Грамнегативні бактерії

Грамотичні бактерії (позначаються Грам (-)) - бактерії, які не фарбуються кристалічним фіолетовим при використанні забарвлення мікроорганізмів за методом фарбування за Грамом. На відміну від грампозитивних бактерій, які зберігають фіолетове забарвлення навіть після промивання знебарвлюючим розчинником (спирт), грамнегативні повністю знебарвлюються. Після промивання розчинником при фарбуванні Грама додається контрастний барвник (зазвичай сафранін), який забарвлює всі грамнегативні бактерії в червоний або рожевий колір. Це відбувається через наявність зовнішньої мембрани, що перешкоджає проникненню барвника всередину клітини. Сам по собі тест корисний при класифікації бактерій та поділ їх на дві групи щодо будови їх клітинної стінки. Через свою більш потужну і непроникну клітинну стінку грамнегативні бактерії більш стійкі до антитіл, ніж грампозитивні.

Зазвичай патогенність грамнегативних бактерій пов'язують із певними компонентами їх клітинних стінок, а саме, з ліпополісахаридним шаром (ЛПС або ендотоксичний шар). У людському організмі ЛПС викликає імунну відповідь, яка характеризується синтезом цитокінів та активацією імунної системи. Звичайною реакцією на синтез цитокінів є запалення, що може призвести до збільшення кількості токсичних речовин в організмі господаря.

Пов'язані поняття

Грампозитивні бактерії (позначаються Грам (+)) - бактерії, які, на відміну від грамнегативних бактерій, зберігають забарвлення, не знебарвлюються при промиванні забарвлення мікроорганізмів за методом Грама.

Суперечки бактерій — тільця круглої чи овальної форми, які утворюються всередині деяких бактерій у певні стадії їх існування чи за погіршення умов довкілля. Суперечки бактерій стійкі до різних фізичних та хімічних впливів і зберігаються протягом багатьох років, не втрачаючи властивості проростати у вегетативну форму, що має значення в епідеміології низки захворювань. Відомий випадок, коли вдалося пожвавити бактеріальні суперечки віком близько 30 мільйонів років.

Бацилла, або паличка (лат. bacilli, од. ч. bacillum або bacillus - «паличка») - паличкоподібна бактерія, здатна утворювати суперечки, на відміну від неспороносних - власне бактерій. Морфологічно також виділяють так звані коккобацили, клітини яких більш округлі, але довжина клітини все ще перевищує ширину, як, наприклад, у Bacteroides fragilis, чумної палички (Yersinia pestis), Bordetella bronchiseptica, гемофільної палички (Haemophilus influenza).

Метод Грама - метод забарвлення мікроорганізмів для дослідження, що дозволяє диференціювати бактерії за біохімічними властивостями їхньої клітинної стінки. Запропоновано 1884 року датським лікарем Гансом Крістіаном Грамом.

Кишкова паличка (лат. Escherichia coli) - вид грамнегативних паличкоподібних бактерій, широко поширених у нижній частині кишечника теплокровних тварин. Більшість штамів E. coli є нешкідливими, проте серотип O157:H7 може викликати важкі харчові отруєння у людей та тварин. Нешкідливі штами є частиною нормальної флори кишечника людини та тварин. Кишкова паличка приносить користь організму господаря, наприклад, синтезуючи вітамін K, а також запобігаючи розвитку патогенних.

Ко́кі (від грец. κόκκος — «зерно») — бактерії кулястої форми.Розрізняють абсолютно круглі та злегка витягнуті за формою бактерії.

Бактерії (лат. Bacteria) - домен прокаріотичних мікроорганізмів. Бактерії зазвичай досягають декількох мікрометрів у довжину, їх клітини можуть мати різноманітну форму: від кулястої до паличкоподібної та спіралеподібної. Бактерії - одна з перших форм життя на Землі і зустрічаються майже у всіх земних місцеперебуваннях. Вони населяють ґрунт, прісні та морські водоймища, кислі гарячі джерела, радіоактивні відходи та глибинні шари земної кори. Бактерії часто є симбіонтами та паразитами рослин та тварин.

Клостридії (лат. Clostridium) - рід грампозитивних, облігатно анаеробних бактерій, здатних продукувати ендоспори.

Бацили (лат. Bacillus) - великий (близько 217 видів) рід грампозитивних паличкоподібних бактерій, що утворюють внутрішньоклітинні суперечки. Більшість бацил - ґрунтові редуценти. Деякі бацили викликають хвороби тварин та людини, наприклад сибірку, токсикоінфекції (Bacillus cereus). Типовий вигляд - сінна паличка (Bacillus subtilis) typus.

Штам (від нім. Stamm, буквально - "ствол", "рід") - чиста культура вірусів, бактерій, інших мікроорганізмів або культура клітин, ізольована в певний час і в певному місці. Оскільки багато мікроорганізмів розмножуються бінарним розподілом (простий поділ клітини, властивий бактеріям) або мітозом (еукаріотичні мікроорганізми, такі, як гриби, водорості), без участі статевого процесу, по суті, види таких мікроорганізмів складаються з клональних ліній, генетично і морфологічно.

Клітинна стінка - оболонка клітини, розташована зовні від цитоплазматичної мембрани і виконує структурні, захисні та транспортні функції. Виявляється у більшості бактерій, архей, грибів та рослин.Тварини та багато найпростіших не мають клітинної стінки.

Аеро́би (від грец. αηρ — повітря і βιοζ — життя) — організми, які потребують вільного молекулярного кисню для процесів синтезу енергії, на відміну від анаеробів.

Пептидоглікан (також відомий як муреїн) — гетерополімер N-ацетилглюкозаміну і N-ацетилмурамової кислоти, зшитий через лактатні залишки N-ацетилмурамової кислоти короткими пептидними ланцюжками, що виконує важливі компоненти клітинної стінки бактерій. Характерний лише для бактерій (у клітинній стінці деяких архей є аналог - псевдопептидоглікан) і для глаукоцистофітових водоростей (міститься в ціанеллах).

Біоплівка - безліч (конгломерат) мікроорганізмів, розташованих на будь-якій поверхні, клітини яких прикріплені один до одного. Термін «біоплівка» визначається по-різному, але загалом можна сказати, що біоплівка — спільнота (колонія) мікроорганізмів, що володіє просторовою і метаболічною структурою.

Актиноміцети (устар. променисті грибки) (від актино- + міцети) - порядок бактерій, що мають здатність до формування на деяких стадіях розвитку міцелію, що розгалужується, яка проявляється у них в оптимальних для існування умовах. грибного міцелію тонкими нитками; 0,4-1,5 мкм. Актиноміцети мають кислотостійкий (англ.acid fast) тип клітинної стінки, яка забарвлюється за Грамом як грампозитивна.

Протеобактерії (лат. Proteobacteria) - найбільш численна група бактерій - 1534 виду або приблизно третина від усіх відомих видів бактерій.

Вірус (лат. virus — отрута) — неклітинний інфекційний агент, який може відтворюватися тільки всередині живих клітин. у присутності інших вірусів (віруси-сателіти).

Сальмонелли (лат. Salmonella) - рід неспороносних бактерій, що мають форму паличок (довжина 1-7 мкм, ширина близько 0,3-0,7 мкм). як правило, не ферментують лактозу та патогенні для людей і Інші тварини при пероральному введенні. Деякі види є збудниками черевного тифу, паратифів та інших сальмонельозів.

Капсула бактерій — поверхнева структура бактеріальних клітин, що залягає поверх клітинної стінки або зовнішньої мембрани і складається з екзополісахаридів. що складаються з однакових або різних мономерів.

Патоген (грец. παθογένεια; від πάθος «страждання» + γενετική «що породжує») — будь-який мікроорганізм (включаючи гриби, віруси, бактерії та ін.), а також особливий білок — пріон, здатний викликати патологічний стан (хвороба) .У загальному випадку під патогеном розуміють будь-який чинник довкілля, здатний викликати ушкодження будь-яких систем організму чи розвиток будь-яких захворювань. Патогенними мікроорганізмами називаються мікроорганізми, що паразитують (особливо бактерії.

Ентеробактерії (лат. Enterobacteriaceae) - велике сімейство бактерій, що включає такі відомі патогени як: сальмонели, кишкова паличка, чумна паличка і т.д. буд. За формою – палички довжиною 1-5 мкм. Як і інші протеобактерії, вони є грамнегативними.

Мікобактерії (лат. Mycobacterium) - рід актиноміцетів сімейства Mycobacteriaceae, деякі представники якого (наприклад, M. tuberculosis, M. leprae) патогенні для ссавців.

Синьогнійна паличка (лат. Pseudomonas aeruginosa) - вид грамнегативних рухливих паличкоподібних бактерій. Мешкає у воді, ґрунті, умовно патогенна для людини, збудник нозокоміальних інфекцій у людини. Лікування важко через високу стійкість до антибіотиків.

Холерний вібріон (лат. Vibrio cholerae) - вид грамнегативних факультативно анаеробних рухомих бактерій роду вібріонів. Відкритий Філіппо Пачіні в 1854 (що було проігноровано медиками через переважання серед італійських вчених теорії про зараження холерою міазмами через повітря) і названа ним Filippo Pacini bacillum. Вібріон був повторно і незалежно виявлений Робертом Кохом у 1883 році. Vibrio cholerae серогруп О1 та О139 є збудниками холери і віднесені до II групи патогенності.

Ентерококи (лат. Enterococcus) - рід бактерій сімейства Enterococcaceae. Грампозитивні коки, часто представлені парами (диплококи) або короткими ланцюжками, важко відрізняються від стрептококів за фізіологічними характеристиками.

Лізіс (грец.λύσις «поділ») — розчинення клітин та їх систем, у тому числі мікроорганізмів, під впливом різних агентів, наприклад, ферментів, бактеріолізинів, бактеріофагів, антибіотиків.

Віріон - повноцінна вірусна частка, що складається з нуклеїнової кислоти і капсиду (оболонки, що складається з білка і, рідше, ліпідів) і знаходиться поза живою клітиною. Віріони більшості вірусів не виявляють жодних ознак біологічної активності, поки не стикаються з клітиною-господарем, після чого утворюють комплекс «вірус-клітина», здатний жити і «виробляти» нові віріони. При зараженні клітини віріон або вводить у клітину-господаря лише свій геном (наприклад, бактеріофаги), або проникає у клітину.

Вірусна оболонка, або суперкапсид, - додаткова оболонка, що покриває капсид багатьох вірусів (у тому числі вірусу грипу та багатьох вірусів тварин).

Золотистий стафілокок (лат. Staphylococcus aureus) - вид кулястих грампозитивних бактерій з роду стафілококів. Приблизно 25-40% населення є постійними носіями цієї бактерії, яка може зберігатися на шкірних покривах та слизових оболонках верхніх дихальних шляхів.

Ліпополісахарид (ЛПС; англ. lipopolysaccharide) - макромолекула, що складається з полісахариду, ковалентно сполученого з ліпідом, основний компонент клітинної стінки грамнегативних бактерій.

Анаероби - організми, які отримують енергію за відсутності доступу кисню шляхом субстратного фосфорилювання, кінцеві продукти неповного окислення субстрату при цьому можуть бути окислені з отриманням більшої кількості енергії у вигляді АТФ у присутності кінцевого акцептора протонів організмами, що здійснюють окислювальне фосфори.

Спірохети (лат.Spirochaetales) - порядок бактерій з довгими (3-500 мкм) і тонкими (0,1-1,5 мкм) спірально (грец. σπειρα «завиток») закрученими (один і більше виток спіралі) клітинами.

Бета-лактамази (β-лактамази) - група бактеріальних ферментів, спрямованих на боротьбу з Бета-лактамними антибіотиками (пеніциліни, цефалоспорини та ін), що найбільш широко використовується класом речовин для антимікробної хіміотерапії. Ці ферменти відповідають за утворення більш поширеної стійкості бактерій до названих антибіотиків. Другим шляхом розвитку резистентності є зміна структури пеніцилінзв'язуючих білків, тобто білків, на які націлені бета-лактамні антибіотики.

Зовнішня бактеріальна мембрана, або назовні бактеріальна мембрана (англ. bacterial outer membrane) - біологічна мембрана, що розташовується поверх шару пептидоглікану у грамнегативних бактерій. За складом вона відрізняється від внутрішньої, клітинної мембрани. На її поверхні знаходяться ліпополісахариди, які є антигенами грамнегативних патогенних бактерій.

Плазміди (англ. plasmids) - невеликі молекули ДНК, фізично відокремлені від хромосом і здатні до автономної реплікації. Головним чином плазміди зустрічаються у бактерій, а також у деяких архей та еукаріотів (грибів та вищих рослин). Найчастіше плазміди є дволанцюжковими кільцевими молекулами. Незважаючи на здатність до розмноження, плазміди, як і віруси, не розглядаються як живі організми.

Сінна паличка (лат. Bacillus subtilis) - вид грампозитивних спороутворюючих аеробних грунтових бактерій. Спочатку були описані в 1835 Еренберг як Vibrio subtilis, в 1872 були перейменовані Коном в Bacillus subtilis.Назва «сінна паличка» вигляд отримав через те, що накопичувальні культури цього мікроорганізму одержують із сінного екстракту. Є продуцентом деяких поліпептидних антибіотиків, а також ферментів (амілази, протеази), які одержують промислово.

Факультативні анаероби - організми, енергетичні цикли яких проходять анаеробним шляхом, але здатні існувати при доступі кисню, на відміну від облігатних анаеробів, для яких кисень згубний.

Лізоці́м (англ. lysozyme, від др.-грец. λύσις — «розв'язування, розкладання» та ензим; КФ 3.2.1.17) — антибактеріальний агент, фермент класу гідролаз, що руйнує клітинні стінки бактерій гідролізом пептидоглікану (муреїну). Головним чином лізоцим одержують із білка курячих яєць. Також аналогічні ферменти містяться в організмах тварин, насамперед у місцях зіткнення з навколишнім середовищем — у слизовій оболонці шлунково-кишкового тракту, сльозової рідини, грудному молоці, слині, слизу носоглотки.

Гемофільна паличка, паличка Пфайффера, паличка інфлюенці (лат. Haemophilus influenzae) – вид грамнегативних нерухомих бактерій сімейства Pasteurellaceae. Спочатку описана 1892 року німецьким бактеріологом Ріхардом Пфайффером ( нім. Richard Pfeiffer, 1858—1945) як збудник інфлюєнцы (грипу). Перший вільноживучий організм, геном якого був повністю відсеквенований. Збудник так званої гемофільної інфекції у людини.

Архе́ї (лат. Archaea від др.-грец. ἀρχαῖος «одвічний, стародавній, первозданний, старий») — домен живих організмів (за тридоменною системою Карла Везе поряд з бактеріями та еукаріотами). Археї є одноклітинні мікроорганізми, що не мають ядра, а також будь-яких мембранних органел.

Актинобактерії (лат.Actinobacteria, від актино- + bacteria бактерії) - тип грампозитивних бактерій з високим вмістом гуаніну і цитозину, який включає як однойменний клас, так і 5 інших класів. за РНК, або з аналізу глутамінсинтетази.

Патогенність (від грец. πάθος - страждання, хвороба і γένεσις - виникнення, першоджерело) - здатність бути причиною (породжувати) патології (хвороби, відхилення від норми).

Стрептококи (лат. Streptococcus) - рід кулястих або овоидних аспорогенних (не утворюють суперечки) грампозитивних хемоорганотрофних факультативно-анаеробних бактерій з сімейства Streptococcaceae. Паразити тварин і людини.

Трансформація (англ. transformation) - процес поглинання бактеріальною клітиною молекули з зовнішнього середовища Для того, щоб бути здатною до трансформації, клітина повинна бути компетентною, тобто молекули ДНК повинні мати можливість проникнути в неї через клітинні покриви. біології та генетичної інженерії.

Стафілококи (лат. Staphylococcus, від др.-грец. σταφυλή - "гроно винограду" і κόκκος - "зерно, ягода") - рід бактерій сімейства Staphylococcaceae.

Пили, або фімбрії, або ворсинки - ниткоподібні білкові структури, розташовані на поверхні клітин багатьох бактерій.Пили беруть участь у передачі генетичного матеріалу між бактеріальними клітинами (кон'югація), прикріпленні бактерій до субстрату та інших клітин, відповідають за адаптацію організмів, служать місцями прикріплення багатьох бактеріофагів.

Ендоспори - покоїться, в основному нездатні до розмноження форми (деякі Anaerobacter здатні до утворення 7 ендоспор з однієї клітини і можуть розмножуватися з їх допомогою), що утворюються деякими (виключно грампозитивними) бактеріями типу фірмікут. Ендоспори утворюються в результаті вп'ячування всередину клітини частини її власної цитоплазми. Утворення ендоспор запускається при нестачі поживних речовин із метою пережити несприятливий період. Коли умови середовища покращуються, суперечка проростає.

Ротавіруси (лат. Rotavirus) - рід вірусів з двониткової сегментованої РНК, що належить до сімейства реовірусів (Reoviridae), збудники ротавірусної інфекції.

Глікопротеїни (устар. глікопротеїди) - це двокомпонентні білки, в яких білкова (пептидна) частина молекули ковалентно з'єднана з однією або декількома групами гетероолігосахаридів. Крім глікопротеїнів існують також протеоглікани та глікозаміноглікани.

Трансдукція (від лат. transductio - Переміщення) - процес перенесення бактеріальної ДНК з однієї клітини в іншу бактеріофагом. Загальна трансдукція використовується у генетиці бактерій для картування геному. До трансдукції здатні як помірні фаги, так і вірулентні, останні проте знищують популяцію бактерій, тому трансдукція з їх допомогою не має великого значення ні в природі, ні при проведенні досліджень.

Грамнегативні та грампозитивні бактерії

Грамоотрицательні і грампозитивні бактерії, бактерії, що відрізняються структурою клітинної стінки і, відповідно, властивостями фарбування за Грамом. Грампозитивні бактерії мають товстий шар пептидоглікану, забарвлюються у фіолетовий колір за Грамом, а також утворюють більш міцні біоплівки. Грамнегативні бактерії мають тонкий шар пептидоглікану, забарвлюються в рожевий або червоний колір за Грамом, а також більш стійкі до антибіотиків. Незважаючи на ці відмінності, грампозитивні та грамнегативні бактерії мають багато спільних рис і тісно пов'язані в еволюційному плані.

Структура клітинних стінок та забарвлення за Грамом

Пептидоглікановий шар клітинної стінки грампозитивних бактерій значно товщі, ніж у грамнегативних бактерій, і становить до 90% маси клітинної стінки. Цей товстий шар надає клітинній стінці характерної жорсткості, а також робить грампозитивні бактерії більш стійкими до певних типів антибіотиків. Крім пептидоглікану клітинна стінка грампозитивних бактерій містить інші компоненти, такі як тейхоєві кислоти та ліпотейхоєві кислоти, які ковалентно пов'язані з пептидогліканом. Ці молекули виконують важливі функції, наприклад, модулюють проникність клітинної мембрани, полегшують прикріплення до поверхонь і служать імуногенними молекулами.

Будова клітинної стінки грампозитивних бактерій. Будова клітинної стінки грампозитивних бактерій. На відміну від грампозитивних бактерій, клітинна стінка грамнегативних бактерій є складною структурою, що складається з декількох шарів.Зовнішній шар - це зовнішня мембрана, яка складається з ліпополісахаридів (ЛПС) та фосфоліпідів. Шар ЛПС клітинної стінки грамнегативних бактерій складається з трьох шарів: шару ліпіду А, який прикріплює ЛПС до зовнішньої мембрани, ядра полісахариду і шару О-антигену , який являє собою повторювану молекулу цукру, що різниться у різних бактеріальних штамів . Під зовнішньою мембраною знаходиться тонкий шар пептидоглікану, який набагато тонший, ніж у грампозитивних бактерій. Він становить лише близько 10% маси клітинної стінки. Простір між зовнішньою мембраною та шаром пептидоглікану грамнегативних бактерій називається периплазматичним простором, який містить безліч ферментів та транспортних систем, що беруть участь у різних клітинних процесах.

Будова клітинної стінки грамнегативних бактерій. Будова клітинної стінки грамнегативних бактерій. При фарбуванні за Грамом грампозитивних бактерій товстий шар пептидоглікану зберігає забарвлення кристалічним фіолетовим (бактерії мають фіолетовий або темно-синій колір). Навпаки, тонкий пептидоглікановий шар грамнегативних бактерій не забарвлюється кристалічним фіолетовим, тому вони контрастно забарвлюються сафраніном (червоним барвником). Сафранін забарвлює цитоплазму грамнегативних бактерій, роблячи їх рожевими чи червоними.

Патогенність та стійкість до антибіотиків

Як грампозитивні, так і грамнегативні бактерії можуть викликати широкий спектр інфекційних захворювань у людей та тварин, від легень до важких і навіть небезпечних для життя.

Деякі приклади патогенних грампозитивних бактерій включають золотистий стафілокок, пневмокок і вид. Clostridium difficile, які можуть викликати ряд інфекцій, таких як інфекції шкіри, пневмонія та шлунково-кишкові інфекції. Salmonella enterica і Pseudomonas aeruginosa, які можуть викликати інфекції сечовивідних шляхів, сепсис та пневмонію.

Як грампозитивні, так і грамнегативні бактерії можуть розвивати стійкість до антибіотиків. бактерій є комплекси-насоси, які можуть викачувати антибіотики з клітини, що ще більше знижує ефективність препаратів. Klebsiella pneumoniae і Acinetobacter baumannii.

Грампозитивні бактерії також можуть розвивати стійкість до антибіотиків за допомогою різних механізмів, включаючи вироблення ферментів, що інактивують антибіотики. Enterococcus faecalis і Enterococcus faecium (у тому числі ванкоміцин-резистентні ентерококи, або VRE) та пневмокок.

Обмін інформацією між бактеріями та формування біоплівок

Як грампозитивні, так і грамнегативні бактерії можуть використовувати почуття кворуму для регуляції різних здібностей, включаючи вірулентність, утворення біоплівок та стійкість до антибіотиків.

І грамнегативні, і грампозитивні бактерії використовують цей тип зв'язку, хоча використовувані ними сигнальні молекули (аутоіндуктори) різняться між обома групами: грамнегативні бактерії використовують переважно молекули N-ацил-гомосерин-лактон (АГЛ) (аутоіндуктори), тоді як грампозитивні бактерії використовують переважно пептиди (аутоіндукторні пептиди (АІП) або пептиди, що визначають кворум). Ці молекули секретуються бактеріями і виявляються мембранозв'язаними сенсорними кіназами . є добре відомим прикладом почуття кворуму у грампозитивних бактерій

Хоча механізми визначення кворуму у грампозитивних і грамнегативних бактерій різняться, основні принципи схожі.

Грампозитивні бактерії мають тенденцію утворювати міцніші біоплівки, ніж грамнегативні бактерії, частково через їх товсту пептидогліканову клітинну стінку і продукцію позаклітинних полісахаридів. Staphylococcus aureus, Streptococcus mutans і Bacillus subtilis.

Грамнегативні бактерії часто утворюють тонші біоплівки, які легше руйнуються факторами навколишнього середовища. Однак також було показано, що грамнегативні бактерії утворюють більш складні та гетерогенні біоплівки, почасти через їхню здатність продукувати позаклітинну ДНК. Приклади грамнегативних бактерій, які утворюють біоплівки, включають кишкову паличку, холерний вібріон та вид Pseudomonas aeruginosa.

Еволюційні відмінності

Одна з теорій про походження грампозитивних і грамнегативних бактерій передбачає, що вони походять від загального предка, який жив понад 2,5 млрд. років тому. Цей предок, ймовірно, був простим одноклітинним організмом, у якого були відсутні багато складних рис, притаманні сучасним бактеріям, такі як клітинна стінка або складні регуляторні системи.

Згодом ця бактерія дала початок безлічі різноманітних нащадків: одні з них еволюціонували в грампозитивні бактерії, які ми бачимо сьогодні, а інші еволюціонували в грамнегативні бактерії. Вважається, що еволюція клітинної стінки була ключовою подією в цій розбіжності.

Інша теорія каже, що ранні бактерії були грамнегативними, з простою клітинною стінкою, що складається з тонкого шару пептидоглікану, оточеного клітинною мембраною. Згодом у деяких бактерій розвинулися складніші клітинні стінки з більш товстими шарами пептидоглікану, що призвело до появи грампозитивних бактерій.

Грамнегативні бактерії згодом розвинули зовнішню мембрану, яка дала їм додатковий захист від факторів навколишнього середовища і дозволила колонізувати ширший діапазон довкілля.

Опубліковано 19 червня 2023 р. о 12:40 (GMT+3).Останнє оновлення 19 червня 2023 р. о 12:40 (GMT+3) Зв'язатися з редакцією

Грампозитивні та грамнегативні бактерії

Це змішана культура грамнегативної кишкової палички (червоно-оранжева) та грампозитивного золотистого стафілокока (синьо-фіолетова), пофарбована методом фарбування за Грамом.

Майкл Р. Франциско/Flickr/CC BY-SA 2.0

Більшість бактерій поділяються на дві великі категорії: грампозитивні та грамнегативні. Гансом Крістіаном Грамом , ідентифікує бактерії на основі реакції їх клітинних стінок на певні барвники та хімічні речовини

Відмінності між грампозитивними і грамнегативними бактеріями в першу чергу пов'язані зі складом їх клітинної стінки. пептидоглікан або муреїн. Ці бактерії забарвлюються в пурпуровий колір після фарбування по Граму. Грамнегативні бактерії.

Грампозитивні бактерії

Клітинні стінки грампозитивних бактерій Структурно відрізняються від клітинних стінок грамнегативних бактерій. Пептидоглікан являє собою макромолекулу, що складається з цукрів і амінокислот, структурно зібраних подібно до тканого матеріалу.Компонент аміносахара складається з молекул, що чергуються. N-ацетилглюкозаміну (NAG) і N-ацетилмурамової кислоти (NAM) . Ці молекули пошиті разом короткими пептидами, які допомагають надати пептидогліканам міцність та структуру. Пептидоглікан забезпечує захист бактерій та визначає їх форму.

На цьому зображенні показаний склад клітинної стінки грампозитивних бактерій. CNX OpenStax/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

Грампозитивна клітинна стінка має кілька шарів пептидоглікану. Товсті шари пептидоглікану допомагають підтримувати клітинну мембрану і забезпечують місце для прикріплення інших молекул. Товсті шари також дозволяють грампозитивним бактеріям утримувати більшу частину кристалічного фіолетового барвника під час фарбування за Грамом, що робить їх пурпуровими. Грампозитивні клітинні стінки також містять ланцюги тейхоєвої кислоти , які простягаються від плазматичної мембрани через пептидогліканову клітинну стінку Ці сахаросодержащие полімери допомагають підтримувати форму клітин і відіграють роль правильному розподілі клітин. Тейхоєва кислота допомагає деяким грампозитивним бактеріям заражати клітини та викликати захворювання.

Деякі грампозитивні бактерії мають у своїх клітинних стінках додатковий компонент. міколову кислоту . Міколінові кислоти утворюють зовнішній восковий шар, який забезпечує додатковий захист від мікобактерій, таких як Mycobacterium tuberculosis. Грампозитивні бактерії з міколовою кислотою також називають кислотостійкими бактеріями, тому що вони вимагають спеціального методу фарбування, відомого як кислотостійке фарбування для спостереження під мікроскопом.

Патогенні грампозитивні бактерії викликають захворювання на секрецію токсичних білків, відомих як екзотоксин. Екзотоксин синтезуються всередині прокаріотичної клітини та виділяються назовні клітини. Вони характерні для певних бактеріальних плям і можуть викликати серйозні ушкодження органів та тканин організму. Деякі грамнегативні бактерії також продукують екзотоксин.

грампозитивні коки

Грампозитивні коки відносяться до грампозитивних бактерій сферичної форми. Два роди грампозитивних коків, відомих своєю роллю як патогени людини, — це Staphylococcus і Streptococcus . Стафілококи мають сферичну форму, які клітини після поділу утворюють скупчення. Клітини стрептокока після поділу виглядають як довгі ланцюжки клітин. Приклади грампозитивних коків, що колонізують шкіру, включають Staphylococcus epidermidis , Staphylococcus aureus і Streptococcus pyogenes .

Staphylococcus aureus - це грампозитивні кокові (круглі) бактерії, які виявляються на шкірі та слизових оболонках людини та багатьох тварин. Бактерії зазвичай нешкідливі, але інфекції можуть виникати на пошкодженій шкірі або в закупорених потових або сальних залозах, що призводить до появи фурункулів, пустул та абсцесів. Пол Ганнінг / Science Photo Library / Getty Images

Хоча всі три є частиною нормальної мікробіоти людини, за певних умов можуть викликати захворювання. Staphylococcus epidermidis утворює товсті біоплівки та може викликати інфекції, пов'язані з імплантованими медичними пристроями.  Деякі штами Staphylococcus aureus, такі як метицилін-резистентний Staphylococcus aureus (MRSA), стали стійкими до антибіотиків і можуть призвести до розвитку серйозних захворювань   . може викликати гострий фарингіт, скарлатину та м'ясоїдне захворювання.  

Грамнегативні бактерії

Як і грампозитивні бактерії, клітинна стінка грамнегативних Бактерій складається з пептидоглікану. Однак пептидоглікан є одним тонким шаром у порівнянні з товстими шарами в грампозитивних клітинах. Цей тонкий шар не зберігає вихідний барвник кристалічний фіолетовий, але набуває рожевого кольору контрастного барвника при фарбуванні за Грамом. Структура клітинної стінки грамнегативних бактерій складніша, ніж у грампозитивних бактерій. Між плазматичною мембраною та тонким шаром пептидоглікану розташований гелеподібний матрикс, званий периплазматичним простором. На відміну від грампозитивних бактерій, грамнегативні бактерії мають зовнішній мембранний шар, що знаходиться зовні від пептидогліканової клітинної стінки. Мембранні білки, муреїнові ліпопротеїни прикріплюють зовнішню мембрану до клітинної стінки.

На цьому зображенні показаний склад клітинної стінки грамнегативних бактерій. CNX OpenStax/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

Ще однією унікальною характеристикою грамнегативних бактерій є наявність молекул ліпополісахариду (ЛПС) на зовнішній мембрані. ЛПС є великим гліколіпідним комплексом, який захищає бактерії від шкідливих речовин у навколишньому середовищі.Це також бактеріальний токсин (ендотоксин), який може викликати запалення та септичний шок у людей при попаданні в кров.   ЛПС складається з трьох компонентів: ліпід А, основний полісахарид та О-антиген. Компонент ліпіда А прикріплює ЛПС до зовнішньої мембрани. До ліпіду А приєднано основний полісахарид. Він розташований між компонентом ліпіду А та О-антигеном. О- антиген компонент прикріплюється до основного полісахариду та різниться між видами бактерій. Його можна використовувати виявлення конкретних штамів шкідливих бактерій.

Грамнегативні коки

Грамнегативні коки відносяться до грамнегативних бактерій сферичної форми. Бактерії роду Neisseria є прикладами грамнегативних коків, які викликають захворювання у людей. Neisseria meningitidis є диплококом, що означає, що його сферичні клітини залишаються парами після клітинного поділу. Neisseria meningitidis викликає бактеріальний менінгіт, а також може викликати септицемію та шок.  

Neisseria meningitidis - сферичні грамнегативні бактерії, що викликають менінгіт у людини. Бактерії зазвичай зустрічаються парами, кожна з яких увігнута на стороні, зверненій до партнера. Агентство з охорони здоров'я / Наукова фотобібліотека / Getty Images

Інша бактерія диплокока, N. gonorrhoeae є збудником гонореї, що передається статевим шляхом. Moraxella catarrhalis - грамнегативний диплокок, що викликає вушні інфекції у дітей, інфекції верхніх дихальних шляхів, ендокардит і менінгіт.   

Грамнегативні коккобацили мають форму бактерій, яка знаходиться між сферичною та паличкоподібною. Бактерії роду Haemophilus та Acinetobacter є коккобацилами, що викликають серйозні інфекції. Haemophilus influenzae може викликати менінгіт, інфекції носових пазух та пневмонію. 

Ключові моменти: грампозитивні та грамнегативні бактерії

• Більшість бактерій можна розділити на грампозитивні та грамнегативні.
• Грампозитивні бактерії мають клітинні стінки, які з товстих шарів пептидоглікану.
• Грампозитивні клітини забарвлюються у фіолетовий колір при фарбуванні за Грамом.
• Грамнегативні бактерії мають клітинні стінки з тонким шаром пептидоглікану.
• Грамнегативні бактерії забарвлюються в рожевий колір при фарбуванні за Грамом.
• У той час як грампозитивні та грамнегативні бактерії продукують екзотоксин, тільки грамнегативні бактерії продукують ендотоксини.

Додаткові посилання

• Сілхаві, Т.Дж та ін. «Оболонка бактеріальної клітини». Перспективи Колд-Спрінг-Харбор у біології , том. 2, ні.
• Свобода, Джонатан Г. та ін. «Функція тейхоєвої кислоти стінки, біосинтез та інгібування». ChemBioChem , vol. 11, ні. 1, червень 2009 р., стор.

1. Хатун, Зохра та ін. «Формування бактеріальної біоплівки на приладах, що імплантуються, та підходи до її лікування та профілактики». Геліон , том. 4, ні.
2. «Метицилін-резистентний золотистий стафілокок (MRSA)».
3. «Стрептококова інфекція групи А (GAS)».
4. Адамік, Барбара та ін. «Елімінація ендотоксинів у пацієнтів із септичним шоком: наглядове дослідження». Archivum Immunologiae Et Therapiae Experimentalis , Vol. 63, ні. 6, грудень 2015 р., стор. 475-483., doi: 10.1007/s00005-015-0348-8
5. Курей, М., та співавт. «Патогенез менінгококцемії». Перспективи Колд-Спрінг-Харбор у медицині , Том. 3, ні. 6 червня 2013 р., doi:10.1101/cshperspect.a012393
6. «Гонорея – інформаційний бюлетень CDC (докладна версія)». Центри з контролю та профілактики захворювань.
7. Бернхард, Сара та ін. «Молекулярний патогенез інфекцій, спричинених Moraxella catarrhalis у дітей». Swiss Medical Weekly , 29 жовтня 2012 р., doi:10.4414/smw.2012.13694
8. Ойконому, Катерина та ін. «Haemophilus influenzae серотип f ендокардит та септичний артрит». IDCases , Том. 9, 2017, стор. 79-81., doi: 10.1016 / j.idcr.2017.06.008
9. «Ацинетобактерії у медичних закладах». Центри з контролю та профілактики захворювань.