Классификация и таксономия бактерий

Классификация и таксономия бактерий — это дисциплина, занимающаяся наименованием бактерий и их расположением в иерархической системе, отражающей их взаимосвязи. Современная систематика бактерий является полифазной и филогенетической: она сочетает фенотипические, хемотаксономические и геномные данные, при этом сравнения рибосомальной РНК и полногеномных последовательностей составляют основу естественной классификации.

Definition

Бактериальная таксономия — это систематическая классификация, номенклатура и идентификация бактерий, при которой организмы группируются в ранжированные таксоны на основе фенотипического, хемотаксономического и геномного сходства, а также эволюционного родства.

Scope

Эта тема охватывает принципы, по которым определяются и именуются бактериальные таксоны, переход от классификации, основанной на фенотипе, к молекулярной и геномной классификации, критерии, используемые для разграничения видов, и стандартные ранги (домен, тип, класс, порядок, семейство, род, вид). Это справочный обзор того, как упорядочиваются бактерии, а не каталог таксонов.

Core questions

• На каких данных основываются определение и наименование бактериальных таксонов?
• Как разграничивается бактериальный вид и по каким геномным порогам?
• Как молекулярная филогения изменила классификацию бактерий?

Key concepts

• Домен, тип, класс, порядок, семейство, род, вид
• Полифазная таксономия
• Филогения 16S рибосомальной РНК
• ДНК-ДНК гибридизация
• Средняя нуклеотидная идентичность (ANI)
• Разграничение видов на основе генома
• Типовые штаммы и номенклатура

Key theories

Трехдоменная филогенетическая классификация

Сравнение последовательностей рибосомальной РНК делит клеточную жизнь на Бактерии, Археи и Эукариоты и устанавливает молекулярную филогению как основу для естественной классификации бактерий.

Полифазная таксономия

Бактериальные таксоны определяются путем интеграции множества независимых линий доказательств — фенотипических, хемотаксономических и геномных, а не по какому-либо одному признаку.

Mechanisms

Классификация ранжирует бактерии от домена до вида, а идентификация помещает неизвестный изолят в эту иерархию. Ранняя классификация основывалась на фенотипе, физиологии и хемотаксономии. Сравнение последовательностей рибосомальной РНК малой субъединицы (16S) затем обеспечило стабильную молекулярную филогению и реорганизовало высшие таксоны. Разграничение видов, исторически основанное на ДНК-ДНК гибридизации и полифазной комбинации признаков, сошлось на геномных измерениях, таких как средняя нуклеотидная идентичность, при этом полногеномные данные теперь лежат в основе крупных стандартизированных таксономий. Названия регулируются формальными правилами номенклатуры, при этом каждый вид привязан к обозначенному типовому штамму.

Clinical relevance

Таксономия предоставляет названия и группировки, которые диагностические лаборатории используют для сообщения о бактериальных изолятах и для соотнесения организма с известными данными о его группе, а геномные методы все чаще определяют, как определяются и идентифицируются клинически значимые виды. Эта запись описывает принципы классификации в качестве справочного материала и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Бактериальная номенклатура следует международно согласованным правилам и отчетам комитетов по систематике, в то время как филогенетическая основа и критерии видов опираются на первичную литературу по рибосомальной РНК и полногеномному сравнению; курируемые базы данных теперь распространяют стандартизированные геномные таксономии.

History

Классификация бактерий началась с фенотипа, формы, окрашивания и физиологии и была кодифицирована в последовательных изданиях систематических руководств. Молекулярная филогения 1970-х годов и предложение о трех доменах 1990 года сместили ее основу на сравнение последовательностей, а геномная эра перевела разграничение видов от ДНК-ДНК гибридизации к полногеномным метрикам и стандартизированным, основанным на геноме таксономиям.

Debates

Как следует определять бактериальный вид?

Операционная концепция вида сместилась от ДНК-ДНК гибридизации и полифазных фенотипических критериев к геномным порогам, таким как средняя нуклеотидная идентичность, и вопрос о том, какой вес должен сохранять фенотип, остается предметом дискуссий.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Что означает полифазная таксономия?

Это означает, что бактериальные таксоны определяются путем интеграции нескольких независимых видов доказательств — фенотипических, хемотаксономических и геномных, а не путем опоры на какой-либо один признак.

Как определяется бактериальный вид сегодня?

Разграничение видов сместилось от ДНК-ДНК гибридизации к геномным измерениям, таким как средняя нуклеотидная идентичность, при этом полногеномное сравнение теперь является центральным для определения и идентификации видов.