การย้อมสีแกรมและการย้อมสีจำแนกชนิด

การย้อมสีแกรมเป็นการย้อมสีจำแนกชนิดพื้นฐานทางแบคทีเรียวิทยา: เป็นลำดับขั้นตอนของการใช้คริสตัลไวโอเลต, สารย้อมติดไอโอดีน, ขั้นตอนการล้างสี, และการย้อมสีทับ ซึ่งจำแนกแบคทีเรียออกเป็นแกรมบวก (คงสีม่วงไว้) และแกรมลบ (สูญเสียสีและรับสีแดงจากการย้อมสีทับ) การย้อมสีจำแนกชนิดโดยทั่วไปจะใช้คุณสมบัติทางโครงสร้างของเซลล์เพื่อแยกเซลล์ออกเป็นกลุ่มที่มองเห็นได้แตกต่างกัน

Definition

การย้อมสีแกรมเป็นวิธีการย้อมสีจำแนกชนิดที่จัดจำแนกแบคทีเรียเป็นแกรมบวกหรือแกรมลบตามความสามารถของผนังเซลล์ในการคงสารเชิงซ้อนคริสตัลไวโอเลต-ไอโอดีนไว้หลังจากการล้างสี ซึ่งสะท้อนถึงความแตกต่างของความหนาของเพปทิโดไกลแคนและโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมขั้นตอนและกลไกพื้นฐานของการย้อมสีแกรม, วิธีที่สะท้อนโครงสร้างผนังเซลล์, และแนวคิดที่กว้างขึ้นของการย้อมสีจำแนกชนิด รวมถึงการย้อมสีทนกรดสำหรับไมโคแบคทีเรียและการย้อมสีเอนโดสปอร์ หัวข้อนี้กล่าวถึงวิธีการย้อมสีโดยตรง; โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ที่อธิบายปฏิกิริยาแกรมจะครอบคลุมในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• ขั้นตอนของการย้อมสีแกรมมีอะไรบ้าง และแต่ละขั้นตอนทำหน้าที่อะไร?
• เหตุใดเซลล์แกรมบวกและแกรมลบจึงมีพฤติกรรมแตกต่างกันในกระบวนการนี้?
• การย้อมสีจำแนกชนิดอื่นๆ เช่น การย้อมสีทนกรดและการย้อมสีเอนโดสปอร์ ทำงานอย่างไร?

Key concepts

• สีย้อมหลัก (คริสตัลไวโอเลต)
• สารย้อมติด (ไอโอดีน)
• การล้างสีด้วยแอลกอฮอล์หรืออะซิโตน
• สีย้อมทับ (ซาฟรานิน)
• ปฏิกิริยาแกรมบวกเทียบกับแกรมลบ
• การย้อมสีทนกรด
• การย้อมสีเอนโดสปอร์

Mechanisms

ในกระบวนการแกรม คริสตัลไวโอเลตจะย้อมเซลล์ทั้งหมด และไอโอดีนจะสร้างสารเชิงซ้อนสีย้อม-ไอโอดีนขนาดใหญ่ภายในเซลล์ จากนั้นการล้างสีจะใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของโครงสร้างผนังเซลล์: เพปทิโดไกลแคนหนาและขาดน้ำของเซลล์แกรมบวกจะดักจับสารเชิงซ้อนไว้ ในขณะที่ในเซลล์แกรมลบ ชั้นเพปทิโดไกลแคนบางและเยื่อหุ้มชั้นนอกที่ถูกทำลายด้วยตัวทำละลายจะทำให้สารเชิงซ้อนถูกชะล้างออกไป ดังนั้นเซลล์จึงถูกล้างสีและรับสีซาฟรานินจากการย้อมสีทับ ปฏิกิริยาจึงแสดงโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ การย้อมสีจำแนกชนิดอื่นๆ ใช้คุณสมบัติที่แตกต่างกัน: การย้อมสีทนกรดอาศัยผนังเซลล์ที่มีไขมันและกรดไมโคลิกสูงของไมโคแบคทีเรีย และการย้อมสีเอนโดสปอร์อาศัยการไม่ซึมผ่านของเปลือกสปอร์

Clinical relevance

การย้อมสีแกรมเป็นการสังเกตการณ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นหนึ่งในวิธีแรกๆ ที่ใช้กับตัวอย่างทางคลินิก ซึ่งให้การจำแนกประเภทโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตอย่างรวดเร็ว และเมื่อรวมกับสัณฐานวิทยา จะเป็นกรอบที่ห้องปฏิบัติการใช้อธิบายเชื้อที่แยกได้; การย้อมสีทนกรดก็เช่นกันในการระบุไมโคแบคทีเรีย ข้อมูลนี้อธิบายวิธีการย้อมสีเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

ขั้นตอนและกลไกพื้นฐานในโครงสร้างผนังเซลล์ได้รับการยืนยันในบทความทบทวนคลาสสิกและในวรรณกรรมเกี่ยวกับเยื่อหุ้มเซลล์ และได้รับการกำหนดมาตรฐานในคู่มือห้องปฏิบัติการและตำราจุลชีววิทยามาตรฐาน

History

ฮันส์ คริสเตียน แกรม ได้นำเสนอวิธีการย้อมสีนี้ในปี 1884 ขณะที่พยายามทำให้แบคทีเรียมองเห็นได้ชัดเจนขึ้นในเนื้อเยื่อ; พฤติกรรมการจำแนกชนิดที่เขาสังเกตพบได้สะท้อนถึงการแบ่งโครงสร้างพื้นฐานของแบคทีเรีย งานวิจัยในภายหลังซึ่งได้รับการทบทวนในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ได้ชี้แจงเคมีของขั้นตอนต่างๆ และเชื่อมโยงปฏิกิริยากับสถาปัตยกรรมของผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์

Key figures

• Hans Christian Gram
• James W. Bartholomew
• Terry J. Beveridge

Seminal works

• bartholomew-1952
• beveridge-1999

Frequently asked questions

เหตุใดแบคทีเรียแกรมบวกจึงย้อมติดสีม่วงและแบคทีเรียแกรมลบจึงย้อมติดสีชมพู?

เซลล์แกรมบวกมีผนังเพปทิโดไกลแคนหนาที่คงสารเชิงซ้อนคริสตัลไวโอเลต-ไอโอดีนไว้ระหว่างการล้างสี จึงยังคงเป็นสีม่วง ในขณะที่เซลล์แกรมลบมีผนังบางและเยื่อหุ้มชั้นนอกที่ทำให้สารเชิงซ้อนถูกชะล้างออกไป จึงรับสีชมพูจากสีย้อมทับ

การย้อมสีจำแนกชนิดคืออะไร?

การย้อมสีจำแนกชนิดใช้ความแตกต่างทางโครงสร้างหรือทางเคมีระหว่างเซลล์เพื่อแยกเซลล์ออกเป็นกลุ่มที่มองเห็นได้แตกต่างกัน; การย้อมสีแกรม, การย้อมสีทนกรด, และการย้อมสีเอนโดสปอร์เป็นตัวอย่างที่พบบ่อย