Mikroorganismy (mikroby) jsou považovány za jednobuněčné organismy, jejichž velikost nepřesahuje 0,1 mm. Zástupci této velké skupiny mohou mít různou buněčnou organizaci, morfologické rysy a metabolické schopnosti, to znamená, že hlavním rysem, který je spojuje, je velikost. Samotný termín "mikroorganismus" nemá taxonomický význam. Mikrobi patří k široké škále taxonomických jednotek a další zástupci těchto jednotek mohou být mnohobuněční a dosahovat velkých velikostí.
Obecné přístupy ke klasifikaci mikroorganismů
V důsledku postupného hromadění faktografického materiálu o mikrobech bylo nutné zavést pravidla pro jejich popis a systematizaci.
Klasifikace mikroorganismů je charakterizována přítomností následujících taxonů: doména, kmen, třída, řád, čeleď, rod, druh. V mikrobiologii vědci používají binomický systém vlastností objektů, to znamená, že nomenklatura zahrnuje jména rodu a druhu.
Pro většinu mikroorganismůcharakteristická je extrémně primitivní a univerzální struktura, proto jejich rozdělení na taxony nelze provádět pouze podle morfologických znaků. Jako kritéria se používají funkční znaky, molekulárně biologická data, vzorce biochemických procesů atd.
Funkce identifikace
K identifikaci neznámého mikroorganismu se provádí výzkum zaměřený na studium následujících vlastností:
- Cytologie buněk (patřící primárně k pro- nebo eukaryotním organismům).
- Morfologie buněk a kolonií (za specifických podmínek).
- Kulturní charakteristiky (charakteristiky růstu na různých médiích).
- Komplex fyziologických vlastností, na kterých je založena klasifikace mikroorganismů podle typu dýchání (aerobní, anaerobní)
- Biochemické příznaky (přítomnost nebo nepřítomnost určitých metabolických drah).
- Soubor molekulárně biologických vlastností, včetně zohlednění nukleotidové sekvence, možnosti hybridizace nukleových kyselin s materiálem typových kmenů.
- Chemotaxonomické ukazatele, které berou v úvahu chemické složení různých sloučenin a struktur.
- Sérologické charakteristiky (reakce "antigen - protilátka"; zejména pro patogenní mikroorganismy).
- Přítomnost a povaha citlivosti na konkrétní fágy.
Systematika a klasifikace mikroorganismů souvisejících s prokaryoty se provádí pomocí „Burgey's Guide to the Systematics of Bacteria“. Identifikace se provádí pomocíBurgeyho determinant.
Různé způsoby klasifikace mikrobů
K určení taxonomické příslušnosti organismu se používá několik metod klasifikace mikroorganismů.
Při formální numerické klasifikaci jsou všechny znaky považovány za stejně významné. To znamená, že se bere v úvahu přítomnost nebo nepřítomnost konkrétní funkce.
Morfofyziologická klasifikace zahrnuje studium souhrnu morfologických vlastností a rysů toku metabolických procesů. V tomto případě je obdařen významem a významem konkrétní vlastnosti předmětu. Umístění mikroorganismu do určité taxonomické skupiny a přiřazení jména závisí především na typu buněčné organizace, morfologii buňky a kolonie a vzorcích růstu.
Účtování funkčních charakteristik poskytuje možnost využití různých živin mikroorganismy. Důležitá je také závislost na některých fyzikálních a chemických faktorech prostředí, a zejména na způsobech získávání energie. Existují mikroby, které k jejich identifikaci vyžadují chemotaxonomické studie. Patogenní mikroorganismy vyžadují sérodiagnostiku. Kvalifikace se používá k interpretaci výsledků výše uvedených testů.
V molekulárně genetické klasifikaci je analyzována struktura molekul nejdůležitějších biopolymerů.
Postup pro identifikaci mikroorganismů
Dnes začíná identifikace konkrétního mikroskopického organismuizolace její čisté kultury a analýza nukleotidové sekvence 16S rRNA. Stanoví se tak místo mikroba na fylogenetickém stromě a následná specifikace podle rodu a druhu se provádí tradičními mikrobiologickými metodami. Hodnota shody 90 % vám umožňuje určit rod a 97 % - druh.
Ještě zřetelnější diferenciace mikroorganismů podle rodu a druhu je možná pomocí polyfyletické (polyfázové) taxonomie, kdy je určování nukleotidových sekvencí kombinováno s využitím informací na různých úrovních, až po ekologické. To znamená, že nejprve se provede hledání skupin podobných kmenů, poté se určí fylogenetické pozice těchto skupin, stanoví se rozdíly mezi skupinami a jejich nejbližšími sousedy a shromáždí se údaje pro odlišení skupin.
Hlavní skupiny eukaryotických mikroorganismů: řasy
Tato doména zahrnuje tři skupiny, kde existují mikroskopické organismy. Mluvíme o řasách, prvokech a houbách.
Řasy jsou jednobuněčné, koloniální nebo mnohobuněčné fototrofy, které provádějí kyslíkovou fotosyntézu. Vývoj molekulárně genetické klasifikace mikroorganismů patřících do této skupiny dosud nebyl dokončen. Proto se v současnosti v praxi používá klasifikace řas na základě složení pigmentů a rezervních látek, struktury buněčné stěny, přítomnosti pohyblivosti a způsobu rozmnožování.
Typickými zástupci této skupiny jsoujednobuněčné organismy patřící mezi dinoflageláty, rozsivky, euglenoidy a zelené řasy. Všechny řasy se vyznačují tvorbou chlorofylu a různých forem karotenoidů, ale schopnost syntetizovat další formy chlorofylů a fykobilinů u zástupců skupiny se projevuje různými způsoby.
Kombinace těchto nebo oněch pigmentů určuje barvení buněk v různých barvách. Mohou být zelené, hnědé, červené, zlaté. Pigmentace buněk je druhová charakteristika.
Rozsivky jsou jednobuněčné planktonní formy, jejichž buněčná stěna vypadá jako obal křemíkového mlže. Někteří zástupci jsou schopni pohybu podle typu klouzání. Rozmnožování je asexuální i sexuální.
Bytopy jednobuněčných řas euglena jsou sladkovodní nádrže. Pohybují se pomocí bičíků. Neexistuje žádná buněčná stěna. Schopný růst ve tmě díky procesu oxidace organických látek.
Dinoflageláty mají speciální strukturu buněčné stěny, skládá se z celulózy. Tyto planktonické jednobuněčné řasy mají dva boční bičíky.
Pro mikroskopické zástupce zelených řas jsou biotopy čerstvé a mořské vodní útvary, půda a povrch různých suchozemských objektů. Existují nepohyblivé druhy a některé jsou schopné pohybu pomocí bičíků. Stejně jako dinoflageláty mají zelené mikrořasy celulózovou buněčnou stěnu. Charakteristické je ukládání škrobu v buňkách. Rozmnožování je jak asexuální, tak sexuálnízpůsobem.
Eukaryotické organismy: Prvoci
Základní principy klasifikace mikroorganismů patřících do prvoků jsou založeny na morfologických charakteristikách, které se mezi zástupci této skupiny značně liší.
Všudypřítomné rozšíření, udržování saprotrofního nebo parazitického životního stylu do značné míry určuje jejich rozmanitost. Potravou volně žijící prvoky jsou bakterie, řasy, kvasinky, jiní prvoci a dokonce i malí členovci, stejně jako mrtvé zbytky rostlin, zvířat a mikroorganismů. Většina zástupců nemá buněčnou stěnu.
Mohou vést nehybný život nebo se pohybovat pomocí různých zařízení: bičíků, řasinek a prolegů. V rámci taxonomické skupiny prvoků existuje několik dalších skupin.
Zástupci těch nejjednodušších
Améby se živí endocytózou, pohybují se pomocí pseudopodů, podstata rozmnožování spočívá v primitivním rozdělení buňky na dvě části. Většina améb jsou volně žijící vodní formy, ale existují některé, které způsobují onemocnění u lidí a zvířat.
Buňky nálevníků mají dvě různá jádra, nepohlavní rozmnožování spočívá v příčném dělení. Existují zástupci, pro které je charakteristické pohlavní rozmnožování. Pohybu se účastní koordinovaný systém řasinek. Endocytóza se provádí zachycením potravy ve speciální dutině ústní a zbytky jsou vylučovány skrzotvor na zadním konci. V přírodě žijí nálevníci ve vodních plochách znečištěných organickými látkami a také v bachoru přežvýkavců.
Bičence se vyznačují přítomností bičíků. Absorpce rozpuštěných živin se provádí celým povrchem CPM. K dělení dochází pouze v podélném směru. Mezi bičíkovci existují volně žijící i symbiotické druhy. Hlavními symbionty lidí a zvířat jsou trypanozomy (způsobují spavou nemoc), leishmánie (způsobují obtížně se hojící vředy), giardie (vedou ke střevním poruchám).
Sporozoani mají nejsložitější životní cyklus ze všech prvoků. Nejznámějším zástupcem sporozoanů je malarické plazmodium.
Eukaryotické mikroorganismy: houby
Klasifikace mikroorganismů podle typu výživy označuje zástupce této skupiny k heterotrofům. Většina se vyznačuje tvorbou mycelia. Dýchání je obvykle aerobní. Existují ale i fakultativní anaeroby, které mohou přejít na alkoholové kvašení. Způsoby rozmnožování jsou vegetativní, asexuální a sexuální. Právě tato vlastnost slouží jako kritérium pro další klasifikaci hub.
Pokud mluvíme o významu zástupců této skupiny, pak nejzajímavější je zde kombinovaná netaxonomická skupina kvasinek. To zahrnuje houby, které nemají fázi růstu mycelia. Mezi kvasinkami existuje mnoho fakultativních anaerobů. Existují však také patogenní druhy.
Hlavní skupiny prokaryotických mikroorganismů:archaea
Morfologie a klasifikace prokaryotických mikroorganismů je spojuje do dvou domén: bakterií a archeí, jejichž zástupci mají mnoho významných rozdílů. Archaea nemají peptidoglykanové (mureinové) buněčné stěny typické pro bakterie. Vyznačují se přítomností dalšího heteropolysacharidu - pseudomureinu, který neobsahuje kyselinu N-acetylmuramovou.
Archaea se dělí na tři kmeny.
Vlastnosti struktury bakterií
Principy klasifikace mikroorganismů, které spojují mikroby v této doméně, jsou založeny na strukturálních vlastnostech buněčné membrány, a zejména na obsahu peptidoglykanu v ní. V současné době je v doméně 23 kmenů.
Bakterie jsou důležitým článkem v koloběhu látek v přírodě. Podstatou jejich významu v tomto globálním procesu je rozklad rostlinných a živočišných zbytků, čištění vodních ploch znečištěných organickou hmotou a modifikace anorganických sloučenin. Bez nich by existence života na Zemi byla nemožná. Tyto mikroorganismy žijí všude, jejich životním prostředím může být půda, voda, vzduch, lidské tělo, zvířata a rostliny.
Podle tvaru buněk, přítomnosti zařízení pro pohyb, artikulace buněk mezi sebou se tato doména provádí v rámci následné klasifikace mikroorganismů. Mikrobiologie zvažuje následující typy bakterií na základě tvaru buněk: kulaté, tyčinkovité, vláknité, svinuté, spirálovité. Podle druhu pohybu mohou být bakterie nepohyblivé, bičíkaté nebo se pohybují v důsledku vylučování.sliz. Na základě způsobu, jakým se buňky navzájem artikulují, mohou být bakterie izolovány, propojeny ve formě párů, granulí a větvících se forem.
Patogenní mikroorganismy: klasifikace
Patogenních mikroorganismů je mnoho mezi tyčinkovitými bakteriemi (původci záškrtu, tuberkulózy, břišního tyfu, antraxu); prvoky (malarické plazmodium, toxoplazma, leishmanie, giardie, trichomonas, některé patogenní améby), aktinomycety, mykobakteria (původci tuberkulózy, lepry), plísně a kvasinkám podobné houby (původci mykóz, kandidózy). Houby mohou způsobit všechny druhy kožních lézí, například různé druhy lišejníků (s výjimkou pásového oparu, na kterém se virus podílí). Některé kvasinky, které jsou stálými obyvateli kůže, nemají za normálních podmínek imunitního systému škodlivý účinek. Pokud je však aktivita imunitního systému snížena, pak způsobují výskyt seboroické dermatitidy.
Skupiny patogenity
Kritériem pro seskupení všech patogenních mikrobů do čtyř skupin odpovídajících čtyřem rizikovým kategoriím je epidemiologická nebezpečnost mikroorganismů. Skupiny patogenity mikroorganismů, jejichž klasifikace je uvedena níže, jsou tedy předmětem největšího zájmu mikrobiologů, protože přímo ovlivňují život a zdraví populace.
Nejbezpečnější, 4. skupina patogenity, zahrnuje mikroby, které nepředstavují hrozbu pro zdraví jedince (nebo je riziko této hrozby zanedbatelnémalý). To znamená, že riziko infekce je velmi malé.
3. skupina se vyznačuje středním rizikem infekce pro jednotlivce, nízkým rizikem pro společnost jako celek. Takové patogeny by teoreticky mohly způsobit onemocnění, a i kdyby ano, existuje prokázaná účinná léčba a také soubor preventivních opatření, která mohou zabránit šíření infekce.
Do 2. skupiny patogenity patří mikroorganismy, které představují vysoké riziko pro jednotlivce, ale nízké pro společnost jako celek. V tomto případě může patogen způsobit těžké onemocnění u lidí, ale nepřenáší se z jedné infikované osoby na druhou. K dispozici jsou účinné metody léčby a prevence.
1. skupina patogenity se vyznačuje vysokým rizikem jak pro jednotlivce, tak pro společnost jako celek. Patogen, který způsobuje těžké onemocnění u člověka nebo zvířete, se může snadno přenášet různými způsoby. Účinná léčba a preventivní opatření obecně nejsou k dispozici.
Patogenní mikroorganismy, jejichž klasifikace určuje jejich příslušnost k té či oné skupině patogenity, způsobují velké škody na veřejném zdraví pouze tehdy, pokud patří do 1. nebo 2. skupiny.
