Gramnegatiivsed bakterid – määratlus, struktuur ja antibiootikumiresistentsus

Gramnegatiivsed bakterid on bakterid, mis Gram-värvitestil ei säilita kristallvioletset värvi ja värvuvad kontravärvi tõttu tavaliselt roosaks või punaseks. Gram-värvimise põhisammud on kristallvioletse värviga töötlemine, joodi lisamine (mis moodustab kristallvioletse–joodi kompleksi), dekoloriseerimine (alkoholi või atsidoalcoholi abil) ning lõpuks safraniiniga kontravärvimine. Gramnegatiivsed rakkudest eemaldub dekoloriseerimise käigus värv ja nad võtavad seejärel safraniini, samas kui Grampositiivsed bakterid säilitavad kristallvioletse kompleksi.

Struktuur ja põhikomponendid

Gramnegatiivsete bakterite iseloomulik tunnus on kaks kohordunud rakumembraani ehk sisemine (tsütoplasma) ja välimine membraan, mille vahel paikneb bakterirakkude rakuseinte periplasmaalne ruum. Peamised erinevused grampositiivsete (Grampositiivsed) ja gramnegatiivsete rakkude vahel tulenevad peptidoglükaani kihist: gramnegatiivsetel see kiht on õhem ja paikneb välimise membraani all.

• Välimine membraan sisaldab lipopolüsahhariidi (LPS) kompleksi, poriine (kanaleid) ja lipiide — see toimib barjäärina ja vähendab paljude ainete, sealhulgas mõnede ravimite ligipääsu raku sisemusse.
• Periplasmaatiline ruum sisaldab ensüüme, sealhulgas mõningaid beetalaktamaase, mis võivad inaktiveerida antibiootikume enne, kui need jõuavad sihtmärgini.
• LPS ja Lipid A on olulised bakterite pinnakomponendid — Lipid A osa on endotoksiinina bioloogiliselt aktiivne ja olulise rolliga immuunvastuse tekitamisel.

LPS ja immuunsüsteemi aktivatsioon

Välimise membraani lipopolüsahhariid (LPS) on inimese organismis tugev immuunsüsteemi ärataja. LPS aktiveerib kaasasündinud immuunvastuse, mille käigus sünteesitakse ja vabaneb tsütokiinide hulk ning aktiveeritakse teisi immuunsüsteemi õnnetusi. Liigne või kontrollimatu tsütokiinide tootmine võib viia laialdase põletiku ja süsteemsete ilminguteni — näiteks bakteriaalse sepsise ja septilise šokini, mille tüüpiline nähtus on tugev vererõhu langus ja organite talitlushäired. LPS‑i toksiline komponent on peamiselt Lipid A, mis käivitab anafülaktoidse tüüpi vastuse ja tugeva põletikulise reaktsiooni ning seeläbi sagedase põletiku tekkimise.

Gram-värvitest: miks värv ei püsi?

Gramnegatiivsete rakkude puhul ei püsi kristallvioletne värv, sest alkoholiga dekoloriseerimisel läbib välimine membraan ja peptidoglükaan paksuse puudumise tõttu ei suuda see siduda kristallvioletset–joodi kompleksi. Seejärel võtab rakk endale kontravärvi (saframiini) ja ilmub mikroskoobis roosa või punasena. Test on kiire ja lihtne meetod kahe peagrupi — Grampositiivsete ja gramnegatiivsete — eristamiseks, mis annab esmase suunis diagnostikas ja ravi planeerimisel.

Antibiootikumiresistentsus

Gramnegatiivsete bakterite struktuur mõjutab oluliselt nende tundlikkust antibiootikumide suhtes. Peamised resistentsusmehhanismid on:

• Välimise membraani madal läbilaskvus — takistab paljude ravimite sisenemist.
• Poriinide mutatsioonid või hulkade vähenemine — vähendavad farmakoloogiliste ainete sissevoolu.
• Periplasmaatilised beetalaktamaasid (sealhulgas laia spektriga β-laktamaasid ja karbapeneem‑hüdrolüsaasid), mis lõhuvad beetalaktami antibiootikume enne, kui need jõuavad oma sihtmärkideni.
• Efflux‑pumbad, mis väljapumbavad ravimit raku seest välja.
• Horisontaalne geeniedastus (plasmidid, transposoonid), mis levitab resistentsusgeene kiiresti bakterite vahel.

Need mehhanismid põhjustavad nii loomulikku (intrinsiikset) kui ka omandatud resistentsust. Tuntud kliinilised probleemid on näiteks ESBL‑(Extended Spectrum β‑Lactamase) toodavad Enterobacteriaceae, karbapeneemaasi tootvad bakteriliigid ning Pseudomonas aeruginosa ja Acinetobacter baumannii raske‑astmelised resistentsusprofiilid.

Näited ja kliiniline tähendus

Mõned levinud gramnegatiivsed patogeenid: Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Neisseria gonorrhoeae, Salmonella, Shigella ja Haemophilus influenzae. Need mikroobid võivad põhjustada kuseteede infektsioone, kopsupõletikku, sepsist, kõhuõõne nakkusi, naha- ja pehmete kudede infektsioone ning sugulisel teel levivaid haigusi.

Ravi planeerimisel tuleb arvestada bakterite võimalikku resistentsust — sageli kasutatakse valiku määramiseks mikrobioloogilisi uuringuid ja antibiogrammi. Raske resistentsuse korral võidakse kasutada kombinatsioonravi või viimase valiku ravimeid (näiteks polümüksiinid), kuid need võivad olla toksilised ja neil on piirangud.

Diagnoos, ennetus ja ravisoovitused

Lisaks Gram‑värvitestile kasutatakse bakterite tuvastamiseks laborites kultiveerimist, biokeemilisi teste, molekulaarseid meetodeid (PCR) ning MALDI‑TOF massispektromeetriat. Tõhus haiguste kontrolli strateegia hõlmab nakkuskontrolli meetmeid (käte hügieen, isoleerimine), resistentsuse seireprogramme ja vastutustundlikku antibiootikumide kasutamist ehk antibiootikumide säästvat ravi.

Kokkuvõttes on gramnegatiivsed bakterid oma struktuuri tõttu eriliselt olulised nii mikrobioloogias kui kliinilises meditsiinis: nende välimine membraan ja LPS annavad neile nii kaitse kui ka patogeneesi vahendi, ja need omadused mõjutavad otseselt diagnoosi, ravi ja resistentsuse leviku probleeme.

Küsimused ja vastused

K: Mis on gramnegatiivsed bakterid?

K: Kuidas tuvastatakse gramnegatiivsed bakterid Gram-värvimise testis?

K: Miks värvuvad gramnegatiivsed bakterid Gram-värvimistesti puhul punaseks või roosaks?

K: Mis muudab gramnegatiivsed bakterid antibiootikumide suhtes vastupidavamaks?

K: Milline on lipopolüsahhariidkihi tähtsus gramnegatiivsetel bakteritel?

K: Mis on LPS-i poolt inimesel vallandatava tsütokiini tootmise tulemus?

K: Milline on Gram-värvi testi kasulikkus?

Otsing