Gram-positive vs. Gram-negative bakterier

Den danske videnskabsmand Hans Christian Gram udtænkte en metode til at differentiere to typer bakterier baseret på de strukturelle forskelle i deres cellevægge. I hans test gør bakterier, der bevarer krystalviolet farve, det på grund af et tykt lag af peptidoglycan og kaldes Gram-positive bakterier. I modsætning, Gram-negative bakterier opbevar ikke det violette farvestof og er farvet rødt eller lyserødt. Sammenlignet med gram-positive bakterier er gram-negative bakterier mere resistente mod antistoffer på grund af deres uigennemtrængelige cellevæg. Disse bakterier har en lang række anvendelser, der spænder fra medicinsk behandling til industriel anvendelse og schweizisk osteproduktion.

Sammenligningstabel

Gram-negative bakterier sammenlignet med gram-positive bakterier-sammenligningstabel

	Gram-negative bakterier	Gram-positive bakterier
Gram-reaktion	Kan affarves for at acceptere modfarvning (Safranin eller Fuchsine); pletter rød eller lyserød, de beholder ikke Gram-pletten, når de vaskes med absolut alkohol og acetone.	Bevar krystalviolet farvestof og pletter mørk violet eller lilla, de forbliver farvet blå eller lilla med gramfarvning, når de vaskes med absolut alkohol og vand.
Peptidoglycan lag	Tynd (enkeltlag)	Tyk (flerlags)
Teichoinsyrer	Fraværende	Til stede i mange
Periplasmisk rum	til stede	Fraværende
Ydre membran	Til stede	Fraværende
Lipopolysaccharid (LPS) indhold	Høj	Næsten ingen
Lipid- og lipoproteinindhold	Høj (på grund af tilstedeværelse af ydre membran)	Lav (syrehurtige bakterier har lipider bundet til peptidoglycan)
Flagellar struktur	4 ringe i basallegemet	2 ringe i basallegemet
Der produceres toksiner	Primært endotoksiner	Primært eksotoksiner
Modstand mod fysisk forstyrrelse	Lav	Høj
Hæmning ved basale farvestoffer	Lav	Høj
Modtagelighed for anioniske vaskemidler	Lav	Høj
Modstand mod natriumazid	Lav	Høj
Modstand mod tørring	Lav	Høj
Cellevægssammensætning	Cellevæggen er 70-120 Å (ångström) tyk; to lag. Lipidindhold er 20-30% (højt), Mureinindhold er 10-20% (lavt).	Cellevæggen er 100-120 Å tyk; enkeltlag. Lipidindholdet i cellevæggen er lavt, mens Mureinindholdet er 70-80% (højere).
Midtkroppen	Mesosom er mindre fremtrædende.	Mesosom er mere fremtrædende.
Antibiotikaresistens	Mere resistent over for antibiotika.	Mere modtagelige for antibiotika

Indhold: Gram-positiv vs Gram-negative bakterier

• 1 Farvning og identifikation
• 2 Patogenese hos mennesker
• 3 Gram positive Cocci
• 4 Kommerciel anvendelse af ikke-patogene gram-positive bakterier
• 5 Gram-ubestemmelige og Gram-variable bakterier
• 6 Referencer

Farvning og identifikation

Mikroskopisk billede af tandplak, der viser Gram-positive (lilla) og negative (røde) bakterier

I en Gram-farvetest vaskes bakterier med en farveløsning efter farvning med krystalviolet. Ved tilsætning af et forsænk, såsom safranin eller fuchsin efter vask, farves gramnegative bakterier røde eller lyserøde, mens grampositive bakterier bevarer deres krystalviolette farvestoffer.

Dette skyldes forskellen i strukturen af ​​deres bakteriecellevæg. Gram-positive bakterier har ikke en ydre cellemembran, der findes i Gram-negative bakterier. Cellevæggen hos gram-positive bakterier er høj i peptidoglycan, som er ansvarlig for at bevare krystalviolet farvestof.

Gram-positive og negative bakterier er hovedsageligt differentieret af deres cellevægsstruktur

De følgende videoer demonstrerer farvning af henholdsvis Gram-positive og negative bakterier.

Patogenese hos mennesker

Både gram-positive og gram-negative bakterier kan være patogene (se liste over patogene bakterier). Det er kendt, at seks gram-positive slægter af bakterier forårsager sygdom hos mennesker: Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Listeria, Bacillus og Clostridium. Yderligere 3 forårsager sygdomme i planter: Rathybacter, Leifsonia og Clavibacter.

Mange gram-negative bakterier er også patogene, fx Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis og Yersinia pestis. Gram-negative bakterier er også mere resistente over for antibiotika, fordi deres ydre membran omfatter et komplekst lipopolysaccharid (LPS), hvis lipiddel fungerer som en endotoksin. De udvikler også modstand hurtigere:

En masse Gram-negative bakterier, de kommer ud af kassen, hvis du vil, resistente over for en række vigtige antibiotika, som vi måske bruger til at behandle dem. Vi taler om agenter med navne som Acinetobacter, Pseudomonas, E. coli. Dette er bakterier, der historisk har gjort et meget godt stykke arbejde med meget hurtigt at udvikle resistens over for antibiotika. De har mange tricks i ærmerne for at udvikle resistens over for antibiotika, så de er en gruppe agenter, der hurtigt kan blive resistente, kan udgøre store udfordringer for resistens. Og hvad vi har set i det sidste årti, er at disse Gram-negative stoffer bliver meget hurtigt mere og mere resistente over for alle de stoffer, vi har til rådighed til behandling af dem.

Større resistens af gramnegative bakterier gælder også for en nyligt opdaget antibiotikaklasse, der blev annonceret i begyndelsen af ​​2015 efter en årtiers lang tørke i nye antibiotika. Disse lægemidler virker sandsynligvis ikke på gramnegative bakterier.

Struktur af en gram-positiv bakteriecelle.

Gram positive Cocci

Bakterier klassificeres baseret på deres celleform til baciller (stavformet) og cocci (kugleformet). Typiske grampositive kokci-pletter inkluderer (billeder):

• Klynger: normalt karakteristisk for Staphylococcus, såsom S. aureus
• Kæde: normalt karakteristisk for Streptococcus, såsom S. pneumoniae, B-gruppe streptokokker
• Tetrad: normalt karakteristisk for Micrococcus.

Gram-positive baciller har en tendens til at være tykke, tynde eller forgrenede.

Kommerciel anvendelse af ikke-patogene gram-positive bakterier

Mange streptokokker er ikke-patogene og udgør en del af det commensale humane mikrobiom i munden, huden, tarmen og øvre luftvej. De er også en nødvendig ingrediens i produktionen af ​​Emmentaler (schweizisk) ost.

Ikke-patogene arter af corynebacterium anvendes til industriel produktion af aminosyrer, nukleotider, biokonvertering af steroider, nedbrydning af kulbrinter, ældning af ost, produktion af enzymer osv..

Mange Bacillus-arter er i stand til at udskille store mængder enzymer.

• Bacillus amyloliquefaciens er kilden til en naturlig antibiotisk protein barnase (en ribonuclease), alfa-amylase anvendt i stivelseshydrolyse, protease-subtilisin anvendt med detergenter og BamH1-restriktionsenzym anvendt i DNA-forskning.
• C. termocellum kan anvende lignocelluloseaffald og generere ethanol, hvilket gør det til en mulig kandidat til anvendelse i produktion af ethanolbrændstof. Det er anaerobt og er termofilt, hvilket reducerer køleomkostningerne.
• C. acetobutylicum, også kendt som Weizmann-organismen, blev først brugt af Chaim Weizmann til at producere acetone og biobutanol fra stivelse i 1916 til fremstilling af krutt og TNT.
• C. botulinum producerer en potentielt dødelig neurotoksin, der bruges i en fortyndet form i lægemidlet Botox. Det bruges også til behandling af krampagtig torticollis og giver lindring i ca. 12 til 16 uger.

Den anaerobe bakterie C. ljungdahlii kan producere ethanol fra enkeltkulstofkilder inklusive syntesegas, en blanding af kulilte og brint, der kan frembringes ved delvis forbrænding af enten fossile brændstoffer eller biomasse.

Gram-ubestemmelig og Gram-variabel bakterier

Ikke alle bakterier kan klassificeres pålideligt gennem Gram-farvning. For eksempel reagerer syrehurtige bakterier eller Gram-variabel ikke på Gram-farvning.

Referencer

• Sammenlignende karakteristika af gram-positive og gram-negative bakterier - Univ. af Maryland
• Gram-positive bakterier - billeder af typiske plettemønstre - Univ. af Pennsylvania
• wikipedia: Gram-negative bakterier
• wikipedia: Gram-positive bakterier
• wikipedia: Gramfarvning