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Per rispondere alla maggior parte dei quiz inerenti a quest’argomento, è solitamente sufficiente conoscere i principali esempi di batteri Gram positivi e negativi. Può quindi essere utile schematizzare, alla fine di questa spiegazione, questo tipo di informazioni!

Nelle prossime righe, però, vogliamo andare più a fondo nell’argomento e comprendere una volta per tutte cosa significhi “Gram positivo” e “Gram negativo”.

Sappiamo bene che la spiegazione che seguirà potrà sembrarti un tantino troppo approfondita, soprattutto se comparata al modo in cui è trattato l’argomento in numerosi altri manuali di preparazione. E riconosciamo che non sia strettamente necessario ricordare ogni singolo aspetto che ti spiegheremo, in vista esclusiva del test. Tuttavia, speriamo tu voglia cimentarti nella comprensione di quanto segue con una prospettiva più amplia, che avrà come conseguenza inevitabile non sbagliare mai più un eventuale quiz sull’argomento. La spiegazione ti sarà poi parecchio utile per avere definitivamente chiara la composizione della parete batterica.

Cominciamo!

Cos’è un batterio Gram positivo?

Si definisce Gram positivo, un batterio che riesce ad essere colorato attraverso la colorazione di Gram. Sarà invece Gram negativo un batterio che non riuscirà a “trattenere” il colorante di Gram e dunque ad essere colorato da questo.

Partendo da questa definizione, il passaggio successivo è studiare da cosa dipenda questo differente comportamento, questa differente “affinità” tintoriale.

Per farlo, andiamo a seguire i differenti passaggi per mezzo dei quali avviene la colorazione di Gram. Come vedrai, si tratta di una procedura piuttosto complessa distribuita in più step, ognuno con un suo ruolo.

1. Una volta distribuiti i batteri in analisi su un supporto, questi vengono colorati con una prima sostanza: il cristal-violetto, il quale interagisce per lo più con le componenti acide della parete batterica. Dopo un paio di minuti, viene utilizzata dell’acqua per rimuovere il colorante in eccesso.
2. Il secondo passaggio prevede la fissazione del colorante appena utilizzato, per mezzo di una sostanza che viene definita “mordenzante”. Semplicemente, un mordenzante è una soluzione in grado di fissare come un mordente il colorante (cristal-violetto) alla parete batterica. In questo caso, la soluzione che viene utilizzata a questo scopo è il Liquido di Lugol (sostanzialmente ioduro di potassio: KI).
3. Il prossimo passaggio prevede l’applicazione di etanolo sul terreno di coltura, che permette la decolorazione di tutti quei batteri che non sono riusciti a trattenere il colorante a dovere. L’alcol agirà come un solvente sulla parete più esterna dei batteri e, nel caso dei Gram negativi, questa azione di solvatazione sarà sufficiente ad espellere il colorante. Capiremo tra un attimo come invece la parete dei Gram positivi sia differente, in grado quindi di trattenere la colorazione di cristal-violetto anche a seguito del tentativo di espulsione indotto dall’alcol.
4. L’ultimo passaggio consiste nell’applicazione di un ultimo colorante, la safranina, una sostanza rossastra che lega la parete di quei batteri non più legati al cristal-violetto (se un batterio è legato al cristal-violetto, la safranina non riesce a legarsi alla sua parete).

Alla luce di quanto abbiamo appreso, un Gram positivo risulterà violetto (a causa del legame con il cristal-violetto) dopo la colorazione, mentre un Gram negativo sarà rosso (a causa del legame con la safranina).

A questo punto del discorso, è necessario (ed interessante) studiare la composizione molecolare della parete batterica per comprendere definitivamente da dove provenga questo differente comportamento.

Batteri gram positivi

La parete batterica di questi batteri è piuttosto semplice: dopo la solita membrana plasmatica, viene a costituirsi uno spesso strato di peptidoglicano. Questa sostanza è un polimero di grande interesse biologico.

È costituito (in buona sostanza) da una alternanza di due molecole: n-acetilglucosammina (NAG) ed acido n-acetilmuramico (NAM).

Potremmo dilungarci all’infinito nell’analisi molecolare di questa sostanza, ma a dir la verità ci spingeremmo troppo a fondo, col rischio di perdere la direzione del discorso. Ricorda però che il peptidoglicano può anche chiamarsi Mureina e che questa rete molecolare, nei Gram positivi, è molto spessa (circa 80 nanometri).

Associate al peptidoglicano, compaiono molecole che attraversano questo strato di parete, come gli acidi teicoici. Tutte molecole, queste, con numerose funzioni: da un semplice ruolo strutturale, come collanti, alla capacità di regolare la presenza di Sali minerali e sostanze nutritive.

Ebbene: quando il cristal-violetto penetra questa spessa e resistente parete, non c’è alcol che tenga. Il colorante rimane sequestrato all’interno ed il batterio appare positivo alla colorazione di Gram.

Batteri gram negativi

La parete di questi batteri è leggermente più complessa rispetto a quella dei Gram postivi. Anche in questo caso, infatti, alla membrana plasmatica batterica segue uno strato di peptidoglicano. Tuttavia, stavolta questa rete molecolare è ben più sottile (circa 8 nanometri, a fronte di 10 volte tanto nei Gram positivi) e, soprattutto, è seguita da una seconda membrana, più esterna.

La sequenza di strutture dall’interno verso l’esterno è dunque la seguente: membrana plasmatica – peptidoglicano (8 nanometri) – membrana esterna.

La struttura della membrana esterna è poi di un particolare interesse biologico dal momento che la sua composizione prevede la presenza, sul versante più esterno, di una componente molto importante: LPS.

LPS sta per lipopolisaccaride ed è una struttura particolarmente attiva nel determinare una risposta immunitaria.

Contestualizzando quanto appena visto con il comportamento tintoriale, risulta intuitivo come il peptidoglicano ben più sottile non sia capace di contenere il cristal-violetto in modo efficiente se l’etanolo provvede a sciogliere la membrana esterna che contribuisce a formare la parete batterica del Gram negativo.

Curiosità: come funziona un antibiotico come la penicillina?

Una cellula e quindi un batterio, può essere distrutta in molti modi. Può essere indotta la sua apoptosi attraverso l’induzione di vie di segnalazione molecolari, può essere provocata la sua necrosi attraverso il calore oppure può essere uccisa abbattendo le proprie barriere con l’ambiente esterno.

Proprio quest’ultima metodica è quella utilizzata dalla penicillina per uccidere i batteri. In particolare, la penicillina si occupa di rompere lo strado di peptidoglicano che costituisce la parete batterica che abbiamo imparato a conoscere e, lesionata quella, la morte avviene per lisi osmotica.

Se proprio sei una/o a cui piace (come me) conoscere le cose per davvero, ti vorrei far vedere ancora più da vicino come venga messo in atto il meccanismo di rottura. Poi ti prometto che finirà, questa rottura.

Ricordi? Il peptidoglicano è un polimero formato da N-acetilglucosammina ed acido N-acetilmuramico. Quando te li ho nominati la prima volta, non mi sono dilungato troppo nell’approfondire la struttura del polimero stesso.

Ma, se sei arrivata/o fin qui, probabilmente ti interessa davvero sapere come vada a finire la storia. Quindi approfondiamo un pochino.

Legati all’acido N-acetilmuramico vi sono degli amminoacidi. Da 3 a 5, in particolare. E proprio a queste catene amminoacidiche è affidato un compito strutturale fondamentale, che consiste nel determinare dei legami tra le varie singole catene di peptidoglicano. In questo modo viene a tessersi il complesso reticolo che costituisce la parete cellulare batterica.

I legami tra i vari ponti amminoacidici delle diverse catene lineari di peptidoglicano sono assemblati da specifici enzimi: le transpeptidasi.

Ebbene, le penicilline agiscono proprio inibendo questi enzimi, rendendo quindi meno efficiente la resistenza del peptidoglicano, provocando la morte cellulare. Dal momento che il peptidoglicano è di fatto l’unico costituente della parete batterica dei Gram positivi, le penicilline (ed i farmaci “beta-lattamici” di cui le penicilline fanno parte) sono particolarmente efficaci sui Gram positivi.

Di seguito, ecco una tabella che ti mostra i principali batteri Gram positivi e Gram negativi.

Spero di averti interessato e fatto scoprire cose nuove.

Un abbraccio,

Pro-Med Family