Sistema de clasificación internacional de microorganismos
Clasificación, identificación y denominación de microorganismos
1. Clasificación del mundo biológico
Se estima que existen alrededor de 1,5 millones de especies en la tierra, incluidas más. Hay más de 100.000 especies de microorganismos, y su número sigue aumentando.
En el proceso de la evolución biológica, la diversidad de especies y poblaciones biológicas ha evolucionado.
La clasificación biológica se realiza a través de la. estudio de la filogenia de los organismos y su historia evolutiva, revelando la diversidad de varios tipos de organismos y sus relaciones sistemáticas, compilando un sistema de clasificación y restaurando la posición histórica natural de los organismos.
Clasificación de animales superiores y. plantas
Datos fósiles, morfología, embriología comparada
Refleja con mayor precisión su filogenia
Dificultades en la clasificación microbiana:
La mayoría de los microorganismos son pequeños de tamaño, de forma simple y susceptible a las influencias ambientales, falta de reproducción sexual y falta de datos fósiles
Dos principios básicos de la clasificación biológica:
a) Agrupación. en grupos basados en la similitud de las características fenotípicas. Esta clasificación fenotípica de especies se centra en la aplicación y no implica evolución biológica ni refleja la filogenia biológica.
b) Según la filogenia biológica El objetivo; es explorar las relaciones evolutivas entre varios organismos y establecer un sistema de clasificación que refleje el desarrollo de los sistemas biológicos.
★Desde el sistema de dos reinos, hemos experimentado el sistema de tres reinos, el sistema de cuatro reinos. sistema de cinco reinos e incluso el sistema de seis reinos, y finalmente está el sistema de tres reinos originales (o tres reinos en total)
★Tradicional, porque lo que la mayoría de los estudiosos aceptan es la teoría de los cinco reinos propuesta por R.H. Whittaker en Science en 1969, que muestra verticalmente las tres principales evoluciones desde los procariotas hasta los organismos unicelulares eucariotas y los organismos multicelulares eucariotas. Proceso
Teoría de clasificación de organismos a nivel de reino
Científicos estadounidenses. utilice 16SrRNA para construir árboles evolutivos moleculares
Carl Woese
Establecimiento de la teoría de tres dominios
(1) Arqueobacterias, incluidas bacterias metanogénicas, halófilas extremas y termoacidófilas <; /p>
(2) Eubacterias (Eubacteria), incluidas cianobacterias y varios otros procariotas excepto arqueas;
(3) Eucariotas, incluidos protistas, hongos, animales y plantas. >(3) Eucariotas, incluidos protistas, hongos, animales y plantas
p>
2.Taxonomía microbiana
Taxonomía clásica: Clasificación basada en fenotipos microbianos.
Sistemática microbiana: Clasificación basada en relaciones de parentesco y reglas evolutivas
Desarrollo
Características fenotípicas: morfología, fisiología y bioquímica, ecología, etc., para inferir la filogenia de los microorganismos.
Las características fenotípicas se combinan con las características genotípicas de los microorganismos a nivel molecular para comparar (como el ARNr 16S) para explorar la evolución microbiana, la filogenia y la identificación taxonómica.
★Tres tareas de. Taxonomía microbiana: clasificación, identificación y denominación
☆La clasificación se basa en la similitud de los microorganismos. Las relaciones sexuales y genéticas se utilizan para clasificar los microorganismos en diferentes grupos taxonómicos.
☆La identificación es el proceso. de determinar que un nuevo aislado pertenece a un taxón ya reconocido
☆La nomenclatura se basa en El Código Internacional de Nomenclatura da nombres científicos a los taxones microbianos
Tomemos la levadura de cerveza como ejemplo. Su estatus taxonómico es:
Reino: Reino Hongos
p>
Filo: Hongos
Clase: Ascomycota
Orden. : Endosporales
Familia: Endosporaceae
Género: Saccharomyces
Especie: Saccharomyces cerevisiae
3.
Reino, filo, clase, orden, familia, género, especie
Las especies son las unidades taxonómicas más básicas
Después de cada unidad taxonómica puede haber subfilos, subclase, suborden, subfamilia...
Especie: Es una unidad taxonómica básica, es un grupo grande de características fenotípicas muy similares, relaciones genéticas extremadamente estrechas y similares a otras especies del mismo género A. término general para cepas con diferencias obvias.
Cepa: Indica cualquier grupo de raza pura producido por una sola célula separada independientemente y todos sus descendientes (que se originan del mismo ancestro y mantienen el mismo ancestro) Un grupo de flora de progenie pura. con características). Por lo tanto, los cultivos puros de diferentes fuentes de un microorganismo pueden denominarse cepa de la especie. La cepa enfatiza el linaje genéticamente puro.
Ejemplo: Dos cepas de Escherichia coli:
.Escherichia coli B y Escherichia coli K12
★Notación de cepas:
★Las especies son la unidad básica de la taxonomía, la cepa es la unidad básica de aplicación práctica, porque diferentes cepas de una misma cepa tendrán grandes diferencias en los tipos de enzimas o producción de metabolitos!
亚Especie (subespecie) o variedad (variedad):
Es una reclasificación dentro de una especie.
Cuando diferentes cepas dentro de una determinada especie tienen algunas características de variación o formas genéticas obvias y estables, pero no es suficiente distinguirlas en nuevas especies, estas cepas se pueden subdividir en dos o más taxones pequeños: subespecie.
Variante es sinónimo de subespecie, porque "variante" "La palabra" puede causar fácilmente confusión en el significado de la palabra. Después de 1976, la palabra variante ya no se utiliza. en el laboratorio generalmente se denominan subespecies.
Por ejemplo: E. coli k12 (tipo salvaje) no requiere aa especiales, pero después de una mutación en el laboratorio, se puede obtener un tipo defectuoso de un determinado aa a partir de k12. que se denomina subespecie de E.coli k12.
Tipo (forma):
A menudo se refiere a subdivisiones debajo de subespecies cuando el carácter difiere entre diferentes cepas de la misma especie o de la misma. las mismas subespecies no son suficientes para dividirse en nuevas subespecies, se pueden subdividir en diferentes cepas
Por ejemplo: dividir en diferentes serotipos según las diferencias en las características antigénicas; Nombre científico - es el nombre científico de un microorganismo, que se denomina según las reglas formuladas por el Comité Internacional de Clasificación de Microorganismos. El nombre científico se compone de palabras latinas o préstamos latinizados. Hay dos tipos de denominación de nombres científicos: binomial. método y método trinomio
①Método de nombre binario:
Nombre científico = Nombre del género, nombre de la especie (primer nombre), año de nombramiento por celebridad actual
Género. nombre: sustantivo o adjetivo latino usado como sustantivo, singular, con la primera letra en mayúscula, que indica las principales características de los microorganismos, construidos por los microorganismos, forma o nombrados por los científicos.
Nombre de la especie: adjetivo latino, con. iniciales en minúscula, es una característica secundaria del microorganismo,
como el pigmento microbiano, la forma, la fuente o el nombre científico, etc.
4. Denominación de los microorganismos
Si es necesario, use cursiva
Se puede omitir, use caracteres chinos tradicionales
Los nombres de los microorganismos incluyen nombres comunes y Hay dos nombres científicos. Por ejemplo: Moho del pan rojo - Neurospora. crassa
Pseudomonas aeruginosa - Pseudomonas aeruginosa
Ejemplo: Escherichia coli
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Escherichia coli (Migula)Castellani et Chalmers 1919
Staphylococcus aureus
Staphylococcus aureus Rosenbach 1884
◆Cuando se hace referencia a un determinado género en general Cuando los microorganismos no se refieren específicamente a una determinada especie del género (o a un nombre de especie no especificado) , sp. o ssp. (que representan las formas singular y plural de la abreviatura de especie respectivamente) se pueden agregar después del nombre del género
Por ejemplo: Saccharomyces s.
p.
Indica una especie del género Saccharomyces.
◆Nombre de la cepa: agregue números, nombres de lugares o símbolos después del nombre de la especie, como: Bacillus subtilis AS1. Academia Sinica
Bacillus subtilis BF7658 BF=Beifang
Clostridium acetobutylicum ATCC824 Clostridium acetobutylicum
ATCC=Colección Americana de Cultivos Tipo Bacteria modelo americana Centro de Preservación de Especies
◆Cuando un nombre científico aparece anteriormente en el artículo, el nombre del género se puede abreviar de 1 a 3 letras
Por ejemplo: Escherichia coli se puede abreviar como E.coli
<. p>Staphylococcus aureus se puede abreviar como S. aureus② Método de tres dígitos: se usa para nombrar subespecies, luego agrega una subespecie después de los nombres de género y especie, y luego agrega el nombre de la subespecie (en cursiva). ). Por ejemplo:
Bacillus thuringiensis subsp. galleria
Bacillus thuringiensis subsp. galleria
Estructura morfológica, fisiología y bioquímica, una pequeña cantidad de datos fósiles, hábitos de comportamiento, etc.
Características fenotípicas:
5. Selección de indicadores evolutivos:
b) La velocidad de evolución de las características morfológicas varía mucho en diferentes grupos, y a menudo es inexacto inferir relaciones evolutivas basándose únicamente en la morfología.
Desventajas:
a) Dado que hay pocas características morfológicas disponibles para los microorganismos, es difícil comparar todos los organismos en el mismo nivel;
La característica notable de los cambios evolutivos en las secuencias de proteínas, ARN y ADN es que la tasa evolutiva es relativamente constante, es decir, la cantidad de cambio en la evolución de la secuencia molecular (aminoácidos o sustitución de nucleótidos). número o porcentaje de sustitución) es proporcional al tiempo de evolución molecular
Las macromoléculas biológicas sirven de base a los gobernantes evolutivos
a) En dos grupos de organismos, si son de la misma especie Cuándo. las secuencias de moléculas son muy diferentes,
--------La distancia evolutiva es grande y las ramas se ramificaron muy temprano en el proceso de evolución.
b) Si El. Las secuencias de macromoléculas de la misma fuente de los dos grupos de organismos son básicamente las mismas y están en el mismo nivel evolutivo.
Una gran cantidad de datos muestra que: Macromoléculas funcionalmente importantes, o regiones funcionalmente importantes. en las macromoléculas
, evolucionan a un ritmo más lento que las moléculas o regiones moleculares con funciones sin importancia.
El ARN como indicador de la evolución
El ARNr 16S se reconoce generalmente como una buena "regla molecular" para el análisis de linaje:
1) el ARNr tiene funciones fisiológicas importantes y constantes
2) La molécula 16SrRNA contiene regiones de secuencia altamente conservadas y moderadamente conservadas y altamente; regiones de secuencia variable, por lo que es adecuado para estudiar las relaciones genéticas de varios organismos con diferentes distancias evolutivas;
3) 16SrRNA tiene un peso molecular moderado y es conveniente para el análisis de secuencias; 4) el ARNr es abundante en las células (representa aproximadamente el 90 % del ARN de las células) y es fácil de extraer.
5) El 16SrRNA se encuentra comúnmente en eucariotas y procariotas (su molécula homóloga en los eucariotas es el 18SrRNA);
Eubacterias
(Eubacterias)
Arqueobacterias
<). p>(Archaebacteria)Eukarya
(Eubacteria (Biología Nuclear)
Carl Woese explota el 16S
El ARNr establece un árbol evolutivo molecular
Microorganismos
(Virus)
Archaea
Bacterias
Hongos (levadura , moho, setas, etc.),
Algas unicelulares, protozoos, etc.
Tipo no celular
Tipo celular
p >Microorganismos procarióticos
Microorganismos eucariotas (Eukarya)
Archaea se yuxtaponen con eubacterias y eucariotas en el linaje evolutivo, y están relacionados con estos últimos
Más recientemente, pero su estructura celular es más cercana a la de las eubacterias, ambas pertenecientes a procariotas.
6. Características y técnicas de clasificación e identificación microbiana.
Características morfológicas.
Características fisiológicas,
Características ecológicas
6.1 Indicadores tradicionales de clasificación biológica:
☆Características morfológicas
Características de cultivo,
Motilidad,
Estructura celular especial,
Morfología celular y características de tinción,
etc.
Uno de la base importante para la clasificación e identificación de microorganismos:
a) Fácil de observar y comparar, especialmente los microorganismos eucariotas y aquellos con estructuras morfológicas especiales
Bacterias
; b) Muchas características morfológicas dependen de la expresión de múltiples genes y son relativamente
estables
☆ ¿Características fisiológicas y bioquímicas
p>
Directamente? relacionados con la naturaleza y actividad de enzimas microbianas y proteínas reguladoras
Metabolitos, etc.
Tipos nutricionales
Relación con el oxígeno
Adaptabilidad a la temperatura;
Adaptabilidad al pH;
Adaptabilidad a la presión osmótica;
Las enzimas y las proteínas son todos productos genéticos; >La comparación de las características fisiológicas y bioquímicas de los microorganismos también es una comparación indirecta de los genomas microbianos;
Medir las características fisiológicas y bioquímicas es mucho más fácil que analizar los genomas directamente; Las reacciones serológicas específicas se utilizan a menudo para identificar especies, subespecies o cepas bacterianas desconocidas.
★Características ecológicas
Incluida la distribución en la naturaleza y otras. Si el organismo tiene una relación parasitaria o parasitaria. especie huésped y relación con el huésped, estado de reproducción sexual, historia de vida, etc.
★Reacción serológica
6.2 Bases de ácidos nucleicos Composición e hibridación molecular
Características :
A diferencia de la comparación de características morfológicas, fisiológicas y bioquímicas, la comparación de la composición básica del ADN
la hibridación molecular del ácido nucleico. Es una comparación directa de las diferencias del genoma entre diferentes microorganismos
para que los resultados sean más creíbles
(1) La composición básica del ADN (G Cmol)
La composición genética base del ADN es una característica estable de varios. organismos. Incluso si los genes individuales mutan, la composición de bases no cambiará significativamente.
En taxonomía, G C representa el porcentaje molar de todas las bases (G Cmol) para representar las características de la composición de genes de bases de ADN. organismos.
◆Cada especie biológica tiene un rango de GC específico, por lo que este último puede usarse como indicador para la clasificación e identificación. El rango de GC de bacterias es de 25 a 75, con el rango de variación más grande. por lo que es más adecuado para la clasificación e identificación de bacterias.
◆La medición de GC se utiliza principalmente para identificar bacterias cuyas características fenotípicas son difíciles de distinguir y puede probar la razonabilidad de la clasificación. relación genética de especies desde el nivel molecular.
Principios de uso:
La comparación del contenido de G C se utiliza principalmente para la negación en la clasificación e identificación.
Cada organismo tiene una determinada composición básica. Los organismos que están estrechamente relacionados deben tener un contenido de G C similar. Si hay una gran diferencia en el contenido de G C entre diferentes organismos, significa que están relacionados.
Lejanamente relacionados.
Pero los organismos con contenido de GC similar no necesariamente indican que estén estrechamente relacionados.
La diferencia en el contenido de GC entre diferentes cepas dentro de la misma especie debe estar dentro de 4 ~. 5 o menos; la diferencia entre diferentes especies del mismo género debe ser inferior a 10 ~ 15. El contenido de GC se considera una característica básica para establecer nuevas unidades taxonómicas microbianas y es de gran importancia para la clasificación e identificación de especies. , género e incluso familias.
Si dos cepas son similares en cuanto a morfología y características fisiológicas y bioquímicas, si la diferencia en su contenido de G C es superior a 5, definitivamente no son la misma especie, y si la diferencia es mayor a 15, definitivamente no son el mismo género.
Al identificar cepas difíciles, nombrar nuevas especies y establecer una nueva unidad taxonómica, el contenido de GC es un índice de identificación importante y esencial.
p>Su importancia taxonómica se utiliza principalmente para establecer nuevas clasificaciones. Una característica básica de la unidad y la exclusión de especies con grandes diferencias en el contenido de GC de una determinada unidad taxonómica es
La comparación del contenido de GC. utilizado principalmente para la negación en clasificación e identificación
(2) Hibridación molecular de ácidos nucleicos
Las similitudes y diferencias en la secuencia de bases de ADN de diferentes organismos reflejan directamente la distancia de la biología relación entre organismos.Cuanto menor es la diferencia en la secuencia de bases, más estrecha es la relación genética entre ellos, y viceversa. Asimismo, la hibridación de moléculas de ácido nucleico (hibridación) compara indirectamente la similitud de la base del ADN. secuencias de diferentes microorganismos
a) hibridación ADN-ADN
(Comparación de la relación genética entre microorganismos relativamente estrechamente relacionados)
b) hibridación ADN-ARNr;
(Comparación de la relación genética entre microorganismos relacionados relativamente lejanamente)
p>
c) Sonda de ácido nucleico
(Utilizar sondas específicas para; identificación rápida de bacterias, etc.)
(3) Secuencia de ácido nucleico del análisis 16SrRNA o 18SrRNA
16SrRNA generalmente se reconoce como una buena "regla molecular" para el análisis de linaje:
La secuencia de 16SrRNA está altamente conservada y puede indicar con precisión la relación genética entre bacterias
p>
El tamaño de 16SrRNA es de aproximadamente 1500 pb, la información contenida puede reflejar la relación evolutiva de el mundo biológico, es fácil de operar y es adecuado para taxones en todos los niveles
Actualmente se usa comúnmente 16SrRNA basado en tecnología PCR. El método de secuenciación directa de genes es conveniente y rápido.
"Manual de Bacteriología Determinativa de Bergey"
(Manual de Bacteriología Determinativa de Bergey)
Universidad de Pensilvania, EE.UU. Profesor de Bacteriología D. Bergey (1860-1937)
Después de la séptima edición en 1957, debido a la participación cada vez más amplia de taxónomos bacterianos internacionales en su preparación (como la edición de 1974 Ocho ediciones, con más de 130 contribuyentes, que cubren 15 países; la edición actual tiene más de 300 contribuyentes, que involucra a casi 20 países), por lo que su versión moderna refleja los últimos logros en taxonomía bacteriana en el momento de la publicación, estableciendo así gradualmente una posición autorizada en la clasificación integral internacional de bacterias
7.1 Sistema de clasificación bacteriana<. /p>
7. Sistema de clasificación microbiana
"Berger" Manual de Bacteriología Sistemática de Bergey
(Bergey's Manual of Systematic Bacteriology)
El Manual de Bergey es Actualmente la base más importante para la clasificación e identificación bacteriana se caracteriza por descripciones muy detalladas que incluyen las características de cada género y especie de bacterias y los métodos de experimentos específicos necesarios para su identificación.
7.2 Sistema de clasificación de hongos
Existen muchos sistemas de clasificación para el reino de los hongos y diferentes países utilizan sistemas diferentes, lo cual es relativamente confuso. En los últimos años, el esquema de Ainsworth ha sido aceptado por muchos. más gente.
Convencional
Nombre: el nombre común es conciso y fácil de entender y recordar, pero el significado a menudo no es lo suficientemente preciso y existen limitaciones en el ámbito de aplicación y la regionalidad.
Denominación: el nombre científico es el científico. nombre de la cepa. El nombre científico de la cepa se basa en Los nombres mencionados en el "Código Internacional de Nomenclatura Bacteriana" son reconocidos por la comunidad académica internacional y se utilizan comúnmente.
Principios de nomenclatura:
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Nombre científico = epíteto del género y especie (primer nombramiento de un nombre) Nombre actual Nombra el nombre y el año de nombramiento.
Normas y sentido común: El nombre del género debe tener el primera letra en mayúscula, singular y se puede combinar. El epíteto de la especie representa las características secundarias de una especie, y la primera letra debe estar en minúscula.