グラム陽性菌とグラム陰性菌の違いとは?分かりやすく解説!

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主な違い – グラム陽性菌とグラム陰性菌

グラム陽性菌とグラム陰性菌は、グラム染色法によって区別される2種類の細菌です。

グラム染色は、1884年にクリスチャン・グラムによって開発されました。

この染色法では、クリスタルバイオレットという染料を使用します。

グラム陽性菌は、外膜がないため、抗生物質に対して感受性が高い。

グラム陰性菌は外膜があるため、抗生物質に対して感受性が低い。

そのため、グラム陰性菌はグラム陽性菌に比べ病原性が高い。

グラム陽性菌とグラム陰性菌の主な違いは、グラム陽性菌は細胞壁に厚いペプチドグリカンとテイコ酸を含み、グラム染色で紫色に染まるのに対し、グラム陰性菌は細胞壁に薄いペプチドグリカンとテイコ酸がなく、対比染色で細胞壁をピンクに染めることである

この記事では

  1. グラム陽性菌とは?
          – 定義、特徴、細胞壁の構造、例題
  2. グラム陰性菌とは?
          – 定義、特徴、細胞壁と細胞外膜の構造
  3. グラム陽性菌とグラム陰性菌の違いは?

グラム陽性菌とは?

グラム染色でクリスタルバイオレットを保持し、検査に陽性色を与える細菌をグラム陽性菌という。

染色により顕微鏡下で紫色に見える。

グラム陽性菌に存在する厚いペプチドグリカン層が、脱色後も染色を保持する役割を担っている。

グラム陽性菌の最大の特徴は、外膜がないため抗生物質に対して感受性が高いことである

棒状のバチルス属のグラム染色を図1に示す。

グラム陽性菌の細胞壁構造

グラム陽性菌は、厚さ20〜80 nmのサクラメントと呼ばれる連続した細胞壁を持つ。

細胞壁は、ムレインと呼ばれるペプチドグリカンで構成されている。

  ペプチドグリカンには、N-アセチル化ムラミ酸とグルコサミンからなる糖鎖骨格があります。

グラム陽性菌では、この糖鎖骨格にオリゴペプチドが高度に架橋されている。

β-ラクタム系抗生物質は、この架橋に関与する酵素であるトランスペプチダーゼを標的としている。

グラム陽性菌の中には、ペプチドグリカン骨格に共有結合しているテイコ酸が存在するものもあります。

テイコ酸は強い負電荷を帯びており、強い抗原性を持っています。

図2にグラム陽性菌の細胞壁の構造を示す。

グラム陰性菌とは?

グラム染色でクリスタルバイオレット染色を保持しない細菌をグラム陰性菌という。

グラム陰性菌は、クリスタルバイオレット染色を保持する役割を担うペプチドグリカン層が薄く、細胞質内膜と菌体外膜に挟まれている。

そのため、グラム陰性菌はグラム染色法の際に対極染色剤であるサフラニンで染色すると、赤色からピンク色に染まることがあります。

大腸菌はグラム陰性菌で、ほとんどの細菌研究でモデル生物として使用されている。

グラム陰性菌は、抗生物質に対する感受性が低いため、より病原性が高い。

グラム陰性菌の抗生物質耐性は、これらの細菌に存在する外膜によってもたらされる。

淋菌、緑膿菌、Yersinia pestisなどのグラム陰性菌は、病原性が高い。

図3:グラム染色によるグラム陰性球菌とグラム陽性桿状細菌

グラム陰性菌の細胞壁と細胞外膜の構造

グラム陰性菌の細胞壁は厚さ5-10 nmで、ペプチドグリカンの単層を含んでいる。

グラム陰性菌では、ペプチドグリカンの骨格は部分的に架橋されている。

テイコ酸はグラム陰性菌の細胞壁には存在しない。

グラム陰性菌は、細胞壁の外側に外膜と呼ばれる厚さ7.5〜10 nmの細胞外皮を有している。

グラム陰性菌の外膜には、エンドトキシンの役割を果たすリポ多糖が存在する。

外膜は、ブラウンのリポタンパク質と呼ばれるリポタンパク質に非共有結合しており、ペプチドグリカン層と共有結合している。

内膜と外膜は数百のバイエルパッチで接着している。

グラム陽性菌とグラム陰性菌の違い

グラム染色

グラム陽性菌のこと。

グラム陽性菌は、グラム染色時にクリスタルバイオレット染色を保持するため、陽性となる。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌:グラム染色時にクリスタルバイオレットを保持しないため、陰性となる。

顕微鏡下での外観

グラム陽性菌。

グラム陽性菌:顕微鏡で見ると、紫色に見える。

グラム陰性菌 グラム陰性菌:サフラニンという対比染色剤を用いてピンク色に見える。

外膜

グラム陽性菌。

外膜は、グラム陽性菌に存在する。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌では外膜は存在しない。

ペプチドグリカン層

グラム陽性菌。

ペプチドグリカン層は厚く、多層になっている。

グラム陰性菌。

ペプチドグリカン層は薄く、単層です。

ペリプラズム空間

グラム陽性菌。

グラム陽性菌では、ペリプラズム腔は存在しない。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌では、ペリプラズム腔は存在する。

細胞壁の厚さ

グラム陽性菌の場合 グラム陽性菌の細胞壁の厚さは、20~80nm程度。

グラム陰性菌。

 グラム陰性菌の細胞壁の厚さは5〜10nm程度です。

細胞壁のテクスチャー

グラム陽性菌の場合 グラム陽性菌の細胞壁は滑らかです。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌の細胞壁は波打っている。

壁中のリポポリサッカライド(LPS)含有量

グラム陽性菌。

グラム陽性菌の細胞壁にはリポポリサッカライドはほとんど含まれていない。

グラム陰性菌。

 グラム陰性菌の細胞壁にはリポポリサッカライドが多く含まれている。

脂質及びリポ蛋白質含有量

グラム陽性菌。

グラム陽性菌の細胞壁には、リピッドとリポプロテインの含有量が少ない。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌:グラム陰性菌の細胞壁には、リピッドとリポプロテインが多く含まれる。

ムレイン

グラム陽性菌のこと。

 グラム陽性菌の細胞壁には、70〜80%のムレインが含まれる。

グラム陰性菌。

 グラム陰性菌の細胞壁には、10〜20%のムレインが含まれる。

外膜の孔

グラム陽性菌の場合  グラム陽性菌の外膜にはポリンは存在しない。

グラム陰性菌。

 グラム陰性菌の外膜には、ポリンまたは親水性チャネルが存在する。

テイコイン酸

グラム陽性菌のこと。

テイコ酸は、グラム陽性菌の膜に存在する。

グラム陰性菌。

 グラム陰性菌の膜にはテイコ酸は存在しない。

べん毛の基部体

グラム陽性菌の場合 グラム陽性菌:鞭毛の基底部には2つのリングがあります。

グラム陰性菌。

 グラム陰性菌:鞭毛の基部には4つのリングがあります。

ピリ

グラム陽性菌。

グラム陽性菌は、毛細血管を持たない。

グラム陰性菌。

 グラム陰性菌には絨毛があります。

プロミネントメソゾーム

グラム陽性菌。

グラム陽性菌では、メゾームが目立つ。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌では、中形態はあまり目立たない。

物理的破壊、アジ化ナトリウム、乾燥に対する耐久性

グラム陽性菌。

グラム陽性菌では、物理的破壊、アジ化ナトリウム、乾燥に対する耐性が高い。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌の物理的破壊、アジ化ナトリウム、乾燥に対する耐性は低い。

アニオン系洗浄剤に対する感受性

グラム陽性菌。

陰イオン洗浄剤に対する感受性は、グラム陽性菌で高い。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌:グラム陰性菌の陰イオン洗浄剤に対する感受性は低い。

塩基性染料による抑制

グラム陽性菌。

グラム陽性菌では塩基性染料による阻害が高い。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌では、塩基性色素による阻害は低い。

リゾチームによる細胞壁の破壊

グラム陽性菌の場合 グラム陽性菌の細胞壁は、リゾチームによって破壊されやすい。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌の細胞壁は、リゾチームによって破壊されにくい。

病原性

グラム陽性菌。

数種類の病原性細菌はグラム陽性になる。

グラム陰性菌。

ほとんどの病原性細菌はグラム陰性です。

有害物質

グラム陽性菌。

外毒素はグラム陽性菌が産生する。

グラム陰性菌。

 エンドトキシン、エキソトキシンのいずれかはグラム陰性菌が産生する。

抗生物質耐性

グラム陽性菌。

 グラム陽性菌は、ペニシリンやスルホンアミドなどの抗生物質に感受性が高い。

グラム陰性菌。

グラム陰性菌は、抗生物質に対してより抵抗力があります。

しかし、ストレプトマイシン、クロラムフェニコール、テトラサイクリンには感受性があります。

グラム陽性菌。

グラム陽性菌:Lactobacillus、Actinomyces、Bacillus、Clostridium、Corynebacterium、Staphylococci、Streptococciなどがあげられる。

グラム陰性菌。

 グラム陰性菌としては、Acetobacter、Chlamydia、Borrelia、Bortadella、Burkholderia、Enterobacter、Escherichia、Helicobacter、Klebsiella、Neisseriaなどが例示される。

結論

グラム陽性とグラム陰性は、細菌に見られる2つの鑑別で、細菌の分類に利用される。

この区別は、細胞壁に存在するペプチドグリカン層の厚さに基づいている。

ペプチドグリカンは、グラム陽性菌とグラム陰性菌の両方に存在する。

ペプチドグリカンは、グラム陽性菌とグラム陰性菌の両方に存在し、細菌に機械的支持と特徴的な形状を与えている。

グラム陽性菌のペプチドグリカン層は多層構造です。

しかし、グラム陰性菌では単層です。

ペプチドグリカン層が厚いため、グラム陽性菌はグラム染色剤であるクリスタルバイオレット-ヨード複合体を細胞壁の内側に保持することができる。

そのため、顕微鏡で見ると紫色に見える。

しかし、グラム陰性菌はグラム染色剤を保持することができず、対極染色剤であるサフラニンで染色することができる。

一方、グラム陰性菌には外膜があり、これが抗生物質に対する抵抗力を与えている。

マイコプラズマのように、細胞壁にペプチドグリカンを持たず、グラム陽性、グラム陰性の区別がつかない細菌もいる。

これらの種は、グラム陽性菌とグラム陰性菌の両方の膜構造をいくつか持っています。

グラム陽性菌とグラム陰性菌の主な違いは、それぞれの菌に存在する細胞壁のペプチドグリカン層の厚さです。

第4版。

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