Gram Positive vs. Gram Negative Bacteria

De flesta bakterier klassificeras i två breda kategorier: Gram-positiv och Gram-negativ. Dessa kategorier är baserade på deras cellväggssammansättning och reaktion på Gram-fläcktestet. Gram-färgningsmetoden, utvecklad av Hans Christian Gram, identifierar bakterier baserade på deras cellväggers reaktion på vissa färgämnen och kemikalier.

Skillnaderna mellan Gram-positiva och Gram-negativa bakterier är främst relaterade till deras cellväggssammansättning. Grampositiva bakterier har cellväggar som huvudsakligen består av ett ämne som är unikt för bakterier känd som peptidoglykan, eller murein. Dessa bakterier fläckar lila efter Gram-färgning. Gramnegativa bakterier har cellväggar med endast ett tunt lager peptidoglykan och ett yttre membran med en lipopolysackaridkomponent som inte finns i Gram-positiva bakterier. Gramnegativa bakterier fläckar röd eller rosa efter Gramfärgning.

Gram Positiva bakterier

Cellväggarna i Gram positiva bakterier skiljer sig strukturellt från cellväggarna hos Gram-negativa bakterier. Den primära komponenten i bakteriecellväggar är peptidoglykan. peptidoglykan är en makromolekyl som består av sockerarter och aminosyror som är sammansatta strukturellt som vävt material. Aminosockerkomponenten består av växlande molekyler av N-acetylglukosamin (NAG) och N-acetylmuraminsyra (NAM). Dessa molekyler tvärbinds samman av korta peptider som hjälper till att ge peptidoglykan styrka och struktur. Peptidoglycan ger skydd för bakterier och definierar deras form.

Denna bild visar cellväggssammansättningen för Gram-positiva bakterier. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

Den Gram-positiva cellväggen har flera lager av peptidoglykan. De tjocka skikten av peptidoglykan hjälper till att stödja cellmembranet och ger en plats för fästning för andra molekyler. De tjocka skikten gör det också möjligt för Gram-positiva bakterier att behålla det mesta av det kristallfärgade färgämnet under Gram-färgning vilket gör att de verkar lila. Gram-positiva cellväggar innehåller också kedjor av teikosyra som sträcker sig från plasmamembranet genom peptidoglykancellväggen. Dessa sockerinnehållande polymerer hjälper till att bibehålla cellform och spelar en roll i rätt celldelning. Teikosyra hjälper vissa Gram-positiva bakterier att infektera celler och orsaka sjukdom.

Vissa Gram-positiva bakterier har en ytterligare komponent, mykolsyra, i deras cellväggar. Mykolsyror producerar ett vaxartat yttre lager som ger ytterligare skydd för mykobakterier, t.ex. Mycobacterium tuberculosis. Grampositiva bakterier med mykolsyra kallas också syrasnabba bakterier eftersom de kräver en speciell färgningsmetod, känd som syrasnabbfärgning, för mikroskopobservation.

Patogena Gram-positiva bakterier orsakar sjukdom genom utsöndring av toxiska proteiner kända som exotoxiner. exotoxiner syntetiseras i den prokaryota cellen och släpps in i utsidan av cellen. De är specifika för vissa bakteriefläckor och kan orsaka allvarliga skador på kroppens organ och vävnader. Vissa gramnegativa bakterier producerar också exotoxiner.

Gram Positive Cocci

Gram positiva cocci hänvisar till Gram-positiva bakterier som är sfäriskt formade. Två släkter av Gram-positiva kockor som noterats för sin roll som mänskliga patogener är Stafylokock och Streptokock. Staphylococcus har en sfärisk form och deras celler visas i kluster efter att de har delats upp. Streptococcus-celler visas som långa kedjor av celler efter delning. Exempel på Gram-positiva kockar som koloniserar huden inkluderar Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, och Streptococcus pyogenes.

Staphylococcus aureus är en Gram-positiv coccus (rund) bakterie som finns på huden och slemhinnorna hos människor och många djur. Bakterierna är vanligtvis ofarliga, men infektioner kan uppstå på trasig hud eller inom en blockerad svett eller sebaceous körtlar, vilket kan resultera i kokar, pustler och abscesser. Paul Gunning / Science Photo Library / Getty Images

Samtidigt som alla tre är en del av den normala mänskliga mikrobiota, kan de orsaka sjukdom under vissa förhållanden. Staphylococcus epidermidis bildar tjocka biofilmer och kan orsaka infektioner associerade med implanterad medicinsk utrustning. Vissa Staphylococcus aureus-stammar, såsom meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA), har blivit resistenta mot antibiotika och kan leda till utveckling av allvarlig sjukdom. Streptococcus pyogenes kan orsaka strep hals, skarlagnsfeber, blodförgiftning och köttätande sjukdom.

Gram negativa bakterier

Som Gram-positiva bakterier, Gram negativ bakteriecellvägg består av peptidoglycan. Peptidoglycan är emellertid ett enda tunt lager jämfört med de tjocka skikten i Gram-positiva celler. Detta tunna skikt bibehåller inte det ursprungliga kristallfärgade färgämnet men tar upp den rosa färgen på valsen under gramfärgning. Cellväggstrukturen för Gram-negativa bakterier är mer komplex än den för Gram-positiva bakterier. Mellan plasmamembranet och det tunna peptidoglykanskiktet ligger en gelliknande matris som kallas periplasmiskt utrymme. Till skillnad från i Gram-positiva bakterier, har Gram-negativa bakterier en yttre membran skikt som är externt till peptidoglykancellväggen. Membranproteiner, mureinlipoproteiner fäster det yttre membranet till cellväggen.

Denna bild visar cellväggssammansättningen för Gram-negativa bakterier. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

En annan unik egenskap hos Gram-negativa bakterier är förekomsten av lipopolysackarid (LPS) molekyler på det yttre membranet. LPS är ett stort glykolipidkomplex som skyddar bakterier från skadliga ämnen i deras miljö. Det är också ett bakterietoxin (endotoxin) som kan orsaka inflammation och septisk chock hos människor om det kommer in i blodet. Det finns tre komponenter i LPS: Lipid A, en kärnpolysackarid och ett O-antigen. De lipid A komponent fäster LPS till det yttre membranet. Fäst vid lipiden A är kärnpolysackarid. Det är beläget mellan lipid A-komponenten och O-antigenet. De O antigen komponenten är fäst vid kärnpolysackariden och skiljer sig mellan bakteriearter. Det kan användas för att identifiera specifika stammar av skadliga bakterier.

Gram Negative Cocci

Gram negativa cocci hänvisar till Gram-negativa bakterier som är sfäriskt formade. Bakterier av släktet Neisseria är exempel på Gram-negativa kockar som orsakar sjukdom hos människor. Neisseria meningitidis är diplococcus, vilket innebär att dess sfäriska celler förblir parvis efter celldelning. Neisseria meningitidis orsakar bakteriell meningit och kan också orsaka septikemi och chock.

Neisseria meningitidis är sfäriska, gramnegativa bakterier som orsakar hjärnhinneinflammation hos människor. Bakterierna ses vanligtvis parvis, var och en konkav på den sida som vetter mot sin partner. Health Protection Agency / Science Photo Library / Getty Images

En annan diplococcus-bakterie, N. gonorrhoeae, är den patogen som ansvarar för den sexuellt överförda sjukdomen gonorré. Moraxella catarrhalis är en Gram negativ diplococcus som orsakar öroninfektioner hos barn, infektioner i övre luftvägarna, endokardit och meningit.

Gram negativ coccobacillus-bakterier har bakterieformer som är mellan sfäriska och stavformade. Bakterier av släktet Haemophilus och Acinetobacter är coccobacilli som orsakar allvarliga infektioner. Haemophilus influenzae kan orsaka hjärnhinneinflammation, bihåleinfektioner och lunginflammation. Acinetobacter-arter orsakar lunginflammation och sårinfektioner.

Viktiga punkter: Gram Positive vs. Gram Negative Bacteria

• De flesta bakterier kan i stort sett klassificeras som Gram-positiva eller Gram-negativa.
• Grampositiva bakterier har cellväggar som består av tjocka lager av peptidoglykan.
• Gram-positiva celler färgar lila när de utsätts för en Gram-färgprocedur.
• Gramnegativa bakterier har cellväggar med ett tunt lager peptidoglykan. Cellväggen inkluderar också ett yttre membran med lipopolysackarid (LPS) molekyler fästa.
• Gram-negativa bakterier fläckar rosa när de utsätts för en Gram-fläckprocedur.
• Medan både Gram-positiva och Gram-negativa bakterier producerar exotoxiner producerar endast Gram-negativa bakterier endotoxiner.

källor

• Silhavy, T. J., et al. "Bakteriecellens kuvert." Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, vol. 2, nej. 5, 2010, doi: 10.1101 / cshperspect.a000414.
• Swoboda, Jonathan G., et al. "Väggteikoinsyrafunktion, biosyntes och hämning." ChemBioChem, vol. 11, nej. 1 juni 2009, s. 35-45., Doi: 10.1002 / cbic.200900557.