Phân loại và Phân loại học Vi khuẩn

Phân loại và phân loại học vi khuẩn là ngành khoa học đặt tên cho vi khuẩn và sắp xếp chúng vào một hệ thống phân cấp phản ánh mối quan hệ của chúng. Hệ thống phân loại vi khuẩn hiện đại mang tính đa pha và phát sinh loài: nó kết hợp bằng chứng kiểu hình, hóa phân loại và bộ gen, với so sánh trình tự RNA ribosome và toàn bộ bộ gen cung cấp xương sống cho một phân loại tự nhiên.

Definition

Phân loại học vi khuẩn là việc phân loại, định danh và nhận dạng vi khuẩn một cách có hệ thống, trong đó các sinh vật được nhóm thành các đơn vị phân loại có thứ bậc dựa trên sự tương đồng về kiểu hình, hóa phân loại, bộ gen và mối quan hệ tiến hóa.

Scope

Chủ đề này bao gồm các nguyên tắc xác định và đặt tên các đơn vị phân loại vi khuẩn, sự chuyển đổi từ phân loại dựa trên kiểu hình sang phân loại dựa trên phân tử và bộ gen, các tiêu chí được sử dụng để phân định loài, và các bậc phân loại chuẩn (giới, ngành, lớp, bộ, họ, chi, loài). Đây là một tổng quan tham khảo về cách vi khuẩn được sắp xếp, không phải là một danh mục các đơn vị phân loại.

Core questions

• Các đơn vị phân loại vi khuẩn được xác định và đặt tên dựa trên bằng chứng nào?
• Một loài vi khuẩn được phân định như thế nào, và bằng ngưỡng bộ gen nào?
• Cây phát sinh loài phân tử đã thay đổi cách phân loại vi khuẩn như thế nào?

Key concepts

• Giới, ngành, lớp, bộ, họ, chi, loài
• Phân loại học đa pha
• Cây phát sinh loài RNA ribosome 16S
• Lai DNA-DNA
• Độ tương đồng nucleotide trung bình (ANI)
• Phân định loài dựa trên bộ gen
• Chủng chuẩn và danh pháp

Key theories

Phân loại phát sinh loài ba giới

So sánh trình tự RNA ribosome chia sự sống tế bào thành Vi khuẩn (Bacteria), Cổ khuẩn (Archaea) và Sinh vật nhân chuẩn (Eucarya) và thiết lập cây phát sinh loài phân tử làm cơ sở cho một phân loại tự nhiên của vi khuẩn.

Phân loại học đa pha

Các đơn vị phân loại vi khuẩn được xác định bằng cách tích hợp nhiều bằng chứng độc lập, bao gồm kiểu hình, hóa phân loại và bộ gen, thay vì dựa vào bất kỳ đặc điểm đơn lẻ nào.

Mechanisms

Phân loại sắp xếp vi khuẩn từ giới xuống loài, và nhận dạng đặt một chủng phân lập chưa biết vào trong hệ thống phân cấp đó. Phân loại ban đầu dựa vào kiểu hình, sinh lý học và hóa phân loại. So sánh trình tự RNA ribosome tiểu đơn vị nhỏ (16S) sau đó đã cung cấp một cây phát sinh loài phân tử ổn định và tổ chức lại các đơn vị phân loại cao hơn. Việc phân định loài, trước đây dựa trên lai DNA-DNA và sự kết hợp đa pha của các đặc điểm, đã hội tụ vào các phép đo dựa trên bộ gen như độ tương đồng nucleotide trung bình, với dữ liệu toàn bộ bộ gen hiện đang là nền tảng cho các hệ thống phân loại chuẩn hóa lớn. Tên gọi được điều chỉnh bởi các quy tắc danh pháp chính thức, với mỗi loài được gắn với một chủng chuẩn được chỉ định.

Clinical relevance

Phân loại học cung cấp các tên gọi và nhóm mà các phòng thí nghiệm chẩn đoán sử dụng để báo cáo các chủng vi khuẩn phân lập và để liên hệ một sinh vật với những gì đã biết về nhóm của nó, và các phương pháp dựa trên bộ gen ngày càng cung cấp thông tin về cách các loài có liên quan lâm sàng được xác định và nhận dạng. Mục này mô tả các nguyên tắc phân loại như tài liệu tham khảo và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Danh pháp vi khuẩn tuân theo các quy tắc quốc tế đã được thống nhất và các báo cáo của ủy ban về hệ thống học, trong khi xương sống phát sinh loài và các tiêu chí loài dựa trên tài liệu gốc về so sánh RNA ribosome và toàn bộ bộ gen; các cơ sở dữ liệu được quản lý hiện phân phối các hệ thống phân loại dựa trên bộ gen đã được chuẩn hóa.

History

Phân loại vi khuẩn bắt đầu với kiểu hình, hình dạng, nhuộm màu và sinh lý học, và được hệ thống hóa trong các ấn bản liên tiếp của các cẩm nang hệ thống. Cây phát sinh loài phân tử của những năm 1970 và đề xuất ba giới năm 1990 đã chuyển cơ sở của nó sang so sánh trình tự, và kỷ nguyên bộ gen đã chuyển việc phân định loài từ lai DNA-DNA sang các chỉ số toàn bộ bộ gen và các hệ thống phân loại dựa trên bộ gen đã được chuẩn hóa.

Debates

Một loài vi khuẩn nên được định nghĩa như thế nào?

Khái niệm loài hoạt động đã chuyển từ lai DNA-DNA và các tiêu chí kiểu hình đa pha sang các ngưỡng dựa trên bộ gen như độ tương đồng nucleotide trung bình, và mức độ quan trọng mà kiểu hình nên giữ lại vẫn đang được tranh luận.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Phân loại học đa pha có nghĩa là gì?

Nó có nghĩa là các đơn vị phân loại vi khuẩn được xác định bằng cách tích hợp một số loại bằng chứng độc lập, bao gồm kiểu hình, hóa phân loại và bộ gen, thay vì chỉ dựa vào bất kỳ đặc điểm đơn lẻ nào.

Một loài vi khuẩn ngày nay được định nghĩa như thế nào?

Việc phân định loài đã chuyển từ lai DNA-DNA sang các phép đo dựa trên bộ gen như độ tương đồng nucleotide trung bình, với so sánh toàn bộ bộ gen hiện là trung tâm để xác định và nhận dạng loài.