Bacteriile Gram-negative

Bacteriile Gram-negative (notate Gram (-)) sunt bacterii care nu se colorează cu cristal violet atunci când se folosesc microorganisme colorate Gram [1] . Spre deosebire de bacteriile Gram-pozitive , care își păstrează culoarea violet chiar și după spălarea cu un solvent de decolorare ( alcool ), bacteriile Gram-negative sunt complet decolorate. După spălarea cu solvent, colorația Gram adaugă o contrapătă (de obicei safranină ) care colorează toate bacteriile Gram-negative în roșu sau roz. Acest lucru se datorează prezenței unei membrane exterioare care împiedică pătrunderea colorantului în celulă. Testul în sine este util în clasificarea bacteriilor și separarea lor în două grupuri în ceea ce privește structura peretelui celular . Datorită peretelui lor celular mai puternic și mai impenetrabil, bacteriile Gram-negative sunt mai rezistente la anticorpi decât cele Gram-pozitive.

De obicei, patogenitatea bacteriilor gram-negative este asociată cu anumite componente ale pereților lor celulari, și anume, cu stratul de lipopolizaharidă (LPS sau stratul endotoxic ) [1] . În corpul uman, LPS induce un răspuns imun caracterizat prin sinteza de citokine și activarea sistemului imunitar . Un răspuns comun la sinteza citokinelor este inflamația , care poate duce, de asemenea, la o creștere a substanțelor toxice în gazdă.

Caracteristici

Caracteristici comune comune majorității bacteriilor Gram-negative:

  1. Prezența a două membrane, între care există un perete celular și spațiu periplasmatic .
  2. Mai subțire, în comparație cu bacteriile Gram-pozitive , stratul de peptidoglican .
  3. Membrana exterioară conține lipopolizaharide (constă din lipidă A , miez polizaharid și antigen O la exterior și fosfolipide la interior).
  4. Membrana exterioară conține porine , care funcționează ca pori pentru anumite molecule.
  5. Stratul S este atașat de membrana exterioară și nu de stratul de peptidoglican.
  6. Dacă există un flagel , acesta are patru inele de sprijin în loc de două.
  7. Acizii teicoic și lipoteicoic sunt absenți .
  8. De obicei, nu formează spori (o excepție notabilă este Coxiella burnetii , care formează structuri asemănătoare sporilor).
  9. Lipoproteinele sunt atașate direct de coloana vertebrală polizaharidă.
  10. Majoritatea conțin lipoproteina Brown , care leagă membrana exterioară și lanțurile de peptidoglucani prin legături covalente.

Compoziția chimică și structura membranelor celulare

În continuare, sunt luate în considerare straturile de acoperire celulară ale procariotelor gram-negative, pornind de la cel mai interior:

Peretele celular

Eubacteriile Gram - negative au o structură a peretelui celular mult mai complexă decât cele Gram-pozitive. Conține un număr mult mai mare de macromolecule de diferite tipuri chimice. Peptidoglicanul formează doar stratul interior al peretelui celular, aderând slab la CPM . Pentru diferite tipuri de eubacterii Gram-negative, conținutul acestui heteropolimer variază foarte mult. La majoritatea speciilor, formează o structură cu unul sau două straturi, caracterizată prin legături încrucișate foarte rare între lanțurile heteropolimerice.

Unele bacterii de alunecare ( mixobacterii , flexibacterii ) sunt capabile să schimbe periodic forma celulelor în procesul de deplasare de-a lungul unui substrat solid, de exemplu, prin îndoire, ceea ce indică elasticitatea peretelui lor celular și, în primul rând, stratul său de peptidoglican. Examinarea microscopică electronică a arătat totuși că aceștia aveau un perete celular tipic pentru eubacteriile Gram-negative. Cea mai probabilă explicație pentru flexibilitatea peretelui celular al acestor bacterii este legarea extrem de scăzută a componentei sale peptidoglicane [2] .

Spațiul periplasmatic

Apariția în eubacterii gram-negative a unei membrane suplimentare ca parte a peretelui celular a condus de fapt la crearea unei cavități separate (spațiul periplasmatic), delimitată de citoplasmă și mediul extern de membrane specifice și purtând o sarcină funcțională importantă [2]. ] .

Spațiul periplasmatic , în care stratul de peptidoglican este scufundat, este umplut cu o soluție care include proteine ​​specifice , oligozaharide și molecule anorganice. Există două tipuri de proteine ​​periplasmatice: proteine ​​de transport și enzime hidrolitice .


De asemenea, s-a constatat că multe bacterii sunt capabile să producă cantități mari de enzime ( glicozidaze , proteaze , lipaze etc.) care hidrolizează toate tipurile de molecule de polimer. Acestea din urmă pot fi fie molecule sintetizate de celula însăși, fie molecule străine care au intrat în celulă din exterior. Consecințele negative ale hidrolizei propriilor molecule (autodigestia) sunt evidente. În același timp, procariotele au nevoie de enzime hidrolitice, deoarece acest lucru extinde gama de substanțe pe care le folosesc, inclusiv diferite tipuri de polimeri. Devine clară necesitatea de a izola aceste enzime din conținutul citoplasmatic. Eubacteriile gram -pozitive secretă enzime hidrolitice în mediul extern, în timp ce la eubacterii gram-negative sunt localizate în spațiul periplasmatic.

Membrană exterioară

În afara peptidoglicanului se află un strat suplimentar al peretelui celular - membrana exterioară. Este format din fosfolipide tipice membranelor elementare, proteine, lipoproteine ​​și lipopolizaharide. O componentă specifică a membranei exterioare este lipopolizaharida cu o structură moleculară complexă, care ocupă aproximativ 30-40% din suprafața sa și este localizată în stratul exterior.

Proteinele membranei exterioare pot fi împărțite în majore și minore. Proteinele de bază sunt reprezentate de un număr mic de specii diferite, dar reprezintă aproape 80% din toate proteinele membranei exterioare. Una dintre funcțiile acestor proteine ​​este formarea de pori hidrofili în membrană cu un diametru de aproximativ 1–15 nm și o lungime de 50–70 nm , înclinați față de suprafața peretelui celular la un unghi de 30–40°. . Prin intermediul acestora, se realizează difuzia nespecifică a moleculelor cu o masă de până la 600-900 Da . Aceasta înseamnă că zaharurile , aminoacizii , micile oligozaharide și peptidele pot trece prin astfel de pori . Proteinele care pătrund prin membrana exterioară și formează pori hidrofili se numesc porine. Proteinele minore ale membranei exterioare sunt reprezentate de un număr mult mai mare de specii. Funcția lor principală este transportul și receptorul. Un exemplu de proteine ​​minore sunt proteinele responsabile pentru transportul specific al compușilor care conțin fier în celulă.

O varietate de funcții sunt îndeplinite de macromolecule localizate parțial sau complet pe partea exterioară a peretelui celular în contact cu mediul; aceștia sunt receptori specifici pentru fagi și colicine ; antigene ; macromolecule care asigură interacțiuni intercelulare în timpul conjugării , precum și între bacteriile patogene și țesuturile organismelor superioare.

Stratul S și fibrile de oscilină

Stratul S sau stratul zimțat  este un strat de proteine ​​împachetate dens care căptușesc suprafața exterioară a celulei și oferă protecție împotriva schimbărilor bruște ale pH -ului sau ale concentrațiilor oricăror ioni. Deasupra acestui strat este un strat de fibrile asemănătoare părului, situate în afara membranei exterioare a cianobacteriilor , capabile să alunece. Ca și firele de păr, fibrilele din stratul superior sunt formate dintr-o glicoproteină asemănătoare tijei numită oscilină .

Planarea are loc prin secretia de mucus prin pori spre exteriorul membranelor celulare [3] . Mucusul trece de-a lungul suprafeței fibrilelor de oscilină din stratul exterior al celulei și de-a lungul substratului adiacent, mișcând fibrilele înainte. Colecția de fibrile organizate asemănătoare părului acționează astfel ca un șurub pasiv în timp ce mucusul trece pe suprafața lor într-un proces de alunecare [4] .

Clasificare

Alături de analiza formei celulelor, colorația Gram este o tehnică de diagnosticare rapidă care a fost folosită anterior pentru a grupa speciile bacteriene în subdiviziuni.

Pe baza colorației Gram, regnul acum dispărut al Monerei a fost împărțit în patru diviziuni : Firmacutes (+), Gracillicutes (-), Mollicutes (0) și Mendocutes (var.) [5] . Dar din 1987, monofilia bacteriilor gram-negative a fost pusă la îndoială, iar mai târziu complet infirmată de studiile bimoleculare [6] . Cu toate acestea, unii autori, precum T. Cavalier-Smith , le consideră încă o cladă monofiletică și le atribuie subregnului Negibacteria [7] .

Structura membranei celulare exterioare și clasificarea bacteriilor

Este important de subliniat că, deși bacteriile sunt împărțite în mod tradițional în două grupe principale, Gram-pozitive și Gram-negative, această clasificare este ambiguă și arbitrară, deoarece se poate referi la trei aspecte complet diferite (rezultatul colorării, organizarea învelișului celular, grup taxonomic), care nu sunt neapărat aceleași pentru toate tipurile de bacterii [8] [9] [10] [11] . Răspunsul de colorare al bacteriilor gram-pozitive și gram-negative nu este o caracterizare sigură și pentru că cele două specii bacteriene nu formează un grup unificat filogenetic [8] . Oricum ar fi, deși colorația Gram este un criteriu empiric, se bazează pe diferențe distincte în ultrastructura și compoziția chimică a celor două tipuri principale de pereți celulari procarioți găsite în natură. Ambele tipuri de pereți celulari diferă unul de celălalt prin prezența sau absența unei membrane lipidice exterioare, care este o caracteristică mai fiabilă și fundamentală a celulelor bacteriene [8] [12] . Toate bacteriile gram-pozitive sunt înconjurate de un singur strat de membrană fosfolipidă și au de obicei un strat gros ( 20-80 nm ) de peptidoglicani ( mureină , etc.), care păstrează colorația Gram. O serie de alte bacterii înconjurate de o singură membrană, dar colorate cu gram-negativ din cauza lipsei unui strat de peptidoglican (vezi micoplasme ) sau a incapacității lor de a reține colorația Gram din cauza compoziției specifice a peretelui celular, sunt, de asemenea, strâns legate. la bacteriile gram-pozitive. Pentru celulele bacteriene înconjurate de o singură membrană celulară, a fost propus termenul de bacterii monodermice sau procariote monodermice [8] [8] [12] . Spre deosebire de bacteriile gram-pozitive, toate bacteriile arhetipale gram-negative, pe lângă membrana citoplasmatică, sunt, de asemenea, înconjurate de o membrană celulară exterioară și conțin un strat extrem de subțire de peptidoglicani ( 2-3 nm ) între ele. Prezența membranelor interioare și exterioare dă naștere unui nou compartiment celular, spațiul periplasmatic . Astfel de bacterii/procariote au fost desemnate ca bacterii didermice [8] [8] [12] .

O altă diferență importantă între procariotele monodermice și didermice este setul conservat de deleții într-un număr de proteine ​​importante (vezi DnaK , GroEL ) [8] [9] [12] [13] . Dintre cele două grupuri structural distincte de organisme procariote, bacteriile monodermice sunt considerate a fi grupul ancestral al bacteriilor didermice. Pe baza unui număr de observații, inclusiv a faptului că bacteriile Gram-pozitive sunt predominant producători de antibiotice, în timp ce bacteriile Gram-negative sunt în general rezistente la antibiotice, s-a sugerat că există un mecanism de protecție în membrana celulară exterioară a Gram-negative. bacterii împotriva acțiunii selective a antibioticelor [8] [9] [12] [13] . Unele bacterii, precum Deinococcus , colorează gram pozitiv datorită stratului gros de peptidoglican, dar posedă o membrană celulară exterioară și sunt considerate un intermediar între monoderme (gram pozitive) și diderme (gram negative) [8] [13] . Bacteriile didermice, la rândul lor, pot fi subîmpărțite în diderme simple , care nu au un strat de lipozaharide, diderme arhetipale , a căror membrană celulară exterioară conține lipopolizaharide și diderme propriu -zise , ​​a căror membrană exterioară este formată din acid micolic [10] [11] [ 13] [14 ] .

În plus, mulți taxoni bacterieni (vezi Negativicutes , Fusobacterii , Synergistetes și Elusimicrobia ) ​​care fac parte din filum Firmicutes sau o ramură strâns înrudită a acestuia prezintă, de asemenea, o structură celulară didermică [11] [13] [14] . Cu toate acestea, o ștergere conservată (CSI) în proteina HSP60 ( GroEL ) servește ca semn distinctiv al tuturor tipurilor tradiționale de bacterii Gram-negative ( adică Proteobacteria , Aquificae , Chlamydiae , Bacteroidetes , Chlorobi , Cyanobacteria , Fibrobacteres , Verrucomicrochetes , Verructomycrocetes , Acidobacteria , etc.) din didermele atipice și alte tipuri de bacterii monodermice (cum ar fi Actinobacteria , Firmicutes , Thermotogae , Chloroflexi , etc.) [13] . Prezența CSI în toate speciile secvențiate din fila bacteriană Gram-negativă care conține LPS indică faptul că acest filum bacterian formează o cladă monofiletică și sugerează că nu a avut loc nicio pierdere a membranei exterioare la nicio specie din acest grup. Aceste date vorbesc împotriva ipotezei originii procariotelor monodermice din cele didermice prin pierderea membranei exterioare [13] .

Vezi exemple

Proteobacterii  sunt un grup mare de bacterii gram-negative, inclusiv Escherichia coli ( E. coli ), Salmonella , Shigella și alte Enterobacteriaceae , Pseudomonas , Moraxella , Helicobacter , Stenotrophomonas , Bdellovibrio , bacterii cu acid acetic , Legionella și multe altele. Alte grupuri notabile de bacterii gram-negative includ cianobacteriile , spirochetele , bacteriile gri verde și fără sulf .

Cocii Gram-negativi asociați medical includ trei organisme care provoacă boli cu transmitere sexuală ( Neisseria gonorrhoeae ), meningită ( Neisseria meningitidis ) și simptome respiratorii ( Moraxella catarrhalis ).

Printre bacili există un număr mare de specii importante din punct de vedere medicinal. Unele dintre ele provoacă în primul rând boli respiratorii, cum ar fi ( Hemophilus influenzae , Klebsiella pneumoniae , Legionella pneumophila , Pseudomonas aeruginosa ), excreție ( Escherichia coli , Proteus mirabilis , Enterobacter cloacae , Serratia marcescens ) și digestia ( Salphipyy , Enterobacteri ) și digestia ( Enterobacteri ) .

O serie de bacterii Gram-negative sunt asociate cu infecții nosocomiale . Acestea includ Acinetobacter baumannii , care provoacă bacteriemie, meningită secundară și pneumonie ventilatoare la pacienții din secțiile de terapie intensivă.

Semnificație pentru medicină

Una dintre numeroasele caracteristici unice ale bacteriilor Gram-negative este structura membranei celulare exterioare. Foaia exterioară a membranei include un complex de lipopolizaharide ale căror părți lipidice acționează ca endotoxine . Dacă endotoxinele intră în sistemul de transport, apare intoxicația, urmată de o creștere a temperaturii, o creștere a frecvenței respiratorii și o scădere a tensiunii arteriale. Toate acestea pot duce la șoc toxic și moartea ulterioară.

Această membrană exterioară protejează bacteria de anumite antibiotice , coloranți și detergenți care deteriorează în mod normal membrana interioară sau peretele celular. Această protecție face bacteria rezistentă la lizozim și penicilină . Cu toate acestea, au fost dezvoltate terapii alternative, cum ar fi lizozima cu EDTA și antibioticul ampicilină , care sunt capabile să depășească membrana externă protectoare a unor organisme patogene Gram-negative. Alte medicamente pot fi utilizate în același scop, dintre care cele mai eficiente sunt cloramfenicolul , streptomicina și acidul nalidixic .

Vezi și

Surse

  1. ↑ 1 2 3 '' Salton MRJ, Kim KS . structura. în: Baron's Medical Microbiology (Baron S. et al. , eds.) . — al 4-lea. - Univ of Texas Medical Branch, 1996. - ISBN 0-9631172-1-1 . Arhivat pe 9 februarie 2009 la Wayback Machine
  2. ↑ 1 2 Gusev M. V., Mineeva L. A. Microbiology: Textbook. - 2003. - 464 p.
  3. ↑ (Hoiczyk și Baumeister, 1998; Hoiczyk, 2000)
  4. ↑ Lee RE Fiziologie. — Ed. a IV-a. — Universitatea de Stat din Colorado, SUA.
  5. ↑ Gibbons, N.E.; Murray, RGE Proposals Concerning the Higher Taxa of Bacteria  //  Jurnalul Internațional de Bacteriologie Sistematică : jurnal. - 1978. - Vol. 28 , nr. 1 . - P. 1-6 . - doi : 10.1099/00207713-28-1-1 .
  6. ↑ Woese CR Evoluție bacteriană.  (engleză)  // Recenzii microbiologice. - 1987. - Vol. 51, nr. 2 . - P. 221-271. — PMID 2439888 .
  7. ↑ Cavalier-Smith T. Înrădăcinarea arborelui vieții prin analize de tranziție   // Biol . direct : jurnal. - 2006. - Vol. 1 . — P. 19 . - doi : 10.1186/1745-6150-1-19 . — PMID 16834776 .
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gupta RS (1998) Filogeniile proteinelor și secvențele de semnătură: O reevaluare a relațiilor evolutive dintre arhebacterii, eubacterii și eucariote. microbiol. Mol. Biol. Rev. 62: 1435-1491.
  9. ↑ 1 2 3 Gupta RS (2000) Relațiile naturale de evoluție între procariote. Crit. Rev. microbiol. 26:111-131.
  10. ↑ 1 2 Desvaux Mickaël , Hébraud Michel , Talon Régine , Henderson Ian R. Secreția și localizările subcelulare ale proteinelor bacteriene: o problemă de conștientizare semantică  // Trends in Microbiology. - 2009. - Aprilie ( vol. 17 , Nr. 4 ). - S. 139-145 . — ISSN 0966-842X . - doi : 10.1016/j.tim.2009.01.004 .
  11. ↑ 1 2 3 Sutcliffe Iain C. A phylum level perspective on bacterian cell envelope architecture  // Trends in Microbiology. - 2010. - octombrie ( vol. 18 , nr. 10 ). - S. 464-470 . — ISSN 0966-842X . - doi : 10.1016/j.tim.2010.06.005 .
  12. ↑ 1 2 3 4 5 Gupta RS (1998). Ce sunt arheobacterii: al treilea domeniu al vieții sau procariotele monoderme legate de bacteriile Gram-pozitive? O nouă propunere pentru clasificarea organismelor procariote. Microbiologie moleculară. 29(3):695-707.
  13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Gupta RS (2011). Originea bacteriilor diderme (Gram-negative): presiunea de selecție a antibioticelor, mai degrabă decât endosimbioza, a condus probabil la evoluția celulelor bacteriene cu două membrane. 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., izolat din probele clinice umane, descrierea modificată a familiei Veillonellaceae și descrierea Negativicutes classis nov., Selenomonadales ord. nov. și Acidaminococcaceae fam. nov. în filul bacterian Firmicutes.  (engleză)  // Jurnal internațional de microbiologie sistematică și evolutivă. - 2010. - Vol. 60, nr. Pt 6 . - P. 1271-1279. - doi : 10.1099/ijs.0.013102-0 . — PMID 19667386 .
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice