Gram pozitívne vs. gramnegatívne baktérie

Ide o zmiešanú kultúru Gram negatívnej Escherichia coli (červeno-oranžová) a Gram-pozitívneho Staphylococcus aureus (modro-fialová) zafarbená metódou Gramového farbenia.

Michael R Francisco/Flickr/CCBY-SA

Väčšina baktérie sú rozdelené do dvoch širokých kategórií: Gram pozitívne a Gram negatívne. Tieto kategórie sú založené na ich bunková stena zloženie a reakcia na Test Gramovho farbenia . Metóda farbenia podľa Grama, vyvinutá spoločnosťou Hans Christian Gram , identifikuje baktérie na základe reakcie ich bunkových stien na určité farbivá a chemikálie.

Rozdiely medzi grampozitívnymi a gramnegatívnymi baktériami primárne súvisia so zložením ich bunkovej steny. Gram pozitívne baktérie majú bunkové steny zložené väčšinou z látky jedinečnej pre baktérie známe ako peptidoglykán , alebo mureín. Tieto baktérie sa po farbení podľa Grama farbia do fialova. Gram negatívne baktérie majú bunkové steny len s tenkou vrstvou peptidoglykánu a vonkajšiu membránu s lipopolysacharidovou zložkou, ktorá sa nenachádza v grampozitívnych baktériách. Gram negatívne baktérie sa po Gramovom farbení farbia na červeno alebo ružovo.

Gram pozitívne baktérie

Bunkové steny Gram pozitívne baktérie sa štrukturálne líšia od bunkových stien gramnegatívnych baktérií. Primárnou zložkou bakteriálnych bunkových stien je peptidoglykán. Peptidoglykán je makromolekula zložená z cukrov a aminokyseliny ktoré sú štrukturálne zostavené ako tkaný materiál. Aminocukrová zložka pozostáva zo striedajúcich sa molekúl z N-acetylglukózamín (NAG) a kyselina N-acetylmuramová (NAM) . Tieto molekuly sú navzájom zosieťované krátkymi peptidmi, ktoré pomáhajú dodať peptidoglykánu silu a štruktúru. Peptidoglykán poskytuje ochranu pre baktérie a definuje ich tvar.

Tento obrázok ukazuje zloženie bunkovej steny grampozitívnych baktérií. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA

Gram pozitívna bunková stena má niekoľko vrstiev peptidoglykánu. Hrubé vrstvy peptidoglykánu pomáhajú podporovať bunková membrána a poskytujú miesto pripojenia pre iné molekuly. Hrubé vrstvy tiež umožňujú grampozitívnym baktériám zadržať väčšinu farbiva kryštálovej fialovej počas farbenia podľa Grama, čo spôsobuje, že vyzerajú fialovo. Grampozitívne bunkové steny obsahujú aj reťazce z kyselina teichoová ktoré prechádzajú z plazmatickej membrány cez bunkovú stenu peptidoglykánu. Tieto polyméry obsahujúce cukor pomáhajú udržiavať tvar buniek a zohrávajú úlohu pri správnom delení buniek. Kyselina teichoová pomáha niektorým grampozitívnym baktériám infikovať bunky a spôsobiť ochorenie.

Niektoré grampozitívne baktérie majú ďalšiu zložku, kyselina mykolová v ich bunkových stenách. Mykolové kyseliny vytvárajú voskovú vonkajšiu vrstvu, ktorá poskytuje dodatočnú ochranu mykobaktériám, ako je Mycobacterium tuberculosis. Grampozitívne baktérie s kyselinou mykolovou sa tiež nazývajú acidorezistentné baktérie, pretože na pozorovanie mikroskopom vyžadujú špeciálnu metódu farbenia, známu ako acidorezistentné farbenie.

Patogénne grampozitívne baktérie spôsobujú ochorenie vylučovaním toxických bielkoviny známe ako exotoxíny. Exotoxíny sú syntetizované v rámci prokaryotická bunka a uvoľnené do exteriéru bunky. Sú špecifické pre určité bakteriálne škvrny a môžu spôsobiť vážne poškodenie tela orgánov a tkanív . Niektoré gramnegatívne baktérie produkujú aj exotoxíny.

Grampozitívne koky

Gram pozitívne koky označujú grampozitívne baktérie, ktoré sú guľovitého tvaru. Dva rody grampozitívnych kokov známe svojou úlohou ako človekapatogénysú Staphylococcus a Streptococcus . Stafylokoky sú guľovitého tvaru a ich bunky sa po rozdelení objavujú v zhlukoch. Bunky streptokoka sa po rozdelení javia ako dlhé reťazce buniek. Príklady grampozitívnych kokov, ktorékolonizovať pokožkuzahŕňajú Staphylococcus epidermidis , Staphylococcus aureus , a Streptococcus pyogenes .

Staphylococcus aureus je gram-pozitívny kokus (okrúhly) baktéria, ktorá sa nachádza na koži a slizniciach ľudí a mnohých zvierat. Baktérie sú zvyčajne neškodné, ale infekcie sa môžu vyskytnúť na poškodenej koži alebo v zablokovanej potnej alebo mazovej žľaze, čo má za následok vriedky, pustuly a abscesy. Paul Gunning/Science Photo Library/Getty Images

Zatiaľ čo všetky tri sú súčasťou normáluľudská mikroflóra, môžu za určitých podmienok spôsobiť ochorenie. Staphylococcus epidermidis tvorí silné biofilmy a môže spôsobiť infekcie spojené s implantovanými zdravotníckymi pomôckami. Niektoré kmene Staphylococcus aureus, ako napr meticilín-rezistentný Staphylococcus aureus (MRSA), sa stali odolnými voči antibiotikám a môžu viesť k rozvoju závažných ochorení. Streptococcus pyogenes môže spôsobiť streptokok v krku, šarlach a chorobu požierajúcu mäso.

Gramnegatívne baktérie

Rovnako ako grampozitívne baktérie, Gram negatívny bakteriálna bunková stena sa skladá z peptidoglykánu. Avšak peptidoglykán je jedna tenká vrstva v porovnaní s hrubými vrstvami v grampozitívnych bunkách. Táto tenká vrstva nezachováva pôvodné kryštálové fialové farbivo, ale zachytáva ružovú farbu kontrastného farbenia počas farbenia podľa Grama. Štruktúra bunkovej steny Gram negatívnych baktérií je zložitejšia ako štruktúra Gram pozitívnych baktérií. Medzi plazmatickou membránou a tenkou vrstvou peptidoglykánu je gélovitá matrica nazývaná periplazmatický priestor. Na rozdiel od grampozitívnych baktérií majú gramnegatívne baktérie an vonkajšia membrána vrstva, ktorá je externá k bunkovej stene peptidoglykánu. Membránové proteíny, mureínové lipoproteíny, pripájajú vonkajšiu membránu k bunkovej stene.

Tento obrázok ukazuje zloženie bunkovej steny Gram negatívnych baktérií. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA

Ďalšou jedinečnou vlastnosťou gramnegatívnych baktérií je prítomnosť lipopolysacharid (LPS) molekuly na vonkajšej membráne. LPS je veľký glykolipidový komplex, ktorý chráni baktérie pred škodlivými látkami v ich prostredí. Je to tiež bakteriálny toxín (endotoxín), ktorý môže spôsobiť zápal a septický šok u ľudí, ak sa dostane do krvi . Existujú tri zložky LPS: Lipid A, jadrový polysacharid a O antigén. The lipid A komponent pripája LPS k vonkajšej membráne. K lipidu A je pripojený jadrový polysacharid. Nachádza sa medzi zložkou lipidu A a O antigénom. The O antigén zložka je pripojená k jadrovému polysacharidu a líši sa medzi bakteriálnymi druhmi. Môže sa použiť na identifikáciu špecifických kmeňov škodlivých baktérií.

Gramnegatívne koky

Gram negatívne koky označujú gramnegatívne baktérie, ktoré sú guľovitého tvaru. Baktérie rodu Neisseria sú príkladmi gramnegatívnych kokov, ktoré spôsobujú ochorenie u ľudí. Neisseria meningitidis je diplokok, čo znamená, že jeho guľovité bunky ostávajú po bunkovom delení v pároch. Neisseria meningitidis spôsobuje bakteriálnemeningitídaa môže tiež spôsobiť septikémiu a šok.

Neisseria meningitidis sú guľovité gramnegatívne baktérie, ktoré spôsobujú meningitídu u ľudí. Baktérie sa zvyčajne vyskytujú v pároch, z ktorých každá je konkávna na strane smerujúcej k partnerovi. Agentúra na ochranu zdravia/Science Photo Library/Getty Images

Ďalšia diplokoková baktéria, N. gonorrhoeae , je patogén zodpovedný za sexuálne prenosné ochorenie kvapavka. Moraxella catarrhalis je gramnegatívny diplokok, ktorý spôsobuje infekcie uší u detí, infekcie horných dýchacích ciest, endokarditídu a meningitídu .

Gram negatívny baktérie cocobacillus mať bakteriálne tvary ktoré sú v tvare gule a tyče. Baktérie rodu Haemophilus a Acinetobacter sú kokobacily, ktoré spôsobujú vážne infekcie. Haemophilus influenzae môže spôsobiť meningitídu, infekcie dutín a zápal pľúc. Druhy Acinetobacter spôsobujú zápal pľúc a infekcie rán.

Kľúčové body: Gram pozitívne vs. gramnegatívne baktérie

• Väčšina baktérií môže byť všeobecne klasifikovaná ako Gram pozitívna alebo Gram negatívna.
• Gram pozitívne baktérie majú bunkové steny zložené z hrubých vrstiev peptidoglykánu.
• Gram pozitívne bunky sa farbia do fialova, keď sa podrobia postupu Gramovho farbenia.
• Gramnegatívne baktérie majú bunkové steny s tenkou vrstvou peptidoglykánu. Bunková stena zahŕňa aj vonkajšiu membránu s pripojenými molekulami lipopolysacharidu (LPS).
• Gram negatívne baktérie sa farbia na ružovo, keď sú podrobené procedúre Gramovho farbenia.
• Zatiaľ čo grampozitívne aj gramnegatívne baktérie produkujú exotoxíny, iba gramnegatívne baktérie produkujú endotoxíny.

Ďalšie referencie

• Šilhavý, T. J., a kol. 'Obálka bakteriálnej bunky.' Perspektívy Cold Spring Harbor v biológii , zv. 2, č. 5, 2010, doi:10.1101/cshperspect.a000414.
• Swoboda, Jonathan G. a kol. 'Funkcia, biosyntéza a inhibícia kyseliny teichoovej vo stene.' ChemBioChem , zv. 11, č. 1, jún 2009, s. 101-1 35–45., doi:10.1002/cbic.200900557.