¿Qué es una bacteria Gram positiva?

Bacilos Gram positivos no identificados
Bacilos Gram positivos. Research Gate.

Las bacterias son organismos procariotas unicelulares muy pequeños. Su tamaño suele estar por debajo de los 5 μm, aunque hay excepciones como Thiomargarita namibiensis , que con sus 750 μm es la bacteria más grande conocida.

A diferencia de las células eucariotas (hongos, animales, plantas), las bacterias no presentan núcleo ni ningún otro oganelo celular con membrana, pero presentan pared celular.

En función de la estructura de la pared celular, las bacterias se pueden clasificar en dos grandes grupos: las bacterias Gram positivas (o grampositivas) y las bacterias Gram negativas (o gramnegativas).

La tinción de Gram es una técnica de tinción para observación al microscopio desarrollada por Hans Christian Gram en 1884. Las bacterias Gram negativas se tiñen de fucsia o rosa y las bacterias Gram positivas se observan de color morado o azul.

Es muy importante entender que la clasificación en bacterias grampositivas y gramnegativas es una clasificación en función de la respuesta de las bacterias a una técnica de tinción con unos determinados colorantes y que no se corresponde con grupos taxonómicos ni relaciones filogenéticas entre especies bacterianas.

A continuación veremos como es la estructura de la pared celular de las bacterias Gram positivas y posteriormente repasaremos en que consiste la tinción de Gram y el por qué unas bacterias dan positivo y quedan teñidas de azul-morado y otras dan negativo y quedan teñidas de rosa – fucsia.

Mezcla de gram positivas y gram negativas
Mezcla de gram positivas (cocos morados de Staphylococcus aureus) y gram negativas (bacilos rosas de Escherichia coli)

Pared celular de bacterias Gram positivas

La diferencia más importante entre bacterias Gram positivas y Gram negativas es la composición y estructura de la pared celular.

En ambas, la pared celular consta de la membrana citoplasmática o membrana celular que rodea al espacio interno de la célula. Luego hay una capa de peptidoglicano, y entra la membrana y el peptidoglucano un pequeño espacio llamado espacio periplasmático o periplasma.

En las bacterias gram positivas, la capa de peptidoglucano es gruesa, mientras que en las bacterias gram negativas la capa de peptidoglicano es mucho más fina y está rodeada de otra membrana más, la membrana externa.

Dicho de otro modo, las bacterias gram positivas no tienen membrana externa y cuentan con una capa de peptidoglicano mucho más gruesa que las bacterias ram negativas.

Esquema estructural de la pared celular en gram positivas y en gram negativas
Esquema básico de la estructura de la pared celular en gram positivas y en gram negativas

Membrana citoplasmática

La membrana citoplasmática es una membrana lipídica que rodea al contenido o citoplasma celular.

La estructura a grandes rasgos es similar a la estructura de la membrana citoplasmática de eucariotas: una bicapa lipídica con otras moléculas intercaladas con funciones concretas, sobre todo proteínas y otros lípidos de membrana.

La membrana citoplasmática está presente tanto en gram negativas como en gram positivas sin mucha diferencia entre ellas.

Periplasma

Rodeando a la membrana citoplasmática se encuentra una gruesa capa de peptidoglicano, pero entre ambas hay un pequeño espacio conocido como periplasma o espacio periplasmático.

El espacio periplasmático de las bacterias Gram positivas es mucho más pequeño que el de Gram negativas.

De hecho, es tan pequeño que se ha pensado durante mucho que no tenían, pero a través de observaciones con criomicroscopía electrónica se pudo comprobar que, aunque muy pequeño, las bacterias grampositivas sí que tienen espacio periplasmático.

Capa de peptidoglicano

El peptidoglicano, o mureína, es una sustancia polimérica compuesta por cadenas de glúcidos y aminoácidos. La capa de peptidoglicano se ancla a la membrana citoplasmática, dejando entre ellas el espacio periplasmático.

La capa de peptidoglicano tiene una función estructural muy importante. Mantiene la forma de la célula, le aporta resistencia y contrarresta la presión osmótica del citoplasma evitando que la célula reviente.

El peptidoglicano también interviene en la fisión binaria durante las fases de división y multiplicación bacteriana.

La capa de peptidoglicano está presente en grampositivas y en gramnegativas, pero en las grampositivas es mucho más gruesa y es la capa más externa de la pared celular.

En las gramnegativas la capa de peptidoglicano es mucho más delgada y está rodeada por una segunda membrana lipídica, la membrana externa.

En la capa de peptidoglicano de las Gram positivas se puede encontrar ácidos teicoicos y ácidos lipoteicoicos, sustancias que no están presentes en las Gram negativas. La parte lipídica de las moléculas de ácido lipoteicoico sirve de anclaje del peptidoglicano en la membrana celular.

Como no tienen membrana externa, las bacterias grampositivas no presentan lípido A ni antígeno O, característicos de la membrana externa de gramnegativas.

También, como las grampositivas solo tienen una membrana, los flagelos (en las bacterias que tengan) se unen a la célula mediante un sistema de dos anillos, en comparación con los cuatros anillos que aparecen en los flagelos de las gramnegativas, dos por cada membrana.

En algunas bacterias hay una capa más sobre el peptidoglicano que se conoce como capa S. La capa S está formada por una estructura cristalina de proteínas y glicoproteínas. También puede aparecer en gramnegativas, en este caso apoyada en la membrana externa y no en la capa de peptidoglicano.

En resumen, las bacterias Gram positivas tendrían una pared celular con esta estructura, de dentro hacia fuera:

  1. Membrana citoplasmática
  2. Periplasma (muy delgado)
  3. Peptidoglicano (muy gruesa, con ácidos teicoicos y lipoteicoicos)
  4. Capa S (en algunas bacterias)

Mientras que las Gram negativas tendrían esta estructura:

  1. Membrana interna
  2. Periplasma
  3. Peptidoglicano (muy delgado, sin ácidos teicoicos)
  4. Periplasma
  5. Membrana externa (lípido A, antígeno O)
  6. Capa S (en algunas bacterias)
Pared celular bacteriana: Gram negativa vs Gram positiva
Comparación de la pared celular de bacterias Gram positivas y Gram negativas

¿Qué es la tinción de Gram y por qué las Gram positivas se tiñen de azul – violeta?

La tinción de Gram es una técnica de coloración de las células bacterianas para aumentar su contraste y que se puedan visualizar al microscopio óptico. De forma esquemática, consiste en estos pasos:

  1. Se aplica una solución de cristal violeta que tiñe a todas las bacterias, tanto Gram positivas como Gram negativas.
  2. Se aplica una mezcla de yodo y lugol para fijar el cristal violeta.
  3. Se aplica una mezcla de alcohol y acetona para disolver el cristal violeta no fijado. El cristal violeta se elimina de las bacterias en las que el colorante no se haya fijado.
  4. Las bacterias en las que el cristal violeta permanece sin disolver se ven azules o moradas y se llaman Gram positivas. Han fijado el colorante cristal violeta.
  5. Para que las otras bacterias en las que el cristal violeta se ha disuelto también se puedan ver al microscopio se aplica otro colorante, la safranina o fucsina. Estas otras bacterias se verán rosas y se llaman Gram negativas. No han fijado el cristal violeta.

El mecanismo por el que las bacterias Gram positivas retienen el cristal violeta es que el colorante queda fijado al peptidoglicano, mucho más abundante en estas bacterias.

De todas formas, hay que tener muy claro que la tinción de Gram puede dar falsos positivos y falsos negativos con cierta facilidad; por ejemplo, si se aplica más disolvente de la cuenta o durante un tiempo demasiado largo, todas las bacterias perderían el cristal violeta.

Además, hay bacterias cuya respuesta a la tinción de Gram no se corresponde con la estructura real de su pared celular. Por ejemplo, existen bacterias Gram positivas con capas de peptidoglicano más delgadas de lo habitual y dan negativo en la tinción de Gram.

Incluso existen bacterias, aunque excepcionales, que no tienen pared celular, no tienen peptidoglicano y también dan negativo en la tinción de Gram. Por ejemplo, los micoplasmas.

Por este y otros motivos, la tinción de Gram sigue siendo muy utilizada como método de aproximación diferencial, por ejemplo en identificación de patógenos, pero no se considera una clasificación taxonómicamente relevante ni se corresponde con grupos evolutivos de las bacterias.

Como términos más exactos para aludir a la estructura de la pared celular bacteriana se pueden utilizar monoderma y diderma, según la bacteria tenga una o dos membranas lipídicas. Estos términos fueron propuestos por Radhey S. Gupta en el año 2000.

Patogenia

Entre las bacterias Gram positivas hay géneros que son patógenos típicos y habituales para el ser humano. Entre ellos:

  • Cocos (forma redondeada): Streptococcus, Staphylococcus.
  • Bacilos (forma de alargada, como de barra): Corynebacterium, Listeria, Bacillus, Clostridium.

Referencias
  1. Gupta, R. S. (1998). Protein phylogenies and signature sequences: A reappraisal of evolutionary relationships among archaebacteria, eubacteria and eukaryotes. Microbiology and Molecular Biology Reviews 62(4):1435–1491. PMCID: PMC98952