Gram-Negativi - Batteri Gram -

Introduzione

I Gram-negativi sono batteri che - dopo essere stati sottoposti alla tecnica della colorazione di Gram - assumono un colore che varia dal rosa al rosso.
Gram-positivi e Gram-negativiLa colorazione di Gram è un metodo utilizzato per classificare i batteri in funzione delle caratteristiche della loro parete cellulare. L'appartenenza allo stesso gruppo - Gram-negativo o positivo che sia - non significa che vi sia una relazione filogenetica fra le varie specie batteriche di quel gruppo.

La parete cellulare batterica

La parete cellulare batterica può essere definita come una struttura rigida che racchiude la cellula batterica conferendole una certa robustezza e condizionandone la forma.
L'elemento fondamentale che costituisce la parete cellulare batterica è il peptidoglicano (altrimenti conosciuto come mucopeptide batterico o mureina).
Il peptidoglicano è un polimero costituito da lunghe catene polisaccaridiche lineari, unite fra loro da legami crociati fra residui amminoacidici.
Le catene polisaccaridiche sono composte dalla ripetizione di un disaccaride, costituito a sua volta da due monosaccaridi: la N-acetilglucosamina (o NAG) e l'acido N-acetilmuramico (o NAM), legati fra loro da legami glicosidici di tipo β-1,6.
I disaccaridi vengono poi legati l'uno all'altro con legami glicosidici di tipo β-1,4.
Legata ad ogni molecola di NAM troviamo una "coda" di cinque amminoacidi (un pentapeptide) che termina con due amminoacidi uguali, più precisamente, con due molecole di D-Alanina.
Sono proprio queste molecole di D-Alanina terminali che - in seguito all'azione dell'enzima transpeptidasi - permettono la formazione dei legami crociati fra le catene parallele del peptidoglicano.
Più in particolare, la transpeptidasi origina un legame peptidico fra il terzo amminoacido di una catena polisaccaridica e il quarto amminoacido della catena polisaccaridica parallela.


Peptidoglicano

Funzioni della parete cellulare

La parete cellulare batterica svolge un ruolo di protezione molto importante nei confronti della cellula batterica, ma non solo, è anche in grado di regolare il trasporto di sostanze all'interno della cellula stessa.
Pertanto, si può affermare che le principali funzioni della parete cellulare sono:

  • Impedire la rottura delle cellule batteriche per effetto della pressione osmotica. Infatti, molto spesso, i batteri vivono in ambienti ipotonici, cioè in ambienti in cui sono presenti grandi quantità di acqua e che sono "più diluiti" rispetto all'ambiente interno della cellula batterica. Questa differenza di concentrazione, fa sì che l'acqua passi dall'ambiente esterno (meno concentrato) all'interno della cellula batterica (più concentrata) nel tentativo di eguagliare la concentrazione fra i due ambienti. L'entrata incontrollata dell'acqua causerebbe il rigonfiamento della cellula batterica fino a farla scoppiare (lisi osmotica).
    La funzione della parete cellulare è proprio quella di resistere alla pressione esterna dell'acqua, impedendo così il rigonfiamento e la lisi batterica.
  • Proteggere la membrana plasmatica e l'ambiente cellulare da molecole o sostanze dannose per lo stesso battere.
  • Regolare l'entrata dei nutrienti nella cellula batterica.

Tutto ciò che è stato finora descritto, è valido tanto per la parete cellulare dei Gram-negativi, quanto per la parete cellulare dei Gram-positivi.
Tuttavia, poiché lo scopo di questo articolo è fornire indicazioni sulle caratteristiche dei batteri Gram-negativi, di seguito sarà descritta solo la parete cellulare di questi ultimi e non verrà presa in considerazione quella dei Gram-positivi.

Parete cellulare dei Gram-negativi

Nella parete dei Gram-negativi il legame peptidico che si forma fra le catene polisaccaridiche del peptidoglicano è diretto.
La parete cellulare dei Gram-negativi è molto sottile e ha uno spessore di 10 nm, ma è piuttosto complessa, poiché il peptidoglicano è circondato da una membrana esterna ad esso ancorata.
La membrana esterna è costituita da un foglietto interno di tipo fosfolipidico e da un foglietto esterno formato da lipopolisaccaride (o LPS).
La membrana esterna e il peptidoglicano sono collegati fra loro attraverso delle lipoproteine. Poiché la presenza delle sole lipoproteine sulla membrana esterna ostacolerebbe il passaggio di molecole idrofile, sulla membrana sono presenti anche altri particolari complessi proteici definiti porine. Le porine sono dei canali che consentono il passaggio di piccole molecole idrofile.


Parete batterica gram negativi

Per il trasporto di molecole più grandi, invece, sono presenti altre proteine trasportatrici, i carriers.
Lo spazio presente fra la membrana esterna e il peptidoglicano è chiamato periplasma e contiene proteine ed enzimi con funzioni biologiche.
Il lipopolisaccaride è sostituito da tre parti ben distinte:

  • Una parte lipidica interna chiamata lipide A che ha funzioni di endotossina, perciò svolge un ruolo importante nella patogenicità dei Gram-negativi;
  • Una porzione polisaccaridica centrale chiamata core;
  • Una catena polisaccaridica esterna chiamata antigene O. Questo polisaccaride è costituito da zuccheri semplici di varia natura, riuniti in blocchi di tre o cinque unità e ripetuti varie volte in modo da formare molecole con determinate caratteristiche antigeniche tipiche di ogni specie batterica.

Colorazione di Gram

La colorazione di Gram è un procedimento ideato e messo a punto nel 1884 dal batteriologo danese Hans Christian Gram.
La prima tappa di questo procedimento prevede la preparazione di uno striscio (cioè una sottile pellicola del materiale da analizzare) fissato a caldo. In altre parole, un campione dei batteri che s'intendono analizzare viene posto su un vetrino e - tramite l'utilizzo di calore - i microorganismi vengono uccisi e bloccati sul vetrino stesso (fissazione a caldo). Dopo aver preparato lo striscio, si può procedere con la colorazione vera e propria.
La tecnica della colorazione di Gram prevede quattro fasi principali.

Fase 1

Lo striscio fissato a caldo deve essere ricoperto con il colorante cristalvioletto (conosciuto anche come violetto di genziana) per tre minuti. Così facendo tutte le cellule batteriche si coloreranno di viola.

Fase 2

A questo punto, si versa sul vetrino la soluzione di Lugol (una soluzione acquosa di iodio e ioduro di potassio, definita mordenzante, poiché in grado di fissare il colore) e si lascia agire per circa un minuto.
La soluzione di Lugol è polare e penetra nella cellula batterica dove incontra il cristalvioletto con cui forma un complesso idrofobico.

Fase 3

Il vetrino viene lavato con un decolorante (di solito, alcool o acetone) per una ventina di secondi. Dopodiché, si lava con acqua per interrompere l'azione del decolorante.
Al termine di questa fase, le cellule dei batteri Gram-positivi avranno trattenuto il colore viola.
Le cellule dei Gram-negativi, invece, si saranno decolorate. Questo avviene perché l'alcool attacca la struttura lipopolisaccaridica della membrana esterna di questi batteri, agevolando così la perdita del colorante precedentemente assorbito.

Fase 4

Sul vetrino viene aggiunto un secondo colorante (di solito, fucsina acida o safranina) e si lascia agire un paio di minuti.
Al termine di questa fase, le cellule dei batteri Gram-negativi, precedentemente decolorate, assumeranno una colorazione che varia dal rosa al rosso.

Tipi di batteri Gram-negativi

Alla stregua del gruppo dei Gram-positivi, anche il gruppo dei Gram-negativi comprende numerose specie batteriche.
Di seguito, saranno brevemente illustrati alcuni dei principali batteri facenti parte di questo gruppo.

Escherichia coli

L'E. coli è un battere normalmente presente nella flora batterica intestinale umana, ma in soggetti immunodepressi può dare origine a infezioni opportunistiche.
Infatti, E. coli è responsabile di infezioni opportunistiche che provocano patologie come l'uretrocistite, la prostatite, la meningite neonatale, la colite enteroemorragica, la diarrea acquosa o la diarrea del viaggiatore o la sepsi.
A seconda del tipo d'infezione che E. coli scatena, si possono utilizzare diversi tipi di antibiotici. I farmaci più utilizzati sono carbapenemi, alcune penicilline, monobattami, amminoglicosidi, cefalosporine o macrolidi (come claritromicina o azitromicina).

Batteri appartenenti al genere Salmonella

Questi batteri sono responsabili di infezioni dell'apparato gastrointestinale che possono provocare patologie quali gastroenteriti, tifo (febbre enterica) e diarrea.
Per combattere le infezioni causate da questi batteri, solitamente, si utilizza la ciprofloxacina, l'amoxicillina o il ceftriaxone.

Klebsiella pneumoniae

La K. pneumoniae è responsabile d'infezioni del tratto genito-urinario che provocano cistiti, prostatiti o uretrocistiti e di infezioni delle vie respiratorie che provocano ascessi polmonari o polmoniti.
Per il trattamento delle infezioni da K. pneumoniae vengono utilizzati cefalosporine, carbapenemi, fluorochinoloni o alcuni tipi di penicilline.

Batteri appartenenti al genere Shigella

Questi microorganismi sono responsabili dell'insorgenza di patologie come la dissenteria bacillare e la gastroenterite acuta.
Solitamente, per trattare questo tipo d'infezioni vengono utilizzati i fluorochinoloni.

Vibrioni (o Vibrio)

I vibrioni sono bacilli incurvati, cioè batteri caratterizzati da una forma " a virgola".
Fra i vibrioni patogeni per l'uomo, ricordiamo:

  • Vibrio cholerae, responsabile dell'insorgenza del colera. Generalmente, le infezioni da V. cholerae vengono trattate con tetracicline o con fluorochinoloni.
  • Vibrio parahaemolyticus, responsabile di gastroenteriti, enterocoliti, diarrea e sindrome simil-dissenterica.

In caso d'infezione da V. parahaemolyticus si possono utilizzare antibiotici come fluorochinoloni o tetracicline. In alcuni casi si può evitare la terapia con antibiotici e si può procedere con un trattamento di tipo sintomatico.

Batteri appartenenti al genere Yersinia

I batteri del genere Yersinia sono dei bacilli, cioè sono batteri caratterizzati da una forma cilindrica.
Fra gli Yersinia patogeni per l'uomo, ricordiamo:

Campylobacter jejuni

Il C. jejuni è un bacillo spiraliforme responsabile dell'insorgenza di enteriti acute e diarrea.
Le infezioni da lui provocate possono essere trattate con macrolidi (come, ad esempio, l'eritromicina) o con fluorochinoloni.

Helicobacter pylori

H. pylori è un bacillo incurvato responsabile dell'insorgenza di patologie gastrointestinali come la gastrite cronica attiva e l'ulcera peptica.
Il trattamento per l'eradicazione dell'Helicobacter pylori prevede l'utilizzo di tre differenti tipologie di farmaci:

Haemophilus influenzae

H. influenzae è un batterio Gram-negativo responsabile di infezioni del tratto respiratorio e del sistema nervoso che possono provocare otite acuta, epiglottite, sinusite, bronchite, polmonite o meningite batterica acuta.
Gli antibiotici comunemente utilizzati per trattare le infezioni da H. influenzae sono le cefalosporine, le penicilline o i sulfamidici.

Legionella pneumophila

La L. pneumophila è un batterio Gram-negativo responsabile della legionellosi, un'infezione che colpisce l'apparato respiratorio.
La legionellosi può essere trattata con farmaci come l'azitromicina, l'eritromicina, la claritromicina, la telitromicina o i fluorochinoloni.