Gram θετικά vs Gram αρνητικά βακτήρια
Στη μικροβιολογία, τα Gram θετικά και τα Gram αρνητικά είναι δύο ευρείες κατηγορίες βακτηρίων. Η ταξινόμηση προέρχεται από τα αποτελέσματα της δοκιμής χρώσης Gram, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από τη φύση του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος. Ακολουθεί μια ματιά στις διαφορές μεταξύ των Gram θετικών και Gram αρνητικών βακτηρίων και γιατί είναι σημαντική η διάκρισή τους.
- Γραμ θετικά βακτήρια έχουν μια παχιά επικάλυψη πεπτιδογλυκάνης και βάφουν μωβ με κρυσταλλικό ιώδες.
- Τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια δεν έχουν αυτή την παχιά επικάλυψη. Δεν διατηρούν το κρυσταλλικό ιώδες, γι' αυτό βάφονται κόκκινο ή ροζ με φουξίνη carbol ή σαφρανίνη.
- Όμως, ορισμένα βακτήρια χρωματίζονται είτε ως Gram θετικά είτε ως Gram αρνητικά, ανάλογα με τις συνθήκες.
- Η χρώση Gram βοηθά στην ιατρική διάγνωση μιας λοίμωξης. Ισχύουν διαφορετικές θεραπείες για τον έλεγχο των Gram θετικών και Gram αρνητικών βακτηρίων.
The Gram Stain
Ο Han Christian Gram επινόησε το τεστ που φέρει το όνομά του το 1884. Τα βακτήρια με ένα παχύ εξωτερικό στρώμα πεπτιδογλυκάνης διατηρούν την κρυσταλλική βιολετί κηλίδα και είναι θετικά κατά Gram. Τα βακτήρια που δεν έχουν αυτή την παχιά επικάλυψη δεν διατηρούν το λεκέ και είναι αρνητικά κατά Gram. Μια δεύτερη κηλίδα, που ονομάζεται αντιχρώση, χρωματίζει τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια.
Τα συνήθη βήματα του πρωτοκόλλου χρώσης κατά Gram είναι η εφαρμογή κρυσταλλικού ιώδους, η προσθήκη ιωδίου ως μέσου για τη σταθεροποίηση της βαφής, το ξέπλυμα με οινόπνευμα, η χρώση με σαφρανίνη και το ξέπλυμα με νερό. Σημειώστε ότι τόσο τα θετικά κατά Gram όσο και τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια είναι μωβ πριν από το βήμα αποχρωματισμού, το οποίο αφαιρεί το σύμπλεγμα κρυσταλλικής βιολέτας-ιωδίου από τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια, αλλά όχι από τα θετικά κατά Gram βακτήρια (εκτός εάν δεν γίνει σωστά, το οποίο είτε αφήνει και τους δύο τύπους βακτηρίων μωβ είτε αποχρωματίζει και τους δύο). Τα θετικά κατά Gram βακτήρια όντως μαζεύουν το αντίβαρο, αλλά το μωβ χρώμα το υπερισχύει.
| Βήμα χρώσης | Θετικό γραμμάριο | Αρνητικό γραμμάριο |
|---|---|---|
| Crystal violet | μοβ | μοβ |
| Ιώδιο | μοβ | μοβ |
| Οινόπνευμα | μοβ | άχρωμο |
| Σαφρανίνη | μοβ | κόκκινο ή ροζ |
Σύνοψη των διαφορών μεταξύ θετικών κατά Gram και αρνητικών κατά Gram βακτηρίων
Η χρώση Gram διαφοροποιεί τα βακτήρια με βάση τη φύση του κυτταρικού τους τοιχώματος. Στα θετικά κατά Gram βακτήρια, η κρυσταλλική βιολέτα σχηματίζει σύμπλοκο με ιώδιο στο παχύ εξωτερικό στρώμα πεπτιδογλυκάνης. Το αλκοόλ αφυδατώνει το στρώμα και το συρρικνώνει. Το σύμπλοκο κρυσταλλικής βιολέτας-ιωδίου δεν μπορεί να ξεφύγει από το παχύ στρώμα των θετικών κατά Gram βακτηρίων, αλλά το λεπτό στρώμα πεπτιδογλυκάνης στα αρνητικά κατά Gram βακτήρια δεν μπορεί να συγκρατήσει το σύμπλεγμα βαφής.
Ενώ η χρώση κατά Gram χρησιμοποιεί διαφορές στο στρώμα της πεπτιδογλυκάνης για να κατηγοριοποιήσει τα βακτήρια, υπάρχουν επιπλέον διαφορές μεταξύ θετικών κατά Gram και αρνητικών κατά Gram βακτηρίων:
| Θετικό γραμμάριο | Αρνητικό γραμμάριο | |
|---|---|---|
| χρώση γραμμαρίων | διατήρηση κρυσταλλικού βιολετί (μωβ) | μην διατηρείται το κρυσταλλικό βιολετί (ροζ από την αντίθετη χρώση) |
| Παραδείγματα | Σταφυλόκοκκος , Στρεπτόκοκκος , Βάκιλλος | Escherichia , Σαλμονέλα , Neisseria |
| Αντοχή στα αντιβιοτικά | πιο ευαίσθητο στα αντιβιοτικά | πιο ανθεκτικό στα αντιβιοτικά |
| Κυτταρικό τοίχωμα | μονού επιπέδου, λείο κυτταρικό τοίχωμα | κυματιστό κυτταρικό τοίχωμα διπλού επιπέδου |
| Σιβάδα πεπτιδογλυκάνης | παχύ, μερικές φορές πολυστρωματικό, με τειχοϊκά οξέα | λεπτή, συνήθως μονή στιβάδα, απουσία τειχοϊκών οξέων |
| Πάχος κυτταρικού τοιχώματος | 20 έως 80 νανόμετρα | 8 έως 10 νανόμετρα |
| Εξωτερική μεμβράνη | απουσία | συνήθως παρόν |
| Porins | απουσία | υπάρχει στην εξωτερική μεμβράνη |
| Μεσόσωμα | εξέχον | λιγότερο εμφανή |
| Μορφολογία | ράβδοι κόκκων ή σπορίων | ράβδοι που δεν σχηματίζουν σπόρια (πολύ λίγα είδη κόκκων) |
| Δομή μαστιγίων | δύο δακτύλιοι στο βασικό σώμα | τέσσερις δακτύλιοι στο βασικό σώμα |
| Λιποπολυσακχαρίτης | απουσία | παρόν |
| Περιεχόμενο λιπιδίων | πολύ χαμηλή | 20% έως 30% |
| Τοξίνες | εξωτοξίνες | εξωτοξίνες ή ενδοτοξίνες |
Gram θετικά βακτήρια
Τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν τεϊχοϊκό οξύ στο κυτταρικό τοίχωμα που βοηθά στη μόλυνση και μπορεί να προκαλέσει ασθένεια. Ορισμένα περιέχουν επίσης μυκολικό οξύ στα κυτταρικά τους τοιχώματα, το οποίο δίνει στα βακτήρια μια κηρώδη επικάλυψη που βοηθά στην προστασία τους. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια που περιέχουν μυκολικό οξύ ονομάζονται όξινα βακτήρια επειδή απαιτούν ειδική χρώση για παρατήρηση. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια εκκρίνουν τοξικές πρωτεΐνες που ονομάζονται εξωτοξίνες. Τα αντιβιοτικά, όπως η πενικιλλίνη, η κλοξακιλλίνη και η ερυθρομυκίνη αντιμετωπίζουν περισσότερο από το 90% των θετικών κατά Gram βακτηριακών λοιμώξεων.
Θετικές ράβδοι γραμμαρίου
Οι περισσότερες Gram θετικές ράβδοι (βάκιλλοι) είναι αβλαβής μικροχλωρίδα. Ορισμένα προκαλούν μόλυνση, όπως ο Bacillus anthracis (άνθρακας), Corynebacterium diptheriae (διφθερία) και Λιστέρια (λιστερίωση), Ορισμένες Gram θετικές ράβδοι παράγουν σπόρια (π.χ., Βάκιλλος ), ενώ άλλοι όχι (π.χ. Listeria ). Τα σπόρια είναι πολύ πιο δύσκολο να σκοτωθούν από τα βακτήρια και μπορούν να παραμείνουν στο περιβάλλον για χρόνια.
Θετικοί κόκκοι κατά γραμμάρια
Οι θετικοί κατά Gram κόκκοι έχουν σφαιρικό σχήμα. Κυρίως υπάρχουν ως μέρος της ανθρώπινης μικροχλωρίδας, αλλά μερικά προκαλούν ασθένειες όταν οι συνθήκες είναι κατάλληλες. Για παράδειγμα, ορισμένα στελέχη Staphylococcus aureus ανθεκτικά στα αντιβιοτικά, όπως το ανθεκτικό στη μεθικιλλίνη S. aureus ή MRSA. Staphylococcus epidermidis μερικές φορές μολύνει τον ιστό γύρω από τα ιατρικά εμφυτεύματα. Streptococcus pyogenes μπορεί να προκαλέσει στρεπτικό λαιμό ή να τρώει σάρκα.
Gram αρνητικά βακτήρια
Τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια περιέχουν λιποπολυσακχαρίτη (LPS) που δεν υπάρχει στα θετικά κατά Gram κύτταρα. Το LPS είναι μια ενδοτοξίνη που μπορεί να προκαλέσει φλεγμονή και σηπτικό σοκ. Όπως τα Gram θετικά βακτήρια, ορισμένα (όχι όλα) Gram αρνητικά βακτήρια εκκρίνουν εξωτοξίνες. Τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια αντιστέκονται στα αντιβιοτικά. Συνήθως, τα παλαιότερα αντιβιοτικά είναι πιο αποτελεσματικά από τα νέα, αλλά η θεραπεία συχνά επικεντρώνεται σε άλλες μεθόδους.
Αρνητικές ράβδοι Gram
Παραδείγματα παθογόνων Gram αρνητικών ραβδίων περιλαμβάνουν τη Σαλμονέλα (τροφική δηλητηρίαση από σαλμονέλωση) και Escherichia coli (τροφική δηλητηρίαση). Οι περισσότερες Gram αρνητικές ράβδοι δεν παράγουν σπόρια. Εξαίρεση αποτελεί το βακτήριο Sporomusa .
Gram αρνητικός κοκκοβάκιλλος
Ορισμένα Gram αρνητικά βακτήρια έχουν σχήματα ενδιάμεσα μεταξύ ράβδων και σφαιρών. Στα παραδείγματα περιλαμβάνονται ο Αιμοφίλος και Acinetobacter . Haemophilus influenzae προκαλεί μόλυνση κόλπων, πνευμονία και μηνιγγίτιδα. Acinetobacter μολύνει τα τραύματα και προκαλεί πνευμονία.
Αρνητικούς κόκκους κατά Gram
Υπάρχουν σχετικά λίγα είδη Gram αρνητικών κόκκων. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τα αναερόβια βακτήρια Acidaminococcus , Megasphere και Veillonella . Πρόκειται για χλωρίδα κοπράνων που σπάνια προκαλούν ασθένειες. Veillonella εμφανίζεται και στο ανθρώπινο στόμα. Βακτήρια που ανήκουν στο γένος Neisseria είναι Gram αρνητικοί κόκκοι που προκαλούν ασθένεια. Για παράδειγμα, Neisseria meningitidis είναι διπλόκοκκος (τα κύτταρα παραμένουν ανά ζεύγη) που προκαλεί μηνιγγίτιδα και σηψαιμία. Ν. γονόρροια προκαλεί γονόρροια. Moraxella catarrhalis είναι ένας άλλος Gram αρνητικός διπλόκοκκος που προκαλεί ασθένεια. Προκαλεί μηνιγγίτιδα, λοιμώξεις του ανώτερου αναπνευστικού, ενδοκαρδίτιδα και λοιμώξεις του αυτιού.
Βακτήρια μεταβλητών κατά Gram και απροσδιόριστων κατά Gram
Ορισμένα βακτήρια παράγουν ένα μικτό σχέδιο μωβ και ροζ κυττάρων μετά τη χρώση Gram. Για παράδειγμα, αυτό συμβαίνει σε καλλιέργειες Bacillus , Butyrivibrio , ή Clostridium , επειδή το πάχος της στιβάδας της πεπτιδογλυκάνης αλλάζει κατά την ανάπτυξη των κυττάρων. Όμως, σε όλες τις κυτταρικές καλλιέργειες, η ηλικία της καλλιέργειας επηρεάζει τα αποτελέσματα της χρώσης κατά Gram.
Τα ακαθόριστα κατά Gram βακτήρια δεν είναι ούτε Gram θετικά ούτε Gram αρνητικά. Για παράδειγμα, πολλά είδη Mycobacterium και βακτήρια του γένους Mycoplasma στερούνται κυτταρικών τοιχωμάτων, επομένως δεν λεκιάζουν. Επίσης, αυτά τα αντιβιοτικά ανθεκτικά στα βακτήρια που στοχεύουν στη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος. Τα Archaea έχουν μεταβλητές δομές κυτταρικού τοιχώματος, επομένως η χρώση Gram δεν είναι χρήσιμη για τη διάκρισή τους.
Αναφορές
- Beveridge, T. J. (2001). «Χρήση της χρώσης Gram στη μικροβιολογία». Βιοτεχνική και Ιστοχημεία . 76(3):111–118. doi:10.1080/714028139
- Colco, R. (2005). «Χρώση με γραμμάρια». Τρέχοντα Πρωτόκολλα στη Μικροβιολογία . Παράρτημα 3 (1):Παράρτημα 3Γ. ISBN 978-0471729259. doi:10.1002/9780471729259.mca03cs00
- Γκράμ, Χανς Κρίστιαν (1884). «Über die isolierte Färbung der Schizomyceten in Schnitt- und Trockenpräparaten». Fortschritte der Medizin (στα γερμανικά). 2:185–189. Αγγλική μετάφραση στο:Brock, T. D. (1999). Ορόσημα στη Μικροβιολογία 1546–1940 (2η έκδ.). ASM Press. ISBN 978-1-55581-142-6.
- Silhavy, T. J.; et al. (2010). "Ο φάκελος των βακτηριακών κυττάρων." Προοπτικές του Cold Spring Harbor στη Βιολογία . 2(5). doi:10.1101/cshperspect.a000414
- Swoboda, Jonathan G.; et al. (2009). «Λειτουργία, βιοσύνθεση και αναστολή τειχοϊκού οξέος τοίχου». ChemBioChem . 11(1):35–45. doi:10.1002/cbic.200900557
