Bakterielle Klassifikation und Taxonomie

Die bakterielle Klassifikation und Taxonomie ist die Disziplin der Benennung von Bakterien und deren Anordnung in einem hierarchischen System, das ihre Beziehungen widerspiegelt. Die moderne bakterielle Systematik ist polyphasisch und phylogenetisch: Sie kombiniert phänotypische, chemotaxonomische und genomische Evidenz, wobei ribosomale RNA- und Gesamtgenomsequenzvergleiche das Rückgrat einer natürlichen Klassifikation bilden.

Definition

Bakterielle Taxonomie ist die systematische Klassifikation, Nomenklatur und Identifizierung von Bakterien, bei der Organismen auf der Grundlage phänotypischer, chemotaxonomischer und genomischer Ähnlichkeit sowie evolutionärer Verwandtschaft in rangierte Taxa gruppiert werden.

Scope

Dieses Thema behandelt die Prinzipien, nach denen bakterielle Taxa definiert und benannt werden, den Wandel von der phänotypbasierten zur molekularen und genombasierten Klassifikation, die Kriterien zur Abgrenzung von Spezies und die Standardränge (Domäne, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung, Spezies). Es handelt sich um eine Referenzübersicht darüber, wie Bakterien geordnet werden, nicht um einen Katalog von Taxa.

Core questions

• Auf welcher Evidenz werden bakterielle Taxa definiert und benannt?
• Wie wird eine bakterielle Spezies abgegrenzt und durch welche genomischen Schwellenwerte?
• Wie hat die molekulare Phylogenie die Klassifikation von Bakterien verändert?

Key concepts

• Domäne, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung, Spezies
• Polyphasische Taxonomie
• 16S ribosomale RNA-Phylogenie
• DNA-DNA-Hybridisierung
• Durchschnittliche Nukleotididentität (ANI)
• Genombasierte Speziesabgrenzung
• Typenstämme und Nomenklatur

Key theories

Drei-Domänen-phylogenetische Klassifikation

Der Vergleich ribosomaler RNA-Sequenzen unterteilt das zelluläre Leben in Bakterien, Archaeen und Eukaryoten und etabliert die molekulare Phylogenie als Grundlage für eine natürliche Klassifikation von Bakterien.

Polyphasische Taxonomie

Bakterielle Taxa werden durch die Integration mehrerer unabhängiger Evidenzlinien, phänotypischer, chemotaxonomischer und genomischer, und nicht durch ein einzelnes Merkmal umschrieben.

Mechanisms

Die Klassifikation ordnet Bakterien von der Domäne bis zur Spezies ein, und die Identifizierung ordnet ein unbekanntes Isolat innerhalb dieser Hierarchie ein. Frühe Klassifikationen stützten sich auf Phänotyp, Physiologie und Chemotaxonomie. Der Vergleich von ribosomalen RNA-Sequenzen kleiner Untereinheiten (16S) lieferte dann eine stabile molekulare Phylogenie und reorganisierte höhere Taxa. Die Speziesabgrenzung, die historisch auf DNA-DNA-Hybridisierung und einer polyphasischen Kombination von Merkmalen basierte, hat sich auf genombasierte Messungen wie die durchschnittliche Nukleotididentität (average nucleotide identity) konvergiert, wobei Gesamtgenomdaten nun große standardisierte Taxonomien untermauern. Namen werden durch formale Nomenklaturregeln geregelt, wobei jede Spezies an einen bestimmten Typenstamm gebunden ist.

Clinical relevance

Die Taxonomie liefert die Namen und Gruppierungen, die diagnostische Labore verwenden, um bakterielle Isolate zu melden und einen Organismus mit dem Wissen über seine Gruppe in Beziehung zu setzen, und genombasierte Methoden beeinflussen zunehmend, wie klinisch relevante Spezies definiert und identifiziert werden. Dieser Eintrag beschreibt die Prinzipien der Klassifikation als Referenzmaterial und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder Behandlungsentscheidungen.

Evidence & guidelines

Die bakterielle Nomenklatur folgt international vereinbarten Regeln und Ausschussberichten zur Systematik, während das phylogenetische Rückgrat und die Spezies-Kriterien auf der Primärliteratur des ribosomalen RNA- und Gesamtgenomvergleichs beruhen; kuratierte Datenbanken verbreiten nun standardisierte genombasierte Taxonomien.

History

Die bakterielle Klassifikation begann mit Phänotyp, Form, Färbung und Physiologie und wurde in aufeinanderfolgenden Ausgaben systematischer Handbücher kodifiziert. Die molekulare Phylogenie der 1970er Jahre und der Drei-Domänen-Vorschlag von 1990 verlagerten ihre Grundlage auf den Sequenzvergleich, und die genomische Ära hat die Speziesabgrenzung von der DNA-DNA-Hybridisierung hin zu Gesamtgenom-Metriken und standardisierten, genombasierten Taxonomien bewegt.

Debates

Wie sollte eine bakterielle Spezies definiert werden?

Das operationale Spezieskonzept hat sich von der DNA-DNA-Hybridisierung und polyphasischen phänotypischen Kriterien hin zu genombasierten Schwellenwerten wie der durchschnittlichen Nukleotididentität verschoben, und wie viel Gewicht dem Phänotyp noch zukommen sollte, bleibt umstritten.

Key figures

• Carl Woese
• Peter Vandamme
• Donovan Parks
• Philip Hugenholtz

Seminal works

• woese-1990
• wayne-1987
• goris-2007
• parks-2020

Frequently asked questions

Was bedeutet polyphasische Taxonomie?

Es bedeutet, dass bakterielle Taxa durch die Integration mehrerer unabhängiger Evidenzarten, phänotypischer, chemotaxonomischer und genomischer, definiert werden, anstatt sich auf ein einzelnes Merkmal zu verlassen.

Wie wird eine bakterielle Spezies heute definiert?

Die Speziesabgrenzung hat sich von der DNA-DNA-Hybridisierung hin zu genombasierten Messungen wie der durchschnittlichen Nukleotididentität verschoben, wobei der Gesamtgenomvergleich heute zentral für die Definition und Identifizierung von Spezies ist.