革蘭氏染色法：為細菌劃分陣營

◆本刊綜合

荷蘭微生物家、顯微鏡學家安東尼·列文虎克一次偶然的發現——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。而正當科學家們準備在微生物界大展身手時，卻發現想要在顯微鏡下找到微生物并不容易。

讓“隱身”的微生物現形

19世紀，蒸汽機、鐵路、輪船等交通工具的出現帶來了人口大規模流動，也給結核等傳染病可乘之機。

1876年,德國科學家羅伯特·科赫在患病家畜和患者皮膚組織中發現導致炭疽病的罪魁禍首——炭疽桿菌。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系。

多年之后，科赫又將研究對準結核病病原菌，可意外發生了：動物被注射樣本后本應患上結核病，說明樣本中確實含有致病成分，可當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”?

圖1 羅伯特·科赫（圖/東方IC）

埃爾利希：給細菌染色

列文虎克和科赫的發現離不開好運氣。細菌作為微生物的一種，絕大多數直徑只有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，德國免疫學家保羅·埃爾利希提出了一個有趣的設想——給細菌染色。他為此收集了各類染料，并使用不同的染料給細胞和微生物著色。

埃爾利希的方法讓科赫觀察到了結核桿菌，他猜測：細菌的著色性與其結構有關，即某些染料會破壞細菌的生存基礎，這啟發了世界上第一種抗菌藥物——磺胺的誕生。科學家們繼續開展研究，總結出規律：只有堿性染色劑能為結核桿菌染色。如果遇到新的細菌該怎么辦呢？

革蘭：當運氣遇上實力

1882年，科赫宣布自己找到了結核桿菌，與此同時，丹麥的一位醫生漢斯·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菌，他認為這便是肺炎的致病菌。而德國科學家阿爾伯特·弗蘭克爾從肺炎患者身上分離出的細菌卻是球狀的。他倆都認為自己是對的，也因此引發了一場學術爭議。

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

革蘭改變了自己的研究方向，著手探究染色法。經過大量嘗試，他發現這種染色法適用于所有細菌，這便是細菌學中最常用的革蘭氏染色法。1884年，革蘭發表了自己的研究成果。近百年后，科學家才明白其中的原理。不同于病毒和人體細胞，細菌披著一層外衣——細胞壁。根據細胞壁成分的差異，細菌可分為兩類：一類細菌的細胞壁厚，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；另一類細菌的細胞壁薄，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合物。這種復合物沿著肽聚糖的孔道進入細菌。加入乙醇后，前者細胞壁中的孔道因脫水收縮，將深紫色復合物牢牢鎖住，細菌呈現出深紫色；后者外膜會被溶解，薄而松散的肽聚糖網無力留住復合物，細胞又變為無色。根據這一結果，科學家將細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菌，診斷疾病。由于同一類細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。

這場學術爭論以弗蘭克爾的獲勝告終，他發現的球狀細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，卻發明了研究細菌的新方法。