Грам: бактерии отрицательные и положительные, сущность метода

Мир бактерий удивительно разнообразен и очень богат. Они встречаются везде: в воздухе, почве, на коже человека, на его слизистых. При определенных обстоятельствах бактерии становятся опасными для человека, вызывая серьезные заболевания. Некоторые из них легко поддаются лечению антибиотиками или даже обычными антисептиками, от других избавиться намного сложнее. Поэтому при постановке диагноза, а также при назначении лечения выделяют грамположительные и грамотрицательные бактерии. Такой метод деления микроорганизмов был предложен еще в XIX веке, но используется до сих пор.

Мир бактерий

Царство микроорганизмов настолько разнообразно и сложно устроено, что даже современная наука еще не изучила его полностью. Есть такие бактерии, которые выживают при высоких температурах и не погибают даже при длительном кипячении, другие же гибнут при малейшем изменении температуры или состава внешней среды, например после добавления обычного сахара. Некоторые микроорганизмы прекрасно себя чувствуют в горячих источниках, в кислоте, питаются метаном или другими химическими веществами.

Бактерии — это самые древние организмы и очень широко распространены в мире. Они встречаются везде: на дне океана, в воздухе, в почве — даже на большой глубине, в организме живых существ. Причем, наукой доказано, что клеток бактерий внутри человека в 10 раз больше, чем собственных. Некоторые микроорганизмы просто живут рядом с другими живыми существами, другие же активно с ними взаимодействуют. Они могут приносить пользу или вызывать различные заболевания. Причем полезных бактерий в десятки раз больше, чем патогенных.

Многие микроорганизмы приносят пользу. Например, те, которые обитают в кишечнике человека, участвуют в пищеварении и защищают его от инфекций. Это лактобактерии и бифидобактерии. В полости рта человека обитает около 40 млн видов бактерий, но всего 5 % из них патогенные. Есть микроорганизмы, которые участвуют в разложении отходов. Но, несмотря на то что полезных бактерий все же больше, патогенные их виды приносят много вреда, так как вызывают опасные болезни. До сих пор много человек во всем мире умирает от туберкулеза, холеры, столбняка, брюшного тифа, ботулизма и других инфекций. Поэтому очень важно научиться правильно взаимодействовать с миром бактерий.

ГРАМОТРИЦА́ТЕЛЬНЫЕ И ГРАМПОЛОЖИ́ТЕЛЬНЫЕ БАКТЕ́РИИ

В книжной версии

Том 7. Москва, 2007, стр. 619

Скопировать библиографическую ссылку:

ГРАМОТРИЦА́ ТЕЛЬНЫЕ И ГРАМПО­ЛО­Ж И́ТЕЛЬНЫЕ БАКТЕ́РИИ, от­де­лы бак­те­рий, клет­ки ко­то­рых со­от­вет­ст­вен­но не ок­ра­ши­ва­ют­ся или ок­ра­ши­ва­ют­ся по ме­то­ду, раз­ра­бо­тан­но­му дат. вра­чом-мик­ро­био­ло­гом Х. К. Гра­мом (1884). Со­глас­но это­му ме­то­ду, на фик­си­ро­ван­ные клет­ки бак­те­рий по­сле­до­ва­тель­но воз­дей­ству­ют осно́вными кра­си­те­ля­ми (напр., ген­циа­но­вым фио­ле­то­вым) и со­дер­жа­щим иод рас­тво­ром Лю­го­ля. По­сле об­ра­бот­ки по­лу­чен­но­го маз­ка эта­но­лом грам­от­ри­ца­тель­ные бак­те­рии обес­цве­чи­ва­ют­ся, а грам­по­ло­жи­тель­ные – со­хра­ня­ют фио­ле­то­вую ок­ра­ску. Это яв­ле­ние свя­за­но с тем, что у грам­по­ло­жи­тель­ных бак­те­рий по­сле об­ра­бот­ки рас­тво­ром Лю­го­ля об­ра­зу­ет­ся ком­плекс ио­да с ген­циа­но­вым фио­ле­то­вым, ко­то­рый не мо­жет экс­т­ра­ги­ро­вать­ся из клет­ки, в то вре­мя как у гра­мот­ри­ца­тель­ных он лег­ко уда­ля­ет­ся при про­мы­ва­нии бак­те­рий эта­нолом, а за­тем во­дой. Спо­соб­ность или не­спо­соб­ность бак­те­рий к ок­ра­ши­ва­нию по Гра­му обу­слов­ле­на строе­ни­ем их кле­точ­ной стен­ки. Осн. её ком­по­нен­том яв­ля­ет­ся слож­ный био­по­ли­мер пеп­ти­до­гли­кан (му­ре­ин). У грам­по­ло­жи­тель­ных бак­те­рий кле­точ­ная стен­ка бо­лее тол­с­тая (20–60 нм) и од­но­род­ная, с бóль­шим, чем у гра­мот­ри­ца­тель­ных (до 40 раз), со­дер­жа­ни­ем му­реи­на, ко­то­рый пре­пят­ст­ву­ет вы­хо­ду ком­плек­са ио­да с кра­сите­лем из клет­ки; кро­ме то­го, в ней при­сут­ст­ву­ют спе­ци­фич. тей­хо­вые, ли­по­тей­хо­вые и тей­ху­ро­но­вые ки­сло­ты. У гра­мот­ри­ца­тель­ных бак­те­рий стен­ка (тол­щи­на 14–18 нм) со­сто­ит из двух и бо­лее лег­ко раз­ли­чи­мых сло­ёв и по­кры­та внеш­ней мем­бра­ной, об­ра­зо­ван­ной бел­ка­ми, фос­фо­ли­пи­да­ми и ли­по­по­ли­са­ха­ри­да­ми и вы­сту­паю­щей в ка­че­ст­ве барь­е­ра, за­щи­щаю­ще­го клет­ку от про­ник­но­ве­ния мн. со­еди­не­ний (один из ме­ха­низ­мов не­спе­ци­фич. ус­той­чи­во­сти гра­м­от­ри­ца­тель­ных бак­те­рий к ан­ти­био­ти­кам). Спо­соб­ность (или не­спо­соб­ность) ок­ра­ши­вать­ся по Гра­му слу­жит важ­ным так­со­но­мич. при­зна­ком бак­те­рий.

Метод Грама

Человек давно ищет пути лечения инфекционных заболеваний. После того как было обнаружено существование патогенных бактерий, ученые стараются их классифицировать, чтобы выяснить, как с ними бороться. Лучший способ был предложен в 1884 году врачом Гансом Кристианом Грамом. Он довольно простой, но информативный и используется до сих пор. По этому методу различаются грамположительные и грамотрицательные бактерии.

Доктор Грам использовал при изучении микроорганизмов фиолетовый краситель и заметил, что некоторые из них поддаются окрашиванию, другие же — нет. Он выяснил, что связано это с особенностями клеточных стенок бактерий. Так как эти микроорганизмы состоят из одной, реже двух клеток, для них очень важно иметь прочную оболочку. Поэтому клеточные стенки у них имеют сложное строение. Они защищают внутреннюю среду от проникновения жидкостей. Сложнее всего строение у грамотрицательных бактерий. Они устойчивы к проникновению слюны, желудочного сока и других жидкостей.

Суть метода Грама в том, что исследуемую среду обрабатывают анилиновым красителем, фиксируют йодом, а затем смывают спиртом. При этом грамотрицательные бактерии обесцвечиваются, а грамположительные приобретают синюю окраску. После повторной обработки красным красителем отрицательные виды могут окраситься в розовый цвет, причем погибшие микроорганизмы окрашиваются ярче.

Метод определения «грамположительности» и «грамотрицательности»

При наличии признаков заражения организма врач назначает окрашивание по Граму. Это необходимо для определения типа инфекции: бактериальной, вирусной, грибковой или паразитарной, поскольку все виды лечатся по-разному.

Образец для исследования может быть в виде:

• мокроты, откашливаемой из лёгких;
• мочи, собранной в специальный контейнер;
• крови, сданной в лаборатории;
• слюны;
• мазков из влагалища;
• кала.

С помощью определенных методик определяется тип микроорганизмов в плевральной, перитонеальной жидкости.

Лаборант использует специальную технику окрашивания, чтобы легче увидеть клеточные организмы под микроскопом. Если результаты окрашивания по Граму отрицательные, это означает, что в образце не было обнаружено бактерий. Если положительные, значит, присутствовали микроорганизмы. Результаты также будут включать информацию о форме бактерий, по которой можно судить о типе инфекции.

Хотя результаты могут не идентифицировать точный тип бактерий, но они помогают врачу приблизиться к выяснению того, что вызывает заболевание и как лучше его лечить.

Результаты окрашивания по Граму также могут показать наличие грибковой инфекции (дрожжи или плесень).

При лечении болезней, вызванных грамположительными организмами, врачу необходимы следующие сведения:

• тип бактерий;
• устойчивость к противомикробным препаратам;
• образуют ли бактерии токсины.

Применение метода в медицине

Метод Грама по разделению микроорганизмов на грамположительные и грамотрицательные бактерии способствовал совершенствованию микробиологических исследований. Он помогает выявлять устойчивость патогенных видов к лекарственным препаратам, разрабатывать новые антибиотики для борьбы с ними. Ведь прочная клеточная стенка грамотрицательных бактерий делает их нечувствительными к обычным антибактериальным препаратам. А оболочка грамположительных микроорганизмов, хоть и очень толстая, но проницаема для жидкостей и антибиотиков.

Дисбаланс

Грамположительные и грамотрицательные бактерии обитают практически во всех частях человеческого тела, на коже, в кишечнике, во рту и носу. Иногда они вызывают болезни, но в большинстве случаев микроорганизмы живут в гармонии со своими хозяевами, обеспечивая жизненно важные функции, необходимые для выживания человека.

Причины, по которым нарушается баланс:

• Плохая диета и неправильный выбор продуктов.
• Чрезмерное использование антибиотиков.
• Недостаток сна.
• Эмоциональный стресс.

Перенаселение одного вида бактерий приводит к инфекциям и другим проблемам со здоровьем. При уменьшении хороших микроорганизмов в кишечнике защитный барьер понижается, что позволяет проникать в организм вредным бактериям, токсинам и большим молекулам белка.

Что происходит, когда плохие бактерии чрезмерно колонизируются:

• Увеличивается проницаемость кишечника.
• Плохие бактерии распространяются в мочевыводящую систему, вызывая инфекцию мочевыводящих путей.
• Повышается утомляемость из-за перегрузки токсинами.
• Снижается активность иммунной системы, что способствует развитию аллергии и заболеваний, связанных с аутоиммунной реакцией, таких как болезнь Крона, язвенный колит, ревматоидный артрит, кожная инфекция и инфекция влагалищного тракта.
• Развивается диарея из-за кишечной реакции на вредные бактерии.

Бактерии присутствуют и в здоровых легких. Когда хрупкий баланс популяций бактерий в легких нарушается, это может привести к развитию таких заболеваний, как астма и хроническая обструктивная болезнь легких.

Основное внимание следует обратить на последствия нарушения микробного баланса в пищеварительной системе. Оно может иметь негативные последствия не только для органов ЖКТ, но и нервной, метаболической и иммунологической системы.

Поэтому сохранение баланса в вечной битве между «хорошими» и «плохими» бактериями как среди грамположительных, так и грамотрицательных микробов — это путь к здоровью и хорошему самочувствию.

Грамположительные и грамотрицательные бактерии

Метод Грама позволил разделить все микроорганизмы на две большие группы. Их особенности и характеристики помогают выбрать более подходящее лечение инфекционных заболеваний. Грамположительные бактерии, которые быстро окрашиваются в синий цвет анилиновым красителем, образуют споры, экзотоксины, поэтому довольно опасны для здоровья. Но их оболочка проницаема для антибактериальных препаратов.

Как и грамположительные, грамотрицательные бактерии — возбудители серьезных заболеваний. Они не образуют спор, и во многих случаях являются условно патогенными. Но при определенных условиях начинают выделять эндотоксины и являются причиной тяжелого воспаления и интоксикации. Из-за сложного строения клеточной стенки они почти нечувствительны к антибиотикам.

В организме человека содержатся оба вида эти микроорганизмов. Правильное соотношение грамположительных и грамотрицательных бактерий поддерживает нормальную микрофлору влагалища, кишечника, полости рта. Это помогает защищать организм от инфекций.

Какие бывают

Одноклеточные микроорганизмы не имеют оформленного клеточного ядра, а их генетический материал свободно плавает в цитоплазме. Они различаются по природе клеточных стенок, по форме и по генетическому механизму изменчивости.

Формы

Бактерии существую в формах:

• запятых – например, холерный вибрион;
• сферической (кокки) – стафилококк и стрептококк;
• палочковидной (бациллы) – кишечная палочка и сальмонелла;
• спиралевидной (Spirilla) – Treponema и Borellia;
• жгутиковой – бактерии столбняка.

  
  Грамположительные и грамотрицательные бактерии

Некоторые организмы имеют более сложную форму, например, стебельчатую, квадратную или звездчатую.

По отношению к кислороду

• Аэробные, которым необходим газообразный кислород для завершения собственного энергетического цикла. Эти микроорганизмы не могут расти без доступа кислорода.
• Анаэробные, которым для осуществления функций обмена веществ кислород не нужен, более того, он токсичен для большинства из них.
• Факультативно анаэробные – это микроорганизмы, которым для роста или выработки энергии необязательно присутствие кислорода, они могут использовать его, но могут расти за счет анаэробных организмов, такие бактерии характеризуются высокой степенью адаптации.
• Микроаэрофильные, которые лучше растут в атмосфере с пониженным содержанием кислорода.

Бактериальная клетка окружена 2 защитными оболочками: внешней клеточной стенкой и внутренней клеточной мембраной. Некоторые бактерии, например, микоплазмы, не имеют клеточной стенки.

У других микроорганизмов может быть третий, внешний защитный слой, называемый капсулой. Отростки, похожие на хвосты часто покрывают поверхность бактерий — длинные, называемые жгутиками, или короткие, пили, — они помогают им перемещаться и прикрепляться.

Типы

Грамположительные и грамотрицательные бактерии определяются путем метода окрашивания по Граму. Это распространенный метод, используемый для дифференциации микроорганизмов на основе их различных компонентов клеточной стенки.

Грамположительные бактерии не имеют внешней мембраны в отличие от грамотрицательных. Именно по этой причине последние микроорганизмы более устойчивы к антибиотикам. Если инфекция вызвана грамотрицательными организмами, потребуется сильная доза антибиотиков и строгое соблюдение курса лечения, чтобы полностью избавиться от вредных бактерий.

При попадании плохих микробов в организм человека, они начинают активно размножаться, выделять токсины, повреждая ткани тела и вызывая недомогание. Вредные бактерии называются патогенными, вызывают заболевания, такие как ангина, стафилококковые инфекции, холера, туберкулез и пищевые отравления.

Грамположительная флора

Большинство бактерий, которые поддаются окрашиванию фиолетовым красителем, то есть имеют проницаемую клеточную стенку, опасны для человека. К ним относятся стрептококки, стафилококки, листерии, бациллы, клостридии, микобактерии, актиномицеты. Особенно опасен золотистый стафилококк, который поражает ослабленный организм и без лечения быстро приводит к смерти больного. Но к ним относятся также полезные молочнокислые лактобактерии.

Грамположительные микроорганизмы поражают дыхательные пути, сердечную мышцу, головной мозг, кожу. Они провоцируют гнойную инфекцию в ранах, заражение крови.

Грамположительный мир

Эти микроорганизмы окрашиваются способом Грама в фиолетовый цвет. Смысл процедуры состоит в том, что толщина защитного слоя бактериальной клетки довольно высока, за счет чего краситель удерживается. Грамположительные бактерии представлены стафилококками, стрептококками. Кроме того, грамположительные бактерии – возбудители таких опасных недугов, как газовая гангрена, столбнячная инфекция, сибирская язва. От грамотрицательных бактерий они отличаются по строению и толщине клеточной стенки. Именно она определяет внешний вид микроорганизмов: спиралевидный холерный вибрион, шаровидная кокковая форма. Бактериальная клетка отличается от клеток млекопитающих наличием жесткого защитного каркаса, состоящего из плотного биополимерного слоя, и химическим составом. Этим обусловлена реакция бактерий на действие антибиотиков.

Грамположительные бактерии имеют толстый ригидный слой (клеточную стенку). Защитная оболочка состоит из полипептидов и полисахаридов. До 70% стенки составляет муреиновый мешок. В его состав входят: лизин, ацетилглюкозаминин, ацетилмурамовая кислота, диаминопимелиновая и тейхоевые кислоты.

Заболевания, которые они вызывают

Именно грамположительные бактерии являются причиной таких распространенных инфекционных болезней, как:

• тонзиллит, фарингит;
• синусит, отит;
• ревматизм;
• заражение крови;
• пневмония;
• воспаление мозга;
• сибирская язва;
• пищевые токсикоинфекции;
• ботулизм;
• дифтерия;
• столбняк;
• газовая гангрена.

Грамотрицательные бактерии

Список их довольно большой, но среди них много таких, которые не приносят никакого вреда человеку. К ним относятся в основном условно патогенные микроорганизмы. В обычных условиях они обитают в организме человека, не причиняя ему вреда. Самыми распространенными являются следующие грамотрицательные бактерии. Виды их разнообразны:

• протеобактерии;
• псевдомонады;
• хламидии;
• менингококки;
• бруцеллы;
• спирохеты;
• гонококки;
• хеликобактерии.

Микроорганизмы, не окрашивающиеся в фиолетовый цвет, являются устойчивыми также к любым антителам и антибактериальным препаратам. Поэтому заболевания, вызываемые ими, очень сложно лечить.

Какие заболевания вызывают

При определенных условиях грамотрицательные бактерии становятся причиной серьезных болезней. Связано это с тем, что сложная оболочка этих микроорганизмов при разрушении выделяет много токсинов, которые, разносясь по кровотоку человека, вызывают сильнейшую интоксикацию. Получается, что патогенны не сами бактерии, а особенности их клеточной оболочки — липополисахаридный слой, который вызывает иммунную реакцию организма. Они приводит к развитию воспаления. Но если у человека иммунитет в порядке, он легко справляется с такими микроорганизмами, и инфекция ему не страшна.

К грамотрицательным бактериям относятся микроорганизмы, вызывающие гонорею, сифилис, менингит и респираторные заболевания. Особенно распространены такие бактерии, котрые вызывают поражение дыхательных и мочевыделительных путей, желудочно-кишечного тракта. К грамотрицательным относятся такие известные возбудители инфекций, как протей, эшерихия, энтеробактерии, сальмонеллы. Они вызывают сальмонеллез, менингит, брюшной тиф, дизентерию. Кроме того, именно такие устойчивые микроорганизмы являются причиной тяжелых внутрибольничных инфекций. Ведь они могут выжить даже после серьезной дезинфекции.

Коммерческое использование непатогенных грамположительных бактерий

Многие виды стрептококков являются непатогенными и образуют часть комменсального микробиома человека во рту, коже, кишечнике и верхних дыхательных путях. Они также являются необходимым ингредиентом при производстве сыра Emmentaler (Swiss).

Непатогенные виды коринебактерий используются в промышленном производстве аминокислот, нуклеотидов, биоконверсии стероидов, деградации углеводородов, старении сыра, производстве ферментов и т. Д.

Многие виды Bacillus способны выделять большое количество ферментов.

• Bacillus amyloliquefaciens является источником природной антибиотической протеин-барназы (рибонуклеазы), альфа-амилазы, используемой в гидролизе крахмала, протеазы субтилизина, используемой с моющими средствами, и рестриктазы BamH1, используемой в исследованиях ДНК.
• C. thermocellum может утилизировать отходы лигноцеллюлозы и генерировать этанол, что делает его возможным кандидатом для использования в производстве этанольного топлива. Он является анаэробным и теплолюбивым, что снижает стоимость охлаждения.
• C. acetobutylicum, также известный как организм Вейцмана, впервые был использован Хаимом Вейцманом для производства ацетона и биобутанола из крахмала в 1916 году для производства пороха и тротила.
• C. botulinum производит потенциально смертельный нейротоксин, который используется в разбавленной форме в препарате Ботокс. Он также используется для лечения спастической кривошеи и оказывает помощь в течение приблизительно 12-16 недель.

Анаэробная бактерия C. ljungdahlii может производить этанол из одноуглеродистых источников, включая синтез-газ, смесь монооксида углерода и водорода, которая может быть получена при частичном сжигании либо ископаемого топлива, либо биомассы.

Использование этих знаний при лечении болезней

При диагностике заболевания для определения более эффективного лечения обязательно применяется метод Грама для определения того, какие микроорганизмы вызвали болезнь: грамположительные или грамотрицательные бактерии. Антибиотики назначаются в зависимости от этого. Ведь неправильно выбранное лечение может только усугубить ситуацию.

Для определения возбудителя исследуется мокрота, выделения из носа или влагалища, анализ кала, синовиальной или плевральной жидкости. Эти образцы подвергаются обследованию по методу Грама.

Сложнее всего вылечить заболевания, вызываемые грамотрицательными бактериями. В основном на них воздействуют сочетанием двух антибиотиков или же препараты нового поколения. Эфективными против них могут быть «Ампициллин» или «Амоксициллин», «Хлорамфеникол», «Стрептомицин», а также группа цефалоспоринов. Они могут справиться с внешней мембраной таких бактерий.

Знания о строении стенки бактерий позволило улучшить эффективность лечения инфекционных заболеваний.

Чем опасны

Хотя хороших микроорганизмов гораздо больше, чем плохих, некоторые бактерии вредны. При контакте человека с вредоносными организмами они могут попасть в тело, где начинают быстро размножаться, выделять токсины, которые повреждают ткани тела, вызывая недомогание.

Плохие бактерии называются патогенными, потому что они вызывают заболевания, такие как ангина, стафилококковые инфекции, холера, туберкулез и пищевые отравления.

Некоторые виды грамположительных бактерий способны вызывать серьезные инфекционные заболевания:

• Инфекции мочевыводящих путей.
• Туберкулез.
• Дифтерию.

Инфекций, вызываемые грамотрицательными бактериями:

• Пневмония.
• Менингит.
• Перитонит.
• Инфекции крови.