Grampositive vs. gramnegative Bakterien

Der dänische Wissenschaftler Hans Christian Gram entwickelte eine Methode zur Unterscheidung zweier Arten von Bakterien anhand der strukturellen Unterschiede in ihren Zellwänden. In seinem Test tun Bakterien, die den kristallvioletten Farbstoff zurückhalten, dies aufgrund einer dicken Schicht Peptidoglycan und werden als grampositive Bakterien bezeichnet . Im Gegensatz dazu behalten gramnegative Bakterien den violetten Farbstoff nicht bei und sind rot oder rosa gefärbt. Im Vergleich zu grampositiven Bakterien sind gramnegative Bakterien aufgrund ihrer undurchdringlichen Zellwand resistenter gegen Antikörper. Diese Bakterien haben eine Vielzahl von Anwendungen, die von der medizinischen Behandlung über die industrielle Verwendung bis hin zur Schweizer Käseherstellung reichen.

Vergleichstabelle

Vergleichstabelle für gramnegative Bakterien im Vergleich zu grampositiven Bakterien
Gramnegative Bakterien Grampositive Bakterien
Gramm ReaktionKann entfärbt werden, um Gegenfärbung (Safranin oder Fuchsin) zu akzeptieren; Fleck rot oder rosa, sie behalten den Gram-Fleck nicht bei, wenn sie mit absolutem Alkohol und Aceton gewaschen werden.Behalten Sie den Kristallviolettfarbstoff bei und färben Sie ihn dunkelviolett oder lila. Beim Waschen mit absolutem Alkohol und Wasser bleiben sie blau oder lila mit Grammflecken gefärbt.
PeptidoglycanschichtDünn (einschichtig)Dick (mehrschichtig)
TeichoesäurenAbwesendIn vielen präsent
Periplasmatischer RaumGeschenkAbwesend
Äußere MembranGeschenkAbwesend
Lipopolysaccharidgehalt (LPS)HochPraktisch keine
Lipid- und LipoproteingehaltHoch (aufgrund der äußeren Membran)Niedrig (säurefeste Bakterien haben Lipide, die an Peptidoglycan gebunden sind)
Flagellenstruktur4 Ringe im Basalkörper2 Ringe im Basalkörper
Toxine produziertHauptsächlich EndotoxineHauptsächlich Exotoxine
Widerstand gegen körperliche StörungenNiedrigHoch
Hemmung durch basische FarbstoffeNiedrigHoch
Anfälligkeit für anionische DetergenzienNiedrigHoch
Beständigkeit gegen NatriumazidNiedrigHoch
Beständigkeit gegen AustrocknungNiedrigHoch
ZellwandzusammensetzungDie Zellwand ist 70-120 Å (ångström) dick; zweischichtig. Der Lipidgehalt beträgt 20-30% (hoch), der Mureingehalt 10-20% (niedrig).Die Zellwand ist 100-120 Å dick; einschichtig. Der Lipidgehalt der Zellwand ist niedrig, während der Murein-Gehalt 70-80% (höher) beträgt.
MesosomMesosom ist weniger prominent.Mesosom ist stärker ausgeprägt.
Antibiotika ResistenzResistenter gegen Antibiotika.Anfälliger für Antibiotika

Färbung und Identifizierung

Mikroskopische Ansicht von Zahnbelag mit grampositiven (lila) und negativen (rot) Bakterien

In einem Gram-Färbetest werden Bakterien nach dem Färben mit Kristallviolett mit einer Entfärbungslösung gewaschen. Bei Zugabe einer Gegenfärbung wie Safranin oder Fuchsin nach dem Waschen werden gramnegative Bakterien rot oder rosa gefärbt, während grampositive Bakterien ihren kristallvioletten Farbstoff behalten.

Dies ist auf den Unterschied in der Struktur ihrer Bakterienzellwand zurückzuführen. Grampositive Bakterien haben keine äußere Zellmembran in gramnegativen Bakterien. Die Zellwand von grampositiven Bakterien enthält viel Peptidoglycan, das für die Rückhaltung des Kristallviolettfarbstoffs verantwortlich ist.

Grampositive und negative Bakterien unterscheiden sich hauptsächlich durch ihre Zellwandstruktur

Die folgenden Videos zeigen die Färbung von grampositiven bzw. negativen Bakterien.

Pathogenese beim Menschen

Sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien können pathogen sein (siehe Liste der pathogenen Bakterien). Es ist bekannt, dass sechs grampositive Bakteriengattungen beim Menschen Krankheiten verursachen: Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium, Listeria, Bacillus und Clostridium. Weitere 3 verursachen Krankheiten in Pflanzen: Rathybacter, Leifsonia und Clavibacter.

Viele gramnegative Bakterien sind auch pathogen, z. B. Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis und Yersinia pestis. Gramnegative Bakterien sind auch resistenter gegen Antibiotika, da ihre äußere Membran ein komplexes Lipopolysaccharid (LPS) umfasst, dessen Lipidanteil als Endotoxin wirkt. Sie entwickeln auch früher Widerstand:

Viele gramnegative Bakterien sind, wenn Sie so wollen, sofort einsatzbereit und resistent gegen eine Reihe wichtiger Antibiotika, mit denen wir sie möglicherweise behandeln. Wir sprechen von Wirkstoffen mit Namen wie Acinetobacter, Pseudomonas, E. coli. Dies sind Bakterien, die in der Vergangenheit sehr schnell sehr gut Resistenzen gegen Antibiotika entwickelt haben. Sie haben eine Menge Tricks im Ärmel, um Resistenzen gegen Antibiotika zu entwickeln. Sie sind also eine Gruppe von Wirkstoffen, die schnell resistent werden können und die Resistenzen vor große Herausforderungen stellen können. Und was wir in den letzten zehn Jahren gesehen haben, ist, dass diese gramnegativen Wirkstoffe sehr schnell resistenter werden gegen alle Wirkstoffe, die wir zur Behandlung zur Verfügung haben.

Eine höhere Resistenz gegen gramnegative Bakterien gilt auch für eine neu entdeckte Klasse von Antibiotika, die Anfang 2015 nach einer jahrzehntelangen Dürre bei neuen Antibiotika angekündigt wurde. Es ist unwahrscheinlich, dass diese Medikamente bei gramnegativen Bakterien wirken.

Struktur einer grampositiven Bakterienzelle.

Grampositive Kokken

Bakterien werden anhand ihrer Zellform in Bazillen (stabförmig) und Kokken (kugelförmig) eingeteilt. Typische grampositive Kokkenflecken umfassen (Bilder):

  • Cluster: normalerweise charakteristisch für Staphylococcus wie S. aureus
  • Kette: normalerweise charakteristisch für Streptokokken wie S. pneumoniae, Streptokokken der B-Gruppe
  • Tetrade: normalerweise charakteristisch für Micrococcus .

Grampositive Bazillen neigen dazu, dick, dünn oder verzweigt zu sein.

Kommerzielle Verwendung von nicht pathogenen grampositiven Bakterien

Viele Streptokokkenarten sind nicht pathogen und bilden einen Teil des menschlichen Mikrobioms von Mund, Haut, Darm und oberen Atemwegen. Sie sind auch ein notwendiger Bestandteil bei der Herstellung von Emmentaler (Schweizer) Käse.

Nicht pathogene Arten von Corynebacterium werden bei der industriellen Herstellung von Aminosäuren, Nukleotiden, der biologischen Umwandlung von Steroiden, dem Abbau von Kohlenwasserstoffen, der Käsealterung, der Herstellung von Enzymen usw. verwendet.

Viele Bacillus-Arten können große Mengen an Enzymen absondern.

  • Bacillus amyloliquefaciens ist die Quelle einer natürlichen antibiotischen Protein-Barnase (einer Ribonuklease), einer bei der Stärkehydrolyse verwendeten Alpha-Amylase, der mit Detergenzien verwendeten Protease Subtilisin und des in der DNA-Forschung verwendeten BamH1-Restriktionsenzyms.
  • C. thermocellum kann Lignocelluloseabfälle verwenden und Ethanol erzeugen, was es zu einem möglichen Kandidaten für die Verwendung bei der Herstellung von Ethanolkraftstoff macht. Es ist anaerob und thermophil, was die Kühlkosten senkt.
  • C. acetobutylicum, auch als Weizmann-Organismus bekannt, wurde erstmals 1916 von Chaim Weizmann zur Herstellung von Aceton und Biobutanol aus Stärke zur Herstellung von Schießpulver und TNT verwendet.
  • C. botulinum produziert ein potenziell tödliches Neurotoxin, das in verdünnter Form im Arzneimittel Botox verwendet wird. Es wird auch zur Behandlung von krampfartigen Torticollis angewendet und lindert etwa 12 bis 16 Wochen lang.

Das anaerobe Bakterium C. ljungdahlii kann Ethanol aus Einzelkohlenstoffquellen einschließlich Synthesegas, einem Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, das aus der teilweisen Verbrennung von fossilen Brennstoffen oder Biomasse erzeugt werden kann, herstellen.

Gram-unbestimmte und gram-variable Bakterien

Nicht alle Bakterien können durch Gram-Färbung zuverlässig klassifiziert werden. Zum Beispiel reagieren säurefeste Bakterien oder Gram-variable nicht auf Gram-Färbung.

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