Бактерии можно разделить на две основные группы на основе различий в структуре их клеточных стенок. Процедура окраски по Граму используется для дифференциации грамположительных и грамотрицательных бактерий. Эта процедура окраски была разработана датским врачом Гансом Христианом Грамом в 1884 году. Окраска по Граму позволяет классифицировать бактерии на основе того, сохраняют ли они краситель кристаллический фиолетовый или поглощают контрастный краситель сафранин.
Грамположительные бактерии имеют толстую клеточную стенку из пептидогликана, которая сохраняет краситель кристаллический фиолетовый. Распространенными примерами грамположительных бактерий являются:
При процедуре окраски по Граму грамположительные бактерии окрашиваются в фиолетовый цвет. Это связано с тем, что их толстый слой пептидогликана сохраняет первичный краситель кристаллического фиолетового. После нанесения кристаллического фиолетового наносится раствор йода для образования комплекса, который дополнительно стабилизирует первичный краситель. Затем для смывания излишков краски используется обесцвечивающий агент. Наконец, наносится вторичный контрастный краситель сафранин, который окрашивает любые бактерии, не сохранившие комплекс кристаллического фиолетового, в розовый цвет. Однако, поскольку грамположительная клеточная стенка сохраняет кристаллический фиолетовый, эти бактерии остаются фиолетовыми под микроскопом.
Грамотрицательные бактерии имеют тонкий слой пептидогликана, который не сохраняет краситель кристаллического фиолетового. Оболочка грамотрицательной клетки содержит дополнительную внешнюю мембрану, состоящую из липополисахаридов и фосфолипидов. Распространенные примеры грамотрицательных бактерий включают:
Во время процедуры окрашивания по Граму кристаллический фиолетовый не способен проникнуть через тонкий слой пептидогликана грамотрицательных бактерий. При нанесении обесцвечивающего агента он смывает краску кристаллического фиолетового с грамотрицательных бактерий. Затем вторичный сафраниновый краситель окрашивает грамотрицательные клетки в розовый цвет под микроскопом.
Вот краткое изложение основных различий между грамположительными и грамотрицательными бактериями:
| Грамположительные | Грамотрицательные |
|---|---|
| Толстая пептидогликановая клеточная стенка | Тонкая пептидогликановая клеточная стенка |
| Сохраняет окраску кристаллическим фиолетовым | Не сохраняет окраску кристаллическим фиолетовым |
| Окрашивается в фиолетовый цвет | Окрашивается в розовый цвет |
| Примеры: Staph, Strep, Bacillus, Clostridium | Примеры: E. coli, Salmonella, Pseudomonas, Moraxella, Helicobacter |
Различия в структуре клеточной стенки между грамположительными и грамотрицательными бактериями объясняют их различные свойства окрашивания по Граму. Ниже приведен более подробный анализ состава клеточной стенки каждого типа бактерий:
Стенка клеточной стенки грамположительных бактерий состоит из:
Этот толстый сетчатый слой пептидогликана придает жесткость стенке грамположительных бактерий. Он также имеет высокое сродство к кристаллическому фиолетовому красителю, поэтому грамположительные бактерии выглядят фиолетовыми после окрашивания по Граму.
Оболочка грамотрицательной клетки состоит из:
Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий образует гидрофильный барьер проницаемости, который препятствует проникновению кристаллического фиолетового и других гидрофобных молекул. Тонкий пептидогликановый слой не может удерживать первичный краситель, заставляя грамотрицательные бактерии приобретать вторичный сафраниновый контрастный краситель.
Процедура окраски по Граму остается важным диагностическим инструментом в клинической микробиологии. Определение того, является ли бактериальный изолят грамположительным или грамотрицательным, дает ценную предварительную информацию о его идентичности и потенциальных вариантах лечения. Некоторые ключевые клинические корреляции:
Учитывая широкое клиническое значение стафилококков, стрептококков, энтерококков и псевдомонад, окраска по Граму остается одним из самых полезных тестов в микробиологической лаборатории. Как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии могут потенциально вызывать серьезные инфекции, поэтому их быстрая и точная идентификация имеет решающее значение.
Хотя окраска по Граму является одной из наиболее часто используемых дифференциальных окрасок в микробиологии, существует множество других процедур окраски, которые предоставляют полезную биохимическую информацию о бактериях:
Процедура окрашивания на кислотоустойчивые бактерии позволяет идентифицировать микобактерии, включая Mycobacterium tuberculosis. Микобактерии имеют восковую клеточную оболочку, которая устойчива к обесцвечиванию кислотно-спиртовыми растворами. Кислотоустойчивые бактерии окрашиваются в красный или розовый цвет после обработки каротиноидным красителем.
Бактериальные капсулы можно визуализировать с помощью таких красителей, как нигрозин или капсула Энтони. Капсулы выглядят как прозрачные ореолы, окружающие бактериальные клетки при микроскопическом исследовании.
Эндоспоры, производимые такими родами, как Bacillus и Clostridium, можно визуализировать с помощью малахитового зеленого, сафранина и методов нагрева. Споры окрашиваются в зеленый цвет, а вегетативные клетки — в розовый.
Для окрашивания жгутиков используются красители, такие как дубильная кислота или соли серебра, для визуализации бактериальных жгутиков. Это позволяет определить, является ли вид бактерий подвижным или неподвижным на основе морфологии жгутиков.
Биопленки состоят из скоплений бактерий, заключенных в полимерную матрицу. Биопленки можно окрашивать красителями, такими как кристаллический фиолетовый или сафранин, для микроскопического исследования и количественной оценки.
Подводя итог, можно сказать, что процедура окрашивания по Граму остается бесценным диагностическим инструментом для характеристики бактериальных изолятов в микробиологической лаборатории. Способность бактерий удерживать комплекс кристаллического фиолетового и йода, не обесцвечиваясь и не принимая контрастное окрашивание сафранином, дает ключевую информацию о структуре и составе клеточной стенки. Грамположительные бактерии окрашиваются в фиолетовый цвет из-за толстого слоя пептидогликана, в то время как грамотрицательные бактерии окрашиваются в розовый цвет из-за внешней мембраны и тонкого пептидогликана. Идентификация бактерий как грамположительных или грамотрицательных определяет соответствующее лечение и подчеркивает текущую клиническую значимость этого метода дифференциального окрашивания.