Classificazione batterica secondo Gram

Classificazione batterica secondo Gram

La parete cellulare è molto importante per le cellule procariotiche, in particolare per i batteri. Il citoplasma batterico è costituito da un'elevata concentrazione di soluti che crea un'elevata pressione. Per evitare che questi contenuti vengano rilasciati all'esterno della cellula, per lisi cellulare è fondamentale che sia presente una struttura esterna che abbia delle caratteristiche da permetterne il contenimento e evitare la lisi cellulare. Che sia da sostegno alla cellula, che dia una forma alla cellula oltre alla necessità di impedirne la lisi. L'importanza della presenza della parete cellulare deriva dagli esperimenti di Gram, che aveva messo appunto un esperimento, alla fine dell'800, che attraverso una colorazione differenziale bicromatica aveva compreso che i batteri potevano essere divisi in due grandi gruppi: - Gram negativi - Gram positivi Sottoponeva delle cellule batteriche provenientida un campione biologico e fissate su un vetrino a due colorazioni successive:

1. Primo colore è il cristalvioletto
2. Poi le cellule venivano decolorate
3. Altro colorante il rosso safranina

Si accorse che alcune cellule assorbivano il primo colorante ed erano di colore viola, altre invece assorbivano il secondo colorante e si coloravano di rosso, perdendo il primo. Fu una osservazione empirica (sperimentale) di Cristian Gram, fondamentale a dare il via ad una serie di studi che hanno avuto lo scopo di caratterizzare a che cosa fosse dovuta questa diversa colorazione delle cellule. Il principale costituente della parete cellulare sia per i batteri Gram negativi che per quelli Gram positivi è il peptidoglicano, che è quella struttura che è in grado di fornire alla cellula: sostegno, forma e rigidità al batterio. Il peptidoglicano è maggiormente rappresentato nei gram positivi perché rappresenta il 90% della parete cellulare, meno dei Gram negativi che hanno.

una struttura diversa. La struttura del peptidoglicano è comunque lo stesso in entrambi i casi:

• Sono dei fasci paralleli di ammino zuccheri legate tra di loro da legami Beta1-4glicosidici, i fasci paralleli che cirocondano tutto il perimetro cellulare sono stabilizzati tra di loro a formare delle maglie, per creare un reticolo solido estabili attraverso dei ponti peptidici che vengono formati da legami crociati attraverso enzimi specifici che sono transpeptidasi chiamati anche Enzimi del cross linking.

Oltre al peptidoglicano nei gram negativi è presente un ulteriore struttura esterna, chiamata membrana esterna. È una mmebrana che a differenza delle membrane citoplasmatiche che i due componenti lipdici del b-layer fosfolipidico sono diversi tra di loro, in particolare quello esterno che è costituito da un componente importante chiamato Lipopolisaccaride.

Avendo compreso le differenze delle due parete cellulari possiamo spiegare le osservazioni di Gram:

• Nel caso

Dei batteri Gram positivi, il primo colorante entrato nello spesso strato del peptidoglicano forma dei complessi molto stabili con il peptidoglicano. L'aggiunta di alcol per decolorare disidratava i pori e non permetteva al colorante di solubilizzarsi ed uscire dalla parete cellulare. La cellula risultava saturata di colore e non permetteva al secondo colorante di essere assorbito, e quindi veniva colorata.

Nei batteri Gram negativi, la membrana favorisce l'entrata di alcol e la solubilizzazione dei legami con il peptidoglicano è meno forte. Il primo colorante riesce ad uscire e il secondo colorante, il rosso safranina, riesce ad essere assorbito colorando di rosso le cellule.

2. La parete cellulare dei batteri (cell wall)

La parete cellulare è una struttura obbligatoria esterna dei batteri e circonda la membrana citoplasmatica. Essa è strutturalmente molto diversa tra i batteri Gram+ e Gram- (Fig.1). Conferisce forma e rigidità alla cellula ed inibisce la lisi cellulare.

importanza per la classificazione dei batteri. La colorazione di Gram si basa sulla capacità dei batteri di trattenere il colorante cristalvioletto all'interno delle loro pareti cellulari. I batteri Gram-positivi, come mostrato nella figura 1 a sinistra, presentano una parete cellulare spessa composta principalmente da peptidoglicano. Questa parete cellulare trattiene il colorante cristalvioletto, conferendo ai batteri una colorazione viola scuro. I batteri Gram-negativi, come mostrato nella figura 1 a destra, presentano una parete cellulare più sottile composta da peptidoglicano e da una membrana esterna. Questa membrana esterna impedisce al colorante cristalvioletto di penetrare nella parete cellulare, quindi i batteri Gram-negativi vengono colorati in viola chiaro. La colorazione di Gram è un importante strumento diagnostico utilizzato in microbiologia per distinguere i diversi tipi di batteri. I batteri Gram-positivi e Gram-negativi possono avere caratteristiche diverse in termini di struttura, metabolismo e patogenicità. Pertanto, la colorazione di Gram fornisce informazioni preziose per la classificazione e l'identificazione dei batteri.cellulare dei batteri Gram positivi è costituita da uno spesso strato di peptidoglicano, che conferisce loro una maggiore resistenza e rigidità. Questo strato è composto da catene di N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuramico, che sono legate tra loro da ponti peptidici. La presenza di numerosi ponti peptidici conferisce alla parete cellulare dei batteri Gram positivi una maggiore stabilità. Inoltre, i batteri Gram positivi possono contenere acidi teicoici e lipoteicoici, che sono ancorati al peptidoglicano e contribuiscono alla stabilità della parete cellulare. Questi acidi sono importanti per la virulenza dei batteri Gram positivi, in quanto possono interagire con il sistema immunitario dell'ospite. 5. La struttura della parete cellulare dei Gram negativi La parete cellulare dei batteri Gram negativi è costituita da un sottile strato di peptidoglicano, che è circondato da una membrana esterna composta da lipopolisaccaridi (LPS). Questa membrana esterna conferisce ai batteri Gram negativi una maggiore resistenza agli agenti chimici e fisici. I lipopolisaccaridi sono costituiti da una parte lipidica, chiamata lipide A, che è ancorata alla membrana esterna, e da una parte polisaccaridica, chiamata O-antigene, che si estende verso l'esterno. Gli O-antigeni sono importanti per la classificazione dei batteri Gram negativi in diversi ceppi. Inoltre, la membrana esterna dei batteri Gram negativi contiene porine, che sono canali proteici che consentono il passaggio di sostanze attraverso la membrana esterna. Questi pori sono importanti per il trasporto di nutrienti e l'eliminazione di sostanze tossiche. In conclusione, la colorazione di Gram è un metodo di colorazione differenziale che permette di distinguere i batteri in base alla struttura della loro parete cellulare. I batteri Gram positivi hanno una parete cellulare spessa di peptidoglicano, mentre i batteri Gram negativi hanno una parete cellulare sottile di peptidoglicano circondata da una membrana esterna composta da lipopolisaccaridi. Questa differenza nella struttura della parete cellulare è importante per la classificazione e l'identificazione dei batteri.cellulare dei Gram positivi. È composta da un sottile strato di peptidoglicano (10-20% del suo peso secco) che è circondato da una membrana esterna composta da lipopolisaccaridi (LPS) e proteine di membrana. La membrana esterna è responsabile della resistenza ai composti idrofobici e agli antibiotici. La parete cellulare dei Gram-negativi è anche dotata di porine, che sono canali proteici che consentono il passaggio selettivo di sostanze attraverso la membrana esterna. Questa caratteristica rende la parete cellulare dei Gram-negativi più permeabile rispetto a quella dei Gram-positivi. Inoltre, la parete cellulare dei Gram-negativi può contenere anche altri componenti come proteine di ancoraggio, lipoproteine e lipoproteine di ancoraggio. Questi componenti sono importanti per la stabilità strutturale della parete cellulare e per l'adesione ai tessuti ospiti. In conclusione, la struttura della parete cellulare dei batteri Gram-negativi è più complessa rispetto a quella dei Gram-positivi e presenta una maggiore varietà di componenti che contribuiscono alle diverse funzioni della parete cellulare.

deiGram-positivi sia strutturalmente che chimicamente e risulta formata da stratiben distinguibili (fig. 4).Contiene due strati esterni alla membrana citoplasmatica:Immediatamente esterno alla membrana citoplasmatica vi è uno strato sottile di peptidoglicano (5-10 % del suo peso secco).Esternamente allo strato di peptidoglicano vi è la membrana esterna (outer membrane).L'area tra la superficie esterna della membrana citoplasmatica e la faccia interna della membrana esterna viene chiamato spazio periplasmico. Lo spazio periplasmico contiene:Enzimi importanti per il metabolismo: enzimi degradanti carboidrati, proteasi, fosfatasi, lipasi, nucleasi.Fattori litici di virulenza nei batteri patogeni: collagenasi, ialuronidasi, beta-lattamasi.Componenti dei sistemi di trasporto e di chemiotassi che legano specifici substrati facilitandone l'entrata nella cellula.

6. Il peptidoglicano

Il peptidoglicano è composto da lunghe catene di due

aminozuccheri: L’N-acetilglucosamina (NAG) e l’acido N-acetilmuramico (fig 5, 6). Il NAG è legato al NAM per mezzo di un legame ß (1-4) glucosidico a formare undisaccaride (monomeri o unità strutturale del peptidoglicano). I monomeri sono uniti tra loro all’esterno del batterio a formare una lunga molecola che decorre per tutto il perimetro cellulare. Nei batteri Grampositivi sono presenti numerosi strati di peptidoglicano che formano una struttura denominata sacculo. Gli enzimi responsabili della formazione del legame glucosidico sono delle tranglicosilasi comprese nelle PBPs.

7. I legami crociati stabilizzano la struttura del peptidoglicano. Il peptidoglicano assume una struttura a maglie in grado di conferire rigidità alla cellula, attraverso legami crociati di natura peptidica che si formano tra i vari fasci. I legami crociati si formano attraverso reazioni di transpeptidizzazione (catalizzate da transpeptidasi, PBPs) tra

aminoacidi legati a residui di NAM. Il legame crociato o transpeptidico assume una costituzione diversa nei batteri Gram positivi e Gram negativi poiché vengono coinvolti residui aminoacidici diversi. Al gruppo carbossilico sul NAM sono legati 5 aminoacidi di seguito riportati (fig.7): 1. L-alanina. 2. Acido D-glutammico. 3. L-lisina (oppure ac. diaminopimelico, DAP). 4. D-alanina. 5. D-alanina. Nei batteri Gram negativi solitamente il legame crociato consiste nel legame diretto tra la D-alanina in posizione 4 di una catena e l'acido meso-diaminopimelico (DAP) di un'altra catena adiacente. Nei batteri Gram positivi solitamente un cortopeptide omopolimerico (in Staphylococcus aureus si tratta di una pentaglicina) amplia il legame crociato e unisce la quarta D-alanina di una catena con l'L-lys della catena successiva. L'energia necessaria alla formazione del legame è fornita dal distacco dell'ultima D-alanina presente sul monomero. Fig. 7: legami-crociati del

peptidoglicano nei batteriGram positivi e Gram negativi8. La Membrana esterna dei batteri Gram-negativi

I batteri Gram-negativi possiedono all'esterno dello strato di peptidoglicano una membrana esterna (outer membrane; fig. 8) ancorata stabilmente al peptidoglicano mediante delle lipoproteine (in particolare attraverso legami covalenti tra aminoacidi terminali della proteina con l'acido meso-diaminopimelico del peptidoglicano).

La membrana esterna fornisce ai batteri un'ulteriore barriera di permeabilità per numerosi composti, compresi gli antibiotici.

L'outer membrane ha una struttura biochimica simile alla membrana citoplasmatica formata da due foglietti lipoproteici, con la differenza che essa risulta asimmetrica. Un costituente della porzione esterna, l&r