Was sind gramnegative Bakterien?
Viele Biologen sind wahrscheinlich schon auf die Begriffe „grampositive“ und „gramnegative“ Bakterien gestoßen, aber was bedeuten diese Begriffe und welche Bedeutung haben sie für die menschliche Gesundheit und Krankheit?
Der Gram-Färbetest
Der Gram-Färbetest wurde 1884 von Hans Christian Gram erfunden. Der Test charakterisiert Bakterien anhand der Dicke der Peptidoglykanschicht in ihrer Zellwand. Gram-positive Bakterien haben eine sehr dicke Peptidoglykanschicht, die zwischen 20 und 80 nm liegt. Im Gegensatz dazu ist die Peptidoglykanschicht von Gram-negativen Bakterien viel dünner, etwa 8 nm.
Gram’s Test umfasst mehrere Schritte, um die Bakterien in diese beiden Kategorien einzuteilen. Zunächst werden die Bakterienzellen mit einem Kristallviolett-Farbstoff angefärbt. Dann wird Gram’sche Jodlösung hinzugefügt, die mit dem Farbstoff einen Komplex bildet. Danach folgt ein Entfärbungsmittel, in der Regel Aceton oder Ethylalkohol, das die Peptidoglykanschicht schrumpfen lässt.
Bei Gram-positiven Bakterien kann der Farbstoff-Jod-Komplex die dicke Peptidoglykanschicht nicht durchdringen, so dass er in der Zelle gefangen bleibt, aber bei Bakterien mit einer dünnen Peptidoglykanschicht kann der Farbstoff-Jod-Komplex die Zellwand durchstoßen und wird so weggewaschen. Daher behalten Gram-positive Bakterien den violetten Farbstoff, Gram-negative hingegen nicht.
Im letzten Schritt des Tests wird den Zellen ein roter Farbstoff zugesetzt. Da Rot heller ist als Violett, erscheint der rote Farbstoff nicht in den bereits violett gefärbten Zellen. Nur die Zellen, die den violetten Farbstoff nicht behalten haben, werden rot gefärbt.
Am Ende muss man die Bakterien nur noch unter dem Mikroskop betrachten, um ihre Klassifizierung zu bestimmen. Gram-positive Bakterien erscheinen violett, während Gram-negative Bakterien rot erscheinen.
Gram-positive Bakterien
Es gibt viele verschiedene Gattungen von Gram-positiven Bakterien, und sie werden im Allgemeinen durch ihre Form unterschieden: kugelförmig (Kokken) oder stäbchenförmig (Bazillen). Zu den kugelförmigen Bakterien gehören Staphylokokken, die Staphylokokken-Hautinfektionen verursachen, und Streptokokken, die eine Vielzahl von Krankheiten wie Halsentzündungen, Scharlach und Lungenentzündungen hervorrufen können.
Zu den stäbchenförmigen Bakterien gehören Bacillus und Listeria. Diese können zu verschiedenen Arten von Infektionen führen, darunter Anthrax, Diphtherie und Listeriose.
Grammnegative Bakterien und Endotoxine
Wie ihre grampositiven Gegenstücke machen auch gramnegative Bakterien eine große Vielfalt verschiedener Arten aus. Gramnegative Bakterien können nicht nur kugelförmig oder stäbchenförmig sein, sondern auch spiralförmig (Spirochäten).
Gramnegative Bakterien sind für eine Vielzahl von Erkrankungen verantwortlich, darunter viele lebensmittelbedingte Krankheiten, Cholera, Gonorrhö und Harnwegsinfektionen.
Eines der charakteristischen Merkmale gramnegativer Bakterien ist ihre Fähigkeit, Endotoxine zu produzieren. Endotoxine sind Lipopolysaccharidmoleküle, die sich in der Zellwand der Bakterien befinden. Endotoxine sind pyrogen, d. h. sie können beim Menschen eine Fieberreaktion (und manchmal auch gefährlichere Reaktionen wie Sepsis) auslösen.
Endotoxine sind zu einem Hauptanliegen der Pharma-, Biotechnologie- und Gesundheitsindustrie geworden. Diese Moleküle sind extrem hitzestabil, was bedeutet, dass sie durch Autoklavieren nicht vollständig entfernt werden können. Infolgedessen können selbst Proben, die frei von lebensfähigen Bakterien sind, immer noch gefährliche Immunreaktionen auslösen.
Um eine Endotoxinkontamination zu vermeiden, müssen Arzneimittel und Medizinprodukte sorgfältig mit dem Limulus-Amöbozyten-Lysat (LAL)-Test untersucht werden, der eine robuste quantitative Schätzung des Endotoxingehalts ermöglicht.
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