Gram positive vs. Gram negative bakterier

Dette er en blandet kultur av Gram-negativ Escherichia coli (rød-oransje) og Gram-positiv Staphylococcus aureus (blå-lilla) farget med Gram-fargingsmetoden.

Michael R Francisco/Flickr/CCBY-SA

Mest bakterie er klassifisert i to brede kategorier: Gram positive og Gram negative. Disse kategoriene er basert på deres celleveggen sammensetning og reaksjon på Gram flekk test . Gram-fargingsmetoden, utviklet av Hans Christian Gram , identifiserer bakterier basert på reaksjonen av celleveggene deres til visse fargestoffer og kjemikalier.

Forskjellene mellom grampositive og gramnegative bakterier er først og fremst relatert til deres celleveggsammensetning. Gram-positive bakterier har cellevegger som hovedsakelig består av et stoff som er unikt for bakterier kjent som peptidoglykan , eller murein. Disse bakteriene farges lilla etter Gram-farging. Gramnegative bakterier har cellevegger med kun et tynt lag av peptidoglykan og en ytre membran med en lipopolysakkaridkomponent som ikke finnes i grampositive bakterier. Gramnegative bakterier farges rødt eller rosa etter gramfarging.

Gram positive bakterier

Celleveggene til Gram positive bakterier skiller seg strukturelt fra celleveggene til gramnegative bakterier. Den primære komponenten i bakterielle cellevegger er peptidoglykan. Peptidoglykan er et makromolekyl sammensatt av sukkerarter og aminosyrer som er satt sammen strukturelt som vevd materiale. Aminosukkerkomponenten består av alternerende molekyler av N-acetylglukosamin (NAG) og N-acetylmuraminsyre (NAM) . Disse molekylene er kryssbundet sammen av korte peptider som bidrar til å gi peptidoglykan styrke og struktur. Peptidoglycan gir beskyttelse for bakterier og definerer deres form.

Dette bildet viser celleveggsammensetningen til grampositive bakterier. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA

Den grampositive celleveggen har flere lag med peptidoglykan. De tykke lagene av peptidoglykan bidrar til å støtte cellemembran og gi et festested for andre molekyler. De tykke lagene gjør det også mulig for Gram-positive bakterier å beholde det meste av det krystallfiolette fargestoffet under Gram-farging, noe som får dem til å se lilla ut. Gram-positive cellevegger inneholder også kjeder av teichoinsyre som strekker seg fra plasmamembranen gjennom peptidoglykancelleveggen. Disse sukkerholdige polymerene hjelper til med å opprettholde celleformen og spiller en rolle i riktig celledeling. Teichoic acid hjelper noen gram-positive bakterier til å infisere celler og forårsake sykdom.

Noen grampositive bakterier har en ekstra komponent, mykolsyre , i celleveggene deres. Mykolsyrer produserer et voksaktig ytre lag som gir ekstra beskyttelse for mykobakterier, som Mycobacterium tuberculosis. Grampositive bakterier med mykolsyre kalles også syrefaste bakterier fordi de krever en spesiell fargingsmetode, kjent som syrefast farging, for mikroskopobservasjon.

Patogene grampositive bakterier forårsaker sykdom ved utskillelse av giftige proteiner kjent som eksotoksiner. Eksotoksiner syntetiseres innenfor prokaryot celle og slippes ut i utsiden av cellen. De er spesifikke for visse bakterielle flekker og kan forårsake alvorlig skade på kroppen organer og vev . Noen gramnegative bakterier produserer også eksotoksiner.

Gram positive kokker

Gram positive kokker refererer til grampositive bakterier som er sfærisk formet. To slekter av grampositive kokker kjent for sin rolle som menneskepatogenerer Staphylococcus og Streptokokker . Staphylococcus er sfærisk i form og cellene deres vises i klynger etter at de deler seg. Streptokokkceller vises som lange cellekjeder etter deling. Eksempler på Gram positive kokker somkolonisere hudeninkludere Staphylococcus epidermidis , Staphylococcus aureus , og Streptococcus pyogenes .

Staphylococcus aureus er en grampositiv kokkbakterie (rund) som finnes på huden og slimhinnene til mennesker og mange dyr. Bakteriene er vanligvis ufarlige, men infeksjoner kan oppstå på ødelagt hud eller i en blokkert svette eller talgkjertel, noe som resulterer i byller, pustler og abscesser. Paul Gunning/Science Photo Library/Getty Images

Mens alle tre er en del av normalenmenneskelig mikrobiota, kan de forårsake sykdom under visse forhold. Staphylococcus epidermidis danner tykke biofilmer og kan forårsake infeksjoner forbundet med implantert medisinsk utstyr. Noen Staphylococcus aureus-stammer, som f.eks meticillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), har blitt resistente mot antibiotika og kan føre til utvikling av alvorlig sykdom. Streptococcus pyogenes kan forårsake streptokokker i halsen, skarlagensfeber og kjøttspisende sykdom.

Gram negative bakterier

I likhet med grampositive bakterier Gram negativ bakteriecelleveggen er sammensatt av peptidoglykan. Imidlertid er peptidoglykanen et enkelt tynt lag sammenlignet med de tykke lagene i grampositive celler. Dette tynne laget beholder ikke det opprinnelige krystallfiolette fargestoffet, men tar opp den rosa fargen på motflekken under Gram-farging. Celleveggstrukturen til gramnegative bakterier er mer kompleks enn til grampositive bakterier. Plassert mellom plasmamembranen og det tynne peptidoglykanlaget er en gel-lignende matrise kalt periplasmatisk rom. I motsetning til grampositive bakterier har gramnegative bakterier en ytre membran lag som er utenfor peptidoglykancelleveggen. Membranproteiner, murein lipoproteiner, fester den ytre membranen til celleveggen.

Dette bildet viser celleveggsammensetningen til gramnegative bakterier. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA

En annen unik egenskap ved gramnegative bakterier er tilstedeværelsen av lipopolysakkarid (LPS) molekyler på den ytre membranen. LPS er et stort glykolipidkompleks som beskytter bakterier mot skadelige stoffer i miljøet. Det er også et bakterielt toksin (endotoksin) som kan forårsake betennelse og septisk sjokk hos mennesker hvis det kommer inn i blod . Det er tre komponenter i LPS: Lipid A, et kjernepolysakkarid og et O-antigen. De lipid A komponent fester LPS til den ytre membranen. Festet til lipid A er kjernepolysakkarid. Det er lokalisert mellom lipid A-komponenten og O-antigenet. De O antigen komponenten er festet til kjernepolysakkaridet og er forskjellig mellom bakteriearter. Den kan brukes til å identifisere spesifikke stammer av skadelige bakterier.

Gram negative kokker

Gram negative kokker refererer til gramnegative bakterier som er sfærisk formet. Bakterier av slekten Neisseria er eksempler på gramnegative kokker som forårsaker sykdom hos mennesker. Neisseria meningitidis er diplococcus, noe som betyr at dens sfæriske celler forblir i par etter celledeling. Neisseria meningitidis forårsaker bakteriellmeningittog kan også forårsake septikemi og sjokk.

Neisseria meningitidis er sfæriske, gramnegative bakterier som forårsaker hjernehinnebetennelse hos mennesker. Bakteriene ses vanligvis i par, hver konkav på siden som vender mot partneren. Health Protection Agency/Science Photo Library/Getty Images

En annen diplococcus-bakterie, N. gonorrhoeae , er patogenet som er ansvarlig for den seksuelt overførbare sykdommen gonoré. Moraxella catarrhalis er en gramnegativ diplococcus som forårsaker ørebetennelse hos barn, øvre luftveisinfeksjoner, endokarditt og meningitt .

Gram negativ coccobacillus-bakterier ha bakterielle former som er mellom sfæriske og stavformede. Bakterier av slektene Haemophilus og Acinetobacter er coccobaciller som forårsaker alvorlige infeksjoner. influensa kan forårsake hjernehinnebetennelse, bihulebetennelse og lungebetennelse. Acinetobacter-arter forårsaker lungebetennelse og sårinfeksjoner.

Nøkkelpunkter: Gram positive vs. Gram negative bakterier

• De fleste bakterier kan grovt klassifiseres som grampositive eller gramnegative.
• Gram-positive bakterier har cellevegger som består av tykke lag av peptidoglykan.
• Gram-positive celler farger lilla når de utsettes for en Gram-fargingsprosedyre.
• Gramnegative bakterier har cellevegger med et tynt lag av peptidoglykan. Celleveggen inkluderer også en ytre membran med lipopolysakkarid (LPS) molekyler festet.
• Gramnegative bakterier flekker rosa når de utsettes for en Gramfargingsprosedyre.
• Mens både grampositive og gramnegative bakterier produserer eksotoksiner, er det bare gramnegative bakterier som produserer endotoksiner.

Ytterligere referanser

• Silhavy, T.J., et al. 'Bakteriecellekonvolutten.' Cold Spring Harbor Perspectives in Biology , vol. 2, nei. 5, 2010, doi:10.1101/cshperspect.a000414.
• Swoboda, Jonathan G., et al. 'Wall Teichoic Acid-funksjon, biosyntese og hemming.' ChemBioChem , vol. 11, nei. 1, juni 2009, s. 101-1 35–45., doi:10.1002/cbic.200900557.