Грам-отрицателни бактерии: дефиниция, клетъчна стена, LPS и резистентност

Научете за грам-отрицателни бактерии: клетъчна стена, ролята на LPS, механизми на антибиотична резистентност и възпалителен имунен отговор.

Грам-отрицателните бактерии са бактерии, които не задържат багрилото кристален виолет при оцветяване. При теста за оцветяване по Грам след кристалния виолет се добавя контраоцветител - сафранин. Това оцветява всички грам-отрицателни бактерии в червено или розово.

Механизмът на теста по Грам включва няколко стъпки: багрилото кристален виолет се свързва с клетъчната стена и следва приложение на йоден разтвор (мордент), който образува по-големи комплекси (CV–I). При обезцветяването (с алкохол или ацетон) при грам-отрицателните бактерии външната мембрана се нарушава и тънкият слой пептидогликан не задържа комплекса, така че багрилото се отмива и клетките се оцветяват от контраоцветителя. При грам-положителните клетки дебелият слой пептидогликан остава дехидратиран и запазва CV–I комплекса, което ги прави виолетови на микроскопията.

Това се случва, защото външната мембрана спира проникването на петното. Самият тест е полезен за класифициране на два различни типа бактерии въз основа на структурните различия на техните клетъчни стени. Грам-положителните бактерии задържат багрилото кристално виолетово, когато се промият в разтвор за обезцветяване. В сравнение с грам-положителните бактерии, грам-отрицателните са по-устойчиви на антибиотици поради относително непропускливата си клетъчна стена.

Структура на грам-отрицателната клетка: външната мембрана е уникална за грам-отрицателните и съдържа липиди, протеини (включително порини) и липополизахаридният (LPS) слой на външната страна. Под външната мембрана се намира периплазматичното пространство с тънък слой пептидогликан и разнообразни ензими (напр. бета-лактамази), а след това цитоплазматична мембрана. Порините контролират входа на малки молекули и антибиотици; промени в порините намаляват проникването и повишават резистентността. Braun-овият липопротеин (murein lipoprotein) свързва външната мембрана с пептидогликана и помага за стабилността на клетъчната обвивка.

Значение на LPS: липополизахаридният слой (LPS) се състои от три основни части — липид A, основен (core) олигозахарид и O-антиген. Липид A е причинителят на токсичните ефекти (ендотоксин), а O-антигенът е променлив и служи за серотипиране и имунна евазия. При хората LPS предизвиква вроден имунен отговор с производство на цитокини и активиране на имунната система. Възпалението е често срещан резултат от производството на цитокини, а масивно освобождаване може да доведе до хипотония, септичен шок, активиране на коагулацията и мултиорганна недостатъчност.

Механизми на резистентност при грам-отрицателните бактерии:

• Намалена пермеабилност: промени или загуба на порини намаляват проникването на антибиотици.
• Ензимна деградация: секреция на бета-лактамази (AmpC, ESBL — разширен спектър, карбапенемази като KPC, NDM и др.), които разграждат бета-лактамните антибиотици.
• Експулсионни помпи (efflux): изхвърлят антибиотици от клетката, понижавайки ефективната концентрация.
• Модификация на мишените: промени в целевите белтъци (напр. ДНК-гираза при резистентност към флуорохинолони).
• Биофилми: образуването на биофилм по повърхности (катетри, импланти) защитава бактерии от антибиотик и имунна система.
• Хоризонтален пренос на гени: плазмиди, транпосони и интегони разпространяват гени за резистентност между щамове и видове.

Клинично значение и примери: грам-отрицателните са честа причина за инфекции на пикочните пътища, дробовете, кръвта и раните. Чести представители са Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Salmonella, Shigella, Neisseria spp. и Haemophilus influenzae. Някои от тях, особено устойчивите щамове (ESBL-продуциращи, карбапенем-резистентни), представляват сериозен проблем в болничната среда.

Диагноза и терапия: диагноза включва микроскопско оцветяване по Грам, културелно изследване и определяне на антибиотична чувствителност (AST). Лечението зависи от локализацията на инфекцията и от механизма на резистентност. Стратегии включват:

• използване на бета-лактамни антибиотици с инхибитори на бета-лактамазите (напр. амоксицилин/клавуланова киселина, пиперациллин/тазобактам);
• карбапенеми при тежки инфекции (с внимание при налични карбапенемази);
• нови комбинации с инхибитори на сертифицирани ензими (напр. ceftazidime–avibactam, meropenem–vaborbactam) при избрани резистентни щамове;
• полимиксини (колистин) и аминогликозиди като спасителни средства при мултирезистентни инфекции, като се взема предвид токсичността;
• комбинирани режими и таргетирана терапия според резултатите от антибиотикограмата.

Предотвратяване и контрол: контролът на разпространението на грам-отрицателни резистентни щамове включва стриктни мерки за инфекциозен контрол в болниците (изолация, дезинфекция, правилно почистване на оборудване), антибиотична политика и стюардшип, хигиена на ръцете и мониторинг на резистентността. В някои случаи ваксинацията (напр. срещу Haemophilus influenzae тип b, Neisseria meningitidis) намалява болестността, причинена от някои грам-отрицателни патогени.

Като обобщение: грам-отрицателните бактерии се отличават със своята външна мембрана и LPS, което обуславя специфичното им поведение при диагностика, предизвиква силни имунни реакции и прави борбата с антибиотичната резистентност предизвикателство за клиницисти и здравни системи.

Въпроси и отговори

В: Какво представляват грам-отрицателните бактерии?

В: Как се идентифицират грам-отрицателните бактерии в теста за оцветяване по Грам?

В: Защо грам-отрицателните бактерии се оцветяват в червено или розово при теста за оцветяване по Грам?

В: Какво прави грам-отрицателните бактерии по-устойчиви на антибиотици?

В: Какво е значението на липополизахаридния слой при грам-отрицателните бактерии?

В: Какъв е резултатът от производството на цитокини, предизвикано от LPS при хората?

В: Каква е ползата от теста за оцветяване по Грам?

Търсене по буква