Студопедия
Новини освіти і науки:
Контакти
 


Тлумачний словник






Геносистематика бактерій.

Фенотипова систематика.

За більш як столітній період існування мікробіології як науки сформувалась фенотипова систематика бактерій. Сукуп­ність морфолого-культуральних і фізіологічних ознак є крите­рієм для згрупування організмів у таксони різного рангу. Цей підхід покладено в основу сучасних визначників бактерій (Бергі-8 та Бергі-9). Задовільні чи ні існуючі визначники? На жаль, дале­ко не завжди і з таких причин:

1. Одне з дискусійних питань у фенотиповій систематиці: що повинно лягти в основу класифікації бактерій — морфологія клітини чи її метаболізм? А звідси виникає таке запитання: чи існує кореляція між морфологічними та фізіологічними ознаками? Результати дослідження фенотипових властивостей бактерій, про­веденого у 70-х роках XX ст. Г.О. Заварзіним, дали можливість зробити висновок, що такої кореляції не існує і не можна говорити про морфолого-фізіологічну спільність як про загальний закон.

2. У визначниках підсумована якісно і кількісно нерівно­цінна інформація, яка накопичувалась мікробіологами впро­довж 100 років, в результаті чого відсутні єдині критерії класи­фікації різних груп мікроорганізмів.

3.Проблематичними в бактеріології є критерії для визна­чення рангу таксонів. Одні й ті самі ознаки є діагностичними для виду, а в інших випадках — і для роду. Власне, в теорії си­стематики відсутня кількісна оцінка рангу таксона.

4. У визначниках бактерій традиційно використовуються варіабельні ознаки (наприклад, ознака позитивна у 10-80 % дослід­женого виду). Чим може бути викликана варіабельність ознак? Або досліджувані штами вивчались в неадекватних умовах, або в експериментах використовувались нестандартні методи, або в аналіз були залучені мутантні форми. Здатність плазмід бути додатковим джерелом генетичного матеріалу, безумовно, робить певний внесок у мінливість мікроорганізмів. У такому разі, чи коректно використовувати таку ознаку, як стійкість до антибіо­тиків, якщо вона може кодуватися плазмідами, а отже, є нестабіль­ною? Очевидно, що у класифікації потрібно брати до уваги ста­більні ознаки, які кодуються хромосомними генами.

5. Застаріло поняття "типового" таксона. Найбільш "вузь­ке місце" використання типових штамів полягає в тому, що вони не обов'язково насправді є найтиповішими елементами таксонів.

Принципово новим підходом, який відрізняється від фенотипової систематики, є геносистематтшка бактерій. Ступінь ге­нетичних відмінностей у організмів можна оцінити за такими показниками: вміст ГЦ у ДНК; гібридизація ДНК—ДНК та ДНК—РНК; амінокислотна послідовність білків; нуклеотидна послідовність генів. Розглянемо використання в систематиці бак­терій кожного з цих показників.

Вміст ГЦ у ДНК.Спочатку тільки загальний склад основ ДНК використовувався для порівняння бактеріальних геномів. Вміст ГЦ у ДНК має таксономічне значення. У бактерій моляр­ний вміст ГЦ коливається в межах від 22 до 75 %. Це значення є постійним в одного організму. Проте показник ГЦ не враховує лінійного розміщення нуклеотидів у ДНК, і тому організми з одна­ковим ГЦ не обов'язково є ідентичними.

Гібридизація ДНК—ДНК та ДНК—РНК.Суть методу поля­гає в тому, що подвійна спіраль ДНК денатурується нагріван­ням і її ланцюги, які розійшлися, фіксуються. При зниженні температури стає можливою ренатурація ДНК. Але з'єднатися з одноланцюговою ДНК може лише комплементарний (відповід­ний) ланцюг. Кількість ренатурованої двоспіральної ДНК є мірою подібності порівнюваних організмів. Послідовності, які утворю­ють дволанцюгові комплекси, не обов'язково є комплементар­ними за всіма нуклеотидами. Частку некомплементарних пар нуклеотидів можна визначити за швидкістю розділення ланцю­гів ДНК у дуплексі при підвищенні температури. Для цього визна­чається Тпл (температура плавлення) — значення температури, при якій дисоціює 50 % дволанцюгової ДНК.Тпл, що дорівнює 1 °С, відповідає приблизно 1 % некомп­лементарних пар нуклеотидів. Аналогічна реасоціація може бути здійснена між молекулами ДНК і РНК, оскільки подвійні спіралі утворюються також між одноланцюговою ДНК і ком­плементарними ланцюгами РНК. Експерименти з гомології ДНК найбільш корисні на рівні класифікації виду.

Практичні рекомендації з використання методу гібриди­зації ДНК—ДНК у систематиці бактерій викладені в рішеннях Комітету з узгодження підходів до таксономії бактерій, опублі­кованих ще в кінці 1987 р. Зокрема в них зазначається, що вид повинен містити штами з рівнем подібності ДНК—ДНК 70 % і вище, а також з Тпл 5 °С і нижче. Фенотипові характеристики повинні узгоджуватися з цим визначенням і можуть не відпові­дати філогенетичній концепції виду тільки як виняток.

На початку 70-х років XX ст. завдяки ДНК—ДНК- і ДНК— РНК-гібридизації було уточнено положення видів у різних групах, таких як Pseudomonas, анаеробні бактерії та ін. Так, було показано, що види, які входять до роду псевдомонад, являють собою п'ять генетично ізольованих одна від одної гомологічних груп. Bacteroides fragills містить п'ять підвидів, які виявились різними групами за ДНК-гомологією. Рід Salmonella містить тільки одну ДНК-гомологічну групу, і пропозиція визнати тіль­ки один вид сальмонел отримала широку підтримку.

Амінокислотна послідовність білків. Порівняння аміно­кислотної послідовності білків базується на відображенні в ній первинної послідовності генів організму, тобто є своєрідним "відбит­ком пальців" ДНК. У практичних дослідженнях для порівняль­ного аналізу білків використовують метод електрофорезу. Елект­рофоретичне визначення профілів білків базується на передба­ченні, що близькоспоріднені організми характеризуються іден­тичними клітинними білками. Проте слід мати на увазі, що про­філь клітинних білків може змінюватися залежно від умов виро­щування бактерій.

Аналіз 5Sта 16S рРНК.Понад три десятиліття тому був встановлений консервативний характер генів рибосомальної РНК.Гени, які кодують рРНК, є висококонсервативними, і тому рРНК дуже мало змінюються в процесі еволюції. Ці інформа­ційні молекули розглядають як молекулярні хронометри, що відображають походження та розвиток мікроорганізмів. Аналіз нуклеотидної послідовності рРНК у бактерій виявив як неспо­дівані відмінності, так і дивну подібність. Слід зазначити, що були спроби досліджувати взаємозв'язок таксонів бактерій на осно­ві аналізу нуклеотидних послідовностей 5S рРНК. Але ця моле­кула виявилася занадто малою, щоб відповідати цьому завдан­ню. У наш час ідентифікація філогенетичного положення про­каріот розвивається на основі аналізу 16S рРНК. Як зазнача­ється у передмові академіка РАН Г. О. Заварзіна до російськомовного дев'ятого видання Визначника бактерій Бергі, на сьо­годнішній день цей підхід є безальтернативним у визначенні родової належності мікроорганізмів.

Останнім часом для аналізу 16S рРНК широко застосову­ються методи, що ґрунтуються на полімєразній ланцюговій реакції. В основі ПЛР лежить ампліфікація (тобто збільшення числа копій) окремих фрагментів ДНК за допомогою так званих праймерів — синтетичних олігонуклеотидів завдовжки 20-30 нуклеотидів, комплементарних до ділянки ініціації реплікації заданого фрагмента ДНК. Отже, нуклеотидна послідовність праймерів фактично повторює послідовність нуклеотидів на моле­кулі ДНК, яку потрібно ампліфікувати.

Досліджувану ДНК денатурують в умовах, що перешкод­жають ренатурації, за надлишку праймерів. У цих умовах два типи праймерів гібридизуються з комплементарними послідов­ностями кожного з двох протилежних ланцюгів ДНК і викону­ють роль затравок ферментативного синтезу. У присутності ДНК-полімерази і набору дезоксирибонуклеозидтрифосфатів почина­ється синтез нових ланцюгів ДНК у тому ж напрямку, що і при звичайній реплікації. Кінцевий продукт реакції у вигляді двох нових дволанцюгових ДНК знову денатурують і повторюють цикл ампліфікації. У такий спосіб відбувається вибіркове (лімі­товане нуклеотидними послідовностями праймерів) множення специфічних ділянок ДНК до концентрації, за якої вони можуть бути легко виявлені. Різноманітні ДНК-полімерази ампліфіку-ють матеріал протягом 20-50 циклів.

Ампліфікацію генів 16S рРНК здійснюють за допомогою універсальних еубактеріальних праймерів 27f та 1492r. Послідов­ність нуклеотидів праймера 27f (складається з 20 нуклеотидів) є в молекулах ДНК більшості еубактерій, а послідовність прай­мера 1492r (складається з 22 нуклеотидів) — в ДНК більшості еубактерій та архебактерій. Тому ці праймери називаються уні­версальними еубактеріальними праймерами. Після ампліфікації генів 16S рРНК визначають нуклеотидну послідовність отрима­ного амплікону (прилад називається сиквенатор), яку порівню­ють з комп'ютерною базою даних. Для аналізу послідовностей генів 16S рРНК досліджуваних бактерій використовують базу даних EMBL, Genbank, Ribosomal Database Project. Сиквеновані послідовності порівнюють з послідовностями референтних штамів споріднених мікроорганізмів з використанням програми BLAST.


Читайте також:

  1. Загальна характеристика дроб’янок, їх класифікація. Ціанобактерії. Будова та форми клітин справжніх бактерій. Способи живлення і розмноження бактерій
  2. ІНШІ ФОРМИ СПОКОЮ У БАКТЕРІЙ. 4. ВІДМІННОСТІ ПРО- ТА ЄУКАРІОТ.
  3. ІСТОРИЧНІ АСПЕКТИ СИСТЕМАТИКИ БАКТЕРІЙ.
  4. ПІДХОДИ (ПРИНЦИПИ) КЛАСИФІКАЦІЇ БАКТЕРІЙ.
  5. Поверхневі структури клітинної стінки бактерій.
  6. Поняття про хімічний склад мікроорганізмів. Основні фізіологічні процеси у бактерій. Живлення, дихання, ріст і розмноження бактерій. Умови культивування бактерій.
  7. Практичне значення генетики бактерій.
  8. ФІЗІОЛОГІЯ РОСТУ ТА РОЗМНОЖЕННЯ БАКТЕРІЙ.
  9. Характеристика спороутворювальних бактерій.




<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Відділ Mendosicutes | Філогенетична класифікація.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.002 сек.