我们的世界和我们自身都充满了各式各样的细菌。细菌和人类的关系就是“相爱相杀”,有了它,一不小心就会给我们身体健康惹麻烦;没了它我们也好不到哪里去。细菌和我们的关系远比我们想象的要复杂和亲密,是一种典型的 “亦敌亦友” 的共生关系。这些微小的生物无处不在,但太小而无法用肉眼看到。所以为了更好地了解它们,科学家们需要采取适当的方式来认识它们。早在 1884 年,丹麦细菌学家汉斯·克里斯蒂安·格拉姆 (Hans Christian Gram) 偶然发现了一种简单易用的鉴别技术,可以用来区分细菌的类型:这就是革兰氏染色法。
革兰氏染色顾名思义就是给细菌通过染色的方法将它们区分,通过菌体细胞染色后的结果能告知我们它们是哪一类菌,后面大致就知道该怎么样去应对它。
染色的第一步是将紫色染料“结晶紫”,就是小时候用的“紫药水”中的成分,一种人工合成的碱性染料,属于三苯甲烷类染料,涂在载玻片上的细菌涂片上。无论哪种类型的细菌细胞这时候都会吸收这种染料并呈现紫色。
接下来,再加入含碘的溶液,它充当了“媒染剂”,会在细菌细胞内形成大的结晶紫-碘复合物。您可以将其理解为这一步将紫色染料固定在了细菌细胞上。
接下来这步这就是奇迹发生的地方了:在前面已经固定的染色玻片用酒精或丙酮溶液去脱色,脱色后的结果就是我们所说的两大细菌群名称的来历:革兰氏阳性菌(G+)和革兰氏阴性菌(G-)。
在所有细菌中,有些细菌有一层厚厚的多层细胞外壁,由一种叫做肽聚糖的物质组成。这层细胞壁就像一张坚固、紧密编织的网,会将大的结晶紫-碘复合物困在细胞内。当用酒精去清洗时,染料的颜色也无法被洗去。这些会保留染料颜色(紫色)的细菌,被称为革兰氏阳性菌(G+)。
细菌中还有一类其他的细菌,它的肽聚糖层外面还有厚厚一层叫“脂多糖”,而且它的肽聚糖层物质比上一类细菌的要薄得多,肽聚糖就夹在脂多糖膜和质膜这两层膜的中间。同样用酒精溶液去漂洗时,酒精可迅速将已经染上的紫色染料从这些细胞上洗掉。它们会重新变成几成无色状态,这些就是我们所说的革兰氏阴性菌(G-)。
为了能看到这些几乎又变成无色的细菌,需要使用一种被称为复染剂的染料,通常是用番红素(一种红色或粉红色染料)。这时,原本已经看不太到的无色革兰氏阴性菌现在会染上这种红色/粉红色的染料,而显示出来。这样就能分辩出来被检验的细菌哪些是G+菌,哪些是G-菌。
因此,这种简单而有效的染色方法使科学家和医疗专业人员能够快速将细菌分为两大类:
l 革兰氏阳性菌:它们在显微镜下呈紫色。典型病原菌包括经常造成皮肤感染而臭名昭著的金黄色葡萄球菌(毛囊炎、甲沟炎的作俑者)和可引起链球菌性咽喉炎、扁桃体炎的化脓性链球菌。它们外层的肽聚糖细胞壁是某些抗生素(如青霉素)攻击目标,通过破环这层细胞壁的结构和功能这类抗生素得以发挥强大的杀菌作用。
l 革兰氏阴性菌:它们呈红色或粉红色。例子包括大肠杆菌(E. coli,一种常见的肠道细菌,一些菌株会导致尿路感染和腹泻),铜绿假单胞菌(烧伤病人伤口流绿色脓液的祸首)以及沙门氏菌(常导致食物中毒)。G-菌它们的厚厚脂多糖外膜使它们对许多的抗生素更具抵抗力,因为这层膜为细菌提供了额外的防御屏障。
革兰氏染色法是医学中的重要工具。当患者有细菌感染时,医生可以要求对样本(如血液或尿液)进行简单快速的革兰氏染色。几分钟之内,他们就可以初步了解罪魁祸首是革兰氏阳性还是革兰氏阴性。这些重要信息有助于指导抗生素的初始选择,显著改善治疗结果并有可能由此挽救生命。
因此,下次当您听说细菌时,请记住汉斯·克里斯蒂安·格拉姆 (Hans Christian Gram) 和他巧妙的染色方法。它证明了一个简单的科学观察如何能够揭开微观世界的奥秘,并对我们的健康和对生命本身的理解产生深远的影响。