Gramnegatiivinen bakteeri

Gramnegatiivinen bakteeri on gramvärjäyksessä punaiseksi värjäytyvä bakteeri. Sen soluseinä koostuu varsinaisesta solukalvosta (sisämembraani), ulkokalvosta (ulkomembraani) ja näiden väliin jäävästä periplasmisesta tilasta. Gramnegatiivisten bakteerien peptidoglykaani on kiinni ulkokalvon sisäpinnassa. Periplasmisessa tilassa on ravinnon sisäänottoon erikoistuneita entsyymejä ja muita proteiineja. Gramnegatiivisten bakteerien ulkokalvon pinnalla voi lisäksi olla lipideistä ja hiilihydraateista muodostuneita lipopolysakkarideja, joita kutsutaan myös endotoksiineiksi.

Lipopolysakkaridit ovat pyrogeenejä eli kuume- ja tulehdusreaktioita aiheuttavia molekyylejä. Ne ovat gramnegatiivisilla bakteereilla tuotettujen lääkkeiden valmistuksessa vakava ongelma. Paksuutensa vuoksi gramnegatiiviset bakteerit ovat teollisesti melko hyödyttömiä. Siksi ne soveltuvatkin parhaiten kalliiden solunsisäisten lääkeproteiinien tuottoon.

Esimerkkejä gramnegatiivisista bakteereista
Suuri gramnegatiivisten bakteerien ryhmä on proteobakteerit, joihin kuuluvat muun muassa Escherichia coli, Salmonella, Pseudomonas aeruginosa, Moraxella catarrhalis, Helicobacter pylori, Legionella ja Stenotrophomonas. Muita merkittäviä gramnegatiivisia bakteereita ovat syanobakteerit ja spirokeetat.

Lääketieteellisesti merkittäviin gramnegatiivisiin kokkibakteereihin kuuluvat tippurin aiheuttava Neisseria gonorrhoeae, aivokalvontulehduksen aiheuttava Neisseria meningitidis ja hengitystieinfektioita aiheuttava Moraxella catarrhalis. 

Tauteja aiheuttavia gramnegatiivisia basilleja on sen sijaan enemmän. Hengitystieinfektioita aiheuttavat muun muassa Haemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae, Legionella pneumophila ja Pseudomonas aeruginosa. Etupäässä virtsatieinfektioita aiheuttavat Escherichia coli, Proteus mirabilis, Enterobacter cloacae ja Serratia marcescens. Pääsääntöisesti suolistoinfektioita puolestaan aiheuttavat Helicobacter pylori, Salmonella enteritidis ja Salmonella typhi.

Ulomman membraanin proteiinit 
Ulommalla membraanilla sijaitsee koko membraanin läpi ulottuvia transmembraanisia proteiineja, joita ei esiinny muilla membraaneilla. Ulomman membraanin proteiinit toimivat osana bakteerien puolustusta, ankkurointia, metaboliassa käytettyjen aineiden kuljetusta, adheesiota ja invaasiota, lipopolysakkaridien modifikaatiota sekä säilövät toksiineja.

Transmembraaniset proteiinit muodostuvat β-levystä/domainista, joka on kiertynyt tynnyrimäiseksi rakenteeksi (β-barrel). Tynnyrimäisen rakenteen ulkopuolelle muodostuu hydrofobinen varaus, mikä on tärkeää membraaniin asettumisen kannalta. Proteiinien koko riippuu β-levyn muodostaneiden laskosten määrästä. Esimerkiksi yksi pienimmistä ulomman membraanin proteiineista on OmpA, jolla laskoksia on kahdeksan.

Ulomman membraanien proteiinien asettelumekanismi membraanille on vielä epäselvä. Kuitenkin on saatu selville, että ulomman membraanin proteiinien asettelussa osallisina ovat ainakin kaksi mekanismia; Bam-kompleksi, jossa Bam tulee englanninkielen sanoista β barrel assembly machine ja periplasminen proteaasi DegP. Bam-kompleksin toiminta on toistaiseksi tuntematonta, tiedetään vain, että se on rakenteeltaan hetero-oligomeri, joka katalysoi ulomman membraanin proteiinien integraatiota ulommalle membraanille. DegP puolestaan toimii matalassa lämpötilassa saperonina.

DegP:n toimintaa voisi kuvailla ns. portinvartijana. Tutkimuksessaan Peterson et al. (2017) selvittivät DegP:n osallisuutta ulomman membraanin proteiinien asetteluun ja tulivat tulokseen, että DegP toimii periplasmisessa tilassa ns. laaduntarkkailijana. DegP sitoutuu periplasmisessa tilassa oleviin proteiineihin sykleissä aina uudestaan. Se ei tunnista, jos ulomman membraanin proteiinin rakenteessa on virheitä vaan se vaikuttaa hajottavasti proteiineihin, jotka viettävät normaalia pidemmän ajan periplasmisessa tilassa.

Lähteet

Katso myös 

 Grampositiivinen bakteeri
 Bakteeri
 Mikrobit
 Peptidoglykaani

Seulonnan keskeiset artikkelit