รายละเอียดโครงการ

การจำแนกประเภทจุลินทรีย์ (Classification) เป็นการจัดจำพวกของจุลินทรีย์โดยจัดลำดับอย่างมีระบบ ก่อนจะจัดจำแนกจุลินทรีย์ได้จะต้องรู้จักเฉพาะ (characteristics) ของจุลินทรีย์นั้น ซึ่งจะต้องศึกษาจากจุลินทรีย์ชนิดเดียวโดยศึกษาเป็นกลุ่มของจุลินทรีย์นั้นๆ คือ เป็นกลุ่มเชื้อ (culture) เพราะว่าจุลินทรีย์มีขนาดเล็กมากเมื่อศึกษาเป็นกลุ่มเชื้อแล้วก็เท่ากับศึกษาจุลินทรีย์ชนิดเดียว กลุ่มที่ประกอบด้วยจุลินทรีย์ชนิดเดียวเป็นเชื้อบริสุทธิ์ (pure culture) วัตถุประสงค์ของการจัดอนุกรมวิธานของสิ่งมีชีวิตเพื่อจำแนกสิ่งมีชีวิตโดยบอกถึงความสัมพันธ์และความแตกต่างระหว่างสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งกับสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง ลักษณะที่สำคัญของจุลินทรีย์ที่ใช้ในการศึกษาเพื่อจัดจำแนกชนิดของจุลินทรีย์ ได้แก่ ลักษณะต่อไปนี้ 1. ลักษณะทางสัณฐานวิทยา (Morphological characteristics) โดยดูจากขนาด รูปร่าง โครงสร้างของเชื้อจุลินทรีย์ ทำการศึกษาจากเชื้อบริสุทธิ์ เนื่องจากแต่ละเซลล์มีขนาดเล็กมากมีหน่วยเป็นไมโครเมตร การศึกษาต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายประมาณ 1,000 เท่า นอกจากนี้ยังใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ให้รายละเอียดมากขึ้น และยังใช้เทคนิคอื่นๆ เพื่อตรวจสอบจุลินทรีย์ รูปร่างลักษณะของเซลล์ไม่ได้บอกถึงความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการมากนัก แต่อาจใช้ในการตรวจสอบชนิด (identify) แบคทีเรีย เช่น โครงสร้างของเอนโดสปอร์ หรือ แฟลกเจลลา 2. องค์ประกอบทางเคมีของเซลล์ (Chemical composition) เซลล์ของจุลินทรีย์จะประกอบด้วยสารอินทรีย์แตกต่างกันมากมาย เช่น มีลิโพพอลิแซ็กคาไรด์ ที่ผนังเซลล์เป็นลักษณะของแบคทีเรียแกรมลบ แต่แบคทีเรียแกรมบวกไม่มี หรือแบคทีเรียแกรมบวกมีสารกรดไทโคอิก (teichoic acid) ที่ผนังเซลล์ซึ่งแบคทีเรียแกรมลบไม่มีผนังเซลล์ของราและสาหร่ายก็มีองค์ประกอบที่แตกต่างจากของแบคทีเรีย หรือความแตกต่างของไวรัสแต่ละชนิดอยู่ที่ชนิดของกรดนิวคลีอิกว่าเป็น RNA หรือ DNA 3. ลักษณะของการเลี้ยงเชื้อ (Cultural characteristics) จุลินทรีย์แต่ละชนิดต้องการสารอาหารแตกต่างกัน บางชนิดเลี้ยงในอาหารเลี้ยงเชื้อในห้องปฏิบัติการได้ บางชนิดเลี้ยงในอาหารที่มีแต่สารอนินทรีย์ บางชนิดต้องการสารอินทรีย์หลายชนิด (เช่น กรดอะมิโน น้ำตาล พิริมิดีน วิตามิน โคเอนไซม์) บางชนิดต้องการซีรัมเซลล์เม็ดเลือด เพปโทน สารสกัดจากยีสต์ บางชนิดไม่สามารถเลี้ยงในอาหารในห้องปฏิบัติการ ต้องเลี้ยงในโอสต์ที่มีชีวิต หรือเซลล์ที่มีชีวิตเท่านั้น เช่น ริกเกตเซียต้องเลี้ยงในไข่ไก่ฟัก เป็นต้น นอกจากสารอาหารแล้ว ยังต้องการสภาพแวดล้อมในการเจริญ บางชนิดชอบเจริญที่อุณหภูมิสูง และไม่สามารถเจริญที่อุณหภูมิต่ำกว่า 40 องศาเซลเซียส บางชนิดชอบความเย็น ไม่สามารถเจริญที่อุณหภูมิสูงกว่า 20 องศาเซลเซียส บางชนิดที่ทำให้เกิดโรคกับคน (pathogen) ต้องการอุณหภูมิใกล้เคียงกับคนคือประมาณ 37 องศาเซลเซียส ก๊าซก็มีความจำเป็น บางชนิดต้องการออกซิเจน บางชนิดจะตายถ้ามีออกซิเจน แสงสว่างจำเป็นต่อไซแอโนแบคทีเรีย เพราะเป็นแหล่งพลังงาน เป็นต้น จุลินทรีย์แต่ละชนิดมีลักษณะการเจริญที่แตกต่างกัน เช่น เลี้ยงในอาหารเหลวจะมีการกระจายมาก หรือตกตะกอนที่ก้นหลอด หรือเป้ฯฟิล์มบางๆ ที่ผิวหน้าอาหาร ในอาหารแข็งจะเจริญเป็นโคโลนีที่มองด้วยตาเปล่าได้ โคโลนีมีขนาด รูปร่าง ลักษณะ เนื้อ ความหนืด สี และลักษณะอื่นๆ แตกต่างกัน 4. ลักษณะทางเมตาบอลิซึม (Metabolic characteristics) กระบวนการดำรงชีวิตของเซลล์เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เรียกว่า เมแทบอลิซึม ปฏิกิริยานี้จะแตกต่างตามชนิดของจุลินทรีย์ เช่น จุลินทรีย์บางชนิดได้พลังงานจากแสง บางชนิดได้พลังงานจากการออกซิเดชันสารอินทรีย์หรืออนินทรียสาร จุลินทรีย์ยังแตกต่างกันที่วิถี (pathway) ของการสังเคราะห์องค์ประกอบของเซลล์ ซึ่งปฏิกิริยาเคมีเกิดจากการทำงานของเอนไซม์ 5. ลักษณะทางแอนติเจน (Antigenic characteristics) องค์ประกอบของเซลล์เป็นแอนติเจนซึ่งเมื่อเข้าเซลล์สัตว์อื่นจะกระตุ้นให้สร้างแอนติบอดีที่เป็นซีรัมโปรตีนไปจับกับแอนติเจนนั้น แอนติบอดีมีความจำเพาะกับแอนติเจนที่กระตุ้นมัน และแอนติเจนมีแตกต่างกันมากมาย ดังนั้นแอนติบอดีที่สร้างขึ้น จึงใช้ช่วยในการจำแนกชนิดของจุลินทรีย์ได้ 6. ลักษณะทางพันธุกรรม (Genetic characteristics) สารพันธุกรรมเป็น DNA 2 สาย (double-strand) มีลักษณะคงที่ และช่วยในการจัดหมวดหมู่ชนิดของจุลินทรีย์โดยศึกษาจาก a. องค์ประกอบของเบสของ DNA (DNA base composition) DNA ประกอบด้วยคู่ของเบส คือ กวานีน (G) คู่กับไซโทซีน (C) และอะดีนีน (A) คู่กับไทมีน (T) จำนวนของนิวคลีโอไทด์เบสใน DNA คิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของกวานีนกับไซโทซีนรวมกันทีเรียกว่า โมล %G+ C (mole % G + C) ค่านี้จะแตกต่างไปตามชนิดของจุลินทรีย์ตั้งแต่ 23 ถึง 75 b. ลำดับ (sequence) ของนิวคลีโอไทด์เบสใน DNA ลำดับของนิวคลีโอไทด์เบสใน DNA นี้จะจำเพาะกับชนิดของจุลินทรีย์ ซึ่งเป็นหลักที่สำคัญที่สุดในการจัด หมวดหมู่จุลินทรีย์ นอกจาก DNA ในโครโมโซมแล้ว ในเซลล์จุลินทรีย์ยังอาจมี DNA ในพลาสมิดด้วย ซึ่งเป็น DNA วงกลม สามารถจำลองตัวเองได้อิสระภายในเซลล์ และทำให้มันแสดงลักษณะพิเศษบางอย่าง เช่น สร้างทอกซิน ทำให้ทนทานต่อสารปฏิชีวนะ หรือสามารถใช้สารเคมีบางอย่างเป็นอาหารได้ 7. ความสามารถในการทำให้เกิดโรค (Pathogenicity) ถึงแม้จะมีจุลินทรีย์จำนวนไม่มากนักที่ทำให้เกิดโรค จุลินทรีย์บางชนิดทำให้เกิดโรคกับสัตว์ พืช หรือจุลินทรีย์อื่นๆ เช่น Bdellovibrio เป็นตัวห้ำ (predetor) แบคทีเรียอื่นๆ หรือ แบคทีรีโอเฟจ เป็นไวรัสที่เข้าทำลายแบคทีเรีย 8. ลักษณะทางนิเวศวิทยา (Ecological characteristics) ถิ่นที่อยู่ (habitat) ของจุลินทรีย์ มีความสำคัญในการบอกลักษณะของจุลินทรีย์นั้นๆ เช่น จุลินทรีย์ที่อยู่ในทะเล จะแตกต่างจากจุลินทรีย์ที่อยู่ในน้ำจืด หรือจุลินทรีย์ที่อยู่ในช่องปาก จะแตกต่างจากจุลินทรีย์ที่อยู่ในลำไส้ จุลินทรีย์บางชนิดสามารถอยู่อย่างกระจายทั่วไปในธรรมชาติ แต่บางชนิดจะจำกัดที่อยู่ในบางบริเวณเท่านั้น การระบุชนิดหรือสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ (Identification) เพื่อให้ทราบสปีชีส์ (species) หรือสายพันธุ์ภายในสปีชีส์ (strain) สามารถทำได้ด้วยวิธีแบบเดิม (Conventional method) และวิธีทางโมเลกุล (Molecular method) วิธีการแบบเดิม ได้แก่การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยา (morphology) และสรีระวิทยา (physiology) Morphology เช่น ลักษณะรูปร่างของเซลล์ ชนิดของสปอร์ ลักษณะของเส้นใย เส้นใยแท้ เส้นใยเทียม เซลล์อยู่เป็นกลุ่มหรือเดี่ยว หรือเป็นเส้น ถ้าเป็นแบคทีเรียก็ย้อมสีว่าเป็นแกรมบวกหรือแกรมลบ รูปร่างลักษณะของโคโลนีบนอาหารเลี้ยงเชื้อ เป็นต้น Physiology การเจริญในอาหาร substrate ต่างๆ เช่นการใช้น้ำตาลกลูโคส แลคโตส และแหล่งคาร์บอนอื่นๆ การใช้ไนโตรเจน การสร้างก๊าซ การสร้างกรด คุณสมบัติทางการหมัก เป็นต้น วิธีการทดสอบการใช้สารอาหารนี้ ค่อนข้างยุ่งยาก เพราะต้องมีสารอาหารหลายๆ ชนิด มีบริษัทได้ผลิตชุดทดสอบสำเร็จ ประกอบด้วยแผงพลาสติกที่มีหลุมที่บรรจุสารอาหารแต่ละชนิดไว้ เมื่อต้องการทดสอบก็นำ suspension ของจุลินทรีย์ใส่ลงในหลุมทุกหลุม นำไปบ่มตามอุณหภูมิที่กำหนด หลังจากนั้นอ่านผลโดยหากหลุมที่มีลักษณะขุ่น ให้ผลเป็นบวก เนื่องจากมีการเจริญของจุลินทรีย์ จากนั้นนำผล บวก และ ลบ ไปเปรียบเทียบกับลักษณะทางสรีระวิทยาของจุลินทรีย์ว่าตรงกับชนิดใด หรืออาจใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ช่วยวิเคราะห์ ซึ่งจะระบุได้ถึงระดับสปีชีส์เท่านั้น วิธีการทางโมเลกุล (Molecular techniques) ปัจจุบันมีวิธีทางโมเลกุลหลายวิธีที่สามารถระบุชนิดของจุลินทรีย์ได้ถึง ระดับสปีชีส์และระดับสายพันธุ์ภายในสปีชีส์ โดยอาศัยฐานข้อมูลทางพันธุกรรมของจุลินทรีย์ที่มีผู้รวบรวมไว้แล้ว หรือเปรียบเทียบกับจุลินทรีย์มาตรฐานที่รู้สปีชีส์ไว้ก่อน การระบุชนิดจุลินทรีย์อาจทำด้วยหลักการตัดด้วยเอนไซม์ หรือการหาลำดับเบส (sequence) Sequence เป็นการหาลำดับของเบส ในชิ้นส่วนของดีเอ็นเอบางบริเวณ ที่ทราบลำดับเบสของจุลินทรีย์แต่ละชนิด และมีฐานข้อมูลไว้แล้ว เมื่อนำจุลินทรีย์ที่ต้องการทราบชนิดมาหาลำดับเบส แล้วนำข้อมูลที่ได้ไปวิเคราะห์เปรียบเทียบด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์เทียบกับ ฐานข้อมูล GenBank ซึ่งใช้ผ่านระบบอินเทอร์เน็ต ก็สามารถระบุชนิดของจุลินทรีย์ได้ถึงระดับสปีชีส์ การทำ sequence กับบริเวณของดีเอ็นเอที่มีความแตกต่างกันในแต่ละสายพันธุ์ก็อาจทำให้สามารถ จำแนกจุลินทรีย์สปีชีส์เดียวกันออกเป็นหลายสายพันธุ์ได้