Бактерии — это вездесущие микроскопические организмы, которые существуют вокруг нас. Хотя многие бактерии безвредны или даже полезны, некоторые из них могут вызывать серьезные инфекции и заболевания у людей. Важным методом, используемым для идентификации и классификации различных типов бактерий, является окраска по Граму.
Окраска по Граму — это дифференциальная процедура окрашивания, которая разделяет бактерии на две основные группы на основе структуры клеточной стенки — грамположительные и грамотрицательные. Этот метод окрашивания был разработан в 1884 году датским врачом Гансом Христианом Грамом и остается одним из самых полезных диагностических инструментов в микробиологии.
Окраска по Граму работает с использованием двух различных красителей — пурпурного кристаллического фиолетового красителя и красного сафранинового контрастного красителя. Бактерии с толстой пептидогликановой клеточной стенкой сохраняют кристаллический фиолетовый краситель, кажущийся фиолетовым под микроскопом. Эти бактерии классифицируются как грамположительные. Бактерии с тонкой клеточной стенкой не удерживают кристаллический фиолетовый краситель и вместо этого принимают контрастное окрашивание сафранином, становясь розовыми/красными. Эти бактерии классифицируются как грамотрицательные.
Грамположительные бактерии имеют многослойную, толстую клеточную стенку из пептидогликана, которая удерживает пурпурный кристаллический фиолетовый краситель. Некоторые из наиболее важных с медицинской точки зрения грамположительных бактерий включают:
Помимо видов, имеющих медицинское значение, многие непатогенные грамположительные бактерии играют важную роль в исследованиях, биотехнологиях, производстве продуктов питания и восстановление окружающей среды. Например, Bacillus subtilis является модельным организмом для изучения бактериальной физиологии и генетики. Виды Lactobacillus используются в качестве пробиотиков и в ферментации пищевых продуктов. Clostridium acetobutylicum производит ацетон и бутанол для промышленного использования.
Выполнение окрашивания по Граму включает четыре основных этапа:
После промывания предметное стекло готово к микроскопическому исследованию. Грамположительные бактерии будут казаться фиолетовыми, а грамотрицательные — розовыми.
Стенки грамположительных клеток структурно и химически хорошо подходят для удерживания комплекса кристаллический фиолетовый-йод на этапе обесцвечивания:
Объединенная толщина и химические свойства стенок клеток грамположительных бактерий позволяют им удерживать первичный краситель даже после этапа обесцвечивания растворителем.
В отличие от грамположительных бактерий, грамотрицательные бактерии имеют более тонкий слой пептидогликана и внешнюю мембрану, которая препятствует удержанию кристаллического фиолетового:
На этапе обесцвечивания комплекс кристаллического фиолетового и йода смывается со стенок грамотрицательных клеток. Затем его заменяет контрастный краситель сафранин, окрашивая клетки в розовый/красный цвет.
Некоторые примеры грамотрицательных бактерий, имеющих медицинское значение, включают:
Хотя окраска по Граму является одной из самых полезных и широко используемых дифференциальных окрасок, есть несколько других процедур окраски, которые могут помочь идентифицировать или охарактеризовать бактерии:
Окрашивание по Граму остается одним из самых полезных, недорогих и быстрых диагностических тестов в клинической микробиологии. Преимущества окрашивания по Граму включают:
Однако окрашивание по Граму не может окончательно идентифицировать конкретный вид или штамм бактерий. Для полной идентификации требуются дополнительные биохимические, культуральные, антигенные или генетические тесты. Результаты окраски по Граму всегда должны интерпретироваться в контексте клинической картины пациента.
В качестве примера рассмотрим пациента с симптомами инфекции нижних дыхательных путей. Собирается образец мокроты, и окрашивание по Граму выявляет многочисленные грамположительные кокки в цепочках:
| Тест | Результат | Интерпретация |
|---|---|---|
| Морфология окраски по Граму | Грамположительные кокки в цепочках | Предполагает Streptococcus pneumoniae, распространенную причину пневмонии |
Окрашивание по Граму дает предварительную подсказку о том, что организмом может быть бактерия Streptococcus pneumoniae, вызывающая пневмококковую пневмонию. Этот грамположительный диплококк растет цепочками. Тем не менее, для подтверждения S. pneumoniae и определения чувствительности к антибиотикам по-прежнему необходимы посев и дальнейшее тестирование.
Хотя окрашивание по Граму бесценно, оно имеет некоторые ограничения:
Для окончательной диагностики окрашивание по Граму должно коррелировать с результатами посева, биохимических и других тестов. Отрицательное окрашивание по Граму не исключает инфекцию. Ограничения метода необходимо учитывать, чтобы избежать клинических ошибок.
Разработанный в конце 19 века метод окрашивания по Граму остается одним из основных методов диагностической микробиологии. Он разделяет различные виды бактерий на две основные категории — грамположительные и грамотрицательные — на основе свойств их клеточных стенок. Хотя окрашивание по Граму само по себе не является окончательным, оно обеспечивает быструю и клинически полезную информацию, помогающую направлять лечение и проводить дополнительные исследования. Наряду с методами культивирования и биохимии метод окрашивания по Граму остается неотъемлемой частью идентификации и характеристики бактериальных патогенов.