Gram-positive Bakterien -
Gram-positive bacteria

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Stäbchenförmige grampositive Bacillus anthracis- Bakterien in einer Liquorprobe heben sich von runden weißen Blutkörperchen ab , die auch die Kristallviolettfärbung akzeptieren .
Violett gefärbte grampositive Kokken und rosa gefärbte gramnegative Bazillen

In Bacteriology , gram-positive Bakterien sind Bakterien , die ein positives Ergebnis in dem geben Gramfärbungstest, die traditionell schnell Klassifizieren Bakterien in zwei große Kategorien entsprechend ihrer Art verwendet wird Zellwand .

Gram-positive Bakterien nehmen die im Test verwendete Kristallviolettfärbung auf und erscheinen dann im Lichtmikroskop violett gefärbt . Dies liegt daran, dass die dicke Peptidoglycanschicht in der Bakterienzellwand den Farbstoff zurückhält, nachdem er in der Entfärbungsstufe des Tests vom Rest der Probe abgewaschen wurde.

Umgekehrt können gramnegative Bakterien die violette Färbung nach dem Entfärbungsschritt nicht behalten; Alkohol, der in diesem Stadium verwendet wird, baut die äußere Membran gramnegativer Zellen ab, wodurch die Zellwand poröser wird und die Kristallviolettfärbung nicht zurückhalten kann. Ihre Peptidoglycan-Schicht ist viel dünner und zwischen einer inneren Zellmembran und einer bakteriellen äußeren Membran eingebettet , wodurch sie die Gegenfärbung ( Safranin oder Fuchsin ) aufnehmen und rot oder rosa erscheinen.

Trotz der dickeren Schicht Peptidoglykan, gram-positive Bakterien sind empfänglicher für bestimmte Zellwand Targeting Antibiotika als gram-negative Bakterien, aufgrund der Abwesenheit der äußeren Membran.

Eigenschaften

Gram-positive und gram-negative Zellwandstruktur
Struktur der grampositiven Zellwand

Im Allgemeinen sind bei grampositiven Bakterien folgende Merkmale vorhanden:

  1. Zytoplasmatische Lipidmembran
  2. Dicke Peptidoglycan- Schicht
  3. Peptidoglycanketten werden durch ein bakterielles Enzym DD-Transpeptidase vernetzt, um starre Zellwände zu bilden .
  4. Ein viel kleineres Periplasmavolumen als bei gramnegativen Bakterien.

Nur einige Arten haben eine Kapsel , die meist aus Polysacchariden besteht . Außerdem sind nur einige Arten Flagellaten , und wenn sie Flagellen haben , haben sie nur zwei basale Körperringe, um sie zu unterstützen, während Gram-negative vier haben. Sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien haben üblicherweise eine Oberflächenschicht, die als S-Schicht bezeichnet wird . Bei grampositiven Bakterien ist die S-Schicht an die Peptidoglycan-Schicht angelagert. Die S-Schicht gramnegativer Bakterien ist direkt an der äußeren Membran befestigt . Spezifisch für grampositive Bakterien ist das Vorhandensein von Teichonsäuren in der Zellwand. Einige davon sind Lipoteichonsäuren, die eine Lipidkomponente in der Zellmembran haben, die bei der Verankerung des Peptidoglykans helfen kann.

Einstufung

Neben der Zellform ist die Gram-Färbung eine schnelle Methode zur Differenzierung von Bakterienarten. Eine solche Färbung bildet zusammen mit Wachstumsbedarfs- und Antibiotikaempfindlichkeitstests und anderen makroskopischen und physiologischen Tests die vollständige Grundlage für die Klassifizierung und Unterteilung der Bakterien (siehe z. B. die Abbildung und die Versionen von Bergey's Manual vor 1990 ).

Hierarchie der Artenidentifikation im klinischen Umfeld
. Die (low G + C) Firmicutes haben einen GC-Gehalt von 45–60%, dieser ist jedoch niedriger als der der Actinobakterien.

Bedeutung der äußeren Zellmembran bei der Bakterienklassifikation

Die Struktur von Peptidoglycan, bestehend aus N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure

Obwohl Bakterien traditionell in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden, Gram-positiv und Gram-negativ, basierend auf ihrer Gram-Färbungs-Retentionseigenschaft, ist dieses Klassifizierungssystem mehrdeutig, da es sich auf drei verschiedene Aspekte bezieht (Färbungsergebnis, Hüllenorganisation, taxonomische Gruppe), die bei einigen Bakterienarten nicht unbedingt koaleszieren. Die grampositive und gramnegative Färbereaktion ist auch kein zuverlässiges Merkmal, da diese beiden Bakterienarten keine phylogenetischen kohärenten Gruppen bilden. Obwohl die Gram-Färbungsantwort ein empirisches Kriterium ist, liegt ihre Grundlage jedoch in den deutlichen Unterschieden in der Ultrastruktur und der chemischen Zusammensetzung der Bakterienzellwand, die durch das Fehlen oder Vorhandensein einer äußeren Lipidmembran gekennzeichnet sind.

Alle grampositiven Bakterien sind von einer Single-Unit-Lipidmembran umgeben und enthalten im Allgemeinen eine dicke Schicht (20–80 nm) Peptidoglycan, die für die Beibehaltung der Gram-Färbung verantwortlich ist. Eine Reihe anderer Bakterien – die durch eine einzige Membran begrenzt sind, sich aber gramnegativ färben, weil entweder die Peptidoglycanschicht fehlt, wie bei den Mykoplasmen , oder weil sie die Gram-Färbung aufgrund ihrer Zellwandzusammensetzung nicht zurückhalten können – zeigen ebenfalls enge Verwandtschaft zu den grampositiven Bakterien. Für Bakterienzellen, die von einer einzigen Zellmembran umgeben sind, wurde der Begriff Monodermbakterium vorgeschlagen.

Im Gegensatz zu grampositiven Bakterien werden alle typischen gramnegativen Bakterien von einer zytoplasmatischen Membran und einer äußeren Zellmembran begrenzt; zwischen diesen Membranen enthalten sie nur eine dünne Peptidoglycanschicht (2–3 nm). Das Vorhandensein von inneren und äußeren Zellmembranen definiert ein neues Kompartiment in diesen Zellen: den periplasmatischen Raum oder das periplasmatische Kompartiment. Diese Bakterien wurden als Didermbakterien bezeichnet . Die Unterscheidung zwischen Monoderm- und Didermbakterien wird durch konservierte Signaturindel in einer Reihe wichtiger Proteine ​​(nämlich DnaK, GroEL) unterstützt. Von diesen beiden strukturell unterschiedlichen Bakteriengruppen werden Monodermen als Vorfahren angegeben. Basierend auf einer Reihe von Beobachtungen, einschließlich der Tatsache, dass grampositive Bakterien die Hauptproduzenten von Antibiotika sind und gramnegative Bakterien im Allgemeinen resistent sind, wurde vorgeschlagen, dass die äußere Zellmembran gramnegativer Bakterien (Didermen) ) hat sich als Schutzmechanismus gegen den Selektionsdruck von Antibiotika entwickelt. Einige Bakterien, wie Deinococcus , die sich aufgrund des Vorhandenseins einer dicken Peptidoglycanschicht grampositiv färben und auch eine äußere Zellmembran besitzen, werden als Zwischenstufen beim Übergang zwischen monoderm (gram-positiv) und diderm (gram-negativ) Bakterien vorgeschlagen . Die Didermbakterien können auch weiter zwischen einfachen Didermen ohne Lipopolysaccharid, den archetypischen Didermbakterien, bei denen die äußere Zellmembran Lipopolysaccharid enthält, und den Didermbakterien, bei denen die äußere Zellmembran aus Mykolsäure besteht, unterschieden werden .

Ausnahmen

Im Allgemeinen sind grampositive Bakterien Monodermen und haben eine einzelne Lipiddoppelschicht, während gramnegative Bakterien Diderme sind und zwei Doppelschichten haben. Einigen Taxa fehlt Peptidoglycan (wie die Klasse Mollicutes , einige Mitglieder der Rickettsiales und die Insekten-Endosymbionten der Enterobacteriales ) und sind gramvariabel. Dies trifft jedoch nicht immer zu. Die Deinococcus-Thermus- Bakterien weisen grampositive Färbungen auf, obwohl sie strukturell den gramnegativen Bakterien mit zwei Schichten ähnlich sind. Die Chloroflexi sind einschichtig, aber (mit einigen Ausnahmen) negativ gefärbt. Zwei verwandte Stämme der Chloroflexi, die TM7- Klade und die Ktedonobakterien, sind ebenfalls Monodermen.

) enthaltender gramnegativer Bakterienstämme liefert den Beweis, dass diese Bakterienstämme eine monophyletische Klade bilden und dass kein Verlust der äußeren Membran von irgendeiner Spezies dieser Gruppe aufgetreten ist.

Pathogenese

Kolonien eines grampositiven Erregers der Mundhöhle, Actinomyces sp.
.

Bakterielle Transformation

Die Transformation ist einer von drei Prozessen des horizontalen Gentransfers , bei dem exogenes genetisches Material von einem Spenderbakterium auf ein Empfängerbakterium übergeht, die anderen beiden Prozesse sind Konjugation (Transfer von genetischem Material zwischen zwei Bakterienzellen in direktem Kontakt) und Transduktion (Injektion von bakterielle Spender-DNA durch ein Bakteriophagenvirus in ein Empfänger-Wirtsbakterium). Bei der Transformation passiert das genetische Material das dazwischenliegende Medium und die Aufnahme ist vollständig vom Empfängerbakterium abhängig.

Bis 2014 waren etwa 80 Bakterienarten bekannt, die zur Transformation fähig sind, etwa gleichmäßig auf grampositive und gramnegative Bakterien verteilt ; die Zahl könnte zu hoch angesetzt sein, da mehrere der Berichte durch einzelne Papiere gestützt werden. Die Transformation zwischen grampositiven Bakterien wurde in medizinisch wichtigen Spezies wie Streptococcus pneumoniae , Streptococcus mutans , Staphylococcus aureus und Streptococcus sanguinis und in grampositiven Bodenbakterien Bacillus subtilis , Bacillus cereus untersucht .

Orthographischer Hinweis

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Verweise