As bactérias são organismos procarióticos unicelulares muito pequenos. Seu tamanho costuma ser inferior a 5 μm, embora haja exceções como a Thiomargarita namibiensis , que com seus 750 μm é a maior bactéria conhecida.

Ao contrário das células eucarióticas (fungos, animais, plantas), as bactérias não têm um núcleo ou qualquer outra oganela celular ligada à membrana, mas têm uma parede celular .

Dependendo da estrutura da parede celular , as bactérias podem ser classificadas em dois grandes grupos: bactérias Gram positivas (ou Gram positivas) e bactérias Gram negativas (ou Gram negativas) .

A coloração de Gram é uma técnica de coloração para observação ao microscópio desenvolvida por Hans Christian Gram em 1884. As bactérias Gram negativas tingem-se de fúcsia ou rosa e as bactérias Gram positivas aparecem na cor roxa ou azul.

É muito importante entender que a classificação de bactérias gram-positivas e gram-negativas é uma classificação baseada na resposta das bactérias a uma técnica de coloração com certos corantes e que não corresponde a grupos taxonômicos ou relações filogenéticas entre as espécies bacterianas .

A seguir, veremos como é a estrutura da parede celular das bactérias Gram positivas e, posteriormente, revisaremos em que consiste a coloração de Gram e por que algumas bactérias apresentam resultado positivo e são tingidas de azul-púrpura e outras são negativas e tingidas de rosa – fúcsia.

Mistura gram positiva (roxos cocci Staphylococcus aureus ) e gram negativa (bacilos rosa Escherichia coli )

Parede celular de bactérias gram positivas

A diferença mais importante entre as bactérias Gram positivas e Gram negativas é a composição e estrutura da parede celular.

Em ambos, a parede celular consiste na membrana citoplasmática ou membrana celular que envolve o espaço interno da célula. Em seguida, há uma camada de peptidoglicano , e a membrana e o peptidoglicano entram em um pequeno espaço chamado espaço periplasmático ou periplasma .

Em bactérias gram-positivas, a camada de peptidoglicano é espessa , enquanto em bactérias gram-negativas a camada de peptidoglicano é muito mais fina e é circundada por outra membrana, a membrana externa.

Em outras palavras, as bactérias gram positivas não têm membrana externa e têm uma camada de peptidoglicano muito mais espessa do que as bactérias ram negativas .

Diagrama básico da estrutura da parede celular em células gram positivas e gram negativas

Membrana citoplasmática

A membrana citoplasmática é uma membrana lipídica que envolve o conteúdo celular ou citoplasma .

A estrutura é amplamente semelhante à estrutura da membrana citoplasmática eucariótica: uma bicamada lipídica com outras moléculas intercaladas com funções específicas, especialmente proteínas e outros lipídeos da membrana.

A membrana citoplasmática está presente tanto nas gram negativas quanto nas gram positivas, sem grande diferença entre elas.

Periplasma

Ao redor da membrana citoplasmática está uma espessa camada de peptidoglicano, mas entre eles há um pequeno espaço conhecido como periplasma ou espaço periplasmático .

O espaço periplasmático das bactérias Gram positivas é muito menor do que o das Gram negativas.

Na verdade, é tão pequeno que se pensou por muito tempo que eles não os possuíam, mas por meio de observações com a criomicroscopia eletrônica verificou-se que, embora muito pequenas, as bactérias gram-positivas possuem espaço periplasmático.

Camada de peptidoglicano

O peptidoglicano, ou mureína , é uma substância polimérica composta por cadeias de carboidratos e aminoácidos. A camada de peptidoglicano é ancorada à membrana citoplasmática, deixando o espaço periplasmático entre elas.

A camada de peptidoglicano tem uma função estrutural muito importante. Ele mantém a forma da célula, dá-lhe resistência e neutraliza a pressão osmótica do citoplasma, evitando que a célula se rompa.

O peptidoglicano também está envolvido na fissão binária durante as fases de divisão e multiplicação bacteriana.

A camada de peptidoglicano está presente nos gram-positivos e gram-negativos, mas nos gram-positivos é muito mais espessa e é a camada mais externa da parede celular.

Em bactérias gram-negativas, a camada de peptidoglicano é muito mais fina e é circundada por uma segunda membrana lipídica, a membrana externa.

Os ácidos teicóicos e lipoteicóicos podem ser encontrados na camada de peptidoglicanos dos Gram positivos , substâncias que não estão presentes nos Gram negativos. A parte lipídica das moléculas de ácido lipoteicóico serve como uma âncora para o peptidoglicano na membrana celular.

Por não possuírem membrana externa, as bactérias gram-positivas não apresentam lipídio A ou antígeno O, característico da membrana externa das bactérias gram-negativas.

Além disso, como os flagelos gram-positivos têm apenas uma membrana, os flagelos (em qualquer bactéria que a possua) se ligam à célula por meio de um sistema de dois anéis, em comparação com os quatro anéis que aparecem nos flagelos gram-negativos, dois para cada membrana .

Em algumas bactérias não é mais uma camada sobre os peptidoglicanos, que é conhecido como a camada S . A camada S é composta por uma estrutura cristalina de proteínas e glicoproteínas . Também pode aparecer gram-negativo, neste caso apoiado na membrana externa e não na camada de peptidoglicano.

Em resumo, as bactérias Gram positivas teriam uma parede celular com esta estrutura, de dentro para fora:

  1. Membrana citoplasmática
  2. Periplasma (muito fino)
  3. Peptidoglicano (muito espesso, com ácidos teicóico e lipoteicoico)
  4. Camada S (em algumas bactérias)

Enquanto os Gram negativos teriam esta estrutura:

  1. Membrana interna
  2. Periplasma
  3. Peptidoglicano (muito fino, sem ácidos teicóicos)
  4. Periplasma
  5. Membrana externa (lipídeo A, antígeno O)
  6. Camada S (em algumas bactérias)

Comparação da parede celular de bactérias Gram positivas e Gram negativas

O que é a coloração de Gram e por que os positivos de Gram coram azul-violeta?

A coloração de Gram é uma técnica de coloração para células bacterianas para aumentar seu contraste de forma que possam ser visualizadas em um microscópio de luz. Esquematicamente, consiste nestas etapas:

  1. É aplicada uma solução de violeta cristal que cora todas as bactérias, tanto Gram positivas quanto Gram negativas.
  2. Uma mistura de iodo e lugol é aplicada para fixar o cristal violeta .
  3. Uma mistura de álcool e acetona é aplicada para dissolver o cristal violeta não fixado. O cristal violeta é eliminado das bactérias nas quais o corante não se fixou.
  4. As bactérias nas quais o cristal violeta permanece não dissolvido aparecem em azul ou roxo e são chamadas de Gram-positivas . Eles fixaram o corante violeta de cristal.
  5. Para que as outras bactérias nas quais o cristal violeta se tenha dissolvido também possam ser vistas ao microscópio, é aplicada outra mancha, safranina ou fucsina . Essas outras bactérias aparecerão em rosa e são chamadas de Gram negativas . Eles não fixaram o cristal violeta.

O mecanismo pelo qual as bactérias Gram positivas retêm o cristal violeta é que o corante permanece ligado ao peptidoglicano , que é muito mais abundante nessas bactérias.

Em qualquer caso, deve ficar muito claro que a coloração de Gram pode dar falsos positivos e falsos negativos com alguma facilidade; Por exemplo, se mais solvente for aplicado do que o necessário ou por muito tempo, todas as bactérias perderão o cristal violeta.

Além disso, existem bactérias cuja resposta à coloração de Gram não corresponde à estrutura real de sua parede celular . Por exemplo, existem bactérias Gram positivas com camadas mais finas do que o normal de peptidoglicano e são negativas na coloração de Gram.

Existem até bactérias, embora excepcionais, que não apresentam parede celular, não apresentam peptidoglicano e também são negativas na coloração de Gram. Por exemplo, micoplasmas.

Por esta e outras razões, a coloração de Gram continua a ser amplamente utilizada como método de aproximação diferencial , por exemplo na identificação de patógenos, mas não é considerada uma classificação taxonomicamente relevante nem corresponde a grupos evolutivos de bactérias.

Monoderma e diderma podem ser usados ​​como termos mais exatos para se referir à estrutura da parede celular bacteriana , dependendo se a bactéria tem uma ou duas membranas lipídicas. Esses termos foram propostos por Radhey S. Gupta em 2000.

Patogenia

Entre as bactérias Gram-positivas, existem gêneros que são patógenos típicos e comuns para humanos. Entre eles:

  • Cocos (forma arredondada) : Streptococcus , Staphylococcus .
  • Bacilos (alongados, semelhantes a bastonetes) : Corynebacterium , Listeria , Bacillus , Clostridium .