البكتيريا سالبة الجرام

البكتيريا سالبة الغرام هي بكتيريا ، على عكس البكتيريا موجبة الغرام ، لا تحتفظ بصبغة الكريستال البنفسجي المستخدمة في طريقة تلوين غرام لتصنيف البكتيريا. ^{[ 1 ]} وتتمثل سمتها المميزة في أن غلافها الخلوي يتكون من جدار خلوي رقيق من الببتيدوغليكان محصور بين غشاء داخلي ( سيتوبلازمي ) وغشاء خارجي . ^{[ 2 ]} وتوجد هذه البكتيريا في جميع البيئات التي تدعم الحياة على الأرض .

ضمن هذه الفئة، تشمل الأنواع البارزة الكائن النموذجي الإشريكية القولونية ، إلى جانب العديد من البكتيريا الممرضة ، مثل الزائفة الزنجارية ، والمتدثرة الحثرية ، واليرسينيا الطاعونية . وتشكل هذه البكتيريا تحديات كبيرة في المجال الطبي نظرًا لغشائها الخارجي الذي يعمل كحاجز وقائي ضد العديد من المضادات الحيوية (بما في ذلك البنسلين )، والمنظفات التي تُلحق الضرر عادةً بالغشاء الخلوي الداخلي، وإنزيم الليزوزيم المضاد للميكروبات الذي تُنتجه الحيوانات كجزء من جهازها المناعي الفطري . علاوة على ذلك، تحتوي الطبقة الخارجية لهذا الغشاء على عديد سكاريد دهني معقد (LPS) يمكن لمكونه الدهني A أن يُحفز تفاعلًا سامًا عند تحلل البكتيريا بواسطة الخلايا المناعية. قد يؤدي هذا التفاعل إلى صدمة إنتانية ، مما ينتج عنه انخفاض ضغط الدم ، وفشل تنفسي ، وانخفاض توصيل الأكسجين ، وحموضة اللاكتيك . ^{[ 3 ]}

طُوِّرت عدة فئات من المضادات الحيوية لاستهداف البكتيريا سالبة الغرام، بما في ذلك الأمينوبنسلينات ، واليوريدوبنسلينات ، والسيفالوسبورينات ، ومجموعات مثبطات بيتا لاكتاماز (مثل بيبيراسيلين-تازوباكتام )، ومضادات حمض الفوليك ، والكينولونات ، والكاربابينيمات . ويغطي العديد من هذه المضادات الحيوية أيضًا البكتيريا موجبة الغرام. وتشمل المضادات الحيوية التي تستهدف على وجه التحديد البكتيريا سالبة الغرام الأمينوغليكوزيدات ، والمونوباكتامات (مثل أزتريونام )، والسيبروفلوكساسين .

تُظهر البكتيريا التقليدية سالبة الجرام (LPS-diderm) الخصائص التالية :

• يوجد غشاء خلوي داخلي ( سيتوبلازمي )
• توجد طبقة رقيقة من الببتيدوغليكان (وهي أكثر سمكًا في البكتيريا موجبة الجرام).
• يحتوي على غشاء خارجي يحتوي على عديدات السكاريد الدهنية (LPS، والتي تتكون من الليبيد A ، وعديد السكاريد الأساسي ، ومستضد O ) في طبقته الخارجية، والفوسفوليبيدات في طبقته الداخلية.
• توجد البورينات في الغشاء الخارجي، والتي تعمل كمسام لجزيئات معينة.
• يوجد بين الغشاء الخارجي والغشاء السيتوبلازمي حيز مملوء بمادة هلامية مركزة تسمى الحيز المحيط بالبلازما
• ترتبط الطبقة S مباشرة بالغشاء الخارجي بدلاً من الببتيدوغليكان
• إذا كانت الأسواط موجودة، فإنها تحتوي على أربع حلقات داعمة بدلاً من حلقتين.
• لا توجد أحماض تيكويك أو أحماض ليبوتيكويك
• ترتبط البروتينات الدهنية بالعمود الفقري للسكريات المتعددة
• يحتوي بعضها على بروتين براون الدهني ، الذي يعمل كرابط بين الغشاء الخارجي وسلسلة الببتيدوغليكان برابطة تساهمية
• معظمها، باستثناءات قليلة، لا تُكوّن أبواغاً.

مع ذلك، فإن مجموعة LPS-diderm (المقابلة لمملكة Pseudomonadati ، المعروفة سابقًا باسم "Hydrobacteria") ليست النوع الوحيد من البكتيريا التي لا تظهر نتائج إيجابية في التلوين. ^{[ 4 ]} فقد طورت بكتيريا المتفطرة (أو بالأحرى معظم أنواع المتفطرات )، التي لا تنتمي إلى هذه المجموعة، غشاءً خلويًا خارجيًا بشكل مستقل، بجدار خلوي مصنوع من حمض الميكوليك . ^{[ 5 ]} وهذا ما يمنحها بنية وخصائص مختلفة تمامًا. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

في العديد من البكتيريا سالبة الجرام، يقوم بروتين الغشاء IgaA بتنظيم نظام نقل الفوسفات Rcs بشكل سلبي، وهو مسار رئيسي للاستجابة للإجهاد في الغلاف الخلوي والذي يساعد في الحفاظ على سلامة الغلاف الخلوي.

إلى جانب شكل الخلية، يُعدّ تلوين غرام أداة تشخيصية سريعة، وقد استُخدم سابقًا لتصنيف الأنواع ضمن شعبة البكتيريا. تاريخيًا ، قُسّمت مملكة البدائيات إلى أربع شعب بناءً على تلوين غرام: الفيرميكوتس (+)، والجراسيليكوتس (-)، والموليكوتس (0) ، والميندوكوتس (متنوعة). ^{[ 10 ]} منذ عام 1987، دُحضت أحادية النمط الوراثي للبكتيريا سالبة غرام من خلال الدراسات الجزيئية . ^{[ 11 ]}

تقسم المعرفة الحالية البكتيريا سالبة الغرام إلى مجموعتين رئيسيتين وبعض الأنواع التي تقع بين المجموعتين. تشترك الأنواع "التقليدية" ذات الغشاء الخارجي المحتوي على عديد السكاريد الشحمي (LPS) في سلف مشترك، وتُصنف ضمن مملكة الزائفة (Pseudomonadati) . ^{[ 4 ]} أما الأنواع الأقل تقليدية فهي رتبة المتفطرات (Mycobacteriales )، التي تمتلك جدارًا خلويًا من حمض الميكوليك وغشاءً خارجيًا. ^{[ 5 ]} تُعتبر كل من المملكة والرتبة أحادية النمط (أو بالأحرى، ليست أحادية النمط)، لكن مجموعتي "LPS-diderm" و"mycolic-diderm" ليستا كذلك، لأن بعض البكتيريا في المملكة والرتبة لا تتصبغ بصبغة غرام السالبة. سيتم تناول هذه البكتيريا في القسم التالي.

تُصنَّف البكتيريا تقليديًا بناءً على استجابتها لصبغة غرام إلى بكتيريا موجبة غرام وبكتيريا سالبة غرام. تُعرف البكتيريا موجبة غرام، التي تمتلك غشاءً واحدًا فقط، باسم البكتيريا أحادية الغشاء ، بينما تُعرف البكتيريا سالبة غرام، التي تمتلك غشائين، باسم البكتيريا ثنائية الغشاء . كان يُعتقد سابقًا أن هذه المجموعات تُمثل سلالات، أي أن الغشاء الإضافي تطور مرة واحدة فقط، بحيث تكون البكتيريا سالبة غرام أقرب صلةً ببعضها البعض من أي بكتيريا موجبة غرام. مع أن هذا صحيح في كثير من الأحيان، إلا أن نظام التصنيف لا يتطابق في بعض الحالات، حيث لا تتطابق مجموعات السلالات مع نتائج الصبغة. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 6 ] [ 7 ]} وبالتالي، لا يُمكن الاعتماد على صبغة غرام لتقييم العلاقات العائلية للبكتيريا. ومع ذلك، غالبًا ما تُقدم الصبغة معلومات موثوقة حول تركيب غشاء الخلية، حيث تُميز بين وجود غشاء دهني خارجي أو عدم وجوده . ^{[ 12 ] [ 14 ]}

من بين هاتين المجموعتين المتميزتين بنيويًا من الكائنات بدائية النواة ، يُعتقد أن بدائيات النواة أحادية الغشاء هي السلف. واستنادًا إلى عدد من الملاحظات المختلفة، بما في ذلك أن البكتيريا موجبة الجرام هي الأكثر حساسية للمضادات الحيوية ، وأن البكتيريا سالبة الجرام مقاومة للمضادات الحيوية بشكل عام، فقد اقتُرح أن الغشاء الخلوي الخارجي في البكتيريا سالبة الجرام (ثنائية الغشاء) قد تطور كآلية وقائية ضد ضغط الانتقاء الناتج عن المضادات الحيوية . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 8 ]} وتُعتبر بعض البكتيريا، مثل بكتيريا دينوكوكوس ، التي تُصبغ بلون موجب الجرام لوجود طبقة سميكة من الببتيدوغليكان ، ولكنها تمتلك أيضًا غشاءً خلويًا خارجيًا، وسيطة في الانتقال بين البكتيريا أحادية الغشاء (موجبة الجرام) وثنائية الغشاء (سالبة الجرام). ^{[ 12 ] [ 8 ]}

تُعرف مجموعة البكتيريا سالبة الغرام التقليدية ثنائية الغشاء الحاملة للليبوساكاريد ( مثل: Pseudomonadota ، وAquificota ، و Chlamydiota ، و Bacteroidota ، وChlorobiota ، وCyanobacteria ، وFibrobacterota ، وVerrucomicrobiota ، وPlanctomycetota ، وSpirochaetota ، و Acidobacteriota ) بشكل فريد من خلال عدد قليل من الطفرات المحفوظة المميزة (CSI) في بروتين HSP60 ( GroEL ). ويُشير وجود هذه الطفرات في جميع الأنواع المُتسلسلة من شعب البكتيريا سالبة الغرام التقليدية الحاملة للليبوساكاريد إلى أن هذه الشعب البكتيرية تُشكل فرعًا أحادي النمط ، وأنه لم يحدث فقدان للغشاء الخارجي في أي نوع من أنواع هذه المجموعة. ^{[ 8 ]} وبناءً على ذلك، تم تصنيفها ضمن مملكة Pseudomonadati (المعروفة سابقًا باسم "Hydrobacteria"). ^{[ 4 ]}

تكمن الصعوبة في التصنيفات الأخرى التي تمتلك أيضًا بنية ثنائية الطبقات.

• المجموعة الأولى شبه عرقية . تضم عددًا من التصنيفات (بما في ذلك Negativicutes و Fusobacteriota و Synergistota و Elusimicrobiota ) التي تنتمي إما إلى شعبة Bacillota (مجموعة أحادية الطبقة) أو إلى فروع قريبة منها. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} تفتقر هذه التصنيفات إلى بصمة GroEL CSI، مما يثبت عدم انتمائها إلى المجموعة الأولى. ^{[ 8 ]} من المحتمل أن يكون بعضها أحادي الطبقة، ولكن بطبقة رقيقة جدًا من LPS لا تظهر على الصبغة. بينما يمتلك البعض الآخر تراكيب أكثر تعقيدًا. ^{[ 15 ]}
• أما المجموعة الثانية فهي المتفطرات ذات الأهمية السريرية ، والتي تشمل معظم رتبة المتفطرات . وهي لا تحتوي على CSI، وجدارها الخلوي مصنوع من مادة مختلفة: حمض الميكوليك . ^{[ 5 ]}

التحول هو إحدى ثلاث عمليات لنقل الجينات الأفقي ، حيث تنتقل المادة الوراثية الخارجية من بكتيريا إلى أخرى، والعمليتان الأخريان هما الاقتران (نقل المادة الوراثية بين خليتين بكتيريتين متصلتين مباشرة) والنقل الفيروسي (حقن الحمض النووي الغريب بواسطة فيروس عاثية بكتيرية في البكتيريا المضيفة). ^{[ 24 ] [ 25 ]} في التحول، تمر المادة الوراثية عبر الوسط المحيط، ويعتمد امتصاصها كليًا على البكتيريا المستقبلة. ^{[ 24 ]}

حتى عام 2014، كان من المعروف أن حوالي 80 نوعًا من البكتيريا قادرة على التحول، موزعة بالتساوي تقريبًا بين البكتيريا موجبة الجرام وسالبة الجرام؛ وقد يكون هذا العدد مبالغًا فيه نظرًا لأن العديد من التقارير مدعومة بأوراق بحثية منفردة. ^{[ 24 ]} دُرِسَ التحول في أنواع من البكتيريا سالبة الجرام ذات أهمية طبية، مثل الملوية البوابية (Helicobacter pylori )، والليجيونيلا الرئوية (Legionella pneumophila )، والنيسرية السحائية (Neisseria meningitidis) ، والنيسرية البنية (Neisseria gonorrhoeae) ، والمستدمية النزلية (Haemophilus influenzae) ، وضمات الكوليرا (Vibrio cholerae ). ^{[ 26 ]} كما دُرِسَ أيضًا في أنواع سالبة الجرام موجودة في التربة، مثل الزائفة الستوتزرية (Pseudomonas stutzeri) ، والأسينيتوباكتر البايلي (Acinetobacter baylyi) ، ومسببات الأمراض النباتية سالبة الجرام، مثل رالستونيا سولاناسيروم (Ralstonia solanacearum) وزيليلا فاستيديوزا (Xylella fastidiosa ) . ^{[ 26 ]}

من الخصائص الفريدة العديدة للبكتيريا سالبة الغرام بنية غشائها الخارجي . تحتوي الطبقة الخارجية لهذا الغشاء على عديد السكاريد الدهني (LPS)، الذي يعمل جزء الليبيد A منه كسم داخلي . ^{[ 1 ]} إذا دخلت البكتيريا سالبة الغرام إلى الدورة الدموية ، فإن عديد السكاريد الدهني (LPS) قد يُحفز استجابة مناعية فطرية ، مما يُنشط الجهاز المناعي ويُنتج السيتوكينات (منظمات هرمونية). يؤدي هذا إلى التهاب ، وقد يُسبب رد فعل سام، ينتج عنه حمى، وزيادة في معدل التنفس، وانخفاض في ضغط الدم . لهذا السبب، قد تؤدي بعض العدوى بالبكتيريا سالبة الغرام إلى صدمة إنتانية تُهدد الحياة . ^{[ 3 ]}

يحمي الغشاء الخارجي البكتيريا من العديد من المضادات الحيوية والأصباغ والمنظفات التي قد تُلحق الضرر عادةً بالغشاء الداخلي أو جدار الخلية (المكون من الببتيدوغليكان ). كما يُكسب الغشاء الخارجي هذه البكتيريا مقاومةً لليزوزيم والبنسلين . ويحتوي الحيز المحيط بالبلازما (الحيز بين غشائي الخلية) على إنزيمات تُحلل أو تُعدل المضادات الحيوية. تشمل الأدوية الشائعة الاستخدام لعلاج العدوى بالبكتيريا سالبة الغرام: البنسلينات الأمينية والكربوكسيلية واليوريدو ( مثل الأمبيسيلين والأموكسيسيلين والبيبرسيلين والتيكارسيلين ) . ويمكن دمج هذه الأدوية مع مثبطات بيتا لاكتاماز لمكافحة وجود الإنزيمات التي تُحلل هذه الأدوية (المعروفة باسم بيتا لاكتاماز ) في الحيز المحيط بالبلازما. تشمل الفئات الأخرى من الأدوية التي لها طيف فعال ضد البكتيريا سالبة الجرام السيفالوسبورينات ، والمونوباكتامات ( أزتريونام )، والأمينوغليكوزيدات ، والكينولونات ، والماكروليدات ، والكلورامفينيكول ، ومضادات حمض الفوليك ، والكاربابينيمات . ^{[ 27 ]}

تُشتق صفتا "موجب غرام" و "سالب غرام" من اسم عائلة هانز كريستيان غرام ، عالم البكتيريا الدنماركي؛ وباعتبارهما صفتين مشتقتين من اسم شخص ، يمكن أن يكون الحرف الأول منهما "G" كبيرًا أو صغيرًا، وذلك حسب دليل الأسلوب المُعتمد. على سبيل المثال، يُوصي دليل أسلوب مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها الأمريكي بكتابة: "صبغة غرام" ، و" هذا النوع سالب غرام "، و "نوع سالب غرام" . ^{[ 28 ] [ 29 ]}

• المرافق الآلي
• البكتيريا المتغيرة غرام والبكتيريا غير المحددة غرام
• OMPdb (2011)
• مستقبل الغشاء الخارجي

• البنى ثلاثية الأبعاد للبروتينات من الأغشية الداخلية لبكتيريا إيلي ويث سالبة الجرام