Принципы классификации, систематика и номенклатура бактерий. Определение

Микробиология, вирусология — ПСБГПМУ, Педиатрия

Принципы классификации, систематика и номенклатура бактерий. Определение понятий: вид, биовар, штамм

Принципы классификации бактерий

Классификация бактерий базируется на двух подходах: фенотипическом (совокупность морфологических, тинкториальных, культуральных, биохимических и антигенных свойств) и генотипическом (анализ генома). Современная классификация отдаёт приоритет генотипическим данным, особенно последовательностям гена 16S рРНК и результатам ДНК-ДНК гибридизации.

Основные принципы:

• Филогенетический (естественный): группировка по общности происхождения, выявляемой методами молекулярной филогении (сравнение консервативных генов). Таксоны должны быть монофилетическими.
• Полифазный: одновременное использование фенотипических, генотипических и хемотаксономических (состав жирных кислот, пептидогликана) данных для подтверждения границ таксонов.
• Иерархический: соподчинение таксонов разного ранга (домен → тип → класс → порядок → семейство → род → вид).
• Дискретность и стабильность: каждый таксон должен быть чётко отделён от других; названия и границы таксонов должны минимизировать частые пересмотры.

> [!simple] Простыми словами: Бактерии классифицируют не только по форме и окраске, но и по сходству их ДНК. Сначала смотрят, насколько похожи гены 16S рРНК (молекулярные часы эволюции), потом проверяют, могут ли их ДНК образовывать гибрид (если да — это один вид). Затем добавляют биохимические тесты для окончательного разграничения.

Систематика бактерий

Систематика объединяет классификацию (распределение по группам), номенклатуру (присвоение названий) и идентификацию (определение принадлежности к таксонам).

Таксономическая иерархия (на примере Escherichia coli):

| Ранг таксона | Пример |

|---|---|

| Домен | Bacteria |

| Тип (Phylum) | Pseudomonadota (Proteobacteria) |

| Класс | Gammaproteobacteria |

| Порядок | Enterobacterales |

| Семейство | Enterobacteriaceae |

| Род | Escherichia |

| Вид | Escherichia coli |

| Подвид | Escherichia coli subsp. coli |

Основные таксономические группы:

• Домен Bacteria — прокариоты с характерным типом клеточной стенки (пептидогликан), отличные от Archaea.
• Тип — крупное подразделение на основе филогении 16S рРНК (например, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes, Spirochaetes).
• Классы, порядки, семейства — промежуточные ранги, выделяемые по совокупности фенотипических и геномных признаков.
• Род — группа близкородственных видов.
• Вид — основная таксономическая единица.

> [!example] Пример: Вид Staphylococcus aureus относится к роду Staphylococcus, семейству Staphylococcaceae, порядку Bacillales, классу Bacilli, типу Firmicutes, домену Bacteria.

Номенклатура бактерий

Номенклатура прокариот регулируется Международным кодексом номенклатуры прокариот (ICNP) (ранее — Международный кодекс номенклатуры бактерий). Основные правила:

• Бинарная номенклатура: название вида состоит из двух латинских слов — названия рода (с заглавной буквы) и видового эпитета (со строчной). Оба слова пишутся курсивом. Пример: Mycobacterium tuberculosis.
• Род — может включать несколько видов; название рода — существительное в единственном числе, латинское или латинизированное.
• Видовой эпитет — чаще прилагательное, согласующееся с родом в роде (например, Bacillus subtilis — "тонкий").
• Типовой штамм — эталонный изолят, депонированный в коллекции культур (ATCC, VKM, DSMZ). Все сравнения при идентификации проводят с типовым штаммом вида.
• Валидное название — официально опубликованное в International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IJSEM) или включённое в Validation Lists. Только валидные названия имеют "standing in nomenclature".

Правила образования названий высших таксонов:

| Ранг | Окончание | Пример |

|---|---|---|

| Тип | -ota | Pseudomonadota |

| Класс | -ia | Gammaproteobacteria |

| Порядок | -ales | Enterobacterales |

| Семейство | -aceae | Enterobacteriaceae |

> [!simple] Простыми словами: Имя бактерии — как имя и фамилия у человека. Род — фамилия (общая у родственников), видовой эпитет — имя (уникальное). Типовой штамм — «паспортный» образец, с которым сверяют все новые находки.

Определение понятий: вид, биовар, штамм

Вид бактерий

Современное определение вида у прокариот является полифазным и включает три уровня:

1. Геномный критерий: уровень ДНК-ДНК гибридизации (DDH) ≥ 70% (или по современным данным ANI — average nucleotide identity ≥ 96%).

2. Филогенетический критерий: сходство последовательностей гена 16S рРНК ≥ 98.7% (для чёткого разделения видов рекомендуется >99%).

3. Фенотипический критерий: наличие общих морфологических, биохимических, серологических, патогенетических признаков, достаточных для отграничения от других видов.

Таким образом, вид бактерий — это группа штаммов, имеющих высокий уровень геномного сходства (≥70% DDH), филогенетически близких и обладающих общими различительными фенотипическими характеристиками.

> [!critical] Ключевой факт: Основной критерий вида у бактерий — ДНК-ДНК гибридизация ≥ 70% (или ANI ≥ 96%). Если два штамма имеют менее 70% гомологии, они относятся к разным видам, даже если фенотипически неразличимы.

Биовар

Биовар (biovar, сокращение от biochemical variant) — инфраподвидовая группа штаммов одного вида, отличающаяся по одному или нескольким биохимическим/физиологическим признакам.

• Биовары выделяют внутри подвидов или непосредственно внутри вида.
• За основу дифференциации берутся стабильные биохимические тесты (ферментация сахаров, утилизация субстратов, продукция ферментов).
• Обозначается латинским названием, часто с номером (например, Vibrio cholerae биовар el tor, Yersinia pestis биовар orientalis).

> [!example] Пример: Bordetella pertussis не имеет биоваров, а Brucella abortus имеет биовары 1–9, различающиеся по потребности в CO₂, продукции H₂S и чувствительности к фагам.

Штамм

Штамм (strain) — это чистая культура микроорганизмов, выделенная из конкретного источника (объекта внешней среды, организма человека или животного) в определённое время и обладающая уникальным набором генетических и фенотипических характеристик.

• Штамм — наименьшая таксономическая единица, доступная для изучения и депонирования.
• Один вид может включать тысячи штаммов.
• Каждый штамм имеет собственное обозначение: буквенно-цифровой код (например, E. coli K‑12, S. aureus ATCC 25923).
• Штаммы могут различаться по патогенности, антибиотикорезистентности, антигенной структуре, биохимической активности.

Соотношение:

• Вид → множество штаммов.
• Биовар — группа штаммов по биохимическим признакам.
• Штамм — конкретный изолят, базовая единица.

> [!simple] Простыми словами: Штамм — как отдельный человек с отпечатками пальцев. Вид — как национальность. Биовар — как группа людей, объединённых по цвету глаз (биохимический признак), но внутри одной национальности.

> [!critical] Ключевой факт: Вид — основная единица, определяемая генетическим сходством (≥70% DDH). Штамм — это конкретная чистая культура (изолят). Биовар — внутривидовая группировка по стабильным биохимическим свойствам.

---

Итог. Классификация бактерий основана на полифазном подходе с приоритетом геномных данных; номенклатура строго бинарна и кодифицирована. Вид — основная таксономическая единица, штамм — минимальная практическая единица, биовар — подвидовая категория по биохимии.

Все вопросы раздела: Подготовка к экзамену по Микробиологии, вирусологии