Ogólność
Gram-dodatnie to bakterie, które – jak można wywnioskować z ich nazwy – wykazują pozytywny wynik testu na obecność barwnika Grama, zachowując fioletowy kolor po przejściu takiej analizy laboratoryjnej.
Ściana komórkowa bakterii
Ściana komórkowa bakterii może być zdefiniowana jako rodzaj sztywnego „pojemnika”, który otacza komórkę bakteryjną, nadając jej pewną wytrzymałość i warunkując jej kształt.
Podstawowym składnikiem ściany komórkowej jest peptydoglikan (inaczej znany jako mukopeptyd bakteryjny lub murein).
Peptydoglikan jest polimerem składającym się z długich liniowych łańcuchów polisacharydowych, połączonych ze sobą wiązaniami krzyżowymi między resztami aminokwasowymi.
Łańcuchy polisacharydowe składają się z powtórzenia disacharydu, który z kolei składa się z dwóch monosacharydów, N-acetyloglukozamina (lub GDERAĆ) i kwas N-acetylomuramiczny (lub NAM), połączone wiązaniami β-1,6-glikozydowymi.
Disacharydy są następnie łączone ze sobą wiązaniami glikozydowymi typu β-1,4.
Połączone z każdą cząsteczką NAM znajdujemy a pentapeptyd (tj. „ogon” złożony z pięciu aminokwasów) kończący się dwoma równymi aminokwasami, w szczególności dwiema cząsteczkami D-Alanina.
To właśnie te końcowe D-Alaniny – po działaniu enzymu transpeptydazy – umożliwiają tworzenie wiązań krzyżowych w obrębie peptydoglikanu.
Dokładniej, transpeptydaza tworzy wiązanie peptydowe między trzecim aminokwasem łańcucha polisacharydowego a czwartym aminokwasem równoległego łańcucha polisacharydowego.
Funkcje
Ściana komórkowa nie tylko pełni rolę ochronną wobec komórki bakteryjnej, ale także reguluje transport substancji w jej wnętrzu.
Dlatego można powiedzieć, że główne funkcje ściany komórkowej to:
- Zapobiegaj rozpadowi komórek bakteryjnych pod wpływem ciśnienia osmotycznego. W rzeczywistości bardzo często bakterie żyją w środowiskach hipotonicznych, czyli takich, w których obecne są duże ilości wody i które są „bardziej rozcieńczone" niż środowisko wewnętrzne komórki bakteryjnej. Ta różnica stężeń powoduje, że woda przechodzi przez środowisko zewnętrzne (mniej skoncentrowane) do wnętrza komórki bakteryjnej (bardziej skoncentrowane) w celu wyrównania stężenia pomiędzy dwoma środowiskami. Niekontrolowane wejście wody spowodowałoby pęcznienie komórki bakteryjnej, aż do jej pęknięcia (liza osmotyczna).
Zadaniem ściany komórkowej jest właśnie opieranie się zewnętrznemu ciśnieniu wody, zapobiegając w ten sposób pęcznieniu i lizie bakterii. - Chroń błonę plazmatyczną i środowisko komórkowe przed cząsteczkami lub substancjami szkodliwymi dla samych bakterii.
- Reguluj wnikanie składników odżywczych do komórki bakteryjnej.
Wszystko opisane do tej pory można znaleźć zarówno w ścianach Gram-dodatnich, jak i Gram-ujemnych.
Jednakże, ponieważ celem tego artykułu jest wyjaśnienie osobliwości bakterii Gram-dodatnich, poniżej opisana zostanie tylko charakterystyka ściany komórkowej tych ostatnich, a ściana Gram-ujemna nie będzie brana pod uwagę.
Gram-dodatnia ściana komórkowa
W ścianie Gram-dodatniej wiązanie peptydowe między łańcuchami polisacharydowymi peptydoglikanu jest tworzone przez mostek pentaglicynowy, czyli mostek składający się z pięciu cząsteczek glicyny (aminokwasu).
Ściana komórkowa Gram-dodatniej jest jednolita i stosunkowo gruba (20-80 nm). Składa się z wielu warstw peptydoglikanów, które przecinają kwasy łowe (polimery alkoholi i fosforanów).
Ściana Gram-dodatnia jest bardzo polarna i umożliwia przenikanie cząsteczek hydrofilowych (takich jak te stosowane w barwniku Grama, które zostaną opisane poniżej), ale nie związków hydrofobowych.
Plama Grama
Barwienie metodą Grama to proces opracowany i opracowany w 1884 roku przez duńskiego bakteriologa Hansa Christiana Grama.
Pierwszym krokiem tej procedury jest przygotowanie rozmazu (tj. cienkiej warstwy materiału do analizy) utrwalonej ciepłem. Innymi słowy, próbkę bakterii do analizy umieszcza się na szkiełku i - poprzez zastosowanie ciepła - mikroorganizmy są zabijane i blokowane na samym szkiełku (utrwalanie na gorąco). Po przygotowaniu rozmazu można przystąpić do właściwego barwienia.
Technika barwienia metodą Grama składa się z czterech głównych etapów.
Faza 1
Rozmaz utrwalony na gorąco należy pokryć barwnikiem krystaliczny fiolet (znany również jako fiołek goryczkowy) przez trzy minuty. W ten sposób wszystkie komórki bakteryjne zmienią kolor na fioletowy.
Faza 2
W tym momencie la Rozwiązanie Lugola (wodny roztwór jodu i jodku potasu, określany jako zaprawa, ponieważ jest w stanie utrwalić kolor) i pozostawić na około minutę.
Płyn Lugola jest polarny i przenika do komórki bakteryjnej, gdzie spotyka się z fioletem krystalicznym, z którym tworzy hydrofobowy kompleks.
Ponieważ ściana komórkowa Gram-dodatnia jest polarna, hydrofobowy kompleks fiolet krystaliczny-jod nie może przez nią przejść, pozostając w ten sposób zamknięty wewnątrz samej komórki bakteryjnej.
Faza 3
Szkiełko przemywa się wybielaczem (zwykle alkoholem lub acetonem) przez około dwadzieścia sekund. Następnie myje się wodą, aby zatrzymać działanie środka wybielającego.
Pod koniec tej fazy komórki bakterii Gram-dodatnich zachowają fioletowy kolor.
Z drugiej strony komórki Gram-ujemne odbarwią się. Dzieje się tak, ponieważ alkohol atakuje typową dla Gram-ujemną strukturę lipopolisacharydową błony zewnętrznej, a nieobecną w Gram-dodatniej, ułatwiając w ten sposób utratę wcześniej wchłoniętego barwnika.
Faza 4
Do szkiełka dodawany jest drugi barwnik (zwykle kwaśna fuksyna lub safranina) i pozwól mu działać przez kilka minut.
Pod koniec tej fazy komórki bakterii Gram-ujemnych, które uległy przebarwieniu w poprzedniej fazie, przyjmą kolor od różowego do czerwonego.
Rodzaje bakterii Gram-dodatnich
Duża grupa Gram-dodatnia obejmuje wiele gatunków bakterii.
Poniżej zostaną pokrótce wymienione niektóre bakterie należące do tej dużej kategorii.
Gronkowce (lub Staphylococcus)
Gronkowce to kokcy (tj. kuliste bakterie) należące do rodziny Staphylococcaceae. Gronkowce rosną w gronach.
Wśród różnych rodzajów gronkowców chorobotwórczych pamiętamy:
- Staphylococcus aureus, odpowiedzialny za różne infekcje układu moczowo-płciowego, układu nerwowego, skóry, kości, stawów, układu sercowo-naczyniowego, układu oddechowego i oka. , szpitalne zakażenia oportunistyczne (tj. zakażenia przenoszone w placówkach służby zdrowia) oraz zatrucia pokarmowe.
- Staphylococcus epidermidis, odpowiedzialny za „infekcje układu sercowo-naczyniowego”, infekcje oportunistyczne związane z osłabionym układem odpornościowym gospodarza i „szpitalne infekcje oportunistyczne”.
- Staphylococcus saprophyticusodpowiedzialny za infekcje dróg moczowych.
Generalnie przeciwko temu typowi bakterii stosuje się antybiotyki, takie jak penicyliny, wankomycyna, daptomycyna, cefalosporyny lub fluorochinolony.
Streptococcus (lub Streptococcus)
Paciorkowce to kokcy, które rosną parami lub łańcuchami. Paciorkowce są zdolne do wytwarzania toksyn zdolnych do niszczenia czerwonych krwinek, to znaczy mają aktywność hemolityczną.
Streptococci można z kolei podzielić według stopnia hemolizy, którą wywołują. Dlatego możemy wyróżnić:
- Paciorkowce alfa-hemolityki (lub α-hemolityki), które powodują „częściową hemolizę;
- Paciorkowce beta-hemolityki (lub beta-hemolityki), które powodują „całkowitą hemolizę;
- Paciorkowce gamma-hemolityki (lub γ-hemolityki), które nie powodują hemolizy.
Wśród paciorkowców chorobotwórczych pamiętamy:
- Streptococcus pyogenes, odpowiedzialny za infekcje dróg oddechowych, skóry, kości, stawów, układu sercowo-naczyniowego, gruczołów trawiennych i jamy otrzewnej, a także za infekcje oportunistyczne u gospodarzy z osłabionym układem odpornościowym.
- Streptococcus agalactiaeodpowiedzialny za infekcje u płodu i noworodka, infekcje układu nerwowego i dróg oddechowych.
- Streptococcus pneumoniae, odpowiedzialny za infekcje dróg oddechowych, układu nerwowego, układu sercowo-naczyniowego, gruczołów trawiennych, jamy otrzewnej oraz infekcje oportunistyczne związane z osłabieniem układu odpornościowego gospodarza.
Zazwyczaj przeciwko paciorkowcom stosuje się antybiotyki beta-laktamowe i makrolidowe.
Clostridia (lub Clostridium)
Clostridia to pałeczki (tj. bakterie o cylindrycznym kształcie), które w niesprzyjających warunkach środowiskowych są w stanie wytwarzać zarodniki w celu przetrwania.
Wśród różnych istniejących chorobotwórczych Clostridia pamiętamy:
- Clostridium difficile, bakteria ta może być częścią normalnej flory bakteryjnej człowieka i jest odpowiedzialna za oportunistyczne infekcje przewodu pokarmowego. Jest główną przyczyną rzekomobłoniastego zapalenia jelita grubego, które może wystąpić u pacjentów długotrwale leczonych w dużych dawkach różnego rodzaju antybiotykami. Przeciw infekcjom od Clostridium difficilezwykle stosuje się antybiotyki, takie jak metronidazol, chloramfenikol, wankomycyna lub erytromycyna.
- Clostridium tetani, odpowiedzialny za tężec (lub porażenie spastyczne). Ogólnie przeciw temu pokonywaniu stosuje się metronidazol lub penicylinę benzylową. Dostępna jest również szczepionka zapobiegająca infekcji.
- Clostridium botulinum, odpowiedzialny za botulizm (lub paraliż wiotki).
Corinebacteria (lub Corynebacterium)
Corinebacteria to pałeczki należące do rodziny Corynenacteriaceae.
Wśród licznych przedstawicieli tego gatunku pamiętamy: Corynebacterium diphteriae odpowiedzialny za błonicę skórną i oddechową.
Antybiotyki zwykle stosowane w leczeniu błonicy to penicyliny, cefalosporyny, klindamycyna i erytromycyna.
Dostępna jest również szczepionka zapobiegająca infekcji.
Inne Gram-dodatnie
Inne bakterie Gram-dodatnie to:
- Bacillus anthracis (znany jako wąglik), odpowiedzialny za wystąpienie wąglika skórnego, płucnego i żołądkowo-jelitowego;
- Listeria monocytogenes, pałeczka odpowiedzialna za wystąpienie zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych, zapalenia mózgu, zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych i ropni mózgu;
- Enterococcus faecium oraz Enterococcus faecalis, dwa ziarniaki, które normalnie zasiedlają ludzką florę bakteryjną jelit, ale które mogą być odpowiedzialne za szpitalne oportunistyczne zakażenia dróg moczowych, posocznicę lub zapalenie wsierdzia.
