0:01
Concepts
3:12
Gram Staining
5:48
Capsule Staining
7:31
Endospore Staining - Schaeffer-Fulton Method
9:48
Results
资料来源:Rhiannon M. LeVeque1, 纳塔利娅·马丁1,安德鲁·范阿尔斯特1,和维克托·迪丽塔1
1密歇根州立大学微生物学和分子遗传学系,美国密歇根州东兰辛分校
细菌是地球上几乎随处可见的各种微生物。许多特性有助于区分它们彼此,包括但不限于革兰染色类型、形状和排列、胶囊的产生和孢子的形成。为了观察这些特性,可以使用光显微镜;然而,一些细菌特性(例如尺寸、缺乏着色和折射特性)使得仅用光学显微镜(1,2)很难区分细菌。使用光显微镜区分细菌类型时,必须染色细菌。光学显微镜的两种主要类型是简单和复合的。它们之间的主要区别是用于放大物体的透镜数量。简单的显微镜(例如放大镜)只有一个镜头来放大物体,而复合显微镜有几个透镜来增强放大倍率(图1)。复合显微镜有一个接近物体的物镜,它收集光来创建物体的图像。然后,通过放大图像的目镜(目镜)放大。与单独使用单个镜头相比,将物镜和目镜相结合可实现更高的放大倍率。通常,复合显微镜具有多个不同功率的物镜,允许不同的放大倍率(1,2)。在这里,我们将讨论可视化细菌与革兰氏污渍,胶囊污渍,和内孔污渍。
图1:典型的复合显微镜。显微镜最重要的部分是标记的。
1884年由丹麦细菌学家汉斯·克里斯蒂安·格拉姆(1)开发的革兰氏染色剂根据细胞壁的组成(1,2,3,4)区分细菌。简单地说,细菌涂片被放置在显微镜幻灯片上,然后热固定,使细胞粘附在幻灯片上,使它们更容易接受污渍 (1)。热固定样品被水晶紫罗兰染色,使细胞变紫色。幻灯片用碘溶液冲洗,将水晶紫罗兰固定在细胞壁上,然后用去色剂(酒精)洗去任何非固定的水晶紫罗兰。在最后一步中,反伤,萨夫兰宁,被添加到彩色单元格红色(图2)。革兰氏阳性细菌由于厚厚的肽类层而染上紫色,而脱色剂不易渗透;革兰氏阴性细菌,其较薄的肽脂层和较高的脂质含量,与脱色剂脱色,并在添加Safranin时反染红色(图3)。革染用于将细胞区分为两种类型(革兰氏阳性和革兰氏阴性),还可用于区分细胞形状(球体或球菌、棒、弯曲棒和螺旋)和排列(单个细胞、对、链、组和簇)(1、3).
图2:革兰染色协议的原理图。左列显示革兰氏阴性细菌在协议的每一步的反应。右列显示革兰氏阳性细菌的反应。此外,所示是两个典型的细菌细胞形状:杆菌(或棒)和球菌(或球体)。
图 3:革兰克染色结果。金黄色葡萄球菌(革联-正紫色球菌)和大肠杆菌(革兰-阴性红棒)混合物的革兰氏染色。
有些细菌产生一个细胞外粘性外层,称为胶囊(3,5)。胶囊是具有各种功能的保护结构,包括但不限于粘附表面和其他细菌、防止干燥和防止噬菌体。胶囊通常由含有95%以上水的多糖组成,但有些可能含有多醇和多胺(5)。由于其大多非离子成分和排斥污渍的倾向,简单的染色方法不适用于胶囊;相反,胶囊染色使用负染色技术,污渍细胞和背景,留下胶囊作为一个明确的光环周围的细胞(1,3)(图4)。胶囊染色涉及将细菌样品涂抹在显微镜幻灯片上的酸性污渍中。与革兰染色不同,细菌污迹在胶囊染色期间不热固定。热固定可以破坏或脱水胶囊,导致假底片 (5)。此外,热固定可以收缩细胞,导致细胞周围的清除,可以误认为胶囊,导致误报(3)。酸性污渍使滑动背景变色;而跟进一个基本的染色,水晶紫罗兰,颜色的细菌细胞本身,离开胶囊不染色,并显示为细胞和滑动背景之间的一个明确的光环(图5)。传统上,印度墨水被用作酸性污渍,因为这些颗粒不能穿透胶囊。因此,胶囊和细胞都没有被印度墨水弄脏;相反,背景被染色。刚果红,尼格罗辛,或Eosin可用于代替印度墨水。胶囊染色可以帮助医生诊断细菌感染时,从患者样本看培养物,并指导适当的患者治疗。由封装细菌引起的常见疾病包括肺炎、脑膜炎和沙门氏菌病。
图4:胶囊染色协议原理图。顶部面板显示任何污渍应用前的幻灯片涂抹。中间面板显示幻灯片和细菌如何照顾主要污渍,刚果红。最后一个面板显示幻灯片和细菌如何照顾反污渍,水晶紫罗兰。
图5:胶囊染色结果。胶囊染色的封装的阿辛托细菌鲍曼尼(用黑色箭头表示)和非封装大肠杆菌(用白色箭头表示)。请注意,背景是黑暗的,A.鲍曼尼细胞是彩色紫色的。A. baumanni细胞周围的胶囊明显是光晕,而大肠杆菌没有光晕。
在不利条件下(例如营养限制、极端温度或脱水),一些细菌产生内孢子,代谢不活性结构,对物理和化学损伤具有抵抗力(1、2、8、9)。内孢子通过保护细胞的遗传物质,使细菌在恶劣的条件下存活;一旦条件有利于生长,孢子发芽,细菌生长继续。内孢子很难用标准染色技术染色,因为它们对通常用于染色的染料是不可渗透的(1,9)。通常用来染色内皮孢子的技术是舍弗-富尔顿法(图6),它使用主要染色马拉奇特绿,水溶性污渍,结合相对较弱的细胞物质和热量,使污渍打破通过孢子皮层(图7)。这些步骤为生长的细胞(在内窥镜生物学中称为植物细胞)以及内孢子和任何游取孢子(那些不再在前细胞包络中的孢子)着色。植物细胞用水洗涤,去除马拉奇特绿;内孢子保留污渍,由于加热马拉奇特绿色在孢子内。最后,植物细胞与萨夫兰宁进行反染色以进行可视化(图8)。内孢子的染色有助于将细菌分化为孢子前体和非孢子前体,并确定样品中是否存在孢子,如果存在,则可能导致细菌在发芽时受到污染。
图6:内孔染色协议原理图。左列显示孢子形成细菌在协议的每一步的反应。右列显示非孢子形成细菌的反应。
图7:内孔结构图。含有内分孔的细菌细胞,标有各种孢子结构。
图8:内孔染色结果。亚氏杆菌内皮孢子的典型染色。植物细胞(用白色箭头表示)被染成红色,而内孢子(用黑色箭头表示)被染成绿色。
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