Gram-negatív baktériumok

A Gram-negatív baktériumok (jelölése Gram (-)) olyan baktériumok , amelyek nem festődnek kristályibolyával Gram-festett mikroorganizmusok alkalmazásakor [1] . Ellentétben a Gram-pozitív baktériumokkal , amelyek még színtelenítő oldószerrel ( alkohollal ) történő mosás után is megtartják lila színüket , a Gram-negatív baktériumok teljesen elszíntelenednek. Oldószeres mosás után a Gram-folt egy ellenfestéket (általában szafranint ) ad hozzá, amely minden Gram-negatív baktériumot vörösre vagy rózsaszínre fest. Ennek oka egy külső membrán jelenléte, amely megakadályozza a festék behatolását a sejtbe. Maga a teszt hasznos a baktériumok osztályozásában és sejtfaluk szerkezete alapján két csoportra való szétválasztásában . Erősebb és áthatolhatatlanabb sejtfaluknak köszönhetően a Gram-negatív baktériumok jobban ellenállnak az antitesteknek , mint a Gram-pozitívak.

A Gram-negatív baktériumok patogenitása általában sejtfaluk bizonyos összetevőihez kötődik, nevezetesen a lipopoliszacharid réteghez (LPS vagy endotoxikus réteg) [1] . Az emberi szervezetben az LPS olyan immunválaszt indukál, amelyet citokinszintézis és az immunrendszer aktiválása jellemez . A citokinszintézisre adott gyakori válasz a gyulladás , amely a toxikus anyagok mennyiségének növekedéséhez is vezethet a gazdaszervezetben.

Jellemzők

A legtöbb Gram-negatív baktériumra jellemző közös jellemzők:

  1. Két membrán jelenléte, amelyek között sejtfal és periplazmatikus tér található .
  2. Vékonyabb a Gram-pozitív baktériumokhoz képest , peptidoglikán réteg.
  3. A külső membrán lipopoliszacharidokat tartalmaz (kívül lipid A -ból , poliszacharid magból és O antigénből, belül pedig foszfolipidekből áll ).
  4. A külső membrán porinokat tartalmaz , amelyek bizonyos molekulák pórusaiként működnek.
  5. Az S-réteg a külső membránhoz kapcsolódik, és nem a peptidoglikán réteghez.
  6. Ha van flagellum , akkor kettő helyett négy tartógyűrűje van.
  7. Teichoinsav és lipotechoinsav hiányzik .
  8. Általában nem képeznek spórákat (figyelemreméltó kivétel a Coxiella burnetii , amely spóraszerű struktúrákat alkot).
  9. A lipoproteinek közvetlenül a poliszacharid gerinchez kapcsolódnak.
  10. A legtöbb Brown lipoproteint tartalmaz , amely kovalens kötéssel köti össze a külső membránt és a peptidoglukán láncokat.

A sejtmembránok kémiai összetétele és szerkezete

Ezután megvizsgáljuk a gram-negatív prokarióták sejtfedő rétegeit, a legbelsőtől kezdve:

Cellfal

A Gram -negatív eubaktériumok sokkal összetettebb sejtfalszerkezettel rendelkeznek, mint a Gram-pozitívak. Sokkal nagyobb számban tartalmaz különböző kémiai típusú makromolekulákat. A peptidoglikán csak a sejtfal belső rétegét képezi, lazán tapadva a CPM -hez . A Gram-negatív eubaktériumok különböző típusai esetében ennek a heteropolimernek a tartalma nagymértékben változik. A legtöbb fajban egy- vagy kétrétegű szerkezetet alkot, amelyet a heteropolimer láncok között nagyon ritka keresztkötések jellemeznek.

Egyes siklóbaktériumok ( mixobaktériumok , flexibaktériumok ) képesek időszakosan megváltoztatni a sejtek alakját a szilárd szubsztrát mentén történő mozgás során, például hajlítással, ami sejtfaluk, és elsősorban peptidoglikán rétegének rugalmasságát jelzi. Az elektronmikroszkópos vizsgálat azonban feltárta, hogy Gram-negatív eubaktériumokra jellemző sejtfaluk van. E baktériumok sejtfalának rugalmasságának legvalószínűbb magyarázata a peptidoglikán komponens rendkívül alacsony keresztkötése [2] .

Periplazmatikus tér

A Gram-negatív eubaktériumokban a sejtfal részeként egy további membrán megjelenése valójában egy különálló üreg (periplazmatikus tér) kialakulásához vezetett, amelyet specifikus membránok határolnak el a citoplazmától és a külső környezettől, és jelentős funkcionális terhelést hordoznak [2]. ] .

A periplazmatikus teret , ahol a peptidoglikán réteg bemerül, olyan oldattal töltik meg, amely specifikus fehérjéket , oligoszacharidokat és szervetlen molekulákat tartalmaz. A periplazmatikus fehérjéknek két típusa van: transzportfehérjék és hidrolitikus enzimek .


Azt is megállapították, hogy sok baktérium nagy mennyiségű enzimet ( glikozidázokat , proteázokat , lipázokat stb.) képes termelni, amelyek minden típusú polimer molekulát hidrolizálnak. Ez utóbbiak lehetnek maguk a sejt által szintetizált molekulák, vagy olyan idegenek, amelyek kívülről kerültek a sejtbe. A saját molekulák hidrolízisének (önemésztésnek) a negatív következményei nyilvánvalóak. Ugyanakkor a prokariótáknak hidrolitikus enzimekre van szükségük, mivel ez kiterjeszti az általuk használt anyagok körét, beleértve a különféle típusú polimereket. Világossá válik, hogy ezeket az enzimeket el kell különíteni a citoplazmatikus tartalomtól. A Gram -pozitív eubaktériumok hidrolitikus enzimeket választanak ki a külső környezetbe, míg a Gram-negatív eubaktériumok a periplazmatikus térben lokalizálódnak.

Külső membrán

A peptidoglikánon kívül van egy további sejtfalréteg - a külső membrán. Az elemi membránokra jellemző foszfolipidekből, fehérjékből, lipoproteinekből és lipopoliszacharidokból áll. A külső membrán speciális komponense a komplex molekulaszerkezetű lipopoliszacharid , amely felületének körülbelül 30-40%-át foglalja el, és a külső rétegben lokalizálódik.

A külső membrán fehérjék nagy és minor fehérjékre oszthatók. Az alapfehérjéket kis számú különböző faj képviseli, de az összes külső membránfehérje közel 80%-át teszik ki. Ezeknek a fehérjéknek az egyik funkciója, hogy a membránban körülbelül 1-15 nm átmérőjű és 50-70 nm hosszúságú hidrofil pórusokat hoznak létre , amelyek a sejtfal felületéhez képest 30-40°-os szögben hajlanak. . Rajtuk keresztül a 600-900 Da tömegű molekulák nem specifikus diffúzióját hajtják végre . Ez azt jelenti, hogy a cukrok , aminosavak , kisméretű oligoszacharidok és peptidek átjuthatnak ezeken a pórusokon . Azokat a fehérjéket, amelyek áthatolnak a külső membránon és hidrofil pórusokat képeznek, porinoknak nevezzük. A külső membrán kisebb fehérjéit sokkal nagyobb számú faj képviseli. Fő funkciójuk a transzport és a receptor. A kisebb fehérjékre példa a vastartalmú vegyületek sejtbe történő specifikus szállításáért felelős fehérjék.

Különféle funkciókat látnak el a környezettel érintkezve részben vagy teljesen a sejtfal külső oldalán lokalizált makromolekulák; ezek a fágok és kolicinek specifikus receptorai ; antigének ; makromolekulák, amelyek intercelluláris kölcsönhatásokat biztosítanak a konjugáció során , valamint a patogén baktériumok és a magasabb rendű szervezetek szövetei között.

S-réteg és oszcilin fibrillák

Az S-réteg vagy fogazott réteg  egy sűrűn csomagolt fehérjékből álló réteg, amely a sejt külső felületét borítja, és védelmet nyújt a pH vagy bármely ion koncentrációjának hirtelen változásai ellen. Ennek a rétegnek a tetején szőrszerű rostok találhatók, amelyek a cianobaktériumok külső membránján kívül helyezkednek el , és képesek csúszni. A szőrszálakhoz hasonlóan a felső réteg rostjait egy rúdszerű glikoprotein, az oszcillin alkotja .

A siklás a nyálka pórusokon keresztül a sejtmembránok külső oldalára történő kiválasztásán keresztül történik [3] . A nyálka a sejt külső rétegének oszcillinrostjainak felületén és a szomszédos szubsztrátumon halad át, előre mozgatva a rostokat. A rendezett szőrszerű szálak gyűjteménye tehát passzív csavarként működik, miközben a nyálka sikló folyamatban halad át a felületükön [4] .

Osztályozás

A sejtalak elemzése mellett a Gram-festés egy gyors diagnosztikai technika, amelyet korábban a baktériumfajok alosztályokba sorolására használtak.

A Gram-festés alapján Monera mára kihalt királyságát négy részre osztották : Firmacutes ( +), Gracillicutes (-), Mollicutes (0) és Mendocutes (var.) [5] . Ám 1987 óta a gram-negatív baktériumok monofíliáját megkérdőjelezik, majd a bimolekuláris vizsgálatok teljesen megcáfolják [6] . Egyes szerzők, például T. Cavalier-Smith azonban továbbra is monofiletikus kládnak tartják őket, és a Negibacteria alkirálysághoz rendelik őket [ 7 ] .

A külső sejtmembrán szerkezete és a baktériumok osztályozása

Fontos kiemelni, hogy bár a baktériumokat hagyományosan két fő csoportra osztják, Gram-pozitívra és Gram-negatívra, ez a besorolás kétértelmű és önkényes, mivel három teljesen különböző szempontra utalhat (festési eredmény, sejtborítók elrendezése, taxonómiai csoport), amelyek nem feltétlenül azonosak minden típusú baktérium esetében [8] [9] [10] [11] . A Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumok festődési reakciója azért sem megbízható jellemzés, mert a két baktériumfaj nem alkot filogenetikailag egységes csoportot [8] . Bárhogy is legyen, bár a Gram-festés empirikus kritérium, a természetben előforduló két fő típusú prokarióta sejtfal ultrastruktúrájának és kémiai összetételének egyértelmű különbségein alapul. Mindkét sejtfaltípus különbözik egymástól külső lipidmembrán jelenlétében vagy hiányában, ami a bakteriális sejtek megbízhatóbb és alapvető jellemzője [8] [12] . Minden Gram-pozitív baktériumot egyetlen réteg foszfolipid membrán vesz körül, és általában vastag ( 20-80 nm ) peptidoglikánréteggel ( murein , stb.) rendelkezik, amely megtartja a Gram-foltot. Számos más egyetlen membránnal körülvett, de a peptidoglikán réteg hiánya miatt Gram-negatívan festő baktérium (lásd mikoplazmák ), vagy a sejtfal sajátos összetétele miatt nem képes megtartani a Gram-festést szintén szorosan összefügg. Gram-pozitív baktériumoknak. Az egyetlen sejtmembránnal körülvett baktériumsejtek esetében a monodermális baktériumok vagy monodermális prokarióták kifejezést javasolták [8] [8] [12] . A Gram-pozitív baktériumokkal ellentétben minden archetipikus Gram-negatív baktériumot a citoplazmatikus membránon kívül külső sejtmembrán is körülvesz, és közöttük rendkívül vékony peptidoglikánréteg ( 2-3 nm ) található. A belső és külső membránok jelenléte egy új sejtrekesz, a periplazmatikus tér kialakulását eredményezi . Az ilyen baktériumokat/prokariótákat didermális baktériumoknak nevezték el [8] [8] [12] .

Egy másik fontos különbség a monodermális és didermális prokarióták között a deléciók konzervált halmaza számos fontos fehérjében (lásd DnaK , GroEL ) [8] [9] [12] [13] . A prokarióta szervezetek két szerkezetileg elkülönülő csoportja közül a monodermikus baktériumokat a didermikus baktériumok ősi csoportjának tekintik. Számos megfigyelés alapján, többek között arra a tényre alapozva, hogy a Gram-pozitív baktériumok túlnyomórészt antibiotikum-termelők, míg a Gram-negatív baktériumok általában rezisztensek az antibiotikumokkal szemben, felmerült, hogy a Gram-negatívok külső sejtmembránjában van egy védőmechanizmus. baktériumok az antibiotikumok szelektív hatása ellen [8] [9] [12] [13] . Egyes baktériumok, mint például a Deinococcus , a vastag peptidoglikán réteg miatt Gram-pozitívan festődnek, de külső sejtmembránnal rendelkeznek, és a monodermák (gram-pozitív) és a didermák (gram-negatív) közötti intermediernek tekinthetők [8] [13] . A didermikus baktériumok pedig egyszerű didermákra oszthatók , amelyek nem tartalmaznak liposzacharidréteget, archetipikus didermákra , amelyek külső sejtmembránja lipopoliszacharidokat tartalmaz, és tulajdonképpeni didermákra , amelyek külső membránja mikolsavból áll [10] [11] [ 13] [14 ] .

Emellett számos bakteriális taxon (lásd: Negativicutes , Fusobacteria , Synergistetes és Elusimicrobia ), amelyek a Firmicutes törzsbe vagy annak közeli rokon ágába tartoznak, szintén didermikus sejtszerkezetet mutat [11] [13] [14] . A HSP60 fehérje ( GroEL ) konzervált deléciója (CSI) azonban a Gram-negatív baktériumok összes hagyományos típusának (azaz Proteobacteria , Aquificae , Chlamydiae , Bacteroidetes , Chlorobi , Cyanobacteria , Fibrobacteres , Verrucomestomycrobia , Verrucomestomycrobia , Verrucomestomycrobia ) fémjelzete . Acidobaktériumok stb.) atipikus didermákból és más típusú monodermikus baktériumokból (például Actinobacteria , Firmicutes , Thermotogae , Chloroflexi stb.) [13] . A CSI jelenléte a közönséges LPS-t tartalmazó Gram-negatív bakteriális törzsből származó összes szekvenált fajban azt jelzi, hogy ez a baktériumtörzs monofiletikus kládot alkot, és arra utal, hogy ebben a csoportban egyetlen fajon sem fordult elő külső membrán elvesztése. Ezek az adatok ellentmondanak annak a hipotézisnek, hogy a monodermális prokarióták a didermálisakból származnak a külső membrán elvesztésével [13] .

Példák megtekintése

A proteobaktériumok  a gram-negatív baktériumok nagy csoportját alkotják, beleértve az Escherichia colit ( E. coli ), a Salmonellát , a Shigella -t és más Enterobacteriaceae -t , a Pseudomonas -t , a Moraxellát , a Helicobacter -t , a Stenotrophomonas -t , a Bdellovibrio -t , az ecetsavbaktériumokat , a Legionellát és sok mást. A Gram-negatív baktériumok további jelentős csoportjai közé tartoznak a cianobaktériumok , a spirocheták , a zöldszürke és a nem kénbaktériumok .

Az orvosilag összefüggő Gram-negatív coccusok közé három olyan organizmus tartozik, amelyek szexuális úton terjedő betegségeket ( Neisseria gonorrhoeae ), agyhártyagyulladást ( Neisseria meningitidis ) és légúti tüneteket ( Moraxella catarrhalis ) okoznak.

A bacilusok között nagyszámú gyógyászatilag fontos faj található. Némelyikük elsősorban légúti megbetegedéseket okoz, mint például ( Hemophilus influenzae , Klebsiella pneumoniae , Legionella pneumophila , Pseudomonas aeruginosa ), kiürülést ( Escherichia coli , Proteus mirabilis , Enterobacter cloacae , Serratia marcescens ) és emésztést ( Salmonella enterelladisac , Salmonella enterelladisac ) .

Számos Gram-negatív baktérium társul nozokomiális fertőzésekhez . Ide tartozik az Acinetobacter baumannii , amely bakteremiát, másodlagos agyhártyagyulladást és lélegeztetőgépes tüdőgyulladást okoz az intenzív osztályokon elhelyezett betegeknél.

Jelentősége az orvostudomány számára

A Gram-negatív baktériumok számos egyedi jellemzőjének egyike a külső sejtmembrán szerkezete. A membrán külső rétege lipopoliszacharidok komplexét tartalmazza , amelyek lipid részei endotoxinként működnek . Ha az endotoxinok bejutnak a szállítórendszerbe, akkor mérgezés lép fel, amit a hőmérséklet emelkedése, a légzésszám növekedése és a vérnyomás csökkenése követ. Mindez toxikus sokkhoz, majd halálhoz vezethet.

Ez a külső membrán megvédi a baktériumot bizonyos antibiotikumoktól , színezékektől és tisztítószerektől , amelyek általában károsítják a belső membránt vagy a sejtfalat. Ez a védelem ellenállóvá teszi a baktériumot a lizozim és a penicillin ellen . Azonban olyan alternatív terápiákat fejlesztettek ki, mint például a lizozim EDTA -val és az ampicillin antibiotikum , amelyek képesek legyőzni néhány patogén Gram-negatív organizmus külső védőmembránját. Más gyógyszerek is használhatók ugyanerre a célra, amelyek közül a leghatékonyabbak a kloramfenikol , a sztreptomicin és a nalidixsav .

Lásd még

Források

  1. ↑ 1 2 3 '' Salton MRJ, Kim KS . szerkezet. in: Baron's Medical Microbiology (Baron S. et al. , szerk.) . — 4. - Texasi Orvostudományi Egyetem, 1996. - ISBN 0-9631172-1-1 . Archiválva : 2009. február 9. a Wayback Machine -nél
  2. ↑ 1 2 Gusev M. V., Mineeva L. A. Mikrobiológia: Tankönyv. - 2003. - 464 p.
  3. ↑ (Hoiczyk és Baumeister, 1998; Hoiczyk, 2000)
  4. ↑ Lee RE fiziológia. — 4. kiadás. – Colorado State University, USA.
  5. ↑ Gibbons, N.E.; Murray, RGE javaslatok a baktériumok magasabb taxonjára  // International  Journal of Systematic Bacteriology : folyóirat. - 1978. - 1. évf. 28 , sz. 1 . - P. 1-6 . - doi : 10.1099/00207713-28-1-1 .
  6. ↑ Woese CR Bakteriális evolúció.  (angol)  // Mikrobiológiai áttekintések. - 1987. - 1. évf. 51. sz. 2 . - P. 221-271. — PMID 2439888 .
  7. ↑ Cavalier-Smith T. Az élet fájának gyökerezése átmeneti elemzésekkel   // Biol . közvetlen : folyóirat. - 2006. - Vol. 1 . — 19. o . - doi : 10.1186/1745-6150-1-19 . — PMID 16834776 .
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gupta RS (1998) Protein filogeniák és aláírási szekvenciák: Az archaebaktériumok, eubaktériumok és eukarióták közötti evolúciós kapcsolatok újraértékelése. mikrobiol. Mol. Biol. Fordulat. 62, 1435-1491.
  9. ↑ 1 2 3 Gupta RS (2000) A természetes evolúciós kapcsolatok a prokarióták között. Crit. Fordulat. mikrobiol. 26:111-131.
  10. ↑ 1 2 Desvaux Mickaël , Hébraud Michel , Talon Régine , Henderson Ian R. A bakteriális fehérjék szekréciója és szubcelluláris lokalizációi: szemantikai tudatosság kérdés  // Trends in Microbiology. - 2009. - április ( 17. évf. 4. szám ). - S. 139-145 . — ISSN 0966-842X . - doi : 10.1016/j.tim.2009.01.004 .
  11. ↑ 1 2 3 Sutcliffe Iain C. A törzsi szintű perspektíva a bakteriális sejtburok architektúrájáról  // Trends in Microbiology. - 2010. - október ( 18. évf. , 10. szám ). - S. 464-470 . — ISSN 0966-842X . - doi : 10.1016/j.tim.2010.06.005 .
  12. ↑ 1 2 3 4 5 Gupta RS (1998). Mik azok az archaebaktériumok: az élet harmadik doménje vagy a Gram-pozitív baktériumokhoz kapcsolódó monoderm prokarióták? Új javaslat a prokarióta szervezetek osztályozására. Molekuláris mikrobiológia. 29(3):695-707.
  13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Gupta RS (2011). A diderm (Gram-negatív) baktériumok eredete: az antibiotikum-szelekciós nyomás, nem pedig az endoszimbiózis, valószínűleg két membránnal rendelkező baktériumsejtek evolúciójához vezetett. Antonie van Leeuwenhoek. 100:171-182.
  14. ↑ 1 2 Marchandin H. , Teyssier C. , Campos J. , Jean-Pierre H. , Roger F. , Gay B. , Carlier JP , Jumas-Bilak E. Negativicoccus succinicivorans gen. nov., sp. nov., humán klinikai mintákból izolált, a Veillonellaceae család javított leírása és a Negativicutes classis nov., Selenomonadales ord. november. és Acidaminococcaceae fam. november. a baktérium törzsben Firmicutes.  (angol)  // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. - 2010. - 20. évf. 60, sz. 6. pont . - P. 1271-1279. - doi : 10.1099/ijs.0.013102-0 . — PMID 19667386 .
  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban