Gram-pozitivní vs. gram-negativní bakterie

Dánský vědec Hans Christian Gram vymyslel způsob, jak rozlišit dva typy bakterií na základě strukturálních rozdílů v jejich buněčných stěnách. Ve své zkoušce tak činí bakterie, které si uchovávají křišťálově fialové barvivo, kvůli silné vrstvě peptidoglykanu a nazývají se Gram-pozitivní bakterie. V porovnání, Gramnegativní bakterie nezachovávejte fialové barvivo a jsou zbarveny červeně nebo růžově. Ve srovnání s grampozitivními bakteriemi jsou gramnegativní bakterie odolnější vůči protilátkám díky jejich neproniknutelné buněčné stěně. Tyto bakterie mají širokou škálu aplikací od lékařského ošetření až po průmyslové použití a výrobu švýcarských sýrů.

Srovnávací tabulka

Gram-negativní bakterie versus gram-pozitivní bakteriální srovnávací tabulka

	Gramnegativní bakterie	Gram-pozitivní bakterie
Gramova reakce	Lze odbarvit, aby bylo možné přijmout zbarvení čítače (Safranin nebo Fuchsine); skvrny červené nebo růžové, nezachovávají Gramovo skvrny, když jsou promyty absolutním alkoholem a acetonem.	Ponechte si křišťálově fialové barvivo a skvrnu tmavě fialovou nebo fialovou, zůstanou zbarveny modře nebo fialově s gramovým skvrnami, když jsou omyty absolutním alkoholem a vodou.
Peptidoglykanová vrstva	Tenké (jednovrstvé)	Silný (vícevrstvý)
Kyseliny teichoové	Absent	Přítomen v mnoha
Periplazmatický prostor	současnost, dárek	Absent
Vnější membrána	Současnost, dárek	Absent
Obsah lipopolysacharidů (LPS)	Vysoký	Prakticky žádný
Obsah lipidů a lipoproteinů	Vysoká (kvůli přítomnosti vnější membrány)	Nízké (kyselinovzdorné bakterie mají lipidy spojené s peptidoglykanem)
Bičíková struktura	4 prsteny v bazálním těle	2 prsteny v bazálním těle
Vyprodukované toxiny	Primárně endotoxiny	Primárně exotoxiny
Odolnost proti fyzickému narušení	Nízký	Vysoký
Inhibice základními barvivy	Nízký	Vysoký
Citlivost na aniontové detergenty	Nízký	Vysoký
Odolnost proti azidu sodnému	Nízký	Vysoký
Odolnost proti sušení	Nízký	Vysoký
Složení buněčné stěny	Buněčná stěna je tlustá 70-120 Á (ångström); dvouvrstvý. Obsah lipidů je 20-30% (vysoký), obsah mureinu je 10-20% (nízký).	Tloušťka buněčné stěny je 100-120 Á; jednovrstvý. Obsah lipidů v buněčné stěně je nízký, zatímco obsah Mureinu je 70-80% (vyšší).
Mesosome	Mesosome je méně prominentní.	Mezosome je výraznější.
Odolnost proti antibiotikům	Odolnější vůči antibiotikům.	Náchylnější k antibiotikům

Obsah: Gram-pozitivní vs. Gram-negativní bakterie

• 1 Barvení a identifikace
• 2 Patogeneze u lidí
• 3 gramové pozitivní Cocci
• 4 Komerční použití nepatogenních grampozitivních bakterií
• 5 Gram-indeterminát a gram-variabilní bakterie
• 6 Reference

Barvení a identifikace

Mikroskopický pohled na zubní plak, ukazující grampozitivní (fialové) a negativní (červené) bakterie

Při testu barvení podle Grama se bakterie promyjí odbarvovacím roztokem po obarvení krystalovou fialovou. Po přidání kontrastního barviva, jako je safranin nebo fuchsin, po promytí jsou gramnegativní bakterie zbarveny červeně nebo růžově, zatímco grampozitivní bakterie si zachovávají své křišťálově fialové barvivo.

To je způsobeno rozdílem ve struktuře jejich bakteriální buněčné stěny. Gram-pozitivní bakterie nemají v gram-negativních bakteriích vnější membránu buněk. Buněčná stěna gram-pozitivních bakterií má vysoký obsah peptidoglykanu, který je zodpovědný za udržení krystalové violetové barvy.

Grampozitivní a negativní bakterie se liší především strukturou buněčných stěn

Následující videa ukazují barvení grampozitivních a negativních bakterií.

Patogeneze u lidí

Grampozitivní i gramnegativní bakterie mohou být patogenní (viz seznam patogenních bakterií). Je známo, že u lidí způsobuje onemocnění šest gramů pozitivních bakterií: Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Listeria, Bacillus a Clostridium. Další 3 příčiny onemocnění rostlin: Rathybacter, Leifsonia a Clavibacter.

Mnoho gramnegativních bakterií je také patogenních, např. Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis a Yersinia pestis. Gramnegativní bakterie jsou také odolnější vůči antibiotikům, protože jejich vnější membrána obsahuje komplexní lipopolysacharid (LPS), jehož lipidová část působí jako endotoxin. Oni také vyvinou odpor dříve:

Spousta gramnegativních bakterií, které vycházejí z krabice, pokud chcete, jsou rezistentní na řadu důležitých antibiotik, která bychom mohli použít k jejich léčbě. Mluvíme o agentech se jmény jako Acinetobacter, Pseudomonas, E. coli. Jedná se o bakterie, které historicky odvedly velmi dobrou práci s velmi rychle se rozvíjející rezistencí na antibiotika. Mají spoustu triků v rukávech pro rozvoj rezistence na antibiotika, takže jsou skupinou činitelů, která se rychle stanou rezistentními, mohou představovat hlavní výzvy rezistence. A to, co jsme viděli za poslední desetiletí, je to, že se tyto gramnegativní látky stávají velmi rychle odolnější vůči všem agentům, které máme k dispozici pro jejich léčení.

Větší odolnost gramnegativních bakterií se týká i nově objevené třídy antibiotik, která byla ohlášena začátkem roku 2015 po desetiletí trvajícím suchu nových antibiotik. Tato léčiva pravděpodobně nebudou působit na gramnegativní bakterie.

Struktura grampozitivní bakteriální buňky.

Gram pozitivní Cocci

Bakterie jsou klasifikovány na základě jejich buněčného tvaru do bacilů (ve tvaru tyčinky) a koků (ve tvaru koule). Mezi typické grampozitivní skvrny patří (obrázky):

• Klastry: obvykle charakteristické pro Stafylokok, jako je S. aureus
• Řetězec: obvykle charakteristický pro Streptococcus, jako je S. pneumoniae, streptokoky skupiny B
• Tetrad: obvykle charakteristický pro Mikrokokus.

Grampozitivní bacily bývají silné, tenké nebo větvené.

Komerční využití nepatogenních grampozitivních bakterií

Mnoho streptokokových druhů je nepatogenních a tvoří součást komensálního lidského mikrobiomu v ústech, kůži, střevech a horních cestách dýchacích. Jsou také nezbytnou složkou při výrobě sýra Emmentaler (švýcarský).

Nepatogenní druhy korynebaktérií se používají v průmyslové produkci aminokyselin, nukleotidů, biokonverzi steroidů, degradaci uhlovodíků, stárnutí sýrů, produkci enzymů atd..

Mnoho druhů Bacillus je schopno vylučovat velké množství enzymů.

• Bacillus amyloliquefaciens je zdrojem přirozené antibiotické proteinové barnasy (ribonukleáza), alfa amylázy používané při hydrolýze škrobu, proteázového subtilisinu používaného s detergenty a restrikčního enzymu BamH1 použitého při výzkumu DNA.
• C. thermocellum může využívat lignocelulózový odpad a vytvářet ethanol, což z něj činí možného kandidáta pro použití při výrobě ethanolového paliva. Je anaerobní a je termofilní, což snižuje náklady na chlazení.
• C. acetobutylicum, také známý jako organismus Weizmann, poprvé použil Chaim Weizmann k výrobě acetonu a biobutanolu ze škrobu v roce 1916 pro výrobu střelného prachu a TNT.
• C. botulinum produkuje potenciálně smrtící neurotoxin, který se používá ve zředěné formě v léku Botox. Používá se také k léčbě spastické torticollis a poskytuje úlevu po dobu přibližně 12 až 16 týdnů.

Anaerobní bakterie C. ljungdahlii může produkovat ethanol z jediného zdroje uhlíku, včetně syntézního plynu, směsi oxidu uhelnatého a vodíku, který může být generován částečným spalováním fosilních paliv nebo biomasy..

Gram-indeterminát a gram-variabilní bakterie

Ne všechny bakterie lze spolehlivě klasifikovat Gramovým barvením. Například kyselinově rychlé bakterie nebo Gram-variabilní nereagují na Gramovo barvení.

Reference

• Srovnávací charakteristiky grampozitivních a gramnegativních bakterií - Univ. z Marylandu
• Gram-pozitivní bakterie - obrázky typických vzorů skvrn - Univ. z Pensylvánie
• wikipedia: Gram-negativní bakterie
• wikipedia: Gram-pozitivní bakterie
• wikipedia: Gramovo barvení