Строение и классификация бактерий

Строение и классификация бактерий — это раздел бактериологии, который описывает, как устроены бактериальные клетки и как огромное разнообразие бактерий организовано в связную систему названий и взаимосвязей. Он объединяет цитологию прокариотической клетки, ее оболочки и формы с принципами, по которым виды разграничиваются и располагаются в филогенетическую таксономию.

Definition

Строение и классификация бактерий охватывает описание прокариотической клеточной анатомии и систематическое упорядочивание бактерий в таксоны на основе фенотипических, хемотаксономических и геномных данных.

Scope

Эта область знакомит читателя с планом прокариотической клетки, химическим составом и архитектурой клеточной стенки и оболочки, морфологией и расположением бактериальных клеток, полифазными и геномными принципами классификации бактерий, а также методами дифференциального окрашивания (прежде всего окрашиванием по Граму), которые связывают структуру с лабораторной идентификацией. Это обзорный справочный материал; подробные сведения содержатся в дочерних темах.

Sub-topics

• Bacterial Cell Wall and Envelope
• Bacterial Classification and Taxonomy
• Bacterial Morphology and Arrangement
• Gram Staining and Differential Staining
• Prokaryotic Cell Structure

Core questions

• Какие структурные особенности отличают прокариотическую клетку от эукариотической?
• Как химический состав клеточной оболочки лежит в основе различий между грамположительными и грамотрицательными бактериями?
• На каких данных определяются и называются бактериальные виды и высшие таксоны?

Key concepts

• План прокариотической клетки
• Клеточная оболочка и пептидогликан
• Грамположительные и грамотрицательные типы клеточной стенки
• Морфология и расположение клеток
• Полифазная таксономия
• Геномное разграничение видов
• Дифференциальное окрашивание

Key theories

Трехдоменная филогенетическая система

Сравнение последовательностей рибосомальной РНК малой субъединицы разделяет клеточную жизнь на три домена: Бактерии, Археи и Эукариоты, устанавливая молекулярную филогению, а не морфологию, в качестве основы естественной классификации бактерий.

Mechanisms

Бактериальные клетки имеют общую архитектуру: нуклеоид без мембранно-ограниченного ядра, цитоплазму с рибосомами 70S, плазматическую мембрану и, у большинства видов, клеточную стенку, содержащую пептидогликан. Однако они различаются по химическому составу оболочки и форме, что имеет как функциональное, так и диагностическое значение. Толщина и организация пептидогликанового слоя, а также наличие или отсутствие внешней мембраны определяют грамположительный и грамотрицательный типы оболочек и объясняют удержание или потерю кристаллическо-фиолетового комплекса при окрашивании по Граму. Классификация переводит это структурное и геномное разнообразие в иерархию: современная бактериальная систематика объединяет фенотипические и хемотаксономические признаки с данными секвенирования и полногеномными данными в полифазную, филогенетически обоснованную таксономию.

Clinical relevance

Реакция по Граму, форма и расположение клеток являются одними из первых наблюдений, сделанных на клиническом образце, и определяют, как лаборатории описывают и группируют изоляты, в то время как структура оболочки лежит в основе многих внутренних различий в чувствительности между грамположительными и грамотрицательными организмами. Эта область объясняет структурную и таксономическую терминологию, используемую в диагностической микробиологии; это описательный справочный материал, а не основа для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Филогенетическая основа опирается на сравнения рибосомальной РНК и полногеномные сравнения, а разграничение видов основывается на геномных критериях, в то время как формальные правила для предложения и согласования таксонов исходят от международных комитетов по систематике бактерий. Стандартные учебники по микробиологии обобщают структурные данные.

History

Ранняя бактериология классифицировала организмы по форме, поведению при окрашивании и физиологии. Введение окрашивания по Граму в 1880-х годах дало структурную дихотомию, которая организовала большую часть медицинской бактериологии, в то время как конец двадцатого века сместил основу классификации с морфологии на молекулярную филогению, кульминацией чего стала система трех доменов и, в последнее время, геномные таксономии.

Debates

Какие данные должны определять бактериальный вид?

Систематика бактерий перешла от ДНК-ДНК гибридизации и фенотипических полифазных критериев к полногеномным метрикам, и относительный вес, придаваемый фенотипу по сравнению с последовательностью генома при разграничении видов, остается предметом обсуждения.

Key figures

• Carl Woese
• Hans Christian Gram
• Thomas Silhavy

Seminal works

• woese-1990
• wayne-1987
• silhavy-2010

Frequently asked questions

Почему бактерии классифицируются по их клеточной оболочке?

Химический состав оболочки, особенно количество пептидогликана и наличие внешней мембраны, определяет грамположительный и грамотрицательный типы и коррелирует со многими структурными и физиологическими различиями, поэтому он долгое время был практическим организующим признаком наряду с молекулярной филогенией.

Основана ли классификация бактерий на внешнем виде или на генетике?

Современная таксономия бактерий является полифазной и филогенетической: форма и окрашивание остаются полезными дескрипторами, но основная классификация основана на сравнениях рибосомальной РНК и полногеномных последовательностей.