Bactérias gram-positivas

Gram-positivo em forma de haste Bacillus anthracis bactérias em uma amostra de líquido cerebrospinal se destacam de células brancas redondas do sangue, que também aceitam a mancha violeta de cristal.

Cocci Gram-positivo manchado de violeta e bacilli gram-negativo manchado rosa

Em bacteriologia, bactérias gram-positivas são bactérias que dão resultado positivo no teste de coloração de Gram, que é tradicionalmente usado para classificar rapidamente as bactérias em duas grandes categorias de acordo com seu tipo de parede celular.

Bactérias gram-positivas absorvem a coloração cristal violeta usada no teste e, em seguida, parecem ter uma cor púrpura quando vistas através de um microscópio óptico. Isso ocorre porque a espessa camada de peptidoglicano na parede celular bacteriana retém a mancha depois que ela é lavada do restante da amostra, na etapa de descoloração do teste.

Por outro lado, as bactérias gram-negativas não podem reter a mancha violeta após a etapa de descoloração; o álcool usado nessa etapa degrada a membrana externa das células gram-negativas, tornando a parede celular mais porosa e incapaz de reter o corante cristal violeta. Sua camada de peptidoglicano é muito mais fina e imprensada entre uma membrana celular interna e uma membrana externa bacteriana, fazendo com que eles peguem a contracoloração (safranina ou fucsina) e apareçam vermelhos ou rosa.

Apesar de sua camada de peptidoglicano mais espessa, as bactérias gram-positivas são mais receptivas a certos antibióticos direcionados à parede celular do que as bactérias gram-negativas, devido à ausência da membrana externa.

Características

Estrutura Gram-positiva e grama-negativa da parede celular

Estrutura da parede da célula Gram-positiva

Em geral, as seguintes características estão presentes em bactérias gram-positivas:

1. Membrana lipídica citoplasmática
2. Peptidoglycan camada grossa
3. Os ácidos teicóicos e lipoides estão presentes, formando ácidos lipoteicóicos, que servem como agentes quelantes, e também para certos tipos de adesão.
4. As cadeias peptidoglycan são ligadas cruzadas para formar paredes de células rígidas por uma enzima bacteriana DD-transpeptidase.
5. Um volume muito menor de periplasma do que aquele em bactérias gram-negativas.

Apenas algumas espécies possuem uma cápsula, geralmente composta por polissacarídeos. Além disso, apenas algumas espécies são flageladas e, quando têm flagelos, têm apenas dois anéis corporais basais para sustentá-los, enquanto os gram-negativos têm quatro. Ambas as bactérias gram-positivas e gram-negativas geralmente têm uma camada superficial chamada camada S. Em bactérias gram-positivas, a camada S está ligada à camada de peptidoglicano. A camada S das bactérias Gram-negativas está ligada diretamente à membrana externa. Específico para bactérias gram-positivas é a presença de ácidos teicóicos na parede celular. Alguns deles são ácidos lipoteicóicos, que possuem um componente lipídico na membrana celular que pode auxiliar na ancoragem do peptidoglicano.

Classificação

Juntamente com a forma da célula, a coloração de Gram é um método rápido usado para diferenciar espécies bacterianas. Tal coloração, juntamente com a necessidade de crescimento e teste de suscetibilidade a antibióticos, e outros testes macroscópicos e fisiológicos, formam a base completa para a classificação e subdivisão das bactérias (por exemplo, veja a figura e as versões anteriores a 1990 do Bergey's Manual de Bacteriologia Sistemática).

Hierarquia de identificação de espécies em ambientes clínicos

Historicamente, o reino Monera foi dividido em quatro divisões com base principalmente na coloração de Gram: Bacillota (positivo na coloração), Gracilicutes (negativo na coloração), Mollicutes (neutro na coloração) e Mendocutes (variável na coloração). Com base nos estudos filogenéticos do RNA ribossômico 16S do falecido microbiologista Carl Woese e colaboradores e colegas da Universidade de Illinois, o monofiletismo das bactérias gram-positivas foi desafiado, com grandes implicações para o estudo terapêutico e geral desses organismos. Com base em estudos moleculares das sequências 16S, Woese reconheceu doze filos bacterianos. Dois deles eram gram-positivos e foram divididos na proporção do conteúdo de guanina e citosina em seu DNA. O filo alto G + C era composto de Actinobacteria, e o baixo filo G + C continha Firmicutes. Os Actinomycetota incluem os gêneros Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia e Streptomyces. O (baixo G + C) Bacillota, tem um conteúdo de GC de 45-60%, mas este é menor do que o do Actinomycetota.

Importância da membrana celular externa na classificação bacteriana

A estrutura do peptidoglycan, composto por N-acetylglucosamine e ácido N-acetilmuramic

Embora as bactérias sejam tradicionalmente divididas em dois grupos principais, gram-positivos e gram-negativos, com base em sua propriedade de retenção de coloração de Gram, esse sistema de classificação é ambíguo, pois se refere a três aspectos distintos (resultado da coloração, organização do envelope, grupo taxonômico), que não necessariamente coalescem para algumas espécies bacterianas. A resposta de coloração gram-positiva e gram-negativa também não é uma característica confiável, pois esses dois tipos de bactérias não formam grupos filogenéticos coerentes. No entanto, embora a resposta à coloração de Gram seja um critério empírico, sua base reside nas diferenças marcantes na ultraestrutura e na composição química da parede celular bacteriana, marcadas pela ausência ou presença de uma membrana lipídica externa.

Todas as bactérias gram-positivas são delimitadas por uma membrana lipídica de unidade única e, em geral, contêm uma camada espessa (20–80 nm) de peptidoglicano responsável por reter a coloração de Gram. Várias outras bactérias - que são limitadas por uma única membrana, mas coram gram-negativas devido à falta da camada de peptidoglicano, como nos micoplasmas, ou à incapacidade de reter a coloração de Gram devido à composição da parede celular - também mostram estreita relação com as bactérias gram-positivas. Para as células bacterianas limitadas por uma única membrana celular, o termo bactéria monoderme foi proposto.

Em contraste com as bactérias gram-positivas, todas as bactérias gram-negativas típicas são limitadas por uma membrana citoplasmática e uma membrana celular externa; eles contêm apenas uma fina camada de peptidoglicano (2–3 nm) entre essas membranas. A presença de membranas celulares internas e externas define um novo compartimento nessas células: o espaço periplasmático ou compartimento periplasmático. Estas bactérias foram designadas como bactérias diderm. A distinção entre as bactérias monoderme e diderme é apoiada por indels de assinatura conservados em várias proteínas importantes (viz. DnaK, GroEL). Desses dois grupos estruturalmente distintos de bactérias, os monodermes são indicados como ancestrais. Com base em várias observações, incluindo que as bactérias gram-positivas são as principais produtoras de antibióticos e que, em geral, as bactérias gram-negativas são resistentes a eles, foi proposto que a membrana celular externa em bactérias gram-negativas (didermes) evoluiu como um mecanismo de proteção contra a pressão de seleção de antibióticos. Algumas bactérias, como Deinococcus, que se coram gram-positivas devido à presença de uma espessa camada de peptidoglicano e também possuem uma membrana celular externa, são sugeridas como intermediárias na transição entre monoderma (gram-positivo) e bactérias diderm (gram-negativas). As bactérias diderm também podem ser diferenciadas entre diderms simples sem lipopolissacarídeo, as bactérias diderm arquetípicas em que a membrana celular externa contém lipopolissacarídeo e as bactérias diderm em que a membrana celular externa é composta de ácido micólico.

Exceções

Em geral, as bactérias gram-positivas são monodermes e têm uma única bicamada lipídica, enquanto as bactérias gram-negativas são didermes e têm duas bicamadas. Alguns taxa carecem de peptidoglicano (como a classe Mollicutes, alguns membros das Rickettsiales e os endossimbiontes de insetos das Enterobacteriales) e são gram-variáveis. Isso, no entanto, nem sempre é verdade. Os Deinococcota apresentam manchas gram-positivas, embora sejam estruturalmente semelhantes às bactérias gram-negativas com duas camadas. Os Chloroflexota têm uma única camada, mas (com algumas exceções) coram negativos. Dois filos relacionados ao Chloroflexi, o clado TM7 e o Ktedonobacteria, também são monodermes.

Algumas espécies de Bacillota não são gram-positivas. Estes pertencem à classe Mollicutes (alternativamente considerada uma classe do filo Mycoplasmatota), que não possui peptidoglicano (gram-indeterminado), e à classe Negativicutes, que inclui Selenomonas e mancha gram-negativo. Além disso, uma série de táxons bacterianos (viz. Negativicutes, Fusobacteriota, Synergistota e Elusimicrobiota) que fazem parte do filo Bacillota ou se ramificam em suas proximidades possuem uma estrutura celular didermática. No entanto, um indel de assinatura conservado (CSI) na proteína HSP60 (GroEL) distingue todos os filos tradicionais de bactérias gram-negativas (por exemplo, Pseudomonadota, Aquificota, Chlamydiota, Bacteroidota, Chlorobiota, "Cyanobacteria", Fibrobacterota, Verrucomicrobiota, Planctomycetota, Spirochaetota, Acidobacteriota, etc.) dessas outras bactérias didermas atípicas, bem como outros filos de bactérias monodermes (por exemplo, Actinomycetota, Bacillota, Thermotogota, Chloroflexota, etc.). A presença deste CSI em todas as espécies sequenciadas de filos bacterianos gram-negativos contendo LPS (lipopolissacarídeos) convencionais fornece evidências de que esses filos de bactérias formam um clado monofilético e que não ocorreu perda da membrana externa de nenhuma espécie desse grupo.

Patogenicidade

Colônias de um patógeno Gram-positivo da cavidade oral, Atrizes sp.

No sentido clássico, seis gêneros gram-positivos são tipicamente patogênicos em humanos. Dois deles, Streptococcus e Staphylococcus, são cocos (em forma de esfera). Os organismos restantes são bacilos (em forma de bastonete) e podem ser subdivididos com base em sua capacidade de formar esporos. Os não formadores de esporos são Corynebacterium e Listeria (um cocobacilo), enquanto Bacillus e Clostridium produzem esporos. As bactérias formadoras de esporos podem novamente ser divididas com base em sua respiração: Bacillus é um anaeróbio facultativo, enquanto Clostridium é um anaeróbio obrigatório. Além disso, Rathybacter, Leifsonia e Clavibacter são três gêneros gram-positivos que causam doenças em plantas. Bactérias Gram-positivas são capazes de causar infecções graves e às vezes fatais em recém-nascidos. Novas espécies de bactérias gram-positivas clinicamente relevantes também incluem Catabacter hongkongensis, que é um patógeno emergente pertencente a Bacillota.

Transformação bacteriana

A transformação é um dos três processos de transferência horizontal de genes, em que o material genético exógeno passa de uma bactéria doadora para uma bactéria receptora, sendo os outros dois processos a conjugação (transferência de material genético entre duas células bacterianas em contato direto) e a transdução (injeção de DNA bacteriano doador por um vírus bacteriófago em uma bactéria hospedeira receptora). Na transformação, o material genético passa pelo meio intermediário e a absorção é totalmente dependente da bactéria receptora.

A partir de 2014, cerca de 80 espécies de bactérias eram conhecidas por serem capazes de transformação, divididas igualmente entre bactérias gram-positivas e gram-negativas; o número pode estar superestimado, já que vários dos relatórios são apoiados por artigos únicos. A transformação entre bactérias gram-positivas foi estudada em espécies medicamente importantes, como Streptococcus pneumoniae, Streptococcus mutans, Staphylococcus aureus e Streptococcus sanguinis e na bactéria gram-positiva do solo Bacillus subtilis, Bacillus cereus.

Nota ortográfica

Os adjetivos gram-positivo e gram-negativo derivam do sobrenome de Hans Christian Gram; como adjetivos homônimos, sua letra inicial pode ser G maiúscula ou g minúscula, dependendo de qual guia de estilo (por exemplo, o do CDC), se houver, rege o documento que está sendo escrito. Isso é explicado em coloração de Gram § Nota ortográfica.