Пятно по Граму


Окрашивание по Граму ( окрашивание по Граму или метод Грама ) — это метод окрашивания, используемый для разделения видов бактерий на две большие группы: грамположительные бактерии и грамотрицательные бактерии . Его также можно использовать для диагностики грибковой инфекции . [1] Название происходит от датского бактериолога Ганса Кристиана Грама , который разработал метод в 1884 году. [2]
Окрашивание по Граму позволяет дифференцировать бактерии по химическим и физическим свойствам их клеточных стенок . Грамположительные клетки имеют толстый слой пептидогликана в клеточной стенке, который сохраняет первичное окрашивание – кристаллический фиолетовый . Грамотрицательные клетки имеют более тонкий слой пептидогликана, который позволяет кристаллическому фиолетовому вымываться при добавлении этанола . окрашивает их в розовый или красный цвет Контракраска , [3] обычно сафранин или фуксин . Раствор Люголя всегда добавляют после добавления кристаллического фиолетового для усиления связи пятна с клеточной мембраной .
Окрашивание по Граму почти всегда является первым шагом в идентификации группы бактерий. Хотя окрашивание по Граму является ценным диагностическим инструментом как в клинических, так и в исследовательских целях, не все бактерии можно однозначно классифицировать с помощью этого метода. Это приводит к образованию грамм-переменных и грамм-неопределенных групп.
История
[ редактировать ]Метод назван в честь своего изобретателя, датского ученого Ганса Христиана Грама (1853–1938), который разработал методику во время работы с Карлом Фридлендером в морге городской больницы Берлина в 1884 году. Грам разработал свою методику не с целью не только отличать один тип бактерий от другого, но и делать бактерии более заметными на окрашенных участках легочной ткани. [4] Грам заметил, что некоторые бактериальные клетки обладают заметной устойчивостью к обесцвечиванию. Основываясь на этих наблюдениях, Грам разработал первоначальную процедуру окрашивания по Граму, первоначально используя анилин-генцианвиолет Эрлиха, йод Люголя, абсолютный спирт для обесцвечивания и коричневый Бисмарк для контрастного окрашивания. [5] Он опубликовал свой метод в 1884 году и включил в свой краткий отчет наблюдение, что тифозная палочка не сохраняет пятно. [6] Первоначально Грам не проводил различия между грамотрицательными и грамположительными бактериями, используя свою процедуру. [5]
Использование
[ редактировать ]
Окраска по Граму – бактериологический лабораторный метод. [7] используется для дифференциации видов бактерий на две большие группы ( грамположительные и грамотрицательные ) на основе физических свойств их клеточных стенок . [8] [ нужна страница ] Окрашивание по Граму также можно использовать для диагностики грибковой инфекции . [1] Окрашивание по Граму не используется для классификации архей , поскольку эти микроорганизмы дают весьма разнообразные реакции, не соответствующие их филогенетическим группам . [9]
Некоторые организмы являются грамизменчивыми (это означает, что они могут окрашиваться как отрицательно, так и положительно); некоторые не окрашены красителями, используемыми в технике Грамма, и не видны. [ нужна ссылка ]
Медицинский
[ редактировать ]проводят окраску по Граму биологической жидкости или биопсию При инфекцию подозрении на . Окрашивание по Граму дает результаты гораздо быстрее, чем культивирование , и особенно важно, когда инфекция может иметь важное значение в лечении и прогнозе пациента; примерами являются спинномозговая жидкость при менингите и синовиальная жидкость при септическом артрите . [10] [11]
Механизм окрашивания
[ редактировать ]
Грамположительные бактерии имеют толстую сетчатую клеточную стенку, состоящую из пептидогликана (50–90% клеточной оболочки), и в результате окрашиваются в фиолетовый цвет кристаллическим фиолетовым, тогда как грамотрицательные бактерии имеют более тонкий слой (10% клеточной оболочки). конверт), поэтому не сохраняют пурпурное пятно и окрашиваются сафранином в розовый цвет. Окраска по Граму состоит из четырех основных этапов:
- Нанесение первичного красителя ( кристалвиолета ) на термофиксированный мазок бактериальной культуры. Тепловая фиксация убивает некоторые бактерии, но в основном используется для прикрепления бактерий к предметному стеклу, чтобы они не смывались во время процедуры окрашивания.
- Добавление йода , который связывается с кристаллическим фиолетовым и удерживает его в клетке.
- Быстрое обесцвечивание этанолом или ацетоном
- Докраска сафранином . [12] Карболфуксин иногда заменяют сафранином, поскольку он более интенсивно окрашивает анаэробные бактерии, но реже используется в качестве контрастного красителя. [13]
Применение | Реагент | Цвет ячейки | |||
---|---|---|---|---|---|
Грамположительный | Грамотрицательный | ||||
Первичный краситель | кристально-фиолетовый | фиолетовый | фиолетовый | ||
Траппер | йод | фиолетовый | фиолетовый | ||
Обесцвечиватель | спирт / ацетон | фиолетовый | бесцветный | ||
Противопятно | сафранин / карболфуксин | фиолетовый | розовый или красный |
Кристаллический фиолетовый (CV) диссоциирует в водных растворах на CV. +
и хлорид ( Cl −
) ионы. Эти ионы проникают через клеточную стенку как грамположительных, так и грамотрицательных клеток. Резюме +
ион взаимодействует с отрицательно заряженными компонентами бактериальных клеток и окрашивает клетки в фиолетовый цвет. [14]
Йодид ( я −
или я −
3 ) взаимодействует с резюме +
и образует большие комплексы кристаллического фиолетового и йода (CV – I) во внутренних и внешних слоях клетки. Йод часто называют протравой , но он является улавливающим агентом, который предотвращает удаление комплекса CV-I и, следовательно, окрашивает клетку. [15]
Когда добавляется обесцвечиватель, такой как спирт или ацетон, он взаимодействует с липидами клеточной мембраны. [16] Грамотрицательная клетка теряет внешнюю липополисахаридную мембрану, а внутренний слой пептидогликана остается открытым. Комплексы CV–I вымываются из грамотрицательной клетки вместе с внешней мембраной. [17] Напротив, грамположительные клетки обезвоживаются в результате обработки этанолом. Большие комплексы CV-I задерживаются внутри грамположительной клетки из-за многослойной природы ее пептидогликана. [17] Этап обесцвечивания имеет решающее значение и должен быть правильно рассчитан по времени; Окраска кристаллическим фиолетовым удаляется как с грамположительных, так и с отрицательных клеток, если обесцвечивающее средство остается на слишком долгое время (в течение нескольких секунд). [18]
После обесцвечивания грамположительная клетка остается фиолетовой, а грамотрицательная клетка теряет фиолетовый цвет. [18] Контркраситель, который обычно представляет собой положительно заряженный сафранин или основной фуксин, применяется последним, чтобы придать обесцвеченным грамотрицательным бактериям розовый или красный цвет. [3] [19] Как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии улавливают контрастное окрашивание. Однако контрастное окрашивание незаметно для грамположительных бактерий из-за более темного пятна кристаллического фиолетового. [ нужна ссылка ]
Примеры
[ редактировать ]Грамположительные бактерии
[ редактировать ]
Грамположительные бактерии обычно имеют одну мембрану ( монодерма ), окруженную толстым пептидогликаном.Этому правилу следуют два типа: Bacillota (за исключением классов Mollicutes и Negativicutes ) и Actinomycetota . [8] [20] Напротив, представители Chloroflexota (зеленые несерные бактерии) являются монодермами, но имеют тонкий или отсутствующий (класс Dehalococcoidetes ) пептидогликан и могут окрашиваться отрицательно, положительно или неопределенно; представители Deinococta окрашиваются положительно, но представляют собой дидермы с толстым слоем пептидогликана. [8] [ нужна страница ] [20]
Прочность клеточной стенки повышается за счет тейхоевых кислот, гликополимерных веществ, встроенных в пептидогликан. Тейхоевые кислоты играют множество ролей, например, генерируют чистый отрицательный заряд клетки, способствуют жесткости клеточной стенки и поддержанию формы, а также способствуют делению клеток и устойчивости к различным стрессорам, включая тепло и соль. Несмотря на плотность слоя пептидогликана, он остается относительно пористым, позволяя проникать большинству веществ. Для получения более крупных питательных веществ грамположительные бактерии используют экзоферменты, секретируемые внеклеточно для расщепления макромолекул вне клетки. [21]
Исторически грамположительные формы составляли тип Firmicutes , название, которое сейчас используется для самой большой группы. Он включает в себя множество известных родов, таких как Lactobacillus, Bacillus , Listeria , Staphylococcus , Streptococcus , Enterococcus и Clostridium . [22] Он также был расширен за счет включения Mollicutes, бактерий, таких как Mycoplasma и Thermoplasma, у которых нет клеточных стенок и поэтому их нельзя окрашивать по Граму, но они происходят от таких форм. [23]
У некоторых бактерий клеточные стенки особенно хорошо удерживают пятна. При окраске по Граму они будут казаться положительными, даже если они не являются тесно связанными с другими грамположительными бактериями. Их называют кислотоустойчивыми бактериями , и отличить их от других грамположительных бактерий можно только с помощью специальных процедур окрашивания . [24]
Грамотрицательные бактерии
[ редактировать ]
Грамотрицательные бактерии обычно имеют тонкий слой пептидогликана между двумя мембранами ( дидермой ). [25] Липополисахарид (ЛПС) является наиболее распространенным антигеном на поверхности клеток большинства грамотрицательных бактерий, составляя до 80% внешней мембраны E. coli и сальмонелл . [26] Эти молекулы ЛПС, состоящие из О-антигена или О-полисахарида, сердцевинного полисахарида и липида А, выполняют множество функций, включая вклад в создание отрицательного заряда клетки и защиту от определенных химических веществ. Роль ЛПС имеет решающее значение во взаимодействии хозяин-патоген: О-антиген вызывает иммунный ответ, а липид А действует как эндотоксин. [21]
Кроме того, внешняя мембрана действует как селективный барьер, регулируемый поринами, трансмембранными белками, образующими поры, которые пропускают определенные молекулы. Пространство между клеточной мембраной и внешней мембраной, известное как периплазма, содержит периплазматические ферменты для переработки питательных веществ. Важным структурным компонентом, связывающим слой пептидогликана и внешнюю мембрану, является липопротеин Брауна, который обеспечивает дополнительную стабильность и прочность бактериальной клеточной стенки. [21]
Большинство типов бактерий являются грамотрицательными, включая цианобактерии , зеленые серобактерии и большинство Pseudomonadota (исключением являются некоторые представители Rickettsiales и насекомые-эндосимбионты Enterobacteriales ) . [8] [ нужна страница ] [20]
Грамотвариабельные и грамотрицательные бактерии.
[ редактировать ]Некоторые бактерии после окраски красителем по Граму дают грамвариабельную картину: видна смесь розовых и пурпурных клеток. [17] [27] В культурах Bacillus, Butyrivibrio и Clostridium уменьшение толщины пептидогликана в процессе роста совпадает с увеличением числа клеток, окрашивающихся грамотрицательно. [27] Кроме того, у всех бактерий, окрашенных красителем по Граму, возраст культуры может влиять на результаты окрашивания. [27]
Грамнеопределенные бактерии не реагируют предсказуемо на окрашивание по Граму и, следовательно, не могут быть определены как грамположительные или грамотрицательные. Примеры включают многие виды Mycobacterium , в том числе Mycobacterium bovis , Mycobacterium leprae и Mycobacterium Tuberculosis , две последние из которых являются возбудителями проказы и туберкулеза соответственно. [28] [29] У бактерий рода Mycoplasma отсутствует клеточная стенка вокруг клеточных мембран . [10] это означает, что они не окрашиваются по методу Грама и устойчивы к антибиотикам, воздействующим на синтез клеточной стенки. [30] [31]
Орфографическое примечание
[ редактировать ]Термин «окрашивание по Граму» происходит от фамилии Ганса Христиана Грама ; Поэтому эпоним . (Грам) пишется с заглавной буквы, а не нарицательное существительное (пятно), как обычно для научных терминов [32] Начальные буквы грамположительных и грамотрицательных , которые являются одноименными прилагательными , могут быть как заглавными G , так и строчными g , в зависимости от того, какое руководство по стилю (если таковое имеется) регулирует написанный документ. Стиль строчных букв используется Центрами США по контролю и профилактике заболеваний , а также другими режимами стиля, такими как стиль AMA . [33] Словари могут использовать строчные буквы, [34] [35] верхний регистр, [36] [37] [38] [39] или оба. [40] [41] Использование заглавных букв грамположительных или грамотрицательных букв также распространено во многих статьях и публикациях научных журналов . [41] [42] [43] Когда статьи отправляются в журналы, каждый журнал может применять или не применять собственный стиль к постпринтной версии. Препринтные версии содержат тот стиль, который использовал автор. Даже в схемах оформления, в которых прилагательные «грамположительный» и «грамотрицательный» обычно используется заглавная буква используются строчными буквами, для обозначения окраски по Граму . [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б «Окраска по Граму: медицинский тест MedlinePlus» . medlineplus.gov .
- ^ Колко, Р. (2005). «Окраска по Граму». Современные протоколы в микробиологии . Приложение 3 (1): Приложение 3C. дои : 10.1002/9780471729259.mca03cs00 . ISBN 978-0471729259 . ПМИД 18770544 . S2CID 32452815 .
- ^ Перейти обратно: а б Беверидж, Ти Джей; Дэвис, Дж. А. (ноябрь 1983 г.). «Клеточные реакции Bacillus subtilis и Escherichia coli на окраску по Граму» . Журнал бактериологии . 156 (2): 846–58. дои : 10.1128/JB.156.2.846-858.1983 . ПМК 217903 . ПМИД 6195148 .
- ^ Австриец, Р. (1960). «Окраска по Граму и этиология крупозной пневмонии, историческая справка» . Бактериологические обзоры . 24 (3): 261–265. дои : 10.1128/MMBR.24.3.261-265.1960 . ПМК 441053 . ПМИД 13685217 .
- ^ Перейти обратно: а б Варфоломей, Джеймс В.; Миттвер, Тод (март 1952 г.). «ПЯТНО ГРАММА» . Бактериологические обзоры . 16 (1): 1–29. дои : 10.1128/бр.16.1.1-29.1952 . ISSN 0005-3678 . ПМК 180726 . ПМИД 14925025 .
- ^ Грам, Ганс Христиан (1884). «Об изолированном окрашивании шизомицетов в срезанных и сухих препаратах». Достижения медицины (на немецком языке). 2 : 185-189. .
Английский перевод на: Брок, Т.Д. (1999). Вехи микробиологии 1546–1940 (2-е изд.). АСМ Пресс. стр. 215–218. ISBN 978-1-55581-142-6 .
Перевод также есть по адресу: Брок, Т.Д. «Пионеры медицинской лабораторной науки: Кристиан Грам, 1884 г.» . HOSLink.com . Проверено 27 июля 2010 г. - ^ Райан, Кей Джей; Рэй, CG, ред. (2004). Медицинская микробиология Шерриса (4-е изд.). МакГроу Хилл. стр. 232ф. ISBN 978-0838585290 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Мэдиган, Монтана; Мартинко, Дж.; Паркер, Дж. (2004). Брок Биология микроорганизмов (10-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-13-066271-2 .
- ^ Беверидж, Ти Джей (2001). «Использование окраски по Граму в микробиологии». Биотехника и гистохимия . 76 (3): 111–118. дои : 10.1080/714028139 . ПМИД 11475313 .
- ^ Перейти обратно: а б Райан К.Дж., Рэй К.Г. (редакторы) (2004). Медицинская микробиология Шерриса (4-е изд.). МакГроу Хилл. стр. 409–12. ISBN 978-0-8385-8529-0 .
{{cite book}}
:|author=
имеет общее имя ( справка ) - ^ Согаард, М.; Норгаард, М.; Шёнхейдер, Х. (2007). «Первое уведомление о положительных посевах крови: высокая точность отчета об окраске по Граму» . Журнал клинической микробиологии . 45 (4): 1113–1117. дои : 10.1128/JCM.02523-06 . ПМК 1865800 . ПМИД 17301283 .
- ^ Блэк, Жаклин Г. (1993). Микробиология: принципы и исследования . Прентис Холл. п. 65.
- ^ «Медико-химическая корпорация» . Med-Chem.com . Проверено 9 марта 2016 г.
- ^ Лебофф, Майкл (2014). Теория и применение микробиологической лаборатории (3-е изд.). Энглвуд, Колорадо: Издательская компания Мортона. п. 105. ИСБН 978-1617312809 .
- ^ «Теория пятен – чем не является протрава» . StainsFile.info . Архивировано из оригинала 9 марта 2016 года . Проверено 9 марта 2016 г.
- ^ «Пятно по Граму» . Микробагз . Общественный колледж Остина. Архивировано из оригинала 26 мая 2017 г. Проверено 26 мая 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Тим, Сэндл (21 октября 2015 г.). Фармацевтическая микробиология: основы обеспечения и контроля качества . Эльзевир Наука. ISBN 9780081000229 . OCLC 923807961 .
- ^ Перейти обратно: а б Харди, Джей; Мария, Санта. «Случайное пятно бабушки» (PDF) . Диагностика Харди . Архивировано (PDF) из оригинала 24 марта 2017 г.
- ^ Дэвис, Дж.А.; Андерсон, ГК; Беверидж, Ти Джей; Кларк, ХК (ноябрь 1983 г.). «Химический механизм окраски по Граму и синтез нового электронно-непрозрачного маркера для электронной микроскопии, заменяющего йодную протраву окраски» . Журнал бактериологии . 156 (2): 837–845. дои : 10.1128/JB.156.2.837-845.1983 . ПМК 217902 . ПМИД 6195147 .
- ^ Перейти обратно: а б с Бреннер, Дон Дж.; Криг, Ноэль Р.; Стейли, Джеймс Т. (26 июля 2005 г.) [1984]. Гаррити, Джордж М. (ред.). Вводные эссе . Руководство Берджи по систематической бактериологии. Том. 2А (2-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. п. 304. ИСБН 978-0-387-24143-2 . Британская библиотека №. GBA561951.
- ^ Перейти обратно: а б с Бруслинд, Линда (01 августа 2019 г.). Общая микробиология . Государственный университет Орегона.
- ^ Гальперин, Михаил Ю. (27 декабря 2013 г.). «Геномное разнообразие спорообразующих фирмикутов» . Микробиологический спектр . 1 (2): TBS-0015-2012-. doi : 10.1128/microbiolspectrum.tbs-0015-2012 . ISSN 2165-0497 . ПМК 4306282 . ПМИД 26184964 .
- ^ Хашем, Хамс Х. «Практическая медицинская микробиология» . Университет Аль-Кадисия . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «Кислотностойкое пятно» . www2.Highlands.edu . Колледж Джорджии Хайлендс. Архивировано из оригинала 10 июня 2017 года . Проверено 10 июня 2017 г.
- ^ Мегриан Д., Тайб Н., Витвиновски Дж., Грибальдо С. (2020). «Одна или две мембраны? Diderm Firmicutes бросает вызов разделению на грамположительные и грамотрицательные» . Молекулярная микробиология . 113 (3): 659–671. дои : 10.1111/mmi.14469 . ПМИД 31975449 . S2CID 210882600 .
- ^ Авила-Кальдерон ЭД, Руис-Пальма МД, Контрерас-Родригес А (2021 г.). «Везикулы наружной мембраны грамотрицательных бактерий: взгляд на биогенез» . Границы микробиологии . 12 : 557902. дои : 10.3389/fmicb.2021.557902 . ПМЦ 7969528 . ПМИД 33746909 .
- ^ Перейти обратно: а б с Беверидж, Терри Дж. (март 1990 г.). «Механизм граммовой изменчивости некоторых бактерий» . Журнал бактериологии . 172 (3): 1609–1620. дои : 10.1128/jb.172.3.1609-1620.1990 . ПМК 208639 . ПМИД 1689718 .
- ^ Блэк, Жаклин (2012). Микробиология: принципы и исследования (8-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 68. ИСБН 978-0-470-54109-8 .
- ^ Рейнольдс, Дж.; Мойес, РБ; Брейквелл, ДП (2009). «Приложение 3». Дифференциальное окрашивание бактерий: кислотоустойчивое окрашивание . Том. Приложение 3. стр. H. doi : 10.1002/9780471729259.mca03hs15 . ISBN 978-0471729259 . ПМИД 19885935 . S2CID 45685776 .
{{cite book}}
:|journal=
игнорируется ( помогите ) - ^ Ли Э.Х., Уинтер Х.Л., ван Дийл Дж.М., Метцемакерс Дж.Д., Арендс Дж.П. (декабрь 2012 г.). «Диагностика и противомикробная терапия микоплазменного менингита у взрослых». Международный журнал медицинской микробиологии . 302 (7–8): 289–92. дои : 10.1016/j.ijmm.2012.09.003 . ПМИД 23085510 .
- ^ Готье-Бушардон А.В. (июль 2018 г.). «Устойчивость к противомикробным препаратам у Mycoplasma spp». Микробиологический спектр . 6 (4): 425–446. doi : 10.1128/microbiolspec.ARBA-0030-2018 . ISBN 9781555819798 . ПМИД 30003864 . S2CID 51616821 .
- ^ Уоддингем, Энн (28 августа 2014 г.). Правила Нью-Харта: Оксфордское руководство по стилю . Издательство Оксфордского университета. п. 105. ИСБН 978-0199570027 .
- ^ «Предпочтительное использование» . Руководство по стилю в отношении новых инфекционных заболеваний . Центры по контролю и профилактике заболеваний .
- ^ «Иллюстрированный медицинский словарь Дорланда» (32-е изд.). Эльзевир . Проверено 5 июня 2020 г. Используйте такие поисковые запросы, как gram-negative.
- ^ «грамположительный» , Merriam-Webster , Британская энциклопедия, Inc.
- ^ «Грамположительный» . CollinsDictionary.com . ХарперКоллинз.
- ^ «Окраска по Граму» . Лексико.com . Издательство Оксфордского университета. Архивировано из оригинала 5 июня 2020 года.
- ^ «Грамположительный» . МедицинаНет .
- ^ «Грамотрицательный/положительный» . BusinessDictionary.com . Архивировано из оригинала 20 октября 2016 г. Проверено 20 октября 2016 г.
- ^ «грамположительный» или «грамположительный» . Словарь американского наследия . Хоутон Миффлин.
- ^ Перейти обратно: а б «Грамположительный» . Словарь.com .
- ^ Браун, Лиза; Вольф, Джули М.; Прадос-Росалес, Рафаэль; Касадевалл, Артуро (2015). «Сквозь стену: Внеклеточные везикулы у грамположительных бактерий, микобактерий и грибов» . Обзоры природы Микробиология . 13 (10): 620–630. дои : 10.1038/nrmicro3480 . ПМЦ 4860279 . ПМИД 26324094 .
- ^ Мюллер, Кристен Л. (12 июня 2015 г.). «Обнаружение грамотрицательных бактерий». Наука . 348 (6240): 1218. doi : 10.1126/science.348.6240.1218-o .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
