革蘭陽性菌

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引言

細菌是微小的生物體，肉眼不可見。研究細菌內部細胞結構對於理解細菌疾病迴圈至關重要。大多數細菌缺乏顏色，需要用染色劑染色才能在光學顯微鏡下有效觀察。革蘭染色是一種這樣的染色技術，它根據細胞壁的生物化學成分及其結構特性賦予細菌細胞壁顏色。革蘭陽性菌即使在革蘭染色技術的脫色步驟之後，也能保留主要染料。根據革蘭染色技術的步驟，細胞壁的生化成分使得其能夠保留主要染料。

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分類

用革蘭染色技術染色後，細菌呈現不同的顏色。革蘭陽性菌在革蘭染色技術染色後，在顯微鏡觀察下呈現紫色。厚厚的細胞壁保留了結晶紫，因此它們呈現紫色。革蘭陰性菌由於肽聚糖層相對較薄，失去了結晶紫後呈現紅色。

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革蘭陽性菌根據細胞形狀進行區分。

• 球菌- 球形或圓形細菌。葡萄球菌屬細菌呈小型球體簇狀，而鏈球菌屬細菌呈長鏈狀。例如，金黃色葡萄球菌和化膿性鏈球菌。

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• 桿菌- 桿狀（單數為桿菌）細菌。根據其產生內生孢子的能力，桿菌又分為產孢和非產孢桿菌。例如，炭疽桿菌和破傷風梭菌。

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革蘭陽性菌的特徵

• 革蘭陽性菌用革蘭染色技術染色後呈現紫色。

• 與所有其他活細胞類似，革蘭陽性菌被由脂質組成的質膜包裹。

• 由肽聚糖層組成的厚細胞壁位於脂質細胞膜外。這是最顯著的特徵，也是它與革蘭陰性菌的區別之處。

• 細胞壁磷壁酸的存在是另一個顯著特徵。

• 運動由鞭毛或纖毛完成。

• 另一個獨特的特徵是它們能夠產生內生孢子以在惡劣條件下生存。

細胞壁結構

革蘭陽性菌擁有由肽聚糖組成的細胞壁。

• 雖然肽聚糖是大多數細菌細胞壁的主要成分，但革蘭陽性菌含有厚而寬的肽聚糖細胞壁。

• 肽聚糖（胞壁質）是N-乙醯葡糖胺（NAG）和N-乙醯胞壁酸（NAM）的多糖。NAG和NAM都是葡萄糖衍生物，在長鏈中交替出現。

• 由L-氨基酸組成的四肽鏈交聯多糖鏈。肽聚糖層中密集的交聯賦予細菌細胞剛性。

• 革蘭陽性細菌細胞壁中還存在磷壁酸。它們要麼與肽聚糖層共價連線，要麼與脂質膜連線。在第二種情況下，它們被稱為脂磷壁酸。

• 磷壁酸增加了細胞壁的剛性，並有助於維持細菌細胞形狀，即使在高溫和高鹽環境等不利條件下也是如此。它們是陰離子糖聚合物，賦予細菌致病因子和抗生素抗性。

例子

金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、化膿性鏈球菌、肺炎鏈球菌、草綠色鏈球菌、炭疽桿菌、艱難梭菌、肉毒梭菌、產氣莢膜梭菌、破傷風梭菌、單核細胞增生李斯特菌、白喉棒狀桿菌。

益處、風險和疾病

革蘭陽性菌廣泛分佈，在生物界中扮演著多種角色。

益處

• 無害菌種棲息於人體皮膚、口腔、腸道和上呼吸道。

• 幾種非致病性芽孢桿菌和棒狀桿菌在生物技術產業中應用廣泛。它們被用來生產酶、抗生素、核苷酸、氨基酸和代謝物。

• 一些革蘭陽性菌株有助於植物更容易吸收土壤中不易獲得的養分，在農業產業中具有重要意義。

• 一些菌種以其降解化學物質、工業生產乳酪等而聞名。

風險

細菌在自然界中無處不在，革蘭陽性菌存在於人體內。它們是皮膚、鼻子、口腔、喉嚨和陰道的常駐菌群。在手術或某些免疫力低下情況下，感染的風險可能會導致嚴重後果。

疾病

雖然一些革蘭陽性菌種是無害的，但一些致病菌種會引起人類嚴重感染。

致病菌	疾病
金黃色葡萄球菌	多種感染，如心內膜炎、菌血症、癤、癰、蜂窩織炎、燙傷樣皮膚綜合徵、骨髓炎、化膿性關節炎、腦膜炎、肺部感染。
肺炎鏈球菌	耳部感染、敗血症、肺炎。
化膿性鏈球菌	猩紅熱、敗血症、風溼熱、鏈球菌毒性休克綜合徵。
破傷風梭菌	破傷風
產氣莢膜梭菌	氣性壞疽
艱難梭菌	腹瀉、結腸炎
肉毒梭菌	肉毒中毒
炭疽桿菌	炭疽病
單核細胞增生李斯特菌	敗血症、新生兒腦膜炎、李斯特菌病

結論

細菌在自然界中無處不在，肉眼不可見。染色技術賦予細菌細胞顏色，使其能夠被觀察到。革蘭陽性菌是指用革蘭染色技術染色後呈現紫色的細菌。革蘭陽性菌細胞呈球形或桿狀。它們含有帶有磷壁酸的厚肽聚糖細胞壁。這種厚的細胞壁即使在分步革蘭染色技術的脫色步驟中也能保留結晶紫染料。厚而獨特的肽聚糖層賦予細菌細胞剛性。它們對人類既有益也有害。它們在工業水平上被用來生產各種代謝物、氨基酸、酶等。然而，一些致病菌種會引起人類嚴重感染。

常見問題

Q1.什麼是細菌內生孢子？

A1.細菌產生高度耐受和休眠的內生孢子，以在不利條件下保護自身。在營養缺乏、乾燥、化學變化或暴露於紫外線輻射的條件下，革蘭陽性菌會產生休眠的內生孢子。

Q2.細菌內生孢子能存活多久？

A2.細菌內生孢子甚至可以存活幾個世紀，並保護細菌的遺傳物質。內生孢子在出現有利外部條件時可以打破休眠狀態並進入活躍階段。

Q3.誰發明了革蘭染色？

A3.革蘭染色是由漢斯·克里斯蒂安·格拉姆於1884年發明的。克里斯蒂安·格拉姆在研究死於肺炎患者的肺組織切片中的細菌球菌時發明了它。

Q4.滅菌程式中的生物指示劑是什麼？

A4.滅菌程式的生物指示劑在小瓶中含有微生物的孢子。它們被用來監測滅菌器的效率。生物指示劑含有已知耐熱性的微生物內生孢子，滅菌程式應該能夠殺死這些孢子，這將透過生長測試進一步檢查。例如，嗜熱芽孢桿菌是一種革蘭陽性細菌，其孢子用於監測高壓滅菌器的效率。

Q5.什麼是毒性休克綜合徵？

A5.毒性休克綜合徵是一種致命的情況，當細菌進入人體併產生具有不良影響的毒素時發生。雖然這種情況罕見，但其影響非常嚴重，也可能致命。

Q6.什麼是炭疽病？

A6.炭疽病是由炭疽桿菌引起的，這是一種革蘭陽性、產孢細菌。它主要感染動物，但吸入細菌孢子或直接接觸受感染動物、其身體部位甚至從受感染動物身上提取的毛皮也會感染人類。症狀從粉紅色皮疹到皮膚潰爛，由於休克和呼吸問題，可能致命。