Bakterie Gram-dodatnie a Gram-ujemne

Jest to mieszana kultura bakterii Gram-ujemnych Escherichia coli (czerwono-pomarańczowa) i Gram-dodatnich Staphylococcus aureus (niebiesko-fioletowych) wybarwionych metodą barwienia metodą Grama.

Michael R Francisco/Flickr/CCBY-SA

Bardzo bakteria są podzielone na dwie szerokie kategorie: Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Kategorie te są oparte na ich Ściana komórkowa skład i reakcja na Test barwienia metodą Grama . Metoda barwienia metodą Grama, opracowana przez Hans Christian Gram , identyfikuje bakterie na podstawie reakcji ich ścian komórkowych na określone barwniki i substancje chemiczne.

Różnice między bakteriami Gram-dodatnimi i Gram-ujemnymi są związane przede wszystkim ze składem ich ściany komórkowej. Bakterie Gram-dodatnie mają ściany komórkowe składające się głównie z substancji unikalnej dla bakterii znanej jako peptydoglikan lub mureina. Bakterie te barwią się na fioletowo po barwieniu metodą Grama. Bakterie Gram-ujemne mają ściany komórkowe z tylko cienką warstwą peptydoglikanu i zewnętrzną błoną ze składnikiem lipopolisacharydowym nie występującym u bakterii Gram-dodatnich. Bakterie Gram-ujemne barwią się na czerwono lub różowo po barwieniu metodą Grama.

Bakterie Gram-dodatnie

Ściany komórkowe Bakterie Gram-dodatnie różnią się strukturalnie od ścian komórkowych bakterii Gram-ujemnych. Podstawowym składnikiem ścian komórkowych bakterii jest peptydoglikan. Peptydoglikan jest makrocząsteczką złożoną z cukrów i aminokwasy które są zmontowane strukturalnie jak materiał tkany. Składnik aminocukrowy składa się z naprzemiennych cząsteczek N-acetyloglukozamina (NAG) oraz Kwas N-acetylomuraminowy (NAM) . Cząsteczki te są usieciowane razem przez krótkie peptydy, które pomagają nadać siłę i strukturę peptydoglikanu. Peptydoglikan zapewnia ochronę bakterii i określa ich kształt.

Ten obraz przedstawia skład ściany komórkowej bakterii Gram-dodatnich. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA

Ściana komórkowa Gram-dodatnia ma kilka warstw peptydoglikanu. Grube warstwy peptydoglikanu wspomagają Błona komórkowa i zapewniają miejsce przyłączenia dla innych cząsteczek. Grube warstwy umożliwiają również bakteriom Gram-dodatnim zatrzymanie większości barwnika fioletu krystalicznego podczas barwienia metodą Grama, co powoduje, że stają się fioletowe. Gram-dodatnie ściany komórkowe zawierają również łańcuchy kwas tejchojowy które rozciągają się od błony komórkowej przez ścianę komórkową peptydoglikanu. Te zawierające cukier polimery pomagają w utrzymaniu kształtu komórek i odgrywają rolę w prawidłowym podziale komórek. Kwas teichoicowy pomaga niektórym bakteriom Gram-dodatnim infekować komórki i wywoływać choroby.

Niektóre bakterie Gram-dodatnie mają dodatkowy składnik, kwas mikolowy , w ich ścianach komórkowych. Kwasy mykolowe wytwarzają woskową warstwę zewnętrzną, która zapewnia dodatkową ochronę prątkom, takim jak Mycobacterium tuberculosis. Bakterie Gram-dodatnie z kwasem mykolowym nazywane są również bakteriami kwasoopornymi, ponieważ wymagają specjalnej metody barwienia, zwanej barwieniem kwasoopornym, do obserwacji pod mikroskopem.

Patogenne bakterie Gram-dodatnie powodują chorobę poprzez wydzielanie substancji toksycznych białka znane jako egzotoksyny. Egzotoksyny są syntetyzowane w komórka prokariotyczna i uwolniony na zewnątrz komórki. Są specyficzne dla niektórych plam bakteryjnych i mogą powodować poważne uszkodzenia ciała narządy i tkanki . Niektóre bakterie Gram-ujemne wytwarzają również egzotoksyny.

Gram-dodatnie Cocci

Gram-dodatnie kokcy odnoszą się do bakterii Gram-dodatnich o kulistym kształcie. Dwa rodzaje ziarniaków Gram-dodatnich znane ze swojej roli jako człowiekapatogenysą Staphylococcus oraz Paciorkowiec . Staphylococcus mają kulisty kształt, a ich komórki po podzieleniu pojawiają się w skupiskach. Komórki Streptococcus po podziale wyglądają jak długie łańcuchy komórek. Przykłady ziarniaków Gram-dodatnich, któreskolonizować skóręwłączać Staphylococcus epidermidis , Staphylococcus aureus , oraz Streptococcus pyogenes .

Staphylococcus aureus to Gram-dodatnia bakteria coccus (okrągła), która znajduje się na skórze i błonach śluzowych ludzi i wielu zwierząt. Bakterie są zwykle nieszkodliwe, ale infekcje mogą wystąpić na uszkodzonej skórze lub w zablokowanym pocie lub gruczole łojowym, powodując czyraki, krosty i ropnie. Paul Gunning/naukowa biblioteka zdjęć/Getty Images

Podczas gdy wszystkie trzy są częścią normalnościludzka mikrobiota, mogą powodować choroby w określonych warunkach. Staphylococcus epidermidis tworzą grube biofilmy i mogą powodować infekcje związane z wszczepionymi wyrobami medycznymi. Niektóre szczepy Staphylococcus aureus, takie jak Staphylococcus aureus oporny na metycylinę (MRSA), stały się odporne na antybiotyki i mogą prowadzić do rozwoju poważnej choroby. Streptococcus pyogenes może powodować anginę, szkarlatynę i chorobę mięsa.

Bakterie Gram-ujemne

Podobnie jak bakterie Gram-dodatnie, Gram-ujemny Ściana komórkowa bakterii składa się z peptydoglikanu. Jednak peptydoglikan jest pojedynczą cienką warstwą w porównaniu z grubymi warstwami w komórkach Gram-dodatnich. Ta cienka warstwa nie zachowuje początkowego fioletu krystalicznego, ale odbiera różowy kolor barwienia kontrastowego podczas barwienia metodą Grama. Struktura ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych jest bardziej złożona niż w przypadku bakterii Gram-dodatnich. Pomiędzy błoną plazmatyczną a cienką warstwą peptydoglikanu znajduje się żelowata macierz zwana przestrzenią peryplazmatyczną. W przeciwieństwie do bakterii Gram-dodatnich bakterie Gram-ujemne mają zewnętrzna męmbrana warstwę zewnętrzną względem ściany komórkowej peptydoglikanu. Białka błonowe, lipoproteiny mureinowe, przyczepiają zewnętrzną błonę do ściany komórkowej.

Ten obraz przedstawia skład ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA

Inną unikalną cechą bakterii Gram-ujemnych jest obecność lipopolisacharyd (LPS) cząsteczki na błonie zewnętrznej. LPS to duży kompleks glikolipidowy, który chroni bakterie przed szkodliwymi substancjami w ich środowisku. Jest to również toksyna bakteryjna (endotoksyna), która może powodować stan zapalny i wstrząs septyczny u ludzi, jeśli dostanie się do krew . Istnieją trzy składniki LPS: lipid A, polisacharyd rdzeniowy i antygen O. The lipid A składnik łączy LPS z zewnętrzną membraną. Dołączony do lipidu A jest polisacharyd rdzenia. Znajduje się pomiędzy składnikiem lipidu A a antygenem O. The O antygen składnik jest przyłączony do rdzenia polisacharydowego i różni się w zależności od gatunku bakterii. Może służyć do identyfikacji określonych szczepów szkodliwych bakterii.

Gram-ujemna kokcy

Cocci Gram-ujemne odnoszą się do bakterii Gram-ujemnych o kulistym kształcie. Bakterie z rodzaju Neisseria są przykładami Gram-ujemnych ziarniaków wywołujących choroby u ludzi. Neisseria meningitidis to diplococcus, co oznacza, że ​​jego kuliste komórki pozostają w parach po podziale komórki. Neisseria meningitidis powoduje bakteriezapalenie opon mózgowycha także może powodować posocznicę i wstrząs.

Neisseria meningitidis to kuliste, Gram-ujemne bakterie wywołujące zapalenie opon mózgowych u ludzi. Bakterie są zwykle widoczne w parach, każda wklęsła po stronie zwróconej do partnera. Agencja Ochrony Zdrowia/Naukowa Biblioteka Zdjęć/Getty Images

Kolejna bakteria diplokoków, N. gonorrhoeae , jest patogenem odpowiedzialnym za chorobę przenoszoną drogą płciową, rzeżączkę. Moraxella catarrhalis jest Gram-ujemnym diplokokiem, który powoduje infekcje ucha u dzieci, infekcje górnych dróg oddechowych, zapalenie wsierdzia i zapalenie opon mózgowych .

Gram-ujemny bakterie coccobacillus mieć bakteryjne kształty które są pomiędzy kulistym a prętowym. Bakterie z rodzaju Haemophilus i Acinetobacter to coccobacilli, które powodują poważne infekcje. Haemophilus influenzae może powodować zapalenie opon mózgowych, infekcje zatok i zapalenie płuc. Gatunki Acinetobacter powodują zapalenie płuc i infekcje ran.

Kluczowe punkty: bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne

• Większość bakterii można ogólnie sklasyfikować jako Gram-dodatnie lub Gram-ujemne.
• Bakterie Gram-dodatnie mają ściany komórkowe zbudowane z grubych warstw peptydoglikanu.
• Komórki Gram-dodatnie barwią się na fioletowo po poddaniu procedurze barwienia metodą Grama.
• Bakterie Gram-ujemne mają ściany komórkowe z cienką warstwą peptydoglikanu. Ściana komórkowa zawiera również zewnętrzną błonę z przyłączonymi cząsteczkami lipopolisacharydu (LPS).
• Bakterie Gram-ujemne barwią się na różowo po poddaniu procedurze barwienia metodą Grama.
• Podczas gdy zarówno bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne wytwarzają egzotoksyny, tylko bakterie Gram-ujemne wytwarzają endotoksyny.

Dodatkowe odniesienia

• Silhavy, T.J., et al. — Koperta komórek bakteryjnych. Perspektywy zimnej wiosny w biologii , tom. 2, nie. 5, 2010, doi:10.1101/cshperspect.a000414.
• Swoboda, Jonathan G., et al. „Funkcja, biosynteza i hamowanie ściany kwasu teichoicowego”. ChemBioChem , tom. 11, nie. 1, czerwiec 2009, s. 101-1 35–45., doi:10.1002/cbic.200900557.