Forståelse af bakterielle cellevægge: Sammensætning og betydning

Peptidoglykan

Bakterier er en stor og divers gruppe af prokaryoter, der har koloniseret mange områder af verden, fra hav til sumpe og endda fordøjelseskanaler hos dyr. Et næsten universelt træk ved bakterier er tilstedeværelsen af en cellevæg bestående af peptidoglykan. Denne cellevæg ligger uden for den svage cellemembran, der omgiver den bakterielle cel. Variationer i cellevæggen mellem bakterier gør det muligt at bruge cellevæggen til identifikation, og den essentielle natur af cellevæggen har givet et mål i behandlingen af mange bakterielle sygdomme.

Den svage bakterielle membrane hos de fleste eubakterier er omgivet af en cellevæg sammensat af peptidoglykan, også kendt som murein. Peptidoglykan består af to aminosukkere med en kæde på fem aminosyrer, der udvider sig fra et af aminosukkerne. Aminosukkere er sukkerer, der har en amin gruppe erstattet for en af hydroxylgrupperne på et kulstofatom. Enkeltenheder af peptidoglykan er linket sammen i kæder ved fjernelse af et vandmolekyl fra aminosukkerne, hvilket efterlader en binding kaldet en glycosidisk binding. Disse kæder er derefter krydstilsluttet ved peptidbindinger mellem de aminosyrer, der udvider sig fra peptidoglykankæderne.

Gram-farvning

Den bakterielle cellevæg er ofte en af de første egenskaber, der bruges til at identificere og klassificere bakterier. Gram-farvningen bruger et lilla farvestof (krystalt violet eller methylenblåt), efterfulgt af Grams jodløsning for at farve bakterierne. Bakterierne skylles derefter med decolorizer (blanding af ethanol og aceton) og tilføjelse af et rosa farvestof (basisk fuchsin eller safranin). Efter Gram-farvning fremstår gram-positive bakterier som Staphylococcus aureus lilla, da deres tykkere cellevæg beholder det store molekyle, der dannes af krystalt violet og jod. Gram-negative bakterier som Escherichia coli fremstår rosa, da deres tynde cellevæg beholder det rosa farvestof, men ikke det lilla farvestof.

Syreresistent farvning

Nogle medicinsk vigtige bakterier besidder et voksagtigt overtræk over deres cellevæg, der giver et svagt gram-positivt resultat under Gram-farvningen. Disse bakterier omfatter medlemmer af slægten Mycobacterium, som forårsager mæslinger og tuberkulose. I den syreresistente farvning bruges et rødt farvestof (karbolfuchsin) til at farve bakterierne, efterfulgt af en decoloriserende skylning med syre-alkohol-løsning og modfarvning med methylenblåt. Syreresistente bakterier fremstår røde på en lilla baggrund, da de modstår decolorisering af syre-alkohol-løsningen.

Penicillin

Mange antibiotika er fundet og modificeret, der angriber syntesen af cellevæggen hos bakterier. Blandt de mest berømte af disse er penicillin. Bakterier bruger enzymer til at åbne peptidoglykankæderne, hvilket tillader vækst efter binær fissiparitet. Disse kæder genforbindes derefter til nyligt tilføjede kæder. Penicillin målretter specifikt det enzym, der linker kæderne tilbage sammen, hvilket forårsager, at bakterierne revner på grund af det pålagte tryk på deres svage cellemembran. Da mennesker og andre eukaryoter mangler en cellevæg af peptidoglykan og de enzymer, der er nødvendige for bakteriel cellevægssyntese, målretter penicillin bakterien, mens den ignorerer værten. Dog kan nogle individer udvikle en allergisk reaktion på penicillin, der potentielt kan være livstruende.

Penicillinase

Penicillin er et naturligt stof produceret af skimmelsvampe tilhørende slægten Penicillium. Det er da ikke overraskende, at den naturlige tilstedeværelse af penicillin har resulteret i evnen hos nogle bakterier til at modvirke dette stof. Penicillinase er et enzym, der bryder et specifikt træk i strukturen af penicillin og tæt beslægtede stoffer. Penicillinase kodetes på plasmider, korte stykker DNA, der replikerer uafhængigt af det bakterielle genom og kan overføres mellem bakterier. Penicillinase-producerende stamme af sygdomsfremkaldende bakterier er blevet stigende almindelige med bredt og udforskydt brug af disse antibiotika.

Bakterier uden peptidoglykan

Slægten Mycoplasma er unik blandt bakterier ved at de mangler en cellevæg helt. Disse bakterier overvinder svagheden af en bakteriel cellemembran ved at inkorporere stoffer kaldet steroler i deres cellemembran. Interessant nok er bakterierne i stand til at producere sterolerne, men opnår disse stoffer fra en værtsorganisme. Medlemmer af slægten Chlamydia afviger også fra normen for peptidoglykan ved at bruge proteiner i deres sted.