Bakterie Gram-dodatnie vs. Gram-ujemne

Duński naukowiec Hans Christian Gram opracował metodę różnicowania dwóch rodzajów bakterii w oparciu o różnice strukturalne w ścianach komórkowych. W swoim teście bakterie, które zatrzymują barwnik z fioletu krystalicznego, robią to z powodu grubej warstwy peptydoglikanu i są nazywane Bakterie Gram-dodatnie. W przeciwieństwie, Bakterie Gram-ujemne nie zatrzymują fioletowego barwnika i są w kolorze czerwonym lub różowym. W porównaniu z bakteriami Gram-dodatnimi bakterie Gram-ujemne są bardziej odporne na przeciwciała ze względu na ich nieprzenikalną ścianę komórkową. Bakterie te mają szeroki zakres zastosowań, od leczenia po zastosowania przemysłowe i produkcję szwajcarskiego sera.

Wykres porównania

Tabela porównawcza bakterii Gram-ujemnych w porównaniu z bakteriami Gram-dodatnimi

	Bakterie Gram-ujemne	Bakterie Gram-dodatnie
Reakcja Gram	Może być odbarwiony w celu przyjęcia barwnika kontrastowego (Safranin lub Fuchsine); plamy czerwone lub różowe, nie zachowują plamy Grama po umyciu absolutnym alkoholem i acetonem.	Zachowaj barwnik fioletowo-krystaliczny i plam ciemnofioletowy lub fioletowy, pozostają one zabarwione na niebiesko lub fioletowo z plamą gramową po umyciu absolutnym alkoholem i wodą.
Warstwa peptydoglikanu	Cienki (jednowarstwowy)	Gruby (wielowarstwowy)
Kwasy teichoinowe	Nieobecny	Obecny w wielu
Przestrzeń periplazmatyczna	obecny	Nieobecny
Zewnętrzna męmbrana	Obecny	Nieobecny
Zawartość lipopolisacharydu (LPS)	Wysoki	Praktycznie żaden
Zawartość lipidów i lipoprotein	Wysoka (ze względu na obecność zewnętrznej błony)	Niska (bakterie kwasoodporne mają lipidy związane z peptydoglikanem)
Struktura wici	4 pierścienie w korpusie podstawy	2 pierścienie w korpusie podstawy
Wytworzone toksyny	Głównie endotoksyny	Głównie egzotoksyny
Odporność na zakłócenia fizyczne	Niska	Wysoki
Hamowanie przez podstawowe barwniki	Niska	Wysoki
Wrażliwość na anionowe detergenty	Niska	Wysoki
Odporność na azydek sodu	Niska	Wysoki
Odporność na suszenie	Niska	Wysoki
Skład ściany komórkowej	Ściana komórki ma grubość 70-120 Å (ångström); dwuwarstwowy. Zawartość lipidów wynosi 20-30% (wysoka), zawartość mureiny wynosi 10-20% (niska).	Ściana komórki ma grubość 100-120 Å; jednowarstwowy. Zawartość lipidów w ścianie komórkowej jest niska, podczas gdy zawartość mureiny wynosi 70-80% (wyższa).
Mezosom	Mezosom jest mniej widoczny.	Mezosom jest bardziej widoczny.
Odporność na antybiotyki	Bardziej odporny na antybiotyki.	Bardziej podatny na antybiotyki

Zawartość: Gram-dodatnie vs Gram-ujemne bakterie

• 1 Barwienie i identyfikacja
• 2 Patogeneza u ludzi
• 3 Gram dodatnie Cocci
• 4 Komercyjne zastosowania niepatogennych bakterii Gram-dodatnich
• 5 bakterii Gram-nieokreślonych i Gram-zmiennych
• 6 referencji

Barwienie i identyfikacja

Widok mikroskopowy płytki nazębnej, pokazujący bakterie Gram-dodatnie (fioletowe) i ujemne (czerwone)

W teście barwienia metodą Grama bakterie przemywa się roztworem odbarwiającym po barwieniu fioletem krystalicznym. Po dodaniu barwnika kontrastowego, takiego jak safranina lub fuksyna po umyciu, bakterie Gram-ujemne są zabarwione na czerwono lub różowo, podczas gdy bakterie Gram-dodatnie zachowują barwnik fioletowy.

Wynika to z różnicy w strukturze ich ściany komórkowej bakterii. Bakterie Gram-dodatnie nie mają zewnętrznej błony komórkowej występującej w bakteriach Gram-ujemnych. Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich jest bogata w peptydoglikan, który jest odpowiedzialny za zatrzymywanie barwnika fioletu krystalicznego.

Bakterie Gram-dodatnie i ujemne różnią się głównie strukturą ściany komórkowej

Poniższe filmy pokazują barwienie odpowiednio bakterii Gram-dodatnich i ujemnych.

Patogeneza u ludzi

Zarówno bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne mogą być patogenne (patrz lista bakterii chorobotwórczych). Sześć rodzajów bakterii Gram-dodatnich powoduje choroby u ludzi: Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Listeria, Bacillus i Clostridium. Kolejne 3 powodują choroby u roślin: Rathybacter, Leifsonia i Clavibacter.

Wiele bakterii Gram-ujemnych jest również patogennych, np. Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis i Yersinia pestis. Bakterie Gram-ujemne są również bardziej odporne na antybiotyki, ponieważ ich błona zewnętrzna zawiera złożony lipopolisacharyd (LPS), którego część lipidowa działa jak endotoksyna. Szybciej też rozwijają odporność:

Wiele bakterii Gram-ujemnych, jeśli są, wychodzą z pudełka, opornych na wiele ważnych antybiotyków, które moglibyśmy zastosować w ich leczeniu. Mówimy o agentach o nazwach takich jak Acinetobacter, Pseudomonas, E. coli. Są to bakterie, które w przeszłości wykonały bardzo dobrą robotę, bardzo szybko rozwijając odporność na antybiotyki. Mają wiele sztuczek w rękawach, aby rozwinąć oporność na antybiotyki, dlatego są grupą czynników, które mogą szybko stać się oporne, mogą stanowić poważne wyzwanie dla odporności. W ciągu ostatniej dekady widzieliśmy, że te czynniki Gram-ujemne stają się bardzo szybko i coraz bardziej odporne na wszystkie środki, które mamy do dyspozycji, aby je leczyć.

Większa oporność bakterii Gram-ujemnych dotyczy również nowo odkrytej klasy antybiotyków, która została ogłoszona na początku 2015 r. Po dziesięcioleciach suszy w nowych antybiotykach. Leki te prawdopodobnie nie działają na bakterie Gram-ujemne.

Struktura gram-dodatniej komórki bakteryjnej.

Gram dodatnie Cocci

Bakterie są klasyfikowane na podstawie kształtu komórki na pałeczki (w kształcie pręta) i ziarniaki (w kształcie kuli). Typowe plamki Gram-dodatnie obejmują (zdjęcia):

• Klastry: zwykle charakterystyczne dla Staphylococcus, takie jak S. aureus
• Łańcuch: zwykle charakterystyczny dla Paciorkowiec, takie jak S. pneumoniae, paciorkowce grupy B.
• Tetrad: zwykle charakterystyczny dla Micrococcus.

Pałeczki Gram-dodatnie wydają się być gęste, cienkie lub rozgałęzione.

Zastosowania komercyjne niepatogennych bakterii Gram-dodatnich

Wiele gatunków paciorkowców jest niepatogennych i stanowi część komensalnego ludzkiego mikrobiomu jamy ustnej, skóry, jelita i górnych dróg oddechowych. Są także niezbędnym składnikiem w produkcji sera Emmentaler (szwajcarskiego).

Niepatogenne gatunki corynebacterium są wykorzystywane w przemysłowej produkcji aminokwasów, nukleotydów, biokonwersji steroidów, degradacji węglowodorów, starzenia się sera, produkcji enzymów itp..

Wiele gatunków Bacillus jest w stanie wydzielać duże ilości enzymów.

• Bacillus amyloliquefaciens jest źródłem naturalnej barnazy antybiotykowej (rybonukleazy), alfa amylazy stosowanej w hydrolizie skrobi, subtylizyny proteazowej stosowanej z detergentami oraz enzymu restrykcyjnego BamH1 stosowanego w badaniach DNA.
• C. thermocellum może wykorzystywać odpady lignocelulozy i wytwarzać etanol, co czyni go potencjalnym kandydatem do zastosowania w produkcji paliwa etanolowego. Jest beztlenowy i termofilny, co zmniejsza koszty chłodzenia.
• C. acetobutylicum, znany również jako organizm Weizmanna, został po raz pierwszy użyty przez Chaima Weizmanna do produkcji acetonu i biobutanolu ze skrobi w 1916 r. Do produkcji prochu strzelniczego i TNT.
• C. botulinum wytwarza potencjalnie śmiertelną neurotoksynę, która jest stosowana w postaci rozcieńczonej w leku Botox. Jest również stosowany w leczeniu kurczowego kręczu szyi i zapewnia ulgę przez około 12 do 16 tygodni.

Bakteria beztlenowa C. ljungdahlii może wytwarzać etanol ze źródeł jednowęglowych, w tym gazu syntezowego, mieszaniny tlenku węgla i wodoru, które można wytwarzać z częściowego spalania paliw kopalnych lub biomasy.

Bakterie Gram-nieokreślone i Gram-zmienne

Nie wszystkie bakterie można wiarygodnie sklasyfikować za pomocą barwienia metodą Grama. Na przykład bakterie odporne na działanie kwasu lub zmienne w gramach nie reagują na barwienie metodą Grama.

Bibliografia

• Charakterystyka porównawcza bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych - Univ. z Maryland
• Bakterie Gram-dodatnie - zdjęcia typowych wzorów plam - Univ. Pensylwanii
• wikipedia: bakterie Gram-ujemne
• wikipedia: bakterie Gram-dodatnie
• wikipedia: Barwienie metodą Grama