Grampositieve versus gramnegatieve bacteriën

De meeste bacteriën zijn ingedeeld in twee brede categorieën: grampositief en gramnegatief. Deze categorieën zijn gebaseerd op hun celwandsamenstelling en reactie op de Gram-kleurtest. De Gram-kleurmethode, ontwikkeld door Hans Christian Gram, identificeert bacteriën op basis van de reactie van hun celwanden op bepaalde kleurstoffen en chemicaliën.

De verschillen tussen grampositieve versus gramnegatieve bacteriën zijn voornamelijk gerelateerd aan hun celwandsamenstelling. Grampositieve bacteriën hebben celwanden die meestal bestaan ​​uit een stof die uniek is voor bacteriën die bekend staan ​​als peptidoglycan, of mureïne. Deze bacteriën kleuren paars na gramkleuring. Gram-negatieve bacteriën hebben celwanden met alleen een dunne laag peptidoglycan en een buitenmembraan met een lipopolysaccharidecomponent die niet wordt gevonden in gram-positieve bacteriën. Gram-negatieve bacteriën kleuren rood of roze na Gram-kleuren.

Gram-positieve bacteriën

De celwanden van Gram-positieve bacteriën verschillen structureel van de celwanden van Gram-negatieve bacteriën. De primaire component van bacteriële celwanden is peptidoglycan. peptidoglycan is een macromolecuul dat is samengesteld uit suikers en aminozuren die structureel zijn samengesteld zoals geweven materiaal. De aminosuikercomponent bestaat uit alternerende moleculen van N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmuraminezuur (NAM). Deze moleculen zijn met elkaar verknoopt door korte peptiden die helpen peptidoglycan sterkte en structuur te geven. Peptidoglycan biedt bescherming voor bacteriën en bepaalt hun vorm.

Deze afbeelding toont de celwandsamenstelling van grampositieve bacteriën. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

De Gram-positieve celwand heeft verschillende lagen peptidoglycan. De dikke lagen peptidoglycan helpen het celmembraan te ondersteunen en bieden een plaats voor hechting voor andere moleculen. De dikke lagen zorgen er ook voor dat grampositieve bacteriën het grootste deel van de kristalviolette kleurstof behouden tijdens gramkleuring waardoor ze paars lijken. Grampositieve celwanden bevatten ook ketens van teichoïnezuur die zich uitstrekken van het plasmamembraan door de peptidoglycan-celwand. Deze suikerhoudende polymeren helpen bij het handhaven van de celvorm en spelen een rol bij de juiste celdeling. Teichoïnezuur helpt sommige Gram-positieve bacteriën om cellen te infecteren en ziekten te veroorzaken.

Sommige grampositieve bacteriën hebben een extra component, mycolzuur, in hun celwanden. Mycolische zuren produceren een wasachtige buitenlaag die extra bescherming biedt voor mycobacteriën, zoals Mycobacterium tuberculosis. Grampositieve bacteriën met mycolzuur worden ook zuur-snelle bacteriën genoemd omdat ze een speciale kleurmethode vereisen, ook wel zuur-snelle kleuring genoemd, voor microscoopobservatie.

Pathogene grampositieve bacteriën veroorzaken ziekte door de afscheiding van toxische eiwitten die exotoxinen worden genoemd. exotoxinen worden gesynthetiseerd in de prokaryotische cel en afgegeven aan de buitenkant van de cel. Ze zijn specifiek voor bepaalde bacterievlekken en kunnen ernstige schade aan lichaamsorganen en weefsels veroorzaken. Sommige gramnegatieve bacteriën produceren ook exotoxinen.

Gram-positieve cocci

Gram-positieve cocci verwijzen naar Gram-positieve bacteriën die bolvormig zijn. Twee geslachten Gram-positieve cocci bekend om hun rol als menselijke pathogenen Staphylococcus en Streptococcus. Staphylococcus is bolvormig en hun cellen verschijnen in clusters nadat ze zich delen. Streptococcuscellen verschijnen als lange ketens van cellen na deling. Voorbeelden van grampositieve coccen die de huid koloniseren, zijn onder meer Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, en Streptococcus pyogenes.

Staphylococcus aureus is een Gram-positieve coccus (ronde) bacterie die wordt aangetroffen op de huid en slijmvliezen van mensen en veel dieren. De bacteriën zijn meestal onschadelijk, maar infecties kunnen optreden op een beschadigde huid of in een geblokkeerd zweet of talgklier, wat kookt, puisten en abcessen tot gevolg heeft. Paul Gunning / Science-fotobibliotheek / Getty Images

Hoewel alle drie deel uitmaken van de normale menselijke microbiota, kunnen ze onder bepaalde omstandigheden ziekte veroorzaken. Staphylococcus epidermidis vormen dikke biofilms en kunnen infecties veroorzaken die verband houden met geïmplanteerde medische hulpmiddelen. Sommige Staphylococcus aureus-stammen, zoals methicillineresistente Staphylococcus aureus (MRSA), zijn resistent geworden voor antibiotica en kunnen leiden tot de ontwikkeling van een ernstige ziekte. Streptococcus pyogenes kan keelontsteking, roodvonk, bloedvergiftiging en vleesetende ziekte veroorzaken.

Gram-negatieve bacteriën

Zoals grampositieve bacteriën, de Gram negatief bacteriële celwand is samengesteld uit peptidoglycan. Het peptidoglycan is echter een enkele dunne laag in vergelijking met de dikke lagen in Gram-positieve cellen. Deze dunne laag behoudt niet de aanvankelijke kristalviolette kleurstof maar neemt de roze kleur van de tegenkleuring op tijdens gramkleuring. De celwandstructuur van gramnegatieve bacteriën is complexer dan die van grampositieve bacteriën. Tussen het plasmamembraan en de dunne peptidoglycan-laag bevindt zich een gelachtige matrix die periplasmatische ruimte wordt genoemd. In tegenstelling tot grampositieve bacteriën hebben gramnegatieve bacteriën een buitenste membraan laag die extern is aan de peptidoglycan-celwand. Membraaneiwitten, mureïne-lipoproteïnen, hechten het buitenmembraan aan de celwand.

Deze afbeelding toont de celwandsamenstelling van gramnegatieve bacteriën. CNX OpenStax / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

Een ander uniek kenmerk van Gram-negatieve bacteriën is de aanwezigheid van lipopolysacharide (LPS) moleculen op het buitenmembraan. LPS is een groot glycolipidencomplex dat bacteriën beschermt tegen schadelijke stoffen in hun omgeving. Het is ook een bacteriële toxine (endotoxine) die bij mensen in het bloed ontstekingen en septische shock kan veroorzaken. Er zijn drie componenten van de LPS: Lipide A, een kernpolysacharide en een O-antigeen. De lipide A component hecht de LPS aan het buitenmembraan. Aan de lipide A is de kern polyssaccharide. Het bevindt zich tussen de lipide A-component en het O-antigeen. De O antigeen component is bevestigd aan de kern polyssaccharide en verschilt tussen bacteriesoorten. Het kan worden gebruikt om specifieke stammen van schadelijke bacteriën te identificeren.

Gram-negatieve cocci

Gram-negatieve cocci verwijzen naar gramnegatieve bacteriën die bolvormig zijn. Bacteriën van het geslacht Neisseria zijn voorbeelden van gramnegatieve coccen die bij mensen ziekten veroorzaken. Neisseria meningitidis is diplococcus, wat betekent dat zijn sferische cellen in paren blijven na celdeling. Neisseria meningitidis veroorzaakt bacteriële meningitis en kan ook bloedvergiftiging en shock veroorzaken.

Neisseria meningitidis zijn bolvormige, gramnegatieve bacteriën die bij mensen meningitis veroorzaken. De bacteriën worden meestal in paren gezien, elk concaaf aan de zijde tegenover de partner. Agentschap voor gezondheidsbescherming / Wetenschap Fotobibliotheek / Getty Images

Nog een diplococcus-bacterie, N. gonorrhoeae, is de ziekteverwekker die verantwoordelijk is voor de seksueel overdraagbare ziekte gonorroe. Moraxella catarrhalis is een Gram-negatieve diplococcus die oorinfecties bij kinderen, infecties van de bovenste luchtwegen, endocarditis en meningitis veroorzaakt.

Gram negatief coccobacillus bacteriën hebben bacterievormen die tussen bolvormig en staafvormig zijn. Bacteriën van het geslacht Haemophilus en Acinetobacter zijn coccobacilli die ernstige infecties veroorzaken. Haemophilus influenzae kan meningitis, sinusinfecties en longontsteking veroorzaken. Acinetobacter soorten veroorzaken longontsteking en wondinfecties.

Hoofdpunten: Grampositieve versus gramnegatieve bacteriën

• De meeste bacteriën kunnen grofweg worden geclassificeerd als grampositief of gramnegatief.
• Grampositieve bacteriën hebben celwanden samengesteld uit dikke lagen peptidoglycan.
• Gram-positieve cellen kleuren paars wanneer ze worden onderworpen aan een Gram-kleuringsprocedure.
• Gramnegatieve bacteriën hebben celwanden met een dunne laag peptidoglycan. De celwand omvat ook een buitenmembraan met aangehechte lipopolysaccharide (LPS) moleculen.
• Gram-negatieve bacteriën kleuren roze wanneer ze worden onderworpen aan een Gram-vlekprocedure.
• Terwijl zowel grampositieve als gramnegatieve bacteriën exotoxinen produceren, produceren alleen gramnegatieve bacteriën endotoxinen.

bronnen

• Silhavy, T. J., et al. "De bacteriële cel envelop." Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, vol. 2, nee. 5, 2010, doi: 10.1101 / cshperspect.a000414.
• Swoboda, Jonathan G., et al. "Teichoïnezuurfunctie van de wand, biosynthese en remming." ChemBioChem, vol. 11, nee. 1, juni 2009, pp. 35-45., Doi: 10.1002 / cbic.200900557.