Gram-Positivi - Batteri Gram +

Introduzione

I Gram-positivi sono batteri che - come si può dedurre dal loro stesso nome - risultano positivi alla colorazione di Gram trattenendo una colorazione viola dopo essere stati sottoposti a tale analisi di laboratorio.
Gram-positivi e Gram-negativiLa colorazione di Gram è un metodo utilizzato per classificare i batteri in funzione delle caratteristiche della loro parete cellulare, ma questo non significa che ci sia necessariamente una relazione filogenetica fra le specie batteriche che rientrano in uno stesso gruppo, Gram-positivo o negativo che sia.

La parete cellulare batterica

La parete cellulare batterica può essere definita come una sorta di "contenitore" rigido che racchiude la cellula batterica conferendole una certa robustezza e condizionandone la forma.
Il componente fondamentale della parete cellulare 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.
Legato a ogni molecola di NAM troviamo un pentapeptide (cioè una "coda" di cinque amminoacidi) che termina con due amminoacidi uguali, in particolare, con due molecole di D-Alanina.
Sono proprio queste D-Alanina terminali che - in seguito all'azione dell'enzima transpeptidasi - permettono la formazione dei legami crociati all'interno del peptidoglicano.
Più precisamente, 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 non esercita solamente un ruolo protettivo nei confronti della cellula batterica ma regola anche il trasporto di sostanze all'interno della 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 quello finora descritto è riscontrabile sia nelle pareti dei Gram-positivi, sia in quelle dei Gram-negativi.
Tuttavia, poiché lo scopo di quest'articolo è di chiarire le peculiarità dei batteri Gram-positivi, di seguito saranno descritte solo le caratteristiche della parete cellulare di questi ultimi e non sarà presa in considerazione la parete dei Gram-negativi.

Parete cellulare dei Gram-positivi

Nella parete dei Gram-positivi il legame peptidico fra le catene polisaccaridiche del peptidoglicano si forma attraverso un ponte pentaglicinico, cioè un ponte costituito da cinque molecole di glicina (un amminoacido).
La parete cellulare dei Gram-positivi è uniforme e relativamente spessa (20-80 nm). È costituita da numerosi strati di peptidoglicano che sono intersecati da acidi teicoici (polimeri di alcoli e fosfati).
La parete dei Gram-positivi è molto polare e consente la permeazione di molecole idrofile (come quelle utilizzate nella colorazione di Gram che sarà descritta qui di seguito) ma non di composti idrofobi.


Parete batterica gram positivi

Colorazione di Gram

La colorazione di Gram è un procedimento ideato e messo a punto nel 1884 da un 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.
Dal momento che la parete cellulare dei Gram-positivi è polare, il complesso idrofobico cristalvioletto-iodio non può attraversarla rimanendo così bloccato all'interno della cellula batterica stessa.

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 tipica dei Gram-negativi e assente nei Gram-positivi, 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 che hanno subìto decolorazione nella fase precedente, assumeranno una colorazione che varia dal rosa al rosso.

Tipologie di batteri Gram-positivi

Il grande gruppo dei Gram-positivi comprende molte specie batteriche.
Di seguito, saranno brevemente elencati alcuni dei batteri appartenenti a questa grande categoria.

Stafilococchi (o Staphylococcus)

Gli stafilococchi sono dei cocchi (cioè batteri di forma sferica) appartenenti alla famiglia delle Staphylococcaceae. Gli stafilococchi crescono disponendosi a grappoli.
Fra i vari tipi di stafilococchi patogeni, ricordiamo:

Generalmente, contro questa tipologia di batteri si utilizzano antibiotici quali, penicilline, vancomicina, daptomicina, cefalosporine o fluorochinoloni.

Streptococchi (o Streptococcus)

Gli streptococchi sono dei cocchi che crescono disponendosi a coppie o formando delle catenelle. Gli streptococchi sono in grado di produrre delle tossine capaci di distruggere i globuli rossi, cioè sono dotati di attività emolitica.
Gli streptococchi possono essere suddivisi a loro volta in funzione del grado di emolisi che inducono. Si possono, quindi, distinguere:

  • Streptococchi alfa-emolitici (o α-emolitici) che provocano un'emolisi parziale;
  • Streptococchi beta-emolitici (o β-emolitici) che provocano un'emolisi totale;
  • Streptococchi gamma-emolitici (o γ-emolitici) che non provocano emolisi.

Fra gli streptococchi patogeni, ricordiamo:

  • Streptococcus pyogenes, responsabile di infezioni delle vie respiratorie, della cute, delle ossa, delle articolazioni, dell'apparato cardiovascolare, delle ghiandole digestive e della cavità peritoneale. Inoltre, è anche responsabile d'infezioni opportunistiche in ospiti con sistema immunitario compromesso.
  • Streptococcus agalactiae, responsabile d'infezioni nel feto e nel neonato, d'infezioni del sistema nervoso e delle vie respiratorie.
  • Streptococcus pneumoniae, responsabile d'infezioni del tratto respiratorio, del sistema nervoso, dell'apparato cardiovascolare, delle ghiandole digestive, della cavità peritoneale e di infezioni opportunistiche associate a compromissione del sistema immunitario dell'ospite.

Di solito, contro gli streptococchi vengono utilizzati antibiotici beta-lattamici e macrolidi.

Clostridi (o Clostridium)

I clostridi sono dei bacilli (cioè batteri di forma cilindrica) che - in condizioni ambientali avverse - sono in grado di generare spore in modo da sopravvivere.
Fra i vari clostridi patogeni esistenti, ricordiamo:

Corinebatteri (o Corynebacterium)

I corinebatteri sono dei bacilli appartenenti alla famiglia delle Corynenacteriaceae.
Fra i numerosi esponenti di questo genere, ricordiamo il Corynebacterium diphteriae responsabile della difterite cutanea e della difterite respiratoria.
Gli antibiotici solitamente impiegati per trattare la difterite sono le penicilline, le cefalosporine, la clindamicina e l'eritromicina.
È anche disponibile un vaccino per prevenire l'infezione.

Altri Gram-positivi

Altri batteri Gram-positivi sono: