Grampositive vs. gramnegative Bakterien

Die meisten Bakterien werden in zwei große Kategorien eingeteilt: grampositiv und gramnegativ. Diese Kategorien basieren auf ihrer Zellwandzusammensetzung und der Reaktion auf den Gram-Färbetest. Die Gram-Färbemethode, entwickelt von Hans Christian Gram, identifiziert Bakterien basierend auf der Reaktion ihrer Zellwände auf bestimmte Farbstoffe und Chemikalien.

Die Unterschiede zwischen grampositiven und gramnegativen Bakterien hängen hauptsächlich mit ihrer Zellwandzusammensetzung zusammen. Grampositive Bakterien haben Zellwände, die zum größten Teil aus einer Substanz bestehen, die nur als Bakterien bekannt ist Peptidoglycan, oder Murein. Diese Bakterien färben sich nach der Gram-Färbung lila. Gramnegative Bakterien haben Zellwände mit nur einer dünnen Schicht Peptidoglycan und einer äußeren Membran mit einer Lipopolysaccharidkomponente, die in grampositiven Bakterien nicht zu finden ist. Gramnegative Bakterien färben sich nach der Gramfärbung rot oder rosa.

Gram-positive Bakterien

Die Zellwände von Grampositive Bakterien unterscheiden sich strukturell von den Zellwänden der gramnegativen Bakterien. Der Hauptbestandteil der Bakterienzellwände ist Peptidoglycan. Peptidoglycan ist ein Makromolekül, das aus Zuckern und Aminosäuren besteht, die strukturell wie gewebtes Material zusammengesetzt sind. Die Aminozuckerkomponente besteht aus alternierenden Molekülen von N-Acetylglucosamin (NAG) und N-Acetylmuraminsäure (NAM). Diese Moleküle sind durch kurze Peptide miteinander vernetzt, die dazu beitragen, die Stärke und Struktur des Peptidoglykans zu verbessern. Peptidoglycan schützt Bakterien und definiert deren Form.

Dieses Bild zeigt die Zellwandzusammensetzung von grampositiven Bakterien. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

Die grampositive Zellwand weist mehrere Schichten Peptidoglycan auf. Die dicken Schichten aus Peptidoglycan tragen zur Stützung der Zellmembran bei und bieten anderen Molekülen einen Ort der Anhaftung. Die dicken Schichten ermöglichen es Gram-positiven Bakterien auch, den größten Teil des Kristallviolett-Farbstoffs während der Gram-Färbung zurückzuhalten, wodurch sie violett erscheinen. Grampositive Zellwände enthalten auch Ketten von Teichonsäure die sich von der Plasmamembran durch die Peptidoglycan-Zellwand erstrecken. Diese zuckerhaltigen Polymere unterstützen die Aufrechterhaltung der Zellform und spielen eine Rolle bei der richtigen Zellteilung. Teichoesäure hilft einigen grampositiven Bakterien, Zellen zu infizieren und Krankheiten zu verursachen.

Einige grampositive Bakterien haben eine zusätzliche Komponente, Mykolsäure, in ihren Zellwänden. Mykolsäuren bilden eine wachsartige Außenschicht, die Mykobakterien zusätzlichen Schutz bietet, wie z Mycobacterium tuberculosis. Grampositive Bakterien mit Mykolsäure werden auch als säurefeste Bakterien bezeichnet, da für die mikroskopische Beobachtung eine spezielle Färbemethode erforderlich ist, die als säurefeste Färbung bezeichnet wird.

Pathogene grampositive Bakterien verursachen Krankheiten durch die Sekretion toxischer Proteine, die als Exotoxine bekannt sind. Exotoxine werden innerhalb der prokaryontischen Zelle synthetisiert und an die Außenseite der Zelle abgegeben. Sie sind spezifisch für bestimmte Bakterienflecken und können schwere Schäden an Körperorganen und -geweben verursachen. Einige gramnegative Bakterien produzieren auch Exotoxine.

Gram-positive Kokken

Gram-positive Kokken beziehen sich auf grampositive Bakterien, die kugelförmig sind. Zwei Gattungen von Gram-positiven Kokken sind bekannt für ihre Rolle als humanpathogene Erreger Staphylococcus und Streptococcus. Staphylokokken sind kugelförmig und ihre Zellen erscheinen nach ihrer Teilung in Gruppen. Streptokokkenzellen erscheinen nach der Teilung als lange Zellketten. Beispiele für grampositive Kokken, die die Haut besiedeln, umfassen Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, und Streptococcus pyogenes.

Staphylococcus aureus ist ein grampositives (rundes) Bakterium, das auf der Haut und den Schleimhäuten von Menschen und vielen Tieren vorkommt. Die Bakterien sind in der Regel harmlos, aber Infektionen können an verletzter Haut oder in einem Schweiß- oder Talgdrüsenblock auftreten und zu Furunkeln, Pusteln und Abszessen führen. Paul Gunning / Wissenschaftsfotobibliothek / Getty Images

Alle drei sind Teil der normalen menschlichen Mikrobiota, können jedoch unter bestimmten Umständen Krankheiten verursachen. Staphylococcus epidermidis bildet dicke Biofilme und kann Infektionen im Zusammenhang mit implantierten medizinischen Geräten verursachen. Einige Staphylococcus aureus-Stämme wie Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA) sind resistent gegen Antibiotika und können zu schweren Erkrankungen führen. Streptococcus pyogenes kann Halsentzündung, Scharlach, Blutvergiftung und fleischfressende Krankheiten verursachen.

Gram-negative Bakterien

Wie grampositive Bakterien, die Gram negativ Die bakterielle Zellwand besteht aus Peptidoglycan. Das Peptidoglycan ist jedoch eine einzelne dünne Schicht im Vergleich zu den dicken Schichten in grampositiven Zellen. Diese dünne Schicht behält nicht den anfänglichen kristallvioletten Farbstoff bei, sondern nimmt während der Gram-Färbung die rosa Farbe der Gegenfärbung auf. Die Zellwandstruktur von gramnegativen Bakterien ist komplexer als die von grampositiven Bakterien. Zwischen der Plasmamembran und der dünnen Peptidoglycanschicht befindet sich eine gelartige Matrix, die als periplasmatischer Raum bezeichnet wird. Im Gegensatz zu grampositiven Bakterien haben gramnegative Bakterien eine äußere Membran Schicht, die außerhalb der Peptidoglycan-Zellwand liegt. Membranproteine, Murein-Lipoproteine, binden die äußere Membran an die Zellwand.

Dieses Bild zeigt die Zellwandzusammensetzung von gramnegativen Bakterien. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

Ein weiteres einzigartiges Merkmal von gramnegativen Bakterien ist das Vorhandensein von Lipopolysaccharid (LPS) Moleküle auf der äußeren Membran. LPS ist ein großer Glykolipidkomplex, der Bakterien vor schädlichen Substanzen in ihrer Umwelt schützt. Es ist auch ein bakterielles Toxin (Endotoxin), das beim Menschen Entzündungen und septischen Schock verursachen kann, wenn es in das Blut gelangt. Es gibt drei Komponenten des LPS: Lipid A, ein Kernpolysaccharid und ein O-Antigen. Das Lipid A Komponente befestigt das LPS an der äußeren Membran. An das Lipid A gebunden ist das Kernpolyssaccharid. Es befindet sich zwischen der Lipid A-Komponente und dem O-Antigen. Das O Antigen Die Komponente ist an das Kernpolyssaccharid gebunden und unterscheidet sich zwischen den Bakterienspezies. Es kann verwendet werden, um bestimmte Stämme schädlicher Bakterien zu identifizieren.

Gram-negative Kokken

Gramnegative Kokken beziehen sich auf gramnegative Bakterien, die kugelförmig sind. Bakterien der Gattung Neisseria sind Beispiele für gramnegative Kokken, die beim Menschen Krankheiten verursachen. Meningokokken ist diplococcus, was bedeutet, dass seine kugelförmigen Zellen nach der Zellteilung paarweise bleiben. Neisseria Meningitidis Verursacht bakterielle Meningitis und kann auch Septikämie und Schock verursachen.

Neisseria meningitidis sind kugelförmige, gramnegative Bakterien, die beim Menschen eine Meningitis verursachen. Die Bakterien sind typischerweise paarweise zu sehen, wobei jedes auf der dem Partner zugewandten Seite konkav ist. Gesundheitsschutzbehörde / Science Photo Library / Getty Images

Ein weiteres Diplococcus-Bakterium, N. gonorrhoeae, ist der Erreger der sexuell übertragbaren Gonorrhö. Moraxella catarrhalis ist ein gramnegativer Diplokokkus, der bei Kindern Ohrenentzündungen, Infektionen der oberen Atemwege, Endokarditis und Meningitis verursacht.

Gram negativ Coccobacillus-Bakterien bakterielle Formen haben, die zwischen kugelförmig und stabförmig sind. Bakterien der Gattung Haemophilus und Acinetobacter sind Kokzobazillen, die schwere Infektionen verursachen. Haemophilus influenzae kann Meningitis, Infektionen der Nasennebenhöhlen und Lungenentzündung verursachen. Acinetobacter-Arten verursachen Lungenentzündung und Wundinfektionen.

Wichtige Punkte: Grampositive gegenüber gramnegativen Bakterien

• Die meisten Bakterien können allgemein als grampositiv oder gramnegativ eingestuft werden.
• Grampositive Bakterien haben Zellwände, die aus dicken Schichten von Peptidoglycan bestehen.
• Grampositive Zellen färben sich lila, wenn sie einem Gram-Färbeverfahren unterzogen werden.
• Gramnegative Bakterien haben Zellwände mit einer dünnen Schicht Peptidoglycan. Die Zellwand enthält auch eine äußere Membran mit daran gebundenen Lipopolysaccharid (LPS) -Molekülen.
• Gramnegative Bakterien färben sich rosa, wenn sie einem Gram-Färbeverfahren unterzogen werden.
• Während sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien Exotoxine produzieren, produzieren nur gramnegative Bakterien Endotoxine.

Quellen

• T. J. Silhavy et al. "Die bakterielle Zellhülle." Cold Spring Harbor Perspektiven in der Biologie, vol. 2, nein. 5, 2010, doi: 10.1101 / cshperspect.a000414.
• Swoboda, Jonathan G. et al. "Wall Teichoic Acid Function, Biosynthese und Inhibition." ChemBioChem, vol. 11, nein. 1, Juni 2009, S. 35-45., Doi: 10.1002 / cbic.200900557.