Gram-pozitívne vs. gram-negatívne baktérie

Dánsky vedec Hans Christian Gram navrhol metódu na rozlíšenie dvoch typov baktérií na základe štrukturálnych rozdielov v ich bunkových stenách. Vo svojom teste to robia baktérie, ktoré si zachovávajú kryštálovo fialové farbivo z dôvodu silnej vrstvy peptidoglykánu a nazývajú sa Gram-pozitívne baktérie. Na rozdiel od toho, Gramnegatívne baktérie nezachovávajú fialové farbivo a sú zafarbené červeno alebo ružovo. V porovnaní s grampozitívnymi baktériami sú gramnegatívne baktérie odolnejšie voči protilátkam vďaka svojej nepreniknuteľnej bunkovej stene. Tieto baktérie majú širokú škálu aplikácií, od lekárskeho ošetrenia až po priemyselné použitie a výrobu švajčiarskych syrov.

Porovnávacia tabuľka

Tabuľka porovnania gramnegatívnych baktérií verzus grampozitívne baktérie

	Gramnegatívne baktérie	Gram-pozitívne baktérie
Gramova reakcia	Môže byť odfarbený tak, aby akceptoval kontrastné farbenie (Safranin alebo Fuchsine); sfarbujú červenú alebo ružovú farbu, pri umytí absolútnym alkoholom a acetónom nezachovávajú Gramovo farbenie.	Zadržiavajte kryštalické fialové farbivo a zafarbujte tmavo fialovú alebo purpurovú farbu, zostanú zafarbené modro alebo fialovo s gramofónovým náterom po umytí absolútnym alkoholom a vodou.
Peptidoglykánová vrstva	Tenké (jednovrstvové)	Hrubá (viacvrstvová)
Kyseliny teichoové	neprítomný	Prítomný v mnohých
Periplazmatický priestor	prítomný	neprítomný
Vonkajšia membrána	prítomný	neprítomný
Obsah lipopolysacharidov (LPS)	vysoký	Prakticky žiadne
Obsah lipidov a lipoproteínov	Vysoká (kvôli prítomnosti vonkajšej membrány)	Nízke (kyslo-rýchle baktérie majú lipidy spojené s peptidoglykánom)
Bičíková štruktúra	4 krúžky v bazálnom tele	2 krúžky v bazálnom tele
Produkované toxíny	Primárne endotoxíny	Primárne exotoxíny
Odolnosť proti fyzickému narušeniu	nízky	vysoký
Inhibícia pomocou základných farbív	nízky	vysoký
Citlivosť na aniónové detergenty	nízky	vysoký
Odolnosť proti azidu sodnému	nízky	vysoký
Odolnosť proti sušeniu	nízky	vysoký
Zloženie bunkovej steny	Bunková stena je hrubá 70 až 120 Á (ångström); dvojvrstvový. Obsah lipidov je 20-30% (vysoký), obsah mureínu 10-20% (nízky).	Hrúbka bunkovej steny je 100 až 120 Á; jednovrstvový. Obsah lipidov v bunkovej stene je nízky, zatiaľ čo obsah mureínu je 70 - 80% (vyšší).
mesozom	Mesosome je menej výrazný.	Mesosome je výraznejší.
Antibiotická rezistencia	Viac odolné voči antibiotikám.	Viac náchylné na antibiotiká

Obsah: Gram-pozitívne verzus Gram-negatívne baktérie

• 1 Farbenie a identifikácia
• 2 Patogenéza u ľudí
• 3 gramové pozitívne Cocci
• 4 Komerčné použitie nepatogénnych grampozitívnych baktérií
• 5 Gram-indeterminát a gram-variabilné baktérie
• 6 Referencie

Farbenie a identifikácia

Mikroskopický pohľad na zubný povlak, ktorý ukazuje grampozitívne (fialové) a negatívne (červené) baktérie

Pri teste Gramovým farbením sa baktérie po vyfarbení kryštálovou violeťou premyjú odfarbovacím roztokom. Po pridaní kontrastného farbiva, ako je safranín alebo fuchsín, po premytí sú gramnegatívne baktérie zafarbené červeno alebo ružovo, zatiaľ čo grampozitívne baktérie si zachovávajú svoje kryštálovo fialové farbivo.

Je to spôsobené rozdielom v štruktúre ich bakteriálnej bunkovej steny. Gram-pozitívne baktérie nemajú v gramnegatívnych baktériách vonkajšiu bunkovú membránu. Bunková stena gram-pozitívnych baktérií je vysoko v peptidoglykáne, ktorý je zodpovedný za zachovanie farbiva fialového kryštálu.

Grampozitívne a negatívne baktérie sa líšia hlavne štruktúrou ich bunkovej steny

Nasledujúce videá ukazujú farbenie grampozitívnych a negatívnych baktérií.

Patogenéza u ľudí

Grampozitívne aj gramnegatívne baktérie môžu byť patogénne (pozri zoznam patogénnych baktérií). Je známe, že u ľudí spôsobuje šesť gramov pozitívnych baktérií: Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Listeria, Bacillus a Clostridium. Ďalšie 3 choroby spôsobujú rastliny: Rathybacter, Leifsonia a Clavibacter.

Mnohé gramnegatívne baktérie sú tiež patogénne, napríklad Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis a Yersinia pestis. Gramnegatívne baktérie sú tiež odolnejšie voči antibiotikám, pretože ich vonkajšia membrána obsahuje komplex lipopolysacharidu (LPS), ktorého lipidová časť pôsobí ako endotoxín. Tiež si vyvinú odpor skôr:

Mnoho gramnegatívnych baktérií pochádza z obalu, ak budete, rezistentní na množstvo dôležitých antibiotík, ktoré by sme mohli použiť na ich liečbu. Hovoríme o agentoch s menami ako Acinetobacter, Pseudomonas, E. coli. Sú to baktérie, ktoré historicky odviedli veľmi dobrú prácu s veľmi rýchlo sa rozvíjajúcou rezistenciou na antibiotiká. Na rukávoch majú veľa trikov na vyvinutie rezistencie na antibiotiká, takže sú skupinou látok, ktoré sa rýchlo stanú rezistentnými a môžu predstavovať veľké výzvy pre rezistenciu. A to, čo sme videli za posledné desaťročie, je to, že tieto gramnegatívne látky sa stávajú veľmi rýchlo stále odolnejšie voči všetkým činidlám, ktoré máme k dispozícii na ich liečbu..

Väčšia rezistencia gramnegatívnych baktérií sa týka aj novoobjavenej triedy antibiotík, ktorá bola ohlásená začiatkom roku 2015 po desaťročia trvajúcom období sucha novými antibiotikami. Tieto lieky pravdepodobne nebudú pôsobiť na gramnegatívne baktérie.

Štruktúra grampozitívnej bakteriálnej bunky.

Gram pozitívne Cocci

Baktérie sa klasifikujú na základe ich bunkového tvaru na bacily (tyčinky) a koky (gule). Medzi typické grampozitívne škvrny patrí (obrázky):

• Klastre: zvyčajne charakteristické pre Staphylococcus, ako je S. aureus
• Reťaz: obvykle charakteristická pre Streptococcus, ako napríklad S. pneumoniae, streptokoky skupiny B
• Tetrad: zvyčajne charakteristický pre Micrococcus.

Grampozitívne bacily majú tendenciu byť silné, tenké alebo vetvené.

Komerčné použitie nepatogénnych grampozitívnych baktérií

Mnohé streptokokové druhy sú nepatogénne a tvoria súčasť komenzálneho ľudského mikrobiómu v ústach, pokožke, čreve a horných dýchacích cestách. Sú tiež nevyhnutnou zložkou pri výrobe syra Emmentaler (švajčiarsky).

Nepatogénne druhy korynebaktérií sa používajú v priemyselnej výrobe aminokyselín, nukleotidov, biokonverzii steroidov, degradácii uhľovodíkov, starnutí syra, produkcii enzýmov atď..

Mnoho druhov Bacillus je schopných vylučovať veľké množstvo enzýmov.

• Bacillus amyloliquefaciens je zdrojom prírodnej antibiotickej proteínovej barnázy (ribonukleáza), alfa amylázy používanej pri hydrolýze škrobu, proteázového subtilizínu používaného pri detergentoch a reštrikčného enzýmu BamH1 použitého pri výskume DNA..
• C. thermocellum môže využívať lignocelulózový odpad a vytvárať etanol, čím sa stáva možným kandidátom na použitie pri výrobe etanolového paliva. Je anaeróbny a termofilný, čo znižuje náklady na chladenie.
• C. acetobutylicum, tiež známy ako Weizmannov organizmus, prvýkrát použil Chaim Weizmann na výrobu acetónu a biobutanolu zo škrobu v roku 1916 na výrobu strelného prachu a TNT..
• C. botulinum produkuje potenciálne smrtiaci neurotoxín, ktorý sa používa v zriedenej forme v liečive Botox. Používa sa tiež na liečbu spazmodickej torticollis a poskytuje úľavu približne 12 až 16 týždňov.

Anaeróbna baktéria C. ljungdahlii môže produkovať etanol z jednoduchých zdrojov uhlíka vrátane syntézneho plynu, zmesi oxidu uhoľnatého a vodíka, ktorý sa môže vytvárať čiastočným spaľovaním fosílnych palív alebo biomasy..

Gram-indeterminát a gram-variabilné baktérie

Nie všetky baktérie sa dajú spoľahlivo klasifikovať pomocou Gramovho farbenia. Napríklad kyslé rýchle baktérie alebo Gram-variabilné nereagujú na Gramovo zafarbenie.

Referencie

• Porovnávacie charakteristiky grampozitívnych a gramnegatívnych baktérií - Univ. z Marylandu
• Grampozitívne baktérie - obrázky typických škvŕn - Univ. z Pensylvánie
• wikipedia: Gramnegatívne baktérie
• wikipedia: Gram-pozitívne baktérie
• wikipedia: Gramovo farbenie