革兰氏染色法：为细菌划分阵营

◆本刊综合

荷兰微生物家、显微镜学家安东尼·列文虎克一次偶然的发现——在显微镜下,纯净透明的水滴中居然有一些蠕动的“微小生物”——打开了微生物世界的大门。而正当科学家们准备在微生物界大展身手时，却发现想要在显微镜下找到微生物并不容易。

让“隐身”的微生物现形

19世纪，蒸汽机、铁路、轮船等交通工具的出现带来了人口大规模流动，也给结核等传染病可乘之机。

1876年,德国科学家罗伯特·科赫在患病家畜和患者皮肤组织中发现导致炭疽病的罪魁祸首——炭疽杆菌。这让他意识到，特定的疾病可能与特定的微生物有着密切联系。

多年之后，科赫又将研究对准结核病病原菌，可意外发生了：动物被注射样本后本应患上结核病，说明样本中确实含有致病成分，可当他用显微镜观察样本时，镜头下却空空如也。难道这些微生物会“隐身术”?

图1 罗伯特·科赫（图/东方IC）

埃尔利希：给细菌染色

列文虎克和科赫的发现离不开好运气。细菌作为微生物的一种，绝大多数直径只有0.5～5微米，即使显微镜能将其放大几百倍，除非自身颜色鲜艳，否则很难观察到。因此，德国免疫学家保罗·埃尔利希提出了一个有趣的设想——给细菌染色。他为此收集了各类染料，并使用不同的染料给细胞和微生物着色。

埃尔利希的方法让科赫观察到了结核杆菌，他猜测：细菌的着色性与其结构有关，即某些染料会破坏细菌的生存基础，这启发了世界上第一种抗菌药物——磺胺的诞生。科学家们继续开展研究，总结出规律：只有碱性染色剂能为结核杆菌染色。如果遇到新的细菌该怎么办呢？

革兰：当运气遇上实力

1882年，科赫宣布自己找到了结核杆菌，与此同时，丹麦的一位医生汉斯·克里斯蒂安·革兰决定研究另一种疾病——肺炎。

革兰从肺炎患者身上分离出一种杆状细菌，他认为这便是肺炎的致病菌。而德国科学家阿尔伯特·弗兰克尔从肺炎患者身上分离出的细菌却是球状的。他俩都认为自己是对的，也因此引发了一场学术争议。

杆状和球状两种细菌在动物实验中都表现出一定的致病性，真相到底如何？革兰试图通过染色找到标本里的细菌。按照程序，他应该将碱性龙胆紫涂抹在标本上，然后用水冲洗标本，但是他错把碘液当作清水。等他发现时，赶忙用乙醇给标本脱色。意想不到的是，标本中的球状细菌仍然保持着深紫色，而杆状细菌却被洗去了颜色，在加入碱性品红后，呈现出鲜艳的红色。

革兰改变了自己的研究方向，着手探究染色法。经过大量尝试，他发现这种染色法适用于所有细菌，这便是细菌学中最常用的革兰氏染色法。1884年，革兰发表了自己的研究成果。近百年后，科学家才明白其中的原理。不同于病毒和人体细胞，细菌披着一层外衣——细胞壁。根据细胞壁成分的差异，细菌可分为两类：一类细菌的细胞壁厚，肽聚糖含量高，肽聚糖像布匹丝线一般纵横交错，形成许多孔道；另一类细菌的细胞壁薄，肽聚糖含量低，在其之外，还有一层以类脂为主的外膜。龙胆紫和碘液相遇后会生成深紫色复合物。这种复合物沿着肽聚糖的孔道进入细菌。加入乙醇后，前者细胞壁中的孔道因脱水收缩，将深紫色复合物牢牢锁住，细菌呈现出深紫色；后者外膜会被溶解，薄而松散的肽聚糖网无力留住复合物，细胞又变为无色。根据这一结果，科学家将细菌分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。

图2 显微镜下的革兰氏阳性杆菌（图/东方IC）

革兰氏染色法可用来鉴别细菌，诊断疾病。由于同一类细菌对抗生素的敏感性不同，如大部分革兰氏阳性菌都对青霉素较为敏感，革兰氏染色法可为抗生素的使用提供参考。

这场学术争论以弗兰克尔的获胜告终，他发现的球状细菌是大叶性肺炎的主要致病菌，被称为肺炎双球菌。不过，塞翁失马焉知非福，革兰虽然输了，却发明了研究细菌的新方法。