Was ist ein Peptidoglycan?
Peptidoglycan ist eine Art Polymer, das in den Zellwänden von Bakterien vorkommt. Dieses Polymer ist für das als Gram-Färbung bekannte Phänomen verantwortlich, bei dem bestimmte Arten von Bakterien bei Einwirkung von Kristallviolett-Farbstoffen eine satte violette Farbe annehmen, und es erfüllt eine Reihe wichtiger biologischer Funktionen für die von ihm eingeschlossenen Organismen. Das Färbeverfahren ist nicht nur optisch sehr interessant, sondern kann auch wichtige Informationen über die Struktur der untersuchten Bakterien liefern und als Schlüsselinstrument zur Identifizierung dienen.
Dieses Polymer, auch als Murein bekannt, wird aus vernetzten Ketten von Zuckern und Aminosäuren hergestellt. Es bildet eine starre Matrix, die zur Integrität des Bakteriums beiträgt. Peptidoglycan-Zellwände bestimmen zwar nicht die Form eines Organismus, tragen jedoch dazu bei, dass er seine Form beibehält und nicht beeinträchtigt wird. Darüber hinaus bieten sie Schutz vor äußeren Kräften, die die Bakterien bedrohen könnten, wie z. B. Antibiotika.
Bei grampositiven Bakterien besteht die Zellwand aus einer sehr dicken Schicht Peptidoglycan, die die Farbe einer Gramfärbung deutlich beibehält. Gramnegative Bakterien haben eine dünnere Schicht aus Peptidoglycan, die von einer Schicht aus Lipiden umgeben ist, und sie erröten, wenn sie Kristallviolett ausgesetzt werden. Wenn ein Wissenschaftler die Farbe eines Bakteriums betrachtet, kann er die Struktur seiner Zellwand kennenlernen, die einen Hinweis auf die Identität oder auf Verbindungen liefert, die zur Eliminierung des Bakteriums verwendet werden könnten.
Zusätzlich zur Bereitstellung grundlegender Informationen zur Zellwandstruktur kann ein Gramm-Farbstoff auch verwendet werden, um die Struktur eines Bakteriums unter einem Mikroskop sichtbar zu machen. Ein Peptidoglycan-reicher Organismus wird mit dem Farbstoff hervorgehoben, wodurch ein sehr detailliertes, scharfes und kontrastreiches Bild erstellt wird, mit dem Informationen über das Aussehen des Organismus im Inneren gesammelt werden können. Diese Informationen können verwendet werden, um mehr über die Funktionsweise von Bakterien zu erfahren und zusätzliche Hinweise auf die Identität eines untersuchten Organismus zu erhalten.
Eine ähnliche Verbindung namens Pseudopeptidoglycan oder Pseudomurein ist in der chemischen Struktur ähnlich zu Peptidoglycan, jedoch nicht identisch. Pseudopeptidoglycan kann zusätzlich zu Peptidoglycan in den Zellwänden einiger Bakterien gefunden werden. Dieses Polymer ist resistent gegen spezialisierte Enzyme, die als Lysozyme bekannt sind und die Zellwand aufbrechen sollen, damit ein Bakterium stirbt. Bakterien, die gegen Lysozyme resistent sind, haben eine bessere Chance, dem Angriff eines aktiven Immunsystems standzuhalten, wodurch sich die Organismen ausbreiten können.