Введение
Грамотрицательные — это бактерии, которые после окрашивания по Граму приобретают цвет от розового до красного.
Окрашивание по Граму — это метод, используемый для классификации бактерий в соответствии с характеристиками их клеточной стенки. Принадлежность к одной и той же группе — грамотрицательной или положительной — не означает, что между различными видами бактерий этой группы существует филогенетическая связь.
Клеточная стенка бактерий
Клеточная стенка бактерий может быть определена как жесткая структура, которая окружает бактериальную клетку, придавая ей прочность и влияя на ее форму.
Ключевым элементом, составляющим клеточную стенку бактерий, является пептидогликан пептидогликан (иначе известный как бактериальный мукопептид или муреин ).
Пептидогликан — это полимер, состоящий из длинных, линейных полисахаридных цепей, соединенных между собой поперечными связями между аминокислотными остатками.
Полисахаридные цепи состоят из повторения дисахарида, который в свою очередь состоит из двух моносахаридов: N-ацетилглюкозамин (или NAG ) и N-ацетилмураминовая кислота (или NAM ), соединенные гликозидными связями β-1,6-типа.
Затем дисахариды соединяются друг с другом гликозидными связями типа β-1,4.
С каждой молекулой NAM связан «хвост» из пяти аминокислот ( пентапептид ), заканчивающийся двумя идентичными аминокислотами, точнее, двумя молекулами D-аланина .
Именно эти терминальные молекулы D-аланина после действия фермента транспептидазы позволяют образовывать поперечные связи между параллельными цепями пептидогликана.
Более конкретно, транспептидаза образует пептидную связь между третьей аминокислотой полисахаридной цепи и четвертой аминокислотой параллельной полисахаридной цепи.
Функции клеточной стенки
Клеточная стенка бактерий играет очень важную защитную роль в бактериальной клетке, но не только это, она также способна регулировать транспорт веществ внутри самой клетки.
Таким образом, можно сказать, что основными функциями клеточной стенки являются:
- Для предотвращения разрушения бактериальных клеток под действием осмотического давления. Действительно, очень часто бактерии живут в гипотонической среде, т.е. в среде, в которой присутствует большое количество воды и которая «более разбавлена», чем внутренняя среда бактериальной клетки. Эта разница в концентрации заставляет воду переходить из внешней среды (менее концентрированной) внутрь бактериальной клетки (более концентрированной) в попытке выровнять концентрацию между двумя средами. Неконтролируемое проникновение воды приведет к набуханию и разрыву бактериальной клетки (осмотический лизис).
Функция клеточной стенки заключается именно в том, чтобы противостоять внешнему давлению воды, тем самым предотвращая набухание и лизис бактерий.
- Защищают плазматическую мембрану и клеточную среду от молекул или веществ, вредных для самих бактерий.
- Регулирует поступление питательных веществ в бактериальную клетку.
Все описанное до сих пор справедливо как для грамотрицательной клеточной стенки, так и для грамположительной клеточной стенки.
Однако, поскольку целью данной статьи является предоставление информации о характеристиках грамотрицательных бактерий, будет описана только клеточная стенка грамотрицательных бактерий, а клеточная стенка грамположительных бактерий рассматриваться не будет.
Граммотрицательная клеточная стенка
В стенке грамотрицательных клеток пептидная связь, образующаяся между полисахаридными цепями пептидогликана, является прямой.
Клеточная стенка грамотрицательных бактерий очень тонкая, ее толщина составляет 10 нм, но она довольно сложная, так как пептидогликан окружен внешней мембраной, закрепленной на ней.
Внешняя мембрана состоит из фосфолипидного внутреннего листка и внешнего листка, образованного липополисахаридом (или LPS ).
Наружная мембрана и пептидогликан соединены друг с другом посредством липопротеинов . Поскольку присутствие одних только липопротеинов на внешней мембране препятствует прохождению гидрофильных молекул, на мембране также присутствуют другие специфические белковые комплексы, называемые поринами . Порины — это каналы, через которые проходят небольшие гидрофильные молекулы.
Для переноса более крупных молекул, однако, существуют другие белки-транспортеры, переносчики .
Пространство между внешней мембраной и пептидогликаном называется периплазмой и содержит белки и ферменты с биологическими функциями.
Липополисахарид заменяется тремя различными частями:
- Внутренняя липидная часть, называемая Липид A , который обладает функциями эндотоксина, поэтому играет важную роль в патогенности грамотрицательных организмов;
- Центральная полисахаридная часть, называемая ядром ;
- Внешняя полисахаридная цепь, называемая антигеном ИЛИ . Этот полисахарид состоит из простых сахаров различных видов, объединенных в блоки по три или пять единиц и повторяющихся несколько раз для формирования молекул с определенными антигенными характеристиками, типичными для каждого вида бактерий.
Окрашивание по Граму
Окрашивание по Граму — это процедура, изобретенная и разработанная в 1884 году датским бактериологом Хансом Кристианом Грамом.
Первый шаг в этой процедуре включает подготовку мазка (т.е. тонкой пленки анализируемого материала), который подвергается термической фиксации. Другими словами, образец бактерий, подлежащих анализу, помещается на предметное стекло и — с помощью тепла — микроорганизмы убиваются и задерживаются на стекле (термофиксация). После подготовки мазка можно приступать к собственно окрашиванию.
Существует четыре основных этапа в технике окрашивания по Граму.
Шаг 1
Мазок, подвергнутый термофиксации, должен быть покрыт красителем Crystal Violet (также известный как Gentian Violet) в течение трех минут. В результате все бактериальные клетки станут фиолетовыми.
Фаза 2
В этот момент на предметное стекло наливается раствор Люголя (водный раствор йода и йодистого калия, определяемый как протравитель, поскольку он способен фиксировать цвет) и оставляется примерно на одну минуту.
Раствор Люголя является полярным и проникает в бактериальную клетку, где встречается с кристаллическим фиолетовым, с которым образует гидрофобный комплекс.
Фаза 3
Слайд промывается отбеливателем (обычно спиртом или ацетоном) в течение примерно двадцати секунд. После этого его промывают водой, чтобы остановить действие обесцвечивающего вещества.
В конце этого этапа клетки грамположительных бактерий сохранят свой пурпурный цвет.
Грамотрицательные клетки, с другой стороны, будут обесцвечены. Это происходит потому, что спирт разрушает липополисахаридную структуру внешней мембраны этих бактерий, способствуя потере ранее поглощенного красителя.
Шаг 4
Второй краситель (обычно Кислотный фуксин или Сафранин ) добавляют на предметное стекло и оставляют действовать на пару минут.
В конце этого этапа клетки грамотрицательных бактерий, ранее обесцвеченные, приобретают цвет от розового до красного.
Виды грамотрицательных бактерий
Как и грамположительная группа, грамотрицательная группа включает в себя множество видов бактерий.
Некоторые из основных бактерий этой группы будут кратко описаны ниже.
Escherichia coli
E. coli E. coli — это бактерия, которая в норме присутствует в кишечной флоре человека, но у людей с иммуносупрессией она может вызывать оппортунистические инфекции.
Фактически, E. coli E. coli является причиной оппортунистических инфекций, вызывающих такие состояния, как уретроцистит, простатит, неонатальный менингит, энтерогеморрагический колит, водянистая диарея или диарея путешественника или сепсис.
В зависимости от типа инфекции, которую вызывает E. coli , могут использоваться различные типы антибиотиков. Наиболее часто используются карбапенемы, некоторые пенициллины, монобактамы, аминогликозиды, цефалоспорины или макролиды (такие как кларитромицин или азитромицин).
Бактерии, принадлежащие к роду Salmonella
Эти бактерии вызывают инфекции желудочно-кишечного тракта, которые могут стать причиной таких заболеваний, как гастроэнтерит, тиф (энтеральная лихорадка) и диарея.
Для борьбы с инфекциями, вызванными этими бактериями, обычно используют ципрофлоксацин, амоксициллин или цефтриаксон.
Klebsiella pneumoniae
K. pneumoniae K. pneumoniae является причиной инфекций мочеполовых путей, приводящих к циститу, простатиту или уретроциститу, а также инфекций дыхательных путей, приводящих к абсцессам легких или пневмонии.
Цефалоспорины, карбапенемы, фторхинолоны или некоторые виды пенициллинов используются для лечения инфекций, вызванных K. pneumoniae .
Бактерии, принадлежащие к роду Shigella
Эти микроорганизмы ответственны за развитие таких заболеваний, как бациллярная дизентерия и острый гастроэнтерит.
Фторхинолоны обычно используются для лечения этих типов инфекций.
Вибрионы (или вибрионы)
Вибрионы — это изогнутые бациллы, т.е. бактерии, характеризующиеся формой «запятой».
К патогенным для человека вибрионам относятся:
- Vibrio cholerae , ответственный за вспышку холеры. Обычно инфекции, вызванные V. cholerae , лечат тетрациклинами или фторхинолонами.
- Vibrio parahaemolyticus , вызывающий гастроэнтерит, энтероколит, диарею и дигестивноподобный синдром.
Антибиотики, такие как фторхинолоны или тетрациклины, могут быть использованы в случае инфекции V. parahaemolyticus . В некоторых случаях можно обойтись без антибиотикотерапии и проводить симптоматическое лечение.
Бактерии, принадлежащие к роду Yersinia
Бактерии рода Yersinia — это бациллы, т.е. бактерии, характеризующиеся цилиндрической формой.
К патогенным для человека иерсиниям относятся:
- Yersinia enterocolitica , которая является причиной желудочно-кишечных инфекций, приводящих к таким состояниям, как острый гастроэнтерит или мезентериальный аденит. Инфекции Y. enterocolitica обычно лечат антибиотиками, такими как фторхинолоны, сульфаниламиды или аминогликозиды.
- Yersinia pestis ответственна за вспышку бубонной чумы. Инфекции, вызванные Y. pestis можно лечить аминогликозидами, хлорамфениколом или фторхинолонами.
Campylobacter jejuni
C. jejuni C. jejuni — спиралевидная бацилла, ответственная за возникновение острого энтерита и диареи.
Инфекции, вызванные им, можно лечить макролидами (например, эритромицином) или фторхинолонами.
Helicobacter pylori
H. pylori — это палочка, вызывающая желудочно-кишечные расстройства, такие как хронический активный гастрит и пептическая язва.
Лечение для эрадикации Helicobacter pylori включает использование трех различных типов препаратов:
- Коллоидный висмут, цитопротектор, используемый для предотвращения прилипания Helicobacter pylori к слизистой оболочке желудка;
- Омепразол или другой ингибитор протонного насоса, используемый для снижения секреции кислоты в желудке;
- Амоксициллин и/или кларитромицин, тетрациклины или метронидазол (антибиотические препараты для уничтожения бактериальных клеток).
Haemophilus influenzae
H. influenzae — грамотрицательная бактерия, вызывающая инфекции дыхательных путей и нервной системы, которые могут стать причиной острого отита, эпиглоттита, синусита, бронхита, пневмонии или острого бактериального менингита.
Антибиотики, обычно используемые для лечения инфекций, вызванных H. influenzae H. influenzae — это цефалоспорины, пенициллины или сульфаниламиды.
0 Legionella pneumophila
L. pneumophila L. pneumophila — грамотрицательная бактерия, вызывающая легионеллез, инфекцию, поражающую дыхательную систему.
Легионеллез можно лечить такими препаратами, как азитромицин, эритромицин, кларитромицин, телитромицин или фторхинолоны.
