Систематика бактерий рода Kurthia

Актуальность проблемы. Бактерии рода Kurthia относятся к малоизученной груше грамположительных аэробных неспорообразу-ющих организмов с палочковидной формой клеток. Таксономия и идентификация этих бактерий слабо разработаны, о чем могут свидетельствовать такие факты, как условное объединение рода с коринеподобными бактериями в 8-м издании определителя бактерий Берги.

Rogosa et al., 1974), выделение в составе рода лишь одного вида CK. zopfii) в том же определителе, слабая представленность этих организмов в микробных коллекциях. Мезду тем с необходимостью надежного опознавания куртий, дифференциации их от сходных по морфологии бактерий часто сталкиваются специалисты пищевой, санитарной и экологической микробиологии (Gardner, 1969; Tolle, 1979; Baross, Morita, 1978). Совершенствование классификации и идентификации куртий могло бы содействовать и выяснению роли этих бактерий в природных процессах.

Цель работы — таксономическое изучение бактерий рода Kurthia, совершенствование их классификации и идентификации. Исходя из этого, в ходе исследования решались следующие задачи:

— сбор коллекции разнообразных штаммов, как вновь выделенных, так и референтных;

— сравнительное изучение цито-морфологических, культуральных, физиолого-биохимических, хемотаксономических свойств этих штаммов с целью выявления признаков возможной гетерогенности единственного вида (K.zopfii) данного рода и признаков сходства и родства куртий с другими родами морфологически близких аэробных грамположительных бактерий;

— определение мест обитания куртий в природе.

Научная новизна. В результате настоящего исследования получены ранее отсутствовавшие данные о следующих таксономических особенностях нуртий: ультратонком строении клеток, характере цикла развития клеток и типе их обособленна после деления, составе пептидогликана клеточных стенок, особенностях состава жирных кислот, потребностях в факторах роста, составе мол. % Г+Ц в ДНК и степени ДНК-ДНК гомологии штаммов разных видов. Материалы работы позволяют обосновать существование нового вида Чуртий (K.sibirica)•.

Впервые получены экспериментальные данные по распространению куртий в природе, свидетельствующие о том, что: а) обитание куртий в природе ограничено различными материалами животного происхождения и самим организмом млекопитающих животныхб) условия нестерильной почвы неблагоприятны для развития в ней куртий ив) одним из основных источников контаминации свежих мясомолочных продуктов является содержимое кишечника животных. Практическая ценность.

1. Впервые в стране собрана коллекция штаммов Kurthia spp., референтные и типовые штаммы переданы по Всесоюзную коллекцию микроорганизмов.

2. Предложены: а) ДОПОЛНеННОе описание рода Kurthia, ВИДОВ K. zopfii и K. gib-sonii, б) описание НОВОГО вида K. sibirica, в) диагностические ключи для дифференциации рода Kurthia от родов сходных бактерий и дифференциации видов Kurthia между собой, г) селективная среда для выделения Kurthia spp. из природных источников.

Результаты настоящего исследования, в частности, изложенные выше предложения, могут быть использованы широким кругом микробиологов и, превде всего, специалистами пищевой и санитар' ной микробиологии.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ШВА I. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ БАКТЕРИЙ РОДА KURTHM.

В 1883 году немецкий бактериолог Генрих Курт опубликовал описание нового вида бактерий, выделенного им из содержимого кишечника цыпленка (Kurth, 1883а, б). Эти бактерии привлекли внимание исследователя своей морфологией — в молодом возрасте культуры состояли из длинных палочек и нитей, в старом — из коротких палочек и кокков. Интерес Курта к морфологии не был случаен. Как известно, в то время шла усиленная борьба двух направлений в микробиологии — плеоморфизма и мономорфизма. Курт, как ученик и последователь Цопфа, считал, что открытая им бактерия является хорошим объектом для доказательства правоты Цопфа в споре с Кохом и Коном (мономорфистами), которые утвервдали, что палочки, нити и кокки принадлежат разным видам бактерий. В честь Цопфа Курт предложил назвать описанный им вид Bacterium zopfii.

Двумя годами позже, в 1885 году, Тревизан предложил новое родовое название Kurthia С ТИПОВЫМ И единственным ВИДОМ Kurthia zopfii (Trevisan, 1885).

После публикаций Курта появились сообщения о выделении к. zopfii из различных источников, включая мясо и мясные продукты (Gunther, 1896- Jacobsen, 1907; Wermer, Rettger, 1919), СТ0ЧНЫ6 воды и воздух боен (Jacobsen, 1907), гной из уха КОШКИ (Воусе, Evans, 1893), фекалии (Flugge, 1896), воду (Plugge, 1896- Migu-la, 1900). Помимо морфологии, интерес исследователей этого периода к куртиям был вызван характерным видом их штриха на питательном желатине, по форме напоминающего птичье перо, изучению которого были посвящены многие работы (Воусе, Evans, 1893- Zikes, 1903,1906; Sergent, 1906,1907; Jacobsen, 1907; Kufferath, 1911).

В 1885 году Хаузером (Hauser, 1885) была описана бактерия, похожая на Bacterium zopfii Курта и названная Proteus zenkeri. Веннер и Реттгер (Wenner, Rettger, 1919), изучая группу Proteus, отметили сходство P. zenkeri Хаузера и в. zopfii Курта и, не зная о роде Kurthia, предложили объединить эти бактерии в род Zopfius с типовым видом Zopfius zopfii. Эти авторы дали культу-ральнуго и физиолого-биохимическую характеристику рода, которая впоследствии использовалась для описания рода Kurthia и вида К. zopfii в серии изданий определителя Берги (Bergey et al., 1923; Bergey et al., 1925; Bergey et al, 1930; Bergey et al., 1934; Bergey et al., 1939; Breed et al, 1948; Breed et al", 1957; Keddie, Rogosa, 1974).

В литературе до 50-х годов встречаются различные родовые названия этих бактерий: Helikobacterium (Escherich, 1886), Bacillus (Mace, 1889- Migula, 1900; Matzuschita, 1902), Zopfius (Wenner, Rettger, 1919), Bacterium (Breed et al., 1948) r Однако решением Юридической комиссии МКСБ от 5 сентября 1953 года эти названия были признаны синонимами родового названия Kurthia Trevisan 1885, получившего статус действительного названия (Opinion, 13, Judicial Commission, 1954).

В период с 1920;го до второй половины 1960;х годов интерес исследователей к бактериям рода Kurthia уменьшился. Литературные сведения ограничиваются лишь несколькими сообщениями, касающимися выделения к. zopfii из воздуха (Proctor, 1935)" молока (Orla-Jensen, 1931) и МЯСНЫХ продуктов (Ingram, 1952), а также описанием двух новых видов — К. variabilis (Severi, 1946) и K. bessonii (Hauduroy et al., 1937; Severi, 1946), выделенных из клинических материалов. В 1949 году Кедди была сделана диссертация, посвященная изучению К. zopfii (Keddie, 1949), на которую сам автор иногда ссылается, однако материалы ее не были опубликованы.

Начиная со второй половины 60-х годов внимание исследователей вновь сфокусировалось на роде, благодаря появлению потока работ по микробиологии пищевых продуктов. Последовала серия сообщений об обнаружении K. zopfii среди аэробной микрофлоры мяса и мясо-молочных продуктов (Gardner et al., 1967; Gardner, 1969; Dowdell, Board, 1971} Enfors et al., 1979; Stadhouders, 1975). В связи с этим возникла необходимость в более тщательном изучении свойств данных бактерий, что частично выполнил Гарднер (Gardner, 1969), изучивший морфологические и физиолого-биохи-мические признаки большой коллекции штаммов куртий, выделенных из мясных продуктов. Данные, полученные Гарднером, были впоследствии использованы Кедци и Рогозой при описании рода Kurthia в Берги, 8 (Keddie, Rogosa, 1974). В их изложении род содержит лишь один вид K. zopfii, а остальные виды являются либо его синонимами, либо видами неясного таксономического положения, поэтому приведенный нами ниже анализ литературных данных по таксономии и биологии K. zopfii в равной степени относится к роду Kurthia в целом.

В последние два десятилетия, характеризующиеся заметным ростом интереса к систематике микроорганизмов и появлением новых методов исследования, единичные штаммы куртий включались в работы по нумерической таксономии коринеподобных бактерий (Da Silva, Holt, 1965; Davis, Newton, 1969; Jones, 1975), лактобацилл И листерий (Davis et al., 1969; Stuart, Pease, 1972; Wilkinson, Jones, 1977), в работы по изучению структуры пептидогликана клеточных стенок (Schleifer, Kandler, 1972), состава цитохромов (Meyer, Jones, 1973) и изоцреноидных хинонов (Collins et al., 1979) различных групп микроорганизмов. Сам род стал предметом исследования систематиков лишь в 80-е годы, когда наряду с нашими первыми публикациями появились сообщения О составе жирных КИСЛОТ И полярных ЛИПИДОВ (Goodfellow.

4 * et ai", 1980), олигонуклеотидном составе 16s рРНК (Ludwig et al, 1981) и нумерической таксономии (Shaw, Keddie, 1983) этих бактерий.

ГЛАВА 2. ТАКСОНОМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ БАКТЕРИЙ РОДА KURTHIA.

2.1. Морфология.

Согласно 8-му изданию определителя Берги (Keddie, Rogosa, 1974) бактерии, принадлежащие к роду Kurthia, в молодых культурах (18−20 час) имеют форму правильных палочек с закругленными концами, соединенных в параллельно располагающиеся цепочки. Диаметр палочек около 0,8 мкм, длина варьирует с возрастом от 2 до 8 мкм. Старые культуры (7 дней) состоят из коротких палочек и кокковидных клеток. Палочки подвижные, благодаря наличию перитрихиальных жгутиков, эндоспор не образуют, грамположитель-ные, не кислотоустойчивые.

Изменение формы клеток у куртий иногда рассматривается как проявление сложного цикла развития (Kurth, 1883а, бGardner, 1969; Suss et ai., 1976). Начало таким представлениям заложено самим Куртом. С помощью светового мшфоскопа он наблюдал, как перенесенные на свежую среду кокки вырастают в длинные нитифрагментируясь, нити превращаются в цепочки палочек или в свободные, подвижные палочки (швермеры по Курту) — укорачиваясь с каждым последующим делением, палочки на поздних этапах развития приобретают форму кокков (рис.1).

Причиной перехода одних форм в другие Курт считал исчерпание питательных веществ в среде, частичное потребление которых ведет к распаду нитей на палочки, а полное — на кокки. При неблагоприятных внешних условиях преимущественно образуются кокки,.

Рис. 1. Вид клеток к.zopfi. при росте в микрокамере на питательном желатине через 19 час (А), 28 час (В) и 65 чае ©, (Kurth, 1883а)&diamsа не палочки. Учитывая эти данные, а также то, что деление кокков никогда не наблюдалось, Курт предположил, что кокки являют ся покоящимися формамиВместе с тем он не отожествлял их со~ спорами, так как по термоустойчивости в его опытах они мало отличались от нитей и палочек. Но данным же Маце (Шасе, 1901), описавшего те же бактерии под названием Bacillus zopflli, кокки более термоустойчивы, чем палочки (погибают при температуре выше 70 2с, тогда как палочки при 50 °С) и, с его точки зрения, подобны спорам. Заслуживает особого внимания тот факт, что Курт предполагал наличие в клеточных стенках кокковидаых форм дополнительного слоя, так как в его опытах по высушиванию кокковпдные клетки куртий оказались устойчивее палочкои нитевидных (Kurth, IS836).

В последующие сто лет после Курта лишь Гарднер (Gardner, 1969) сделал попытку изучить морфологию клеток K, zopfii, но, на наш взгляд, неудачную, так как он воспроизвел лишь отдельные фрагменты наблюдений Курта. В то же время подтверждение наблюдений Курта, но уже с помощью более совершенной светооптичес-кой техники и электронной микроскопии необходимо, поскольку морфологические особенности являются важным таксономическим признаком в характеристике этих бактерий.

ВЫВОДЫ.

1. Собрана коллекция штаммов куртий, выделенных из различных мест обитания, которая подвергнута сопоставительному изучению по цито-морфологическим, культуральным, физиолого-биохимическим и хемотаксономическим признакам.

2. Выявлены таксономические признаки и предложен рабочий ключ, позволяющие дифференцировать куртии от морфологически сходных бактерий родов Bacillus, Brochothrix, Erysipelothrix, Lactobacillus, Leuconostoc, Listeria, Sporolactobacillus И группы ко-ринеподобных бактерий.

3. Полученные в настоящей работе данные по относительному содержанию в ДНК куртий ГЦ-пар оснований, уровням гибридизуемости ДНК, а также литературные сведения по результатам секвенирования 16S рРНК свидетельствуют против принадлежности куртий к Корине-подобным бактериям и позволяют обсуждать близость первых к некоторым видам бацилл.

4. Монотипический род Kurthia, описание которого приведено в 8-м издании определителя бактерий Берги, представляет собой гетерогенную группу, состоящую из нескольких фенотипически близких видов с низким для одного рода уровнем гомологии ДНК. Предложены дополненное описание рода, видов K. zopfii и K. gibsonii, описание нового вида K. sibirica и рабочий ключ для дифференциации этих видов.

5. В природе бактерии рода Kurthia распространены, в основном, в организме млекопитающих животных (преимущественно кишечнике), мясо-молочных продуктах разной степени свежести и других материалах животного цроисховдения. Предложена селективная среда для их выделения.