Tại sao vi khuẩn gram dương gram âm bắt màu khác nhau khi nhuộm gram?

Sự khác biệt ngoạn mục giữa vi khuẩn Gram dương và Gram âm trong phương pháp nhuộm Gram không chỉ là một hiện tượng thú vị trong phòng thí nghiệm, mà còn là chìa khóa quan trọng giúp chúng ta hiểu về cấu trúc tế bào vi khuẩn và từ đó, phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả. Thực tế, sự khác biệt về màu sắc – tím đối với Gram dương và hồng đối với Gram âm – bắt nguồn từ sự khác biệt đáng kể trong cấu trúc thành tế bào của chúng.

Hãy hình dung thành tế bào như một bức tường bảo vệ vi khuẩn. Ở vi khuẩn Gram dương, bức tường này dày dặn và kiên cố, được xây dựng chủ yếu từ peptidoglycan – một mạng lưới phức tạp của các chuỗi polysaccharide liên kết với nhau bởi các peptide. Lớp peptidoglycan này dày đến nỗi nó có thể giữ chặt phức hợp tinh thể tím-iod (phức hợp màu tím được hình thành trong quá trình nhuộm Gram). Khi dung dịch tẩy màu (thường là cồn hoặc aceton) được thêm vào, lớp peptidoglycan dày này hoạt động như một rào chắn, ngăn cản phức hợp này bị rửa trôi. Do đó, vi khuẩn Gram dương vẫn giữ nguyên màu tím đậm đặc trưng.

Ngược lại, bức tường thành tế bào của vi khuẩn Gram âm lại mỏng hơn nhiều và phức tạp hơn. Lớp peptidoglycan ở đây mỏng đến mức không thể giữ phức hợp tinh thể tím-iod một cách hiệu quả. Nhưng đó chưa phải là tất cả. Vi khuẩn Gram âm còn sở hữu một lớp màng ngoài đặc biệt, được cấu tạo chủ yếu từ lipopolysaccharide (LPS). Lớp màng ngoài này, giống như một lớp áo giáp bên ngoài, ngăn cản dung dịch tẩy màu thâm nhập vào sâu bên trong thành tế bào. Tuy nhiên, chính lớp màng ngoài này lại có khả năng bị phá vỡ bởi dung dịch tẩy màu, dẫn đến việc phức hợp tinh thể tím-iod bị loại bỏ hoàn toàn. Sau khi tẩy màu, vi khuẩn Gram âm sẽ được nhuộm lại bằng thuốc nhuộm đối quang (thường là safranin), bắt màu hồng hoặc đỏ, tạo nên sự khác biệt rõ rệt với vi khuẩn Gram dương.

Tóm lại, sự khác nhau về màu sắc trong nhuộm Gram phản ánh trực tiếp sự khác biệt cơ bản về cấu trúc thành tế bào. Lớp peptidoglycan dày của vi khuẩn Gram dương giữ chặt phức hợp màu, trong khi cấu trúc phức tạp hơn với lớp peptidoglycan mỏng và màng ngoài lipopolysaccharide của vi khuẩn Gram âm lại không thể làm điều đó. Hiểu được sự khác biệt này không chỉ giúp phân loại vi khuẩn một cách chính xác mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn thuốc kháng sinh phù hợp, vì thành tế bào đóng vai trò then chốt trong cơ chế hoạt động của nhiều loại thuốc.