ГРАМ-ОТРИЦАТЕЛНИ БАЦИЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На бактерии Грам отрицателни (GNB) са пръчковидни бактерии, които дават отрицателен оцветяване по Грам. Това се дължи на биохимията на нейната клетъчна стена. Терминът бактерии се отнася до всички клетки с прокариотни характеристики и принадлежат към домейна на бактериите, наричан още Eubacteria.

Прокариотите се характеризират с липсата на ядра и мембранно затворени отделения. Тази характеристика се притежава и от членовете на домена Archaeobacteria, в който има и грам-отрицателни видове. Клетъчната стена на членовете на двата домейна и други характеристики са различни.

Източник: Снимка от Ерик Ербе, цифрова колоризация от Кристофър Пули, и двете от USDA, ARS, EMU.

Основни характеристики

Характеристиките, споделени по видове, които са грамотрицателни бацили, са: 1) те имат формата на пръчка; 2) са отрицателни към петна по Грам, така че изглеждат червени. Последното се произвежда от структурата на клетъчната стена, която е различна от тази на Грам положителните бактерии.

Грам-отрицателните бацили се различават значително една от друга по отношение на подвижността (джобни мобилни; плъзгащи се подвижни; неподвижни), храненето и физиологията (фототрофни, хемоорганотрофни, способността да се използва кислород и др.), Наред с други фактори. Следователно е по-лесно да се уточнят общите характеристики на евбактериите и археите.

Те измерват средно 3 µm дълги и 1 µm широки. Те могат да бъдат по-големи или по-малки. Липсват мембрана, която заобикаля ДНК, и органели като митохондрии и хлоропласти.

Те имат клетъчна стена, която обгражда плазмената мембрана. Те имат само една кръгова хромозома и плазмиди. ДНК няма интрони.

Някои членове на евбактериите са патогени за животни и растения, докато членовете на археобактериите не са патогени.

Евбактериите могат да бъдат чувствителни към антибиотици (пеницилин, канамицин, стрептомицин и др.), Да фиксират азот, да образуват капсули, да имат фотосинтеза, зависима от хлорофила, да нямат фотосистема с родопсин и да са неметаногенни. Археобактериите са точно обратното.

Структура на клетъчната стена Грам-отрицателни бактерии

Всички грамотрицателни бактерии, независимо от тяхната клетъчна форма, имат еднакви структурни характеристики на клетъчната стена.

Клетъчната стена на Грам отрицателни бактерии е многопластова структура, която е съставена от пептидогликан. Те имат външна мембрана, която заобикаля пептидогликана. Между външната мембрана и клетъчната стена има тясно пространство, наречено периплазмено пространство.

Клетъчната стена е с размер 30 Å. Той е съставен от пептидогликан (муреин), който е съставен от молекули на N-ацетилглукозамин (gluNAC), които се редуват с молекули на N-ацетилмураминова киселина (murNAc) и образуват вериги. Пептидогликанът представлява 10% от стената, останалото е външна мембрана.

Веригите gluNAC и murNAc се кръстосват от тетрапептиди, вериги от четири аминокиселинни остатъка. Често третият остатък на аминокиселина в тетрапептида е диаминопимелова киселина. Два тетрапептида образуват ковалентна връзка помежду си и са пряко свързани с веригите gluNAC и murNAc.

Външната мембрана е липиден двуслоен, който е ковалентно прикрепен към пептидогликановия слой чрез липопротеинови молекули. Тази мембрана има пор, които образуват канали през външната мембрана.

Структура на клетъчната стена на Грам отрицателна Архея

От структурна и биохимична гледна точка, клетъчната обвивка на Archaea се различава значително от тази на Eubacteria. Клетъчната стена на Archaea съдържа само 10% пептидогликан. Външната мембрана, обикновено присъстваща в грамотрицателни бактерии, отсъства в Архея.

В грам отрицателната архея има S-слой, който обгражда плазмената мембрана. Докато в грам положителна Archaea има плик, обграждащ S-слоя.

При видовете от двата домейна, Eubacteria и Archaea, S-слоят е съставен от гликопротеини, които са протеини, свързани чрез ковалентни връзки, с въглехидрати. Последните са повтарящи се субединици, които могат да бъдат линейни или разклонени, съставляващи от 1% до 20% от общата маса на гликопротеините.

Гликопротеините са богати (между 40% и 50%) на хидрофобни аминокиселинни остатъци. Съдържанието на цистеин и метионин е ниско. Те имат 10% лизин, глутаминова киселина и аспарагинова киселина. Поради това извънклетъчната повърхност е много хидрофобна.

Видове бактерии, които са грамотрицателни пръчки

Грам-отрицателните бактерии с форма на бацил се намират в различни таксономични групи. В рамките на един и същи род може да има грамотрицателни бактерии, които могат да имат различни форми.

Например: 1) род Chorobium, в който са открити зелените серни бактерии, оформени като бацили и извити пръти; 2) род Pasteurella, който има плеоморфни видове (с множество форми).

Има хетерогенни групи, като „плъзгащите се бактерии“ и серните бактерии, чиито членове обикновено са грамотрицателни и могат да имат формата на бацил или други форми.

Хлъзгавите бактерии са филогенетично много разнообразни, с различни механизми на подвижност. Те са бацили и липсват жлези. Сярните бактерии са много разнообразна група от микроорганизми, които могат да бъдат извити пръти или пръти.

Фотоавтотрофните бактерии са грамотрицателни и имат най-различни форми, като бацили и коки. Те се състоят от един филогенетичен клон в областта на Eubacteria.

Има таксономични групи, чиито членове са грамотрицателни и в които единствената им форма е тази на бацила, а именно:

Ентеробактерии (ред Enterobacteriales, семейство Enterobacteriaceae), Pseudomonas (ред Pseudomonadales, клас Gammaproteobacteria), Azotobacter (клас Gammaproteobacteria) и Bacteroides (тип Bacteroidetes, клас Bacteroidia).

Видове аркахеобактерии, които са грамотрицателни пръчки

Членовете на Haloarchaea (Halobacteria) са грамотрицателни пръчки. Те принадлежат към разред Halobacteriales и семейство Halobacteriacea. Това семейство има 19 рода и около 57 вида. Халоархеите са монофилетична група, тоест имат изключителен прародител.

Сравнително близка група до халоархеите са метаногенните архебактерии, които могат да бъдат грамотрицателни или грамположителни. Те имат разнообразни форми. Известни са приблизително 160 различни вида, принадлежащи към 29 рода, 14 семейства и шест реда.

Примери за грамотрицателни пръчки в евбактериите

Ентеробактериална група

Представителни родове: ешерихия (гастроентерит), ентеробактер (рядко патогенна), серратиа (рядко патогенна), салмонела (ентерит), протеус (инфекция на пикочните пътища), йерсиния (чума), клебсиела (пневмония). Те принадлежат към гамапротеобактериите.

Pseudomonas Group

Представителни родове: Pseudomonas, Burkholderia, Zymomonas и Xanthomonas. Те могат да бъдат прави или извити бацили. Няколко вида са патогенни за животни и растения. Например, Pseudomonas auruginosa е колонизатор на рани и изгаряния.

Сероокисляваща бактериална група

Представителен род: Thiobacillus. Този род е най-известният от хемолитротрофите. Тиобациловите видове са разпръснати сред подразделенията (алфа, бета и гама) на протеобактерии.

Група бактерии с оцетна киселина

Представителни родове: Acetobacter и Gluconobacter. Те извършват непълно окисляване на алкохоли и захари. Когато субстратът е етанол, те образуват оцетна киселина. Те са особено полезни в производството на алкохолни напитки.

Азотна фиксираща група бактерии

Представителни родове: Azotobacter и Zomonas. Те фиксират азота аеробно. Повечето принадлежат към алфата или гамапротеобактериите. Бактериите от рода Azotobacter са особено големи бацили.

Хипертермофилна група бактерии

Представителни родове: Thermotoga и Thermodesulfobacterium. Те са бациларни хипертермофили, които растат при температура над 70 ºC. Те са изолирани от наземни местообитания, горещи извори и подводни източници.

Примери за грам отрицателни пръчки в Архея

Halobacterium salinarum

Той е мобилен, живее в среда с висока концентрация на сол (> 4 М). Той може да използва светлината като източник на енергия, тъй като има бактериододопсин, протонна помпа, зависима от светлина. Тази помпа позволява улавяне на светлина и създаване на електрохимичен градиент през мембраната.

Енергията на електрохимичния градиент се използва за синтезиране на АТФ чрез АТФ синтаза.

Metanomicrobium movile

Това е грам отрицателен прът. Слоят S показва шестоъгълна организация. Протеините от S-слой имат ниски изоелектрични точки, което показва, че са богати на киселинни аминокиселинни остатъци. Процентът на хидрофобните остатъци е нисък.

Живее в търбуха на овцете. Произвежда метан чрез редукция на въглероден диоксид като се използва Н ₂ или формиат. Не може да метаболизира ацетат, метиламини или метанол. Той проявява оптимално pH в границите между 6,5 и 8. Той има важна роля във функцията на търбуха и храненето на животните.

Грам отрицателни пръчки, които причиняват заболяване

Klebsiella pneumoniae

Той е един от причинителите на пневмония. K. pneumoniae е опортюнистичен патоген, който заразява дихателната система на хората и животните. Не е мобилен. Това е грам отрицателен прът, който произвежда преобладаваща капсула, която го предпазва от фагоцитоза.

Pseudomonas aeruginosa

Това е грам отрицателен прът. Произвежда заболявания като инфекции на пикочните пътища и ушите. Колонизира рани и изгаряния по кожата. При определени условия той произвежда биофилм от полизахарид, за да създаде бактериална общност и да го предпази от имунната система.

Haemophilus

Те са малки грам отрицателни пръчки и понякога плеоморфни. Има няколко вида, свързани с болестта при хората, като H. influenzae (пневмония), H. aegyptius (конюнктивит), H. ducrey (шанкроид) и H. parainfluenzae (бактериемия и ендокардит).

Legionella

Те са тънки, плеоморфни грам отрицателни пръчки. Те са вътреклетъчни паразити. Те се размножават в алвеоларни макрофаги. Произвежда пневмония и спорадични, епидемични и нозокомиални инфекции. Legionella pneumophila е отговорна за епидемиите.

салмонела

Те са факултативни грамо отрицателни анероидни пръчки. Те могат да колонизират различни животни, включително бозайници, птици и влечуги. Повечето инфекции се появяват след поглъщане на замърсена храна или чрез директно предаване през фекално-оралния път. Причинява гастроентерит.

Препратки

1. Алкамо, Е. 1996. Микробиология. Уайли, Ню Йорк.
2. Barton, LL 2005. Структурни и функционални връзки в прокариотите. Спрингер, Ню Йорк.
3. Бауман, BW 2012. Микробиология със заболявания по телесна система. Пиърсън, Бостън.
4. Black, JG 2008. Микробиология: принципи и проучване. Уайли, Ню Йорк.
5. Garrett, RA, Klenk, HP 2007. Archaea. Блакуел, Лондон.
6. Hogg, S. 2005. Основна микробиология. Уили, Чичестър.
7. Kates, M., Kushner, DJ, Matheson, AT 1993. Биохимията на Archaea (Archaeobacteria). Elsevier, Амстердам.
8. Madigan, MT, Martinko, JM, Parker, J. 2004. Brock: биология на микроорганизмите. Пиърсън, Мадрид.
9. Мъри, PR, Rosenthal, KS, Pfaüer, MA 2006. Медицинска микробиология. Elsevier, Мадрид.