Gram-negatiiviset bakteerit

Gram-negatiiviset bakteerit (merkitty grammaan (-)) ovat bakteereja , jotka eivät värjää kristalliviolettia käytettäessä Gram-värjättyjä mikro-organismeja [1] . Toisin kuin grampositiiviset bakteerit , jotka säilyttävät violetin värinsä myös väriä poistavalla liuottimella ( alkoholilla ) pesun jälkeen , gramnegatiiviset bakteerit häviävät kokonaan. Liuottimella huuhtelun jälkeen Gram-tahra lisätään kontrastivärillä (yleensä safraniinilla), joka värjää kaikki gramnegatiiviset bakteerit punaisiksi tai vaaleanpunaisiksi. Tämä johtuu ulkokalvon läsnäolosta, joka estää väriaineen tunkeutumisen soluun. Testi itsessään on hyödyllinen bakteerien luokittelussa ja niiden jakamisessa kahteen ryhmään soluseinän rakenteen perusteella . Voimakkaamman ja läpäisemättömämmän soluseinänsä ansiosta gramnegatiiviset bakteerit ovat vastustuskykyisempiä vasta -aineille kuin grampositiiviset.

Yleensä gram-negatiivisten bakteerien patogeenisyys liittyy tiettyihin niiden soluseinien komponentteihin, nimittäin lipopolysakkaridikerrokseen (LPS tai endotoksinen kerros) [1] . LPS indusoi ihmiskehossa immuunivasteen , jolle on tunnusomaista sytokiinien synteesi ja immuunijärjestelmän aktivaatio . Yleinen vaste sytokiinisynteesiin on tulehdus , joka voi myös johtaa myrkyllisten aineiden lisääntymiseen isännässä.

Ominaisuudet

Yleisiä piirteitä, jotka ovat yhteisiä useimmille gramnegatiivisille bakteereille:

  1. Kahden kalvon läsnäolo, joiden välissä on soluseinä ja periplasminen tila .
  2. Ohuempi verrattuna grampositiivisiin bakteereihin , peptidoglykaanikerros .
  3. Ulkokalvo sisältää lipopolysakkarideja (koostuu lipidi A :sta , polysakkaridiytimestä ja antigeenista O ulkopuolelta ja fosfolipideistä sisäpuolella).
  4. Ulkokalvo sisältää poriineja , jotka toimivat huokosina tietyille molekyyleille.
  5. S-kerros on kiinnittynyt ulkokalvoon eikä peptidoglykaanikerrokseen.
  6. Jos siima on olemassa , siinä on neljä tukirengasta kahden sijasta.
  7. Teikoiini- ja lipoteikoiinihappo puuttuu .
  8. Ne eivät yleensä muodosta itiöitä (huomattava poikkeus on Coxiella burnetii , joka muodostaa itiömäisiä rakenteita).
  9. Lipoproteiinit kiinnittyvät suoraan polysakkaridirunkoon.
  10. Useimmat sisältävät Brownin lipoproteiinia , joka yhdistää ulkokalvon ja peptidoglukaaniketjut kovalenttisella sidoksella.

Solukalvojen kemiallinen koostumus ja rakenne

Seuraavaksi tarkastellaan gram-negatiivisten prokaryoottien solupeitekerroksia, alkaen sisimmästä:

Soluseinä

Gram -negatiivisilla eubakteereilla on paljon monimutkaisempi soluseinämärakenne kuin grampositiivisilla. Se sisältää paljon suuremman määrän eri kemiallisia makromolekyylejä. Peptidoglykaani muodostaa vain soluseinän sisäkerroksen kiinnittyen löyhästi CPM :ään . Erityyppisille gramnegatiivisille eubakteereille tämän heteropolymeerin pitoisuus vaihtelee suuresti. Useimmissa lajeissa se muodostaa yksi- tai kaksikerroksisen rakenteen, jolle on tunnusomaista erittäin harvinaiset ristisidokset heteropolymeeriketjujen välillä.

Jotkut liukuvat bakteerit ( myksobakteerit , flexibakteerit ) pystyvät ajoittain muuttamaan solujen muotoa liikkuessaan kiinteää substraattia pitkin, esimerkiksi taivuttamalla, mikä osoittaa niiden soluseinän ja ennen kaikkea sen peptidoglykaanikerroksen elastisuuden. Elektronimikroskooppinen tutkimus paljasti kuitenkin, että heillä oli gramnegatiivisille eubakteereille tyypillinen soluseinä. Todennäköisin selitys näiden bakteerien soluseinän joustavuudelle on sen peptidoglykaanikomponentin äärimmäisen alhainen silloittuminen [2] .

Periplasminen avaruus

Ylimääräisen kalvon ilmaantuminen gramnegatiivisiin eubakteereihin osana soluseinää johti itse asiassa erillisen ontelon (periplasmisen tilan) syntymiseen, joka on rajattu sytoplasmasta ja ulkoisesta ympäristöstä erityisillä kalvoilla ja joka kantaa tärkeän toiminnallisen kuormituksen [2 ] .

Periplasminen tila , johon peptidoglykaanikerros on upotettu, on täytetty liuoksella, joka sisältää spesifisiä proteiineja , oligosakkarideja ja epäorgaanisia molekyylejä. Periplasmisia proteiineja on kahta tyyppiä: kuljetusproteiinit ja hydrolyyttiset entsyymit .


Havaittiin myös, että monet bakteerit pystyvät tuottamaan suuria määriä entsyymejä ( glykosidaaseja , proteaaseja , lipaaseja jne.), jotka hydrolysoivat kaikentyyppisiä polymeerimolekyylejä. Jälkimmäiset voivat olla joko solun itsensä syntetisoimia molekyylejä tai ulkopuolelta soluun tulleita vieraita molekyylejä. Omien molekyylien hydrolyysin (itsesulatus) negatiiviset seuraukset ovat ilmeisiä. Samaan aikaan prokaryootit tarvitsevat hydrolyyttisiä entsyymejä, koska tämä laajentaa niiden käyttämien aineiden valikoimaa, mukaan lukien erityyppiset polymeerit. On selvää, että nämä entsyymit on eristettävä sytoplasmasisällöstä. Gram -positiiviset eubakteerit erittävät hydrolyyttisiä entsyymejä ulkoiseen ympäristöön, kun taas gram-negatiivisissa eubakteerit ne sijaitsevat periplasmisessa tilassa.

Ulkokalvo

Peptidoglykaanin ulkopuolella on soluseinän lisäkerros - ulkokalvo. Se koostuu alkuainekalvoille tyypillisistä fosfolipideistä, proteiineista, lipoproteiineista ja lipopolysakkarideista. Ulkokalvon spesifinen komponentti on monimutkaisen molekyylirakenteen omaava lipopolysakkaridi , joka vie noin 30-40 % sen pinnasta ja sijaitsee ulkokerroksessa.

Ulkokalvon proteiinit voidaan jakaa suuriin ja vähäisiin. Perusproteiineja edustaa pieni määrä erilaisia ​​lajeja, mutta niiden osuus on lähes 80 % kaikista ulkokalvon proteiineista. Yksi näiden proteiinien tehtävistä on muodostaa kalvoon hydrofiilisiä huokosia, joiden halkaisija on noin 1–15 nm ja pituus 50–70 nm ja jotka ovat kallistuneet soluseinän pintaan 30–40° kulmassa. . Niiden kautta suoritetaan molekyylien epäspesifinen diffuusio, joiden massa on jopa 600-900 Da . Tämä tarkoittaa, että sokerit , aminohapot , pienet oligosakkaridit ja peptidit voivat kulkea tällaisten huokosten läpi . Proteiineja, jotka tunkeutuvat ulkokalvon läpi ja muodostavat hydrofiilisiä huokosia, kutsutaan porineiksi. Ulkokalvon vähäisiä proteiineja edustaa paljon suurempi määrä lajeja. Niiden päätehtävä on kuljetus ja reseptori. Esimerkki vähäisemmistä proteiineista ovat proteiinit, jotka vastaavat rautaa sisältävien yhdisteiden spesifisestä kuljetuksesta soluun.

Useita toimintoja suorittavat makromolekyylit, jotka sijaitsevat osittain tai kokonaan soluseinän ulkosivulla kosketuksessa ympäristön kanssa; nämä ovat spesifisiä reseptoreita faageille ja kolisiineille ; antigeenit ; makromolekyylejä, jotka tarjoavat solujen välisiä vuorovaikutuksia konjugaation aikana sekä patogeenisten bakteerien ja korkeampien organismien kudosten välillä.

S-kerroksen ja oskiliinifibrillit

S-kerros tai sahalaitainen kerros  on kerros tiheästi pakattuja proteiineja, jotka vuoraavat solun ulkopinnan ja tarjoavat suojan äkillisiltä pH- tai ionipitoisuuksilta. Tämän kerroksen päällä on kerros hiuksia muistuttavia fibrillejä, jotka sijaitsevat syanobakteerien ulkokalvon ulkopuolella ja voivat liukua. Kuten karvat, ylemmän kerroksen fibrillit koostuvat sauvamaisesta glykoproteiinista, jota kutsutaan oscilliiniksi .

Liukuminen tapahtuu liman erittyessä huokosten kautta solukalvojen ulkopuolelle [3] . Lima kulkee solun ulkokerroksen oskilliinifibrillien pintaa pitkin ja viereistä substraattia pitkin liikuttaen fibrillejä eteenpäin. Järjestäytyneiden hiusmaisten fibrillien kokoelma toimii siten passiivisena ruuvina, kun lima kulkee niiden pinnan yli liukuprosessissa [4] .

Luokitus

Solumuoto-analyysin ohella Gram-värjäys on nopea diagnostinen tekniikka, jota on aiemmin käytetty bakteerilajien ryhmittelyyn alaryhmiin.

Gram-värjäyksen perusteella nyt sukupuuttoon kuollut Moneran valtakunta on jaettu neljään osastoon : Firmacutes (+), Gracillicutes (-), Mollicutes (0) ja Mendocutes (var.) [5] . Mutta vuodesta 1987 lähtien gram-negatiivisten bakteerien monofylia on kyseenalaistettu, ja se on myöhemmin täysin kumottu bimolekyylitutkimuksilla [6] . Jotkut kirjailijat, kuten T. Cavalier-Smith , pitävät niitä kuitenkin edelleen monofyleettisinä kladeina ja luokittelevat ne Negibacteria -alikuntaan [7] .

Ulomman solukalvon rakenne ja bakteerien luokittelu

On tärkeää huomauttaa, että vaikka bakteerit on perinteisesti jaettu kahteen pääryhmään, grampositiivisiin ja gramnegatiivisiin, tämä luokittelu on moniselitteinen ja mielivaltainen, koska se voi viitata kolmeen täysin eri asiaan (värjäytymistulos, solupesien järjestäminen, taksonominen ryhmä), jotka eivät välttämättä ole samat kaikille bakteerityypeille [8] [9] [10] [11] . Gram-positiivisten ja gram-negatiivisten bakteerien värjäytymisvaste ei ole luotettava luonnehdinta myös siksi, että nämä kaksi bakteerilajia eivät muodosta fylogeneettisesti yhtenäistä ryhmää [8] . Oli miten oli, vaikka Gram-värjäys on empiirinen kriteeri, se perustuu selkeisiin eroihin luonnossa esiintyvien kahden päätyypin prokaryoottisten soluseinien ultrarakenteessa ja kemiallisessa koostumuksessa. Molemmat tämäntyyppiset soluseinät eroavat toisistaan ​​ulkoisen lipidikalvon läsnäolon tai puuttumisen suhteen, mikä on bakteerisolujen luotettavampi ja perustavampi ominaisuus [8] [12] . Kaikkia grampositiivisia bakteereja ympäröi yksi kerros fosfolipidikalvoa , ja niissä on yleensä paksu ( 20-80 nm ) kerros peptidoglykaaneja ( mureiini jne.), joka säilyttää Gramin tahran. Lukuisat muut bakteerit, joita ympäröi yksi kalvo, mutta jotka värjäytyvät gramnegatiivisiksi peptidoglykaanikerroksen puuttumisen vuoksi (katso mykoplasmat ) tai niiden kyvyttömyys säilyttää Gram-värjäystä soluseinän spesifisen koostumuksen vuoksi, ovat myös läheisiä sukulaisia. grampositiivisille bakteereille. Bakteerisoluille, joita ympäröi yksi solukalvo, on ehdotettu termiä monodermiset bakteerit tai monodermaaliset prokaryootit [8] [8] [12] . Toisin kuin grampositiiviset bakteerit, kaikkia arkkityyppisiä gramnegatiivisia bakteereja ympäröi sytoplasmisen kalvon lisäksi myös ulompi solukalvo, ja niiden välissä on erittäin ohut kerros peptidoglykaaneja ( 2–3 nm ). Sisä- ja ulkokalvojen läsnäolo synnyttää uuden soluosaston, periplasmisen tilan . Tällaisia ​​bakteereja/prokaryootteja on nimetty didermaalisiksi bakteereiksi [8] [8] [12] .

Toinen tärkeä ero monodermisten ja didermaalisten prokaryoottien välillä on konservoitunut joukko deleetioita useissa tärkeissä proteiineissa (katso DnaK , GroEL ) [8] [9] [12] [13] . Kahdesta rakenteellisesti erillisestä prokaryoottisten organismien ryhmästä monodermiset bakteerit katsotaan didermisten bakteerien esi-isäryhmäksi. Useiden havaintojen perusteella, mukaan lukien se tosiasia, että grampositiiviset bakteerit ovat pääosin antibioottien tuottajia, kun taas gramnegatiiviset bakteerit ovat yleensä resistenttejä antibiooteille, on ehdotettu, että gramnegatiivisten solukalvossa on suojamekanismi. bakteerit antibioottien selektiivistä vaikutusta vastaan ​​[8] [9] [12] [13] . Jotkut bakteerit, kuten Deinococcus , värjäytyvät grampositiivisesti paksun peptidoglykaanikerroksen vuoksi, mutta niillä on ulompi solukalvo, ja niitä pidetään monodermien (grampositiivisten) ja didermien (gramnegatiivisten) välissä [8] [13] . Didermiset bakteerit puolestaan ​​voidaan jakaa yksinkertaisiin didermiin , joissa ei ole liposakkaridikerrosta, arkkityyppisiin didermiin , joiden ulompi solukalvo sisältää lipopolysakkarideja, ja varsinaisiin didermiin , joiden ulkokalvo koostuu mykolihaposta [10] [11] [ 13] [14 ] .

Lisäksi monilla bakteeritaksonilla (katso Negativicutes , Fusobacteria , Synergistetes ja Elusimicrobia ), jotka ovat osa Firmicutes -suvun tai sen läheistä haaraa, on myös diderminen solurakenne [11] [13] [14] . Kuitenkin konservoitunut deleetio (CSI) HSP60- proteiinissa ( GroEL ) toimii tunnusmerkkinä kaikille perinteisille gramnegatiivisten bakteerien tyypeille ( eli Proteobacteria , Aquificae , Chlamydiae , Bacteroidetes , Chlorobi , Cyanobacteria , Fibrobacteres , Spoccestomycrobia , Verrucomirochetes Acidobakteerit jne.) epätyypillisistä didermistä ja muun tyyppisistä monodermisistä bakteereista (kuten Actinobacteria , Firmicutes , Thermotogae , Chloroflexi jne.) [13] . CSI:n esiintyminen kaikissa sekvensoiduissa lajeissa tavallisesta LPS:ää sisältävästä gramnegatiivisesta bakteerifylasta osoittaa, että tämä bakteeripesä muodostaa monofyleettisen kladin ja viittaa siihen, että ulkokalvon menetystä ei ole tapahtunut missään tämän ryhmän lajissa. Nämä tiedot puhuvat sitä hypoteesia vastaan, että monodermiset prokaryootit ovat peräisin didermaalisista prokaryooteista ulkokalvon menettämisen vuoksi [13] .

Katso esimerkkejä

Proteobakteerit  ovat suuri ryhmä gramnegatiivisia bakteereja, mukaan lukien Escherichia coli ( E. coli ), Salmonella , Shigella ja muut Enterobacteriaceae , Pseudomonas , Moraxella , Helicobacter , Stenotrophomonas , Bdellovibrio , etikkahappobakteerit , Legionella ja monet muut. Muita merkittäviä gramnegatiivisten bakteerien ryhmiä ovat syanobakteerit , spirokeetit , vihreäharmaat ja ei-rikkibakteerit .

Lääketieteellisesti liittyviä gramnegatiivisia kokkeja ovat kolme organismia, jotka aiheuttavat sukupuolitauteja ( Neisseria gonorrhoeae ), aivokalvontulehdusta ( Neisseria meningitidis ) ja hengitystieoireita ( Moraxella catarrhalis ).

Basillien joukossa on suuri määrä lääketieteellisesti tärkeitä lajeja. Jotkut niistä aiheuttavat ensisijaisesti hengityselinsairauksia, kuten ( Hemophilus influenzae , Klebsiella pneumoniae , Legionella pneumophila , Pseudomonas aeruginosa ), erittymistä ( Escherichia coli , Proteus mirabilis , Enterobacter cloacae , Serratia marcescens ) ja ruuansulatusta ( Salmonella enterelladisacty , Salmonella enterelladisacty ) .

Useat gramnegatiiviset bakteerit liittyvät sairaalainfektioihin . Näitä ovat Acinetobacter baumannii , joka aiheuttaa bakteremiaa, sekundaarista aivokalvontulehdusta ja hengityskeuhkokuumetta tehohoitoyksiköissä oleville potilaille.

Merkitys lääketieteessä

Yksi gramnegatiivisten bakteerien monista ainutlaatuisista ominaisuuksista on ulomman solukalvon rakenne. Kalvon ulkokalvo sisältää lipopolysakkaridien kompleksin , jonka lipidiosat toimivat endotoksiineina . Jos endotoksiinit pääsevät kuljetusjärjestelmään, tapahtuu myrkytystä, jota seuraa lämpötilan nousu, hengitystiheys ja verenpaineen lasku. Kaikki tämä voi johtaa toksiseen sokkiin ja sitä seuraavaan kuolemaan.

Tämä ulkokalvo suojaa bakteeria tietyiltä antibiooteilta , väriaineilta ja pesuaineilta , jotka normaalisti vahingoittavat sisäkalvoa tai soluseinää. Tämä suoja tekee bakteerista resistentin lysotsyymille ja penisilliinille . On kuitenkin kehitetty vaihtoehtoisia hoitomuotoja, kuten lysotsyymi EDTA :n kanssa ja antibiootti ampisilliini , jotka pystyvät voittamaan joidenkin patogeenisten gramnegatiivisten organismien suojaavan ulkokalvon. Muita lääkkeitä voidaan käyttää samaan tarkoitukseen, joista tehokkaimpia ovat kloramfenikoli , streptomysiini ja nalidiksiinihappo .

Katso myös

Lähteet

  1. ↑ 1 2 3 '' Salton MRJ, Kim KS . rakenne. julkaisussa: Baron's Medical Microbiology (Baron S. et ai. , toim.) . – 4. - Univ of Texas Medical Branch, 1996. - ISBN 0-9631172-1-1 . Arkistoitu 9. helmikuuta 2009 Wayback Machinessa
  2. ↑ 1 2 Gusev M. V., Mineeva L. A. Mikrobiologia: Oppikirja. - 2003. - 464 s.
  3. ↑ (Hoiczyk ja Baumeister, 1998; Hoiczyk, 2000)
  4. ↑ Lee RE -fysiologia. – 4. painos. - Colorado State University, Yhdysvallat.
  5. ↑ Gibbons, N.E.; Murray, RGE Proposals Concerning the Higher Taxa of Bacteria  // International  Journal of Systematic Bacteriology : päiväkirja. - 1978. - Voi. 28 , ei. 1 . - s. 1-6 . - doi : 10.1099/00207713-28-1-1 .
  6. ↑ Woese CR Bakteerien evoluutio.  (englanti)  // Mikrobiologiset katsaukset. - 1987. - Voi. 51, nro. 2 . - s. 221-271. — PMID 2439888 .
  7. ↑ Cavalier-Smith T. Elämänpuun juurtuminen siirtymäanalyyseillä   // Biol . suoraan : päiväkirja. - 2006. - Voi. 1 . - s. 19 . - doi : 10.1186/1745-6150-1-19 . — PMID 16834776 .
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gupta RS (1998) Proteiinifilogeneesit ja allekirjoitussekvenssit: Arkkibakteerien, eubakteerien ja eukaryoottien välisten evoluutiosuhteiden uudelleenarviointi. mikrobiol. Mol. Biol. Rev. 62: 1435-1491.
  9. ↑ 1 2 3 Gupta RS (2000) Prokaryoottien luonnolliset evoluutiosuhteet. Crit. Rev. mikrobiol. 26:111-131.
  10. ↑ 1 2 Desvaux Mickaël , Hébraud Michel , Talon Régine , Henderson Ian R. Bakteeriproteiinien eritys ja subsellulaariset lokalisaatiot: semanttinen tietoisuusongelma  // Trends in Microbiology. - 2009. - huhtikuu ( osa 17 , nro 4 ). - S. 139-145 . — ISSN 0966-842X . - doi : 10.1016/j.tim.2009.01.004 .
  11. ↑ 1 2 3 Sutcliffe Iain C. Sukutason näkökulma bakteerisolujen vaippaarkkitehtuuriin  // Trends in Microbiology. - 2010. - lokakuu ( osa 18 , nro 10 ). - S. 464-470 . — ISSN 0966-842X . - doi : 10.1016/j.tim.2010.06.005 .
  12. ↑ 1 2 3 4 5 Gupta RS (1998). Mitä arkebakteerit ovat: elämän kolmas domeeni tai monoderm-prokaryootit, jotka liittyvät grampositiivisiin bakteereihin? Uusi ehdotus prokaryoottisten organismien luokittelusta. Molekyylimikrobiologia. 29(3):695-707.
  13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Gupta RS (2011). Diderm-bakteerien (Gram-negatiivisten) alkuperä: antibioottien valintapaine endosymbioosin sijaan johti todennäköisesti kahdella kalvolla varustettujen bakteerisolujen kehittymiseen. 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. marraskuu, sp. nov., eristetty kliinisistä ihmisnäytteistä, Veillonellaceae-heimon kuvaus ja Negativicutes classis nov., Selenomonadales ord. marraskuu. ja Acidaminococcaceae fam. marraskuu. Firmicutes-bakteerien suvussa.  (Englanti)  // Kansainvälinen systemaattisen ja evolutionaarisen mikrobiologian lehti. - 2010. - Vol. 60, ei. Pt 6 . - s. 1271-1279. - doi : 10.1099/ijs.0.013102-0 . — PMID 19667386 .
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa