Современная классификация микроорганизмов

Современная классификация микроорганизмов

Развитие оптической и электронной микроскопии, успехи в области молекулярной биологии привели к новому пониманию эволюционных отношений между организмами. Это создало необходимость пересмотра классификации организмов и в настоящее время, большинство биологов придерживается системы Р. Витекера, разделившего все живые организмы на пять царств.
Классификация, или систематика, микроорганизмов (от греч. systematikos — упорядоченный, систематизированный) — это раздел микробиологии, занимающийся изучением многообразия и взаимосвязи организмов, вопросами распределения микроорганизмов по таксонам на основе их свойств и родственных взаимосвязей. В качестве синонима понятия «систематика микроорганизмов» иногда используется также термин «таксономия».
В течение долгого времени бактериальную таксономию считали одной из самых непривлекательных направлений в микробиологии. Но во второй половине XX века бактериальная таксономия стала интенсивно развиваться благодаря интеграции генотипического, фенотипического и филогенетического методов оценки микроорганизмов. Это направление бактериальной таксономии получило название «полифазная таксономия». Анализ микробной филогении, основанной на изучении рибосомных последовательностей РНК, показал существование двух линий прокариот: бактерий и архей. Но эти линии схожи между собой не более, чем с эукариотами. Кроме того, филогенетический метод позволил установить, что митохондрии и хлоропласты эукариот являются результатом эндосимбиоза с прокариотами.
В настоящее время нет универсальной, единственно правильной классификации. В зависимости от поставленной задачи микроорганизмы могут быть классифицированы по морфологическим и структурным признакам (палочки, кокки, извитые и т.д.), по тинкториальным признакам (грамположительные, грамотрицательные и т.д.), по физиологическим признакам (термофильные, психрофильные, ацидофильные, аэробные и т.д.), по экологическим признакам (азотфиксирующие, нитрифицирующие, сульфатредуцирующие, целлюлозоразрушающие и т. д.), по межвидовым отношениям (антагонисты, синнергисты, комменсалы и т.п.), по видам таксиса, генотипическим и филогенетическим признакам. Микроорганизмы классифицируются также по степени опасности для человека, животных и окружающей среды. Хотя эти схемы позволяют идентифицировать и классифицировать бактериальные штаммы, однако они не всегда могут выявить различия между самостоятельными видами или между штаммами одного вида. Такая неопределенность вызвана отсутствием специфических структур у большинства бактерий, а также боковым переносом генов не связанных между собой видов. Из-за горизонтального переноса генов некоторые близкородственные бактерии могут весьма отличаться по морфологическим особенностям и особенностям метаболизма. Таким образом, классификация микроорганизмов представляет собою субъективную обработку объективных характеристик.
Чтобы преодолеть эту неопределенность, современная классификация микроорганизмов ориентируется на молекулярную систематику с использованием генетических методов, таких как выявление соотношения гуанина и цитозина в геноме (геном гибридизации), а также на последовательность генов, которые не подверглись обширным боковым переносам. Молекулярная систематика прокариот отличается специфичностью и скоростью реализации. Она использует информацию о химическом строении клетки, в том числе о составе оснований ДНК, аминокислотную последовательность белков, строение рибосом, компонентов клеточной стенки и т.д.
Современная систематика или таксономия микроорганизмов состоит из трех частей:

• 
  1. Классификация, то есть процесс объединения микроорганизмов в таксономические группы на основе подобия;
  
• 
  2. Характеристика, или спецификация микроорганизмов, то есть получение всевозможных сведений о свойствах и параметрах, необходимых для отнесения определяемых микроорганизмов к тому или иному таксону;
  
• 
  3. Идентификация.
  

Основной таксономической единицей в систематике микроорганизмов является вид. По общебиологическим представлениям, вид — это группа близких между собой организмов, имеющих общий корень происхождения и на данном этапе эволюции характеризующихся определенными морфологическими, биохимическими и физиологическими признаками, обособленных отбором от других видов и приспособленных к определенной среде обитания. Важным видовым признаком является способность организмов скрещиваться и давать потомство.
Определение вида у бактерий принципиально отличается от классического определения биологического вида, так как у них отсутствует половой способ размножения. По современным представлениям, к одному виду бактерий относят близкородственные организмы с 70 %-м уровнем гомологии ДНК и сходные по совокупности морфологических, биохимических и физиологических признаков.
В иерархичес кой классификации микроорганизмов используются также следующие таксономические категории: подвид — группа близкородственных сходных организмов внутри вида с уровнем ДНК-гомологии выше 70%; род — таксономическая группа, объединяющая родственные виды, и далее — семейство, подпорядок, порядок, подкласс, класс, царство и домен (или надцарство). В настоящее время в большей степени описаны семейства и домены, в то время как остальные таксономические группы находятся в процессе систематизации.
Домены являются наивысшими таксонами микроорганизмов, соответствующими ранее выделяемым царствам. Согласно современной классификации, все разнообразие микроорганизмов представлено тремя доменами — Bacteria (прокариотные микроорганизмы, истинные бактерии), Archaea (другая эволюционная ветвь прокариотных микроорганизмов) и Eukarya (эукариотные микроорганизмы). Из них два домена (Bacteria и Archaea) включают только представителей прокариотов, которые выделены в отдельное надцарство — Procariotae (рис. 6.2).
Археи объединяют около 45 видов прокариот, живущих в экстремальных условиях. Они отличаются от остальных бактерий химическим составом клеточной стенки и наружной мембраны, а также структурой 5S рРНК и 16S рРНК. Исследования последних лет показывают, что археи по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот.
Наиболее точной, информативной и удобной в использовании является такая система классификации, в которой таксоны определены исходя из разнообразных согласующихся характеристик, полученных с использованием современных методов. Подобный подход к выделению таксонов называется полифазным.
Bacteria
Archaea
Eukarya