Систематика бактерий (прокариот)

Бактерии составляют определенную группу микроорганиз­мов, однако у них имеются признаки, сближающие их с низ­шими грибами и с низшими водорослями, а спирально извитые бактерии (спирохеты) стоят ближе к низшим животным орга­низмам. Поэтому предполагается, что различные группы бакте­рий имеют неодинаковое происхождение, хотя их принято отно­сить к растительным организмам.

Систематика (классификация) бактерий весьма затруднительна. Объясняется это очень малыми и к тому же непостоян­ными размерами бактерий, простотой их форм и отсутствием резко выраженных внешних признаков, которые помогли бы установить четкие границы между различными представителями бактерий. Поэтому единой, общепринятой системы подразделе­ния бактерий не существует. В настоящее время имеется не­сколько классификаций (и у нас и за рубежом), основанных на учете различных внешних и физиологических признаков бактерий, а также их родственных связей с другими организ­мами.

Систематика или классификация – это распределение микроорганизмов по группам (таксонам).

Таксон – группа организмов, обладающих заданной степенью однородности.

Принято пользоваться установленной Карлом Линнеем в книге «Систематика природы» классификацией, по которой определяющей единицей в таксономии является вид, виды объединяются в роды, роды – в семейства, несколько семейств – порядок, несколько порядков – класс, классы составляют отдел – царство.

При определении вида бактерий необходимо установить основные морфологические, культуральные и физиолого-биохимические признаки.

Морфологические признаки: форма и тип соединения клеток, окраска по Граму, подвижность, спорообразование.

Культуральные признаки: характер роста на жидких и плотных питательных средах (осадок, пленка, форма, размер, структура, цвет и др.) признаки колоний.

Физиолого-биохимические признаки: отношение к температуре, рН, влажности, кислороду, усвоение углеводов, разложение желатины, крахмала, восстановление нитратов, воздействие на молоко и т.д.

Только после изучения указанных признаков можно определить вид бактерий.

Род можно определить при микроскопировании.

Так же, как для растений и животных, для бактерий принята бинарная номенклатура: родовое и видовое название, например – Bаcillus subtilis, Eschenchia coll. (Краткий определитель бактерий Берги, М.:Мир, 1980, с.487).

Царство бактерий разделено на два отдела: цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и бактерии.

Отдел.

Цианобактерии – фототрофы, осуществляют фотосинтез с выделением кислорода. Это одно- и многоклеточные бактерии, образуют нити. Они содержат хлорофилл, способны фиксировать азот, растут в экстремальных условиях, бедных питательными веществами (морской песок, голые скалы и т.д.). Термофильные виды развиваются в горячих водных источниках.

II отдел.

Бактерии – (от греч. Bactron – трость, посох) составляют обширную группу микроорганизмов. В большинстве своем они являются одноклеточными организ­мами. По своим биологическим свойствам – прокариоты (доядерные).

О значении бактерий в нашей жизни можно сказать словами известного специалиста по изучению микроорганизмов В. Бежиной: «Если бы какая-нибудь катастрофа уничтожила на нашей планете человечество, постепенно исчезло бы все, что создал человек, но природа продолжала бы существовать. Всю планету заполнила бы богатая флора и фауна.

Но если бы катастрофа коснулась только бактерий, постепенно стали бы увядать и отмирать растения, а вслед за ними погибли бы животные, включая и человека, и Земля превратилась бы в бесплодную пустыню».

Отдел «бактерии» разделен на 19 частей, из которых для пищевой промышленности представляют интерес следующие группы.

1. Фототрофные (фотосинтезирующие) бактерии. Клетки палочковидной и спиральной формы, грамотрицательные.

Сюда относятся пурпурные и зеленые водные бактерии, использующие свет как источник энергии. Фотосинтез в этом случае идет без выделения кислорода (аноксигенный, фиксируют азот воздуха).

Представители пурпурных и зеленых бактерий существенно различаются по физиологическим признакам и видам пигментов.

Пурпурные серные бактерии, окисляя H₂S, образуют в клетках в качестве промежуточного продукта серу, пурпурные несерные окисляют H₂S до сульфата, не образуя в качестве промежуточного продукта серу. Пигменты: каротиноиды, окраска разнообразная пурпурная, красная, оранжевая.

Зеленые серные бактерии, как и пурпурные серные, окисляя H₂S, образуют серу.

Пигменты: хлорофиллы, окраска разнообразная коричневая, зеленая.

2. Хемолитотрофные (хемотрофы). Грамотрицательные. Форма палочковидная, спиральная, сферическая. Спор не образуют. Подвижные и неподвижные. Фиксируют СО₂. Энергию получают за счет окисления аммиака, нитритов, соединений серы. Аэробы. Бесцветные. Живут в почве, воде (Nitrobacter, Nitrosomonas, Tiobacillus).

3. Метанобразующие. Палочки и кокки. Грамположительные и грамотрицательные, подвижные и неподвижные. Спор не образуют. Строгие анаэробы, в качестве источника энергии используют образование метана путем восстановления СО₂ за счет окисления Н₂, спиртов, кислот или путем сбраживания ацетата. Широко распространены в природе: болотистые почвы, горячие источники, сточные воды, пищевой тракт животных. Могут быть как мезофиллами, так и термофилами.

4. Палочковидны грамотрицательные. Подвижные, аэробные, спор не образуют. Широко распространены в природе. Развиваются пи любых температурах.

Разлагают белки и липиды, чем вызывают гниение продуктов (Pseudomonas), ослизнение и прогоркание. Примеры бактерий: Halobacterium - солелюбивые, Acetobacter - уксуснокислые, Azotobacter - фиксирующие азот.

5. Палочковидные грамотрицательные. Подвижные и неподвижные, факультативные анаэробы, спор не образуют. Живут в кишечнике человека и животных, а также возбудители желудочно-кишечных заболеваний и отравлений. Относятся к группе санитарно-показательной микрофлоры. Примеры: Eschenchia, Salmonella, Proteus, Erwima.

6. Палочковидные грамположительные. Подвижные и неподвижные формы, аэробы, факультативные анаэробы, строгие анаэробы, образуют споры. Относятся:

- бациллы (Bacillus). Аэробы, фак-анаэробы. Споры не превышают диаметра клетки. Примеры: Bacillus subtilis, Bacillus cereus.

- клостридии (Clostndium). Строгие анаэробы, споры превышают диаметр клетки (клостридии «ракетки»). Широко распространены в почве, многие являются возбудителями порчи продуктов, в том числе стерилизованных консервов. Встречаются токсигенные (Clostndium botulmum, Clostndium perfnn-gens), и патогенные (столбняк, сибирская язва) виды.

7. Палочковидные грамположительные. Неподвижные формы, спор не образуют. Микроаэрофилы. К ним относятся молочнокислые бактерии (Lactobacillus).

8. Шаровидные (кокки). Грамположительные, неподвижные, факультативные анаэробы, спор не образуют. Широко распространены в окружающей среде. Возбудители пищевых отравлений, патогенные, молочнокислые (Micrococcus, Streptococcus, Staphylococcus, Sarcma, Leuconostoc).

9. Актиномицеты. Палочковидные неправильной формы, некоторые имеют разветвления в большинстве случаев без перегородок, т.е. представляют собой как бы одну разветвленную клетку. Грамположительные. Размножаются с помощью фрагментов «мицелия» или спор, образующихся на концах нитей мицелия. В отличие от обычных бактерий спорообразование у актиномицетов является одним из способов размножения. Неподвижны. Отношение к кислороду разное.

При развитии на плотных питательных средах наблюдается прочное врастание в среду.

Актиномицеты способны образовывать различные пигменты: черные, бурые, красные, зеленые и др.

Широко распространены в природе, находятся в почве, воде, встречаются на растительных и животных остат­ках. При попадании на пищевые продукты придают им характерный «землистый» запах и вызывают порчу.

Некоторые актиномицеты вызывают тяжелые заболевания (актиномикозы) у человека и животных, сопровождающиеся полным разрушением тканей и костей. К актиномицетам отно­сятся туберкулезные, дифтерийные бактерии и др.

Среди актиномицетов встречаются и такие формы, которые вырабатывают специфические вещества, губительно действую­щие на другие микроорганизмы. Эти вещества, называемые антибиотиками (например, стрептомицин), находят широкое применение в качестве лечебных препаратов. Актиномицеты устойчивы при сушке и замораживании продуктов.

Ультрамикробы

Ультрамикробы (вирусы и фаги) являются более мелкими и простыми по строению микроорганизмами, чем бактерии. Размеры их изме­ряются миллимикронами (mji), т. е. тысячными долями ми­крона. Поэтому они невидимы в обычные микроскопы. Вирусы не имеют клеточной структуры, являются внутриклеточными паразитами и возбудителями многих инфекций человека, животных и растений. Разнообразны по форме, размерам и химическому составу.

Наблю­дение ультрамикробов возможно лишь при помощи электрон­ных микроскопов, которые дают увеличение от нескольких де­сятков до более 100 тыс. раз.

Электронный микроскоп изобретен в СССР А. А. Лебеде­вым. Современные электронные микроскопы дают возможность тщательно изучать ультрамикроскопические организмы, что имеет большое значение для развития науки - вирусологии.

К ультрамикробам относятся фильтрующиеся вирусы и бак­териофаги.

Фильтрующиеся вирусы. Они не имеют клеточного строения, открыты русским ученым Д. И. Ивановским в 1892 г. В настоя­щее время обнаружено около 200 вирусов. Все они являются паразитами и вызывают многие болезни человека (грипп, бе­шенство, корь и др.), животных (ящур, чуму крупного рогатого скота) и растений (мозаичную болезнь табака, огурцов, арбу­зов, бобовых, турнепса и др.).

Форма вирусов разнообразна: округлая, палочковидная, много­угольная, нитевидная.

Размеры их настолько малы (5-800 тр.), что они прохо­дят сквозь фильтры, которые задерживают обычные микробы. Отсюда они и получили свое название - фильтрующиеся ви­русы.

Вирусы размножаются путем деления, только при благоприятных условиях и чрезвычайно быстро.

Развитие вирусов происходит за счет веществ клетки жи­вого организма, в котором поселился вирус.

Вирусы выдерживают нагревание до 60-90°С, легко перено­сят высушивание и низкие температуры, однако они малоустой­чивы к антисептикам, химическим ядам, радиоактивным и ультрафиолетовым излучениям.

Бактериофаги или фаги – это вирусы бактерий, вызывающие их распад (лизис).

Впервые были обнаружены русским ученым Н. Ф. Гамалея в 1899 г. Во время опытов с бактериями, вызы­вающими сибирскую язву, он установил, что эти бактерии, по­мещенные в благоприятные условия, через некоторое время неожиданно бесследно исчезали. Оказалось, что они растворя­лись под действием не известного до этого паразита, имеющего значительно меньшие размеры, чем бактериальная клетка. Невидимый паразит бактерий был назван бактериофагом, т. е. пожирателем бактерий. Фаг с помощью фермента проникает в клетку и разрушает ее.

В дальнейшем выяснилось, что бактериофаги способны «пожирать» и другие бактерии, вызывая их растворение (лизис). Установлено, что действие бактериофагов носит избирательный характер, каждый из них растворяет только определенных бактерий. Бактериофаги уничтожают как болезнетворных, так и неболезнетворных бактерий.

Форма и размеры бактериофагов различны. Одни из них представляют собою округлые тельца с нитевидным отростком, другие не имеют отростка. Размеры бактериофагов составляют 40-100 миллимикрон (без от­ростка).

Бактериофаги, как и вирусы, не имеют клеточного строения, проходят через бактериальные фильтры и могут развиваться только в живых клетках. Они устойчивы к высушиванию и низ­ким температурам, ко многим химическим ядам, выдерживают нагревание до 80°С.

Бактериофаги широко распространены в природе. Они на­ходят применение в медицине (используются для профилактики и лечения желудочно-кишечных заболеваний, таких, как холера, дизентерия и т.д.) и ветеринарии для лечения и предупреждения болезней животных.

В промышленности бактериофаги приносят вред, в частности в пищевом производ­стве, вызывая растворение молочнокислых бактерий, с помощью которых получают закваски для приготовления масла и сыра.

Вопросы для контроля.

1. Что является универсальной биологической единицей всего живого?

2. Классификация прокариот. Принципы классификации.

3. Особенности строения прокариотной клетки.

4. Классификация бактерий по внешнему виду.

5. Окраска по Граму. Грамположительные и грамотрицательные бактерии.

6. Как происходит движение бактерий?

7. Спорообразование у бактерий. Бациллы.

8. Как происходит размножение бактерий?

9. Перечислите методы подсчета численности особей в культуре.

10. Что называется таксоном?

11. Актиномицеты. Их значение в жизни человека.

12. Характеристика ультрамикробов.

13. Как при микроскопировании определить вегетативную и спорообразующую формы палочковидных бактерий?

14. Какую роль играют жгутики бактерий?

15. Что такое систематика микроорганизмов?