GRAMNEGATIVE BAZILLEN: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, ARTEN - BIOLOGIE - 2025

Die gramnegativen Bakterien (GNB) sind stäbchenförmige Bakterien, die eine negative Gramfärbung ergeben. Dies ist auf die Biochemie seiner Zellwand zurückzuführen. Der Begriff Bakterien bezieht sich auf alle Zellen mit prokaryotischen Eigenschaften, die zur Bakteriendomäne gehören, auch Eubakterien genannt.

Prokaryoten zeichnen sich durch das Fehlen von Kernen und membranumschlossenen Kompartimenten aus. Diese Eigenschaft besitzen auch Mitglieder der Archaeobacteria-Domäne, in der es auch gramnegative Arten gibt. Die Zellwand der Mitglieder beider Domänen und andere Merkmale sind unterschiedlich.

Quelle: Foto von Eric Erbe, digitale Kolorierung von Christopher Pooley, beide USDA, ARS, EMU.

Allgemeine Charakteristiken

Die Eigenschaften von Arten, die gramnegative Bazillen sind, sind: 1) sie sind stabförmig; 2) sind negativ für Gram-Färbung, daher erscheinen sie rot. Letzteres wird durch die Struktur der Zellwand erzeugt, die sich von der von grampositiven Bakterien unterscheidet.

Gramnegative Bazillen unterscheiden sich unter anderem in Bezug auf Mobilität (Flagella Mobile; Sliding Mobile; Nonmobile), Ernährung und Physiologie (Phototrophe, Chemoorganotrophe, Sauerstoffverwendungsfähigkeit usw.) stark voneinander. Daher ist es einfacher, die allgemeinen Eigenschaften von Eubakterien und Archaea zu spezifizieren.

Sie sind durchschnittlich 3 µm lang und 1 µm breit. Sie können größer oder kleiner sein. Ihnen fehlt eine Membran, die die DNA umgibt, und Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten.

Sie haben eine Zellwand, die die Plasmamembran umgibt. Sie haben nur ein zirkuläres Chromosom und Plasmide. DNA fehlen Introns.

Einige Mitglieder der Eubakterien sind Krankheitserreger für Tiere und Pflanzen, während Mitglieder der Archäobakterien keine Krankheitserreger sind.

Eubakterien können gegenüber Antibiotika (Penicillin, Kanamycin, Streptomycin usw.) empfindlich sein, Stickstoff fixieren, Kapseln bilden, eine Chlorophyll-abhängige Photosynthese aufweisen, kein Photosystem mit Rhodopsin aufweisen und nicht methanogen sein. Archäobakterien sind das Gegenteil.

Struktur der Zellwand Gramnegative Bakterien

Alle gramnegativen Bakterien haben unabhängig von ihrer Zellform die gleichen strukturellen Eigenschaften der Zellwand.

Die Zellwand von gramnegativen Bakterien ist eine mehrschichtige Struktur, die aus Peptidoglycan besteht. Sie haben eine äußere Membran, die das Peptidoglycan umgibt. Zwischen der äußeren Membran und der Zellwand befindet sich ein enger Raum, der als periplasmatischer Raum bezeichnet wird.

Die Zellwand misst 30 Å. Es besteht aus Peptidoglycan (Murein), das aus N-Acetylglucosamin (GluNAC) -Molekülen besteht, die sich mit N-Acetylmuraminsäure (MurNAc) -Molekülen abwechseln und Ketten bilden. Peptidoglycan macht 10% der Wand aus, der Rest ist die äußere Membran.

Die gluNAC- und murNAc-Ketten werden von Tetrapeptiden gekreuzt, Ketten von vier Aminosäureresten. Oft ist der dritte Aminosäurerest im Tetrapeptid Diaminopimelinsäure. Zwei Tetrapeptide bilden eine kovalente Bindung miteinander und sind direkt mit den gluNAC- und murNAc-Ketten verbunden.

Die äußere Membran ist eine Lipiddoppelschicht, die durch Lipoproteinmoleküle kovalent an die Peptidoglycanschicht gebunden ist. Diese Membran hat Porine, die Kanäle durch die äußere Membran bilden.

Struktur der Zellwand von gramnegativen Archaea

Aus struktureller und biochemischer Sicht unterscheidet sich die Zellhülle von Archaea stark von der von Eubakterien. Die Zellwand von Archaea enthält nur 10% Peptidoglycan. Die äußere Membran, die typischerweise in gramnegativen Bakterien vorhanden ist, fehlt in Archaea.

In gramnegativen Archaea befindet sich eine S-Schicht, die die Plasmamembran umgibt. Während grampositive Archaea gibt es eine Hülle, die die S-Schicht umgibt.

In Spezies beider Domänen, Eubakterien und Archaea, besteht die S-Schicht aus Glykoproteinen, bei denen es sich um Proteine ​​handelt, die durch kovalente Bindungen mit Kohlenhydraten verbunden sind. Letztere sind sich wiederholende Untereinheiten, die linear oder verzweigt sein können und 1% bis 20% der Gesamtmasse der Glykoproteine ​​ausmachen.

Glykoproteine ​​sind reich (zwischen 40% und 50%) an hydrophoben Aminosäureresten. Sein Cystein- und Methioningehalt ist gering. Sie haben 10% Lysin, Glutaminsäure und Asparaginsäure. Aus diesem Grund ist die extrazelluläre Oberfläche sehr hydrophob.

Arten von Bakterien, die gramnegative Stäbchen sind

Bacillus-förmige gramnegative Bakterien kommen in verschiedenen taxonomischen Gruppen vor. Innerhalb derselben Gattung kann es gramnegative Bakterien geben, die unterschiedliche Formen haben können.

Zum Beispiel: 1) die Gattung Chorobium, in der sich die grünen schwefelhaltigen Bakterien befinden, geformt wie Bazillen und gebogene Stäbchen; 2) die Gattung Pasteurella, die pleomorphe Arten (von mehreren Formen) aufweist.

Es gibt heterogene Gruppen, wie die "gleitenden Bakterien" und die Schwefelbakterien, deren Mitglieder im Allgemeinen gramnegativ sind und die Form eines Bazillus oder anderer Formen haben können.

Rutschige Bakterien sind phylogenetisch sehr vielfältig und weisen verschiedene Motilitätsmechanismen auf. Sie sind Bazillen und haben keine Flagellen. Schwefelbakterien sind eine sehr vielfältige Gruppe von Mikroorganismen, die gekrümmte Stäbchen oder Stäbchen sein können.

Photoautotrophe Bakterien sind gramnegativ und haben verschiedene Formen wie Bazillen und Kokken. Sie umfassen einen einzelnen phylogenetischen Zweig innerhalb der Eubakteriendomäne.

Es gibt taxonomische Gruppen, deren Mitglieder gramnegativ sind und in denen ihre einzige Form die eines Bazillus ist, nämlich:

Enterobakterien (Ordnung Enterobacteriales, Familie Enterobacteriaceae), Pseudomonas (Ordnung Pseudomonadales, Klasse Gammaproteobacteria), Azotobacter (Klasse Gammaproteobacteria) und Bacteroides (Phylum Bacteroidetes, Klasse Bacteroidia).

Arten von Arcaheobakterien, die gramnegative Stäbchen sind

Mitglieder von Haloarchaea (Halobakterien) sind gramnegative Stäbchen. Sie gehören zur Ordnung der Halobacteriales und der Familie der Halobacteriacea. Diese Familie hat 19 Gattungen und etwa 57 Arten. Die Haloarchaea sind eine monophyletische Gruppe, das heißt, sie haben einen exklusiven Vorfahren.

Eine relativ nahe Gruppe zu den Haloarchaea sind die methanogenen Archaebakterien, die gramnegativ oder grampositiv sein können. Sie haben verschiedene Formen. Es sind ungefähr 160 verschiedene Arten bekannt, die 29 Gattungen, 14 Familien und sechs Ordnungen angehören.

Beispiele für gramnegative Stäbchen in Eubakterien

Enterobakteriengruppe

Repräsentative Gattungen: Escherichia (Gastroenteritis), Enterobacter (selten pathogen), Serratia (selten pathogen), Salmonella (Enteritis), Proteus (Harnwegsinfektion), Yersinia (Pest), Klebsiella (Lungenentzündung). Sie gehören zu den Gammaproteobakterien.

Pseudomonas-Gruppe

Repräsentative Gattungen: Pseudomonas, Burkholderia, Zymomonas und Xanthomonas. Sie können gerade oder gebogene Bazillen sein. Einige Arten sind für Tiere und Pflanzen pathogen. Zum Beispiel ist Pseudomonas auruginosa ein Wund- und Verbrennungskolonisator.

Schwefeloxidierende Bakteriengruppe

Repräsentative Gattung: Thiobacillus. Diese Gattung ist die bekannteste der Chemolytotrophen. Thiobacillus-Arten sind in den Unterteilungen (Alpha, Beta und Gamma) der Proteobakterien verstreut.

Essigsäurebakteriengruppe

Repräsentative Gattungen: Acetobacter und Gluconobacter. Sie führen die unvollständige Oxidation von Alkoholen und Zuckern durch. Wenn das Substrat Ethanol ist, bilden sie Essigsäure. Sie sind besonders nützlich in der alkoholischen Getränkeindustrie.

Stickstofffixierende Bakteriengruppe

Repräsentative Gattungen: Azotobacter und Zomonas. Sie binden Stickstoff aerob. Die meisten gehören zu den Alpha- oder Gammaproteobakterien. Bakterien der Gattung Azotobacter sind besonders große Bazillen.

Hyperthermophile Bakteriengruppe

Repräsentative Gattungen: Thermotoga und Thermodesulfobacterium. Sie sind bazilläre Hyperthermophile, die bei Temperaturen über 70 ºC wachsen. Sie wurden von terrestrischen Lebensräumen, heißen Quellen und Unterwasserquellen isoliert.

Beispiele für gramnegative Stäbchen in Archaea

Halobacterium salinarum

Es ist mobil und lebt in Umgebungen mit einer hohen Salzkonzentration (> 4 M). Es kann Licht als Energiequelle nutzen, da es Bakteriorhodopsin enthält, eine lichtabhängige Protonenpumpe. Diese Pumpe ermöglicht die Erfassung von Licht und die Erzeugung eines elektrochemischen Gradienten über die Membran.

Die Energie des elektrochemischen Gradienten wird verwendet, um ATP durch ATP-Synthase zu synthetisieren.

Metanomicrobium beweglich

Es ist ein gramnegativer Stab. Schicht S zeigt eine hexagonale Organisation. S-Schicht-Proteine ​​haben niedrige isoelektrische Punkte, was darauf hinweist, dass sie reich an sauren Aminosäureresten sind. Der Prozentsatz an hydrophoben Rückständen ist gering.

Es lebt im Pansen von Schafen. Produziert Methan durch Kohlendioxidreduktion mit H ₂ oder Formiat. Es kann kein Acetat, Methylamine oder Methanol metabolisieren. Es weist einen optimalen pH-Wert im Bereich zwischen 6,5 und 8 auf. Es spielt eine wichtige Rolle für die Pansenfunktion und die Tierernährung.

Gramnegative Stäbchen, die Krankheiten verursachen

Klebsiella pneumoniae

Es ist einer der Erreger der Lungenentzündung. K. pneumoniae ist ein opportunistischer Erreger, der die Atemwege von Mensch und Tier infiziert. Es ist nicht mobil. Es ist ein gramnegativer Stab, der eine überwiegende Kapsel produziert, die ihn vor Phagozytose schützt.

Pseudomonas aeruginosa

Es ist ein gramnegativer Stab. Es produziert Krankheiten wie Harnwege und Ohrenentzündungen. Es besiedelt Wunden und brennt auf der Haut. Unter bestimmten Bedingungen produziert es einen Polysaccharid-Biofilm, um eine Bakteriengemeinschaft aufzubauen und sie vor dem Immunsystem zu schützen.

Haemophilus

Sie sind kleine gramnegative Stäbchen und manchmal pleomorph. Es gibt verschiedene Arten, die mit Krankheiten beim Menschen assoziiert sind, wie H. influenzae (Lungenentzündung), H. aegyptius (Konjunktivitis), H. ducrey (Kanzerose) und H. parainfluenzae (Bakteriämie und Endokarditis).

Legionellen

Es sind dünne, pleomorphe gramnegative Stäbchen. Sie sind intrazelluläre Parasiten. Sie vermehren sich in Alveolarmakrophagen. Es verursacht Lungenentzündung und sporadische, epidemische und nosokomiale Infektionen. Legionella pneumophila ist für Epidemien verantwortlich.

Salmonellen

Sie sind fakultative anerobe gramnegative Stäbchen. Sie können verschiedene Tiere besiedeln, darunter Säugetiere, Vögel und Reptilien. Die meisten Infektionen treten nach Einnahme kontaminierter Lebensmittel oder durch direkte Übertragung über den fäkal-oralen Weg auf. Verursacht Gastroenteritis.

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