细菌分类学方法研究概况

细菌分类学方法研究概况 申磊 ( 天津天狮学院生物工程学院，天津 301700) :、、、摘 要对细菌分类鉴定中采用的传统分类法数值分类法化学分类法遗传学分类法等多项分类技术作了详细的 ，。介绍和全面的从而为临床和科研中选择和应用恰当的细菌分类鉴定方法提供参考依据 ; ; :关键词细菌分类鉴定 Q9391007 ) 7731(2011)23 ) 64 ) 03A中图分类号 文献标识码 文章编号 Overview on the Research Methods of Bacterial Taxonomy Shen Lei ( School of Bioengineering，Tianjin Tianshi College，Tianjin 301700，China ) Abstract: This paper focused on ltahssei ccal taxonomy，numerical taxonomy，chemical taxonomy，genetic taxonomya nd many other polyphasic taxonomyin detail，which werea pplied to the lacssification and identification of bacteria, All of these provided necessary references sfeoler cting and using the proper methods faocrt ebrial classification and identification in clini- cal and scientific research, Key words: Bacterium; Classification; Identification ,6, ，。，目前细菌分类鉴定的研究已经得到了长足的发展和元的分类随着分子生物学技术的迅猛发展传统分类，、进步鉴定依据不再仅局限于形态生理生化和生态学等 ，。方法受到了巨大的冲击但仍是多相分类学的研究基础 ，表型特征而是采用不同学科的现代技术和方法从细胞水 2数值分类法、。，平分子水平寻找新的鉴定依据现在通常把细菌分类 ，数值分类法又称统计分类法是一种依据数值分析的 4 : 、鉴定的方法分成 个水平细胞的形态和习性水平细胞 ，原理借助计算机技术对分类的微生物对象按大量表型性 、。化学组分水平蛋白质分析水平和核酸分析水平而目前 、。状的相似性程度进行统计归类的方法数值分类的原理 国际上最为流行的便是采用多相分类方法对细菌进行分 ,7,M, Adanson 1757 ，是由法国植物学家 于 年提出来的而 。( polyphasic taxonomy) 类学研究多相分类技术最初是由 ,1,1957 P, H, A, Sneath 现代数值分类学是从 年英国学者 在 Colwell 1970 ，、在 年提出的它主要是对细菌从表型遗传 ,8,。研究细菌分类时兴起的该方法可以对众多菌株进行 ，、 型和系统发育等方面获得综合信息多种方法相互印证 ，“大量表型数据的比较分析其优点在于采用等重衡，互为补充从而合理地确定细菌的分类地位以及较全面地 ” ，，量原则并运用数学方法和计算机进行处理使其分。、 反映细菌的生物多样性多相分类几乎包括了传统分类 、类结果 在分类学的估价和分类单元的建立上都是客观明、、数值分类化学分类遗传学分类等现代分类学的所有 ,9,,2 ) 3, 。确和可 重复的数值分类的不足之处在于测试的性状。方面 比较多 ( 100 : 200 ) ，，通常为 项费时费力而不同实验室间的测定 ，， 结果也可能存在一定的差异无法进行交流比较但由于 1传统分类法 ，传统分类法又称为经典分类法是根据微生物的形态 其能够定性和定量的反映供试菌株生物表型多样性的程 、特征培养特征及生理生化特征等表型分类学特征进行分 ，，，度并能提供菌株具体的表型性状鉴定特征因此在细菌 ,4,。。 类鉴定的方法一般传统分类指标常用于初步分类。分类和多样性研究中广泛应用 《》现今存在于伯杰氏细菌分类手册的细菌分类单位名称 ,5,。， 大都建立在传统分类基础上由于细菌个体小而简单 3化学分类法，仅依据简单的指标不足以区分它们这就需要增加生理生 按照细菌的化学组成成分指标进行细菌分类研究的 。化特征甚至其他非形态特征来进一步比较和区分传统 ,10, ，Cummins Harris学科称为细菌的化学分类学是由 和 分类法中的形态特征常用作分类系统中科以上单元的划 ,11,20 50 ，、在 世纪 年代中期建立起来的主要采用光谱质 ，分而形态结构特征结合生理生化特性可以用于科以下单 、谱高效液相色谱和气相色谱等化学和物理学技术来研究 ( 1982 )) ，，，，，: 。:2011 ) 11 ) 28:作者简介申磊男河北张家口人硕士助教研究方向细菌分类学收稿日期 ，枝菌酸及其极性脂是细胞膜的重要组成部分分枝杆 3, 1 () 细胞壁化学组分分析原核生物细胞壁成分的( Mycobacterium) 、( Nocardia) 菌属诺卡氏菌属和棒状杆菌 ，。分析对菌种鉴定有一定的作用革兰氏阴性细菌肽聚糖( Corynebacterium) ，属三属统称为诺卡氏菌形放线菌它们 ，的化学结构一般是一致的而革兰氏阳性细菌细胞壁中的 、、，在形态构造细胞壁成分上很难区别而三者所含枝菌酸 ，氨基酸的种类和糖类组分是不同的具有重要的分类价 ，80、50、30 ，的碳链长度有明显的差别分别含 个碳原子故 。， 值一般认为细胞壁中氨基酸组分是属一级的分类指标,8,。可用于分属 。而对糖的分析有助于种的鉴定按照细菌细胞壁肽聚糖 ，: 四肽链的氨基酸和糖类成分可划分为不同的化学类型 3, 4SDS) PAG E 分析 蛋白质是基因表达全细胞蛋白 如四肽尾第三位氨基酸为二氨基庚二酸的有分枝杆菌属 ，，的产物不同细菌其蛋白质组成也存在着差异关系密切( Mycobacterium) ( Lactobacillus) ，和乳杆菌属中的一些种为 。 的细菌的蛋白质组成具有一定的相似性采用全细胞 ( Staphylococcus ) 赖氨 酸 的 有 葡 萄 球 菌 属 和 链 球 菌 属 SDS ) ( SDS )P AGE) 聚丙烯酰胺凝胶电泳对高度标准条 ( Streptococcus) 。20 60 ，Lechevalier 中的种等世纪 年代夫 ，件下培养的细胞的可溶性蛋白质进行分析可以得到反映 ( ) 妇建立的细胞壁化学组分分析方法在放线菌分类中的 ，生物基因组成的蛋白质图谱信息这是蛋白质电泳分析用 ，应用不但澄清了原有某些分类单位的错误还使一些新的 。于细菌表型分类及多样性研究的理论基础这项技术也 ，( Nocardiopsis) 、分类单位被建立如拟诺卡氏菌属无枝菌 ，是一种分群和比较大量相近菌株的较好方法结果与数值 ( Amycolata ) 、( Nocardioides ) 酸菌属类诺卡氏菌属等都是 DNA )DN A ，分类和 杂交的结果相符合说明该方法具有 ,3,。基于细胞化学特征建立的放线菌新属 3, 2 脂肪酸组成分析 脂肪酸是细菌细胞中一种含量较 ,15, ，。一定的可靠性一般用于属内的分群 、，高相对稳定的化学组分通常以极性脂的形式存在于细 4 遗传学分类法 、、胞膜等生物膜脂双层及游离的糖脂磷脂脂蛋白等生物 ，虽然表型特征是细菌遗传特性的表现形式通过表型 。、大分子之中不同的属种甚至不同的菌株之间其脂肪酸 ，，分析与比较可以综合地反映细菌的表型多样性但终究 、、，碳链的长度双键的位置取代基团等都存在差异脂肪酸 。20 60 难以全面反映细菌的全部遗传特征自 世纪 年代 ，分析可以准确地反映细菌间的差别从而可以对未知菌株 ，开始分子遗传学和分子生物学技术的迅速发展使细菌分 。1963 ，Able 进行鉴定和亲缘关系分析等年美国科学家 ，类学进入了分子生物学的时代分子分类法主要是根据生 ，首次将气相色谱技术应用于细菌的脂肪酸成分分析创建 ，物大分子所包含的遗传信息从分子水平解释了细菌之间 。，了一套全新的细菌化学分类方法目前细菌脂肪酸分析 ，。的亲缘关系确定待测细菌的系统发育地位目前常用的 。已经成为细菌化学分类中重要的分类手段之一脂肪酸 16S rRNA 、DNA ( G + C) 分子分类方法有 基因序列分析、) 组分测定可以使用玻璃毛细管柱气相层析或气 质联用 mol% 、DNA 、DNA )DN A 、DNA )R NA 分子指纹分析杂交，MIDI( microbial identifica- 色谱但当前通用的方法是具有 ,13,、rDNA ( ITS ) 杂交及核 酸 序 列 分 析转 录 间 隔 区 序 列 分 tion system) ( GC) 。软件的气相层析分析系统 ,16 ) 17, 。析等 4, 116S rRNA 16S，基因序列分析对于原核生物来说 rRNA 是目前研究分子遗传学与细菌之间亲缘关系最好的 3, 3 、、，，磷脂醌枝菌酸分析 磷脂为极性脂种类很多并 ,2, BuchananR E，Gibbons N E, Bergey s manual of ’,13, 。的必要指标 determinative bacteriology, 8th ed ,M,, Baltimore: The Williams andW ilkins Co， 4, 2G + C mol% DNA GC 细菌 的测定 染色体 的 含 1974: 261 264,– DNA ，，量即 的碱基组成由于不受菌龄的影响已成为细菌 M,,,北 京: 科 学 出 版,3, 刘 志 恒, 现 代 微 生 物 学 ( 第 二 版)。DNA G分类鉴定的重要指标每一种生物的 均有特定的 ，2008,社 + C mol% ，，， 不同生物各不相同生物种间亲缘关系较近 ,4, 刘志恒，姜成林, 放线菌现代生物学与生物技术 ,M,, 北京: 科G +C mol% ，。则 差别较小反之亦然一般认为细菌属内 ，2004: 1 )8 4,学出版社 G +C mo% 10% : 15%， l不同种间的 差异为 而种内的差 ,5, ，, ,M,, : 东秀珠蔡妙英常见细菌鉴系统定手册 北京科学出 4% : 5% ，10% ，别是 通常差别超过 就不属于一个属超过 ，2001, 版社,6,3% 。DNA GC 就不能定为同一个种的 含量测定方法 ,6, ，, ,M,, : ，2008,微生物学 韦革宏王卫卫北京科学出版社 、、、主要有纸层析法浮力密度法高效液相色谱法热变性温 ,7, AdansonM , Histoire Naturella ge Sneegal, Coquillage sAvecla rela- ( Tm ) ，Tm 、度测定法法和荧光法等由于 法操作简便精确 tion abregee dun Voyuge fait ence apys, ,J,, Pendant annéé s， 、，。度高重复性好被广为采用 1957，50:175 190,– ,8, , ( ) ,M,, : ，周德庆微生物学教程第二版北京高等教育出版社 4, 3 DNA )DN A DNA 杂交 是信息量最大的生物分 2001, ，DNA DNA 子杂交可以得出 之间的核苷酸序列的互补程 ,9, ，, M,, : , 学 黄秀梨辛明秀微生物北京高等教育出版 ，，度从而推断不同物种基因组之间的同源性生物间亲缘 ，2009, 社，DNA / DNA 。 DNA ) 关系 越 近其 同 源 率 就 越 高利 用 ,10, ，，, ,M,, : 陶天申杨瑞馥东秀珠原核生物系统学 北京化学 DNA ，杂交技术分析细菌的同源性可以对新菌种或是表 ，2007, 工业出版社，。1987 型性状差异较小难以区分的菌株做出可靠的鉴定,11, , 姜远良化学分类法在细菌和真菌系统分类中的应用和发展 ( International Committee on Sys- ，年国际系统细菌学委员会,J,, ( ) ，1995 ( 2) 152: 155,– 辽宁师范大学学报自然科学版tematic Bacteriology，ISCB) : ( 1) 60% 同源性在 以上 ,12, Goodfellow M，ODonnell A G, Handbook of newac tebrial ’，60% :7 0% 通常可视为同一种的细菌其中同源性在 的 system- atic ,M,, London: A cademic Press，1993, ，70% ( 80%可视为同一种内的不同亚种之间的菌种以上 ,13, ，，，, ) 放线菌系统学 徐丽华李文均刘志恒等原理方法及实 : 90% ) ; ( 2 ) 的同源性为同一种不同亚种内的菌种同源 M,, : ，2007,, 北京科学出版社践20% : 60% ; ( 3 ) 性 可视为同一属中的不同菌种同源性 ,14, Collins M D，JonesD , Distribution of isoprenoid quinone structural ,18,20% 。在 以下的为有关的不同属的菌种目前常用的 typesin bacteria and their taxonomic implication ,J,, Microbiology， DNA 、、S1 分子杂交的方法有液相复性速率法羟磷灰石法1981，45:316 354,– 、。核酸酶法光敏生物素标记法和地高辛法 ,15, CostasM , Classification，idntification，and typing of bacteria by the analysis of their one ) di mensional polyacrylamide gel electro- ，综上所述由于细菌分类鉴定工作是一个系统而复杂 phoretic protein patterns, J,, Ave lectrophor，1992，5 : 351 ，的过程目前还没有一种简单的方法可以把一个未知的细 408,– ，菌准确的鉴定到种一级的水平更重要的是对研究者来 ,16, Mesbah M，PremachandUra，n Whitman W B, Precise measure- ，，说经常会遇到不熟悉或从未发表的新种这样很难用现 ment of the GC + co ntent odef oxyribonucleic acid by high )p erform- ，，有的一种或少数几种方法把未知菌株分门别类或建立 anceliquid chromatography ,J,, nt J SysBt actero，1989，39: 159 Iil。，分类单元因此细菌分类鉴定必须同时使用几种方法全 167,– ，面鉴定采用多相分类的方法从不同的研究水平来描述细 ,17, StackebrandtE， Goebel B M, Taxonomic note: pal ace for DNA ) ，。菌的不同特征从而对未知菌株进行准确定位随着细菌 DNA reassoication and 16SrRN A sequencea nalysis in the present ，鉴定方法的不断建立和完善特别是多相分类学在微生物 speces defnton in bacteroogy ,J,, nt J Syst E vo Mcrobo， iiiiilIliil，系统发育分析和临床微生物诊断检测上的应用将为科研 1994，44:846 849,– 、、和临床工作者提供简便快速准确的鉴定方法和更为先 ,18, Wayne L G，BrennerD J，Colwell R R，et al, Report of thrahdo c 、。进全面的检测手段 committee on r econcileation of pparoaches to bacterial systematic 参考文献 ,J,, nt J SystB acteriol，1987，37: 463 464,I– ( : )责编施婷婷