GRAM NEGATIVNÍ BACILY: VLASTNOSTI, STRUKTURA, TYPY - BIOLOGIE - 2025

Mezi gram-negativní bakterie (GNB) jsou bakterie tyčinkovité, které poskytují negativní barvení dle Grama. Je to kvůli biochemii buněčné stěny. Termín bakterie označuje všechny buňky s prokaryotickými charakteristikami, které patří do domény bakterií, také nazývané Eubacteria.

Prokaryoty se vyznačují nepřítomností jader a membránou uzavřených kompartmentů. Tuto charakteristiku mají také členové domény Archaeobacteria, ve které jsou také gramnegativní druhy. Buněčná stěna členů obou domén a jiné charakteristiky jsou odlišné.

Zdroj: Foto Eric Erbe, digitální zbarvení Christopherem Pooleym, obě USDA, ARS, EMU.

Obecné vlastnosti

Charakteristiky sdílené druhy, které jsou gramnegativními bacily, jsou: 1) jsou ve tvaru prutu; 2) jsou negativní na Gramovo barvení, takže vypadají červeně. Ten je produkován strukturou buněčné stěny, která se liší od struktury grampozitivních bakterií.

Gram negativní pruty se od sebe velmi liší, pokud jde o mobilitu (flagella mobile; sliding mobile; nonmobile), výživu a fyziologii (fototrofní, chemoorganotrofní, schopnost používat kyslík atd.), Mimo jiné faktory. Proto je snazší specifikovat obecné vlastnosti Eubacteria a Archaea.

Měří v průměru 3 µm dlouhé a 1 µm široké. Mohou být větší nebo menší. Chybí jim membrána obklopující DNA a organely, jako jsou mitochondrie a chloroplasty.

Mají buněčnou zeď, která obklopuje plazmovou membránu. Mají pouze jeden kruhový chromozom a plazmidy. DNA postrádá introny.

Někteří členové Eubacteria jsou patogeny pro zvířata a rostliny, zatímco členové Archaeobacteria nejsou patogeny.

Eubakterie mohou být citlivé na antibiotika (penicilin, kanamycin, streptomycin atd.), Fixovat dusík, tvořit tobolky, mít fotosyntézu závislou na chlorofylu, nemají fotosystém s rodopsinem a být nemethanogenní. Archaeobacteria jsou opakem.

Struktura buněčné stěny Gram-negativní bakterie

Všechny gramnegativní bakterie, bez ohledu na jejich buněčný tvar, sdílejí stejné strukturální vlastnosti buněčné stěny.

Buněčná stěna gramnegativních bakterií je vícevrstvá struktura, která se skládá z peptidoglykanu. Mají vnější membránu, která obklopuje peptidoglykan. Mezi vnější membránou a buněčnou stěnou je úzký prostor zvaný periplazmatický prostor.

Buněčná zeď měří 30 Á. Skládá se z peptidoglykanu (mureinu), který je tvořen molekulami N-acetylglukosaminu (gluNAC), které se střídají s molekulami kyseliny N-acetylmuramové (murNAc) a tvoří řetězce. Peptidoglykan tvoří 10% stěny, zbytek je vnější membrána.

GluNAC a murNAc řetězce jsou kříženy tetrapeptidy, řetězci čtyř aminokyselinových zbytků. Třetí aminokyselinový zbytek v tetrapeptidu je často kyselina diaminopimelová. Dva tetrapeptidy spolu tvoří kovalentní vazbu a jsou přímo spojeny s řetězci gluNAC a murNAc.

Vnější membrána je lipidová dvojvrstva, která je kovalentně připojena k peptidoglykanové vrstvě molekulami lipoproteinu. Tato membrána má poriny, které tvoří kanály skrz vnější membránu.

Struktura buněčné stěny gramnegativní Archaea

Ze strukturního a biochemického hlediska se buněčná obálka Archaea výrazně liší od obálky Eubacteria. Buněčná stěna Archaea obsahuje pouze 10% peptidoglykanu. Vnější membrána obvykle přítomná v gramnegativních bakteriích v Archaea chybí.

V grampozitivním Archaea je vrstva S, která obklopuje plazmatickou membránu. Zatímco Gram pozitivní Archaea je obálka obklopující S-vrstvu.

U druhů obou domén, Eubacteria a Archaea, je S-vrstva složena z glykoproteinů, které jsou proteiny vázány kovalentními vazbami na uhlohydráty. Posledně jmenované jsou opakující se podjednotky, které mohou být lineární nebo rozvětvené a tvoří 1% až 20% celkové hmotnosti glykoproteinů.

Glykoproteiny jsou bohaté (mezi 40% a 50%) na hydrofobní aminokyselinové zbytky. Jeho obsah cysteinu a methioninu je nízký. Mají 10% lysinu, kyseliny glutamové a kyseliny asparagové. Z tohoto důvodu je extracelulární povrch velmi hydrofobní.

Typy bakterií, které jsou gramnegativními pruty

Gram-negativní bakterie ve tvaru bacilu se nacházejí v různých taxonomických skupinách. Ve stejném rodu mohou být gramnegativní bakterie, které mohou mít různé tvary.

Například: 1) rod Chorobium, ve kterém se nacházejí zelené sírové bakterie, tvarovaný jako bacily a zakřivené tyčinky; 2) rod Pasteurella, který má pleomorfní druhy (více forem).

Existují heterogenní skupiny, například „klouzavé bakterie“ a bakterie síry, jejichž členy jsou obecně gramnegativní a mohou mít formu bacilu nebo jiné formy.

Kluzké bakterie jsou fylogeneticky velmi rozmanité, s různými mechanismy motility. Jsou to bacily a postrádají bičíky. Sírové bakterie jsou velmi rozmanitou skupinou mikroorganismů, které mohou být zakřivené tyčinky nebo tyčinky.

Fotoautotropní bakterie jsou gramnegativní a mají různé formy, například bacily a koky. Obsahují jednu fylogenetickou větev v doméně Eubacteria.

Existují taxonomické skupiny, jejichž členové jsou gramově negativní a ve kterých je jejich jedinou formou forma bacilů, jmenovitě:

Enterobacteria (řád Enterobacteriales, čeleď Enterobacteriaceae), Pseudomonas (řád Pseudomonadales, třída Gammaproteobacteria), Azotobacter (třída Gammaproteobacteria) a Bacteroides (kmen Bacteroidetes, třída Bacteroidia).

Druhy arcaheobakterií, které jsou gramnegativními pruty

Členové Haloarchaea (Halobacteria) jsou gramnegativní pruty. Patří do řádu Halobacteriales a rodiny Halobacteriacea. Tato rodina má 19 rodů a asi 57 druhů. Haloarchaea jsou monofyletická skupina, to znamená, že mají výhradního předka.

Poměrně blízkou skupinou Haloarchaea jsou methanogenní archaebakterie, které mohou být gram-negativní nebo gram-pozitivní. Mají různé tvary. Je známo přibližně 160 různých druhů, patřících do 29 rodů, 14 čeledí a šesti řádů.

Příklady gramnegativních prutů v eubakteriích

Skupina enterobaktérií

Reprezentativní rody: Escherichia (gastroenteritida), Enterobacter (zřídka patogenní), Serratia (zřídka patogenní), Salmonella (enteritida), Proteus (infekce močových cest), Yersinia (mor), Klebsiella (pneumonie). Patří do gammaproteobakterií.

Skupina Pseudomonas

Reprezentativní rody: Pseudomonas, Burkholderia, Zymomonas a Xanthomonas. Mohou to být rovné nebo zakřivené bacily. Některé druhy jsou patogenní pro zvířata a rostliny. Například Pseudomonas auruginosa je kolonizátor rány a popálenin.

Skupina bakterií oxidujících síru

Reprezentativní rod: Thiobacillus. Tento rod je nejznámější z chemolytotropů. Druhy Thiobacillus jsou rozptýleny mezi pododděleními (alfa, beta a gama) proteobakterií.

Skupina bakterií s kyselinou octovou

Reprezentativní rody: Acetobacter a Gluconobacter. Provádějí neúplnou oxidaci alkoholů a cukrů. Když je substrátem ethanol, tvoří kyselinu octovou. Jsou zvláště užitečné v průmyslu alkoholických nápojů.

Skupina bakterií vázajících dusík

Reprezentativní rody: Azotobacter a Zomonas. Aerobně fixují dusík. Většina patří k alfa nebo gammaproteobaktériím. Baktérie rodu Azotobacter jsou zvláště velké bacily.

Skupina hypertermofilních bakterií

Reprezentativní rody: Thermotoga a Thermodesulfobacterium. Jsou to bacilární hypertermofily, které rostou při teplotách nad 70 ° C. Byly izolovány od suchozemských stanovišť, horkých pramenů a podvodních zdrojů.

Příklady Gram negativních prutů v Archaea

Halobacterium salinarum

Je mobilní, žije v prostředích s vysokou koncentrací soli (> 4 M). Může použít světlo jako zdroj energie, protože má bakteriorhodopsin, protonovou pumpu závislou na světle. Toto čerpadlo umožňuje zachytit světlo a vytvořit elektrochemický gradient přes membránu.

Energie elektrochemického gradientu se používá k syntéze ATP pomocí ATP syntázy.

Metanomikrobium movile

Je to gramnegativní tyč. Vrstva S ukazuje hexagonální organizaci. Proteiny S-vrstvy mají nízké isoelektrické body, což naznačuje, že jsou bohaté na kyselé aminokyselinové zbytky. Procento hydrofobních zbytků je nízké.

Žije v bachoru ovcí. Produkuje metan redukcí oxidu uhlíku, za použití H ₂ nebo formiát. Nemůže metabolizovat acetát, methylaminy nebo methanol. Vykazuje optimální pH v rozmezí 6,5 až 8. Má důležitou roli ve funkci bachoru a výživě zvířat.

Gram negativní tyče, které způsobují nemoc

Klebsiella pneumoniae

Je to jeden z původců pneumonie. K. pneumoniae je oportunní patogen, který infikuje dýchací systém lidí a zvířat. Není mobilní. Je to gramnegativní tyč, která produkuje převládající kapsli, která ji chrání před fagocytózou.

Pseudomonas aeruginosa

Je to gramnegativní tyč. Produkuje nemoci, jako jsou infekce močových cest a uší. Kolonizuje rány a pálí na kůži. Za určitých podmínek vytváří biofilm polysacharidů, aby vytvořil bakteriální komunitu a chránil ji před imunitním systémem.

Haemophilus

Jsou to malé grampozitivní tyče a někdy pleomorfní. S onemocněním lidí je spojeno několik druhů, jako je H. influenzae (pneumonie), H. aegyptius (konjunktivitida), H. ducrey (chancroid) a H. parainfluenzae (bakterémie a endokarditida).

Legionella

Jsou to tenké, pleomorfní grampozitivní tyče. Jsou to intracelulární paraziti. Rozmnožují se v alveolárních makrofázích. Vyvolává pneumonii a sporadické, epidemické a nozokomiální infekce. Legionella pneumophila je zodpovědná za epidemie.

Salmonella

Jsou to fakultativní anerobní gramnegativní pruty. Mohou kolonizovat různá zvířata, včetně savců, ptáků a plazů. K většině infekcí dochází po požití kontaminované potravy nebo přímým přenosem fekální orální cestou. Způsobuje gastroenteritidu.

Reference

1. Alcamo, E. 1996. Mikrobiologie. Wiley, New York.
2. Barton, LL 2005. Strukturální a funkční vztahy v prokaryotech. Springer, New York.
3. Bauman, BW 2012. Mikrobiologie s nemocemi podle tělesného systému. Pearson, Boston.
4. Black, JG 2008. Mikrobiologie: principy a zkoumání. Wiley, New York.
5. Garrett, RA, Klenk, HP 2007. Archaea. Blackwell, Londýn.
6. Hogg, S. 2005. Základní mikrobiologie. Wiley, Chichester.
7. Kates, M., Kushner, DJ, Matheson, AT 1993. Biochemie Archaea (Archaeobacteria). Elsevier, Amsterdam.
8. Madigan, MT, Martinko, JM, Parker, J. 2004. Brock: biologie mikroorganismů. Pearson, Madrid.
9. Murray, PR, Rosenthal, KS, Pfaüer, MA 2006. Medical Microbiology. Elsevier, Madrid.