Cấu trúc và phân loại vi khuẩn
Cấu trúc và phân loại vi khuẩn là lĩnh vực vi khuẩn học mô tả cách các tế bào vi khuẩn được xây dựng và cách sự đa dạng khổng lồ của vi khuẩn được tổ chức thành một hệ thống tên gọi và mối quan hệ mạch lạc. Nó kết hợp tế bào học của tế bào nhân sơ, vỏ và hình dạng của nó, với các nguyên tắc mà theo đó các loài được xác định và sắp xếp thành một phân loại phát sinh loài.
Definition
Cấu trúc và phân loại vi khuẩn bao gồm mô tả giải phẫu tế bào nhân sơ và việc sắp xếp có hệ thống vi khuẩn thành các đơn vị phân loại dựa trên bằng chứng kiểu hình, hóa phân loại và bộ gen.
Scope
Lĩnh vực này định hướng cho người đọc về cấu trúc tế bào nhân sơ, hóa học và kiến trúc của thành tế bào và vỏ tế bào, hình thái và sự sắp xếp của các tế bào vi khuẩn, các nguyên tắc phân loại vi khuẩn đa pha và dựa trên bộ gen, và các phương pháp nhuộm khác biệt (trên hết là nhuộm Gram) liên kết cấu trúc với nhận dạng trong phòng thí nghiệm. Đây là một tổng quan tham khảo; các chủ đề con của nó chứa đựng những yếu tố thiết yếu chi tiết.
Sub-topics
Core questions
- Những đặc điểm cấu trúc nào phân biệt tế bào nhân sơ với tế bào nhân thực?
- Hóa học của vỏ tế bào làm cơ sở cho sự phân biệt Gram dương và Gram âm như thế nào?
- Dựa trên bằng chứng nào mà các loài vi khuẩn và các đơn vị phân loại cao hơn được định nghĩa và đặt tên?
Key concepts
- Cấu trúc tế bào nhân sơ
- Vỏ tế bào và peptidoglycan
- Các loại thành tế bào Gram dương và Gram âm
- Hình thái và sự sắp xếp của tế bào
- Phân loại đa pha
- Phân định loài dựa trên bộ gen
- Nhuộm phân biệt
Key theories
- Hệ thống phát sinh loài ba lĩnh vực
- So sánh trình tự RNA ribosome tiểu đơn vị nhỏ phân giải sự sống tế bào thành ba lĩnh vực, Vi khuẩn (Bacteria), Cổ khuẩn (Archaea) và Sinh vật nhân thực (Eucarya), thiết lập phát sinh loài phân tử thay vì hình thái học làm cơ sở cho phân loại vi khuẩn tự nhiên.
Mechanisms
Các tế bào vi khuẩn có chung một kiến trúc, một vùng nhân không có nhân giới hạn màng, một tế bào chất với ribosome 70S, một màng sinh chất, và ở hầu hết các loài có thành chứa peptidoglycan, tuy nhiên chúng khác nhau về hóa học vỏ và hình dạng theo những cách quan trọng cả về chức năng và chẩn đoán. Độ dày và tổ chức của lớp peptidoglycan và sự hiện diện hoặc vắng mặt của màng ngoài xác định các loại vỏ Gram dương và Gram âm và giải thích sự giữ lại hoặc mất đi phức hợp tinh thể tím trong quá trình nhuộm Gram. Phân loại chuyển đổi sự đa dạng cấu trúc và bộ gen này thành một hệ thống phân cấp: hệ thống phân loại vi khuẩn hiện đại kết hợp các đặc điểm kiểu hình và hóa phân loại với dữ liệu trình tự và toàn bộ bộ gen thành một phân loại đa pha, dựa trên phát sinh loài.
Clinical relevance
Phản ứng Gram, hình dạng tế bào và sự sắp xếp là một trong những quan sát đầu tiên được thực hiện trên một mẫu lâm sàng và định hình cách các phòng thí nghiệm mô tả và nhóm các chủng phân lập, trong khi cấu trúc vỏ tế bào là cơ sở cho nhiều khác biệt nội tại về tính nhạy cảm giữa các sinh vật Gram dương và Gram âm. Lĩnh vực này giải thích từ vựng cấu trúc và phân loại được sử dụng trong vi sinh vật học chẩn đoán; đây là tài liệu tham khảo mô tả và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.
Evidence & guidelines
Khung phát sinh loài dựa trên RNA ribosome và so sánh toàn bộ bộ gen, và việc phân định loài đã hội tụ vào các tiêu chí dựa trên bộ gen, trong khi các quy tắc chính thức để đề xuất và điều hòa các đơn vị phân loại bắt nguồn từ các ủy ban quốc tế về hệ thống phân loại vi khuẩn. Các sách giáo khoa vi sinh vật học tiêu chuẩn tổng hợp các mô tả cấu trúc.
History
Vi khuẩn học ban đầu phân loại các sinh vật theo hình dạng, hành vi nhuộm màu và sinh lý học. Việc giới thiệu nhuộm Gram vào những năm 1880 đã tạo ra một sự phân đôi cấu trúc tổ chức phần lớn vi khuẩn học y tế, trong khi cuối thế kỷ XX đã chuyển cơ sở phân loại từ hình thái học sang phát sinh loài phân tử, đỉnh điểm là hệ thống ba lĩnh vực và, gần đây hơn, trong các phân loại dựa trên bộ gen.
Debates
- Bằng chứng nào nên định nghĩa một loài vi khuẩn?
- Hệ thống phân loại vi khuẩn đã chuyển từ lai DNA-DNA và các tiêu chí đa pha kiểu hình sang các chỉ số toàn bộ bộ gen, và trọng số tương đối được gán cho kiểu hình so với trình tự bộ gen trong việc xác định loài vẫn đang được thảo luận.
Key figures
- Carl Woese
- Hans Christian Gram
- Thomas Silhavy
Related topics
Seminal works
- woese-1990
- wayne-1987
- silhavy-2010
Frequently asked questions
- Tại sao vi khuẩn được phân loại theo vỏ tế bào của chúng?
- Hóa học vỏ tế bào, đặc biệt là lượng peptidoglycan và sự hiện diện của màng ngoài, định nghĩa các loại Gram dương và Gram âm và tương quan với nhiều khác biệt về cấu trúc và sinh lý, vì vậy nó từ lâu đã là một đặc điểm tổ chức thực tế bên cạnh phát sinh loài phân tử.
- Phân loại vi khuẩn dựa trên hình dạng hay di truyền?
- Phân loại vi khuẩn hiện đại là đa pha và phát sinh loài: hình dạng và nhuộm màu vẫn là những mô tả hữu ích, nhưng phân loại cơ bản dựa trên RNA ribosome và so sánh trình tự toàn bộ bộ gen.