革蘭氏染色法：為細(xì)菌劃分陣營

◆本刊綜合

荷蘭微生物家、顯微鏡學(xué)家安東尼·列文虎克一次偶然的發(fā)現(xiàn)——在顯微鏡下,純凈透明的水滴中居然有一些蠕動的“微小生物”——打開了微生物世界的大門。而正當(dāng)科學(xué)家們準(zhǔn)備在微生物界大展身手時，卻發(fā)現(xiàn)想要在顯微鏡下找到微生物并不容易。

讓“隱身”的微生物現(xiàn)形

19世紀(jì)，蒸汽機(jī)、鐵路、輪船等交通工具的出現(xiàn)帶來了人口大規(guī)模流動，也給結(jié)核等傳染病可乘之機(jī)。

1876年,德國科學(xué)家羅伯特·科赫在患病家畜和患者皮膚組織中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致炭疽病的罪魁禍?zhǔn)住烤覘U菌。這讓他意識到，特定的疾病可能與特定的微生物有著密切聯(lián)系。

多年之后，科赫又將研究對準(zhǔn)結(jié)核病病原菌，可意外發(fā)生了：動物被注射樣本后本應(yīng)患上結(jié)核病，說明樣本中確實(shí)含有致病成分，可當(dāng)他用顯微鏡觀察樣本時，鏡頭下卻空空如也。難道這些微生物會“隱身術(shù)”?

圖1 羅伯特·科赫（圖/東方IC）

埃爾利希：給細(xì)菌染色

列文虎克和科赫的發(fā)現(xiàn)離不開好運(yùn)氣。細(xì)菌作為微生物的一種，絕大多數(shù)直徑只有0.5～5微米，即使顯微鏡能將其放大幾百倍，除非自身顏色鮮艷，否則很難觀察到。因此，德國免疫學(xué)家保羅·埃爾利希提出了一個有趣的設(shè)想——給細(xì)菌染色。他為此收集了各類染料，并使用不同的染料給細(xì)胞和微生物著色。

埃爾利希的方法讓科赫觀察到了結(jié)核桿菌，他猜測：細(xì)菌的著色性與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，即某些染料會破壞細(xì)菌的生存基礎(chǔ)，這啟發(fā)了世界上第一種抗菌藥物——磺胺的誕生?？茖W(xué)家們繼續(xù)開展研究，總結(jié)出規(guī)律：只有堿性染色劑能為結(jié)核桿菌染色。如果遇到新的細(xì)菌該怎么辦呢？

革蘭：當(dāng)運(yùn)氣遇上實(shí)力

1882年，科赫宣布自己找到了結(jié)核桿菌，與此同時，丹麥的一位醫(yī)生漢斯·克里斯蒂安·革蘭決定研究另一種疾病——肺炎。

革蘭從肺炎患者身上分離出一種桿狀細(xì)菌，他認(rèn)為這便是肺炎的致病菌。而德國科學(xué)家阿爾伯特·弗蘭克爾從肺炎患者身上分離出的細(xì)菌卻是球狀的。他倆都認(rèn)為自己是對的，也因此引發(fā)了一場學(xué)術(shù)爭議。

桿狀和球狀兩種細(xì)菌在動物實(shí)驗(yàn)中都表現(xiàn)出一定的致病性，真相到底如何？革蘭試圖通過染色找到標(biāo)本里的細(xì)菌。按照程序，他應(yīng)該將堿性龍膽紫涂抹在標(biāo)本上，然后用水沖洗標(biāo)本，但是他錯把碘液當(dāng)作清水。等他發(fā)現(xiàn)時，趕忙用乙醇給標(biāo)本脫色。意想不到的是，標(biāo)本中的球狀細(xì)菌仍然保持著深紫色，而桿狀細(xì)菌卻被洗去了顏色，在加入堿性品紅后，呈現(xiàn)出鮮艷的紅色。

革蘭改變了自己的研究方向，著手探究染色法。經(jīng)過大量嘗試，他發(fā)現(xiàn)這種染色法適用于所有細(xì)菌，這便是細(xì)菌學(xué)中最常用的革蘭氏染色法。1884年，革蘭發(fā)表了自己的研究成果。近百年后，科學(xué)家才明白其中的原理。不同于病毒和人體細(xì)胞，細(xì)菌披著一層外衣——細(xì)胞壁。根據(jù)細(xì)胞壁成分的差異，細(xì)菌可分為兩類：一類細(xì)菌的細(xì)胞壁厚，肽聚糖含量高，肽聚糖像布匹絲線一般縱橫交錯，形成許多孔道；另一類細(xì)菌的細(xì)胞壁薄，肽聚糖含量低，在其之外，還有一層以類脂為主的外膜。龍膽紫和碘液相遇后會生成深紫色復(fù)合物。這種復(fù)合物沿著肽聚糖的孔道進(jìn)入細(xì)菌。加入乙醇后，前者細(xì)胞壁中的孔道因脫水收縮，將深紫色復(fù)合物牢牢鎖住，細(xì)菌呈現(xiàn)出深紫色；后者外膜會被溶解，薄而松散的肽聚糖網(wǎng)無力留住復(fù)合物，細(xì)胞又變?yōu)闊o色。根據(jù)這一結(jié)果，科學(xué)家將細(xì)菌分為革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌。

圖2 顯微鏡下的革蘭氏陽性桿菌（圖/東方IC）

革蘭氏染色法可用來鑒別細(xì)菌，診斷疾病。由于同一類細(xì)菌對抗生素的敏感性不同，如大部分革蘭氏陽性菌都對青霉素較為敏感，革蘭氏染色法可為抗生素的使用提供參考。

這場學(xué)術(shù)爭論以弗蘭克爾的獲勝告終，他發(fā)現(xiàn)的球狀細(xì)菌是大葉性肺炎的主要致病菌，被稱為肺炎雙球菌。不過，塞翁失馬焉知非福，革蘭雖然輸了，卻發(fā)明了研究細(xì)菌的新方法。