Häufig angewandte Differentialfärbungen

Differentialfärbungen werden verwendet, um die Bakterienmorphologie zu untersuchen und, um bakterielle Zellen in unterschiedliche Gruppen einzuteilen. Differentialfärbungsmethoden benötigen typischerweise mehrere Farbstoffe und mehrere Färbeschritte. Wenn sie für die Identifikation von Bakterien verwendet werden, können Differentialfärbungen auch gemeinsam mit weiteren Methoden kombiniert werden.

Gram-Färbung

Abbildung 1: Gram-Färbung: Gram-positives (links) und Gram-negatives (rechts) Bakterium

Die am häufigsten verwendete Färbung in der Mikrobiologie ist die Gram-Färbung. Basierend auf den Unterschieden der Struktur der bakteriellen Zellwand hilft die Gram-Färbung Bakterien in zwei Hauptgruppen einzuteilen: Gram-positive und Gram-negative Bakterien. Gram-positive Zellen besitzen eine dicke Murein- bzw. Peptidoglykanschicht in der Zellwand. Peptidoglykan ist ein Polymer, das aus Aminosäuren und Zuckern besteht. Kristallviolett bindet an Peptidoglykan, was die Zelle violett erscheinen lässt. Gram-negative Zellen besitzen ebenfalls Peptidoglykane in ihrer Zellwand und erscheinen anfangs violett. Da die Peptidoglykanschicht jedoch viel dünner ist, wird die Kristallviolettfärbung ausgewaschen, wenn die Zellen in Kontakt mit Ethanol kommen. Sie werden dann pink gegengefärbt, normalerweise mit Safranin oder Fuchsin. Gram-positive Zellen können ebenfalls Safranin aufnehmen, durch die dunkelviolette Färbung der Zellwand kann das hellere Pink jedoch nicht wahrgenommen werden. Die Gram-Färbung ist typischerweise der erste Schritt bei der Identifikation von unbekannten Bakterien. Peptidoglykan ist das Ziel einer Klasse von Antibiotika, den sogenannten B-Laktam-Antibiotika. Da die Peptidoglykanschicht in den Gram-negativen Bakterien dünner ist, sind diese Organismen weniger anfällig für B-Laktam-Antibiotika, da sie eine äußere Membran besitzen, eine Lipiddoppelschicht, die die Zellwand umgibt. Gram-positive Bakterien haben eine einzige Lipiddoppelschicht in der Zellwand. Genau wie bei allen hier beschriebenen Färbemethoden, kann auch mit der Gram-Färbung die Morphologie der Bakterien untersucht werden.

Färbung auf Säurefestigkeit

Abbildung 2: Säurefestigkeit: nicht säurefeste (links) und säurefeste (rechts) Bakterien

Manche Bakterien sind nicht eindeutig Gram-positiv oder Gram-negativ, zum Beispiel die Mykobakterien. Diese Bakterien besitzen Mykolsäuren in ihrer Zellwand. Dies macht sie teilweise resistent gegen Färbungen, selbst mit sauren Alkoholen. In Färbungen auf Säurefestigkeit, wie der Ziehl-Neelsen-Färbung, färben Karbolfuchsine die Zellwand rot. Nicht säurefeste Bakterien verlieren die rote Farbe und können mit Methylenblau blau gefärbt werden. Die Färbung auf Säurefestigkeit wird nicht so häufig verwendet wie die Gram-Färbung. Da Mykobakterien jedoch auch zu den krankheitserregenden Organismen gehören, wird sie oft in der Klinik angewendet. Das häufigste Beispiel für krankheitserregende Mykobakterien ist das Mycobacterium tuberculosis, der Erreger der Tuberkulose.

Endosporen-Färbung

Abbildung 3: Endosporen-Färbung: Bakterien mit Sporen (links) und Bakterien ohne Sporen (rechts)

Endosporen sind inaktive Strukturen, die von manchen Bakterien bei ungünstigen Lebensbedingungen produziert werden. Sie können ohne Nährstoffe überleben und sind sehr resistent gegenüber extremen Temperaturen, Strahlung und chemischen Desinfektionsmitteln. Aufgrund ihres harten, undurchdringlichen Äußeren sind Endosporen sehr schwierig zu färben. Endosporen-Färbungen wie die Schaeffer-Fulton-Färbung verwenden Hitze, um dem Farbstoff namens Malachitgrün beim Eindringen in die Sporen zu helfen. Ähnlich der Säurefestigkeits-Färbung, können Endosporen mit Alkohol nicht entfärbt werden. Alle bakteriellen Zellen (auch als vegetative Zellen bezeichnet, um sie von den Sporen zu unterscheiden) werden entfärbt und mit Safranin gegengefärbt.