Batteri Gram positivi e Gram negativi

Lo scienziato danese Hans Christian Gram ha ideato un metodo per differenziare due tipi di batteri in base alle differenze strutturali nelle loro pareti cellulari. Nel suo test, i batteri che trattengono il colorante viola cristallino lo fanno a causa di uno spesso strato di peptidoglicano e vengono chiamati Batteri Gram-positivi. In contrasto, Batteri Gram-negativi non mantenere la tintura viola e sono colorati di rosso o rosa. Rispetto ai batteri Gram-positivi, i batteri Gram-negativi sono più resistenti contro gli anticorpi a causa della loro parete cellulare impenetrabile. Questi batteri hanno una vasta gamma di applicazioni che vanno dal trattamento medico all'utilizzo industriale e alla produzione di formaggio svizzero.

Grafico comparativo

Grafico di confronto tra batteri Gram-negativi e batteri Gram-positivi

	Batteri Gram-negativi	Batteri Gram-positivi
Reazione Gram	Può essere decolorato per accettare la contro-macchia (Safranin o Fuchsine); Macchia rossa o rosa, non trattengono la colorazione Gram quando vengono lavati con alcool assoluto e acetone.	Conserva la tintura di cristalli viola e le macchie di viola scuro o viola, rimangono colorate di blu o viola con la colorazione di Gram quando vengono lavate con alcool e acqua assoluti.
Strato di peptidoglicano	Sottile (a singolo strato)	Spesso (multistrato)
Acidi teichico	Assente	Presente in molti
Spazio periplasmico	presente	Assente
Membrana esterna	Presente	Assente
Contenuto di lipopolisaccaridi (LPS)	alto	Praticamente nessuno
Contenuto di lipidi e lipoproteine	Alto (a causa della presenza di una membrana esterna)	Basso (i batteri acido-veloci hanno lipidi legati al peptidoglicano)
Struttura flagellare	4 anelli nel corpo basale	2 anelli nel corpo basale
Tossine prodotte	Principalmente endotossine	Principalmente esotossine
Resistenza alla rottura fisica	Basso	alto
Inibizione da coloranti basici	Basso	alto
Suscettibilità ai detergenti anionici	Basso	alto
Resistenza a sodio azide	Basso	alto
Resistenza all'essiccamento	Basso	alto
Composizione della parete cellulare	La parete cellulare ha uno spessore di 70-120 Å (ångström); due strati. Il contenuto di lipidi è del 20-30% (alto), il contenuto di Murein è del 10-20% (basso).	La parete cellulare ha uno spessore di 100-120 Å; singolo strato. Il contenuto lipidico della parete cellulare è basso, mentre il contenuto di Murein è 70-80% (più alto).
mesosoma	Mesosome è meno prominente.	Mesosome è più prominente.
Resistenza agli antibiotici	Più resistente agli antibiotici.	Più suscettibile agli antibiotici

Contenuto: batteri Gram-positivi contro Gram-negativi

• 1 colorazione e identificazione
• 2 Patogenesi nell'uomo
• 3 cocchi Gram-positivi
• 4 Usi commerciali di batteri Gram-positivi non patogeni
• 5 batteri Gram-indeterminati e Gram-variabili
• 6 riferimenti

Colorazione e identificazione

Vista microscopica della placca dentale, mostrando batteri Gram-positivi (viola) e negativi (rossi)

In un test di colorazione Gram, i batteri vengono lavati con una soluzione decolorante dopo essere stati tinti con cristallo viola. Aggiungendo un colorante di contrasto come la safranina o la fuchsina dopo il lavaggio, i batteri Gram-negativi sono colorati di rosso o rosa mentre i batteri Gram-positivi trattengono il loro colorante viola cristallino.

Ciò è dovuto alla differenza nella struttura della loro parete cellulare batterica. I batteri Gram-positivi non hanno una membrana cellulare esterna trovata nei batteri Gram-negativi. La parete cellulare dei batteri Gram-positivi è alta nel peptidoglicano che è responsabile del mantenimento del colorante cristallino.

I batteri gram-positivi e negativi sono principalmente differenziati dalla struttura della loro parete cellulare

I seguenti video dimostrano la colorazione rispettivamente dei batteri Gram-positivi e negativi.

Patogenesi nell'uomo

Sia i batteri gram-positivi che quelli gram-negativi possono essere patogeni (vedere l'elenco dei batteri patogeni). Sei tipi di batteri gram-positivi sono noti per causare malattie negli esseri umani: streptococco, stafilococco, corinebacterium, listeria, bacillo e clostridium. Altre 3 causano malattie nelle piante: Rathybacter, Leifsonia e Clavibacter.

Molti batteri gram-negativi sono anche patogeni per esempio, Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis e Yersinia pestis. I batteri gram-negativi sono anche più resistenti agli antibiotici poiché la loro membrana esterna comprende un lipopolisaccaride (LPS) complesso la cui porzione lipidica agisce come endotossina. Sviluppano anche la resistenza prima:

Molti batteri Gram-negativi, vengono fuori dalla scatola, se volete, resistenti a una serie di antibiotici importanti che potremmo usare per curarli. Stiamo parlando di agenti con nomi come Acinetobacter, Pseudomonas, E. coli. Si tratta di batteri che hanno storicamente svolto un ottimo lavoro nello sviluppo molto rapido della resistenza agli antibiotici. Hanno un sacco di trucchi sulle maniche per sviluppare resistenza agli antibiotici, quindi sono un gruppo di agenti che possono diventare rapidamente resistenti, possono porre sfide importanti alla resistenza. E quello che abbiamo visto negli ultimi dieci anni è che questi agenti Gram-negativi stanno diventando molto rapidamente sempre più resistenti a tutti gli agenti che abbiamo a disposizione per trattarli.

Una maggiore resistenza dei batteri gram-negativi si applica anche a una nuova classe di antibiotici che è stata annunciata all'inizio del 2015 dopo una siccità durata decenni in nuovi antibiotici. Questi farmaci non sono suscettibili di lavorare su batteri gram-negativi.

Struttura di una cellula batterica gram-positiva.

Cocci Gram positivi

I batteri sono classificati in base alla loro forma cellulare in bacilli (a forma di bastoncelli) e cocchi (a forma di sfera). Le macchie di cocchi Gram-positivi includono (immagini):

• Grappoli: solitamente caratteristici di Staphylococcus, come S. aureus
• Catena: solitamente caratteristica di Streptococco, come S. pneumoniae, streptococchi di gruppo B
• Tetrad: di solito caratteristico di Micrococcus.

I bacilli Gram-positivi tendono ad essere spessi, sottili o ramificati.

Usi commerciali di batteri Gram-positivi non patogeni

Molte specie di streptococchi non sono patogene e fanno parte del microbioma umano commensale della bocca, della pelle, dell'intestino e del tratto respiratorio superiore. Sono anche un ingrediente necessario nella produzione del formaggio Emmentaler (svizzero).

Le specie non patogene di corynebacterium sono utilizzate nella produzione industriale di amminoacidi, nucleotidi, bioconversione di steroidi, degradazione di idrocarburi, invecchiamento del formaggio, produzione di enzimi, ecc..

Molte specie di Bacillus sono in grado di secernere grandi quantità di enzimi.

• Bacillus amyloliquefaciens è la fonte di una proteina antibiotica naturale barnasi (una ribonucleasi), alfa amilasi utilizzata nell'idrolisi dell'amido, la proteasi subtilisina utilizzata con detergenti e l'enzima di restrizione BamH1 utilizzato nella ricerca sul DNA.
• C. thermocellum può utilizzare rifiuti di lignocellulosa e generare etanolo, rendendolo così un possibile candidato per l'uso nella produzione di carburante a base di etanolo. È anaerobico ed è termofilo, il che riduce i costi di raffreddamento.
• C. acetobutylicum, noto anche come organismo Weizmann, fu usato per la prima volta da Chaim Weizmann per produrre acetone e biobutanolo dall'amido nel 1916 per la produzione di polvere da sparo e TNT.
• C. botulinum produce una neurotossina potenzialmente letale che viene utilizzata in una forma diluita nel farmaco Botox. Viene anche usato per trattare il torcicollo spasmodico e fornisce sollievo per circa 12-16 settimane.

Il batterio anaerobico C. ljungdahlii è in grado di produrre etanolo da fonti di carbonio singolo tra cui gas di sintesi, una miscela di monossido di carbonio e idrogeno che può essere generato dalla combustione parziale di entrambi i combustibili fossili o biomassa.

Batteri Gram-indeterminati e Gram-variabili

Non tutti i batteri possono essere classificati in modo affidabile attraverso la colorazione di Gram. Ad esempio, i batteri acido-veloci o la variabile Gram non rispondono alla colorazione di Gram.

Riferimenti

• Caratteristiche comparative dei batteri Gram-positivi e Gram-negativi - Univ. del Maryland
• Batteri Gram-positivi - foto di modelli di macchie tipiche - Univ. della Pennsylvania
• wikipedia: batteri Gram-negativi
• wikipedia: batteri Gram-positivi
• wikipedia: colorazione di Gram