Mikroorganizmy (drobnoustroje) są uważane za organizmy jednokomórkowe, których wielkość nie przekracza 0,1 mm. Przedstawiciele tej dużej grupy mogą mieć różną organizację komórkową, cechy morfologiczne i zdolności metaboliczne, czyli główną cechą, która ich łączy, jest wielkość. Sam termin „mikroorganizm” nie ma sensu taksonomicznego. Mikroby należą do wielu różnych jednostek taksonomicznych, a inni przedstawiciele tych jednostek mogą być wielokomórkowi i osiągać duże rozmiary.
Ogólne podejścia do klasyfikacji mikroorganizmów
W wyniku stopniowego gromadzenia materiału faktograficznego na temat drobnoustrojów konieczne stało się wprowadzenie zasad ich opisu i systematyzacji.
Klasyfikacja mikroorganizmów charakteryzuje się obecnością następujących taksonów: domena, typ, klasa, rząd, rodzina, rodzaj, gatunek. W mikrobiologii naukowcy posługują się dwumianowym systemem cech obiektów, czyli nomenklatura obejmuje nazwy rodzaju i gatunku.
Dla większości mikroorganizmówcharakterystyczna jest niezwykle prymitywna i uniwersalna struktura, dlatego ich podziału na taksony nie można przeprowadzić wyłącznie na podstawie cech morfologicznych. Jako kryteria stosuje się cechy funkcjonalne, dane biologii molekularnej, wzorce procesów biochemicznych itp.
Funkcje identyfikacji
Aby zidentyfikować nieznany mikroorganizm, prowadzone są badania nad następującymi właściwościami:
- Cytologia komórkowa (należąca głównie do organizmów pro- lub eukariotycznych).
- Morfologia komórek i kolonii (w określonych warunkach).
- Cechy kulturowe (cechy wzrostu na różnych nośnikach).
- Kompleks właściwości fizjologicznych, na których opiera się klasyfikacja mikroorganizmów według typu oddychania (tlenowe, beztlenowe)
- Oznaki biochemiczne (obecność lub brak określonych szlaków metabolicznych).
- Zestaw właściwości biologii molekularnej, w tym biorąc pod uwagę sekwencję nukleotydową, możliwość hybrydyzacji kwasów nukleinowych z materiałem typu szczepów.
- Wskaźniki chemotaksonomiczne, które uwzględniają skład chemiczny różnych związków i struktur.
- Charakterystyka serologiczna (reakcje „antygen – przeciwciało”; szczególnie w przypadku mikroorganizmów chorobotwórczych).
- Obecność i charakter wrażliwości na określone fagi.
Systematyka i klasyfikacja drobnoustrojów spokrewnionych z prokariotami prowadzona jest z wykorzystaniem „Przewodnika po systematyce bakterii Burgey'a”. Identyfikacja odbywa się za pomocąWyznacznik Burgeya.
Różne sposoby klasyfikacji drobnoustrojów
Aby określić przynależność taksonomiczną organizmu, stosuje się kilka metod klasyfikacji mikroorganizmów.
W przypadku formalnej klasyfikacji numerycznej wszystkie cechy są uważane za równie istotne. Oznacza to, że brana jest pod uwagę obecność lub brak określonej funkcji.
Klasyfikacja morfofizjologiczna obejmuje badanie całości właściwości morfologicznych i cech przebiegu procesów metabolicznych. W tym przypadku jest obdarzony znaczeniem i znaczeniem określonej właściwości przedmiotu. Umieszczenie mikroorganizmu w określonej grupie taksonomicznej i przypisanie nazwy zależy przede wszystkim od typu organizacji komórkowej, morfologii komórek i kolonii oraz wzorców wzrostu.
Rozliczanie cech funkcjonalnych przewiduje możliwość wykorzystania różnych składników odżywczych przez mikroorganizmy. Istotna jest również zależność od określonych czynników fizycznych i chemicznych środowiska, aw szczególności sposobów pozyskiwania energii. Istnieją drobnoustroje, które do ich identyfikacji wymagają badań chemotaksonomicznych. Mikroorganizmy chorobotwórcze wymagają serodiagnozy. Kwalifikator służy do interpretacji wyników powyższych testów.
W molekularnej klasyfikacji genetycznej analizowana jest struktura cząsteczek najważniejszych biopolimerów.
Procedura identyfikacji mikroorganizmów
Dzisiaj identyfikacja konkretnego mikroskopijnego organizmu zaczyna się odizolacja jego czystej kultury i analiza sekwencji nukleotydowej 16S rRNA. W ten sposób określa się miejsce drobnoustroju na drzewie filogenetycznym, a następnie przeprowadza się specyfikację według rodzaju i gatunku przy użyciu tradycyjnych metod mikrobiologicznych. Wartość koincydencji 90% pozwala określić rodzaj, a 97% - gatunek.
Jeszcze wyraźniejsze zróżnicowanie drobnoustrojów według rodzaju i gatunku jest możliwe przy użyciu taksonomii polifiletycznej (polifazowej), gdy określenie sekwencji nukleotydów jest połączone z wykorzystaniem informacji na różnych poziomach, aż do poziomu ekologicznego. Oznacza to, że najpierw przeprowadza się wyszukiwanie grup podobnych szczepów, a następnie określa się pozycje filogenetyczne tych grup, ustalając różnice między grupami i ich najbliższymi sąsiadami oraz zbierając dane w celu zróżnicowania grup.
Główne grupy mikroorganizmów eukariotycznych: glony
Ta domena obejmuje trzy grupy, w których występują mikroskopijne organizmy. Mówimy o glonach, pierwotniakach i grzybach.
Glony to jednokomórkowe, kolonialne lub wielokomórkowe fototrofy, które przeprowadzają fotosyntezę tlenową. Opracowanie molekularnej klasyfikacji genetycznej mikroorganizmów należących do tej grupy nie zostało jeszcze zakończone. Dlatego w chwili obecnej w praktyce stosuje się klasyfikację glonów na podstawie składu pigmentów i substancji rezerwowych, struktury ściany komórkowej, obecności ruchliwości i sposobu rozmnażania.
Typowymi przedstawicielami tej grupy sąorganizmy jednokomórkowe należące do bruzdnic, okrzemek, euglenoidów i zielonych alg. Wszystkie glony charakteryzują się tworzeniem chlorofilu i różnych form karotenoidów, ale zdolność do syntezy innych form chlorofilów i fikobilin u przedstawicieli grupy przejawia się na różne sposoby.
Kombinacja tych lub tych pigmentów determinuje zabarwienie komórek na różne kolory. Mogą być zielone, brązowe, czerwone, złote. Pigmentacja komórek jest cechą charakterystyczną gatunku.
Okrzemki to jednokomórkowe formy planktonowe, w których ściana komórkowa wygląda jak krzemowa skorupa małży. Niektórzy przedstawiciele są zdolni do poruszania się według rodzaju przesuwania. Rozmnażanie jest zarówno bezpłciowe, jak i seksualne.
Siedliska jednokomórkowych glonów euglena to zbiorniki słodkowodne. Poruszają się za pomocą wici. Nie ma ściany komórkowej. Może rosnąć w ciemności dzięki procesowi utleniania substancji organicznych.
Dinoflagellates mają specjalną strukturę ściany komórkowej, składa się z celulozy. Te jednokomórkowe glony planktonowe mają dwie boczne wici.
Dla mikroskopijnych przedstawicieli zielenic siedliskami są zbiorniki wód słodkich i morskich, gleba oraz powierzchnia różnych obiektów lądowych. Istnieją gatunki nieruchome, a niektóre są zdolne do poruszania się za pomocą wici. Podobnie jak bruzdnice, zielone mikroalgi mają celulozową ścianę komórkową. Charakterystyczne jest magazynowanie skrobi w komórkach. Rozmnażanie jest zarówno bezpłciowe, jak i seksualnesposób.
Organizmy eukariotyczne: pierwotniaki
Podstawowe zasady klasyfikacji mikroorganizmów należących do pierwotniaków opierają się na cechach morfologicznych, które są bardzo zróżnicowane wśród przedstawicieli tej grupy.
Wszędobylska dystrybucja, utrzymywanie saprotroficznego lub pasożytniczego stylu życia w dużej mierze determinuje ich różnorodność. Wolno żyjące pierwotniaki pokarmowe to bakterie, glony, drożdże, inne pierwotniaki, a nawet drobne stawonogi, a także martwe szczątki roślin, zwierząt i mikroorganizmów. Większość przedstawicieli nie ma ściany komórkowej.
Mogą prowadzić stacjonarne życie lub poruszać się za pomocą różnych urządzeń: wici, rzęsek i prolegów. W taksonomicznej grupie pierwotniaków jest jeszcze kilka grup.
Przedstawiciele najprostszych
Ameby żywią się przez endocytozę, poruszają się za pomocą pseudopodów, istota reprodukcji tkwi w prymitywnym podziale komórki na dwie części. Większość ameb to wolno żyjące formy wodne, ale są też takie, które powodują choroby u ludzi i zwierząt.
Komórki Infusoria mają dwa różne jądra, rozmnażanie bezpłciowe polega na podziale poprzecznym. Są przedstawiciele, dla których charakterystyczne jest rozmnażanie płciowe. W ruchu uczestniczy skoordynowany system rzęsek. Endocytozę przeprowadza się poprzez wychwytywanie pokarmu do specjalnej jamy ustnej, a szczątki są przez nią wydalaneotwór z tyłu. W naturze orzęsy żyją w zbiornikach wodnych zanieczyszczonych substancjami organicznymi, a także w żwaczu przeżuwaczy.
Wici charakteryzują się obecnością wici. Wchłanianie rozpuszczonych składników odżywczych odbywa się na całej powierzchni CPM. Podział następuje tylko w kierunku podłużnym. Wśród wiciowców znajdują się zarówno gatunki wolno żyjące, jak i symbiotyczne. Głównymi symbiontami ludzi i zwierząt są trypanosomy (powodują śpiączkę), leiszmania (powodują trudno gojące się wrzody), giardia (prowadzą do zaburzeń jelitowych).
Sporozoany mają najbardziej złożony cykl życiowy ze wszystkich pierwotniaków. Najbardziej znanym przedstawicielem sporozoanów jest plasmodium malarii.
Mikroorganizmy eukariotyczne: grzyby
Klasyfikacja drobnoustrojów według rodzaju żywienia odsyła przedstawicieli tej grupy do heterotrofów. Większość charakteryzuje się tworzeniem grzybni. Oddychanie jest zwykle tlenowe. Ale są też fakultatywne beztlenowce, które mogą przejść na fermentację alkoholową. Metody rozmnażania są wegetatywne, bezpłciowe i płciowe. To właśnie ta cecha służy jako kryterium dalszej klasyfikacji grzybów.
Jeśli mówimy o znaczeniu przedstawicieli tej grupy, to najciekawsza jest tutaj połączona nietaksonomiczna grupa drożdży. Obejmuje to grzyby, które nie mają stadium wzrostu grzybni. Wśród drożdży istnieje wiele fakultatywnych beztlenowców. Istnieją jednak również gatunki chorobotwórcze.
Główne grupy mikroorganizmów prokariotycznych:archeony
Morfologia i klasyfikacja mikroorganizmów prokariotycznych łączy je w dwie domeny: bakterie i archeony, których przedstawiciele mają wiele istotnych różnic. Archaea nie mają ścian komórkowych peptydoglikanu (mureiny) typowych dla bakterii. Charakteryzują się obecnością innego heteropolisacharydu – pseudomureiny, która nie zawiera kwasu N-acetylomuraminowego.
Archaea dzielą się na trzy grupy.
Cechy struktury bakterii
Zasady klasyfikacji drobnoustrojów jednoczących drobnoustroje w tej dziedzinie opierają się na cechach strukturalnych błony komórkowej, a w szczególności zawartości w niej peptydoglikanu. Obecnie w domenie są 23 typy.
Bakterie są ważnym ogniwem w cyklu substancji w przyrodzie. Istotą ich znaczenia w tym globalnym procesie jest rozkład pozostałości roślinnych i zwierzęcych, oczyszczanie zbiorników wodnych zanieczyszczonych materią organiczną oraz modyfikacja związków nieorganicznych. Bez nich istnienie życia na Ziemi byłoby niemożliwe. Te mikroorganizmy żyją wszędzie, ich siedliskiem może być gleba, woda, powietrze, organizm ludzki, zwierzęta i rośliny.
Zgodnie z kształtem komórek, obecnością urządzeń do ruchu, artykulacją komórek między sobą, domena ta jest przeprowadzana w ramach późniejszej klasyfikacji mikroorganizmów. Mikrobiologia rozpatruje następujące typy bakterii w oparciu o kształt komórek: okrągłe, pręcikowe, nitkowate, zawiłe, spiralne. W zależności od rodzaju ruchu bakterie mogą być nieruchome, biczowanie lub poruszać się z powodu wydalania.śluz. W oparciu o sposób, w jaki komórki łączą się ze sobą, bakterie można izolować, łączyć w pary, granulki i formy rozgałęzione.
Mikroorganizmy chorobotwórcze: klasyfikacja
Mikroorganizmy chorobotwórcze to wiele spośród pałeczkowatych bakterii (czynniki wywołujące błonicę, gruźlicę, dur brzuszny, wąglik); pierwotniaki (malaryczny plasmodium, toksoplazma, leiszmania, giardia, rzęsistki, niektóre chorobotwórcze ameby), promieniowce, prątki (czynniki wywołujące gruźlicę, trąd), pleśnie i grzyby drożdżopodobne (czynniki wywołujące grzybice, kandydozy). Grzyby mogą powodować wszelkiego rodzaju zmiany skórne, na przykład różne rodzaje porostów (z wyjątkiem półpaśca, w który zaangażowany jest wirus). Niektóre drożdżaki, będące stałymi mieszkańcami skóry, w normalnych warunkach układu odpornościowego nie działają szkodliwie. Jeśli jednak aktywność układu odpornościowego jest zmniejszona, to powodują pojawienie się łojotokowego zapalenia skóry.
Grupy patogenności
Zagrożenie epidemiologiczne drobnoustrojów jest kryterium grupowania wszystkich drobnoustrojów chorobotwórczych w cztery grupy odpowiadające czterem kategoriom ryzyka. W ten sposób grupy patogenności drobnoustrojów, których klasyfikacja jest podana poniżej, cieszą się największym zainteresowaniem mikrobiologów, ponieważ mają bezpośredni wpływ na życie i zdrowie populacji.
Najbezpieczniejsza, czwarta grupa patogeniczności, obejmuje drobnoustroje, które nie stanowią zagrożenia dla zdrowia jednostki (lub ryzyko tego zagrożenia jest znikomemały). Oznacza to, że ryzyko infekcji jest bardzo małe.
3 grupa charakteryzuje się umiarkowanym ryzykiem infekcji dla jednostki, niskim ryzykiem dla całego społeczeństwa. Takie patogeny mogą teoretycznie powodować choroby, a nawet jeśli tak się stanie, istnieją sprawdzone skuteczne metody leczenia, a także zestaw środków zapobiegawczych, które mogą zapobiec rozprzestrzenianiu się infekcji.
Druga grupa patogeniczności obejmuje mikroorganizmy, które stanowią duże zagrożenie dla jednostki, ale niskie dla społeczeństwa jako całości. W takim przypadku patogen może wywołać u ludzi poważną chorobę, ale nie przenosi się z jednej zarażonej osoby na drugą. Dostępne są skuteczne metody leczenia i profilaktyki.
1. grupa patogeniczności charakteryzuje się wysokim ryzykiem zarówno dla jednostki, jak i społeczeństwa jako całości. Patogen, który powoduje ciężką chorobę u człowieka lub zwierzęcia, może być łatwo przenoszony na wiele sposobów. Skuteczne leczenie i środki zapobiegawcze na ogół nie są dostępne.
Drobnoustroje chorobotwórcze, których klasyfikacja określa ich przynależność do tej lub innej grupy patogenności, powodują poważne szkody dla zdrowia publicznego tylko wtedy, gdy należą do 1 lub 2 grupy.
