Übersicht
Zur Identifizierung grampositiver und gramnegativer Bakterien werden eine Reihe von Ansätzen zur Klassifizierung/Identifizierung von Organismen verwendet. In der klinischen Mikrobiologie gehören phänotypische Typisierungsschemata (insbesondere Gram-Färbung) zu den häufigsten und effektivsten Techniken zur Identifizierung von Bakterien.,
Die 1884 entdeckte Gram Stain-Technik hat sich als eines der nützlichsten phänotypischen Klassifikationssysteme erwiesen, mit denen Bakterien anhand ihrer färbenden Eigenschaften und ihrer allgemeinen Morphologie identifiziert werden können. Mit dieser Technik werden Bakterien entweder grampositiv oder gramnegativ klassifiziert.,iv id=“fc40f07a99″>Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen ergibt sich aus einer Reihe von chemischen/Oberflächenstrukturen, die Folgendes umfassen:
- Teichoic Acids
- Lipopolysaccharide
- Peptidoglykane
- Lipoteichoesäuren
* Während grampositive und gramnegative Bakterien von klinischer Bedeutung sind, sind nicht alle Bakterien in diesen Gruppen schädlich/verursachen Krankheiten.,
Bakterien
Bakterien sind Einzellige Prokaryoten in der Natur allgegenwärtig. Als solche können sie in verschiedenen Arten von Umgebungen gefunden werden (von aquatischen bis zu den heißen Felsen der Mojave-Wüste).
In diesen Umgebungen können Bakterien als frei lebende Organismen existieren (ihre eigene Nahrung herstellen oder sich von abgestorbenen organischen Stoffen usw. ernähren), in Symbiose mit anderen Organismen (z., Zooastogopera im Verdauungssystem von Termiten gefunden) oder als parasitäre Organismen, die Schaden und Krankheit in ihren Wirten verursachen können.
* Es wird angenommen, dass Bakterien die ersten lebenden Organismen auf der Erde waren.
* Bakterien können zwar Krankheiten verursachen, sind aber auch in der Medizin, in Lebensmitteln und anderen Industrien nützlich.
* Bakterien sind weder Pflanzen noch Tiere.,pirilli)
· Ihre Wand besteht aus Peptidoglycan
· Einige Bakterien bewegen sich mit einer schwanzartigen Struktur, die als Flagellen bekannt ist
Grampositive Bakterien
Grampositive Bakterien sind eine Gruppe von Organismen, die unter den Stamm Firmicutes fallen. (einige Arten haben jedoch eine gramnegative Zellwandstruktur).,
Im Vergleich zu gramnegativen Bakterien zeichnet sich diese Bakteriengruppe durch ihre Fähigkeit aus, den Primärfleck (Kristallviolett) während der Gramfärbung zu erhalten (was zu einem positiven Ergebnis führt).
Einige Beispiele für grampositive Bakterien sind:
Staphylokokken (z.B. Staphylococcus aureus) und Streptococcus-Bakterien (z.B., Streptococcus pyogenes) – sind Kokkenbakterien (sphärisch), die für eine Reihe von Krankheiten beim Menschen verantwortlich sind
Während Staphylococcus aureus solche pyogenen Infektionen wie septische Arthritis verursachen kann, sind Streptococcus pyogenes für Infektionen wie Cellulitis, Tonsillitis und rheumatisches Fieber verantwortlich. Im Vergleich zu einigen der Bazillenbakterien sind Bakterien nicht beweglich (mangelnde Motilitätsorgane wie Flagellen) und bilden keine Sporen.,
Grampositive Bazillen – umfassen unter anderem Bakterien wie Clostridien, Bazillen und Listerien. Während einige der Arten durch ihre Fähigkeit gekennzeichnet sind, Sporen (z. B. Clostridien) zu produzieren, tun andere wie Listerien dies nicht. Beim Menschen sind diese Organismen für eine Reihe von Krankheiten verantwortlich
Es wurde beispielsweise gezeigt, dass Bacillus anthracis beim Menschen Milzbrand verursacht (selten beim Menschen, aber häufig bei Tieren).,
* Einige grampositive Bazillen verwenden Flagellen für die Bewegung (z. B. Listeria monocytogenes).,
Eigenschaften grampositiver Bakterien
Die Zellwand grampositiver Bakterien besteht aus einer Reihe wichtiger Komponenten, darunter:
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Peptidoglycan
Außerhalb der Zytoplasmamembran der meisten Bakterien ist das Peptidoglycan eine der Hauptkomponenten der Bakterienzellwand., Es dient größtenteils dazu, die Zellintegrität des Organismus aufrechtzuerhalten, indem es dem Turgordruck standhält.
Darüber hinaus trägt es zur allgemeinen Form einer Zelle bei und unterstützt verschiedene Komponenten der Zelle. Bei grampositiven Bakterien macht das Peptidoglycan zwischen 50 und 90 der Zellwand aus (zwischen 20 und 80 nm Dicke). Durch die Umhüllung der Plasmamembran bildet sie eine Schutzschicht, die die Zelle vor Lyse schützt.,
Main components of peptidoglycan include:
· Glycan chains consisting of N-acetylglucosamine and N-acetylmuramic acid linked by β-1,4 bonds.,
· Peptidketten – in Peptidoglycan werden durch kovalente Bindungen mit N-Acetylmuraminsäure verknüpft
* Abgesehen von den Peptidoglycan-Schichten ist die Zelle es wurde auch gezeigt, dass die Wand grampositiver Bakterien Polysaccharidmoleküle enthält. Einige der besten Beispiele für diese Zubehörpolymere umfassen C-Polysaccharide, die in der Zellwand von Streptokokken-Bakterien und Peptidoglycolipiden und Glycolipiden in der Zellwand von Mykobakterien gefunden werden.,
* Je nach Art können Peptidketten in ihren Zusammensetzungen variieren. Zum Beispiel, während die Peptidketten direkt durch kurze Aminosäureketten vernetzt sind, neigen andere dazu, indirekt vernetzt zu sein.
* Das Peptidoglykan befindet sich über die Lebensdauer der Bakterien in einem dynamischen Zustand.,
Teichsäure
Neben den Peptidoglycan-Schichten besteht die Zellwand auch aus Molekülen, die als Teichoesäuren (Polyolphosphatpolymere). Hier bilden diese Moleküle Schichten, die senkrecht zu den Peptidoglycan-Platten verlaufen. Während sie nur in grampositiven Bakterien vorkommen, kommen Teichoesäuren nur in einigen Zellen dieser Gruppe vor.,
Im Allgemeinen bestehen sie aus Ribitol/Glycerin, die durch Phosphodiester-Bindungen miteinander verbunden sind. Einige der anderen Komponenten dieser Moleküle umfassen Glucose, N-Acetylglucosamin, N-Acetylgalactosamin und D-Alanin. Die Menge/Höhe dieser Substituentengruppen variiert jedoch von Gruppe zu Gruppe.
Abgesehen davon, dass sie kovalent mit den Peptidoglycanschichten verknüpft sind, können die Teichoesäuren auch an der Plasmamembran unterhalb der Peptidoglycanschicht verankert sein.,
Während die Hauptfunktion dieser Moleküle nicht gut verstanden ist, haben Studien gezeigt, dass die Phosphodiesterbindungen, die die Monomere von Teichoesäure verbinden, zu einer insgesamt negativen Ladung der Zellwand grampositiver Bakterien führen.
* Während die Funktion von Teichsäuren nicht vollständig verstanden ist, haben Forscher vorgeschlagen, dass sie an der Regulierung und Anordnung von Muraminsäure-Untereinheiten beteiligt sind. Es wurde auch mit antigenen Eigenschaften in Verbindung gebracht, die bestimmte Immunzellen aktivieren.,
Lipide
In der Zellwand grampositiver Bakterien macht der Lipidgehalt weniger als 5 Prozent der Zellwand aus. Hier spielen diese Moleküle die Rolle der Verankerung der Membran.
Gramnegative Bakterien
Wie grampositive Bakterien sind gramnegative Bakterien auch in verschiedenen Umgebungen auf der ganzen Welt gut verteilt. E. In Der Erwägung, Dass, coli unter anderen gramnegativen Bakterien kann im Magen-Darm-Trakt gefunden werden, eine Reihe von Arten kann in marinen Umgebungen gefunden werden.
Im Vergleich zu gramnegativen Bakterien sind diese Bakterien behalten nicht den Primärfleck und erscheinen daher rot, wenn sie unter dem Mikroskop betrachtet werden.,
Einige Beispiele für gramnegative Bakterien sind:
· Gramnegative Kokken – Einige der häufigsten gramnegativen Kokken Bakterien gehören Mitglieder der Gattung Neisseria (zB N. meningitidis und N. Gonorrhoe) und Moraxella (z. B. M. catarrhalis). Beim Menschen sind diese Bakterien für Krankheiten wie Meningitis (verursacht durch N. meningitidis) und Bronchopneumonie (verursacht durch M. catarrhalis) verantwortlich.,
· Gramnegative Kokzibazillen – Im Vergleich zu gramnegativen Kokzienbakterien sind gramnegative Kokzibazillen kurze Stäbchen (Zwischenprodukte sphärische Kokken und Bazillenstäbe). Sie umfassen eine Reihe von Arten, die für menschliche Krankheiten verantwortlich sind, einschließlich; Haemophilus influenzae, die Ad-Pneumonie verursachen, Haemophilus ducreyi, der Genitalgeschwüre verursacht, und Acinetobacter-Arten, die solche Wundkrankheiten unter anderen Krankheiten verursachen können.,
· Gramnegative Bazillen – Es gibt verschiedene Gruppen gramnegativer Bazillenbakterien, einschließlich solcher, die als anaerob oder aerob beschrieben werden. Abgesehen von E. coli umfassen einige der anderen als gramnegative Bazillen klassifizierten Bakterien Mitglieder der Gattungen Fusobacterium und Bacteroides. Beim Menschen sind sie unter anderem für eine Reihe menschlicher Erkrankungen verantwortlich, darunter orale pleuropulmonale Infektionen und Infektionen im weiblichen Genitaltrakt.,
* Studien zufolge machen gramnegative Bakterien, angeführt von E. coli, über 70 Prozent der Harnwegsinfektionen aus. Siehe Urinanalyse
Eigenschaften gramnegativer Bakterien
Wie bei grampositiven Bakterien enthalten gramnegative Bakterien auch das Peptidoglycanpolymer in ihrer Zellwand., Während dieses Polymer in gramnegativen Bakterien dünn ist (2 bis 4 Nanometer Dicke mit nur etwa 3 Schichten Peptidoglycan), besteht es auch aus langen Glykansträngen, die durch Peptidmoleküle miteinander verbunden sind. Diese Zusammensetzung dient einer Reihe von Funktionen, einschließlich des Schutzes der Bakterienzelle vor Lyse.,
Entwicklung von Peptidoglycan in gramnegativen Bakterien
Bei gramnegativen Bakterien hat sich gezeigt, dass die Entwicklung von Peptidoglycan mit der Polymerisation von Glycanen beginnt. Hier wird das kohlenhydratbasierte Polymer polymerisiert, um Stränge zu bilden, die aus etwa 100 Untereinheiten von Disaccharid bestehen.
Bei E. coli ist die Längenverteilung der Stränge breit (bestehend aus 20 bis 30 Einheiten Disacchariden)., Dies hängt jedoch weitgehend von einer Reihe von Faktoren ab, darunter Umweltbedingungen, Bakterienstämme und die Wachstumsphase unter einigen anderen.
Bei einigen dieser Bakterien kann sich diese Länge auf über 80 Disaccharideinheiten erhöhen. Die Disaccharide selbst sind kovalent mit Peptiden (um die Glykanstränge gewickelt) verbunden, die auch mit denen vernetzt sein können, die aus anderen Glykansträngen austreten.
* In E. coli existieren über 80 Prozent des Peptidoglycans als Monolayer.,
* Peptidoglycan macht etwa 10 Prozent der Zellwand in Gram-negativen Bakterien.
Im Vergleich zu grampositiven Bakterien, denen die äußere Membran fehlt, ist die Peptidoglycanschicht in gramnegativen Bakterien von einer äußeren Membran umgeben. Aus diesem Grund ist die Peptidoglycanschicht nicht der äußerste Teil der Zellwand in diesen Organismen.,
Während es der Plasmamembran in mehrfacher Hinsicht ähnlich ist, unterscheiden sich die beiden in vielerlei Hinsicht. Zum Beispiel, verglichen mit der Plasmamembran der Zelle (innere Membran), Lipid A der Lipopolysaccharide, zusammen mit Phospholipiden produzieren die äußere Broschüre der zweischichtigen Struktur der äußeren Membran.
* Neben dem Lipid enthält die äußere Membran auch ein Membranprotein, das als Porin bekannt ist. Die Anordnung dieses Proteins reguliert den Durchgang von Molekülen über die Membran.,
Lipopolysaccharide
Eines der bestimmendsten Merkmale gramnegativer Bakterien ist das Vorhandensein verschiedener Formen eines komplexen Makromoleküls, das als Lipopolysaccharid (LPS) bekannt ist – Auch bekannt als Endotoxine in gramnegativen Bakterien.bakterien. Sie sind besonders wichtig für Bakterien, da sie zur Pathogenese der Organismen beitragen.,ative bacteria include:
- Cytoplasmic membrane
- Mesosomes
- Cytoplasm
- Nucleoid
- Endospores
Functions of Cell Components in Gram negative bacteria
As previously mentioned, the peptidoglycan present in the cell wall of Gram negative plays an important role in preventing cell lysis (osmotic lysis)., Verschiedene Komponenten der Zellwand haben jedoch auch eine Reihe anderer wichtiger Funktionen für den Organismus.
Zum Beispiel werden in der Zellwand vorhandene Porine so zusammengesetzt, dass regulative Kanäle an der Zellwand entstehen. Hier steuern/regulieren diese Proteine die Bewegung hydrophiler Moleküle über die äußere Membran der Bakterien und erlauben nur hydrophile Moleküle mit Molekulargewichten unter 600.,
Neben der Regulation der Materialbewegung über die äußere Membran ist die äußere Membran auch an einer Reihe von Funktionen beteiligt, darunter unter anderem die Molekülsignalisierung sowie Enzymaktivitäten.
Zusätzlich zu diesen Komponenten ist eine der anderen wichtigen Komponenten der äußeren Membran bei gramnegativen Bakterien eine Schleimschicht, die die Membran bedeckt. Durch das Abdecken der Oberfläche dieser Membran verbirgt dieser lose Schleim verschiedene Komponenten (z. B. Antigene) der Membran (die Zellen der Immunzelle aktivieren können).,
Als solches schützt es die Organismen im Körper des Wirts und fördert gleichzeitig die Pathogenese. Neben dem Schutz der Bakterien vor Immunzellen verhindert diese Substanz auch das Eindringen verschiedener Medikamente in die Zelle und trägt so zur Arzneimittelresistenz bei einigen Arten gramnegativer Bakterien bei.
Abgesehen von losem Schleim wurde gezeigt, dass einige der Zellen (sowohl gramnegative als auch grampositive Bakterien) Kapseln (bestehend aus hochmolekularen viskosen Polysacchariden) auf ihrer Oberfläche bilden., Während die Kapsel auf der Oberfläche der äußeren Membran in gram-negativen Bakterien gebildet wird, ist es auf der dicken Peptidoglycan-Schicht in gram-positiven Bakterien gebildet.
In diesen Organismen verkapselte die Kapsel, die bis zu 10um dick sein kann, die Zellen, die Virulenz fördern. Wie der lose Schleim verbirgt die Kapsel, die als dickes Gel erscheint, nicht nur einige der auf der Zelloberfläche befindlichen Komponenten vor Immunzellen, sondern erhöht auch die Resistenz gegen eine Reihe von Medikamenten.,
Gram Staining
Die von Hans Christian Gram entwickelte Gram Stain-Technik ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Unterscheidung zwischen grampositiven und gramnegativen Bakterien.
Dies beinhaltet im Wesentlichen die Verwendung eines Primärflecks (z. B. Kristallviolett) sowie einer Jodlösung zur Herstellung eines Jodfarbstoffkomplexes im Zytoplasma der Bakterien, der es ermöglicht, nach der Entfärbung zwischen den beiden Zelltypen zu unterscheiden.,
In einem klinischen Umfeld ist dies besonders wichtig, da es nicht nur die Unterscheidung zwischen Bakterienarten, sondern auch die Diagnose einer Infektion ermöglicht.
Prozedur
Beispielvorbereitung:
· Mit einem Paar Handschuhen und einer sterilen Schlaufe / Schiene einen dünnen Film (Abstrich) der Probe erzeugen (z.,s
· Entfärben Sie den Abstrich vorsichtig mit 95 Prozent Ethanol – Stop, sobald der dünnste Teil des Abstrichs farblos erscheint
· Waschen Sie den Abstrich vorsichtig mit Wasser
· Überfluten Sie den Abstrich etwa eine Minute lang mit dem Sekundärfleck (Safranin)
· Lassen Sie den Objektträger an der Luft trocknen und betrachten Sie ihn dann unter dem Mikroskop unter Ölintersion
Jeder Schritt in der Probenvorbereitung und-färbung sollte sorgfältig befolgt werden, um gute Ergebnisse zu erzielen., Zum Beispiel denaturiert die Hitzebefestigung nicht nur die Zellen, sondern haftet sie auch am Objektträger.
Wenn nicht richtig fixiert, können die Zellen während des Färbevorgangs leicht weggespült werden. Überhitzung verursacht auch Schäden an der Struktur der Zelle, die die Endergebnisse beeinflussen würden. Übermäßige Entfärbung kann auch dazu führen, dass der Primärfleck entfernt wird.,
Zellwandstruktur und Gramfleck
Bei Betrachtung unter dem Mikroskop ergeben gramnegative und grampositive Bakterien unterschiedliche Ergebnisse. Während grampositive Bakterien lila/violett erscheinen (nachdem sie den Primärfleck beibehalten haben: Farbstoff-Jod-Komplex), erscheinen grampositive Bakterien rot/blass, weil sie den Primärfleck nicht behalten. Diese Unterschiede zwischen den beiden Bakteriengruppen sind auf die Unterschiede in ihrer Zellwandstruktur zurückzuführen.,
Während des Färbevorgangs verbinden sich der Primärfleck (Kristallviolett) und Grams Jod zu einem unlöslichen Komplex (Kristallviolett-Jod-Komplex) in der Zelle. Wenn das Dehydratisierungsmittel (95 Prozent Ethanol) zugegeben wird, dehydriert es die Zellwand grampositiver Bakterien, wodurch es schrumpft (wodurch sich auch die Poren schließen).
Bei geschlossenen Poren ist der unlösliche Komplex in der Zelle eingeschlossen., Bei gramnegativen Bakterien dringt Ethanol leicht in diese Oberfläche ein und löst die Lipidkomponenten der äußeren Membran auf. Infolgedessen geht der Kristallviolett-Jod-Komplex leicht aus der Zelle verloren (entfernt).
Während der zweiten Färberunde (unter Verwendung des Sekundärflecks/Gegenflecks: Safranin) färben gramnegative Bakterien rot, weil sie die rote Farbe des Gegenflecks annehmen. Grampositive Bakterien nehmen jedoch nicht den Gegenstrich auf, da der Fleck den Primärfleck in den Zellen nicht stört.,
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