Современная классификация микроорганизмов

Биохимические особенности характеризуют тип дыхания микроорганизмов, их отношение к источникам энергии, углерода, фосфора, серы и азота, способность образовывать специфические ферменты. Биохимические особенности позволяют оценить протеолитические свойства микроорганизмов (в том числе выделение сероводорода, аммиака и других соединений), способность разлагать определенные сахара, синтезировать побочные продукты в ходе биотехнологических процессов.
Хемотаксономические особенности характеризуют химический состав цитоплазмы клетки. Таксономическая специфичность состава жирных кислот, липопротеидов, липополисахаридов, пигментов, полиаминов, белков и других химических компонентов клетки широко используется при классификации микроорганизмов .
Серологические свойства, или серотипирование, основаны на выявлении вариабельности антигенных компонентов бактериальных клеток. Такими компонентами являются жгутики, фимбрии, капсулы, клеточная стенка, ферменты и токсины. Антигены могут быть белками или углеводами, могут быть термостабильными или термолабильными. Для выявления антигенных свойств бактериальной клетки используются различные серологические реакции: реакция гемагглютинации, реакция преципитации, реакция склеивания комплемента, осаждение и др.
Таким образом, фенотипические характеристики отличаются большим объемом и разнообразием получаемой информации, которую сложно обработать вручную. Возникла необходимость в компьютерном, числовом анализе получаемых данных. Появилась нумерическая (числовая) таксономия, позволяющая с помощью компьютерных программ анализировать фенотипические и генотипические характеристики микроорганизмов. Использование нумерического анализа в таксономической практике получило название «компьютерная идентификация».
Филогенетические методы (от греч. phylon — род, племя и genesis — происхождение, возникновение) позволяют проследить процесс исторического развития микроорганизмов, как в целом, так и их отдельных таксономических групп: видов, подвидов, родов, семейств, подпорядков, порядков, подклассов, классов, царств и доменов. Филогенетические связи между микроорганизмами изучаются методами геномной дактилоскопии, молекулярной биологии, компьютерной идентификации. На основании полученных данных строятся филогенетические древа, которые отражают эволюционные взаимоотношения между микроорганизмами. Создаваемые филогенетические древа не могут быть использованы для построения иерархической классификации микроорганизмов и не заменяют собою систематику. Они являются одним из ее элементов.
Номенклатура занимается присвоением научных названий таксономическим группам (таксонам). В соответствии с международными правилами таксономическим группам микроорганизмов присваиваются имена.
Еще до введения первых правил номенклатуры было описано огромное количество микроорганизмов. Причем одна и та же бактерия могла быть отнесена к разным по названию таксонам. Во избежание этого Международным кодексом номенклатуры были определены все приоритетные названия бактерий, опубликованные с 1 мая 1753 года. В результате был создан «Список признанных названий бактерий», который вступил в силу с 1 января 1980 года. В настоящее время название микроорганизмам присваивается в соответствии с правилами Международного кодекса номенклатуры бактерий. Компетенция кодекса распространяется только на правила присвоения и использования научных названий микроорганизмов. Вопросы классификации решаются вне зависимости от кодекса на базе проводимых таксономических исследований.
В микробиологии, как и в биологии, для обозначения видов бактерий принята двойная (бинарная) номенклатура, предложенная еще в 1760 году Карлом Линнеем. Первое слово обозначает название рода. Обычно это латинское слово, которое пишется с прописной буквы и характеризует какой-либо морфологический или физиологический признак либо фамилию ученого, открывшего этот микроб. Например, в честь французского ученого Л. Пастера назван род «пастерелла», американского микробиолога Сальмона — род «сальмонелла», немецкого ученого Т. Эшериха — род «эшерихиа», японского микробиолога Шига — род «шигел-ла», английских бактериологов Д. Брюса и С. Эрвина — роды «бруцелла» и «эрвиния», русских ученых Кузнецова и Лямбля — роды «кузнецовия» и «лямблия» и т.д. Название рода микроорганизма обычно сокращается до одной-двух букв.
Второе слово обозначает видовой эпитет в названии микроорганизма и, как правило, представляет собою производное от существительного, дающее описание цвета колонии, источника происхождения микроорганизма, вызываемого им процесса или болезни. Видовой эпитет пишется со строчной буквы и никогда не сокращается. Например, Escherichia coli означает, что эшерихии обитают в кишечнике, Pasterella pestis—пастереллы, вызывающие чуму, Bordetella pertussis—бордетеллы, вызывающие кашель, Clostridium tetani — клостридии, вызывающие столбняк и т.д.
С. Н. Виноградский и М. Бейеринк, учитывая многообразие метаболизма бактерий, предложили в названии рода отражать признаки, связанные с экологией, биохимией и физиологией микроорганизмов. Так появились названия, являющиеся ключом к характеристике микроорганизма: Acetobacter (кислотообразующие бактерии), Nitrosomonas (нитрифицирующие бактерии), Azotobakter (бактерии, связывающие азот атмосферы), Chromobakterium (пигментированные бактерии), В. stearothermophiliis (восковые теплолюбивые бактерии) и т.д.
Иногда в качестве составной части систематики рассматривается идентификация (определение) микроорганизмов. Однако это не совсем корректно, так как идентификация использует уже построенные системы классификации и конкретные, указанные в идентификационных ключах (таблицах) характеристики микроорганизмов. Схемы идентификации микроорганизмов являются своеобразным тестом качества системы классификации. Для идентификации микроорганизмов широко используются фенотипические и генотипические методы, методы компьютерной идентификации анализа и геномной дактилоскопии.
Основным объектом в идентификации микроорганизмов является чистая культура выделенной бактерии, называемая «штаммом», или «клоном».
Штамм (от нем. stammen — происходить) — это бактериальная культура одного и того же вида, выделенная из разных объектов или из одного объекта в разное время и отличающаяся незначительными изменениями свойств (например, по чувствительности к антибиотикам, ферментативной активности, способности к образованию токсинов). Обычно штаммы одного вида приспособлены к определенной среде обитания.
Согласно рекомендации Международного комитета по систематике бактерий, разными видами являются штаммы, у которых:

• 
  • содержание ГЦ-пар в ДНК различается больше, чем на 5 %;
  
• 
  • степень ДНК-ДНК гибридизации меньше, чем 30 %;
  
• 
  • различие нуклеотидных последовательностей 16S рРНК больше 2 %.
  

Под термином «бактериальная культура» понимают популяцию микробных клеток в данном месте и в данное время. Это могут быть микроорганизмы, выращенные на плотной или жидкой питательной среде в условиях лаборатории. Культуру микроорганизмов, выращенных на плотной или жидкой питательной среде из особей одного вида путем последовательных пересевов одиночной колонии, называют чистой.
Чистые бактериальные культуры, полученные из одной исходной клетки, называют клонами (от греч. klon — отпрыск). Клон представляет собою генетически однородную популяцию. Смешанной называют культуру из неоднородных микроорганизмов, выделенных из исследуемого материала, например, из воды, почвы, воздуха.
Характеристика свойств чистой культуры лежит в основе идентификации бактерий.
Идентификация бактерий в лабораторных условиях наиболее часто используется в медицине, когда необходимо определить микроорганизмы, вызвавшие то или иное инфекционное заболевание. На сегодняшний день потребность идентифицировать болезнетворные микроорганизмы является главным стимулом для развития этого метода.
Наиболее полно задача идентификации бактерий решается с помощью определителя бактерий Дэвида Хендрикса Берджи (1860-1937). Первый международный определитель бактерий был выпущен в 1923 году группой американских бактериологов под руководством Д. X. Берджи с привлечением крупных специалистов в этой области. Последующие издания были подготовлены Международным комитетом по систематике бактерий. Девятое, последнее американское издание «Руководства по определению бактерий Берджи» (Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology), вышло в 1994 году. Сокращенное название руководства — BMDB-9. В русском переводе BMDB-9 издано в 1997 году. Оно является важным инструментом при идентификации микроорганизмов, выделяемых из окружающей среды.
Основная идея «Руководства по определению бактерий Берджи» заключается в облегчении идентификации бактерий. Для этого используется совокупность морфологических, тинкториальных, культуральных, физиологических, биохимических, экологических и генотипических особенностей микроорганизмов.
Согласно BMDB-9, все микроорганизмы, отнесенные в царство Prokaryotae, разделены на 35 групп, которые подразделяются по фенотипическим признакам на четыре основные категории:
I. Грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточные стенки;
И. Грамположительные эубактерии, имеющие клеточные стенки;
III. Эубактерии, лишенные клеточных стенок;
IV. Архебактерии.
Признаки, по которым осуществляется разделение прокариот на группы, как правило, легко определяются при микроскопии. Они вынесены в названия групп, например: грамотрицательные аэробные палочки и кокки (группа 4), анаэробные грамотрицательные кокки (группа 8), грамположительные палочки и кокки, образующие эндоспоры (группа 13), скользящие бактерии, образующие плодовые тела (группа 24).