ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

7. СИСТЕМАТИКА ПРОКАРІОТ

7.1. ПІДХОДИ (ПРИНЦИПИ) КЛАСИФІКАЦІЇ БАКТЕРІЙ

У різні часи в основу класифікації бактерій були закладені практичні дані, принципи, закономірності, зумовлені рівнем знань і розвитком науки для певного моменту часу. Систематика бактерій розвивалась стихійно, оскільки кожен дослідник вносив елементи суб’єктивізму у класифікацію певної групи мікроорганізмів. Це залежало від його наукової ерудиції, методів, використовуваних у дослідженнях, специфічності досліджуваної групи мікроорганізмів. Тому класифікації різних груп мікроорганізмів нерівноцінні за закладеною в них інформацією.

Для класифікації бактерій використовували різні методи досліджень, але основним з них є морфолого-фізіологічний підхід, тобто сукупність морфолого-культуральних та фізіолого- біохімічних ознак.

Морфолого-культуральні ознаки — це морфологія клітини (коки, палички, спірили, розміщення клітин — поодиноко чи в агрегатах), наявність ендоспор, капсули, джгутиків, їх розміщення, забарвлення за Грамом, а також характер росту на агаризованих (характеристика колоній) та в рідких поживних середовищах.

Фізіолого-біохімічні (або фізіологічні) ознаки — відношення до кисню, яким чином одержують енергію, залежність росту від температури, рН, асиміляція різних поживних речовин (джерела вуглецю, азоту та ін.), потреба в додаткових факторах росту, відношення до антибіотиків тощо.

Сукупність морфолого-культуральних і фізіолого-біохімічних ознак була покладена в основу розподілу бактерій на групи різного рангу, тобто була критерієм класифікації бактерій. У результаті такого підходу виникла фенотипона класифікація бактерій, яка широко прийнята і у наш час. Фенотип — це сукупність усіх ознак і властивостей організму, що сформувались у процесі його індивідуального розвитку. Фенотип визначається взаємодією генотипу з умовами навколишнього середовища. в яких розвивається організм. Генотип — сукупність спадкових ознак організму.

Слід зазначити, що було зроблено спроби побудувати систематику бактерій на інших принципах і підходах. Для цього використовувались серологічні методи, основані на тому, що антигенні сполуки найкраще зв’язуються з антитілами спорідненого організму, ніж з антитілами організмів, більш далеких за ступенем спорідненості. Проте серологія не знайшла широкого застосування у класифікації бактерій із-за значної складності серологічних реакцій, хоча слід визнати, що ці реакції досить специфічні. Систематики намагались використовувати хімічний склад, а також особливості метаболізму бактерій для визначення їх систематичного положення. З цією метою аналізували такі ознаки, як концентрація білків, склад ліпідів і жирних кислот, склад клітинних стінок, особливості складу зовнішньої мембрани (у грам - негативних бактерій), цитохромний склад клітини. Проте за допомогою цих хемотаксономічних підходів були вирішені тільки деякі окремі питання систематики бактерій.

Фактично між систематикою класичною, основаною на морфолого-фізіологічному підході, і систематикою хімічною немає принципової різниці. І в першому, і в другому випадках класифікація бактерій базується на феноти нових ознаках.

Ще одним підходом класифікації бактерій є математичний підхід, зокрема нумеричний аналіз, або нумерична таксономія. Принцип нумеричної таксономії був розроблений у XVIII ст. французьким ботаніком М. Адансоиом і використовується в мікробіології з XX ст. після створення електронно-обчислювальної техніки (ЕОМ). Згідно з принципами М. Адансона різні ознаки, які піддаються обліку, мають однакове значення для характеристики організму. Для кількісної оцінки враховують якомога більшу кількість ознак, які підбирають так, щоб вони були альтернативними, тобто, щоб їх варіанти можна було позначити знаками «плюс» і «мінус». Оцінку різних комбінацій ознак проводять на ЕОМ. При цьому кожну з ознак одного штаму порівнюють з кожною ознакою всіх інших штамів. Вважаються, що подібність між двома досліджуваними штамами тим вища, чим більше відношення кількості збіжних ознак до кількості врахованих ознак.

Для попарного порівняння користуються коефіцієнтом подібності (величина S):

де а і d — суми ознак, за якими штами А і В збігаються — обидва штами позитивні, d — обидва негативні); b — сума ознак, за якими штам А позитивний, а штам В — негативний: с — сума ознак, за якими штам А негативний, а штам В — позитивний.

У результаті розрахунків одержують величини від 0 до 1. S = 1 означає 100% ну подібність, тобто ідентичність, a S < 0,02 — абсолютну неподібність. Одержані величини можуть бути подані у вигляді дендрограми. Слід зазначити, що і нумеричний підхід базується на аналізі фенотипових ознак і його (як і хемспаксономічний підхід) можна вважати різновидом фенотипової систематики.

Принципово новим підходом, який відрізняється від фенотипової систематики, є геносистематика бактерій. Ступінь генетичних відмінностей у організмів можна оцінити за такими показниками: вміст ПД в ДНК; гібридизація ДНК—ДНК і ДНК—РНК; амінокислотна послідовність білків; нуклеотидна послідовність генів. Саме завдяки використанню молекулярно-біологічних і генетичних методів досліджень у систематиці бактерій став можливим бурхливий розвиток філогенетичної класифікації бвктерій, яка відображає еволюційні зв’язки між організмами.