Gram-positiv vs Gram-negativ bakterier

Den danska forskaren Hans Christian Gram utformade en metod för att skilja mellan två typer av bakterier baserat på de strukturella skillnaderna i deras cellväggar. I sitt test gör bakterier som behåller kristallviolettfärgen det på grund av ett tjockt lager av peptidoglykan och kallas Gram-positiva bakterier. I kontrast, Gram-negativa bakterier behåll inte den violetta färgen och är färgad röd eller rosa. Jämfört med gram-positiva bakterier är gramnegativa bakterier resistenta mot antikroppar på grund av sin ogenomträngliga cellvägg. Dessa bakterier har ett brett utbud av applikationer, allt från medicinsk behandling till industriell användning och schweizisk ostproduktion.

Jämförelsediagram

Gram-negativ Bakterier kontra Gram-positiv Bakterie jämförelse diagram

	Gram-negativa bakterier	Gram-positiva bakterier
Gram reaktion	Kan avfärgas för att acceptera motfläck (Safranin eller Fuchsine); fläckar röd eller rosa, behåller de inte Gram fläcken när de tvättas med absolut alkohol och aceton.	Behåll kristallviolett färg och fläck mörkt violett eller lila, de förbli färgade blå eller lila med gramfläckar när de tvättas med absolut alkohol och vatten.
Peptidoglykanskikt	Tunn (enkelskiktad)	Tjock (flerskiktad)
Teikosyror	Frånvarande	Förekommer i många
Periplasmiskt utrymme	närvarande	Frånvarande
Yttre membran	Närvarande	Frånvarande
Lipopolysackarid (LPS) -innehåll	Hög	Praktiskt taget ingen
Lipid och lipoproteininnehåll	Hög (på grund av närvaro av yttre membran)	Låga (sura fasta bakterier har lipider kopplade till peptidoglykan)
Flagellarstruktur	4 ringar i baskroppen	2 ringar i baskroppen
Toxiner produceras	Primärt endotoxiner	Primärt exotoxiner
Motstånd mot fysisk störning	Låg	Hög
Inhibition av basfärger	Låg	Hög
Känslighet för anjoniska rengöringsmedel	Låg	Hög
Motståndskraft mot natriumazid	Låg	Hög
Motståndskraft mot torkning	Låg	Hög
Cellväggskomposition	Cellväggen är 70-120 Å (ångström) tjock; två lager. Lipidhalten är 20-30% (hög), Mureinhalten är 10-20% (låg).	Cellväggen är 100-120 Å tjock; enkelskiktad. Lipidhalten i cellväggen är låg, medan Mureinhalten är 70-80% (högre).
mesosom	Mesosom är mindre framträdande.	Mesosom är mer framträdande.
Antibiotikaresistens	Mer resistent mot antibiotika.	Mer mottagliga för antibiotika

Innehåll: Gram-positiv vs Gram-negativ bakterier

• 1 färgning och identifiering
• 2 patogenes hos människor
• 3 gram positiv Cocci
• 4 Kommersiella användningar av icke-patogena Gram-positiva bakterier
• 5 gram-obestämda och gram-variabla bakterier
• 6 referenser

Färgning och identifiering

Mikroskopisk syn på tandplåten, som visar Gram-positiv (lila) och negativa (röda) bakterier

I ett Gram-färgprov tvättas bakterierna med en avfärgningslösning efter färgning med kristallviolett. När man lägger till ett motstånd som safranin eller fuchsin efter tvättning, färgas Gram-negativa bakterier röda eller rosa medan Gram-positiva bakterier behåller sitt kristallvioletta färgämne.

Detta beror på skillnaden i strukturen hos deras bakteriella cellvägg. Gram-positiva bakterier har inte ett yttre cellmembran som finns i gramnegativa bakterier. Cellväggen hos Gram-positiva bakterier är hög i peptidoglykan vilket är ansvarig för att behålla kristallviolettfärgämnet.

Gram-positiva och negativa bakterier differentieras huvudsakligen av sin cellväggstruktur

Följande videoklipp visar färgning av gram-positiva och negativa bakterier.

Patogenes hos människor

Både gram-positiva och gramnegativa bakterier kan vara patogena (se listan över patogena bakterier). Sex gram positiva bakterier är kända för att orsaka sjukdom hos människor: Streptokocker, Staphylococcus, Corynebacterium, Listeria, Bacillus och Clostridium. En annan 3 orsakar sjukdomar i växter: Rathybacter, Leifsonia och Clavibacter.

Många gramnegativa bakterier är också patogena, exempelvis Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis och Yersinia pestis. Gram-negativa bakterier är också mer resistenta mot antibiotika eftersom deras yttre membran innefattar en komplex lipopolysackarid (LPS) vars lipiddel verkar som ett endotoxin. De utvecklar också motståndet tidigare:

Många gramnegativa bakterier, de kommer ut ur lådan, om du vill, resistent mot ett antal viktiga antibiotika som vi kan använda för att behandla dem. Vi pratar om agenter med namn som Acinetobacter, Pseudomonas, E. coli. Det här är bakterier som historiskt gjort ett mycket bra jobb med att snabbt utveckla resistens mot antibiotika. De har många knep upp på ärmarna för att utveckla resistens mot antibiotika, så de är en grupp agenter som snabbt kan bli resistenta, kan utgöra stora utmaningar mot resistens. Och vad vi har sett under det senaste decenniet blir dessa gramnegativa agenter mycket snabbt och mer resistenta mot alla agenter som vi har tillgång till för att behandla dem.

Större resistens hos gramnegativa bakterier gäller också för en nyupptäckt klass av antibiotika som tillkännagavs i början av 2015 efter en decennier lång torka i nya antibiotika. Dessa läkemedel kommer inte troligen att fungera på gramnegativa bakterier.

Strukturen hos en gram-positiv bakteriecell.

Gram positiv Cocci

Bakterier klassificeras baserat på deras cellform i baciller (stavformad) och kocker (sfärformad). Typiska Gram-positiva cocci-fläckar innefattar (bilder):

• Kluster: Vanligtvis kännetecknande för Stafylokock, såsom S. aureus
• Kedja: Vanligtvis kännetecknande för Streptokock, såsom S. pneumoniae, B-gruppstreptokocker
• Tetrad: Vanligtvis kännetecknande för Micrococcus.

Grampositiva baciller tenderar att vara tjocka, tunna eller grenande.

Kommersiella användningar av icke-patogena Gram-positiva bakterier

Många streptokockarter är icke-patogena, och utgör en del av den humana mikrobiomen i munnen, huden, tarmarna och övre luftvägarna. De är också en nödvändig ingrediens i att producera Emmentaler (schweizisk) ost.

Icke-patogena arter av corynebacterium används i industriell produktion av aminosyror, nukleotider, biokonvertering av steroider, nedbrytning av kolväten, ost åldring, produktion av enzymer etc..

Många Bacillus-arter kan utsöndra stora mängder enzymer.

• Bacillus amyloliquefaciens är källan till ett naturligt antibiotikaproteinasas (ett ribonukleas), a-amylas som används vid stärkelsehydrolys, proteas-subtilisinet som används med detergenter och BamHl-restriktionsenzymet som används i DNA-forskning.
• C. Thermocellum kan använda lignocellulosavfall och generera etanol, vilket gör det till en möjlig kandidat för användning vid produktion av etanolbränsle. Det är anaerobt och är termofilt vilket minskar kylkostnaden.
• C. acetobutylicum, även känd som Weizmann-organismen, användes först av Chaim Weizmann för att producera aceton och biobutanol från stärkelse 1916 för framställning av krut och TNT.
• C. botulinum producerar ett potentiellt dödligt neurotoxin som används i utspädd form i läkemedlet Botox. Det används också för att behandla spasmodisk torticollis och ger relief i ca 12-16 veckor.

Den anaeroba bakterien C. ljungdahlii kan producera etanol från koldioxidkällor inklusive syntesgas, en blandning av kolmonoxid och väte som kan genereras från partiell förbränning av antingen fossila bränslen eller biomassa.

Gram-obestämda och gram-variabla bakterier

Inte alla bakterier kan på ett tillförlitligt sätt klassificeras genom gramfärgning. Till exempel svarar inte sura bakterier eller Gram-variabler på Gram-färgning.

referenser

• Jämförande egenskaper hos gram-positiva och gram-negativa bakterier - Univ. av Maryland
• Gram-positiva bakterier - bilder av typiska fläckmönster - Univ. av Pennsylvania
• wikipedia: Gram-negativa bakterier
• wikipedia: Gram-positiva bakterier
• wikipedia: Gramfärgning