グラム陰性菌：特徴、構造、病気 - 生物学 - 2025

グラム陰性細菌は、グラム染色を使用した場合にクリスタルバイオレット染料を保持しない細菌です。このため、グラム陽性菌のように青や紫ではなく、赤や淡いピンクに染まります。グラム陰性のものによって得られた色は、フクシンまたはサフラニンであり得る別の染料によるものです。

色の違いは、両方の生物群の細胞壁の性質に関連しています。染色中、クリスタルバイオレットは細菌の細胞壁に結合し、ルゴール（グラム染色で使用される別の化合物）に含まれるヨウ素と水不溶性複合体を形成します。

ピンクグラム陰性菌。撮影および編集者：Microrao。

グラム陽性菌の細胞壁は本質的に厚くて複雑であり、アルコールやアセトンで処理すると、クリスタルバイオレットとヨウ素によって形成された複合体を保持できます。グラム陰性菌の細胞壁はより単純で、クリスタルバイオレットは保持されません。

これらの細菌はユビキタスであり、生命をサポートすることができる地球上の事実上すべての環境に存在しています。このグループには、尿、呼吸器、胃腸の感染症に関連する人間の病原性種が含まれています。一部は同じ保健センターで取得されている（院内）。

一般的な特性

このグループの細菌の主な特徴は、グラム染色技術で赤またはピンクに染色されることです。この示差染色法では、すべての細菌が青または紫に染まりますが、アルコールまたはアセトンで処理した後、グラム陽性菌のみがこのような染色を保持できます。

これらの細菌には2つの脂質膜があり、1つは細胞質膜に、もう1つは細胞壁の外にあります。グラム陰性菌にのみ発生し、一般にリン脂質とリポ多糖で構成されています。

外膜リポ多糖の脂質成分はリピドAとして知られており、循環系に入ると、エンドトキシンショックを引き起こす可能性のある毒性反応を引き起こすエンドトキシンとして機能します。

細胞壁は薄い層を形成するペプチドグリカンで構成されており、ペプチドグリカンのいくつかの層で構成されて両方のタイプの酸を提示するグラム陽性のものとは対照的に、テイコ酸とリポテイコ酸が不足しています。これらは、核膜を細胞質膜に固定する働きをします。

グラム陰性菌のべん毛は、存在する場合、4つのサポートリング（各膜に2つ）がありますが、グラム陽性菌では、膜が1つしかないため、サポートリングは2つしかありません。

構造

平均的な原核細胞。

すべての細菌は核を欠いており、染色体物質は核膜によって細胞質から分離されていません。リボソームも細胞質に埋め込まれています。

グラム陰性菌は、2つの細胞膜とその間の細胞壁で構成されます。細胞壁と内膜の間がペリプラズムです。これに加えて、それは時々鞭毛、線毛、莢膜および非常に例外的に胞子を提示することができます。

細胞壁

細胞壁は主にペプチドグリカンで構成されています。ペプチドグリカンは、N-アセチルグルコサミンとN-アセチルムラミン酸の繰り返し単位で構成されるポリマーであり、薄い層を形成しています。

外膜はペプチドグリカンにしっかりと結合しており、グラム陰性菌の細胞壁の一部です。

外膜

外膜には、リン脂質、リポ多糖、および膜タンパク質が含まれています。リポ多糖は、リピドA（脂質部分）、多糖O、およびそれらの間の多糖の別の鎖で構成されています。リピドAは膜に、多糖類Oは外面に浸されています。

リピポポリサッカライド（LPS）はエンドトキシンであり、その毒性の可能性はリピドAに起因します。この脂質は膜に浸されているため、細菌細胞が溶解した場合にのみその毒性が現れます。

ペリプラズム

高濃度のタンパク質とペプチドグリカンからなるゼラチン状の物質。グラム陰性菌のエネルギー代謝に非常に重要な、それは細胞壁と細胞質膜（ペリプラズム空間）の間に位置しています。

グラム陽性菌（黄色ブドウ球菌、紫色）とグラム陰性菌（ピンク、大腸菌）の顕微鏡画像（倍率1000倍）。撮影および編集者：Y tambe。

細胞膜

細胞膜は、細胞内空間を外部環境から区切る構造です。それは本質的に脂質が約8 nmの半透膜であり、他の細菌の構成と似ており、真核生物の膜とは異なります。真核生物の膜にはステロールが含まれていますが、細菌には含まれていません。

細胞質

これは、細胞質膜によって区切られた細胞含有量であり、リボソーム、核様体、さまざまな高分子が懸濁液中に含まれています。

リボソーム

グラム陰性菌では、リボソームは、細胞質、グループ、またはポリリボソームと呼ばれるメッセンジャーRNAに関連する鎖で個別に発生する可能性があります。

バクテリアDNA

すべての細菌と同様に、細菌のDNAは核内に含まれていません。この遺伝物質は、環状のDNAの二本鎖で構成されています。

フィンブリエまたは線毛

線毛または線毛は、主にグラム陰性菌の外表面に分布する糸状構造です。べん毛との類似性にもかかわらず、それらは変位には使用されませんが、宿主組織への付着や生殖などの他の機能に使用されます。

カプセル

カプセルは、あらゆるタイプの細菌に存在する可能性のある構造です。その損失は細菌の生存率に影響を与えないので、それは重要な構造ではありませんが、それは食作用から生物を保護するので重要です。存在する場合、それは細胞壁の外部にあります。

それは一般的に粘液の外観を持つ多糖類で構成されています。それはいくつかの細菌の毒性因子を構成します。

胞子

これらの構造は、グラム陽性桿菌にほぼ独占的に見られますが、それらも持っている単一のグラム陰性種（Coxiella burnetti）を除きます。それらは体内で形成されるので、それらは内生胞子と呼ばれ、有害な環境要因、ならびに放射線および化学消毒剤に対して非常に耐性のある構造です。

べん毛

細菌のべん毛は、動きに使われる鞭状の構造です。細菌の表面での数と配置は、種によって異なります。

病気

グラム陰性菌、特に腸内細菌および非発酵菌は、さまざまな感染症の原因物質であるため、医学的に非常に重要です。

尿路感染症

グラム陰性菌の尿路感染症は、内因性と外因性の2つのタイプに分類できます。内因性感染症は、細菌が尿路を通じて上行胃腸管にコロニーを形成するときに発生します。外因性のものは一般に、医療中に汚染された器具を使用するために発生します。

これらの疾患は、膀胱炎および前立腺炎の場合のように局所症状を示す可能性があり、逆に、腎盂腎炎または腎膿瘍で発生する可能性があるように、発熱や敗血症を含む全身症状を示す可能性があります。

腹腔内感染

多くのグラム陰性菌は、胃腸内細菌叢の正常なメンバーであり、いかなる種類の疾患も引き起こしませんが、消化管に病変があると感染を引き起こす日和見病原体です。

これらの感染症は局所的で、憩室炎や胆嚢炎のように胃腸管の壁に限局する場合や、腹腔内に広がり腹膜炎を引き起こす場合があります。

腹膜は体腔内臓をすべて覆う膜であるため、この膜の感染はすべての臓器に急速に広がる可能性があります。通常、腹腔内感染が発生した場合、特に膿瘍がある場合、抗生物質による治療は不十分であり、外科的選択肢を使用する必要があります。

気道感染症

このタイプの感染は、高い罹患率と死亡率に関連しています。これは一般に、入院患者または抗生物質治療を受けた患者に発生します。グラム陰性菌によって引き起こされる呼吸器疾患には、気管気管支炎や肺炎が含まれます。

その他の病気

グラム陰性菌はまた、淋病、細菌性髄膜炎、およびほとんどの院内感染症を含む、他の多種多様な疾患に関連しています。

例

肺炎桿菌

Klebsiella pneumoniaeは、棒状の細菌であり、個別に、ペアで、チェーンで、またはグループで見つけることができます。べん毛や胞子はありませんが、よく発達したカプセルを持っています。

この細菌は、病院のさまざまな感染症に関連する日和見病原体であり、死に至ることさえあります。近年、治療が困難で、重大な罹患率と死亡率に関連する高毒性株が出現しました。

ナイセリア・ゴノレア

この細菌は、球菌の隣接する側面が平らにされ、各細胞の長軸が対の長軸に垂直である双球菌であり、一般にその表面に被膜と線毛を持っています。通常、多形核リンパ球内に見られます。オキシダーゼ陰性、カタラーゼ陽性です。

ナイセリア淋病は、性感染症である淋病または眼窩出血と呼ばれる病気の原因です。

モルガネラ・モルガニー

モルガネラモルガニは、オキシダーゼ陰性の通性嫌気性細菌であり、30℃未満の温度ではべん毛を示すが、これを超える温度ではべん毛状の直線的な棒のような形をしています。それは人間や他の種の腸管の一般的なメンバーです。

通常、疾患を引き起こすことなく消化管の共生細菌として発見されますが、他の疾患の中でも、尿路感染症、敗血症、菌血症、下痢、肺炎、自然細菌性腹膜炎またはルドウィッグ狭心症を引き起こす可能性がある日和見病原体です。

参考文献

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