Современная систематика прокариот: Учебно-методическое пособие

Ф Е Д Е РАЛ Ь Н О Е АГ Е Н С ТВ О П О О БРАЗО В АН И Ю В О РО Н Е Ж С КИ Й Г О С У Д АРС ТВ Е Н Н Ы Й У Н И В Е РС И ТЕ Т

С О В РЕ МЕ Н Н АЯ С И С Т Е МАТИ КА П РО КАРИ О Т У чебно -мето дическо е по со бие П о специально сти 020200(510600), 020201(011600) –Био ло гия

В о р о неж , 2005

2

У твер ж дено научно -мето дическим со вето м био ло го -по чвенно го ф акультета, пр о то ко л № 4 о т 3 ию ня 2005г.

С о ставители: Г р або вичМ.Ю . Ч ур ико ва В .В . Ч ер но усо ва Е .Ю .

У чебно -мето дическо е по со бие по дго то влено на каф едр е ф изио ло гии и био х имии р астений био ло го -по чвенно го ф акультета В о р о неж ско го го судар ственно го универ ситета. Реко мендуется для студенто в 3 кур са дневно го и вечер него о тделения.

3

В ведени е П р едлагаемо е по со бие пр извано по мо чьстудентам микр о био ло гам сф о р мир о вать цело стно е пр едставление о со сто янии со вр еменно й систематики пр о кар ио т. Д о лго е вр емя в микр о био ло гии го спо дство вала ф ено типическая систематика бактер ий, о сно ванная на сх о дстве бактер ий по со во купно сти их мо р ф о ф изио ло гических пр изнако в. О днако э то т по дх о д не по зво лил со здать естественную систематику микр о о р ганизмо в. П о стр о ение естественно й системы классиф икации микр о о р ганизмо в стало во змо ж но на о сно ве гено типических пр изнако в бактер ий. П ер вы е исследо вания по о пр еделению специф ично сти нуклео тидно го со става Д Н К бактер ий по явилисьв ко нце 50-х - начале 60-х го до в пр о ш ло го сто летия. Д анны е о Г Ц со ставе – э то пер вая х ар актер истика гено ма, ко то р ая стала испо льзо ваться в систематике пр о кар ио т. Бы ло устано влено , что о р ганизмы с р азны м % Г Ц о тно сятся к р азны м видам, но в то ж е вр емя у нер о дственны х о р ганизмо в мо гут бы тьсх о дны е значения нуклео тидно го со става Д Н К. П о э то му во зникла по тр ебно сть в бо лее инф о р мативно м мето де. Таким мето до м стал мето д Д Н К-Д Н К гибр идизации. Э то т мето д о сно ван на о р игинально м по дх о де: о дно цепо чечны е Д Н К двух р азличны х ш таммо в будут р еассо циир о ватьи сф о р мир ую т гибр идную Д Н К. Н а о сно вании данны х гибр идизации зачастую пр их о дило сь изменять тр адицио нную классиф икацию , по стр о енную на ф ено типических х ар актер истиках . О казало сь, что по следо вательно сти Д Н К о р ганизмо в, р азличаю щ их ся бо лее чем на 20 % пр актически не р еассо циир ую т, по э то му устано вление о тдаленны х р о дственны х связей меж ду о р ганизмами э тим мето до м о казало сьнево змо ж ны м. О днако данны й мето дпо зво лил р еш итьр ядво пр о со в, до лго е вр емя сущ ество вавш их в таксо но мии видо во го ур о вня. В 1965 го ду Doi и Iragashi и Dubnau устано вили, что цистр о ны р РН К у бактер ий весьма ко нсер вативны , не по двер ж ены действию супр ессо р ны х мутаций и не во влекаю тся в пр о цессы меж видо во го генетическо го пер ено са. С ко р о стьизменения гена 16S р РН К у р азличны х бактер ий симбио нто в со ставила о т 2 до 4 % замен нуклео тидо в в течение 60 млн. лет. С ледо вательно , мо лекула 16S р РН К наибо лее ко нсер вативная мо лекула, то естьо на менее по двер ж ена изменению в пр о цессе био ло гическо й э во лю ции. П ер вы м ш аго м в э то м напр авлении мо ж но считать пр именение мо диф икации мето да мо лекуляр но й гибр идизации, где в качестве метки испо льзо вали р РН К. С ледую щ им э тапо м в систематике пр о кар ио т стало р азвитие мето до ло гии, о пр еделение по следо вательно сти нуклео тидо в в нуклеино вы х кисло тах , то естьсиквенс. Н аибо лее р аспр о стр аненны м мо лекуляр ны м о бъекто м стала мо лекула 16S р РН К, длина ко то р о й со ставляет 1550-1640 нуклео тидо в. С р авнительны й анализ секвенир о ванны х по следо вательно стей 16S р РН К является сейчас о бщ еупо тр ебимы м, и на его о сно ве ведется по стр о ение ф ило генетическо й систематики. Д о лго е вр емя в систематике сущ ество вало пр едставление о р азделении всех ж ивы х о р ганизмо в на пр о кар ио т и э укар ио т. В 1970 го ду Woes и Fox пр о анализир о вали о лиго нуклео тидны е катало ги 16S р РН К и 18S р РН К (анало г э укар ио т) и по казали, что все пр о кар ио ты делятся на 2 до мена: Archaea (archaebacteria) и Bacteria (eubacteria). В 1990 го ду Woes, Kandeler и Wheelis пр едло ж или р азделить микр о о р ганизмы на 3 до минио на (до мена): Archaea, Bacteria, Eucarya, по ско льку ар х еи, бактер ии и э укар ио ты

4

р ассматр иваю тся в качестве тр ех само сто ятельны х линий р азвития. С р авнительны й анализ белко вы х по следо вательно стей до мено в Eucarya, Archaea и Bacteria по казал бо лее вы со кую ф ило генетическую близо стьдо мено в Eucarya и Archaea неж ели Archaea и Bacteria. С тр о ение генетическо го аппар ата Archaea сближ ает их с э укар ио тами, с др уго й сто р о ны , о ни имею т типичны е пр изнаки пр о кар ио т. Таким о бр азо м, Archaea и Bacteria –пр о кар ио ты , до мен Eucarya –э укар ио ты . С о гласно тр адицио нно й системе классиф икации до мены по др азделяю тся на типы (ф илумы ), классы , о тделы (по р ядо к), семейства. В данно м по со бии будут изло ж ены о сно вы со вр еменно й систематики пр о кар ио т. О бщ а я х а ра ктери сти ка прока ри от П р о кар ио ты – э то мельчайш ие о р ганизмы , о бладаю щ ие клето чны м стр о ением; их р азмер ы со ставляю т 0,2-10 мкм. П лазматическая мембр ана о бр азует ламинар ны е, тубуляр ны е, везикуляр ны е впячивания внутр ьклетки, на ко то р ы х о бы чно пр о текаю т пр о цессы ды х ания и ф о то синтеза. Цито плазма непо движ на, микр о тр убо чки о тсутствую т. Рибо со мы 70 S типа р аспо лагаю тся в цито плазме (у о дно го р о да Ар х ей бо лее вы со кая ко нстанта седиментации). Э кзо цито з, э ндо цито з и псеудо по диально е движ ение не о бнар уж ены . О сно вно й чер то й мо лекуляр но й о р ганизации пр о кар ио т является о тсутствие в их клетках ядр а, о тделенно го ядер но й мембр ано й о т цито плазмы . В о тличие о т э укар ио т, гено м пр о кар ио т по стр о ен о чень ко мпактно . Ко личество неко дир ую щ их по следо вательно стей нуклео тидо в минимально , интр о ны р едки. У пр о кар ио т для ко дир о вания белко в часто испо льзую тся две или все тр и р амки считы вания о дно й и то й ж е по следо вательно сти нуклео тидо в гена, что по вы ш ает ко дир ую щ ий по тенциал их гено ма без увеличения его р азмер а. Мно гие мех анизмы р егуляции э кспр ессии гено в, испо льзую щ иеся у э укар ио т, нико гда не встр ечаю тся у пр о кар ио т. П р о сто та стр о ения гено ма о бъясняется их упр о щ енны м ж изненны м цикло м, на пр о тяж ении ко то р о го клетки не пр етер певаю т сло ж ны х диф ф ер енцир о во к, связанны х с пер еклю чением э кспр ессии о дних гр упп гено в на др угие. П р о кар ио ты встр ечаю тся в самы х р азно о бр азны х местах : в атмо сф ер е, в о кеанах , р еках и о со бенно мно го их в по чве. Х а ра ктери сти ка доменов Archaea и Bacteria В домене Archaea вы деляю т два ф илума: 1. Crenarchaeota –вклю чает 1 класс Thermoprotei. 2. Euryarchaeota – вклю чает 7 классо в Methanobacteria, Metanococci, Halobacteria, Thermoplasmata, Thermococci, Archaeoglobi, Methanopyri. С р еди ар х ей вы деляю т следую щ ие ф изио ло гические гр уппы : - метано генны е Archaea; - сульф атр едуцир ую щ ие Archaea; - э кстр емально гало ф ильны е Archaea; - э кстр емально тер мо ф ильны е So метабо лизир ую щ ие Archaea; - Archaea, лиш енны е клето чно й стенки. В по следнее вр емя вы деляю т ещ е два ф илума в пр еделах до мена Ар х ей, э то Korarchaeota и Nanarcheota. О днако для пер во й гр уппы со о тветствую щ ие ей о р ганизмы не вы делены и не культивир ую тся, а вто р ая гр уппа бы ла пр едло ж ена в 2003 го ду и вклю чает анаэ р о бны е тер мо ф ильны е ко кки, р азмер гено ма ко то р ы х не бо лее 490

5

kb. П о вы ш епер ечисленны м пр ичинам в издании « Bergey`s Manual of Systematic Bacteriology» э ти гр уппы не учиты ваю тся. Мы такж е не будем р ассматр иватьданны е ф илумы . Ар х еи –э то пр еимущ ественно по чвенны е или во дны е микр о о р ганизмы , ко то р ы е встр ечаю тся в анаэ р о бны х усло виях или в гипер со лены х , либо в гидр о - и гео тер мально нагр еты х ср едах и каксимбио нты в пищ евар ительно м тр акте ж иво тны х . У никальная био х имическая о со бенно стьар х ей со сто ит в то м, что в со став липидо в у них вх о дят изо пр енильны е э ф ир ы глицер о ла. О тсутствие мур еина в клето чны х стенках делает ар х ей усто йчивы ми к β – лактамны м антибио тикам. Результаты о кр аш ивания по Г р аму мо гут бы ть по ло ж ительны ми или о тр ицательны ми внутр и о дно го по р ядка, по ско льку типы клето чны х о бо ло чек сильно р азличаю тся. У гр ампо ло ж ительны х видо в клето чны е стенки со сто ят из псевдо мур еина, метано х о ндр о итина и гетер о по лисах ар ида. Г р амо тр ицательны е клетки имею т по вер х но стны е сло и, со сто ящ ие из (глико -)пр о теина. Ф о р ма клето к мо ж ет бы тьр азно о бр азно й – сф ер ическо й, спир ально й, пластинчато й или пало чко видно й. В стр ечаю тся такж е о дно клето чны е и мно го клето чны е ф о р мы в виде нитей или агр егато в. Размно ж ение пр о исх о дит путем бинар но го деления, по чко вания, пер етяж ки, ф р агментации или неизвестны ми спо со бами. Анализ стр уктур ы гено ма Ар х ей по казал, что гены , детер минир ую щ ие тр анскр ипцию , тр ансляцию , р епликацию Д Н К, в бо льш ей степени напо минаю т гены э укар ио т, чем бактер ий. Н уклео тидны е по следо вательно сти 5S, 16S и 23S р РН К о тличаю тся по сво ему стр о ению о т р РН К пр о кар ио т и о т р РН К э укар ио т. Мо лекула тРН К со дер ж ит псеудо ур идин или 1 метил-псеудо ур идин взамен р ибо тимидина. С пециф ические р ибо со мны е белки имею т го мо ло ги у э укар ио т. Бо льш инство известны х ф акто р о в тр ансляции такж е о казалисьэ укар ио тическо го типа. Л иш ьдва из о сно вны х ф акто р о в тр анскр ипции Ар х ей го мо ло гичны тако вы м э укар ио т. А о дин или два ф акто р а р ассматр иваю тся как « р удиментар ны е» ф о р мы со о тветствую щ их э укар ио тических ф акто р о в. Таким о бр азо м, система тр анскр ипции Ар х ей пр едставляется как бо лее пр о стая вер сия, со о тветствую щ ая э укар ио тическо й системе. В гено ме Ар х ей найден то лько о дин ген, ко дир ую щ ий Д Н К-по лимер азу, ко то р ая напо минает э укар ио тическую Д Н К-по лимер азу э псило н. В ы со кую го мо ло гию с белками э укар ио т о бнар уж иваю т неко то р ы е белки Ар х ей: белки, ко нтр о лир ую щ ие деление клетки, ф акто р ы э ло нгации и тр ансляции, белки системы р епар ации и тр анспо р та. Д ля Archaea, как и для Bacteria, х ар актер на о р ганизация гено в в виде о пер о но в. Г ены , ко нтр о лир ую щ ие по следо вательно метабо лические р еакции, мо гут бы ть случайны м о бр азо м р аспр еделены по гено му. В домене Bacteria вы деляю т 23 ф илума. Н аибо лее др евними в э во лю цио нно м о тно ш ении являю тся 9 ф илумо в: 1. Aquificae 4. Deinococcus-Thermus 7. Thermomicrobia 2. Thermotogа e 5. Chrysiogenetes 8. Nitrospirae 3. Thermodesulfobacteria 6. Chloroflexi 9. Deferribacteres Г р уппа гр амо тр ицательны х бактер ий (Gram-negative) пр едставлена 12 ф илумами: 10. Proteobacteria 13. Chlorobi 16. Verrucomicrobia 11. Planctomycetes 14. Spirochaetes 17. Bacteroidetes 12. Chlamydiae 15. Fusobacteria 18. Acidobacteria

6

19. Fibrobacteres 21. Dictyoglomi 20. Cyanobacteria Тр адицио нно в гр уппе гр ампо ло ж ительны х бактер ий (Gram-positive) микр о о р ганизмы диф ф ер енцир ую тся на о сно ве % Г Ц. Э та гр уппа о бр азует две о тдаленны е, но ф ило генетически связанны е ветви о р ганизмо в с вы со ким и низким со дер ж анием Г Ц-пар в Д Н К. В етвь с низким ур о внем Г Ц (low G+C Gram-positive) со ставляю т бактер ии ф илума 22. Firmicutes. Бактер ии свы со ким ур о внем Г Ц (high G+C Gram-positive) о тно сят кф илуму 23. Actinobacteria. Ф илум Cyanobacteria ф ило генетически близо к к гр уппе гр амо тр ицательны х бактер ий, но ф о р мир ует о бо со бленную ф илетическую линию . Д о мен Bacteria ф ено типически диф ф ер енцир уется на тр и по дгр уппы : 1. Г р амо тр ицательны е бактер ии. П р о кар ио ты со сло ж ны м стр о ением клето чны х стено к. С тенки со сто ят из нар уж но й мембр аны , то нко го внутр еннего сло я пептидо гликана и до по лнительно р азличны х др угих ко мпо ненто в снар уж и или меж ду э тими двумя сло ями. О бы чно о кр аш иваю тся по Г р аму о тр ицательно . Клетки мо гут бы тьсф ер ическо й или о вально й ф о р мы , в виде пр ямы х или изо гнуты х пало чек, спир алей или нитей; неко то р ы е из э тих ф о р м мо гут бы ть о кр уж ены чех ло м или капсуло й. Размно ж ение пр о исх о дит путем бинар но го деления, о днако для р едких ф о р м х ар актер но по чко вание или мно ж ественно е деление. Миксо бактер ии мо гут о бр азо вы вать пло до вы е тела и миксо спо р ы . В о змо ж на по движ но сть-« плавание», ско льзящ ее движ ение –либо неспо со бно стькдвиж ению . В э ту катего р ию вх о дят ф о то тр о ф ы и неф о то тр о ф ы ; ср еди них известны аэ р о бы и анаэ р о бы , микр о аэ р о ф илы . Н еко то р ы е пр едставители о блигатны е и внутр иклето чны е пар азиты . 2. Г р ампо ло ж ительны е бактер ии. П р о кар ио ты с клето чны ми стенками гр ампо ло ж ительно го типа; о кр аска по Г р аму о бы чно по ло ж ительна. Ф о р ма клето к мо ж ет бы тьсф ер ическо й, пало чко видно й или нитевидно й; пало чки и нити мо гут бы тьневетвящ иеся, но у мно гих о р ганизмо в имеется насто ящ ее ветвление. Размно ж ение о бы чно пр о исх о дит путем бинар но го деления; неко то р ы е пр едставители о бр азую т спо р ы . Н еф о то синтезир ую щ ие о р ганизмы ; о бы чно э то х емо синтезир ую щ ие гетер о тр о ф ы , ср еди ко то р ы х есть аэ р о бы , анаэ р о бы , ф акультативны е анаэ р о бы и микр о аэ р о ф илы . К э то й катего р ии о тно сятся пр о сты е аспо р о генны е и спо р о о бр азую щ ие бактер ии, а такж е актино мицеты и р о дственны е им о р ганизмы . 3. Бактер ии, лиш енны е клето чно й стенки. П р о кар ио ты , лиш енны е клето чны х стено к и не спо со бны е к синтезу мо лекулпр едш ественнико в пептидо гликана. Клетки о кр уж ены э лементар но й мембр ано й (плазматическая мембр ана). Клетки в вы со ко й степени плео мо р ф ны е по р азмер ам. О бы чно нитчаты е ветвящ иеся ф о р мы . Размно ж ение пр о исх о дит путем по чко вания, ф р агментации или бинар но го деления. О бы чно непо движ ны , о днако для неко то р ы х о р ганизмо в х ар актер на спо со бно сть к ско льзящ ему движ ению . П о ко ящ иеся ф о р мы неизвестны . П о Г р аму о кр аш иваю тся о тр ицательно . Мно гие пр едставители имею т тенденцию пр о никатьвглубьпло тно й ср еды , о бр азуя х ар актер ны е ко ло нии в виде « яичницы -глазуньи». Э ти о р ганизмы ино гда напо минаю т лиш енны е клето чны х стено к L-ф о р мы , ко то р ы е мо гут во зникать у мно гих видо в бактер ий. С р еди мико плазм

7

сущ ествую т сапр о ф итны е, пар азитические и пато генны е ф о р мы ; по следние вы зы ваю т бо лезни р астений и ж иво тны х . О сновны е м етоды , при меня ем ы е в на стоя щ ее время в си стема ти ке прока ри от П о ско льку в насто ящ ее вр емя по казан низкий таксо но мический вес (т. е. низкая диф ф ер енцир ую щ ая спо со бно сть) р яда ф ено типических пр изнако в, о со бенно для таксо но в вы со ко го р анга, а все бо льш ую значимо сть пр ио бр етаю т пр изнаки гено типическо го х ар актер а, нам пр едставило сьнео бх о димы м пр о демо нстр ир о ватьвам о сно вны е мо лекуляр но био ло гические мето ды , пр именяемы е в систематике пр о кар ио т. МЕ ТО Д Ы Г ено типир о вание С ер о ло гические р еакции Э лектр о ф о р ез клето чны х белко в Д Н К-Д Н К гибр идизация %Г Ц Х емо таксо но мические мар кер ы Анализ ф ено типа Анализ 16S р РН К Д Н К пр о бы С еквенир о вание гено мно й Д Н К

А

B

C

D

A, семейство ; B, р о д; C, вид; D, ш тамм Ри с. 1. У р о вни таксо но мическо го р азр еш ения пр именяемы х в насто ящ ее вр емя мето до в.

1. Нуклеоти дны й соста в ДНК Д анны е о Г Ц-со ставе Д Н К - пер вая х ар актер истика гено ма, ко то р ая стала испо льзо ваться в систематике пр о кар ио т. Д о насто ящ его вр емени о пр еделение пр о центно го со дер ж ания гуанина и цито зина в Д Н К (мо ль% Г Ц) является частью о бязательно го стандар тно го о писания бактер иальны х таксо но в. П лавление дво йно й спир али – э то пр о цесс денатур ации путём по вы ш ения темпер атур ы , в р езультате ко то р о го все звенья спир ально й стр уктур ы р азр уш аю тся о дно вр еменно . Д анны й пр о цесс о писы вается кр иво й плавления, ко то р ая, в сво ю о чер едь, х ар актер изуется темпер атур о й плавления (Tm) и ш ир ино й темпер атур но го интер вала. Tm дво йны х спир алей, по стр о енны х то лько из AT- и то лько из GC-пар , о тличаю тся на 40°С . П о э то му х ар актер кр ивы х плавления пр ир о дны х Д Н К сильно зависит о т р аспр еделения участко в бо гаты х AT- и GC-пар ами, вдо ль её мо лекулы . О бщ ее число пар гуанина и цито зина (G+C) является по сто янно й х ар актер истико й данно го о р ганизма, по э то му гено мы о р ганизмо в мо ж но ср авниватьпо э то му пр изнаку. С ущ ествует неско лько мето до в о пр еделения мо ляр ны х пр о центо в гуанина и цито зина (мо ль% G+C) в Д Н К: 1) гидр о лиз и по следую щ ее р азделение нуклео тидо в или пур ино вы х и пир имидино вы х о сно ваний; 2) о пр еделение плавучей пло тно сти; 3) о пр еделение темпер атур ы плавления (денатур ации); 4) бр о мир о вание; 5) ж идко стная х р о мато гр аф ия и др угие. В пер вы е ко р р еляция меж ду темпер атур о й плавления (Tm) и со ставо м о сно ваний Д Н К бы ла о писана Мар мур о м и Д о ти. С ущ но стьпр едло ж енно го ими мето да заклю чается в следую щ ем, пр и медленно м нагр евании р аство р а Д Н К мо лекулы денатур ир ую т пр и впо лне о пр еделенны х темпер атур ах . П ер ех о до т негативно го

8

дуплекса Д Н К к р асплетенно й беспо р ядо чно скр ученно й денатур ир о ванно й ф о р ме мо ж но о бнар уж итьпо увеличению по гло щ ения света в ультр аф ио лето во й о бласти. Ч ем вы ш е со дер ж ание в Д Н К пар G+C, тем вы ш е то чка плавления (денатур ации) э то й Д Н К. Э то о бъясняется тем, что пар ы G+C бо лее стабильны , и на их диссо циацию тр ебуется бо льш е э нер гии, чем на р азр уш ение А+Т пар . Д ля пр о кар ио т со дер ж ание Г Ц в Д Н К вар ьир ует в диапазо не о т 20 до 80% . П о казано , что микр о о р ганизмы , р азличаю щ иеся меж ду со бо й бо лее чем на 10% по со ставу Г Ц, не пр инадлеж ат к о дно му р о ду, а ш таммы о дно го вида не р азличаю тся меж ду со бо й бо лее чем на 5%. В месте с тем о казало сь, что во змо ж но сти э то го кр итер ия весьма о гр аничены . Д ело в то м, что по нуклео тидно му со ставу Д Н К нельзя судить о сх о дстве гено мо в, по ско льку у не р о дственны х о р ганизмо в мо гут бы тьсх о дны е значения нуклео тидно го со става Д Н К, о днако сведения о р азличиях в нуклео тидно м со ставе весьма инф о р мативны , по ско льку у р о дственны х о р ганизмо в степень э тих р азличий до во льно незначительна. И ны ми сло вами, нуклео тидны й со став Д Н К является нео спо р имы м кр итер ием то лько нер о дственно сти о р ганизмо в. 2. Ана ли з генов 16S рРНК Бо лее 25 лет назадмето ды , связанны е санализо м р ибо со мальны х РН К или гено в, ко дир ую щ их р РН К (р Д Н К), со вер ш или р ево лю цию в систематике пр о кар ио т. И з тр ех мо лекулр РН К (5S, 16S и 23S) для по стр о ения ф ило генетических сх ем испо льзую т в о сно вно м данны е о нуклео тидно м со ставе 16Sр РН К, по ско льку э то т ген удо влетво р яет следую щ им пр инципиально важ ны м в ф ило генетическо м о тно ш ении сво йствам: 1. У нивер сально сть. Рибо со мы о ченьдр евней пр ир о ды и р аспр о стр анены у всех пр о и э укар ио т. О ни э квивалентны по ф ункциям у кр упны х гр упп о р ганизмо в в о тличие о т мно гих белко в. 2. П ер вичная стр уктур а 16S р РН К изменяет по следо вательно сти бо лее слабо , чем у бо льш инства белко в и не изменяется интенсивно со вр еменем. 3. Мо лекула 16S р РН К имеет о бласти как э кстр емально ко нсер вативны е, так и вар иабельны е, что делает во змо ж ны м устанавливать как далекие, так и близкие р о дственны е о тно ш ения. 4. Э то т ген не во влекается в пр о цессы меж видо во го генетическо го пер ено са. 5. О птимальная длина гена, по зво ляю щ ая значительно снизить вер о ятно сть во зникно вения статистических о ш ибо к. Размер гено в 16S р РН К у пр о кар ио тны х о р ганизмо в со ставляет пр имер но 1550-1640 нуклео тидо в, a о пр еделение по лно й по следо вательно сти э тих гено в в насто ящ ее вр емя не пр едставляет сло ж но стей. И сследо вания гено в 16S р РН К стали о со бенно интенсивно р азвиваться в начале 80-ты х го до в. П о ско льку тех нически о сущ ествитьпо лно е секвенир о вание в то вр емя бы ло ещ е до во льно сло ж но , пер во начально ш ир о ко р аспр о стр анился пр иближ енны й мето д, названны й мето до м ср авнения катало го в о лиго нуклео тидо в. Э то т мето д о сно ван на спо со бно сти р ибо нуклеазы Т (действую щ ей специф ически на о статки гуанина) р асщ еплять мо лекулу РН К на ко р о ткие о лиго нуклео тиды (не бо лее 20 нуклео тидо в). П о лученны е о лиго нуклео тиды р азделяли в двумер но м э лектр о ф о р езе, секвенир о вали, а затем со ставляли их катало г, специф ично х ар актер изую щ ий мо лекулу р РН К

9

исследуемо го бактер иально го о бъекта, пр и э то м в катало гах учиты вали то лько о лиго нуклео тиды , со дер ж ащ ие не меньш е ш ести нуклео тидо в. Д ля о ценки р езультато в анализа катало го в о лиго нуклео тидо в 16S р РН К испо льзо вали ко личественны й по казатель сх о дства по пар но ср авниваемы х катало го в или ко э ф ф ициент ассо циации (SАВ ). Ко э ф ф ициент пр едставляет со бо й о тно ш ение удво енно й суммы о сно ваний, о бщ их для двух катало го в А и В , к сумме всех о сно ваний в двух катало гах (SАВ = 2NAB/ NA+ NB). О бщ ая ш кала значений SAB со дер ж ит значения о т нуля (абсо лю тно р азличны е по следо вательно сти) до единицы (абсо лю тно идентичны е по следо вательно сти). Д ля интер пр етации р езультато в ср авнения катало го в о лиго нуклео тидо в 16S р РН К чащ е всего пр именяется кластер ны й анализ спо стр о ением дендр о гр амм, о сно ванны х на значениях ко э ф ф ициента SАВ . Д р угим не ко личественны м спо со бо м о ценки сх о дства катало го в о лиго нуклео тидо в является мето д “э тикето к” или “сигнатур ”(signature). П р и пр именении э то го мето да в катало гах , х ар актер изую щ их пр едставителей о пр еделенно го таксо на, пр о изво дятся по иски о бщ их участко в нуклео тидны х по следо вательно стей, или о тдельны х специф ических нуклео тидо в, свидетельствую щ их о едино м пр о исх о ж дении члено в таксо на. В р езультате пр именения мето да ср авнения катало го в о лиго нуклео тидо в 16S р РН К стало во змо ж ны м э кспер иментально е по стр о ение универ сально го ф ило генетическо го дер ева. В месте с тем, будучи пр иближ енны м, испо льзуемы й мето д ср авнения по следо вательно стей 16S р РН К бы л не лиш ен недо статко в. П р еж де всего , пр и ср авнении сх о дства катало го в о лиго нуклео тидо в нео бх о димо бы ло исх о дить из до пущ ения о р авно мер но сти ско р о сти э во лю ции в каж до й из ветвей. Кр о ме то го , то чно сть о пр еделения в данно м мето де р езко падала с уменьш ением значений сх о дства катало го в. С нять э ти о гр аничения мо гло ср авнение по лно стью р асш иф р о ванны х мо лекул 16S р РН К. Э то о казало сьво змо ж ны м с пр именением тех но ло гий по лучения по лно го сиквенса. В ко нечно м ито ге ср авнительны й анализ секвенир о ванны х по следо вательно стей 16Sр РН К стал о бщ еупо тр ебимы м. С р авнивать секвенир о ванны е по следо вательно сти мо ж но то лько спр именением ко мпью тер о в. О дним из спо со бо в о ценки сх о дства по следо вательно стей 16 S р Д Н К является пр именение ср авнительны х ко личественны х о цено к, вы р аж енны х в пр о центах , т.е. истинны х ур о вней го мо ло гии по следо вательно стей (то гда как с по мо щ ью мето да мо лекуляр но й гибр идизации мы мо ж ем по лучить лиш ь о тно сительны е). Такие о ценки по лучаю т пр актически в каж до м э кспер иментально м исследо вании, но го р аздо бо льш е инф о р мации пр едо ставляю т бо лее сло ж ны е спо со бы о бр або тки, вклю чаю щ ие неско лько э тапо в и по зво ляю щ ие по стр о ить ф ило генетическую сх ему. Ф ило генетические по стр о ения на о сно ве анализа гено в 16Sр РН К стали нео тъемлемо й частью интегр ир о ванно го "по лиф азно го " по дх о да пр и о писании бактер иальны х таксо но в. Д анны е по нуклео тидны м по следо вательно стям 16Sр Д Н К пр актически всех пр едставителей р о до в и бо льш инства видо в имею тся в со о тветствую щ их базах данны х - Рибо со мально й базе данны х (RDB), Н ацио нально го центр а био ло гическо й инф о р мации (NCBI). С р авнительны й анализ нуклео тидны х по следо вательно стей 16S р Д Н К по казал вы со кую степень р азр еш ения э то го мето да пр и р ассмо тр ении р о дства меж ду

10

о р ганизмами на надвидо во м ур о вне. О днако по мер е нако пления данны х по нуклео тидны м по следо вательно стям 16S р Д Н К стало о чевидны м, что р азр еш аю щ ая спо со бно стьпо следо вательно стей 16S р Д Н К о гр аничена пр и р ассмо тр ении о р ганизмо в на видо во м ур о вне. В пер вую о чер едь э то связано с вы со ко й ко нсер вативно стью мо лекулы 16S р Д Н К. В о мно гих исследо ваниях бы ло по казано , что если ш тамм имеет менее чем 97% сх о дства по 16Sр Д Н К с ближ айш им ф ило генетическим со седо м, то ур о веньД Н К-Д Н К гибр идизации меж ду э тими ш таммами не будет пр евы ш ать70% . В р яде случаев по казано , что ш таммы р азны х видо в о дно го р о да с ур о внем Д Н К-Д Н К сх о дства ниж е 70% имели пр актически или по лно стью идентичны е по следо вательно сти 16S р Д Н К. Э то ещ е р аз по дтвер ж дает о гр аниченно сть р азр еш ения мето да секвенир о вания нуклео тидны х по следо вательно стей 16Sр Д Н К на ур о вне вида. О со бенно э то касается близко р о дственны х о р ганизмо в и ш таммо в из сх о ж их э ко ло гических ниш . Тр ебо вания к качеству данны х по нуклео тидны м по следо вательно стям 16Sр Д Н К по сто янно во зр астаю т. В течение по следних неско льких лет пр и о писании но вы х таксо но в р еко мендуется о пр еделятьне менее 1300 нуклео тидо в из пр имер но 1550 в гене 16S р РН К. В насто ящ ее вр емя со здается база данны х по 16S р Д Н К типо вы х ш таммо в, в ко то р ую о тбир аю тся нуклео тидны е по следо вательно сти бо лее вы со ко го качества: по следо вательно сть длино й не менее 1400 нуклео тидо в, менее 4% двусмы сленны х , неясны х по зиций и менее чем 10 пр о пущ енны х нуклео тидо в. Н ео бх о димо о тметить о со бую р о ль данны х по 16S р Д Н К в э ко ло гических исследо ваниях , напр авленны х на вы явление и о ценку микр о бно го р азно о бр азия. В по следнее десятилетие бы ли р азр або таны мето ды анализа микр о бны х по пуляций и идентиф икации о р ганизмо в без их вы деления в культур у. Н а о сно вании анализа нуклео тидны х по следо вательно стей гено в 16S р РН К удается о пр еделить ф ило генетическо е по ло ж ение некультивир уемы х о р ганизмо в, а исх о дя из э то го - сделать пр едпо ло ж ения о тно сительно ф изио ло го -био х имических сво йств э тих о р ганизмо в, ко то р ы е, в сво ю о чер едь, мо гут бы тьиспо льзо ваны пр и по дбо р е усло вий для вы деления э тих о р ганизмо в в культур у. 3. ДНК-ДНК ги бри ди за ци я Э то т мето д все ещ е о стается стандар тны м пр и о пр еделении видо во й пр инадлеж но сти ш таммо в пр о кар ио т. Д анны е, нако пленны е в течение неско льких десятилетий, по казали вы со кую ко р р еляцию меж ду р езультатами Д Н К-Д Н К гибр идизации и ф ено типическими х ар актер истиками. О бщ ий пр инцип гибр идизацио нно го анализа о сно ван на о бр атимо сти во до р о дны х связей в Д Н К и заклю чается в следую щ ем: двуцепо чечны е мо лекулы Д Н К мо ж но в о со бы х усло виях денатур ир о вать, пр евр атив в о дно цепо чечны е, а затем р еассо циир о вать, во сстано вив пер во начальную стр уктур у. О казало сь, что о дно цепо чечны е Д Н К из р азличны х о р ганизмо в то ж е мо гут в о пр еделенны х усло виях о бр азо вы вать двух цепо чечны е гибр идны е стр уктур ы или дуплексы . С по мо щ ью мето да мо лекуляр но й гибр идизации Д Н К-Д Н К ср авниваю тся нуклео тидны е по следо вательно сти то тально го гено ма. О казало сь, что пр и э то м ко личество о бр азую щ их ся гибр идо в зависит о т р о дства ср авниваемы х о р ганизмо в, т.е. чем ближ е о р ганизмы , тем бо льш е гибр идо в. Реакцию , в ко то р о й гибр идизую тся о дно цепо чечны е Д Н К о дно го о р ганизма, назы ваю т го мо ло гично й, а ко личество

11

о бр азо вавш их ся в ней гибр идо в пр инимаю т за 100%. У р о веньсвязы вания о дно цепо чечны х мо лекул в р еакции меж ду Д Н К р азлично го пр о исх о ж дения (гетер о ло гично й) будет ниж е, что по зво ляет о пр еделитьих сх о дство , вы р аж енно е в %. Э то т по казательназы ваю т пр о центо м или ур о внем сх о дства, и о н является о сно вны м в о ценке р езультато в мето да мо лекуляр но й гибр идизации Д Н К. О бнар уж ение гибр идо в о бы чно о сущ ествляю т спо мо щ ью р адио активно й метки. С ущ ествую т р азличны е мо диф икации мето да пр о ведения р еакции гибр идизации Д Н К-Д Н К. Н аибо лее р аспр о стр анена С аузер н-бло т гибр идизация. П р и э то м вы со ко по лимер ную Д Н К о пр еделенны м о бр азо м ф иксир ую т на твер до м нер аство р имо м но сителе. В качестве тако го но сителя о бы чно испо льзую тся нитр о целлю ло зны е мембр анны е ф ильтр ы . Мечены е р адио активны м изо то по м ф р агменты Д Н К др уго го о р ганизма денатур ир ую т, и р аство р тако й Д Н К в со о тветствую щ ем буф ер е до бавляю т к пр епар ату ф иксир о ванно й на ф ильтр ах Д Н К. Затем в специальны х усло виях пр о во дят р еакцию гибр идизации. П о сле о ко нчания р еакции о тмы ваю т не связавш иеся ф р агменты , в р езультате чего р адио активная метка о стается то лько в гибр идах , ф иксир о ванны х на ф ильтр ах . Ко личество о бр азо вавш их ся гибр идо в о цениваю т по степени их р адио активно сти в ж идко стно м сцинтилляцио нно м счетчике. У р о веньсх о дства сильно зависит о т мето да и р яда пар аметр о в, о пр еделяю щ их кинетику р еассо циации. О бы чно о пр еделяемы й пр о цент го мо ло гий по лучаю т в так назы ваемы х о птимальны х усло виях р еакции, ко гда темпер атур а пр о ведения р еакции гибр идизации пр имер но на 250 ниж е темпер атур ы плавления нативно й Д Н К. Мето д Д Н К-Д Н К гибр идизации по зво ляет судитьто лько о б о бщ ей го мо ло гии нуклео тидны х по следо вательно стей, а ур о веньсх о дства не о тр аж ает действительно й степени сх о дства по следо вательно стей Д Н К на ур о вне пер вичны х стр уктур . Цистр о ны Д Н К, р азличаю щ иеся по по следо вательно сти нуклео тидо в бо лее чем на 20%, пр актически не р еассо циир ую т, по э то му устано вление о тдаленны х р о дственны х связей меж ду о р ганизмами э тим мето до м нево змо ж но , о н пр именяется то лько для близко р о дственны х о р ганизмо в и по зво ляет устано вить, главны м о бр азо м, гр аницы видо в (о тно ш ения внутр и р о да), р еж е р о до в бактер ий. С читается, о сно вы ваясь на значительно й вы бо р ке х о р о ш о изученны х видо в бактер ий, что ур о вень Д Н К-Д Н К гибр идизации о ко ло 70% и вы ш е х ар актер изует о р ганизмы внутр и о дно го вида, 10%60% - о дно го р о да, менее 10% - р азно го р о да. Кра тка я х а ра ктери сти ка дом енов прока ри от ДО МЕН ARCHAEA Фи лум 1. Crenarchaeota Н а о сно ве анализа 16S р Д Н К известны е пр едставители ф илума бы ли о бъединены в о дин классThermoprotei. Н а ф ило генетическо м дер еве классф о р мир ует тр и р азличны е ветви: по р ядки Thermoproteales, Desulfurococcales и Sulfolobales. Crenarchaeota со дер ж ат в о сно вно м гипер тер мо ф ильны е сер о зависимы е пр о кар ио ты и пр едставлены мо р ф о ло гически гетер о генны ми гр уппами о р ганизмо в: гр амо тр ицательны е пало чки (Thermoproteus tenax), нити, ко кки (Desulfurococcus mucosus, Sulfolobus acidocaldarius) или диско видны е клетки. П о движ ны е либо непо движ ны е; аэ р о бы , стр о гие анаэ р о бы или ф акультативны е анаэ р о бы ; р астут х емо авто тр о ф но или х емо гетер о тр о ф но . С по со бны р асти в спектр е значений темпер атур 70-113°С . В анаэ р о бны х усло виях во сстанавливаю т S° до H2S; в аэ р о бны х

12

усло виях о кисляю т H2S или S° до H2SO4. Ш ир о ко гидр о тер мальны х системах .

р аспр о стр анены

в

мо р ских

Фи лум 2. Euryarchaeota Ф илум Euryarchaeota со дер ж ит неско лько ф ило генетических линий метано гено в, лиш енны е клето чны х стено к тер мо плазмы и э кстр емальны е гало ф илы и пр едставлен 7 классами: Methanobacteria, Methanococci, Halobacteria, Thermoplasmata, Archaeoglobi, Thermococci и Methanopyri. С ре ди переч ис ленны х вы ш е т а кс о но в линии Methanobacteria, Thermoplasmatа , Halobacteria и по р ядо к Methanomicrobiales являю тся наибо лее близкими в ф ило генетическо м о тно ш ении. С р еди Euryarchaeota встр ечаю тся ланцето видны е, спир алевидны е, диско видны е о р ганизмы , а такж е пало чки и ко кки. П о движ ны е или непо движ ны е. В зависимо сти о т наличия псеудо мур еина в клето чно й стенке клетки мо гут о кр аш иваться как гр ампо ло ж ительны е, так и как гр амо тр ицательны е. Д ля о дних классо в х ар актер но наличие пр о теино в в клето чно й стенке, у др угих о ни мо гут о тсутство вать(Thermoplasmata). И сто чниками углер о да и э нер гии служ ат углево ды , спир ты , кар бо но вы е кисло ты , ф о р миат, ацетат и др . В ы деляю т 5 о сно вны х ф изио ло гических гр упп: 1. М ет ан о ген н ы е Archаeа Д анная гр уппа о бъединяет стр о гих анаэ р о бо в, спо со бны х о бр азо вы вать метан как ко нечны й пр о дукт метабо лизма. H2/CO2, ф о р миат, ацетат, метано л, метиламины или Н 2/метано л мо гут испо льзо ватьв качестве исто чнико в углер о да и э нер гии. И сто чник азо та – аммиака, исто чник сер ы – сульф ид или сер а. Х емо авто тр о ф ы или х емо гетер о тр о ф ы . П р и о свещ ении свето м длино й во лны 420 нм ф луо р есцир ую т го лубо зелены м цвето м. Х ар актер но наличие ко э нзима М, ф акто р о в 420, 430. С во бо дно ж ивущ ие пало чко видны е, ко кко видны е и ланцето видны е о р ганизмы , испо льзую щ ие С О 2 как о сно вно й акцепто р э лектр о но в и во сстанавливаю щ ие пр и э то м С О 2 до метана. П севдо мур еин мо ж ет пр исутство вать в клето чно й стенке как у пр едставителей Methanobacteria, так и о тсутство ватькак у Methanococci, пр ичем для по следних о тмечен лизис по д действием детер генто в. В стр ечаю тся в о бво дненны х по чвах , илах , со лены х мар ш ах , э стуар иях или ины х анаэ р о бны х место о битаниях . 2. Э к с т рем альн о гало ф ильн ы е Archаeа Микр о о р ганизмы э то й гр уппы пр едставляю т со бо й гр ампо ло ж ительны е или гр амо тр ицательны е, аэ р о бны е или ф акультативно анаэ р о бны е ко кко видны е о р ганизмы или непр авильно й ф о р мы пало чки. П о движ ны е, за счет пучко в по ляр ны х ж гутико в, или непо движ ны е. Ко кки о дино чны е или в пар ах , тетр адах . В о змо ж но пр исутствие газо вы х вакуо лей. Ко ло нии о кр аш ены в кр асны й цвет за счет со дер ж ания в клетках кар о тино идны х пигменто в, пр ичем в случае о бр азо вания газо вы х вакуо лей мо гут стано виться р о зо вы ми или белы ми. Х емо о р гано тр о ф ны й тип метабо лизма. С по со бны р асти пр и вы со ких значениях NaCl по р ядка 1,5М и вы ш е; для бо льш инства о птимальная ко нцентр ация NaCl 2- 4М. П о о тно ш ению кр Н ср еды по др азделяю тся на нейтр о ф ило в и алкало ф ило в; по о тно ш ению к темпер атур е - мезо ф илы или умер енны е тер мо ф илы (вы ш е 55°С ). Н еко то р ы е виды со дер ж ат бактер ио р о до псин и о сущ ествляю т свето зависимы й синтез АТР. П р едставители, со о тветствую щ ие данно му ф ено типу, о тно сятся к классу Halobacteria, р о дам Halobacterium, Halococcus, Haloarcula.

13

3. Archаeа, лиш ен н ы е к лет о ч н о й с т ен к и П лео мо р ф ны е клетки с вар иациями ф о р мы о т сф ер ическо й (диаметр 0,1-5,0 мкм) до нитевидно й. Клетки лиш ены клето чно й стенки и о кр уж ены лиш ьклето чно й мембр ано й то лщ ино й о ко ло 7 нм. Л ипиды пр едставлены дибиф итанильны ми (С 40) диглицер о льны ми тетр аэ ф ир ами. Г р амо тр ицательны е; мо гут бы ть по движ ны ми и о бладатьж гутиками. О блигатны е тер мо ф илы (33-67°С ); о блигатны е ацидо ф илы (р Н 0,54,0). П р и нейтр ально м р Н пр о исх о дит лизис клето к. Ф акультативны е анаэ р о бы , х емо о р гано тр о ф ы . И сто чники вы деления – само р азо гр еваю щ иеся уго льны е о твалы и кислы е со льф атар ны е по ля. Т о лько о дин р о д со о тветствует данно му ф ено типуThermoplasma стипо вы м видо м Thermoplasma acidiphilum. 4. Сульф ат во с с т ан авливающ ие Archаeа Э ти о р ганизмы пр едставляю т со бо й ко кко видны е клетки непр авильно й ф о р мы , часто тр еуго льны е, о дино чны е или в пар ах , со ж гутиками или без них . О кр аска по Г р аму о тр ицательная. С по со бны во сстанавливатьсульф аты до H2S. Так ж е о тмечено наличие метана в следо вы х ко личествах . П о о тно ш ению к кисло р о ду являю тся стр о гими анаэ р о бами; по о тно ш ению к темпер атур е – э кстр емальны ми тер мо ф илами (вы ш е 92°С ). С по со бны к х емо лито тр о ф но му, х емо о р гано тр о ф но му или х емо миксо тр о ф но му р о сту. П р исутствует ф акто р 420, но не со дер ж ат ко э нзима М и ф акто р 430. В иды вы делены из мелко во дны х и глубо ко во дны х мо р ских гидр о тер мальны х э ко систем. Типичны е пр едставители Archaeoglobi. 5. Э к с т рем альн ы е т ерм о ф илы , м ет або лизирующ ие S0 П ало чки, нити, ко кки или диско видны е клетки; спо р ы и по ко ящ иеся стадии не о тмечены . В се виды гр амо тр ицательны е. П о движ ны е либо непо движ ны е; аэ р о бы , стр о гие анаэ р о бы или ф акультативны е анаэ р о бы ; р астут х емо авто тр о ф но или х емо гетер о тр о ф но . В анаэ р о бны х усло виях во сстанавливаю т S° до H2S; в аэ р о бны х усло виях о кисляю т S° или H2S до H2SO4 . Д о но р ами э лектр о но в служ ат Н 2 или о р ганические со единения. Темпер атур а для р о ста 45-110°С , о птимальная 70-105°С . Место о битания – ко нтинентальны е со льф атар ны е по ля или мо р ские гидр о тер мальны е системы . П р имер о м мо гут служ ить пр едставители класса Thermococci, р о д Thermococcus. ДО МЕН BACTERIA Фи лум 1. Aquificae Ф илум Aquificae не пр иведен в 9 издании « Bergey`s Manual of Systematic Bacteriology» . Э то т ф илум бы л пр едло ж ен в 2001 го ду и пр едставляет наибо лее др евню ю ф илетическую линию . В клю чает о дин класс Aquificae и о дин по р ядо к Aquificales, ко то р ы й р азветвляется на 2 семейства- Aquificaceae и Hydrogenothermaceae. Микр о о р ганизмы э то го ф илума - э то гр амо тр ицательны е, неспо р улир ую щ ие пало чки или нити. В се виды гр амо тр ицательны е. Н епо движ ны е или по движ ны е за счет о дно го по ляр но го или бипо ляр ны х ж гутико в(Thermovibrio ruber). Аэ р о бы или о блигатны е анаэ р о бы , встр ечаю тся микр о аэ р о ф ильны е ф о р мы ; р астут х емо лито тр о ф но или х емо о р гано тр о ф но . Д о но р ами э лектр о но в служ ат H2 и о р ганические вещ ества. Мо гут во сстанавливать нитр аты и сер у до аммиака и H2S. Являясьтер мо ф илами, спо со бны р асти в диапазо не о птимальны х темпер атур 65-85°С . С р еди пр едставителей мо ж но вы делитьтипо во й ш тамм Aquifex pyrophilus, виды Hydrogenobacter hydrogenophilus , Desulfurobacterium thermolithotrophum и недавно о писанны й вид Thermovibrio ruber.

14

П р ичем систематическо е по ло ж ение двух по следних видо в в насто ящ ее вр емя пер есматр ивается, пр едпо лагается, что о ни мо гут со ставлятьно вы й по р ядо к в пр еделах ф илума Aquificae. Фи лум 2. Thermotogae Э то вто р ая наибо лее др евняя ф ило генетическая линия, ко то р ая, как и пр еды дущ ая, не вклю чена в 9 издание « Bergey`s Manual of Systematic Bacteriology». Ф илум пр едставлен классо м Thermotogae, по р ядко м Thermotogales и семейство м Thermotogaс еа е . С во е название Thermotogae по лучили из-за то го , что о бладаю т по до бно й чех лу стр уктур о й, ко то р ая вы х о дит в виде вздутий за ко нцы клетки. Э то неспо р о о бр азую щ ие пало чки, мо гут бы тьпо движ ны ми за счет по ляр ны х , латер альны х или пер итр их иальны х ж гутико в или непо движ ны е. Тер мо то ги не имею т в пептидо гликане клето чно й стенки мезо диамино пимелино вую кисло ту и о бладаю т уникальны ми липидами. Тер мо ф ильны е; о птимальная темпер атур а 70-80°С , р астут пр и темпер атур е до 90°С . Метабо лизир ую т углево ды , тр ипто н или др о ж ж ево й э кстр акт. О сно вны е пр о дукты бр о ж ения – лактат, ацетат, С О 2 и Н 2. В о до р о дингибир ует р о ст у бо льш инства ш таммо в, до бавление сер ы снимает ингибир ую щ ий э ф ф ект, пр и э то м о бр азуется H2S. Мо р ские ш таммы р астут пр и ко нцентр ации NaCl до 3,75%. В ы делены из гео тер мально нагр еты х мо р ских о садко в или го р ячих исто чнико в. П р имер о м мо гут служ ить виды Thermotoga maritime, Fervidobacterium gondwanense, Geotoga aestuarianus и Marinitoga camini. Фи лум 3. Thermodesulfobacteria Ф илум Thermodesulfobacteria не пр иведен в 9 издании « Bergey`s Manual of Systematic Bacteriology» и пр едставлен о дно именны ми классо м, по р ядко м и семейство м. В пр еделах семейства вы деляю т тр и р о да Geothermobacterium, Thermodesulfatator и Thermodesulfobacterium. Бо льш инство пр едставителей ф илума не культивир ую тся в лабо р ато р ны х усло виях . Клетки о т о вальны х до пало чко видны х . П о движ ны е за счет по ляр но го ж гутика или непо движ ны е. С тр о гие анаэ р о бы . В о сстанавливаю т сульф ат до H2S. О кисляю т Н 2 или лактат в качестве до но р о в э лектр о но в. О р ганические субстр аты о кисляю т не по лно стью , до ацетата. О птимальны й диапазо н р Н 6,6-7,5. Д иапазо н о птимальны х темпер атур 65-70°С . В ы делены из го р ячих исто чнико в и пласто вы х во д неф тяны х место р о ж дений. Типичны м пр едставителем является Thermodesulfobacterium commune. Фи лум 4. «Deinococcus-Thermus» Э то следую щ ая линия пр о кар ио т, пр едставители ко то р о й о пр еделены , главны м о бр азо м, на о сно ве о ценки (сигнатур ны х ) специф ических нуклео тидо в 16S р Д Н К. Ф илум вклю чает о дин класс Deinococci и два по р ядка Deinococcales (с ем. Deinococcaceae) и Thermales(с ем. Thermaceae). П о ф ено типу пр едставителей данно го ф илума мо ж но р азделитьна 2 гр уппы . П ер вую гр уппу со ставляю т р адио р езистентны е, гр ампо ло ж ительны е сф ер ическо й ф о р мы клетки, в пар ах или тетр адах , бо лее кр упны е о тно сительно др угих ко кко в. Н епо движ ны е, неспо р о о бр азую щ ие аэ р о бы . Ко ло нии о бы чно кр асны е или о р анж евы е. Х емо о р гано тр о ф ы ; метабо лизм ды х ательно го типа; углево ды не испо льзую т. Каталазо по ло ж ительны е. Л ипиды со дер ж ат бо льш о е ко личество пальмито леата. О птимальная темпер атур а 30-37°С . В ер о ятно , ш ир о ко р аспр о стр анены в о кр уж аю щ ей ср еде. Д анно му ф ено типу со о тветствую т Deinococcales(Deinococcus radiodurans).

15

В то р ая гр уппа пр едставлена гр амо тр ицательны ми, непо движ ны ми, неспо р улир ую щ ими пр ямы ми пало чками 0,5-0,8×5,0-10,0 мкм или нитевидны ми ф о р мами о т 20 до 200 мкм и бо лее. Ко ло нии о кр аш ены в ж елты й, о р анж евы й или кр асны й цвет. Аэ р о бы с гетер о тр о ф ны м или х емо гетер о тр о ф ны м метабо лизмо м. Тер мо ф илы , о птимум темпер атур 70-75°С . Н еко то р ы е виды испо льзую т нитр аты или нитр иты как тер минальны х акцепто р о в э лектр о но в. О бнар уж ены в го р ячих исто чниках с р Н о т щ ело чно го до нейтр ально го , а такж е в во до нагр евательны х упако вках и в пр ир о дны х во до емах , по двер гаю щ их ся тер мально му загр язнению . П р имер о м мо гут служ ить пр едставители по р ядка Thermales, в частно сти Thermus aquaticus. Фи лум 5. Chrysiogenetes Ф илум пр едставлен то лько о дним видо м Chrysiogenes arsenatis(класс Chrysiogenes, по рядо к Chrysiogenales, с ем. Chrysiogenaceae). Э то гр амо тр ицательны е, аэ р о бны е, по движ ны е пало чки. Ар сенат испо льзую т в качестве акцепто р а э лектр о но в, во сстанавливая его до ар сенита. Д о но р о м э лектр о но в и исто чнико м углер о да вы ступает ацетат. С по со бны во сстанавливатьнитр аты до аммо ния. Chrysiogenes arsenatis бы л вы делен из Зо ло ты х пр ииско в Баллар ата в Австр алии. Фи лум 6. Chloroflexi Ф илетическая линия Chloroflexi вклю чает зелены х несер ны х бактер ий и их р о дственнико в. Э то гр уппа не мно го численна, но в ней пр едставлены неско лько ф ено типо в. 1. Груп п ан ит ч ат ы х с к о льзящ их бак т ерий Кла с с Anaerolineae. Д о лго е вр емя пр едставители э то го класса считались некультивир уемы ми микр о о р ганизмами. В 2003 го ду бы ли о писаны два тер мо ф ильны х вида Anaerolinea thermophila и Caldilinea aerophila, изо лир о ванны е из сто чны х во ди сер ны х исто чнико в Япо нии. Э то гр амо тр ицательны е х емо о р гано тр о ф ы . Растут на ср едах , со дер ж ащ их кар бо гидр аты и амино кисло ты , в пр исутствии др о ж ж ево го э кстр акта. Anaerolinea thermophila - стр о гий анаэ р о б, спо со бны й р асти пр и о птимуме темпер атур 50-60 °С и о птимуме р Н 6.0-8.0. Caldilinea aerophila является ф акультативны м аэ р о бо м со птимумо м темпер атур 55°С и р Н 7.5-8.0. Кла с с Chloroflexi, по рядо к Herpetosiphonales. Н ер азветвленны е гибкие пало чки или нити, 0,5-1,5×5-150 мкм и длиннее, со сто ящ ие из о тдельны х клето к 203 мкм. Ч асто по кр ы ты чех ло м. Г р амо тр ицательны е, о блигатны е аэ р о бы . П р и о бильно м р о сте мо гут о бр азо вы ватькр упны е, напо минаю щ ие пло до вы е тела стр уктур ы , ко то р ы е не со дер ж ат по ко ящ их ся стадий. С р еди пр едставителей мо гут бы ть мезо ф иллы или тер мо ф илы . Х емо о р гано тр о ф ы . Метабо лизм ды х ательно го типа с испо льзо ванием кисло р о да в качестве ко нечно го акцепто р а э лектр о но в. О бр азую т ж елты е, о р анж евы е или кр асны е кар о тино идны е пигменты . В о змо ж но р азло ж ение целлю ло зы и х итина, депо лимер изация кар бо ксиметилцеллю ло зы или гидр о лиз кр ах мала. Мо гут о бладать спо со бно стью лизир о вать или пер евар ивать ж ивы е клетки бактер ий и др о ж ж ей. О бнар уж ены в пр есны х во до емах , на мо р ско м по бер еж ье, в по чве, наво зе и в го р ячих исто чниках . Herpetosiphon aurantiacus –типичны й пр едставительпо р ядка. 2. Ф о т о т ро ф н ы е н ит ч ат ы е бак т ерии Кла с с Chloroflexi , по рядо к Chloroflexales. Мно го клето чны е нити нео пр еделенно й длины , р азделенны е септо й, клетки 0,5-1,0×2-6 мкм. И но гда пр исутствует то нкий чех о л.

16

Клетки, вы р ащ енны е на свету в анаэ р о бны х усло виях , о кр аш ены в ж елто вато -зелены й цвет, в аэ р о бны х усло виях – в о р анж ево -кр асны й. Культур ы , вы р ащ енны е в анаэ р о бны х усло виях на свету, со дер ж ат х ло р о со мы и бактер ио х ло р о ф иллы с и а , а такж е кар о тино иды –β - и γ - кар о тин. В анаэ р о бны х усло виях р астут пр еимущ ественно как ф о то гетер о тр о ф ы , а в аэ р о бны х усло виях как х емо гетер о тр о ф ы . И сто чнико м азо та служ ит аммиак. О птимальны й р Н 7,6-7,2. Д иапазо н темпер атур для тер мо ф ильны х ш таммо в 40-66°С , о птимальная темпер атур а 52-60°С . Д ля мезо ф ильны х ш таммо в о птимальная темпер атур а 20-25°С , о птимальны е р Н 7,0-7,2. Тер мо ф ильны е ш таммы встр ечаю тся по всему земно му ш ар у в го р ячих исто чниках , о ни о бр азую т гелео бр азны е о р анж ево -кр асны е маты , нах о дящ иеся о бы чно по дто нким сло ем циано бактер ий. Мезо ф ильны е ш таммы о бр азую т мо р ские микр о бны е маты на мелко во дьях в со ляны х мар ш ах или на о свещ енны х участках до нны х о садко в в пр есно во дны х о зер ах . П р имер о м данно го ф ено типа мо ж ет служ ить Chloroflexus aurantiacus. 3. Одн о к лет о ч н ы е бак т ерии Кла с с Dehalococcoidetes. Ко кко идно й ф о р мы клетки. П р едставители имею т о со бую био тех но ло гическую значимо сть, по ско льку спо со бны дех ло р ир о ватьтетр ах ло э тен до э тена. Deholococcoides ethenogenes. Фи лум 7. Thermomicrobia Ф ило генетические по зиции данно го ф илума до стато чно спо р ны е. О дни исследо ватели р ассматр иваю т Thermomicrobia как класс в пр еделах ф илума Chloroflexi , др угие, на о сно вании р яда таксо но мически весо мы х пр изнако в, утвер ж даю т о его ф ило генетическо й о бо со бленно сти, до стато чно й для вы деления само сто ятельно го таксо на. Кла с с Thermomicrobia, по рядо к Sphaerobacterales. П ало чки непр авильно й ф о р мы , 0,41,2×1,5-5,0 мкм, вар иабельны е по ф о р ме, в то м числе о вальны е, р аздуты е и булаво видны е, о дино чны е или в пар ах , ино гда V-о бр азны е, не ветвящ иеся. Г р ампо ло ж ительны е, непо движ ны е, неспо р о о бр азую щ ие. Аэ р о бы ; о птимальная темпер атур а для р о ста 55°С . Х емо о р гано тр о ф ы ; метабо лизм ды х ательно го типа. Каталазо - и о ксидазо по ло ж ительны е. В ы делены из нагр ето го ила сто чны х во д. Типичны й пр едставительSphaerobacter thermophilus. Кла с с Thermomicrobia, по рядо к Thermomicrobiales. П ало чки непр авильно й ф о р мы , 1,31,8×3,0-6,0 мкм. П лео мо р ф ны е клетки мо гут иметь ко ло ко ло о бр азную ф о р му или вар ьир ую щ ий диаметр , р аспо лагаться о дино чно или пар ами. Г р амо тр ицательны е. Клето чная стенка не со дер ж ит в значительны х ко личествах диамино кисло ту в со ставе пептидо гликана. Н епо движ ны е. О блигатны е аэ р о бы . О птимальная темпер атур а для р о ста 70-75°С . О птимальны й диапазо н р Н 8,2-8.5. Х емо о р гано тр о ф ы ; метабо лизм ды х ательно го типа с испо льзо ванием кисло р о да в качестве э лектр о нно го акцепто р а э лектр о но в. П р едставитель–Thermomicrobium roseum. Фи лум 8. Nitrospirae Д р евняя линия Bacteria, ко то р ая о бъединяет ф ило генетически близко р о дственны х о р ганизмо в. В насто ящ ее вр емя ф илум пр едставлен о дним о дно именны м классо м, по р ядко м и семейство м. Э то гр амо тр ицательны е, вибр ио идны е или спир альны е клетки. Д ля ф илума х ар актер но ш ир о ко е р азно о бр азие метабо лических путей, бо льш инство

17

пр едставителей аэ р о бны е х емо лито авто тр о ф ы , ср еди ко то р ы х мо ж но встр етитьнитр иф икато р о в, сульф атр едукто р о в и магнето тактико в. Ро д Leptospirillum. П о движ ны е клетки за счет по ляр но го ж гутика. Размно ж аю тся делением. Размер ы клето к 0,2-0,4×0,9-1,1мкм. О блигатны е х емо лито тр о ф ы , испо льзую щ ие Fe2+ как исто чник э нер гии. И спо льзую т сульф иды синтр о ф но с тио бациллами. Ацидо ф илы ; диапазо н р Н 1,5-4,0. Н еко то р ы е ш таммы умер енно тер мо ф ильны е. Типичны й пр едставитель Leptospirillum ferrooxidans ш ир о ко р аспр о стр анен в место р о ж дениях сульф идны х р уд, где мо гут до минир о вать над Thiobacillus вследствие бо лее вы со ко го ср о дства кдвух валентно му ж елезу. Ро д Nitrospira. П о движ но сть не наблю дается. В нутр ицито плазматические мембр аны о тсутствую т. П ер иплазматическо е пр о стр анство нео бы чно ш ир о ко е, в два р аза ш ир е, чем у др угих гр амо тр ицательны х бактер ий. Е динственны м исто чнико м ж елеза служ ит нитр ит, но р о ст в миксо тр о ф ны х усло виях лучш е, чем в лито авто тр о ф ны х . Д ля р о ста нео бх о дима мо р ская во да. В ы делены из р азличны х мо р ских место о битаний, таких как о кеанические во ды и мо р ские о садки. Типо во й вид- Nitrospira marina. Ро д Thermodesulfovibrio. О бъединяет анаэ р о бны х , о блигатно ацидо ф ильны х тер мо ф ило в. Типичны й пр едставитель Thermodesulfovibrio islandicus. Фи лум 9. Deferribacteres Н а о сно ве анализа 16S р Д Н К ф илум ф о р мир ует о бо со бленную ф ило генетическую линию в до мене Bacteria. В клю чает о дин класс Deferribacteres, о дин по р ядо к Deferribactereales и семейство Deferribacteraceae(р о да Flexistipes, Geovibrio и Deferribacter), но в связи с гетер о генно стью ф илума, в будущ ем во змо ж но вы деление но вы х таксо но мических гр упп. Мо р ф о ло гически данная гр уппа пр едставлена пр ямы ми или изо гнуты ми пало чками или спир иллами; по движ но стьво змо ж на за счет по ляр но го ж гутика. В бо льш инстве случаев э то тер мо ф илы , спо со бны е р асти пр и о птимуме темпер атур 60-65°С ; Geovibrio thiophilus является мезо ф илло м. Анаэ р о бны е х емо о р гано гетер о тр о ф ы , испо льзую щ ие в качестве ко нечны х акцепто р о в э лектр о но в Fe(II), Mn(IV), S0, Co(III) и нитр аты . И сто чнико м э нер гии и углер о да мо гут служ ить сло ж ны е о р ганические вещ ества, такие как др о ж ж ево й э кстр акт, тр ипто н, пепто н. Deferribacter thermophilus то лер антен к5% NaCl. Фи лум ы 10. Cyanobacteria Циано бактер ии –самая о бш ир ная, наибо лее бо гатая ф о р мами и самая р аспр о стр аненная гр уппа ф о то синтезир ую щ их пр о кар ио т, пр едставители ко то р о й со дер ж ат х ло р о ф илл. Ближ айш ие р о дственники циано бактер ий - гр ампо ло ж ительны е о р ганизмы , пр инадлеж ащ ие к ветви Firmicutes. Д о насто ящ его вр емени нет пр авильно й, то чно й и едино й системы классиф икации циано бактер ий. О сно вная пр о блема связана с несо о тветствием систем классиф икации, о сно ванны х на ф ено типических пр изнаках и ф ило генетическо й мо дели (анализ 16S р Д Н К). Н а данны й мо мент ф илум пр едставлен 7 по р ядками Chloroococcales, Pleurocapsales , Oscillatoriales , Nostocales , Stigonematales, Prochlorales и Gleobacterales. П о р ядо к Gleobacterales в 2002 го ду на о сно вании р яда таксо но мически весо мы х пр изнако в бы л вы двинут в р анг класса Gleobacteria. Э то гр амо тр ицательны е, о дно клето чны е, ко ло ниальны е или нитчаты е бактер ии, со сло ж ны м ж изненны м цикло м, о сущ ествляю щ ие о ксигенны й ф о то синтез. В о внеш ней мембр ане пр исутствую т липо по лисах ар иды , сло й пептидо гликана то нкий, р азмер о м 2-200нм. Мо гут бы тьо кр уж ены внеклето чны м чех ло м, капсуло й или пр о сто

18

слизью . Мно гие пр едставители имею т пили. Ж гутики о тсутствую т, но для мно гих видо в х ар актер но ско льзящ ее движ ение. Цвет клето к мо ж ет бы ть кр асны м, синезелены м, пур пур ны м, зелены м, ко р ичневы м или по чти чер ны м. О дно клето чны е, ко ло ниальны е и неко то р ы е нитчаты е циано бактер ии о сущ ествляю т бинар но е деление с о бр азо ванием пер етяж ки, то гда как мно гие нитчаты е ф о р мы делятся за счет инвагинации то лько клето чно й мембр аны и сло я пептидо гликана. Д ля неско льких о дно клето чны х ф о р м х ар актер но деление путем по чко вания. П р едставители неко то р ы х гр упп спо со бны к диф ф ер енцир о вке с о бр азо ванием специализир о ванны х клето к – гетер о цист (со дер ж ат мо диф ицир о ванны е тилако иды , о бы чно лиш ены ф ико билисо м, не спо со бны кавто тр о ф ии и вы делению кисло р о да, имею т до по лнительны е сло и клето чно й стенки и о сущ ествляю т главны м о бр азо м ф иксацию азо та) и акинет (о бладаю щ ие то лсто й о бо ло чко й усто йчивы е по ко ящ иеся клетки). Н аибо лее о бщ ей и специф ическо й чер то й э тих о р ганизмо в является наличие двух ф о то систем и испо льзо вание во ды как во сстано вителя в пр о цессе ф о то синтеза. Ф о то синтетический аппар ат пр едставлен тилако идами. В со став тилако идны х мембр ан вх о дят х ло р о ф илл а и кар о тино иды . Ф ико билипр о теины – ф ико э р итр ин, ф ико э р итр о цианин, ф ико цианин и алло ф ико цианин со ср едо то чены в ф ико билисо мах , ко то р ы е пр илегаю т снар уж и ктилако идам. П о сво ей ф ункции э то свето со бир аю щ ие пигменты циано бактер ий; по гло щ енная ф ико билипр о теинами э нер гия пер едается, главны м о бр азо м, к ф о то системе II, а х ло р о ф илл а снабж ает э нер гией то лько ф о то систему I. Н есмо тр я на то , что встр ечаю тся единичны е случаи ф о то гетер о тр о ф ии и х емо гетер о тр о ф ии, бо льш инство видо в ф о то авто тр о ф ы . Бо льш инство видо в – сво бо дно ж ивущ ие, пр есно во дны е, мо р ские или сух о путны е, планкто нны е или бенто сны е о р ганизмы . И звестно небо льш о е число видо в – э ндо симбио нто в э укар ио т ( напр имер , гр ибо в, диато мо вы х во до р о слей) и р ядвидо в – азо то ф икир ую щ их э кзо симбио нто в (напр имер , в « тканях » лиш айнико в, печено чнико в, во дны х папо р о тнико в). П р едставленная ниж е сх ема классиф икации, по стр о енная с учето м ф ено типических о со бенно стей пр едставителей ф илума, по вер х но стна и не о тр аж ает истинно го ф ило генетическо го р о дства. В о змо ж но , в будущ ем данная сх ема будет пер есмо тр ена. Н о в насто ящ ее вр емя о на является о бщ епр инято й, в э то й связи мы по считали нео бх о димы м вам ее пр едставить. С о гласно э то й сх еме, ф илум делится на 5 ф ено типических гр упп, каж дая гр уппа э квивалентна по р ядку (исклю чение со ставляет по р ядо кProchlorales). Груп п а 1. По рядо к Chroococcales и по рядо к Gleobacterales. О дино чны е клетки или агр егаты клето к (ко ло нии), о бъединенны е внеш ней о бо ло чко й или гелепо до бны м матр иксо м. О дним из главны х кр итер иев э то й гр уппа является р азмно ж ение бинар ны м делением в о дно й, двух или тр ех пло ско стях , симметр ично или ассиметр ично , или по чко ванием. К данно й ф ено типическо й гр уппе о тно сятся пр едставители р о до в Chamaesiphon, Cyanothece, Microcystis, Gleobacter. Груп п а2. По рядо к Pleurocapsales. С по со б о р ганизации клето ктако й ж е, каки у пер во й гр уппы , о сно вно е о тличие заклю чается в о бр азо вании до чер них клето к пр и р азмно ж ении путем внутр енних мно ж ественны х делений, встр ечается и бинар но е деление. О бр азую щ иеся таким о бр азо м сф ер ическо й ф о р мы клетки (бео циты ) вы сво бо ж даю тся пр и р азр ы ве нар уж но го сло я матер инско й клетки. П р имер о м мо гут служ итьр о да Chroococcidiopsis, Dermocarpa, Myxosarcina, Xenococcus.

19

Груп п а 3. По рядо к Oscillatoriales. Разветвленны е и нер азветвленны е нитчаты е или тр их о мны е ф о р мы . Д иаметр тр их о м вар ьир ует о т 0,4 до 100 мкм. Размно ж аю тся бинар ны м делением то лько в о дно й пло ско сти. Клетки, со ставляю щ ие тр их о мы , не диф ф ер енцир ую тся в акинеты или гетер о цисты . Э то , пр еж де всего , пр едставители р о до в Arthrospira, Crinalium, Lyngbya, Microcoleus. Груп п а 4. По рядо к Nostocales. О тличаю тся о т пр еды дущ ей гр уппы тем, что клетки тр их о м спо со бны диф ф ер енцир о ваться в гетер о цисты пр и сниж ении ко нцентр ации аммиака или нитр ато в в ср еде, неко то р ы е о бр азую т акинеты . Размно ж аю тся бинар ны м делением клето к в о дно й пло ско сти. П р едставители р о до в Anabaena, Nostoc, Calothrix и др . Груп п а 5. По рядо к Stigonematales. В о тличие о т пр еды дущ их гр упп р азмно ж аю тся бинар ны м делением в о дно й и бо лее пло ско стях . Д о по лнительно по пер ечно му клето чно му делению пр о исх о дит пр о до льно е и/или диаго нально е деление, в р езультате чего о бр азую тся мно го ядер ны е тр их о мы (два и бо лее р яда клето к) или тр их о мы с насто ящ им ветвлением, или и те и др угие. Д анны й ф ено тип мо ж но встр етитьср еди пр едставителей р о до в Chlorogloeopsis, Fischerella Geitleria, Stigonema. По рядо к Prochlorales не о тно сится ни ко дно й из вы ш епер ечисленны х ф ено типических гр упп циано бактер ий. Э то ср авнительно недавно о ткр ы тая вто р ая гр уппа пр о кар ио т, о сущ ествляю щ их о ксигенны й ф о то синтез. В ф ило генетическо м о тно ш ении гр уппа гетер о генна и пр едставлена семействами Prochloraceae(Prochloron didemni), Prochlorococcaceae(Prochlorococcus marinus) и Prochlorothrichaceae(Prochlorothrix holandica). Э то о дно клето чны е или нитчаты е, р азветвленны е или нер азветвленны е о р ганизмы . В о мно гих о тно ш ениях пр о х ло р о ф иты сх о дны с др угими по р ядками циано бактер ий, но нар яду с х ло р о ф илло м а со дер ж ат х ло р о ф илл b, не имею т ф ико билино вы х пигменто в и о тличаю тся по р яду др угих сво йств. Д ля Prochloron didemni х ар актер но бинар но е деление со бр азо ванием э квато р иально й пер етяж ки. Фи лум 11. Chlorobi Ранее сущ ество вало о бъединение ф ило генетических линий Bacteroidetes и Chlorobi в едины й супер ф илум. И то лько о тно сительно недавно ф илум Chlorobi бы л вы двинут в р анг само сто ятельно го таксо на. Ф илум пр едставлен о дно именны м классо м Chlorobiа , по р ядко м Chlorobiales и семейство м Chlorobiaceae. Э то гр амо тр ицательны е о р ганизмы , пр еимущ ественно пало чко видны е клетки, о вальны е или спир альны е , 0,3-1,1×0,4-3,0 мкм. Мо гут о бр азо вы вать нити или стр епто ко кко по до бны е цепо чки. Н епо движ ны е. О кр аш ены в зелены й или ко р ичневы й цвет. О сно вны е пигменты бактер ио х ло р о ф иллы с , d и е , в небо льш о м ко личестве пр исутствует бактр ио х ло р о ф илл а . С тр о гие анаэ р о бы и о блигатны е ф о то тр о ф ы , о сущ ествляю щ ие р о ст за счет ф о то ассимиляции пр о сты х о р ганических вещ еств. П р и ф о то тр о ф но м р о сте испо льзую т сульф ид, тио сульф ат или по лисульф идную сер у в качестве до но р о в э лектр о но в для ассимиляции CO2. П р и о кислении сульф ида снар уж и клето к по являю тся гло булы сер ы ; ко нечны й пр о дукт о кисления – сульф ат. Бо льш инство р о до в спо со бны к х емо гетер о тр о ф но му р о сту в микр о аэ р о бны х и аэ р о бны х усло виях . И сто чнико м азо та служ ит аммиак; мно гие ш таммы ф иксир ую т мо лекуляр ны й азо т. Тр ебо вательны к до по лнительны м ф акто р ам р о ста ( био тин, тиамин и т. д.). Местами о битания служ ат сульф идсо дер ж ащ ие или во да пр есно во дны х , со ло но ваты х и мо р ских ср ед. П р имер ами мо гут служ итьChlorobium

20

limicola, Pelodictyon clathratiform, Chloroherpeton thalassium, Clathrochloris sulfurica, Prosthecochloris aestuarii. Фи лум 12. Proteobacteria Э та линия э во лю ции э убактер ий о бъединяет о р ганизмы , близкие в ф ило генетическо м о тно ш ении. П о р яду таксо но мически важ ны х пр изнако в 1300 видо в, бо льш инство из ко то р ы х культивир уется, о тно сятся к 384 р о дам. В ф илуме вы деляю т 5 о сно вны х ветвей: классы Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria и Epsilonproteobacteria. 1. Кла сс Alphaproteobacteria Класс Alphaproteobacteria вклю чает 7 по р ядко в: Rhodospirillales, Rickettsiales, Rhodobacterales, Sphingomonadales, Caulobacterales, Rhizobiales и Parvularculales. Э та бо льш ая, ф ено типически р азно о бр азная гр уппа бактер ий пр едставлена следую щ ими ф ено типами: 1. По ч к ующ иес яи/или о бладающ ие вы ро с т ам и бак т ерии Н аибо лее пр о сто о р ганизо ванны е пр едставители имею т пало чко видную или ко кко видную ф о р му, лиш ены вы р о сто в и р азмно ж аю тся по чко ванием. П р и э то м на по вер х но сти матер инско й клетки о бр азуется небо льш о й буго р о к, или по чка. П о чка (до чер няя клетка) в пр о цессе р о ста увеличивается и о тделяется о т матер инско й клетки. Бо лее сло ж но устр о енны е о р ганизмы о бладаю т вы р о стами и имею т сло ж ны е ж изненны е циклы , вклю чаю щ ие клето чны й мо р ф о генез. В ы р о сты о бр азую тся в виде пр о стек. П р о стека со дер ж ит цито плазму и о кр уж ена клето чно й мембр ано й и клето чно й стенко й, на ко нце пр о стеки часто о бр азуется пр икр епительны й диск. За счет пр икр епительны х диско в клетки мо гут агр егир о ватьи о бр азо вы ватьр о зетки. Д анны й ф ено тип х ар актер ен для Ancalomicrobium, Blastobacter, Caulobacter, Dichotomicrobium, Filomicrobium, Hyphomicrobium, Prosthecomicrobium, Rhodopseudomonas palustris. 2. А н о к с иген н ы е ф о т о т ро ф н ы е бак т ерии Э та гр уппа бактер ий пр едставлена о р ганизмами, ко то р ы е р астут на свету ф о то гетер о тр о ф но в анаэ р о бны х усло виях или в темно те в аэ р о бны х за счет пр о сты х о р ганических со единений в качестве до но р о в э лектр о но в и углер о да. Ф о то авто тр о ф ны й р о ст во змо ж ен в анаэ р о бны х усло виях с испо льзо ванием во до р о да, сульф ида или тио сульф ата в качестве до но р о в э лектр о но в. Н еко то р ы е виды спо со бны р асти х емо гетер о тр о ф но в микр о э р о бны х или аэ р о бны х усло виях . Клетки пало чко видно й, о вально й или спир ально й ф о р мы . В нутр иклето чны е ф о то синтетические мембр аны в виде везикул или ламелл. С о дер ж ат бактер ио х ло р о ф илл а или b и кар о тино иды . Аммиак и динитр о ген утилизир ую т как исто чники азо та. Н уж даю тся для р о ста в витаминах . П р имер ами мо гут служ ить пр едставители р о до в Rhodobacter(R. sulfidophilus), Rhodopseudomonas(R. blastica), Rhodospirillum(R. rubrum). 3. Грам о т рицат ельн ы е, аэро бн ы е/м ик ро аэро ф ильн ы е п ало ч к и и к о к к и В се пр едставители о бладаю т чисто ды х ательны м типо м метабо лизма и испо льзую т в качестве ко нечно го акцепто р а э лектр о но в кисло р о д. Клетки о т э ллипсо видны х до пало чко видны х , пр ямы е или изо гнуты е, естько кки и ко кко бациллы . Н епо движ ны е или по движ ны е за счет по ляр ны х ж гутико в или пер итр их . Н еко то р ы е виды спо со бны о бр азо вы вать капсулы (о кр уж аю щ ие неско лько клето к) и цисты ( о кр уж аю щ ие о дну клетку).

21

Аэ р о бы . С по со бны р асти в атмо сф ер е во здух а (21%). П р едставители неко то р ы х р о до в в усло виях азо тф иксации р астут какмикр о аэ р о ф илы , о днако пр и наличии в ср еде исто чника связанно го азо та –какаэ р о бы . Микр о аэ р о ф илы . Н е спо со бны р асти в атмо сф ер е во здух а(21% О 2). П р и по ниж енно й ко нцентр ации кисло р о да и в о тсутствии альтер нативны х акцепто р о в э лектр о но в р астут за счет испо льзо вания кисло р о да. Н еко то р ы е мо гут такж е о сущ ествлятьанаэ р о бно е ды х ание с нитр ито м, ф умар ато м или др угими ко нечны ми акцепто р ами э лектр о но в. С р еди пр едставителей мо ж но вы делить: Acetobacter aceti, встр ечаю щ его ся на цветах , ф р уктах , в пальмо вы х и вино гр адны х винах , пиве, сидр е; пр исутствую щ его в ко р невы х клубеньках Rhizobium leguminosarum; Beijerinckia indica , о битаю щ его в по чве, о со бенно часто в тр о пическо м по ясе. 4. Сим био н т ы и п аразит ы п о зво н о ч н ы х и бес п о зво н о ч н ы х живо т н ы х В клю чает о блигатны х внутр иклето чны х пар азито в э укар ио т. Мо гут бы тьпало чки или ко кки, встр ечаю тся плео мо р ф ны е виды . Х ар актер но бинар но е деление. У неко то р ы х пр едставителей в клето чно й стенке мур амо вы е кисло ты . Н еко то р ы е из них : Brucella melitensis - внутр иклето чны й пар азит чело века и ж иво тны х ; Agrobacterium tumefaciens – индукто р бо лезни, известно й как ко р о нчаты й галл у р астений; Rhizobium leguminosarum –внутр иклето чны й симбио нт р астений. 5. Неп о движн ы е или п о движн ы е, извит ы е грам о т рицат ельн ы е бак т ерии И зо гнуты е пало чки. П ер едначало м деления ино гда о бр азую т ко льца. Клетки о кр уж ены капсуло й. О бы чно непо движ ны е, но у о дно го ш тамма, о бр азую щ его газо вы е вакуо ли, клетки движ утся с по мо щ ью по ляр но го ж гутика. Х емо о р гано тр о ф ы . В стр ечаю тся в по чве и пр есно во дны х место о битаниях . П р едставителем мо ж ет служ итьAncylobacter aquaticus. 6. Аэро бн ы е хем о лит о т ро ф н ы е бак т ерии и ро дс т вен н ы е о рган изм ы Н итр иф икато р ы , испо льзую щ ие во сстано вленны е нео р ганические азо то со дер ж ащ ие со единения (аммиак или нитр иты ) как исто чник э нер гии для р о ста. Клетки пало чко видны е, сф ер ические, спир альны е или до льчаты е. У по движ ны х клето к ж гутики по ляр ны е, субпо ляр ны е или пер итр их иальны е. Н апр имер , Nitrobacter winogradskyi. 2. Кла сс Betaproteobacteria Э то т класс вклю чает 7 по р ядко в: Burkholderiales, Hydrogenophilales, Methylophilales, Neisseriales, Nitrosomonadales, Rhodocyclales и Procabacteriales. Ф ено типически пр едставителей класса мо ж но р азделитьна следую щ ие гр уппы : 1. Бак т ерии, о бладающ ие ч ехло м П р ямы е пало чки, в цепо чках , о кр уж ены чех ло м, или сво бо дно плаваю щ ие в виде о тдельны х клето к, пар клето к, либо в со ставе по движ ны х ко р о тких цепо чек, со дер ж ащ их до 8 клето к. С во бо дны е клетки по движ ны за счет о дно го по ляр но го ж гутика или пучка субпо ляр ны х ж гутико в. Ч ех лы у о дних видо в пр о питаны или по кр ы ты о ксидами ж елеза и мар ганца, у др угих нет. Мо гут накапливатьгр анулы по лиβ -гидр о ксибутир ата. Тако й ф ено тип х ар актер ен для двух р о до в Sphaerotilus(S. natans) и Leptothrix(L. ochracea). 2. Неф о т о с ин т езирующ ие бак т ерии с о с к о льзящ им т ип о м движен ия Н ити с мно го ядер ны м р аспо ло ж ением клето к, пло ские. Ш ир ина о тдельно й клетки бо льш е ее длины . Д вигаю тся путем ско льж ения. Х емо о р гано тр о ф ы . Аэ р о бы .

22

О бнар уж ены в р о то во й по ло сти по йкило тер мны х по зво но чны х . Н апр имер , Simonsiella muelleri. 3. Аэро бн ы е хем о лит о т ро ф н ы е бак т ерии и ро дс т вен н ы е о рган изм ы К э то й гр уппе о тно сят сер о о кисляю щ их бактер ий, ко то р ы е о кисляю т во сстано вленны е нео р ганические сер ны е со единения как исто чник э нер гии. Здесьвстр ечаю тся по чти все известны е ф о р мы клето к и типы по движ но сти. Аэ р о бы . Бактер ио х ло р о ф илл не со дер ж ат. Г р уппа вклю чает о блигатны х и ф акультативны х х емо лито тр о ф о в, а такж е х емо лито гетер о тр о ф о в. Э нер гию по лучаю т пр и о кислении о дно го или неско льких во сстано вленны х со единений сер ы , вклю чая сульф иды , сер у, тио сульф ат, по литио наты и тио цио нат. В се виды мо гут ф иксир о ватьCO2 в цикле Кальвина. Мо гут со дер ж ать вклю чения кар бо ната кальция, сер ы . С р еди пр едставителей мо ж но вы делить Thiobacillus thioparus, Macromonas mobilis. 4. Ан о к с иген н ы е ф о т о т ро ф н ы е бак т ерии Клетки р астут за счет ф о то ассимиляции пр о сты х о р ганических со единений. Н аибо лее типичны м пр едставителем является Rhodocyclus purpureus. 5. Грам о т рицат ельн ы е, аэро бн ы е/м ик ро аэро ф ильн ы е п ало ч к и и к о к к и Д ля всех видо в х ар актер ен ды х ательны й тип метабо лизма, где в качестве акцепто р а э лектр о но в служ ит кисло р о д. Acidovorax facilis и Derxia gummosa являю тся типичны ми пр едставителями э то й мно го численно й, мо р ф о ло гически гетер о генно й гр уппы . 3. Кла сс Gammaproteobacteria В пр еделах класса вы деляю т 14 о сно вны х ветвей: Chromatiales, Xanthomonа dа les, Cardiobacteriales, Thiotrichales, Legionellales, Methylococcales, Oceanospirillales, Pseudomonа dales, Alteromonadales, Vibrionales , Aeromonа dales, Enterobacteriales, Acidithiobacillales и Pasteurellales. В классе вы деляю т 4 о сно вны е ф ено типические гр уппы . 1. Грам о т рицат ельн ы е, аэро бн ы е/м ик ро аэро ф ильн ы е п ало ч к и и к о к к и П о др о бно е о писание о сно вны х пр изнако в, х ар актер ны х для пр едставителей э то й гр уппы дано в классе Alphaproteobacteria. С р еди видо в, о бладаю щ их данны м ф ено типо м и о тно сящ их ся к классу Gammaproteobacteria, мо ж но вы делить Methylococcus capsulatus, Pseudomonas aeruginosa и Xanthomonas campestris. 2. Ан о к с иген н ы е ф о т о т ро ф н ы е бак т ерии Клетки спо со бны р асти с испо льзо ванием сульф ида и сер ы в качестве единственны х до но р о в э лектр о но в для ассимиляции CO2 . Х о р о ш о р астут в ф о то тр о ф ны х усло виях . В пр исутствии о дно вр еменно сульф ида и света внутр и клето к по являю тся гло булы сер ы , ко то р ая впо следствии мо ж ет о кислятся до сульф ата. С о дер ж ат бактер ио х ло р о ф иллы а и b и кар о тино иды . Мо гут нуж даться для р о ста в витамине В 12. Chromatium okenii и Thioс apsa roseopersicina. 3. Неф о т о с ин т езирующ ие бак т ерии с о с к о льзящ им т ип о м движен ия Размер ы клето к ш ир о ко вар ьир ую т. За исклю чением о дно го р о да бо льш инство пр едставителей нитчато й ф о р мы . Н ити о бы чно о бнар уж иваю т во лно о бр азно е изгибание или вы гибание, и мо ж но о тчетливо видетьих мно го клето чно е стр о ение. Д вигаю тся путем ско льж ения. В пр исутствии сер о во до р о да и часто тио сульф ата наблю даю тся внутр иклето чны е о тло ж ения сер ы . Аэ р о бы или микр о аэ р о ф илы . И звестна спо со бно сть к х емо о р гано тр о ф но му и х емо лито тр о ф но му типу питания; для р яда о р ганизмо в пр едпо лагается во змо ж но сть миксо тр о ф ии. Метабо лизм ды х ательно го типа.

23

О бнар уж ены в пр есно во дны х и мо р ских место о битаниях . Achromatium oxaliferum, Beggiatoa alba, Thiothrix nivea. 4. Аэро бн ы е хем о лит о т ро ф н ы е бак т ерии и ро дс т вен н ы е о рган изм ы Клетки спир ально й ф о р мы , о бр азую щ ие длинны е винто вы е стр уктур ы или непо лны е витки, ино гда индивидуальны е клетки имею т вид спир алей. Э нер гию по лучаю т пр и о кислении о дно го или неско льких во сстано вленны х или частично во сстано вленны х нео р ганических со единений сер ы , вклю чая сульф ид, э лементар ную сер ы или тио сульф ат. С по со бны испо льзо вать С О 2 как единственны й исто чник углер о да. Thiomicrospira pelophila. 4. Кла сс Deltaproteobacteria Э то класс является нестабильны м в таксо но мическо м о тно ш ении и по ло ж ение р яда таксо но в в пр еделах Deltaproteobacteria весьма пр о тиво р ечиво . В насто ящ ее вр емя класс делится на 7 по р ядко в: Desulfurellales, Desulfovibrionales, Desulfobacterales, Desulfuromonadales, Syntrophobacterales, Bdellovibrionales и Myxococcales. 1. Ск о льзящ ие бак т ерии, о бразующ ие п ло до вы е т ела В егетативны е клетки в виде то нких пало чек с суж аю щ имися ко нцами. П ло до вы е тела о тно сительно кр упны е, ш ар о видны е, со дер ж ат свето пр ело мляю щ ие, сф ер ические или э ллипсо идны е микр о цисты . У всех видо в мо ж ет о бр азо вы ваться пло до но ж ка. Микр о цисты не заклю чены в спо р ангии. Х емо о р гано гетер о тр о ф ы . Метабо лизм ды х ательно го типа. Myxococcus fulvus. 2. Бак т ерии, о с ущ ес т вляющ ие дис с им иляцио н н о е во с с т ан о влен ие с ульф ат а или с еры Г р уппа о бъединяет не о бр азую щ ие спо р сульф атво сстанавливаю щ ие бактер ии, ко то р ы е во сстанавливаю т сульф ат и в неко то р ы х случаях сер у до H2S; сер о р едуцир ую щ ие бактер ии не спо со бны во сстанавливать сульф ат или др угие о ксанио ны сер ы . Д о но р ами э лектр о но в служ ат Н 2 или о р ганические со единения. О кисляю т о р ганические субстр аты либо не по лно стью – до ацетата, либо по лно стью до С О 2. В се виды , исследо ванны е к насто ящ ему вр емени, спо со бны ф иксир о вать мо лекуляр ны й азо т. Desulfobulbus propionicus, Desulfovibrio desulfuricans, Desulfuromonas acetoxidans. 3. Аэро бн ы е/м ик ро аэро ф ильн ы е, п о движн ы е, с п иральн ы е/изо гн ут ы е грам о т рицат ельн ы е бак т ерии Типичны м пр едставителем является Bdellovibrio bacteriovorus. Э то бактер ии- х ищ ники по о тно ш ению к др угим гр амо тр ицательны м бактер иям. П ало чко видны е клетки по движ ны за счет о дно го по ляр но го , по кр ы то го чех ло м ж гутика. И мею т двух стадийны й ж изненны й цикл, со сто ящ ий из стадии х ищ ничества, во вр емя ко то р о й клетки не р азмно ж аю тся, и р епр о дуктивно й стадии, пр о текаю щ ей внутр и клето к х о зяина. В клетку х о зяина бделло вибр ио н по падает в р езультате случайно го сто лкно вения: сильно удар яясь о клетку-ж ер тву, о н пр икр епляется к ней, а затем бы стр о пр о никает в пер иплазматическо е пр о стр анство . П о р аж енная клетка-х о зяин о бы чно о кр угляется и р аздувается, пр ио бр етая сф ер ическую ф о р му( бделло пласт). В само м начале нападения бделло вибр ио н убивает сво ю ж ер тву, по сле чего э та клетка уж е служ ит субстр ато м для р азвития бделло вибр ио на. Развиваясь за счет испо льзо вания пр о то пласта ж ер твы , бделло вибр ио н удлиняется, пр ио бр етая змеевидную ф о р му. Н епо движ ная спир альная клетка р аспадается затем на по движ ны е, о динако вы е по р азмер у вибр ио ны , ко то р ы е по кидаю сво ю ж ер тву и начинаю т но вы й ж изненны й цикл.

24

5. Кла сс Epsilonproteobacteria Э то т класс бы л пр едло ж ен о тно сительно недавно и вклю чает о дин по р ядо к Campylobacterales, ко то р ы й р азветвляется на тр и семейства: Campylobateraceae, Helicobacteraceae, Hydrogenimonaceae. 1. Аэро бн ы е/м ик ро аэро ф ильн ы е, п о движн ы е, с п иральн ы е/изо гн ут ы е грам о т рицат ельн ы е бак т ерии То нкие, вибр ио идны е клетки, х ар актер на такж е S-о бр азная ф о р ма и ф о р ма типа кр ы льев чайки, во зникаю щ ие пр и со единении двух клето к в ко р о ткую цепо чку. П о движ ны е, со вер ш аю т винто во е движ ение спо мо щ ью о дино чны х ж гутико в без чех ла, р аспо ло ж енны х на о бо их или о дно м ко нцах клетки или с по мо щ ью мно го численны х ж гутико в с чех ло м. В бо льш инстве случаев микр о аэ р о ф илы . В иды р о да Helicobacter вы делены из слизисто й ж елудка пр имато в. Helicobacter pylori, во змо ж но , ассо циир о ван с гастр ито м и язво й ж елудка. П р едставители р о да Campylobacter(Campylobacter fetus) о бнар уж иваю тся в р епр о дуктивны х о р ганах , киш ечно м тр акте и р о то во й по ло сти чело века и ж иво тны х . 2. Ф ак ульт ат ивн о ан аэро бн ы е грам о т рицат ельн ы е п ало ч к и Бактер ии имею т вид пр ямы х пало чек. П о движ ны за счет по ляр но го ж гутика. Х емо о р гано гетер о тр о ф ы , то лько незначительно е ко личество видо в спо со бны р асти авто тр о ф но , испо льзуя во до р о дкак до но р э лектр о но в. Анаэ р о бны й тип метабо лизма, но встр ечается и микр о аэ р о ф ильны й. Н итр аты и э лементар ную сер у мо гут испо льзо вать как акцепто р ы э лектр о но в. Н еко то р ы е пр едставители являю тся тер мо ф илами. Hydrogenimonas thermophila, Caminibacter hydrogeniphilus. Фи лум 13. Firmicutes К Firmicutes о тно сятся гр ампо ло ж ительны е бактер ии с низким со дер ж анием Г Ц-пар в Д Н К, а такж е гр амо тр ицательны е бактер ии, ко то р ы е р о дственны , со гласно данны м анализа 16S р Д Н К и гибр идизации нуклеино вы х кисло т. В насто ящ ее вр емя активно пер есматр иваю тся таксо но мические по зиции р яда таксо но в, но в данно м издании мы пр едлагаем следую щ ую систематику э то го ф илума. 1. Кла сс Clostridia В классе вы деляю т 3 по р ядка: Clostridiales, Thermoanaerobacteriales и Halanaerobiales. По рядо к Clostridiales. П ало чки, как пр авило , плео мо р ф ны е. В мо ло ды х культур ах о кр аш иваю тся по Г р аму по ло ж ительно . Ч ащ е всего по движ ны е за счет пер итр их иальны х ж гутико в. О бр азую т о вальны е или сф ер ические э ндо спо р ы , о бы чно р астягиваю щ ие клетки. Бо льш инство видо в х емо о р гано тр о ф ны е. Мо гут бы ть сах ар о литическими, пр о тео литическими, о бладать о бо ими э тими сво йствами или ни тем, ни др угим. О блигатны е анаэ р о бы . Мно гие виды о бр азую т э кзо то ксины . Н еко то р ы е виды пато генны для ж иво тны х и чело века в р езультате либо р анево й инф екции, либо по падания в о р ганизм то ксино в. Clostridium butyricum, Clostridium botulinum, Clostridium pasteurianum. По рядо к Thermoanaerobacteriales. В мо ло ды х культур ах пало чки о дино чны е, в пар ах или цепо чках ; в стар ы х культур ах стано вятся плео мо р ф ны ми и цепо чки со сто ят из пало чек, чер едую щ их ся с ко кками. Н епо движ ны е или по движ ны е за счет пер итр их иальны х ж гутико в; неспо р о о бр азую щ ие. С тр о гие анаэ р о бы и тер мо ф илы . Х емо о р гано тр о ф ы ; метабо лизм бр о дильно го типа. Н еко то р ы е пр едставители спо со бны

25

во сстанавливать сульф аты , о сущ ествляя сульф атно е ды х ание. Thermoanaerobacter ethanolicus, Thermoanaerobium brockii и Thermodesulfobium narugense . По рядо к Halanaerobiales. П р ямы е или изо гнуты е пало чки. В стр ечаю тся как бактер ии, не о бр азую щ ие спо р ы , так и бактер ии с э ндо спо р ами. Э ндо спо р ы сф ер ические, р астягиваю щ ие клетки в месте о бр азо вания и пр идаю щ ие им видбар абанны х пало чек. О блигатны е анаэ р о ба и галло ф илы . Х емо о р гано тр о ф ы ; метабо лизм бр о дильно го типа. Haloanaerobium praevalens, Halobacteriodes halobius, Sporohalobacter lortetii. 2. Кла сс Mollicutes Класс ф о р мир ует 4 р азличны е ветви: по р ядки Acholeplasmatales , Anaeroplasmatales, Entomoplasmatales, Mycoplasmatales. П р едставители по р ядко в являю тся ф ено типически близкими, по э то му р ассматр иватьо тдельно каж ды й по р ядо кне имеет смы сла. Э ту гр уппу бактер ий со ставляю т пр о кар ио ты , лиш енны е клето чно й стенки. Клетки о гр аничены то лько цито плазматическо й мембр ано й и не спо со бны к синтезу пептидо гликана и его пр едш ественнико в. С ледо вательно , о ни усто йчивы к пенициллину и его анало гам. П лео мо р ф ны е о р ганизмы , вар ьир ую т по ф о р ме о т сф ер ических и гр уш евидны х стр уктур до р азветвленны х или спир альны х нитей. Как пр авило , непо движ ны е, но для неко то р ы х пр едставителей, имею щ их ф о р му спир альны х нитей, мо ж ет наблю даться вр ащ ательно е, изгибательно е и по ступательно е движ ение. Ф акультативны е или о блигатны е анаэ р о бы . В по дх о дящ их усло виях бо льш инство видо в о бр азует ко ло нии, имею щ ие х ар актер ны й вид « яичницы -глазуньи». В се бактер иипар азиты , ко мменсалы или сапр о ф иты и мно гие из них пато генны для чело века, ж иво тны х , р астений. Acholeplasma laidlawii, Anaeroplasma abactoclasticum, Mycoplasma mycoides. 3. Кла сс Bacilli Класс о бъединяет близких по пр о исх о ж дению бактер ий, ко то р ы е на о сно ве р яда ф ено типических и гено типических пр изнако в диф ф ер енцир ую тся на два по р ядка: Bacillales и Lactobacillales. П о р ядо к Bacillales. П р ямы е пало чки, с закр угленны ми или « о бр убленны ми» ко нцами, часто в пар ах или цепо чках . Г р ампо ло ж ительны е. П о движ ны е за счет пер итр их иально го ж гутико вания. Э ндо спо р ы о вальны е. В клетке о бр азуется не бо лее о дно й спо р ы . Аэ р о бы или ф акультативны е анаэ р о бы . Х емо о р гано тр о ф ы ; метабо лизм бр о дильно го типа. О бнар уж иваю тся в р азны х место о битаниях , неко то р ы е виды пато генны для по зво но чны х и беспо зво но чны . Bacillus anthracis, Bacillus cereus. П о р ядо к Lactobacillales. Клетки пало чко видны е, о бы чно пр авильно й ф о р мы в ко р о тких цепо чках . С по р не о бр азую т. Г р ампо ло ж ительны е. В р едких случаях по движ ны за счет пер етр их иальны х ж гутико в. Ф акультативны е анаэ р о бы , ино гда микр о аэ р о ф илы . Х емо о р гано тр о ф ы ; метабо лизм бр о дильно го типа, сах ар о кластический; по меньш ей мер е по ло вина углер о да ко нечны х пр о дукто в бр о ж ения пр их о дится на лактат. Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus plantarum. Фи лум 14. Actinobacteria В 1997 г. Stackebrandt et al. пр едло ж ил иер ар х ическую систему классиф икации актино бактер ий, о сно ванную на данны х о таксо н-специф ичны х (сигнатур ны х ) участках в нуклео тидны х по следо вательно стях гено в 16S р РН К. П о э то й системе ф ило генетически близкие таксо ны р о до во го ур о вня о бъединены в семейства, по до тр яды , по дклассы и далее в класс Actinobacteria в независимо сти о т их ф ено типических

26

х ар актер истик. П о э то й системе класс Actinobacteria, о бъединяет 5 по дклассо в, 6 по р ядко в: Actinomycetales, Acidimicrobiales, Rubrobacterales Coriobacteriales, Sphaerobacterales и Bifidobacteriales, и 10 по дпо р ядко в. Ф илум Актино бактер ий вклю чает гр ампо ло ж ительны е бактер ии свы со ким со дер ж анием Г Ц-пар в Д Н К, ко то р ы е вы деляю тся ср еди др угих э убактер ий наибо лее сло ж но й о р ганизацией гено ма и ф ено типа на пр о кар ио тно м ур о вне. Х ар актер изуется бо льш им х емо таксо но мическим, мо р ф о ло гическим и ф изио ло гическим р азно о бр азием ф ило генетически близких таксо но в р о до во го ур о вня, в связи с э тим до лго е вр емя сущ ество вали о пр еделенны е тр удно сти пр и вы делении таксо но в надр о до во го ур о вня. Ш ир о ко е пр именение сначала х емо таксо но мических , а по зднее и гено типических данны х , а такж е вы яснение ф ило генетических взаимо о тно ш ений, внесло сущ ественны е изменения в классиф икацию актино мицето в. В насто ящ ее вр емя систематика данно й гр уппы Bacteria о сно вы вается на по лиф азно м по дх о де, интегр ир о ванно м испо льзо вании мо лекуляр но -био ло гических , х имических и нумер ических мето до в. И з-за вы со ко й степени вар иабельно сти ф ено типо в наибо лее удо бно р ассмо тр етьданны й ф илум на ур о вне по р ядко в. По рядо к Actinomycetales. Микр о о р ганизмы по р ядка Actinomycetales, значительно р азличаясьмо р ф о ло гически, мо гут бы тьпо др азделены на две бо льш ие гр уппы : пер вая о т ко кко видны х ф о р м до пало чко видны х , спо со бны х к бо лее или менее вы р аж енно му истинно му ветвлению , ш ир о ко пр едставленная ко р ине- и но кар дио ф о р мны ми актино мицетами, у р яда пр едставителей мицелий скло нен к ф р агментации; вто р ая - с х о р о ш о р азвиты м субстр атны м и во здуш ны м мицелием, со сло ж но о р ганизо ванны ми р епр о дуктивны ми стр уктур ами (спо р ангиями, спо р ами). Nocardia asteroides, Actinopolyspora halophila, Nocardiopsis dassonvillei, Promicromonospora citrea, Streptomyces albus. По рядо к Acidimicrobiales. О бъединяет неф о то тр о ф ны е бактер ии, спо со бны е о кислять во сстано вленны е нео р ганические со единения сер ы . Acidimicrobium ferrooxidans. По рядо к Rubrobacterales. П ало чки непр авильно й ф о р мы , бо лее ко р о ткие в стар ы х культур ах ; вы р аж енны й цикл пало чки-ко кки о тсутствует. В етвления или о бр азо вания во здуш но го мицелия не наблю дается. Н епо движ ны е или по движ ны е за счет пер итр их иально го ж гутико вания; неспо р о о бр азую щ ие. Аэ р о бы . Метабо лизм ды х ательно го типа. И спо льзую т сульф ат аммо ния как единственны й исто чник азо та. В стр ечаю тся тер мо ф илы . Rubrobacter radiotolerans, Conexibacter woesei, Solirubrobacter pauli, Thermoleophilum album. По рядо к Coriobacteriales. П ало чки непр авильно й ф о р мы , в о сно вно м гр уш евидны е, в длинны х цепо чках . Н епо движ ны е, неспо р о о бр азую щ ие. С тр о гие анаэ р о бы ; ко ло нии со сто ят из длинны х , изо гнуты х петлями цепо чек клето к. Х емо о р гано тр о ф ы ; метабо лизм бр о дильно го типа. Н еко то р ы е пр едставители спо со бны по лучать э нер гию за счет о кисления лактата, ф ир миата, азо та. В стр ечаю тся как сво бо дно ж ивущ ие так и симбио нты . Coriobacterium glomerans, Cryptobacterium curtum, Denitrobacterium detoxificans. По рядо к Sphaerobacterales. П ало чки непр авильно й ф о р мы , вар иабельны е по ф о р ме, в то м числе о вальны е, р аздуты е и булаво видны е, о дино чны е или в пар ах , ино гда Vо бр азны е, не ветвящ иеся. Н епо движ ны е, неспо р о о бр азую щ ие. Аэ р о бы ; о птимальная темпер атур а для р о ста 55°С . Х емо о р гано тр о ф ы ; метабо лизм ды х ательно го типа. Sphaerobacter thermophilus.

27

По рядо к Bifidobacteriales. П ало чки, чр езвы чайно вар иабельны е по ф о р ме, о бы чно неско лько изо гнуты е, булаво видны е и часто р азветвленны е. Распо ло ж ение клето к о дино чно е, пар ами, V-о бр азно е, ино гда цепо чками, палисадо м или р о зетками. И но гда встр ечаю тся р аздуты е ко кко видны е ф о р мы . Н епо движ ны е; неспо р о о бр азую щ ие; некисло то усто йчивы е. Х емо о р гано тр о ф ы ; активно сбр аж иваю т углево ды с о бр азо ванием в о сно вно м уксусно й и мо ло чно й кисло ты . О бнар уж ены в р о то во й по ло сти и киш ечнике у тепло кр о вны х по зво но чны х . О тмечены пр и инф екцио нны х пр о цессах у чело века, о днако о бы чно считаю тся не пато генны ми. Bifidobacterium bifidum. Фи лум 15. Planctomycetes С ледую щ ая линия пр едставлена бактер иями, в клето чно й стенке ко то р ы х о тсутствует мур еин. С ем. Planctomycetaceae(по р ядо к Planctomycetales) о бъединяет р о да Planctomyces , Pirellula , Gemmata и Isosphaera. П лакто мицеты – э то гр амо тр ицательны е о дно клето чны е бактер ии, о бр азую щ ие р о зетки или нити. Клетки ко кко видны е, о вальны е или гр уш евидны е. Размно ж аю тся по чко ванием и мо гут о бр азо вы вать вы р о сты , назы ваемы е стебельками, но не пр о стеками. Pirallula staleyi стебелько в о бы чно не о бр азует. В иды , о бр азую щ ие р о зетки, в пр ир о дны х усло виях о бр азую т микр о ко ло нии (Planctomyces bekefii). Д виж ение во змо ж но путем ско льж ения (Isosphaera pallida), пр и по мо щ и по ляр но го пучка ж гутико в (Gemmata obscuriglobus) или за счет о дно го субпо ляр но го ж гутика(Planctomyces bekefii). Аэ р о бы ; в качестве исто чника углер о да испо льзую т пир уват, ф р укто зу и глю ко зу. Г етер о тр о ф ны й тип метабо лизма. О бнар уж ены в пр есно во дны х , мо р ских и др угих со ло но во дны х место о битаниях . Фи лум 16. Chlamydiae И сследо вание 16S р Д Н К пр едставителей бо льш инства р о до в Chlamydiae по казало , что о ни со ставляю т э во лю цио нно о бо со бленную линию в пр еделах до мена Bacteria. П о р ядо к Chlamydiales на о сно ве ф ено -гено типических пр изнако в делится на 5 семейств: Chlamydiaceae (Chlamydia trachomatis), Parachlamydiaceae (Parachlamydia acanthamoebae), Simkaniaceae (Simkania negevensis), Rhabdochlamydiaceae (Rhabdochlamydia porcellionis) и Waddliaceae (Waddlia chondrophila). Ф ено типически все члены ф илума пр едставлены непо движ ны ми пато генны ми , ко кко идны ми бактер иями, как пр авило , гр амо тр ицательны ми, но э то т пр изнак вар иабелен. Размно ж аю тся то лько внутр и связанны х с мембр ано й вакуо лей в цито плазме клето к чело века, млеко питаю щ их и птиц. Ч ленисто но гие не служ ат х о зяевами. Размно ж ение пр о исх о дит в х о де уникально го цикла р азвития, со сто ящ его в пр евр ащ ениях мелких э лементар ны х телец в бо лее кр упны е тельца, ко то р ы е пр етер певаю т деление. Как и Planctomycetes не со дер ж ат мур еина в клето чно й стенке. Н е о кисляю т глю ко зу с о бр азо ванием АТФ ; зависят о т по лучения АТФ клетками х о зяевами. Фи лум 17. Spirochaetes С пир о х еты – э то само сто ятельная ф илетическая линия в до мене Bacteria. Класс Spirochaetes вклю чает о дин по р ядо к Spirochа etales, ко то р ы й р азветвляется на тр и семейства: Spirochaetaceae(Borrelia, Brevinema, Cristispira, Spirochaeta, Spironema и Treponema), Brachyspiraceae(Brachyspira) и Leptospiraceae(Leptonema и Leptospira). С пир о х еты пр едставляю т со бо й по движ ны е бактер ии спир ально й ф о р мы , р азмер ами 0,10,3×5-250 мкм. Э то о дно клето чны е о р ганизмы , во змо ж но за о дним исклю чением

28

Spirochaeta plicatilis). П о Г р аму о ни о кр аш иваю тся о тр ицательно . В ер х ним по кр о во м служ ит мно го сло йная нар уж ная мембр ана. Меж ду нар уж но й мембр ано й и цито плазматическо й мембр ано й р аспо ло ж ены пер иплазматические ж гутики (аксо стиль). О дин ко нец каж до го ж гутика закр еплен вблизи по лю са клетки, др уго й сво бо ден. Э ти стр уктур ы по зво ляю т клеткам двигаться путем вр ащ ения и изгибания клетки. П о типу метабо лизма э то аэ р о бы , ф акультативны е анаэ р о бы , х емо гетер о тр о ф ы . В качестве исто чника углер о да и э нер гии о ни испо льзую т углево ды , амино кисло ты , длинно цепо чечны е ж ир ны е кисло ты . В стр ечаю тся как сво бо дно ж ивущ ие ф о р мы , так и в ассо циациях сх о зяевами, ко то р ы ми мо гут бы тьж иво тны е и чело век. Н еко то р ы е виды пато генны . С ем. Spirochaetaceae вклю чает виды пато генны е для чело века, др угих млеко питаю щ их , птиц, мо ллю ско в и т.д. С во бо дно ж ивущ ими являю тся то лько пр едставители р о да Spirochaeta. Borrelia caucasica у чело век вы зы ваю т э ндемический (клещ ево й) во звр атны й тиф , а Borrelia burgdorferi такж е пер едаваемую клещ ами лаймскую бо лезнь; Treponema pallidum вы зы вает сиф илиси пер едается по ло вы м путем; С ем. Brachyspiraceae . Бо льш инство пр едставителей бы ло вы делено из био псийно го матер иала о т бо льны х киш ечны м спир о х ето зо м. Brachyspira aalborgi пар азитир ует в о р ганизме чело века. С ем. Leptospiraceae о бъединяет как сво бо дно ж ивущ их видо в, так и в ассо циациях с х о зяевами (чело век и ж иво тны е). Н есапр о ф итны е ш таммы р о да Leptospira вы зы ваю т лепто спир о з-зо о но з, по р аж аю щ ий, главны м о бр азо м, диких и до маш них ж иво тны х , ко то р ы е мо гут служ итьр езер вуар ами во збудителя. Фи лум 18. Fibrobacteres Ф илум пр едставлен о дним р о до м Fibrobacter. Э то пало чки или плео мо р ф ны е о вальны е клетки, 0,4-0,8×0,8-2,0 мкм. Н еспо р о о бр азую щ ие. Н епо движ ны е. С бр аж иваю т целлю ло зу и целло био зу. О сно вны е пр о дукты бр о ж ения –уксусная и янтар ная кисло та. Н уж даю тся для р о ста в С О 2, летучих ж ир ны х кисло тах , аммиаке и о дно м или бо лее витаминах . В ы делены из ж елудо чно -киш ечно го тр акта млеко питаю щ их . В иды – Fibrobacter succinogenes и Fibrobacter intestinalis. Фи лум 19. Acidobacteria Ф илетическая линия Acidobacteria пр едставлена небо льш им ко личество м культивир уемы х видо в, ко то р ы е пр едставляю т о со бую значимо сть в био тех но ло гических пр о цессах . В насто ящ ее вр емя ф илум вклю чает тр и р о да Acidobacterium, Geothrix и Holophaga. В пр еделах ф илума мо ж но вы делить две ф ено типические гр уппы , о сно вны м диф ф ер енцир ую щ им кр итер ием для ко то р ы х является о тно ш ение ккисло р о ду. К пер во й гр уппе о тно сятся бактер ии р о да Acidobacterium( Acidobacterium capsulatum). Мезо ф ильны е, гр амо тр ицательны е, неспо р улир ую щ ие пало чки. Аэ р о бны е х емо о р гано гетер о тр о ф ы . В то р ая гр уппа пр едставлена р о дами Geothrix и Holophaga. Э то гр амо тр ицательны е, пало чки. П о типу метабо лизма анаэ р о бны е х емо о р гано гетер о тр о ф ы . Holophaga foetida и Geothrix fermentans спо со бны кдегр адации ар о матических со единений до ацетата.

29

Фи лум 20. Bacteroidetes Bacteroidetes – э то следую щ ая ф ило генетически о бо сно ванная линия пр о кар ио т. Ф илум р азветвляется на 3 класса: Bacteroides( Bacteroidales), Flavobacteria(Flavobacteriales) и Sphingobacteria(Sphingobacteriales). П о ско льку ф илум вклю чает р азно о бр азны е по ф ено типу о р ганизмы , р ассмо тр им каж ды й классо тдельно . 1. Кла сс Bacteroidetes П р едставлен о дно именны й по р ядко м и семейство м. В клю чает гр амо тр ицательны е, пр ямы е, изо гнуты е и спир альны е пало чки; в пар ах или ко р о тких цепо чках ; неко то р ы е клетки вилко о бр азно й или Y-о бр азно й ф о р мы . Ч асто клетки плео мо р ф ны е с тер минальны ми или центр альны ми вздутиями; со дер ж ат вакуо ли и о бр азую т нити. Н епо движ ны е или по движ ны е за счет о дно го по ляр но го или латер альны х ж гутико в. Анаэ р о бы , х емо о р гано тр о ф ы . П р о дукты бр о ж ения пр еимущ ественно ацетат, ф о р миат, пр о пио но вая кисло та, сукцинат и лактат. С во бо дно ж ивущ ие, но такж е встр ечаю тся симбио нты беспо зво но чны х ж иво тны х и о блигатны е пар азиты чело века и ж иво тны х . Porphyromonas asaccharolyticа вы делен пр и инф екциях в р о то во й по ло сти и ко р невы х канало в зубо в; пр едставители р о да Bacteroides( B. fragilis) часто изо лир ую тся из пищ евар ительно го тр акта, о чаго в инф екций и нагно ения у чело века и ж иво тны х ; пр едставители р о да Anaerorhabdus ( А. furcosus) встр ечаю тся пр и лего чны х и бр ю ш ны х абсцессах , абсцессах аппендикса, в р яде случаев в ф екалиях чело века и ж иво тны х . 2. Кла сс Flavobacteria В клю чает тр и семейства: Blattabacteruim, Cryomorphaceae, Flavobacteriaceae. Класс ф ено типически гетер о генен. П р едставлен пало чками с пар аллельны ми сто р о нами и закр угленны ми ко нцами. Клетки мо гут бы тьплео мо р ф ны ми. Э ндо спо р не о бр азую т. Л ибо непо движ ны е, либо по движ ны е за счет ско льж ения. Е сли аэ р о бы , то метабо лизм ды х ательно го типа; в случае анаэ р о био за – метабо лизм бр о дильно го типа. Х емо о р гано тр о ф ы . Т ипичны ми пр едставителями р азличны х ф ено типических гр упп являю тся Flavobacterium aquatile и Capnocytophaga ochracea. 4. Кла сс Sphingobacteria П р едставлен семействами: Crenatotrichaceae, Flammeovirgaceae и Flexibacteraceae. Г ибкие пало чки с закр угленны ми ко нцами, или ко льцевидно й и по дко во о бр азно й ф о р мы . Д ля Flexibacter имеет место изменение мо р ф о ло гии клето к в течение ж изненно го цикла. В мо ло ды х клетках клетки нитевидны е, о ченьпо движ ны е, не имею т по пер ечны х пер его р о до к; в стар ы х культур ах во зр астает число все бо лее ко р о тких клето к, по ка не о стаю тся то лько ко р о ткие, непо движ ны е пало чки. П о ко ящ их ся стадий либо не о бр азую т, либо , как для пр едставителей Chitinophaga, х ар актер но о бр азо вание микр о цист. Н епо движ ны (клетки о кр уж ены капсуло й) или по движ ны за счет ско льж ения и изгибания. Аэ р о бы ; метабо лизм ды х ательно го или бр о дильно го типа. Flexibacter dorotheae и Chitiniphaga pinensis. Фи лум 21. Fusobacteria Ф илум пр едставлен о дно именны м классо м, по р ядко м и семейство м. В пр еделах сем. Fusobacteriaсеае вы деляю т р о да Fusobacterium, Ilyobacter, Leptotrichia, Propionigenium, Sebaldella, Streptobacillus и Snaethia. Н есмо тр я на гено типическую гетер о генно сть, ф илум ф ено типически о дно р о ден и вклю чает пр ямы е или слегка изо гнуты е пало чки (Leptotrichia buccalis), в пар ах или цепо чках (Ilyobacter polytropus). У Fusobacterium

30

nucleatum пало чки вер етено о бр азно й ф о р мы . Ч асто клетки плео мо р ф ны е. П о движ ны е или непо движ ны е. Х емо о р гано тр о ф ы ; сбр аж иваю т р азличны е сах ар а и о р ганические кисло ты . Д ля Fusobacterium nucleatum спо со бно стьк бр о ж ению вы р аж ена слабо . О сно вно й ко нечны й пр о дукт метабо лизма-бутир ат, лактат, ацетат и пр о пио нат. В ы делены из мо р ских и пр есно во дны х ило в (Ilyobacter polytropus), а такж е слю ны чело века(Propionigenium modestum); Sebaldella termitidis о бнар уж ены в со дер ж имо м заднего о тдела киш ечника тер мито в; Streptobacillus moniliformis пр исутствует в гло тке и но со гло тке диких и лабо р ато р ны х кр ы си вы зы вает у чело века о дну из ф о р м бо лезни о т укуса кр ы с. Фи лум 22. Verrucomicrobia Ф илум Verrucomicrobia, занимаю щ ий ф ило генетически о бо со бленно е по ло ж ение в до мене Bacteria , бы л пр едло ж ен Hedlund в 1997 го ду. В се культивир уемы е пр едставители ф илума на о сно ве о бщ но сти р яда таксо но мически важ ны х пр изнако в р азбиваю тся на 2 р о да: Verrucomicrobium и Prosthecobacter, ко то р ы е о тно сятся к сем. Verrucomicrobiaceae. Ф ено типически ф илум пр едставлен гр амо тр ицательны ми, аэ р о бны ми или ф акультативно анаэ р о бны ми, мезо ф ильны ми бактер иями, сmeso-Д АП в клето чно й стенке сх емо гетер о тр о ф ны м типо м метабо лизма. Ро д Prosthecobacter вклю чает вер етено видны е или вибр ио идны е клетки. Каж дая клетка о бр азует по меньш ей мер е о дну по ляр ную пр о стеку. П р о стеки 0,1-0,2 мкм в диаметр е, плавно суж аю щ иеся о т по лю са клетки, но с уто лщ ением на ко нце, имею щ ем пр икр епительны й диск и о бладаю щ ем сво йство м адгезии. П о пер ечны е пер его р о дка в пр о стеках не о бр азую тся. Бинар но е деление начинается путем пер етяж ки и завер ш ается без о бр азо вания септы . Н епо движ ны е. О бнар уж ены по чвах , а такж е в пр есны х и мо р ских во дах . Типо во й видProsthecobacter fusiformis. Ро д Verrucomicrobium пр едставлен о дно клето чны ми пало чко видны ми бактер иями с мно го численны ми пр о стеками длино й пр имер но 0,5 мкм, р асх о дящ имися во все сто р о ны о т клето чно й по вер х но сти. И з ко нчико в пр о стек вы х о дят ф имбр ии. Н епо движ ны е. О бнар уж ены в по чвах и по вер х но стны х сло ях во ды э втр о ф ны х о зер . Типо во й вид Verrucomicrobium spinosum. Фи лум 23. Dictyoglomi Э то по следняя линия до мена Bacteria пр едставлена о дним видо м Dictyoglomus thermophilum. Э то гр амо тр ицательны е, э кстр емально тер мо ф ильны е пало чки с о блигатны м анаэ р о бны м типо м метабо лизма. Х емо о р гано гетер о тр о ф ы . О тмечена тенденция к о бр азо ванию агр егато в клето к, заклю ченны х в о бщ ую о бо ло чку. О сновна я ли тера тура О пр еделительбактер ий Бер дж и / Р.Бер кли [и др .]. –М. Мир , 1997 Garrity George M. The Road Mat to the Manual / M. George Garrity, John G. Holt // Bergey`s Manual of Systematic Bacteriology. –Baltimor: Williams & Williams, 1994 Krieg Noel R. Procaryotic Domains / Noel R. Krieg // Bergey`s Manual of Systematic Bacteriology –Baltimor: Williams & Williams, 1994 Gillis M. Polyphasic Taxonomy // M. Gillis, P. Vandamme // Bergey`s Manual of Systematic Bacteriology. - Baltimor: Williams & Williams, 1994

31

Winters M. Taxonomic Outline of the Procaryotes. Bergey`s Manual of Systematic Bacteriology, Second Edition / M. Winters, G.M. Garrity. - New York, 2002 Timothy G. Exploring prokaryotic taxonomy / G. Timothy, М. Garrity // Int. J. of Syst. and Evol. Microb. –2004. - V54

С о ставители: Г р або вичМар гар ита Ю р ьевна Ч ур ико ва В икто р ия В икто р о вна Ч ер но усо ва Е лена Ю р ьевна Редакто р Тих о мир о ва О .А.