革蘭氏陽性菌

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革蘭染色法的意義就在於鑒別細菌,把眾多的細菌分為兩大類,革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌。大多數化膿球菌都屬於革蘭氏氏陽性菌,它們能產生外毒素使人致病,而大多數腸道菌多屬於革蘭氏陰性菌,它們產生內毒素,靠內毒素使人致病。

基本概念

  自然界存在多種多樣病菌,如何將這些病菌加以鑒別、分類

革蘭氏陽性菌

,並選擇有效藥物進行治療這是很重要的問題。革蘭氏染色法,能夠把細菌分為兩大類:採用這種染色方法,是先用龍膽紫(亦稱結晶紫)來染細菌,所有細菌都染成了紫色,然後再塗以革蘭氏碘液,來加強染料與菌體的結合,再用95%的酒精來脫色20~30秒鐘,有些細菌不被脫色,仍保留紫色,有些細菌被脫色變成無色,最後再用番紅或沙黃復染1分鐘,結果已被脫色的細菌被染成紅色,未脫色的細菌仍然保持紫色,不再著色,這樣,凡被染成紫色的細菌稱為革蘭氏陽性菌(G+菌);染成紅色的稱為革蘭氏陰性菌(G-菌)。

實際意義

  常見的革蘭氏陽性菌有:葡萄球菌(Staphylococcus)、鏈球菌(Streptococcus)、肺炎雙球菌、炭疽桿菌白喉桿菌破傷風桿菌等;常見的革蘭氏陰性菌有痢疾桿菌傷寒桿菌大腸桿菌變形桿菌綠膿桿菌百日咳桿菌霍亂弧菌等。   在治療上,大多數革蘭氏陽性菌都對青黴素敏感(結核桿菌對青黴素不敏感);而革蘭氏陰性菌則對青黴素不敏感(但奈瑟氏菌中的流行性腦膜炎雙球菌和淋病雙球菌對青黴素敏感),而對鏈黴素氯黴素等敏感。所以首先區分病原菌是革蘭氏陽性菌還是陰性菌,在選擇抗生素方面意義重大。

結構特點

  革蘭氏陽性菌細胞壁較厚,約20~80nm。肽聚糖含量豐富,有15~50層,每層厚度1nm,約占細胞干重的50~80%。此外,尚有大量特殊組份磷壁酸(teichoic acid)。磷壁酸是由核糖醇(ribitol)或甘油(glyocerol)殘基經由磷酸二鍵互相連接而成的多聚物。磷壁酸分壁磷壁酸(wall teichoic acid)和膜磷壁酸(membrane teichoic acid)兩種,前者和細胞壁中肽聚糖的n-乙酰胞壁酸連結,膜磷壁酸又稱脂磷壁酸(l

革蘭氏陽性菌的細胞壁

ipteichoic acid)和細胞膜連結,另一端均遊離于細胞壁外。磷壁酸抗原性很強,是革蘭氏陽性菌的重要表面抗原;在調節離子通過粘肽層中起作用;也可能與某些酶的活性有關;某些細菌的磷壁酸,能粘附在人類細胞表面,其作用類似菌毛,可能與致病性有關。此外,某些革蘭氏陽性菌細胞壁表面還有一些特殊的表面蛋白,如a蛋白等,都與致病有關。   革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的細胞壁結構顯著不同,導致這兩類細菌在染色性、抗原性、毒性、對某些藥物的敏感性等方面的很大差異。   革蘭氏染色的結果取決於細菌細胞壁的結構即革蘭氏染色原理為:

G+菌細胞壁示意圖

G﹢菌:細胞壁厚,肽聚糖網狀分子形成一種透性障,當乙醇脫色時,肽聚糖脫水而孔障縮小,故保留結晶紫-碘複合物在細胞膜上。呈紫色。   Gˉ菌:肽聚糖層薄,交聯鬆散,乙醇脫色不能使其結構收縮,其脂含量高,乙醇將脂溶解,縫隙加大,結晶紫-碘複合物溶出細胞壁,沙黃   復染后呈紅色。

G-菌細胞壁示意圖

革蘭氏陽性菌細胞壁厚約20-80nm,有15-50層肽聚糖片層,含20-40%的磷壁酸。革蘭氏陰性菌細胞壁厚約10nm,僅2-3層肽聚糖,另外還有脂多糖、細菌外膜和脂蛋白。   放線菌(Actinomycete)是另一大類革蘭氏陽性菌,根據DNA中鳥嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的含量,放線菌被稱為高G+C革蘭氏陽性菌,而厚壁菌被稱為低G+C革蘭氏陽性菌。如果細胞的第二層膜是衍生特徵,這兩類革蘭氏陽性菌可能是細菌基部的分支,否則它們可能組成關係相對較近的單系群。它們被認為可能是古細菌和真核生物的祖先,因為它們都缺乏第二層膜,並且具有一些生化上的相似性,比如含有固醇類。此外,儘管恐球菌-棲熱菌(Deinococcus-Thermus)類細菌結構上類似革蘭氏陰性菌,但也可被染成革蘭氏陽性

理學

  革蘭氏染色原理目前有三種觀點等電點學說、化學學說和滲透學說。

等電點學說

  革蘭氏陽性菌的等電點在pH2-3,比陰性菌(pH4-5)低,加之碘為弱氧化劑,可降低革蘭氏陽性菌的等電點,致使兩類菌的等電點差異擴大,因此陽性菌和鹼性染料的結合力比陰性菌更強。

化學學說

  碘液在菌體內與結晶紫結合后又和菌體內核糖核酸鎂鹽-蛋白質複合物結合,此結合物不易被丙酮精脫掉,呈革蘭氏染色陽性。因革蘭氏陰性菌缺乏核糖核酸鎂鹽,故對碘與結晶紫結合物攝取少,且不牢固,易被丙酮酒精脫色而呈革蘭氏染色陰性。

滲透學說

  乙醇使陽性菌所含粘肽多糖脫水而致細胞壁間隙縮小,通透性降低,在菌體內保留了染料-碘複合物,呈紫色。陰性菌含粘肽少,細胞壁變化不大,通透性不受影響,菌體內的染料-碘複合物較易透出,失去紫色,被複染成為紅色。

鏈球菌

嗜熱鏈球菌

白喉桿菌