تفاوت های باکتری های گرم مثبت و گرم منفی: ساختار و عملکرد

باکتری ها عموماً به دو دسته کلی تقسیم می شوند: باکتری های گرم مثبت و باکتری های گرم منفی. این دسته بندی بر اساس ترکیب دیواره سلولی و واکنش آن ها به تست رنگ آمیزی گرم صورت می گیرد. روش رنگ آمیزی گرم که توسط هانس کریستین گرم توسعه یافته، باکتری ها را بر اساس واکنش دیواره سلولی آن ها به رنگ ها و مواد شیمیایی خاص شناسایی می کند.

تفاوت های موجود بین باکتری های گرم مثبت و گرم منفی عمدتاً به ترکیب دیواره سلولی آن ها مربوط می شود. باکتری های گرم مثبت دارای دیواره های خلی را تشکیل شده است که عمدتاً از ماده ای منحصر به فرد به نام پپتیدوگلیکان، یا موریین، تشکیل شده اند. این باکتری ها بعد از رنگ آمیزی گرم، بنفش رنگ می زنند. باکتری های گرم منفی دارای دیواره های سلولی با لایه نازکی از پپتیدوگلیکان و یک غشای خارجی با مولفه ای لیپوپلی ساکارید هستند که در باکتری های گرم مثبت وجود ندارد. باکتری های گرم منفی بعد از رنگ آمیزی گرم، قرمز یا صورتی رنگ می زنند.

باکتری های گرم مثبت

دیواره های سلولی باکتری های گرم مثبت از نظر ساختاری با دیواره های سلولی باکتری های گرم منفی متفاوت است. مولفه اصلی دیواره های سلولی باکتری ها پپتیدوگلیکان است. پپتیدوگلیکان یک ماکرومولکول متشکل از قندها و اسیدهای آمینه است که به طور ساختاری مانند مواد بافته شده جمع آوری می شود. مولفه قند آمینو شامل مولکول های متناوب N-acetylglucosamine (NAG) و N-acetylmuramic acid (NAM) می باشد. این مولکول ها توسط پپتیدهای کوتاه به هم پیوند داده شده اند که به پپتیدوگلیکان استحکام و ساختار می دهد. پپتیدوگلیکان از باکتری ها محافظت کرده و شکل آن ها را مشخص می کند.

این تصویر ترکیب دیواره سلولی باکتری های گرم مثبت را نشان می دهد.

دیواره سلولی باکتری های گرم مثبت دارای چندین لایه پپتیدوگلیکان است. لایه های ضخیم پپتیدوگلیکان به حمایت از غشاء سلولی کمک می کند و محلی برای اتصال سایر مولکول ها فراهم می آورد. این لایه های ضخیم همچنین به باکتری های گرم مثبت اجازه می دهند تا بیشتر رنگ کریستال بنفش را در طول رنگ آمیزی گرم حفظ کنند و بنابراین به رنگ بنفش ظاهر شوند. دیواره های سلولی گرم مثبت همچنین حاوی زنجیره هایی از اسید تیکوئییک هستند که از غشاء پلاسما از طریق دیواره سلولی پپتیدوگلیکان کشیده می شوند. این پلیمرهای حاوی قند در حفظ شکل سلول و نقش در تقسیم صحیح سلول کمک می کنند. اسید تیکوئییک به برخی از باکتری های گرم مثبت کمک می کند تا به سلول ها عفونت داده و بیماری ایجاد کنند.

برخی از باکتری های گرم مثبت دارای یک مولفه اضافی به نام اسید مایکولیک در دیواره های سلولی خود هستند که تفاوت دیگری بین باکتری های گرم مثبت و گرم منفی محسوب می شود. اسیدهای مایکولیک یک لایه بیرونی مومی تولید می کنند که حفاظت اضافی برای مایکوباکتری ها مانند مایکوباکتریوم توبرکلوزیس فراهم می آورد. باکتری های گرم مثبت با اسید مایکولیک به عنوان باکتری های اسید-سریع نیز شناخته می شوند زیرا برای مشاهده میکروسکوپی به یک روش رنگ آمیزی خاص به نام رنگ آمیزی اسید-سریع نیاز دارند.

باکتری های گرم مثبت پاتوژن با ترشح پروتئین های سمی به نام اکسوتوکسین ها باعث بیماری می شوند. اکسوتوکسین ها درون سلول پروکاریوتیک سنتز شده و به بیرون از سلول آزاد می شوند. آن ها خاص باکتری های خاصی هستند و می توانند آسیب جدی به اعضای بدن و بافت ها وارد کنند. برخی از باکتری های گرم منفی نیز اکسوتوکسین تولید می کنند.

کاکسی گرم مثبت

کاکسی گرم مثبت به باکتری های گرم مثتی اشاره دارد که شکل کروی دارند. دو جنس از باکتری های گرم مثبت که به عنوان پاتوژن های انسانی شناخته می شوند، استافیلوکوکوس و استرپتوکوکوس هستند. باکتری های استافیلوکوکوس کروی شکل هستند و سلول های آن ها پس از تقسیم به شکل خوشه ای ظاهر می شوند. سلول های استرپتوکوکوس پس از تقسیم به صورت زنجیره های بلند نمایان می شوند. نمونه هایی از باکتری های گرم مثبت که بر روی پوست کلونیزه می شوند شامل استافیلوکوکوس اپیدرمیس، استافیلوکوکوس اورئوس و استرپتوکوکوس پیوژنز هستند.

حیوانات یافت می شود." width="1500" height="1000" loading="lazy" />

استافیلوکوکوس اورئوس باکتری گرم مثبت (گرد) است که بر روی پوست و غشاءهای مخاطی انسان ها و بسیاری از حیوانات یافت می شود. این باکتری ها معمولاً بی ضرر هستند، اما عفونت ها می توانند بر روی پوست آسیب دیده یا در داخل غده های عرق یا سباسئوس مسدود شده رخ دهند که منجر به ایجاد دمل، پوسچول و آبسه می شود. پل گانینگ/کتابخانه عکس علمی/Getty Images

در حالی که هر سه جزء میکروبیوتای نرمال انسان هستند، اما می توانند تحت شرایط خاصی باعث بیماری شوند. استافیلوکوکوس اپیدرمیس بیوفیلم های ضخیمی ایجاد می کند و می تواند عفونت های مرتبط با دستگاه های پزشکی کاشته شده را ایجاد کند. برخی از سویه های استافیلوکوکوس اورئوس، مانند استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین (MRSA)، به آنتی بیوتیک ها مقاوم شده اند و می توانند منجر به بروز بیماری های جدی شوند. استرپتوکوکوس پیوژنز می تواند باعث گلو درد، تب مخملک و بیماری Flesh-eating شود.

باکتری های گرم منفی

مانند باکتری های گرم مثبت، دیواره سلولی باکتری های گرم منفی نیز از پپتیدوگلیکان تشکیل شده است. با این حال، یکی از تفاوت های اصلی بین باکتری های گرم مثبت و گرم منفی این است که پپتیدوگلیکان در باکتری های گرم منفی یک لایه نازک و در مقایسه با لایه های ضخیم در باکتری های گرم مثبت است. این لایه نازک رنگ اولیه کریستال بنفش را حفظ نمی کند اما رنگ صورتی رنگ نمای متضاد را در طول رنگ آمیزی گرم جذب می کند. ساختار دیواره سلولی باکتری های گرم منفی پیچیده تر از باکتری های گرم مثبت است. در بین غشاء پلاسما و لایه نازک پپتیدوگلیکان، یک ماتریس ژل مانند به نام فضای پری پلاسمیک وجود دارد. بر خلاف باکتری های گرم مثبت، باکتری های گرم منفی دارای یک لایه غشای خارجی هستند که در خارج از دیواره سلولی پپتیدوگلیکان قرار دارد. پروتئین های غشایی، لیپوپروتئین های موریین، غشای خارجی را به دیواره سلولی متصل می کنند.

این تصویر ترکیب دیواره سلولی باکتری های گرم منفی را نشان می دهد.

یکی دیگر از ویژگی های منحصر به فرد باکتری های گرم منفی وجود مولکول های لیپوپلی ساکارید (LPS) در غشای خارجی است. LPS یک ترکیب گلیکولیپیدی بزرگ است که باکتری ها را از مواد مضر در محیط خود محافظت می کند. همچنین یک سم باکتریایی (اندوتوکسین) است که می تواند در صورت ورود به خون، التهاب و شوک سپتیک در انسان ها ایجاد کند. LPS سه جزء دارد: لیپید A، یک پلی ساکارید مرکزی و آنتی ژن O. جزء لیپید A LPS را به غشای خارجی متصل می کند. چیزی که به لیپید A متصل است، پلی ساکارید مرکزی است. این مولکول در بین جزء لیپید A و آنتی ژن O قرار دارد. جزء آنتی ژن O به پلی ساکارید مرکزی متصل است و در بین گونه های باکتری متفاوت است. این مولکول می تواند برای شناسایی سویه های خاصی از باکتری های مضر استفاده شود.

کاکسی گرم منفی

کاکسی گرم منفی به باکتری های گرم منفی اشاره دارد که شکل کروی دارند. باکتری های جنس Neisseria نمونه هایی از کاکسی گرم منفی هستند که باعث بیماری در انسان ها می شوند. Neisseria meningitidis دی پلوکوکوس است، به این معنی که سلول های کروی آن پس از تقسیم سلولی به صورت جفت باقی می مانند. Neisseria meningitidis می تواند منجر به مننژیت باکتریایی و همچنین سپتی سمی و شوک شود.

Neisseria meningitidis باکتری های گرم منفی و کروی هستند که باعث مننژیت در انسان ها می شوند. این باکتری ها معمولاً به صورت جفت دیده می شوند که هر یک به سمت شریک خود به صورت مقعر دیده می شود. آژانس حفاظت از سلامت/کتابخانه عکس علمی/Getty Images

یک باکتری دیگر به شکل دیپلوکوکوس، N. gonorrhoeae، پاتوژن مسئول بیماری انتقالی جنسی گنوره است. Moraxella catarrhalis یک دیپلوکوکوس گرم منفی است که باعث عفونت های گوش در کودکان، عفونت های دستگاه تنفسی فوقانی، اندوکاردیت و مننژیت می شود.

باکتری های کوکوباسیلی گرم منفی دارای اشکالی هستند که بین شکل کروی و میله ای قرار دارند. باکتری های جنس Haemophilus و Acinetobacter کوکوباسیل هایی هستند که باعث عفونت های جدی می شوند. Haemophilus influenzae می تواند مننژیت، عفونت سینوس و پنومونی ایجاد کند. گونه های Acinetobacter باعث پنومونی و عفونت های زخم می شوند.

تفاوت های کلیدی بین باکتری های گرم مثبت و گرم منفی

• بیشتر باکتری ها به طور کلی به عنوان گرم مثبت یا گرم منفی طبقه بندی می شوند.
• باکتری های گرم مثبت دارای دیواره های سلولی هستند که از لایه های ضخیم پپتیدوگلیکان تشکیل شده است.
• سلول های گرم مثبت در هنگام رنگ آمیزی گرم به رنگ بنفش درمی آیند.
• باکتری های گرم منفی دارای دیواره های سلولی با یک لایه نازک پپتیدوگلیکان هستند. دیواره سلولی همچنین شامل یک غشای خارجی با مولکول های لیپوپلی ساکارید (LPS) متصل است.
• باکتری های گرم منفی در هنگام رنگ آمیزی گرم به رنگ صورتی درمی آیند.
• در حالی که هم باکتری های گرم مثبت و هم گرم منفی اکسوتوکسین تولید می کنند، فقط باکتری های گرم منفی اندوتوکسین تولید می کنند.