세균은 그람 염색을 이용하여 염색 색상에 그람 양성균과 그람 음성균으로 나뉜다. 참고로 그람 염색은 19세기 후반에 이를 고안해 낸 덴마크 미생물학자의 이름을 딴 염색 방법으로 세균을 염색한 크리스탈 바이올렛과 요오드와의 복합체가 알코올에 의해 탈색되는지 여부에 따라 음성과 양성으로 정해진다.
세균의 세포벽의 주성 구성물질로써 당과 아미노산으로 이루어진 결합체로 펩티도글리칸 (peptidoglycan)이라고 불린다. 펩티도클리칸은 세포의 기본형태를 유지하고 삼투압으로 부터 세포를 보호하며 세포분열시 중요한 기능을 한다. 세균은 펩티도 글리칸의 두께에 따라 두꺼운 펩티도글리칸층 층을 가진 그람 양성균과 얇은 펩티도 글리칸층을 가진 그람 음성균 이렇게 크게 구분된다.
그람 염색법과 염색 순서
1단계 : 보라색 크리스탈 바이올렛 (1분)
2단계 : 요오드 착색 (1분)
3단계 : 알콜, 아세톤 또는 알콜/아세톤 탈색 (15초)
4단계 : 사프라닌 대조염색
결과 : 그람 양성균은 보라색 염색, 그람 음성균은 빨간색 염색
<그람 양성균, 그람 음성균 특성>
| 염색 | 세포벽층 | 그람 염색 | 지질 다당질 (Lipopolysaccharide, LPS) |
내독소 (Endotoxin) |
| 그람 양성 Gram (+) |
두꺼운 peptidoglycan (세포벽의 80~90%) |
보라색 | 없음 | 없음 |
| 그람 음성 Gram (-) |
peptidoglycan layer + 바깥막 (세포벽의 10~20%) |
빨간색 | 있음 (세포벽 바깥층 구성 성분) |
있음 |
그람음성균은 펩티도글리칸의 층이 얇아 처음 염색한 크리스탈 바이올렛이 알콜 또는 아세톤에 의해 탈색되고 마지막 염색약인 샤프라닌 오에 의해 빨간색으로 염색되고, 그람양성균은 펩티도글리칸의 층이 두꺼워 처음 염색한 크리스탈 바이올렛이 탈색되지 않기 때문에 대조염색 후에도 처음 염색한 크리스탈 바이올렛의 보라색으로 남게된다. 이렇게 세균의 세포벽의 펩티도글리칸의 두께에 따라 세균의 성질이 차이가 있으므로 그람 염색을 통해 성지를 파악하여 알맞은 항생제를 선택하는 1차 기준이 된다.
그람 음성균이 내독소 활성을 나타내는 의미는 그람 음성균의 외막은 비대칭적 이중막 구조로 되어 있는데 안쪽은 인지질로 구성되어 있고 바깥층은 주로 지징다당질 (Lipopolysaccharide, LPS) 로 구성되어 있다. 지질다당질은 세 부분으로 구성되는데 그 중 지질 A는 내독소 활동을 나타내는데 내독소는 그람 음성균의 세포막에서 세포가 분열되거나 파괴될 때 방출된다. 이렇게 다량으로 배출되는 내독소로 인해 패혈증 쇼크, 파종성 혈관 내 응고, 급성 호흡곤란 증후군이 발생한다.
그람 양성균은 두꺼운 세포벽으로 고열, 소독제, 건조에도 살아 남는 강한 내성을 보인다. 소독을 하더라도 그람 양성균은 증식형 세균이 휴지상태로 전환되는 형태인 아포로 전환된다. 병원에서 감염 관리에서 멸균 과정을 아포까지 죽이는 것을 말한다.
*아포 (spore) 휴지기 세포로서 일종의 비활성형이며 대사를 멈춘채 산다. 세균이 번식하기 좋은 환경이 맞으면 다시 활성형으로 돌아가 균체를 형성하고 증식한다. 건조, 열, 빈약한 영양공급 및 화학약제에 대하여 높은 내성을 보인다. 대부분 증식형 세포는 60도 30분간의 열처리로 충분히 살균된다. 아포를 생성한 세포는 고압멸균법으로 121도 (15 IBS)에서 30분간 가열처리를 해야 한다. |
<그람 양성균, 그람 음성균의 종류>
| 구균 | 간균 | |
| 그람 양성 | Staphylococcus : S aureus, S epidermidis (포도알구균) Sterptococcus: S Pyogenens, S pneumococcus (사슬알균) Enterococcus: Enterococcus faecalis, E facecium (장알균) |
Corynebacterum diphtheriae (디프테리아) Clostridium (클로스트리디움) Bacillus anthacis (탄저균) Listera monocytogenes (리스테리아균) |
| 그람 음성 | Neisseria meningitidis (뇌수막염균) Neisseria gonorrhoeae (임균) |
E coli (대장균) Pseudomonas aeruginosa (녹농균) Klebsilla (크렙시엘라균) Salmonella (살모넬라) Shigella (이질균) Helicobacter (헬리코박터) vibrio cholearae (콜레라균) |