Grampositive vs. gramnegative Bakterien

Der dänische Wissenschaftler Hans Christian Gram entwickelte eine Methode, um zwei Arten von Bakterien anhand der strukturellen Unterschiede in ihren Zellwänden zu unterscheiden. In seinem Test tun Bakterien, die den Kristallviolettfarbstoff behalten, dies aufgrund einer dicken Peptidoglykanschicht und werden genannt Grampositive Bakterien. Im Gegensatz, Gramnegative Bakterien behalten Sie den violetten Farbstoff nicht und sind rot oder rosa gefärbt. Verglichen mit grampositiven Bakterien sind gramnegative Bakterien aufgrund ihrer undurchlässigen Zellwand resistenter gegen Antikörper. Diese Bakterien haben eine breite Palette von Anwendungen, die von der medizinischen Behandlung über den industriellen Einsatz bis zur Schweizer Käseproduktion reichen.

Vergleichstabelle

Gram-negative Bakterien im Vergleich zu Gram-positiven Bakterien

	Gramnegative Bakterien	Grampositive Bakterien
Grammreaktion	Kann entfärbt werden, um eine Gegenfärbung (Safranin oder Fuchsin) zu akzeptieren; Bei Flecken in Rot oder Rosa bleibt der Gram-Fleck beim Waschen mit absolutem Alkohol und Aceton nicht erhalten.	Kristallviolettfarbstoff beibehalten und dunkelviolett oder violett färben. Sie bleiben blau oder violett mit Grammflecken, wenn sie mit absolutem Alkohol und Wasser gewaschen werden.
Peptidoglycan-Schicht	Dünn (einschichtig)	Dick (mehrschichtig)
Teichonsäuren	Abwesend	In vielen präsent
Periplasmatischer Raum	vorhanden	Abwesend
Äußere Membran	Vorhanden	Abwesend
Lipopolysaccharid (LPS) -Gehalt	Hoch	Praktisch keine
Lipid- und Lipoproteingehalt	Hoch (aufgrund der äußeren Membran)	Niedrig (säurefeste Bakterien haben Lipide, die an Peptidoglycan gebunden sind)
Flagellar Struktur	4 Ringe im Basiskörper	2 Ringe im Basiskörper
Toxine produziert	In erster Linie Endotoxine	In erster Linie Exotoxine
Widerstand gegen körperliche Störungen	Niedrig	Hoch
Inhibierung durch basische Farbstoffe	Niedrig	Hoch
Anfälligkeit für anionische Waschmittel	Niedrig	Hoch
Beständigkeit gegen Natriumazid	Niedrig	Hoch
Trocknungsbeständigkeit	Niedrig	Hoch
Zellwandzusammensetzung	Die Zellwand ist 70-120 Å (Ångström) dick; zweischichtig. Lipidgehalt beträgt 20-30% (hoch), Mureingehalt beträgt 10-20% (niedrig).	Die Zellwand ist 100-120 Å dick; einlagig. Der Lipidgehalt der Zellwand ist niedrig, während der Murein-Gehalt 70-80% beträgt (höher)..
Mesosom	Mesosom ist weniger prominent.	Mesosom ist stärker ausgeprägt.
Antibiotika Resistenz	Resistenter gegen Antibiotika.	Anfälliger für Antibiotika

Inhalt: Grampositive vs. gramnegative Bakterien

• 1 Färbung und Identifizierung
• 2 Pathogenese beim Menschen
• 3 Gramm positive Cocci
• 4 Kommerzielle Verwendungen von nicht pathogenen grampositiven Bakterien
• 5 gramunbestimmte und gramvariable Bakterien
• 6 Referenzen

Färbung und Identifizierung

Mikroskopische Ansicht von Zahnbelag mit grampositiven (violetten) und negativen (roten) Bakterien

In einem Gram-Fleckentest werden Bakterien nach dem Färben mit Kristallviolett mit einer Entfärbungslösung gewaschen. Beim Hinzufügen eines Gegenfärbemittels wie Safranin oder Fuchsin nach dem Waschen werden gramnegative Bakterien rot oder rosa gefärbt, während grampositive Bakterien ihren Kristallviolettfarbstoff behalten.

Dies ist auf den Unterschied in der Struktur ihrer bakteriellen Zellwand zurückzuführen. Grampositive Bakterien haben keine äußere Zellmembran, die in gramnegativen Bakterien gefunden wird. Die Zellwand von Gram-positiven Bakterien ist reich an Peptidoglycan, das für den Erhalt des Kristallviolettfarbstoffs verantwortlich ist.

Grampositive und negative Bakterien unterscheiden sich hauptsächlich in ihrer Zellwandstruktur

Die folgenden Videos zeigen die Anfärbung von grampositiven und 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 Krankheiten verursachen 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 kommen aus der Box, wenn Sie so wollen, resistent gegen eine Reihe wichtiger Antibiotika, mit denen wir sie behandeln könnten. Wir sprechen über Agenten mit Namen wie Acinetobacter, Pseudomonas, E. coli. Dies sind Bakterien, die in der Vergangenheit sehr gut Resistenz gegen Antibiotika entwickelt haben. Sie haben viele Tricks, um Resistenzen gegen Antibiotika zu entwickeln. Es handelt sich also um eine Gruppe von Wirkstoffen, die schnell resistent werden können und die Resistenz vor große Herausforderungen stellen. Was wir in den letzten zehn Jahren gesehen haben, ist, dass diese gramnegativen Wirkstoffe gegen alle zur Verfügung stehenden Wirkstoffe immer schneller resistenter werden.

Eine stärkere Resistenz gramnegativer Bakterien gilt auch für eine neu entdeckte Klasse von Antibiotika, die Anfang 2015 nach einer jahrzehntelangen Dürre bei neuen Antibiotika angekündigt wurde. Diese Medikamente wirken wahrscheinlich nicht auf gramnegative Bakterien.

Struktur einer grampositiven Bakterienzelle.

Grampositive Cocci

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

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

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

Kommerzielle Verwendungen von nicht pathogenen grampositiven Bakterien

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

Nichtpathogene Corynebacterium - Arten werden bei der industriellen Produktion von Aminosäuren, Nukleotiden, der Bioumwandlung von Steroiden, dem Abbau von Kohlenwasserstoffen, der Alterung von Käse, der Herstellung von Enzymen usw. Verwendet.

Viele Bacillus-Arten können große Mengen an Enzymen ausscheiden.

• Bacillus amyloliquefaciens ist die Quelle eines natürlichen Antibiotika-Proteins Barnase (eine Ribonuklease), der bei der Stärkehydrolyse verwendeten Alpha-Amylase, der Protease Subtilisin mit Detergenzien und des in der DNA-Forschung verwendeten Restriktionsenzyms BamH1.
• C. thermocellum kann Lignocellulose-Abfälle verwenden und Ethanol erzeugen, wodurch es zu einem möglichen Kandidaten für die Verwendung bei der Herstellung von Ethanolkraftstoff wird. Es ist anaerob und ist thermophil, was die Kühlkosten senkt.
• C. acetobutylicum, auch als Weizmann-Organismus bekannt, wurde zuerst von Chaim Weizmann 1916 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 Medikament Botox verwendet wird. Es wird auch zur Behandlung von krampfartigen Torticollis verwendet und wirkt etwa 12 bis 16 Wochen lang.

Das anaerobe Bakterium C. ljungdahlii kann Ethanol aus Einkohlenstoffquellen herstellen, einschließlich Synthesegas, einer Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die durch die teilweise Verbrennung fossiler Brennstoffe oder Biomasse erzeugt werden kann.

Gram-unbestimmte und gramvariable Bakterien

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

Verweise

• Vergleichende Eigenschaften von grampositiven und gramnegativen Bakterien - Univ. von Maryland
• Grampositive Bakterien - Bilder typischer Fleckenmuster - Univ. von Pennsylvania
• Wikipedia: Gram-negative Bakterien
• Wikipedia: Grampositive Bakterien
• Wikipedia: Gramfärbung