В 1884 году датчанин по имени Ганс Кристиан Йоахим Грам провел эксперимент, ставший революционным для микробиологии. Он разработал способ, позволяющий разделить все бактерии на грамотрицательные и грамположительные. Иначе говоря, выявить при помощи окрашивания микроорганизмы, способные длительно сопротивляться воздействию антибиотиков (Грам (-)) и наоборот, восприимчивые к их воздействию (Грам (+)), независимо от их формы – шаровидные или палочки.
На полученные различия бактерий влияет строение их оболочки. Чем клеточная стенка сложнее, тем пигменту труднее в нее проникнуть и закрепиться. В итоге метод был назван в честь врача и открыл перед учеными новые перспективы, позволил проводить более оперативное и маневренное лечение пациентов, а также в значительной степени облегчил разработку новых медицинских препаратов.
Суть метода
В микробиологии этот метод приравнивается к сложным. На бактерии действуют основным и дополнительным красителями, а также обесцвечивающим веществом. Наглядно весь процесс окрашивания можно представить следующими шагами:
- Предметное стекло очищают от жира и покрывают тонким слоем собранного мазка, после чего высушивают его естественным путем.
- Фиксируют физическим или химическим способом, вызывая коагуляцию белков.
- Через фильтр-бумагу наносят первый краситель и оставляют в покое на пару минут.
- После чего убирают пигмент, добавляют на стекло раствор Люголя и выдерживают одну минуту.
- Удаляют йодистый раствор, а бактерии промывают этиловым спиртом до обесцвечивания.
- Ополаскивают стекло дистиллированной водой около минуты.
- Наносят на стекло второй краситель и оставляют его не более чем на 5 минут.
- Снова ополаскивают и высушивают фильтр-бумагой.
Врачи подчеркивают важность различия между грамотрицательными и грамположительными бактериями для выбора правильной терапии. Основным критерием является структура клеточной стенки. Грамположительные бактерии имеют толстую пептидогликановую оболочку, что делает их устойчивыми к определенным антибиотикам. В то же время грамотрицательные бактерии обладают тонкой стенкой и внешней мембраной, что делает их более восприимчивыми к другим препаратам, но и более устойчивыми к некоторым антибиотикам. Врачи рекомендуют использовать методы окраски по Граму, чтобы визуально определить тип бактерий. Это помогает не только в диагностике, но и в прогнозировании течения заболевания и выборе наиболее эффективного лечения. Правильное распознавание бактерий критически важно для успешной борьбы с инфекциями.
Реакция микроорганизмов на окрашивание
Основным красителем выступает метиловый фиолетовый или другой пигмент из трифенилметановой группы. Одной из характеристик грамположительных бактерий служит их способность создавать с этим веществом связь, которая усиливается при воздействии йода и не разрушается ацетоном или спиртом. Это делает невозможным их повторное окрашивание при дополнительном использовании сафранина или фуксина.
Благодаря различиям в биохимии клеточных стенок, грамположительные бактерии хорошо прокрашиваются в фиолетовый или насыщенный синий цвет. Их оболочки лишены дополнительного липопротеидного слоя, противостоящего неблагоприятным условиям. А потому эти бактерии являются подверженными воздействию бактериостатиков и антисептиков.
Грамотрицательные бактерии же, наоборот, почти не образуют соединений с первым красителем, даже в присутствии йода. Все возникшие связи легко разрушаются спиртом, в результате чего происходит их полное обесцвечивание в мазке. Именно на их обнаружение направлено использование дополнительного красителя.
Под его воздействием у грамотрицательных бактерий появляются красный, розовый или малиновый цвет. При этом погибшие микроорганизмы окрашиваются ярко и целиком, а живые лишь частично и довольно бледно. Их оболочка служит прочной защитой не только от пигментных веществ или антибиотиков, но и от желудочного сока, слюны и других ферментосодержащих организменных жидкостей.
Биологический материал для исследования
Для лабораторной диагностики инфекционного заболевания пациент должен сдать один или несколько из нижеописанных анализов:
- Мазок мокроты для микроскопии. Забор производится ватными палочками или тампонами из носоглотки и не требует специальной подготовки.
- Анализ кала. Его расшифровка позволяет выявить след токсинов, которые вырабатывают грамположительные бактерии.
- Мазок из влагалища. Назначают для подсчета соотношения положительных и отрицательных микробов при вагинитах. Гигиенической подготовки не нужно.
- Пункции различных жидкостей: перинатальной, синовиальной, плевральной. Назначают в исключительных случаях и проводят только по указанию врача.
Различение бактерий на грамотрицательные и грамположительные является важным аспектом микробиологии. Многие специалисты отмечают, что этот процесс начинается с окрашивания по Граму, которое позволяет визуально определить тип клеточной стенки. Грамположительные бактерии окрашиваются в синий или фиолетовый цвет благодаря толстому слою пептидогликана, тогда как грамотрицательные остаются розовыми из-за тонкой стенки и наличия внешней мембраны.
Люди, работающие в лабораториях, подчеркивают, что правильная интерпретация результатов окрашивания критически важна для диагностики инфекций и выбора адекватного лечения. Кроме того, важно учитывать, что некоторые бактерии могут проявлять смешанные характеристики, что усложняет их классификацию. В результате, знание о различиях между этими двумя группами бактерий помогает не только в научных исследованиях, но и в клинической практике, что делает этот вопрос актуальным для многих специалистов.
Грам (+) и Грам (-) представители и их воздействие на организм
Итак, клеточная стенка грамположительных бактерий имеет лишь один слой. Единственное исключение, известное в современной микробиологии, – Deinococcus-Thermus. Несмотря на наличие защитной мембраны, при проведении теста она хорошо окрашивается в синий цвет.
Основными представителями Грам (+) бактерий являются:
- Кокковые или шаровидные (кроме протеобактерий Neisseria):
- стафилококк, провоцирующий сепсис крови и гнойные высыпания на коже;
- стрептококк, ведущий к развитию ревматизма и тонзиллитов;
- Палочковидные:
- фирмикуты, служащие источником сибирской язвы и токсических инфекций;
- клостридии, как возбудители столбняка и ботулизма;
- листерия, заражение которой приводит к воспалению мозга.
- Булавовидные:
- коринебактерии, вызывающие дифтерию.
Грамотрицательные бактерии, более устойчивые к антителам за счет дополнительной мембраны, представлены такими разновидностями:
- Спиралевидные:
- спирохеты, которые являются возбудителями лептоспироза, возвратного тифа и сифилиса;
- спириллы, вызывающие содоку – лихорадкоподобное состояние.
- Палочки:
- риккетсии, чей главной характеристикой служит внутриклеточный паразитизм;
- хламидии – без лечения могут развиться ЗППП, конъюнктивит, пневмония.
Значение для медицины
Разработанный Грамом этиологический тест оказался востребованным не только в микробиологии. Информация, полученная благодаря ему, также продвинула на новый уровень медицину, в особенности лечение пациентов, зараженных грамотрицательными бактериями. Несмотря на то, что gram-negative bacteria (грамнегативные палочки) врачи причисляют к условно-патогенной микрофлоре, ошибочно считать их безобидными. Они вызывают бурную ответную реакцию организма и обладают высокой резистентностью, что часто приводит к летальным исходам.
У больных отмечается воспаление бронхолегочной системы в тяжелой степени. Вызывает его ЛПС, или липополисахаридный слой бактерий, которого лишены грамположительные микроорганизмы. Микробиология определяет этот компонент мембраны клетки как эндотоксин для человеческого организма, независимо от формы бактерии: спириллы или палочки. Попадая внутрь, он активизирует синтез цитокинов и иммунный ответ.
В итоге начинает развиваться локализованное воспаление. С течением времени токсины поступают в кровеносное русло и далее разносятся транспортной системой по всему телу. Больной начинает испытывать все более нарастающие признаки интоксикации. Растет частота дыхания и температура тела, кровяное давление падает. Проявляется токсический шок, который в некупированном состоянии заканчивается смертью.
Благодаря открытию Грама врачи смогли найти альтернативу малоэффективным в подобных случаях пенициллину и лизоциму. Например, объединение последнего с этилендиаминтетрауксусной кислотой, или EDTA. Помогли и успешные клинические испытания ампициллина, стрептомицина, хлорамфеникола и налидиксовой кислоты в борьбе с грамотрицательными бактериями.
Вопрос-ответ
Как определить, является ли бактерия грамположительной?
Грамположительные бактерии окрашиваются по Граму в лабораторных условиях и имеют толстые клеточные стенки. Грамотрицательные бактерии окрашиваются в розовый или красный цвет и имеют тонкие клеточные стенки.
Что определяет, будут ли бактерии грамположительными или грамотрицательными?
Грам-отрицательные бактерии окружены тонкой клеточной стенкой из пептидогликана, которая, в свою очередь, окружена наружной мембраной, содержащей липополисахарид. Грам-положительные бактерии лишены наружной мембраны, но окружены слоями пептидогликана, во много раз более толстыми, чем у граммоотрицательных бактерий.
Как определить, какие бактерии преобладают в мазке?
Грамположительные бактерии с толстой стенкой окрашиваются в фиолетовый цвет, а грамотрицательные – в розовый. Таким образом, можно точно определить, какие бактерии преобладают в мазке.
Советы
СОВЕТ №1
Изучите основные характеристики клеточной стенки бактерий. Грамположительные бактерии имеют толстую клеточную стенку, состоящую из пептидогликана, что позволяет им удерживать кристаллический violet при окрашивании по Граму. Грамотрицательные бактерии, напротив, имеют тонкую стенку и внешнюю мембрану, что делает их менее восприимчивыми к этому красителю.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на окрашивание по Граму. При проведении этого метода, грамположительные бактерии окрашиваются в синий или фиолетовый цвет, а грамотрицательные — в красный или розовый. Это один из самых простых и быстрых способов различить эти два типа бактерий.
- Читайте также:
СОВЕТ №3
Изучите биохимические тесты, которые могут помочь в различении бактерий. Например, тест на ферментацию углеводов или тест на наличие определенных ферментов (таких как каталаза или оксидаза) может дать дополнительную информацию о типе бактерий.
СОВЕТ №4
Используйте молекулярные методы, такие как ПЦР или секвенирование ДНК, для точной идентификации бактерий. Эти методы позволяют определить генетические различия между грамотрицательными и грамположительными бактериями, что может быть особенно полезно в сложных случаях.
