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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 von Hans Christian Gram entwickelte Gram-Färbemethode identifiziert Bakterien anhand 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 hauptsächlich aus einer Substanz bestehen, die nur für Bakterien gilt, die als Peptidoglycan oder Murein bekannt sind. Diese Bakterien färben sich nach Gram-Färbung lila. Gramnegative Bakterien haben Zellwände mit nur einer dünnen Schicht Peptidoglycan und eine äußere Membran mit einer Lipopolysaccharidkomponente, die in grampositiven Bakterien nicht zu finden ist. Gramnegative Bakterien färben sich nach Gramfärbung rot oder rosa.

 

Grampositive Bakterien

Die Zellwände von grampositiven Bakterien unterscheiden sich strukturell von den Zellwänden von gramnegativen Bakterien. Der Hauptbestandteil der bakteriellen Zellwände 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, Peptidoglycan-Stärke und -Struktur zu verleihen. 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 von Peptidoglycan unterstützen die Zellmembran und bieten einen Ort der Anhaftung für andere Moleküle. Die dicken Schichten ermöglichen es auch grampositiven Bakterien, den größten Teil des Kristallviolettfarbstoffs während der Gramfärbung zurückzuhalten, wodurch sie lila erscheinen. Grampositive Zellwände enthalten auch Ketten von Teichoesäure, 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. Teichonsäure 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 zusätzlichen Schutz für Mykobakterien wie Mycobacterium tuberculosis bietet. Grampositive Bakterien mit Mykolsäure werden auch als säurefeste Bakterien bezeichnet, da sie für die Mikroskopbeobachtung eine spezielle Färbemethode erfordern, 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 prokaryotischen Zelle synthetisiert und in das Äußere der Zelle freigesetzt. Sie sind spezifisch für bestimmte Bakterienflecken und können die Organe und Gewebe des Körpers ernsthaft schädigen . Einige gramnegative Bakterien produzieren auch Exotoxine.

 

Grampositive Kokken

Grampositive Kokken beziehen sich auf grampositive Bakterien, die kugelförmig sind. Zwei Gattungen von grampositiven Kokken, die für ihre Rolle als humane Pathogene bekannt sind, sind Staphylococcus und Streptococcus . Staphylococcus sind kugelförmig und ihre Zellen erscheinen nach ihrer Teilung in Clustern. Streptococcus-Zellen 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) Coccus-Bakterium, das auf der Haut und den Schleimhäuten von Menschen und vielen Tieren vorkommt. Die Bakterien sind normalerweise harmlos, aber Infektionen können auf gebrochener Haut oder in einem blockierten Schweiß oder einer Talgdrüse auftreten, was zu Furunkeln, Pusteln und Abszessen führt. Paul Gunning / Wissenschaftliche Fotobibliothek / Getty Images

Während alle drei Teil der normalen menschlichen Mikrobiota sind. können sie unter bestimmten Bedingungen Krankheiten verursachen. Staphylococcus epidermidis bildet dicke Biofilme und kann Infektionen verursachen, die mit implantierten medizinischen Geräten verbunden sind. 1 Einige Staphylococcus aureus-Stämme, wie Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA), sind gegen Antibiotika resistent geworden und können zur Entwicklung einer schweren Krankheit führen. 2 Streptococcus pyogenes kann Halsentzündung, Scharlach und fleischfressende Krankheiten verursachen. 3

 

Gramnegative Bakterien

Wie grampositive Bakterien besteht die gramnegative Bakterienzellwand 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 Kristallviolettfarbstoff bei, sondern nimmt die rosa Farbe der Gegenfärbung während der Gramfärbung 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 Membranschicht , 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) -Molekülen auf der Außenmembran. 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 . 4 Das LPS besteht aus drei Komponenten: Lipid A, ein Kernpolysaccharid und ein O-Antigen. Die Lipid A- Komponente bindet das LPS an die äußere Membran. An das Lipid A ist das Kernpolyssaccharid gebunden. Es befindet sich zwischen der Lipid A-Komponente und dem O-Antigen. Die O-Antigenkomponente ist an das Kernpolyssaccharid gebunden und unterscheidet sich zwischen den Bakterienspezies. Es kann verwendet werden, um bestimmte Stämme schädlicher Bakterien zu identifizieren.

 

Gramnegative 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. Neisseria meningitidis ist diplococcus, was bedeutet, dass seine kugelförmigen Zellen nach der Zellteilung paarweise verbleiben. Neisseria meningitidis verursacht eine bakterielle Meningitis und kann auch Septikämie und Schock verursachen. 5

Neisseria meningitidis sind kugelförmige, gramnegative Bakterien, die beim Menschen Meningitis verursachen. Die Bakterien sind typischerweise paarweise zu sehen, wobei jedes auf der seinem Partner zugewandten Seite konkav ist. Gesundheitsschutzbehörde / Wissenschaftliche Fotobibliothek / Getty Images

Ein weiteres Diplococcus-Bakterium, N. gonorrhoeae , ist der Erreger, der für die sexuell übertragbare Krankheit Gonorrhoe verantwortlich ist. 6 Moraxella catarrhalis ist ein gramnegativer Diplokokkus, der bei Kindern Ohrenentzündungen, Infektionen der oberen Atemwege, Endokarditis und Meningitis verursacht 7 .

Gram – negative Coccobacillus Bakterien haben bakterielle Formen. die zwischen sphärischen und stabförmig sind. Bakterien der Gattungen Haemophilus und Acinetobacter sind Coccobacillen, die schwere Infektionen verursachen. Haemophilus influenzae kann Meningitis, Infektionen der Nasennebenhöhlen und Lungenentzündung verursachen. 8 Acinetobacter-Arten verursachen Lungenentzündung und Wundinfektionen. 9

 

Wichtige Punkte: Grampositive vs. Gramnegative Bakterien

  • Die meisten Bakterien können allgemein als grampositiv oder gramnegativ klassifiziert 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 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.

 

Zusätzliche Referenzen

  • Silhavy, TJ et al. „Die Hülle der Bakterienzellen.“ Cold Spring Harbor Perspectives in Biology , vol. 2, nein. 5, 2010, doi: 10.1101 / cshperspect.a000414.
  • Jonathan G. Swoboda et al. „Wand-Teichoesäure-Funktion, Biosynthese und Hemmung.“ ChemBioChem , vol. 11, nein. 1, Juni 2009, S. 35–45., Doi: 10.1002 / cbic.200900557.

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