BACILLI GRAM NEGATIVI: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, TIPOLOGIE - BIOLOGIA - 2025

I batteri Gram negativi (GNB) sono batteri a forma di bastoncello che danno una colorazione Gram negativa. Ciò è dovuto alla biochimica della sua parete cellulare. Il termine batteri si riferisce a tutte le cellule con caratteristiche procariotiche e che appartengono al dominio Bacteria, chiamato anche Eubacteria.

I procarioti sono caratterizzati dall'assenza di nuclei e compartimenti racchiusi in membrane. Questa caratteristica è posseduta anche dai membri del dominio Archaeobacteria, in cui sono presenti anche specie Gram-negative. La parete cellulare dei membri di entrambi i domini e altre caratteristiche sono diverse.

Fonte: foto di Eric Erbe, colorazione digitale di Christopher Pooley, entrambi USDA, ARS, EMU.

Caratteristiche generali

Le caratteristiche comuni alle specie che sono bacilli Gram negativi sono: 1) sono a forma di bastoncello; 2) sono negativi alla colorazione di Gram, quindi appaiono rossi. Quest'ultimo è prodotto dalla struttura della parete cellulare, che è diversa da quella dei batteri Gram positivi.

I bacilli Gram negativi differiscono notevolmente tra loro in termini di mobilità (flagelli mobili; mobili scorrevoli; non mobili), nutrizione e fisiologia (fototrofi, chemioorganotrofi, capacità di usare l'ossigeno, ecc.), Tra gli altri fattori. Pertanto, è più facile specificare le caratteristiche generali di Eubacteria e Archaea.

Misurano in media 3 µm di lunghezza e 1 µm di larghezza. Possono essere più grandi o più piccoli. Mancano di una membrana che circonda il DNA e di organelli come mitocondri e cloroplasti.

Hanno una parete cellulare che circonda la membrana plasmatica. Hanno solo un cromosoma circolare e plasmidi. Il DNA manca di introni.

Alcuni membri degli eubatteri sono patogeni per animali e piante, mentre i membri degli archeobatteri non sono patogeni.

Gli eubatteri possono essere sensibili agli antibiotici (penicillina, kanamicina, streptomicina, ecc.), Fissare l'azoto, formare capsule, avere fotosintesi dipendente dalla clorofilla, non avere un fotosistema con rodopsina ed essere non metanogeno. Gli archeobatteri sono l'opposto.

Struttura della parete cellulare dei batteri Gram-negativi

Tutti i batteri Gram-negativi, indipendentemente dalla loro forma cellulare, condividono le stesse caratteristiche strutturali della parete cellulare.

La parete cellulare dei batteri Gram negativi è una struttura multistrato, composta da peptidoglicano. Hanno una membrana esterna che circonda il peptidoglicano. Tra la membrana esterna e la parete cellulare, c'è uno spazio stretto chiamato spazio periplasmatico.

La parete cellulare misura 30 Å. È composto da peptidoglicano (mureina), costituito da molecole di N-acetilglucosamina (gluNAC) che si alternano con le molecole di acido N-acetilmuramico (murNAc) e formano catene. Il peptidoglicano costituisce il 10% del muro, il resto è la membrana esterna.

Le catene gluNAC e murNAc sono attraversate da tetrapeptidi, catene di quattro residui amminoacidici. Spesso il terzo residuo amminoacidico, nel tetrapeptide, è l'acido diamminopimelico. Due tetrapeptidi formano un legame covalente tra loro e sono direttamente collegati alle catene gluNAC e murNAc.

La membrana esterna è un doppio strato lipidico che è covalentemente attaccato allo strato di peptidoglicano da molecole di lipoproteine. Questa membrana ha porine che formano canali attraverso la membrana esterna.

Struttura della parete cellulare degli Archaea Gram negativi

Da un punto di vista strutturale e biochimico, l'involucro cellulare di Archaea differisce notevolmente da quello degli eubatteri. La parete cellulare di Archaea contiene solo il 10% di peptidoglicano. La membrana esterna tipicamente presente nei batteri Gram negativi è assente in Archaea.

In Archaea Gram negativo c'è uno strato S che circonda la membrana plasmatica. Mentre Archaea Gram positivo c'è un involucro che circonda lo strato S.

Nelle specie di entrambi i domini, Eubatteri e Archaea, lo strato S è composto da glicoproteine, che sono proteine ​​legate, da legami covalenti, ai carboidrati. Queste ultime sono subunità ripetitive che possono essere lineari o ramificate, costituendo dall'1% al 20% della massa totale delle glicoproteine.

Le glicoproteine ​​sono ricche (tra il 40% e il 50%) di residui di amminoacidi idrofobici. Il suo contenuto di cisteina e metionina è basso. Hanno il 10% di lisina, acido glutammico e acido aspartico. Per questo motivo, la superficie extracellulare è molto idrofobica.

Tipi di batteri che sono bastoncini Gram negativi

I batteri Gram-negativi a forma di bacillo si trovano in vari gruppi tassonomici. All'interno dello stesso genere possono esserci batteri Gram negativi che possono avere forme diverse.

Ad esempio: 1) il genere Chorobium, in cui si trovano i batteri sulfurei verdi, a forma di bacilli e bacchette ricurve; 2) il genere Pasteurella, che ha specie pleomorfe (di molteplici forme).

Esistono gruppi eterogenei, come i "batteri che scivolano" e i batteri dello zolfo, i cui membri sono generalmente Gram negativi e possono avere la forma di bacilli o altre forme.

I batteri scivolosi sono filogeneticamente molto diversi, con vari meccanismi di motilità. Sono bacilli e mancano di flagelli. I batteri dello zolfo sono un gruppo molto diversificato di microrganismi che possono essere bacchette o bacchette curve.

I batteri fotoautotrofi sono Gram negativi e hanno una varietà di forme, come bacilli e cocchi. Comprendono un singolo ramo filogenetico all'interno del dominio degli eubatteri.

Esistono gruppi tassonomici i cui membri sono Gram negativi e in cui la loro unica forma è quella di un bacillo, ovvero:

Enterobacteria (ordine Enterobacteriales, famiglia Enterobacteriaceae), Pseudomonas (ordine Pseudomonadales, classe Gammaproteobacteria), Azotobacter (classe Gammaproteobacteria) e Bacteroides (phylum Bacteroidetes, classe Bacteroidia).

Tipi di arcaheobatteri che sono bastoncini Gram negativi

I membri di Haloarchaea (Halobacteria) sono bastoncini Gram negativi. Appartengono all'ordine Halobacteriales e alla famiglia Halobacteriacea. Questa famiglia ha 19 generi e circa 57 specie. Gli Haloarchaea sono un gruppo monofiletico, cioè hanno un antenato esclusivo.

Un gruppo relativamente vicino agli Haloarchaea sono gli archeobatteri metanogeni, che possono essere Gram negativi o Gram positivi. Hanno varie forme. Si conoscono circa 160 specie diverse, appartenenti a 29 generi, 14 famiglie e sei ordini.

Esempi di bastoncini Gram negativi negli eubatteri

Gruppo di enterobatteri

Generi rappresentativi: Escherichia (gastroenterite), Enterobacter (raramente patogeno), Serratia (raramente patogeno), Salmonella (enterite), Proteus (infezione del tratto urinario), Yersinia (peste), Klebsiella (polmonite). Appartengono ai gammaproteobatteri.

Gruppo Pseudomonas

Generi rappresentativi: Pseudomonas, Burkholderia, Zymomonas e Xanthomonas. Possono essere bacilli dritti o curvi. Diverse specie sono patogene per animali e piante. Ad esempio, Pseudomonas auruginosa è un colonizzatore di ferite e ustioni.

Gruppo di batteri ossidanti zolfo

Genere rappresentativo: Thiobacillus. Questo genere è il più noto dei chemolitotrofi. Le specie Thiobacillus sono sparse tra le suddivisioni (alfa, beta e gamma) dei proteobatteri.

Gruppo di batteri dell'acido acetico

Generi rappresentativi: Acetobacter e Gluconobacter. Eseguono l'ossidazione incompleta di alcoli e zuccheri. Quando il substrato è etanolo, formano acido acetico. Sono particolarmente utili nell'industria delle bevande alcoliche.

Gruppo di batteri che fissano l'azoto

Generi rappresentativi: Azotobacter e Zomonas. Fissano l'azoto aerobicamente. La maggior parte appartiene agli alfa o ai gammaproteobatteri. I batteri del genere Azotobacter sono bacilli particolarmente grandi.

Gruppo di batteri ipertermofili

Generi rappresentativi: Thermotoga e Thermodesulfobacterium. Sono ipertermofili bacillari che crescono a temperature superiori a 70 ºC. Sono stati isolati da habitat terrestri, sorgenti termali e sorgenti sottomarine.

Esempi di bastoncini Gram negativi in ​​Archaea

Halobacterium salinarum

È mobile, vive in ambienti con un'alta concentrazione di sale (> 4 M). Può utilizzare la luce come fonte di energia perché contiene batteriorodopsina, una pompa protonica dipendente dalla luce. Questa pompa consente di catturare la luce e creare un gradiente elettrochimico attraverso la membrana.

L'energia del gradiente elettrochimico viene utilizzata per sintetizzare l'ATP mediante l'ATP sintasi.

Metanomicrobio movile

È un bastoncino Gram negativo. Lo strato S mostra un'organizzazione esagonale. Le proteine ​​dello strato S hanno punti isoelettrici bassi, indicando che sono ricche di residui di amminoacidi acidi. La percentuale di residui idrofobici è bassa.

Vive nel rumine delle pecore. Produce metano tramite la riduzione dell'anidride carbonica utilizzando H ₂ o formiato. Non può metabolizzare acetato, metilammine o metanolo. Presenta un pH ottimale compreso tra 6,5 ​​e 8. Ha un ruolo importante nella funzione del rumine e nella nutrizione animale.

Bastoncini Gram negativi che causano malattie

Klebsiella pneumoniae

È uno degli agenti causali della polmonite. K. pneumoniae è un patogeno opportunista che infetta il sistema respiratorio di esseri umani e animali. Non è mobile. È un bastoncino Gram negativo che produce una capsula preponderante, che lo protegge dalla fagocitosi.

Pseudomonas aeruginosa

È un bastoncino Gram negativo. Produce malattie come il tratto urinario e le infezioni dell'orecchio. Colonizza ferite e ustioni sulla pelle. In determinate condizioni, produce un biofilm polisaccaridico per stabilire una comunità batterica e proteggerla dal sistema immunitario.

Haemophilus

Sono piccoli bastoncini Gram negativi e talvolta pleomorfi. Esistono diverse specie associate alla malattia nell'uomo, come H. influenzae (polmonite), H. aegyptius (congiuntivite), H. ducrey (cancroide) e H. parainfluenzae (batteriemia ed endocardite).

Legionella

Sono bastoncini Gram negativi sottili e pleomorfi. Sono parassiti intracellulari. Si moltiplicano nei macrofagi alveolari. Produce polmonite e infezioni sporadiche, epidemiche e nosocomiali. La Legionella pneumophila è responsabile delle epidemie.

Salmonella

Sono bastoncini Gram-negativi anerobici facoltativi. Possono colonizzare vari animali, inclusi mammiferi, uccelli e rettili. La maggior parte delle infezioni si verificano dopo l'ingestione di cibo contaminato o per trasmissione diretta per via fecale-orale. Provoca la gastroenterite.

Riferimenti

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