GRAMNEGATÍVNE NEGATÍVNE BACILY: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, TYPY - BIOLÓGIE - 2025

Medzi gramnegatívne baktérie (GNB) sú baktérie tyčinkové, ktoré poskytujú negatívne farbenie podľa Grama. Je to kvôli biochémii jeho bunkovej steny. Termín baktérie označuje všetky bunky s prokaryotickými charakteristikami, ktoré patria do domény baktérií, tiež nazývané eubaktérie.

Prokaryoty sa vyznačujú neprítomnosťou kompartmentov s jadrom a membránou. Túto vlastnosť majú aj členovia domény Archaeobacteria, v ktorej sú aj gramnegatívne druhy. Bunková stena členov oboch domén a iné charakteristiky sú odlišné.

Zdroj: Foto Eric Erbe, digitálne sfarbenie Christopherom Pooleym, obaja z USDA, ARS, EMU.

Všeobecné charakteristiky

Charakteristiky spoločné pre druhy, ktoré sú gramnegatívnymi bacilmi, sú: 1) sú v tvare tyčiniek; 2) sú negatívne na Gramovo zafarbenie, takže sa javia ako červené. Ten je produkovaný štruktúrou bunkovej steny, ktorá sa líši od štruktúry grampozitívnych baktérií.

Gramnegatívne negatívne bacily sa okrem iných faktorov veľmi líšia, pokiaľ ide o mobilitu (flagella mobile; sliding mobile; nonmobile), výživu a fyziológiu (fototrofická, chemoorganotropná, schopnosť používať kyslík atď.). Preto je ľahšie špecifikovať všeobecné charakteristiky Eubacteria a Archaea.

Meria v priemere 3 um dlhé a 1 um široké. Môžu byť väčšie alebo menšie. Chýba im membrána obklopujúca DNA a organely, ako sú mitochondrie a chloroplasty.

Majú bunkovú stenu, ktorá obklopuje plazmovú membránu. Majú iba jeden kruhový chromozóm a plazmidy. DNA nemá intróny.

Niektorí členovia eubaktérií sú patogény pre zvieratá a rastliny, zatiaľ čo členovia archaeobaktérií nie sú patogény.

Eubaktérie môžu byť citlivé na antibiotiká (penicilín, kanamycín, streptomycín atď.), Fixovať dusík, tvoriť kapsuly, majú fotosyntézu závislú od chlorofylu, nemajú fotosystém s rodopsínom a môžu byť nemetanogénne. Archaeobacteria sú opakom.

Štruktúra bunkovej steny Gram-negatívne baktérie

Všetky gramnegatívne baktérie, bez ohľadu na ich tvar buniek, majú rovnaké štrukturálne vlastnosti ako bunková stena.

Bunková stena gramnegatívnych baktérií je viacvrstvová štruktúra, ktorá sa skladá z peptidoglykánu. Majú vonkajšiu membránu, ktorá obklopuje peptidoglykán. Medzi vonkajšou membránou a bunkovou stenou je úzky priestor nazývaný periplazmatický priestor.

Bunková stena meria 30 Á. Skladá sa z peptidoglykánu (mureínu), ktorý je tvorený molekulami N-acetylglukozamínu (gluNAC), ktoré sa striedajú s molekulami kyseliny N-acetylmurámovej (murNAc) a tvoria reťazce. Peptidoglykán tvorí 10% steny, zvyšok tvorí vonkajšia membrána.

Reťazce gluNAC a murNAc sa krížia tetrapeptidmi, reťazcami štyroch aminokyselinových zvyškov. Tretím aminokyselinovým zvyškom v tetrapeptide je často kyselina diaminopimelová. Dva tetrapeptidy spolu tvoria kovalentnú väzbu a sú priamo spojené s reťazcami gluNAC a murNAc.

Vonkajšia membrána je lipidová dvojvrstva, ktorá je kovalentne pripojená k peptidoglykánovej vrstve molekulami lipoproteínu. Táto membrána má poriny, ktoré tvoria kanály vonkajšou membránou.

Štruktúra bunkovej steny gramnegatívnej Archaea

Zo štrukturálneho a biochemického hľadiska sa bunkový obal Archaea výrazne líši od obalov Eubacteria. Bunková stena Archaea obsahuje iba 10% peptidoglykánu. Vonkajšia membrána obvykle prítomná v gramnegatívnych baktériách v Archaea chýba.

V gramnegatívnej Archaea je vrstva S, ktorá obklopuje plazmovú membránu. Zatiaľ čo grampozitívny Archaea je obálka obklopujúca vrstvu S.

V druhoch oboch domén, Eubacteria a Archaea, je S-vrstva zložená z glykoproteínov, ktoré sú proteíny spojené kovalentnými väzbami na uhľohydráty. Posledne menované sú opakujúce sa podjednotky, ktoré môžu byť lineárne alebo rozvetvené, tvoriace od 1% do 20% z celkovej hmotnosti glykoproteínov.

Glykoproteíny sú bohaté (medzi 40% a 50%) na hydrofóbne aminokyselinové zvyšky. Jeho obsah cysteínu a metionínu je nízky. Majú 10% lyzínu, kyseliny glutámovej a kyseliny asparágovej. Z tohto dôvodu je extracelulárny povrch veľmi hydrofóbny.

Druhy baktérií, ktoré sú gramnegatívnymi tyčinkami

Gramnegatívne baktérie v tvare bacilu sa nachádzajú v rôznych taxonomických skupinách. V rámci toho istého rodu môžu existovať gramnegatívne baktérie, ktoré môžu mať rôzne tvary.

Napríklad: 1) rod Chorobium, v ktorom sa nachádzajú zelené sírne baktérie, tvarovaný ako bacily a zakrivené tyčinky; 2) rod Pasteurella, ktorý má pleomorfné druhy (viacerých foriem).

Existujú heterogénne skupiny, ako napríklad „kĺzavé baktérie“ a sírové baktérie, ktorých členovia sú všeobecne gramnegatívni a môžu mať formu bacilu alebo iné formy.

Klzké baktérie sú fylogeneticky veľmi rozmanité, s rôznymi mechanizmami pohyblivosti. Sú to bacily a postrádajú bičíky. Baktérie síry sú veľmi rozmanitou skupinou mikroorganizmov, ktoré môžu byť zakrivené tyčinky alebo tyčinky.

Fotoautotropné baktérie sú gramnegatívne a majú rôzne formy, napríklad bacily a koky. Obsahujú jednu fylogenetickú vetvu v doméne Eubacteria.

Existujú taxonomické skupiny, ktorých členovia sú gramnegatívni a ktorých jedinou formou je forma bacilu, a to:

Enterobaktérie (rad Enterobacteriales, rodina Enterobacteriaceae), Pseudomonas (objednávka Pseudomonadales, trieda Gammaproteobacteria), Azotobacter (trieda Gammaproteobacteria) a Bacteroides (kmeň Bacteroidetes, trieda Bacteroidia).

Typy arcaheobaktérií, ktoré sú gramnegatívnymi tyčinkami

Členovia Haloarchaea (Halobacteria) sú gramnegatívne tyčinky. Patria do radu Halobacteriales a do rodiny Halobacteriacea. Táto rodina má 19 rodov a približne 57 druhov. Haloarchaea sú monofyletická skupina, to znamená, že majú výhradného predka.

Relatívne blízkou skupinou k Haloarchaea sú metanogénne archaebaktérie, ktoré môžu byť gram-negatívne alebo gram-pozitívne. Majú rôzne tvary. Známy je asi 160 rôznych druhov, patriacich do 29 rodov, 14 rodín a šiestich rádov.

Príklady gramnegatívnych tyčiniek v baktériách Eubacteria

Skupina enterobaktérií

Reprezentatívne rody: Escherichia (gastroenteritída), Enterobacter (zriedkavo patogénne), Serratia (zriedkavo patogénne), Salmonella (enteritída), Proteus (infekcia močových ciest), Yersinia (mor), Klebsiella (zápal pľúc). Patria k gamaproteobaktériám.

Skupina Pseudomonas

Reprezentatívne rody: Pseudomonas, Burkholderia, Zymomonas a Xanthomonas. Môžu to byť rovné alebo zakrivené bacily. Niektoré druhy sú patogénne pre zvieratá a rastliny. Napríklad Pseudomonas auruginosa je kolonizátor rany a pálenia.

Skupina baktérií oxidujúcich síru

Reprezentatívny rod: Thiobacillus. Tento rod je najznámejší z chemolytotrofov. Druhy Thiobacillus sú rozptýlené medzi podskupiny (alfa, beta a gama) proteobaktérií.

Skupina baktérií kyseliny octovej

Reprezentatívne rody: Acetobacter a Gluconobacter. Vykonávajú neúplnú oxidáciu alkoholov a cukrov. Keď je substrátom etanol, tvoria kyselinu octovú. Obzvlášť užitočné sú v priemysle alkoholických nápojov.

Skupina baktérií viažucich dusík

Reprezentatívne rody: Azotobacter a Zomonas. Aeróbne fixujú dusík. Väčšina z nich patrí k alfa alebo gammaproteobaktériám. Baktérie rodu Azotobacter sú obzvlášť veľké bacily.

Skupina hypertermofilných baktérií

Reprezentatívne rody: Thermotoga a Thermodesulfobacterium. Sú to bacilárne hypertermofily, ktoré rastú pri teplotách nad 70 ° C. Boli izolované od suchozemských biotopov, horúcich prameňov a podvodných zdrojov.

Príklady gramnegatívnych tyčiniek v Archaea

Halobacterium salinarum

Je mobilný, žije v prostrediach s vysokou koncentráciou soli (> 4 M). Môže používať svetlo ako zdroj energie, pretože má bakteriorodopsín, protónovú pumpu závislú od svetla. Toto čerpadlo umožňuje zachytiť svetlo a vytvoriť elektrochemický gradient cez membránu.

Energia elektrochemického gradientu sa používa na syntézu ATP pomocou ATP syntázy.

Metanomikrobium movile

Je to gramnegatívna tyčinka. Vrstva S predstavuje hexagonálnu organizáciu. Proteíny S-vrstvy majú nízke izoelektrické body, čo naznačuje, že sú bohaté na kyslé aminokyselinové zvyšky. Percentuálny podiel hydrofóbnych zvyškov je nízky.

Žije v bachore oviec. Produkuje metán redukciou oxidu uhlíka, za použitia H ₂ alebo Formia. Nemôže metabolizovať acetát, metylamíny alebo metanol. Vykazuje optimálne pH v rozmedzí 6,5 až 8. Má dôležitú úlohu vo funkcii bachoru a výžive zvierat.

Gram negatívne tyče, ktoré spôsobujú ochorenie

Klebsiella pneumoniae

Je to jeden z pôvodcov pneumónie. K. pneumoniae je oportúnny patogén, ktorý infikuje dýchací systém ľudí a zvierat. Nie je to mobilné. Je to gramnegatívna tyčinka, ktorá vytvára prevažujúcu kapsulu, ktorá ju chráni pred fagocytózou.

Pseudomonas aeruginosa

Je to gramnegatívna tyčinka. Produkuje choroby, ako sú infekcie močových ciest a uší. Kolonizuje rany a páli na koži. Za určitých podmienok vytvára polysacharidový biofilm, ktorý vytvára bakteriálnu komunitu a chráni ju pred imunitným systémom.

Haemophilus

Sú to malé gramnegatívne tyčinky a niekedy pleomorfné. S ochorením u ľudí je spojených niekoľko druhov, napríklad H. influenzae (pneumónia), H. aegyptius (konjunktivitída), H. ducrey (chancroid) a H. parainfluenzae (bakterémia a endokarditída).

Legionella

Sú to tenké, pleomorfné gramnegatívne tyčinky. Sú to intracelulárne parazity. Rozmnožujú sa v alveolárnych makrofágoch. Produkuje zápal pľúc a sporadické, epidemické a nozokomiálne infekcie. Legionella pneumophila je zodpovedná za epidémie.

Salmonella

Sú to fakultatívne aneróbne gramnegatívne tyče. Môžu kolonizovať rôzne zvieratá vrátane cicavcov, vtákov a plazov. Väčšina infekcií sa vyskytuje po požití kontaminovanej potravy alebo priamym prenosom fekálnou cestou. Spôsobuje gastroenteritídu.

Referencie

1. Alcamo, E. 1996. Microbiology. Wiley, New York.
2. Barton, LL 2005. Štrukturálne a funkčné vzťahy v prokaryotoch. Springer, New York.
3. Bauman, BW 2012. Mikrobiológia s chorobami podľa tela. Pearson, Boston.
4. Black, JG 2008. Mikrobiológia: zásady a skúmanie. Wiley, New York.
5. Garrett, RA, Klenk, HP 2007. Archaea. Blackwell, Londýn.
6. Hogg, S. 2005. Esenciálna mikrobiológia. Wiley, Chichester.
7. Kates, M., Kushner, DJ, Matheson, AT 1993. Biochémia Archaea (Archaeobacteria). Elsevier, Amsterdam.
8. Madigan, MT, Martinko, JM, Parker, J. 2004. Brock: biológia mikroorganizmov. Pearson, Madrid.
9. Murray, PR, Rosenthal, KS, Pfaüer, MA 2006. Medical Microbiology. Elsevier, Madrid.