Микробиология с основами эпидемиологии и методами микробиологических исследований

Систематика занимается всесторонним описанием видов микроорганизмов, выяснением родственных отношений между ними, объединением их во взаимосвязанные и взаимоподчиненные группы (таксоны) и, в итоге, составлением естественной классификации микроорганизмов. Таксономия (от греч. taxis – расположение по порядку) является теорией систематики. Оба термина используются как равнозначные. Систематика состоит из трех частей: 1) номенклатуры (правил присвоения названий таксонам и список этих названий); 2) классификации (распределения микроорганизмов по таксономическим группам); 3) идентификации (определения вида бактерий).

Международный комитет по систематике бактерий издает «Международный кодекс номенклатуры бактерий», «Список одобренных названий бактерий» и «Дополнения» к нему.

Микробиология как наука возникла раньше, чем генетика. Поэтому систематика бактерий базировалась исключительно на изучении их фенотипических признаков. На основе методов феносистематики сформировалась традиционная классификация бактерий. Феносистематика изучает таксономические признаки микроорганизмов, т. е. любые признаки, по которым можно установить сходство и отличие классифицируемых групп микроорганизмов.

К таксономическим признакам относятся:

• морфология бактерий;

• подвижность;

• спорообразование;

• культуральные особенности;

• тинкториальные свойства (отношение к окраске по Граму);

• физиологические свойства (типы метаболизма, спектры ферментации или утилизации субстратов, отношение к кислороду);

• антигенная структура микроорганизмов;

• химический состав бактерий (жирнокислотный и липидный состав, белковые спектры и др.);

• чувствительность к бактериофагам и антибиотикам.

Вместе с тем феносистематика имеет ряд существенных недостатков:

• субъективность выбора изучаемых признаков и их оценки;

• зависимость проявления признаков от условий их изучения (фенотипическая изменчивость);

• малая информативность (фенотипически проявляется 5 – 20 % информации генома).

Для повышения информативности и объективности исследования в конце XX в. была создана численная (нумерическая) таксономия. В настоящее время она реализуется на основе компьютерных технологий и должна отвечать двум требованиям: признанию всех таксономических признаков равноценными и изучению максимально большого числа признаков.

Это позволяет применить математический подход к выявлению таксонов и устанавливать степень родства между ними по количественным показателям. Числовая таксономия применяется в научных исследованиях, а в практической работе проводят идентификацию микроорганизмов по ограниченному набору (20 – 30) ключевых таксономических признаков.

Более объективной является естественная (филогенетическая) классификация бактерий, основанная на методах геносистематики. Фенотип и генотип – неразрывные составляющие организма как целого, поэтому методы фено- и геносистематики тесно взаимосвязаны. Геносистематика изучает организацию геномов, т. е. генетические программы организмов. Объект ее исследования – ДНК клетки. Первый метод геносистематики, разработанный в 1957 г. отечественными учеными А. Н. Белозерским и А. С. Спириным и сотрудниками Института Пастера в Париже (К. Ли, Р. Вейлем, Е. Барбю), состоял в определении гуанин-цитозинового коэффициента (соотношения молярных процентов гуанина и цитозина) нуклеотидного состава суммарной ДНК микроорганизма по температуре плавления ДНК или спектрофотометрически. В настоящее время в геносистематике используются методы, позволяющие выявлять родство микроорганизмов на различных таксономических уровнях и изучать их эволюционные связи. К методам генетического анализа относятся:

1. Молекулярная гибридизация ДНК-ДНК (метод выявления гомологии ДНК) позволяет выявить родство на уровне вида и рода. При степени гомологии 70 % и более бактерий относятся к одному геновиду.

2. Молекулярная гибридизация ДНК с рибосомной РНК выявляет родство на уровне рода, семейства.

3. Секвенирование ДНК – определение нуклеотидной последовательности генов или фрагментов (олигонуклеотидов) ДНК позволяет выявлять эволюционные связи на уровне царства, отдела, класса, семейства, рода, но недостаточно чувствителен на уровне вида.

4. Рестрикционный анализ ДНК («фингерпринтинг») позволяет осуществлять внутривидовое типирование бактерий.

4.1. Классификация бактерий

Согласно «Международному кодексу номенклатуры бактерий», научным языком является латинский. Таксономические категории подразделяются на обязательные и необязательные.

Необязательные таксоны (по убывающей):

• подкласс;

• подсемейство;

• триба;

• подтриба;

• подрод;

• подвид.

Обязательные таксоны (по убывающей):

• домен;

• царство;

• тип;

• класс;

• отдел;

• порядок;

• семейство;

• род;

• вид.

Род обозначается одним словом с прописной буквы (существительным в единственном числе); вид – бинарной комбинацией, состоящей из названия рода (с прописной буквы) и видового эпитета (со строчной буквы). При первом упоминании в тексте приводится полное название вида. При повторном употреблении родовое слово сокращается до первой буквы, видовой эпитет сохраняется полностью, например Yersinia pestis и Y. pestis. Видовой эпитет дается произвольно, но чаще по происхождению вида, его особому свойству или в честь ученого, описавшего вид. Обычно видовой эпитет – существительное в родительном падеже, например Shigella sonnei.

Вид может иметь подвиды. Для их обозначения используется тройная комбинация, состоящая из названия рода, видового и подвидового эпитетов. Для разграничения видового и подвидового эпитетов перед последним ставится сокращенное слово subsp. (от лат. subspecies – подвид), например Klebsiella pneumoniae subsp. ozenae. Вид также может иметь разновидности (варианты или вары): серовары, биовары, хемовары и др., например: Salmonella enterica серовар Typhi или S. Typhi. Микроорганизмы одного вида, полученные из различных источников или в разное время, называют штаммами. Им присваивают протокольный номер или номер по источнику выделения. Термином клон обозначают культуру микроорганизмов, полученную из одной клетки. Чистая культура – это популяция микроорганизмов, состоящая из особей одного вида.

Перечень названий всех изученных (опубликованных) видов бактерий представлен в издании Международного комитета по систематике бактерий. В микробиологии до сих пор нет четкого, общепринятого определения такой важнейшей таксономической категории, как вид бактерий. Это обусловлено отсутствием надежных критериев вида у прокариотов. Критерии, используемые для определения вида у растений и животных, не пригодны для бактерий. Можно сказать, что под видом следует подразумевать условную группу микроорганизмов, одинаковых по своим фенотипическим и генотипическим свойствам.

В 1923 г. английский микробиолог Д. Берджи создал первый «Определитель бактерий». Классификация бактерий постоянно совершенствуется, что находит отражение в периодических изданиях «Определителя бактерий».

Среди клеточных форм жизни различают три домена: бактерии, архебактерии (не представляют интереса для медицинской микробиологии) и грибы-эукариоты.

В домен бактерий входят микоплазмы (бактерии, не имеющие клеточной стенки), бактерии с тонкой (грамотрицательные) и толстой (грамположительные) клеточной стенкой. Значение в патологии человека имеют только следующие типы бактерий.

Тип протеобактерий. Класс альфа-бактерий, роды Bartonella, Brucella, Ehrlichia, Orientia, Rickettsia. Класс бета-бактерий, роды Alcaligenes, Bordetella, Burkholderia, Kingella, Neisseria, Spirillum. Класс гамма-бактерий, роды Acinetobacter, Callimatobacterium, Citrobacter, Coxiella, Edwardsiella, Ervinia, Escherichia, Hafnia, Klebsiella, Francisella, Legionella, Pseudomonas, Moraxella, Vibrio, Enterobacter, Morganella, Proteus, Providentia, Salmonella, Serratia, Shigella, Yersinia, Pasteurella. Класс дельта-бактерий, род Bilophila. Класс эпсилон-бактерий, роды Campylobacter, Helicobacter, Wolinella.

Тип фирмикутов. Класс клостридий, роды Clostridium, Sarcina, Peptostreptococcus, Eubacterium, Peptococcus, Veilonella. Класс молликутов, роды Mycoplasma, Ureaplasma. Класс бацилл, роды Bacillus, Sporosarcina, Listeria, Staphylococcus, Gemella, Lactobacillus, Pediococcus, Aerococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Lactococcus.

Тип актинобактерий. Класс актинобактерий, роды Actinomyces, Arcanobacterium, Mobiluncus, Micrococcus, Rothia, Stomatococcus, Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia, Propionibacterium, Bifidumbacterium, Gardnerella.

Тип хламидий. Класс хламидий, роды Chlamydia, Chlamydophila.

Тип спирохет. Класс спирохет, роды Spirochaeta, Borrelia, Treponema, Leptospira.

Тип бактероидов. Класс бактероидов, роды Bacteroides, Porphyromonas, Prevotella. Класс флавобактерий, род Flavobacterium.

4.2. Классификация грибов

Классификация грибов до настоящего времени остается несовершенной и незавершенной. Ранее грибы считали организмами, ближе всех стоящими к растениям, и классифицировали как низшие растения. Основные таксоны, включающие группы грибов, назывались отделами. Большинство грибов, имеющих медицинское значение, относили к формальному отделу Fungi imperfecti. При обнаружении половой стадии развития этих грибов их относили к одному из отделов совершенных грибов (Ascomycota или Basidiomycоtа). Mногие авторы до сих пор придерживаются этой системы классификации грибов.

Достижения последних лет в области молекулярной генетики показали, что «родственные связи» между грибами установить крайне сложно. Царство Mycota объединяет две группы организмов: грибоподобные протоктисты и истинные грибы. Первая группа представлена следующими отделами: Myxomycota, Plasmadiophoromycota, Labyrinthulomycota, Oomycota, Hyphochytriomycota, Chytridiomycota. Вторая группа представлена отделами: Zygomycota, Ascomycota и Basidiomycota, а также «несовершенными грибами». К этой группе относится большинство патогенных и условно-патогенных грибов. Внутри отделов грибы, согласно классификации, разделены на классы, порядки, семейства. Грибы относятся к порядку Actinomycetales, семейству Actinomycetaceae. Отдел Zygomycota включает лишь единичных возбудителей микозов (мукороза и энтомофтороза). Представители отделов Ascomycota и Basidiomycota являются возбудителями микозов, относящихся к III и IV группам патогенности. Ряд представителей диморфных грибов, например Coccidioides immitis, относятся ко II группе патогенности, так как они способны вызывать системные заболевания человека. Такой же уровень биологической опасности имеют некоторые возбудители феогифомикоза (Cladophialophora bantiana),