Микроорганизмдерді жүйелеу мен олардың номенклатурасы

Микробтар, немес микроорганизмдер (бактериялар, саңырауқұлақтар, қарапайымдар, вирустар), өзара ұқсатығымен, ерекшеліктерімен және қарым-қатынастарымен жүйелендірілген. Бұнымен арнайы ғылым – микроорганизмдерді жүйелеу айналысады. Жүйелеу үш бөлімнен тұрады: жіктелуі, таксономиясы және идентификациялау. Микробтардың таксономиясының негізіне (грек тілінен taxis – орналасуы, реті) олардың морфологиялық, физиологиялық, биохимиялық және молекулалық-биохимиялық қасиеттері алынған. Таксономиялық категориялар төмендегідей болады: патшалық, (патшалық тармағы), бөлім, класс, реті, туыстастық, тұқымдастық, түр, (түр тармағы) және т.б. Таксономиялық категорияның түрлеріне байланысты таксондарды ажыратады – ол біркелкі, ұқсас қасиеттеріне байланысты біріктірілген организм топтары. Микроорганизмдердің аталуын Халықаралық номенклатура кодексі (зоологиялық, ботаникалық, бактериялар номенклатурасы, вирустар) тағайындайды.

Микроорганизмдер жасушаға дейінгі (вирустар – Vira патшалығы) және жасушалық (бактериялар, архибактериялар, саңырауқұлақтар мен қарапайымдылар) пішіндермен берілген. Жаңаша жоғарғы деңгей бойынша жасушалық тіршілік иелерінің жіктелуінде 3 доменді (немесе «империялар») ажыратады: «Bacteria», «Archaea» және «Eucarya»:

1). «Bacteria» домені – прокариоттар, нағыз бактериялар (эубактериялар);

2). «Archaea» домені – прокариоттар, археабактериялар;

3). «Eucarya» домені – эукариоттар, олардың жасушаларында ядро, ядрошық және ядро қабықшасы, ал цитоплазмасында күрделі құрылымды органеллалар – митохондриялар, Гольджи аппараты болады. «Eucarya» доменіне: Fungi (саңырауқұлақтар); Animalia - жануарлар (қарапайымдылар кіретін Protozoa патшалық тармағы); Plantae - өсімдіктер патшалығы кіреді.

Домендер патшалықтан, типтен, кластан, реті, туыстастық, тұқымдастық, түрден тұрады. Негізгі таксономиялық категориялардың бірі түр (species) болып табылады. Түр – жақын қасиеттерімен біріктірілген, бірақ тұқымдастықтың басқа өкілдерінен айрмашылығы бар жекеленген даралар жиынтығы.

Морфологиялық, тинкториалдық (боялғыштығына байланысты), дақылдық, биохимиялық және антигендік қасиеттеріне байланысты ұқсастығы бар, қоректік ортада бөлініп алынған, біртекті микроорганизмдер жиынтығы таза дақыл деп аталады.

Белгілі бір көзден бөлініп алынған, түрдің басқа өкілдерінен айырмашылығы бар микроорганизмдердің таза дақылы штамм деп аталады. Штамм – түр немесе түршеге қарағанда мағынасы тарлау. Штамға мағынасы бойынша клон жақынырақ болып келеді. Клон жалғыз микроб жасушасынан өсірілген, ұрпақтар жиынтығы. Микроорганизмдердің белгілі бір қасиеттерімен ерекшеленетін кейбір бірлестіктерін атап көрсеткен кезде бұрын type суффиксін пайдаланған, оның орнына қазіргі кезде var (әртүрлілігі) қолданылады. Сондықтан микроорганизмдерді ерекшелендіретін қасиеттеріне байланысты: морфоварлар (морфологиясына байланысты), резистентоварлар (тұрақтылықтарына байланысты, мысалы, антибиотиктерге), сероварлар (антигендеріне байланысты), фаговарлар (бактериофагтарға сезімталдылығына байланысты), биоварлар (биологиялық қасиеттеріне байланысты), хемоварлар (биохимиялық қасиеттеріне байланысты) және т.б. деп ажыратылады.

Бактерияларды идентификациялау мен типтеуде фенотиптік, генотиптік және филогенетикалық көрсеткіштерді пайдаланады (олардың мәні келесі тарауларда беріледі).

Фенотиптік: Грамша бояу, морфологиялық және дақылдық қасиеттері, биохимиялық реакциялар, көмірсу көздерін пайдалану, антибиотикограммасы, бактериоцинотиптеу, фаготиптеу, антигендік қасиеттері, жасуша қабырғасының химиялық құрамы (пептидогликан, микол қышқылы), сонымен қатар жасушаның ақуыздары мен майлары.

Генотиптік: G + C қарым-қатынасы, ДНҚ гибридизациясы, молекулярлық барлау (зондирование), плазмидтік талдау, ДНҚ рестрикциясының бөлшектерінің полиморфизмі, риботиптеу.

Филогенетикалық: рРНҚ-ізділікті талдау, РНҚ-РНҚ-гибридтеу, праймерлер туындыларын пайдаланып полиморфты ДНҚ-ын амплификациялау, 16S және 23S рРНҚ-ын секвестрлеу.

Микроорганизмдер табиғатта – топырақта, суда, ауада кең таралған, биосферадағы зат айналымына белсене қатысады. Микроорганизмдер фотосинтез процесі кезінде түрлі қосылыстардың минералдануына жағдай туғызып, атмосферадағы СО2 қорының болуын қамтамасыз етеді, сондай-ақ топырақ пен ауаға бірқатар биогендік элементтерді қайтарады. Микроорганизмдер ауадағы молекуларық азотты сіңіруге де (азотфиксация) белсене қатысады. Тау жыныстары мен топырақ түзілу процесін ыдыратып, кейбір пайдалы қазбалардың (мысысалы, сульфидтер мен күкірт) түзілуіне әсер етеді. Микроорганизмдердің практикалық маңызы зор. Олардың көпшілігі өнеркәсіптің әр түрлі саласында (мал азықтық белокты түзу, шарап жасау, нан пісіру, сүт қышқылы тағамдарын өндіру кезінде антибиотиктер, витаминдер, амин қышқылдары, кейбір ферменттер, т.б.), адам шауашылығында (сүрлем даярлауда, өсімдіктерді биологиялық жолмен қорғауда) кеңінен қолданылады. Сондай-ақ Микроорганизмдер лас суларды тазартуда, жанар газ – метанды түзуде пайдаланылады. Бірқатар Микроорганизмдер адамдар, жануарлар және өсімдіктердің патогені болып саналады. Микроорганизмдердің кейбір түрлері топырақты құнарсыздандырып, көптеген адам шауашылығын өнімдерін бүлдіреді, металдардың коррозияға ұшырауына ықпал етеді. Микроорганизмдер биологияның көптеген мәселелерін шешуде маңызды зерттеу нысаны болып саналады. Соның нәтижесінде көптеген биологиялық заңдылықтар ашылып, биотехнологияның негізі қаланды.\r\n\r\n Микробиология тарихында римнің профессоры Афанасий Кирхердің (1601 —1680) есімі де аталуы тиіс. XVI ғасырдың аяғында Ганс пен Захарий Янсендердің алғашқы микроскопты кұрастырғаны мәлім. Әрине, бұл өте қарапайым аспап еді. Соны пайдалана отырып, Кирхер сасыған ет, шарап сіркесін, сүтті қарап, онда түрлі «құрттардың» кездесетінін байқады. Ол қанды қарап, одан түрлі клеткаларды көрді. Оба ауруымен ауырған адамдардың қанын қарап, Кирхер одан ерекше «құртты» көрдім деп мәлімдеді. Осындай жабайы аспаппен, әрине ол микробты көруі мүмкін емес еді.Солай бола тұрса да бұл аурудың қанда жүрген микробтар арқылы таралатыны жөніндегі оның пікірі өз кезіндегі прогрессивтік батыл көзқарас болып есептеледі. Тек XVII ғасырдың аяғында ұлғайтып көрсететін аспаптарды жасау техникасының жетілуіне байланысты микроорганизмдерді тауып, оларды жан-жақты зерттеуге мүмкіндік туды. Микроорганизмдерді алғаш рет ашу Голландия әуесқойы Антон ван Левенгуктың (1632—1723) есімімен тікелей байланысты. Жас кезінен шыныларды құрастырумен кеп айналысқан ол, заттарды 160—300 есеге дейін үлкейте алатын алғашқы микроскопты құрастырған. Осы «қарапайым» микроскоптың көмегімен Левенгук жай көзге көрінбейтін микробтар дүниесін ашты, ет тағамдарындағы зең саңырауқұлақтарын, тұрып қалған қақ суындағы тірі организмдерді көрді, олардын пішінін, шамасын және қозғалысын сипаттап жазды. Тістің сыртына тұрып қалған өңезін суға езіп қарағанда, ондағы тірі организмдер Левенгукқа өте зор әсер еткен. Левенгук бұл культурадан жыбырлап жүрген өте ұсақ жәндіктерді көргенін және олардың соншалықты көптігіне тан, қалып, олардың шамасы бүкіл Құрама Корольдықтағы адамдар санынан көп болса керек деген пікірге келеді. Бұл тірі организмдердің ішінде шар және қысқа таяқша тәрізділері және спираль тәрізді түрлері бар екендігін ол анық байқады. Сонда Левенгук әзі жасаған микроскоппен түрлі ашытқы саңырауқұлақтарды, бактериялар мен инфузорияларды көрген. Левенгуктын, ашқан жаңалығы микроорганизмдер дүниесін зерттеуге, сәйтіп микробтар жөніндегі ғылым — микробиологияның дамуына жол ашты. Өз зерттеулерін Левенгук «Антон ван Левенгук ашкан табиғаттың құпия сырлары» деген атпен 1695 жылы кітап етіп жарыққа шығарды. Алайда ол бұл организмдерді сипаттап жазғанымен олардын, табиғатта алатын орнын, әрекеттерін білмеді. Әйткенмен Левенгук зерттеулері сол кездегі кәптеген табиғатты зерттеуші ғалымдардың назарын аударды. XVIII ғасырдағы Шведтің көрнекті табиғат зерттеушісі Карл Линней өзінің «Табиғат системасын» жасағанда жануарлар мен өсімдіктерді белгілі бір тәртіппен орналастырғаны мәлім. Бұл системаға құрт, құмырсқалар сияқты, микроорганизмдер дүниесі енгізілген жоқ. Оны Карл Линней «хаос» яғни ешқандай берекесі жоқ жәндіктер тобына жатқызған. Бұдан ол жай көзге керінбейтін осы организмдерді зерттеудің қажеті жоқ деген қорытындыға келді. Басқаша айтқанда, ол микроорганизмдерді адам түсінбейтін құпия сыры бар дүние деп танытпақшы болды. Дегенмен,бұл кезде микроорганизмдер жайында дәйекті материалдар жинала берді. Сондықтан бұл кезеңді біз микробиология дамуының морфологиялық кезеңі деп атауымызға болады.\r\n\r\n Микробиология ғылымының одан әрі дамуында орыстың көрнекті табиғат зерттеушісі М. М. Тереховский (1740—1796) еңбегінің зор маңызы болды. 1775 жылы Тереховский Страсбург университетінде өзінің микроорганизмдер жөніндегі еңбегін қорғады. Ол табиғатта кездесетін микробтардың шығу тегін зерттеген болатын. Тереховский өз зерттеуінде ең алғашқы рет эксперименттік әдісті қолданды және микроорганизмдерді адамның күнделікті тұрмысында пайдалануға мүмкіндігі барлығын дәделдеді.\r\n\r\n XVIII ғасырда микроорганизмдердің ашылуы ғалымдар арасында тартыстар тудырды. Ғылымда бұл кезде “тіршілік өздігінен пайда болады” деген жалған үғым үстем еді. Микроорганизмдердің бірқатар ортада өніп-өсетіндігін байқаған бұл ғалымдар олардың дамуында ешқандай заңдылық жоқ және кез келген жерде өздігінен пайда бола береді деген болжаулар айтты. М. М. Тереховский өзінің италиялық досы Спаланцанимен бірлесе отырып, мұндай жалған қағиданы жоққа шығарды. Түрып қалған тұнықсуларда немесе басқа да сұйықтарда кездесетін организмдер — негізінде тірі жәндіктер, ал бұл сұйықтарды 45 минут бойына қайнатып, ыдыстың аузын ауа енбейтіндей етіп жапса, онда осы сұйықтарда тірі жәндіктердің, демек микроорганизмдердің, пайда болуы байқалмайды деп көрсетті. Бұл жағдайда сүйықтарда жәндіктердің өніп-өсуі, ауаның сұйыққа енуінен болатынын дәлелдеді. Бірақта ол кезде Тереховский еңбегі оқымыстылар қауымына жете таныс болмағандықтан микробиологияда эксперименталды әдіс қолданылмай, бұрынғысынша, морфологиялық бағыт басым болып қала берді.\r\n\r\n XIX ғасырдың бірінші жартысында микробиологияның дамуы баяулады десек қателескен болар едік. Оба ауруын жоюда ұзақ жылдар аянбай күрес жүргізген орыстың көрнекті дәрігері Д. С амойлович (1744—1805), осы ауруды қоздырушы — көзге көрінбейтін организм деген пікір айтты. Оның бүл пікірін кейінгі зерттеушілер толық дәлелдеді. Бұл кезеңде теориялық және практикалық маңызы әлі анықталмаған жеке деректер микробиологияда басым болды, бірақ микробиология жеке ғылым болып, атаққа ие бола қоятындай дәрежеге жетпеген еді

Бактериялардың жіктелуі[өңдеу]

Тiрi дүние жүйесiнде бактериялар Жасушалылар империясына, Прокариоттар дүние тармағына немесе Бытыраңқылылар (Монера) дүниесiне жатады.

1991жылы Серавинның жіктелу жұйесі бойынша молекулалы-биологиялық зерттеулерге байланысты бактерияларда екi дүние тармағын:

1. Архебактериялар және

2. Эубактериялар

1992 жылғы Мамоновтың жіктеуі бойынша үш дүние тармағын:

1. Архебактериялар,

2. Эубактериялар және

3. Оксифотобактериялар қарастырады.

Бактерияларды микроскопиялық ядросы жоқ организмдердiң тобы ретiнде және ескi оқулықтардағы бактерияны бiр бактериялар дүние деңгейiнде қарастыру, қазiргi кезде ескiрген. Л.Н. Серавиннiң (1991) пiкiрiнше, бактериялар — бұл ерекше клеткаға дейiнгi (прокариотты) бактериоидты деңгейлi құрылысы бар организмдер, оның құрылысы:

· процитке,

· процит отарына,

· полипроциттерге бөлiнедi.

Бактериялар бiздiң планетаның қарапайым организмдерi болып табылады, олар құрылысы және тiршiлiк ету процестерi бойынша әртүрлi болып келедi:

Цианобактериялар (көк-жасыл балдырлар)[өңдеу]

Цианобактериялар - 2 мың түрге жуық 54 бактериялар тiршiлiк етедi. Бұл үш млрд жыл бұрын пайда болған өте көне организмдер. Жасушасының пiшiнi доғалы, цилиндрлi таяқша тәрiздi. Ционобактериялар бiржасушалы болуы мүмкiн немесе көпжасушалы жiпше құрайды клетканың жарғақшасы целлюлоза, нуклеин және пектин заттарынан тұрады. Сыртынан Жасушалар тығыз қапшық тәрiздi сiлемеймен қапталған. Барлық прокариоттар сияқты оларда ядро болмайды. Цианобактериялар жасушаларының түсi әр түрлi – көкжасылдан күлгiн қызыл және қараға дейiн. Мұндай спектр ерекше пигменттер жинағымен анықталады олар – хлорофилдер, ксантофилдер және фикобилиндер Цианобактериялар жасушаның екiге бөлiну арқылы көбейедi.

Тiршiлiк ету ерекшелiгi фотосинтезбен атмосфералық азотты азотфиксациялау қабiлетi болып табылады. Көне дәуiрде Архей заманында атмосферасы оттегiмен цианобактериялардың фотосинтезi қызметiнiң арасында байыған.

Цианобактериялардың негiзгi бөлiгi тұщы суларда, ал кейбiр аздау түрлерi теңiздерде мекен етедi. Шалшық сулардың қарқынды гүлдеуi цианобактериалардың көбеюiмен байланысты. Азотфиксациялайтын цианобактериялар ауа азотын меңгерiп оны басқа организмдер пайдалана алатын қолайлы қосылыстарға айналдырады. Цианобактериялардың маңызы: зат және энергия айналымында үлкен рөл атқарады.

Архебактериялар[өңдеу]

Архебактериялар («Archaios» — көне) физиологиялы-биохимиялық қасиеттерi бойынша нағыз бактериялар-эубактериядан ерекше, жасушаның құрылысы прокариотты болып келетiн микроорганизмдер тобы. Архебактерияның мембрана липидiнiң құрамы, эубактерияда да, эукариоттарда да кездеспейтiн глицерин мен изопреноидты спирттiң эфирi кiредi. Архебактерия клетка қабықшасы эубактериядағы муреиннен емес, қышқыл полисахаридтен, ақуыз немесе псевдомуреиннен тұрады. РНК-полимеразасы 9-12 субьбiрлiктен тұрады (эубактерияларда 4-8).

Рибосомаларға оған кiретiн ақуыздың күштi қышқылды болуы тән. Эукариот хромосомына тән, архебактериялардың генетикалық материалында жүздеп қайталанатын нуклеотидтi тiзбектермен интрондар қатысады. Архебактериялар рибосомды және тасымалдаушы РНК-дағы нуклеотидтер тiзбегiнiң құрамы бойынша, басқа микроорганизмдерден ерекшеленедi. Архебактериялар зат алмасу типi бойынша, физиологиялық және экологиялық ерекшелiгi бойынша әртүрлi болады, оның iшiне: аэробтар мен анаэробтар, хемогетеротрофтар мен хемоавтотрофтар, нейтрофилдер мен ацидофилдер кездеседi. Кейбiр архебактериялар (галлобактериялар) фотосинтездiң, жарықты хлорофил емес, бактериородоксин сiңiретiн ерекше типiне ие.

Архебактериялардың бес топқа жататын (25 тұқым) 40 тан астам түрi бар. Кейбiр зерттеушiлер Архебактерияларды жеке дүниеге, ал басқалары (Mendosicutes) және (Archaebacteria) прокариттар дүние үстi мен бөлiмiне жатқызады.

Архебактерияларды 1977 жылы Л.Маргун мен Д.Ненни (АҚШ) солай атап дүние деңгейiне бөлiп шығарды. Бұл микроплазмаға тән, метантүзушi, аэробты күкiрт қышқылдаушы, анаэробты күкiрттi қайта түзушi, термоацидофильдi күкiрттi аэробтар мен галафилдер. Архебактериялардың клетка пiшiнi шар, цилиндр, спираль, сәуле, төртбұрыш, қорап тәрiздi және т.б. болып келедi. Олар, прокариоттар сияқты нуклеидтен, эукариоттарға тән мембранды органелла: митохондрия, лизосома, Гольджи аппараты, эндоплазмалық тордан тұрады. Барлығында клеткалы қабықша, кейтүрлерiнде талшық пен фибриллдер болады. Кейбiр түрлерi моноқабатты липидтi мембрана түзедi. Көбiсiнде гликоген кездеседi.

Клеткалы қабықша құрамында муреин орнын басқа биополимерлер қышқыл МПС, ақуыз немесе псевдонуклеин құрайды. Оның нуклеиннен айырмашылығы, оның құрамында мурамды қышқыл болмайды. 100 градустан жоғарғы температурада дамуы мүмкiн.

Табиғатта микроағзалардың әсері.

Микроағзалардың әлемі өте бай және әр қилы.
Табиғатта микроағзалардың өте ұсақ тобы ультрамикробтар да кездеседі. Микроағзалардың бұл тобының ішінен бактериофагтар, сүзілуші вирустардың адам өмірінде зор маңызы бар. Вирустардың шамасы миллиметрдің миллиондаған бөлігіне тең, яғни оларды миллимикрондармен немесе микромикрондармен өлшейді.

Олар топырақта, суда және ауда кең тараған. Олардың кең таралуы табиғатта кез-келген нәрсені қорек етуіне, тіршілік ортасына тез бейімделгіш келуі, яғни ыстыққа да, суыққа да, ылғалдың тапшылығына төзімділік танытуы себепші болады.

Микроорганизмдер жердің барлық геологиялық сфераларында – литосферада, гидросферада, атмосферада табылады.

Бұлардың екеуі микроорганизмдер сақталатын және тіршілік ететін орталар, ал үшіншісі – уақытша мекендеу және таралу ортасы. Табиғатта микроорганизмдерге абиотикалық факторлармен қатар олармен бірге тіршілік ететін организмдер, биотикалық факторлар да әсер етеді.

Микроорганизмдерге сыртқы ортаның факторларының әсері.
Табиғатта микроорганизмдерге абиотикалық факторлармен қатар олармен бірге тіршілік ететін организмдер, биотикалық факторлар да әсер етеді.

Абиотикалық факторлар
Абиотикалық факторлар – бұл организмдерді қоршаған тіршіліксіз орта, яғни оларға организмдер тіршілік ететін табиғи ортаның жағдайларын жатқызады. Микроорганизмдерге климаттық факторлар (температура, жарық, ылғал) мен ортаның физикалық-химиялық жағдайлары (рН, оттек, осмостық қысым, еріген қор заттарының концентрациясы, сұйық-сұйық және сұйық- қатты фаза шекарасы) әсер етеді. Биосфераның абиотикалық компоненттері организмдер тіршілігін тежеп немесе реттеп отырады. Ортаның нақты компоненттерінің жетіспейтін немесе артық мөлшері организмнің өсуін тежейді немесе лимиттейді. Сондықтан организмдердің орта факторларына қатынасын олардың минималды және максималды көрсеткіштері бойынша сипаттайды. Бұл көрсеткіштерден тірі организмдердің қолайлы өсуі үшін қажетті оптимум зонасын бөліп алуға болады. Ауытқу оптимум зонасынан неғұрлым алшақ байқалса, соғұрлым олардың организмге тежегіш әсерлері айқын байқалады. Минимум және максимум арасындағы диапозон организмдердің тіршілік ету немесе толеранттылық (төзімділік) шегін анықтайды.

Биотикалық факторлар.
Микробтарға физикалық және химиялық факторлармен қатар биологиялық факторларда әсер етеді. Табиғатта олар өзара байланысты және бір-біріне тәуелді. Тұрақты экологиялық жүйеге біріккен тірі организмдерді биоценоз деп атайды. Олардың әрбіреуіне популяцияның түрлік және сандық қарымқатынасы тән. Әр түрлі ценоздардың ішінде (фитоценоз, зооценоз) табиғатта үлкен орын алатыны - микробиоценоз- микроорганизмдер бірлестігі. Эволюция процесі нәтижесінде микроорганизмдер және олармен жоғары сатылы организмдер арасында белгілі бір түр ішінде топ аралық қарым-қатынастар қалыптасқан