Gram-pozitivne in gram-negativne bakterije

Danski znanstvenik Hans Christian Gram je zasnoval metodo za razlikovanje dveh vrst bakterij na podlagi strukturnih razlik v njihovih celičnih stenah. V njegovem testu bakterije, ki obdržijo kristalno vijolično barvilo, to storijo zaradi debele plasti peptidoglikana in se imenujejo Gram-pozitivne bakterije. V nasprotju, Gram-negativne bakterije ne obdržijo vijoličnega barvila in so obarvani rdeče ali roza. V primerjavi z gram-pozitivnimi bakterijami so gram-negativne bakterije bolj odporne na protitelesa zaradi svoje neprepustne celične stene. Te bakterije imajo široko paleto uporabe, od zdravljenja do industrijske uporabe in proizvodnje švicarskega sira.

Primerjalna tabela

Gram-negativne bakterije v primerjavi z gram-pozitivnimi primerjalnimi lestvicami bakterij

	Gram negativne bakterije	Gram-pozitivne bakterije
Gramova reakcija	Lahko se razbarva, da sprejme kontra madeže (Safranin ali Fuchsine); obarvajo rdeče ali roza barve, ne obdržijo po Gramu madeža, ko se operejo z absolutnim alkoholom in acetonom.	Obdržite kristalno vijolično barvo in obarvajte temno vijolično ali vijolično, ostaneta obarvana modro ali vijolično z gramastimi madeži, ko jih operete z absolutnim alkoholom in vodo.
Peptidoglikanska plast	Tanka (enoslojna)	Debela (večplastna)
Teihojske kisline	Odsoten	Prisotni v mnogih
Periplazemski prostor	sedanjost	Odsoten
Zunanja membrana	Sedanjost	Odsoten
Vsebnost lipopolisaharida (LPS)	Visoka	Skoraj nič
Vsebnost lipidov in lipoproteinov	Visoka (zaradi prisotnosti zunanje membrane)	Nizka (kisline, ki so hitro kisle, imajo lipide povezane s peptidoglikanom)
Dvižna struktura	4 obroči v bazalnem telesu	2 obroča v bazalnem telesu
Proizvedeni toksini	Primarno Endotoksini	Predvsem eksotoksini
Odpornost na fizične motnje	Nizka	Visoka
Inhibicija z osnovnimi barvili	Nizka	Visoka
Dovzetnost za anionske detergente	Nizka	Visoka
Odpornost na natrijev azid	Nizka	Visoka
Odpornost proti sušenju	Nizka	Visoka
Sestava celične stene	Celična stena je debela 70-120 Å (ångström); dvoplastna. Vsebnost lipidov je 20–30% (visoka), vsebnost Mureina je 10–20% (nizka).	Celična stena je debela 100-120 Å; enoslojni. Vsebnost lipidov v celični steni je nizka, medtem ko je vsebnost Mureina 70-80% (višja).
Mezozom	Mezozom je manj izrazit.	Mesosom je bolj izrazit.
Odpornost proti antibiotikom	Bolj odporne na antibiotike.	Bolj dovzetni za antibiotike

Vsebina: gram-pozitivne in gram-negativne bakterije

• 1 Obarvanje in identifikacija
• 2 Patogeneza pri ljudeh
• 3 Gram pozitivni kaki
• 4 Komercialne uporabe nepatogenih gram-pozitivnih bakterij
• 5 Bakterijsko nedoločljive in gram-spremenljive bakterije
• 6 Reference

Obarvanje in identifikacija

Mikroskopski pregled zobnih oblog, ki prikazuje gram-pozitivne (vijolične) in negativne (rdeče) bakterije

V testu na madežu po Gramu bakterije operemo z razbarvalno raztopino, potem ko jih barvamo s kristalno vijolično. Ko dodate kontrastain, kot sta safranin ali fuksin po pranju, gram-negativne bakterije obarvajo rdeče ali roza barve, Gram-pozitivne bakterije pa obdržijo kristalno vijolično barvilo.

To je posledica razlike v strukturi njihove bakterijske celične stene. Gram-pozitivne bakterije nimajo zunanje celične membrane, ki jo najdemo v gram-negativnih bakterijah. V celični steni gram-pozitivnih bakterij je veliko peptidoglikana, ki je odgovoren za zadrževanje kristalno vijoličnega barvila.

Gram-pozitivne in negativne bakterije se v glavnem razlikujejo po zgradbi celične stene

Naslednji videoposnetki prikazujejo obarvanje gram-pozitivnih in negativnih bakterij.

Patogeneza pri ljudeh

Tako gram-pozitivne kot gram-negativne bakterije so lahko patogene (glej seznam patogenih bakterij). Znano je, da šest gramov pozitivnih rodov bakterij povzroča bolezni pri ljudeh: Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Listeria, Bacillus in Clostridium. Druge 3 povzročajo bolezni pri rastlinah: Rathybacter, Leifsonia in Clavibacter.

Številne gram-negativne bakterije so tudi patogene, npr. Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis in Yersinia pestis. Gram-negativne bakterije so tudi bolj odporne na antibiotike, ker njihova zunanja membrana obsega kompleksen lipopolisaharid (LPS), katerega lipidni del deluje kot endotoksin. Prav tako prej razvijejo odpornost:

Veliko gram-negativnih bakterij, če pridete ven, pridejo iz škatle, odporne na številne pomembne antibiotike, ki jih lahko uporabimo za njihovo zdravljenje. Govorimo o povzročiteljih z imeni, kot so Acinetobacter, Pseudomonas, E. coli. To so bakterije, ki so v preteklosti zelo dobro opravile zelo hitro razvijanje odpornosti na antibiotike. Zavihajo rokave, da razvijejo odpornost proti antibiotikom, zato so skupina povzročiteljev, ki lahko hitro postanejo odporni in lahko predstavljajo velike izzive proti odpornosti. In v zadnjem desetletju smo videli, da ti gram-negativni povzročitelji postanejo zelo hitro bolj odporni na vse dejavnike, ki jih imamo na voljo za zdravljenje.

Večja odpornost gram-negativnih bakterij velja tudi za novo odkrito vrsto antibiotikov, ki je bila napovedana v začetku leta 2015 po desetletju suše novih antibiotikov. Ta zdravila verjetno ne bodo delovala na gram-negativne bakterije.

Struktura gram-pozitivne bakterijske celice.

Gram pozitivni kaki

Bakterije so razvrščene glede na njihovo celično obliko v bacile (v obliki palice) in kaki (v obliki kroglice). Tipični gram-pozitivni madeži kakijev vključujejo (slike):

• Grozdi: običajno značilni za Stafilokok, kot je S. aureus
• Veriga: običajno značilna za Streptokok, kot so S. pneumoniae, streptokoki skupine B
• Tetrad: ponavadi značilno za Mikrokok.

Gram-pozitivni bacili so ponavadi debeli, tanki ali razvejani.

Komercialna uporaba nepatogenih gram-pozitivnih bakterij

Mnoge vrste streptokokov so nepatogene in tvorijo del komenzalnega človeškega mikrobioma ust, kože, črevesja in zgornjih dihal. So tudi nujna sestavina pri proizvodnji sira Emmentaler (švicarski).

Nepatogene vrste korinebakterij se uporabljajo v industrijski proizvodnji aminokislin, nukleotidov, biokonverziji steroidov, razgradnji ogljikovodikov, staranju sira, proizvodnji encimov itd..

Mnoge vrste bacilov lahko izločajo velike količine encimov.

• Bacillus amyloliquefaciens je vir naravne beljakovinske barnaze z antibiotiki (ribonukleaza), alfa amilaze, ki se uporablja pri hidrolizi škroba, proteaznega subtilisina, ki se uporablja z detergenti, in restrikcijskega encima BamH1, uporabljenega pri raziskavah DNK.
• C. thermocellum lahko uporablja odpadke lignoceluloze in ustvarja etanol, s čimer je možen kandidat za uporabo etanolnega goriva. Je anaerobna in je termofilna, kar zmanjšuje stroške hlajenja.
• C. acetobutylicum, znan tudi kot Weizmannov organizem, je Chaim Weizmann prvič uporabil za proizvodnjo acetona in biobutanola iz škroba leta 1916 za proizvodnjo smodnika in TNT-ja.
• C. botulinum proizvaja potencialno smrtonosni nevrotoksin, ki se v razredčeni obliki uporablja v zdravilu Botox. Uporablja se tudi za zdravljenje spastičnega tortikolisa in zagotavlja olajšanje približno 12 do 16 tednov.

Anaerobna bakterija C. ljungdahlii lahko proizvaja etanol iz virov enoogljika, vključno s sintetičnim plinom, mešanico ogljikovega monoksida in vodika, ki se lahko ustvari z delnim zgorevanjem fosilnih goriv ali biomase.

Gram nedoločene in bakterijsko spremenljive bakterije

Vseh bakterij ni mogoče zanesljivo razvrstiti z barvanjem po Gramu. Na primer, kislinsko hitre bakterije ali spremenljivke po Gramu se ne odzivajo na barvanje po Gramu.

Reference

• Primerjalne značilnosti gram-pozitivnih in gram-negativnih bakterij - Univ. Marylanda
• Gram-pozitivne bakterije - slike značilnih vzorcev madežev - Univ. Pensilvanije
• wikipedia: Gram-negativne bakterije
• wikipedia: Gram-pozitivne bakterije
• wikipedia: Barvanje po Gramu