32

SISTEMATIKA BAKTERIJASistematika ili taksonomija je raspodcla, klasifikacija organizama po grupama - taksonima, u skladu sa odredjenim svojstvima, a takodje, utvrdjivanje srodnikih veza izmedju njih. Prouavanje osnovnih grupa mikroorganizama podrazumeva prethodno korisno upoznavanje sa prineipima njihove nomcnklature. Nomenklatura je sistem naziva (imcna), koji sc primcnjuju u odredjenoj oblasti nauke. OP[TE INFORMACIJE O SISTEMATICI MIKROORGANIZAMA Svaki sistem nomenklature i taksonomije zahteva savreno poznavanje objekata. Da bi se dobila informacija, neophodno je radi davanja naziva i klasifikacije mikroorganizama, prouiti svu raznolikost i sve osobenosti spoljanje i unutranje strukture mikroba, njihova fizioloka i biohemijska svojstva, a takodje procese, koji izazivaju mikroorganizmi u prirodnoj sredini njihovog ivljenja. Sa osnovnim karakteristikama mikroba upoznajemo se sledeim redosledom: odredjuje se spoljanji izgled mikroorganizama - njegov oblik, pokretljivost (prisustvo treplji i njihov raspored), prisustvo kapsula i sposobnost stvaranja endospora, sposobnost bojenja po Gramu; objanjavaju se osobenosti razmene materija, naini dobijanja energije; konano, odredjuje se na koji nain oni menjaju spoljanju sredinu u kojoj ive i kako okolna sredina utie na njihovu ivotnu aktivnost. Zahvaljujui razvoju biologije u novije vreme su se pojavili drugaiji prilazi karakterizacije mikroorganizama, to je imalo pozitivno dejstvo na njihovu sistematiku. Naroitu vrednost imaju metode genosistematike koje omoguavaju da se neposredno okarakteriu nasledna svojstva (genotip) mikroorganizama i na taj nain dopuni njihov opis, koji je do skoro odraavao iskljuivo struktuma i funkcionalna svojstva (fenotip). Podaci o genotipu mikroorgamzama obijaju se uz pomo dve osnovne metode analize izdvojenih nukleinskih kiselina: odredjivanje nukleotidnog sastava DNA i izuavanje hemijske hibridizacije nukleinskih kiselina, koje su izolovane iz razliitih mikroorganizama. Iz odnosa parova purinskih i pirimidinskih baza u molekulu DNA pojavljuju se genetike razlike izmedju grupa mikroorganizama. Drugi metod omoguava da se utvrdi homologija DNA pri hibridizaciji para ispitivanih molekula, izdvojenih iz razliitih mikroorganizama. Ako se zapaa visoki stepcn povezivanja molekula DNA (80-90% i vie), moe se govoriti o homologiji primame strukture i bliskom genetikom srodstvu mikroorganizama (filogenetske veze). Nizak stepen homologije (50%) karakteric dosta udaljene gcnetike veze izmedju mikroorganizama. U sistematici mikroorgnizama ponekad se koristi numerika taksonomija, koju je predloio savrcmenik Karla Linea, M. Adanson. Osnove Adansonove ili numerike taksonomije su sledei prineipi: ravnomemost izuavanih svojstava organizama; dovodjenje njihove koliine do maksimalne veliine; izdvajanje svake taksonomske grupe prema broju podudarnih svojstava. Navedeni prilaz sistematici mikroorganizama je dosta objektivan, medjutim za njegovu realizacijuGenosistematika prou~ava fizi~ko-hemijska svojstva DNA radi izgradnje prirodnog sistema mikroorganizama.

33 nephodni su opimi matematiki prorauni uz koricenje elektronskih raunarskih uredjaja. Posle podrobnog izuavanja mikroorganizmu se daje nauni naziv, koji mora biti izraen sa dve latinske rei, kako to zahteva binarna nomenklatura, koju je jo u XVIII veku predloio K. Line. Prva re predstavlja naziv roda, koja je obino latinskog prekla, pie se velikim slovom i karakterie neko morfoloko ili fizioloko svojstvo mikroorganizma ili prezime naunika koji je otkrio taj mikroorganizam ili naroito karakteristino svojstvo, na primer, mesto ivljenja. Druga re se pie malim slovom, oznaava naziv vrste mikroorganizma i, po pravilu, predstavlja izvedenu re od imenice, koja daje opis boje kolonije, izvor porekla mikroorganizama, procese ili bolesti koje taj mikrorganizam izaziva i neka druga karakteristina svojstva. Na primer, naziv Bacillus albus pokazuje da je mikroorganizam grampozitivan; sporogeni aerobni tapi (svojstva roda Bacillus), a naziv vrste karakterie boju kolonije (albus-beo). Mikroorganizmima se nazivi daju u skladu sa pravilima Medjunarodnog kodeksa nomenklature bakterija, koji je uveden 1. januara 1980.godine i jedinstveni su za sve zemlje sveta. U klasifikaciji se radi grupisanja srodnih mikroorganizama koriste sledee taksonomske kategorije: vrsta (species), rod (genus), porodica (familia), red (ordo), klasa (classis), razdeo (divisio), carstvo (regnum). Vrsta je osnovna taksonomska jedinica koja predstavlja celinu individua jednog genotipa sa dobro izraenom fenotipskom slinou. Vrsta se deli na podvrste ili varijetete. U mikrobiologiji se esto koriste termini soj ili klon. Soj je ui pojam od vrste. Obino se sojevima nazivaju kulture mikroorganizama jedne iste vrste izdvojene iz razliitih prirodnih sredina (zemljite, voda, organizam itd.) ili iz iste sredine ali u razliito vreme. Sojevi iste vrste mogu biti bliski po svojim svojstvima ili se razlikuju po posebnim obelejima. Istovremeno, karakteristina svojstva razliitih sojeva ne izlaze iz okvira vrste. Klon je kultura dobijena iz jedne elije. Populacija mikroorganizama koju ine individue jedne vrste naziva se ista kultura. U skladu sa savremenim predstavama, ivi svet nae planete se deli na etiri carstva: biljke (Plantae), ivotinje (Animalia), gljive (Mycota) i prokariote (Procaryotae). Mcdjutim, u novije vreme izvrena je revizija klasifikacije viih taksona ivog sveta u vezi s injenicom da je medju prokariotama grupa bakterija, koje se odlikuju posebnom makromolekulskom organizacijom elija i unikatnim biohemijskim osobenostima. Bakterije ove grupe dobile su naziv arheobakterije (misli se da je to jedna od najstarijih grupa ivih organizama na Zemlji) i svrstane su u novo carstvo arhebakterija.

34 Izdvajanje novog carstva arhebakterija uslovilo je razvrstavanje prokariota i eukariota na nivo natearstava. U vezi s tim sistem viih taksona ivog sveta ima sledci izgled:

U biologiji se istiu dve sistematike ivih organizama - filogenetska ili prirodna i vetaka. Mikrobiologija jo uvek nema dovoljno podataka o evoluciji i filogeniji mikroorganizama, na osnovu kojih bi se izgradila prirodna sistematika, slina onoj koja je uradjena za vie biljke i ivotinje. Savremeni sistemi klasifikacije mikroorganizama, u sutini, su vetaki. Oni imaju ulogu dijagnostikih kljueva ili detenninatora koji se koriste tokom identifikacije bilo kog mikroorganizma. Poznati su Determinator bakterija i aktinomiceta N.A. Krasiljnikova (1949), Determinator rodova bakterija V.B.D. Skermana (1975) idr. Neophodnost izgradnje prirodne sistematike mikroorganizama podstie naunike da trae prilaze za uspostavljanje evolucionih i srodnikih veza. Jedan od vanijih pravaca takvog rada zasniva se na ispitivanju sastava i primame strukture ribozomskih estica 16 S i 5 S rRNA, a takodje transportne RNA, u skladu sa kojima se carstvo Procaryotae deli na dve grupe: Eubacteria i Archeobactria. Grupa Eubacteria se deli na devetnaest razdela. U ovom udbeniku dat je opis najvanijih grupa mikroorgnizama u skladu sa poslednjim, jedanaestim izdanjem (2000) Determinatora bakterija C D.H. Bergea. U ovom priruniku su svi prokariotski mikroorganizmi svrstani u carstvo Protista, koje je podeljeno na 21 razdeo - Crenarchaeota (A1), Euriarcheoata (A2), Aquificeae (B1), Thermotogene (B2), Thermodesulfobacteria (B3), Dinococcus-Thermus (B4), Chrysogenetes (B5), Chloroflexi (B6), Thermomicrobia (B7), Nitrospira (B8), Defernibacteries (B9), Cyanobacteria (B10), Chlorobi (B11), Protobacteria (B12), Firmicutes (B13), Actinobacteria (B14), Chlamydiae (B15), Spirochetes (B17), Fibrobacteres (B18) i Acidobacteria (B19). OTKRI]E, OSOBENOSTI I PREDSTAVNICI ARHEOBACTERIA Do 1970-tih godina prolog veka sva iva bia su bila podeljena i svrstana u prokariotske ili eukariotske organizme prema karakteristikama

35 koje smo ve opisali. Tada je otkrivena i za nauku opisana nova grupa organizama, zahvaljujui pre svega radovima Dr. Carl Woesa i njegovih kolega koja je svrstana u novo peto carstvo ivih bia i nazvane Archaea ili Archeobacteria. Do ovog otkria pomenuti naunici su doli uporedjivanjam eukaritskih i prokariotskih sekvenei DNK. Nali su bakterije koje ive u nekim ekstremno nepovoljnim stanitima, mogu da produkuju metan, imaju osobine prokariota, ali im je DNK slinija eukariotskim organizmima nego prokariotskim. Pomenute bakterije nadjene su u termalnim izvorima u nacionalnom parku Yelllowstone (SAD) gde izdravaju temperaturu od 1000C. Druge ive u ekstremno baznim ili kiselim vodama, a mnoge su nadjene u digestivnom traktu preivara, termita, u morima i okeanima gde oslobadjaju metan. Mogu da podnesu uslove bez kiseonika na dnu okeana i nadju se u naslagama nafte i gasa. Archaea mogu da podnesu ekstremne koliine soli. Jedna od njih, rod Halobacterium je i ranije prouavana ili bila poznata. One imaju na svetlost osetljiv pigment bakteriodopsin. Ovaj pigment je veoma slian pigmentu rodopsinu kojei se nalazi u zenici oka kimenjaka. Morfoloke karakteristike Archaea pokazuju da su to jednoeliski, bakterijama slini organizmi, sferinog, tapiastog, spiralnog, okruglog, pljosnatog ili pleomorfnog oblika. Uglavnom su mezofili koji ive na temperaturi od 200C-450C. Termofili ive na temperaturama viim od 600C, a hipertermofili na 800C-1400C. Acidoflini ive na pH 1-2, a mnoge na pH 7. Alkalofite ive pri pH 9-11. Umereno halofilne vrste podnose koneentracije soli 5-20%, a ekstremni halofili 20-30% soli. Posebna grupa su psihrofili koji ive u hladnim stanitima. Na antarktiku 34% biomase prokariota ine psihrofilne Archaea. Madju njima ima i barofila koji podnose visok barometarski pritisak, u dubinama okeana i geolokim naslagama. Archaea i Eubacteria su prokariotski organizmi. Razlike us u metabolikim putevima. Prva razlika je u broju ribozomalnih proteina i veliini ribozomalne jedinice (izraeno kroz sedimentacionu konstantu). Genom Eubacteria je esto dva puta vei i sadri dva puta vie plazmida od Archaea. Medjutim, Arachea u svom eliksom zidu umestu mureina sadre intron. Ovako gradjen eliski zid Archaea je uzrok njihove otpornosti na mnoge antibiotike na koje su osetljive Eubacteria. S druge strane Archaea su sline eukariotima u nekoliko enzima tipa RNK polimeraza, imaju vei broj proteina nalik histonima, DNK u obliku nikleozoma i sadre intron. One imaju homolog transkripcioni sistem. Po tome su slinije eukariotima nego Eubacteriama. Sledea tabela sumira slinosti i razlike izmedju bakteria, archaea i eukariota: Karakter Bacteria Archaea Eukarya Nukleus (jedro) nema nema prisutno Membranske el. nema nema prisutne organela Peptidoglukan u eliskom zidu Membranski lipidi prisutan Negranati ugljenihidrati nema Neki granati ugljenihidrati nema Negranati ugljenihidrati

36 RNA polymerase Iniciator sinteze proteina introns Osetljivost na antibiotike Jedna vrsta formyl-methionine nema streptomycin i chloramphenicol Nekoliko vrsta methionine u nekim rodovima Nisu osetljive Nekoliko vrsta methionine prisutan Nisu osetljive

Zbog nekih genetskih i biohemiskih karakteristika Archaea se smatraju prastarim ivim organizmima koja su postala pre prokariota i eukariota i da su izvorite njihove evolucije i divergeneije. Na primer arhea Pyrococcus woesei ima protein ija je struktura veoma slian strukturi i funkciji humanom TATA binding proteina (TBP). Ovaj podatak sugerie da je transkripcija kao proces ustanovljen pre postanka prokariota i eukariota. U delu COOH grupa TBP P. woesei i humani TBP su identini 4%. Carstvo Archaea ima dve filogentske grupe koje su izvorite dva razdela: Crenarchea i Euryarchea. Crenarchea je grupa koja sadri samo sulforedukujue termofilne bakterije ili mogu da redukuju sumporna jedinjenja na tri naina: 1) sumpor redukuju kao autotrofni anaerobi: S+H2=H2S + proton 2) respiracija sumpora kao heterotrofni anaerobi: S+org. Jedinjenja=CO2+H2S 3) sumpor oksidiu upotrebom drugih heterotrofnih ili autotrofnih puteva: S+O2=H2SO4 U drugoj filogenetskoj grupi (Euryarchaea) nalaze se metanske bakterije, ekstremni halofili i sulforedukujui termofili.

Crenarchaea: =============== Thermofilum dj ===dj ============ Pyrobaculum dj ===dj dj ============ Thermoproteus dj dj ============ Sulfolobus dj dj dj ===dj ========= Metallosphaera dj dj ===dj dj dj ========= Acidianus dj dj dj dj ====== Thermodiscus