, тем больше и оснований для включения их в одну таксономическую группу.