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革蘭氏陽性和陰性菌

在日常生活中，我們常常會看到藥物或抗菌產品適應癥會這樣寫到，對革蘭氏陽性菌有效，對革蘭氏陰性菌敏感，或者說對革蘭氏陰性菌有效，對革蘭氏陽性菌無效。可能很多人不是很清楚或搞不懂二者的區別。

本文主要介紹革蘭氏陽性和陰性菌，它們的區別，代表性菌種以及針對用藥等。

1884年，細菌學家Hans Christian Gram發明了革蘭氏染色法來鑒別區分細菌。這種技術將細菌分成兩大類，即革蘭氏陽性菌（G+）和革蘭氏陰性菌（G-）。區分主要是這兩類細菌細胞壁成分不同，因而著色也不同所致。

這兩類細菌的生理結構，疾病原因以及抗菌作用不一，因此，區分病原菌是革蘭氏陽性菌，還是陰性菌，在臨床確定感染和選擇用藥方面意義重大。

革蘭氏陰性菌致病多由于患者有基礎疾病或者體質比較差，腸道細菌感染引起的腹瀉多是由腸道菌群中的革蘭氏陰性菌所致，如大腸桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌，布氏桿菌等，治療這類細菌感染，一般使用三代頭孢菌素以及喹諾酮類抗生素。注意大多數革蘭氏陰性菌對青霉素耐藥或不敏感。

大多數化膿性球菌都屬于革蘭氏陽性菌，它們能產生外毒素使人致病，常見的菌種有葡萄球菌、鏈球菌、肺炎雙球菌、李斯特菌、炭疽桿菌、白喉桿菌、破傷風桿菌等。尤其在人體腸道內，革蘭氏陽性致病菌致病幾率更大。大多數由革蘭氏陽性菌引起的感染可以用相當少量的抗生素治療。青霉素、氯唑西林和紅霉素足以覆蓋 90% 的革蘭氏陽性感染。

此外，某些廣譜抗生素對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都有抗菌作用，如氨芐青霉素、慶大霉素、土霉素、磷霉素及環丙沙星等，但是作用效果可能不是最優。此外，磺胺類藥物也屬于廣譜抑菌藥物。

臨床應用時，如果對細菌感染比較明確，盡量使用窄譜抗菌藥物，如不太明確，可選用廣譜抗菌藥物。因此，臨床治療疾病時，首先要對藥物的作用與用途要詳細了解，然后再根據感染類型或診斷結果合理選擇藥物，這樣才能取得最佳治療效果。否則，藥物選擇不當，將會出現無效或越治越重的結果。

革蘭氏陽/陰性菌的主要區別

革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌之間的主要區別在于肽聚糖層的厚度和外部脂質膜的存在與否。

• 革蘭氏陽性菌具有較厚的肽聚糖細胞壁結構，在革蘭氏染色試驗中呈紫色/藍色。
• 革蘭氏陰性菌的細胞壁較薄，在革蘭氏染色試驗中呈紅色至粉紅色。

不同細菌的革蘭氏染色

A) 腦脊液樣本中的桿狀革蘭氏陽性炭疽桿菌（導致炭疽），也含有白細胞。B) 革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌（紫色或紫色）和革蘭氏陰性桿菌大腸桿菌（粉紅色）的革蘭氏染色，它們是最常用的革蘭氏染色參考細菌。參考來源：Wikipedia commons 和 tmedweb)

革蘭氏陽性菌

// 缺乏外膜，更容易受抗生素影響

革蘭氏陽性菌的細胞壁含有肽聚糖、脂質、磷糖醛酸和磷壁酸。這種結構成分不同于由肽聚糖和外膜（由脂質、蛋白質和脂多糖組成）組成的革蘭氏陰性細菌細胞壁。盡管革蘭氏陽性菌具有較厚的肽聚糖層，但它們比革蘭氏陰性菌更容易受到某些靶向細胞壁的抗生素的影響，因為它們缺乏外膜。

// 常見的致病菌

最常見的革蘭氏陽性細菌包括葡萄球菌、鏈球菌、芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌、李斯特菌、棒狀桿菌等。這些革蘭氏陽性菌的代表性物種是致病的，并可能引起多種疾病。

// 可用于治療的抗生素

青霉素是影響革蘭氏陽性菌的主要抗生素之一。

紅霉素是另一種用于治療革蘭氏陽性細菌感染的強效抗生素。紅霉素屬于一類稱為大環內酯類的抗生素，與阿奇霉素和克拉霉素同屬一類。它通常用于對青霉素過敏的人。

甲氧芐啶/磺胺甲惡唑，克林霉素，克林霉素，強力霉素，萬古霉素也可以用于特定的革蘭氏陽性菌的感染。

革蘭氏陰性菌

// 層層抵抗更難殺死：細胞壁更硬，可改變外膜

革蘭氏陰性菌有堅硬的保護外殼。它們的肽聚糖層比革蘭氏陽性桿菌薄得多。

當它們的細胞壁受到干擾時，革蘭氏陰性細菌會釋放內毒素，癥狀更糟。同時，大多數抗生素為了接近它們的目標，必須通過外膜。例如，親水性抗生素通過孔蛋白。革蘭氏陰性菌可以通過改變它們的疏水特性或通過孔蛋白的突變來改變它們的外膜。這對這些細菌細胞產生了抵抗力。

// 暗藏玄機：比革蘭氏陽性菌更危險

與革蘭氏陽性菌相比，革蘭氏陰性菌作為疾病生物體更危險，因為存在覆蓋外膜的莢膜或粘液層。通過這種方式，微生物可以隱藏表面抗原，這個抗原可以觸發人體免疫反應。

革蘭氏陰性菌是一組臭名昭著的細菌，可導致多種疾病，包括肺炎、腦膜炎、淋病、細菌性痢疾、霍亂、胃炎等。在重癥監護病房 (ICU)的患者，處于發病和死亡的高風險中，更容易遇見這類細菌，因此它們在醫院具有重要的臨床意義。

// 可用于治療的抗生素

已經開發了許多不同種類的抗生素來殺死革蘭氏陰性菌，例如頭孢菌素、葉酸拮抗劑、哌拉西林-他唑巴坦、脲青霉素、內酰胺-β-內酰胺酶抑制劑、碳青霉烯類和喹諾酮類。它們是專門針對革蘭氏陰性細菌而開發的，不過有時也對某些革蘭氏陽性細菌有效。

革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌區別總結

參考來源：microbenotes

以上是革蘭氏陽性菌和陰性菌的主要區別，接下來我們針對革蘭氏陽/陰性菌，從細菌特征，形狀表征，細胞結構等方面，進行更詳細的介紹。

細菌特征

革蘭氏陽性菌特征

革蘭氏陽性菌的定義是基于它們在革蘭氏染色中用酒精短暫洗滌后保留結晶紫染料的能力。革蘭氏陽性菌呈紫色。

這些細菌具有非常獨特的特征，可以將其與其他類型的細菌區分開來。這些包括：

• 革蘭氏陽性菌的特征之一是存在被細胞壁包圍的細胞質脂質膜
• 革蘭氏陽性菌的細胞壁含有肽聚糖、多糖、磷壁酸和蛋白質
• 在顯微鏡下觀察時，革蘭氏陽性菌在革蘭染色試驗后呈紫色
• 周質體積比革蘭氏陰性菌要小得多
• 存在較厚的肽聚糖層
• 具有磷壁酸，脂磷壁酸用作螯合劑，也可用于某些類型的粘附
• 有些物種具有某些表面附屬物，例如鞭毛，可以幫助它們移動
• 沒有鞭毛的革蘭氏陽性菌有兩個支撐它們的基體環
• 肽聚糖鏈通過細菌酶DD-轉肽酶交聯以形成剛性細胞壁
• 一些革蘭氏陽性細菌具有由多糖組成的莢膜
• 它們有一個連接到肽聚糖層的 S 層
• 它們沒有革蘭氏陰性細菌那樣的外膜
• 革蘭氏陽性菌的細胞壁結構復雜，容易吸收異物
• 它們很少有被稱為菌毛的毛發狀結構。在小部分革蘭氏陽性菌中能看到菌毛，如鏈球菌和棒狀桿菌

革蘭氏陰性菌特征

在革蘭氏染色過程中，革蘭氏陰性細菌在用酒精清洗后將失去結晶紫染料的顏色，并吸收反染物藏紅花的粉紅色/紅色。

幾乎在地球上的每個生活區域都可能發現革蘭氏陰性細菌。

• 它們有一層由脂多糖組成的外膜。外膜含有脂多糖（LPS，由脂質 A、中心多糖和 O 抗原組成）
• 它們有一個周質空間（較大），將外膜與細胞質層隔開。
• 有一個內細胞膜（細胞質）
• 有一個薄的肽聚糖層（革蘭氏陽性細菌中更厚）
• 它們的細胞壁具有外膜，外膜進一步分為外葉和內葉。外葉含有由脂質A、O抗原和核心多糖組成的脂多糖，內葉由磷脂組成。
• 孔存在于外膜中，作為特定分子的孔
• 不存在磷壁酸或脂磷壁酸
• 肽聚糖鏈和外膜之間也存在共價連接，稱為布勞恩脂蛋白
• 除少數例外，大多數不產生孢子

形狀表征

革蘭氏陽性菌形狀的表征

盡管大多數細菌是通過革蘭氏染色染料進行區分的，但顯微鏡下的觀察揭示了更多可用于定義和表征這些細菌的特征。

根據形狀的定義，革蘭氏陽性菌可分為兩類：

• 球菌——直徑為0.5-1.0 um的圓形或橢圓形細菌。它們以成對、鏈狀、簇狀或單獨出現。例如葡萄球菌、鏈球菌、肺炎球菌。
• 桿菌——也呈桿狀；它們是棒狀細菌，末端呈圓形、錐形、方形或腫脹狀。它們的長度為1-10um，寬度為0.3-1.0um。例如芽孢桿菌。

革蘭氏陽性細菌形成的其他特殊形狀包括：

• 四分體——一種球菌形狀，呈四個方形簇狀，例如Micrococcus（微球菌屬）。
• 八疊球菌——厚壁球菌形狀，四疊或八疊，例如八疊球菌。

革蘭氏陰性菌形狀的表征

革蘭氏陰性菌細胞的顯微鏡觀察范圍從桿狀到芽孢桿菌，從球菌到螺旋狀，螺旋狀是最常見的形狀。然而，有些表現出特殊的形狀，如球桿菌、四分體、柵欄、毛狀體等。例如：

• 桿菌——Escherichia coli （大腸桿菌）
• 球菌——是球菌和桿菌形狀的組合，包括Hemophilus influenza（流感嗜血桿菌）
• 鏈桿菌是桿狀的，它們以鏈狀連接在一起，例如Streptobacillus moniliformis （念珠狀鏈桿菌）
• 毛狀體是一系列柱狀排列的棒狀細胞，它可以被包裹在一個鞘中
• 螺旋形細菌也稱為螺旋體，例如梅毒螺旋體
• 絲狀革蘭氏陰性菌具有絲狀形狀，例如，Norcadia spp （諾卡氏菌屬）

細胞結構

革蘭氏陽性菌

革蘭氏陽性菌的細胞壁含有肽聚糖、脂質、磷糖醛酸和磷壁酸。這種結構成分不同于由肽聚糖和外膜（由脂質、蛋白質和脂多糖組成）組成的革蘭氏陰性細菌細胞壁。因此，革蘭氏陽性菌的細胞壁很厚，并吸收了革蘭氏染色的結晶紫染料。因此，顯微鏡下的革蘭氏陽性菌呈紫色。

革蘭氏陽性細菌細胞壁的結構特征

革蘭氏陽性細菌具有由肽聚糖組成的厚的多層細胞壁（因為它含有肽和糖的混合物）。由于肽聚糖存在于大多數細菌中，但不存在于哺乳動物細胞中，因此它是抗菌藥物的良好靶標（例如細胞壁合成抑制劑，包括青霉素、頭孢菌素和萬古霉素）。

這些抗生素會干擾轉肽酶（也稱為青霉素結合蛋白或PBP 的活性) 在細胞壁中催化相鄰聚糖鏈之間的交聯。

細胞壁還含有磷壁酸纖維，有助于細菌附著在宿主細胞膜（例如粘膜細胞）上，釋放后會引起感染性休克，類似于革蘭氏陰性菌釋放的內毒素 (LPS) 產生的感染。

β-內酰胺酶（青霉素酶）是由細菌產生的酶家族，可水解 β-內酰胺抗生素（其中許多也是細菌來源）的四原子 β-內酯環，從而使其抗菌性能失活。

細菌細胞膜還可以包含ABC 外排泵這可能導致抗生素耐藥性和對那些具有細胞內作用機制的藥物（例如 DNA 促旋酶抑制劑或蛋白質合成抑制劑）的多藥耐藥性 (MDR)。

結晶紫染料附著在革蘭氏陽性菌細胞壁的厚肽聚糖層上，在光學顯微鏡下觀察時將它們染成紫色或紫色。

肽聚糖

它也被稱為胞壁質（murein），占細菌細胞壁含量的 90%。

——維持形狀，并保持細胞壁強度和彈性

它是一種優質聚合物，由兩種相同的糖衍生物（N-乙酰氨基葡糖和 N-乙酰胞壁酸）以及 L-氨基酸鏈和蛋白質中很少發現的三種不同 D-氨基酸（即 D-谷氨酸、D-丙氨酸和內消旋二氨基庚二酸）組成，可保護細胞壁免受肽酶的攻擊。

D-氨基酸和L-氨基酸連接到N-乙酰壁酸，L-氨基酸特別是賴氨酸可以取代中二氨基丙烯酸。

肽聚糖亞基的這種相互連接使肽聚糖具有很強的維持細菌形狀和完整性的能力，并具有彈性和延展性。

肽聚糖也具有滲透性，允許分子進出細菌細胞。

——肽聚糖的生物合成

抑制細菌細胞壁肽聚糖層的合成是許多抗菌藥物的分子靶點，包括?β-內酰胺類抗生素（青霉素、頭孢菌素、碳青霉烯類和單環內酰胺類）和糖肽類抗生素（萬古霉素和其他較新的類似物）。

這些藥物的兩個主要分子靶標是轉肽酶，也稱為青霉素結合蛋白 (PBP)，因為它們與青霉素結合，而糖基轉移酶 (GT) 可被萬古霉素等糖肽抑制。

PBPs 有許多亞型，給定的細菌菌株可以表達多種 PBPs。這些 PBP 在其生理特性和與抗生素相互作用的敏感性方面可能有所不同。取決于 PBP 亞型，糖基轉移酶可以作為單獨的酶或作為與轉肽酶相關的二聚體存在。

革蘭氏陽性細胞壁生物合成

圖片來源自（Wikipedia Commons 和 tmedweb）

細菌細胞壁由重復的 N-乙酰氨基葡萄糖 (NAG) 和 N-乙酰胞壁酸 (NAM) 亞基鏈組成。NAM 亞基附有短肽鏈。

肽鏈的組成因細菌而異，但近端的丙氨酸通常是 L-Ala，而遠端的兩個通常是 D-Ala。也與青霉素結合的細胞壁轉肽酶（青霉素結合蛋白：PBPs）在肽側鏈之間形成鍵，并從肽側鏈之一排出末端 D-丙氨酸。

一旦形成交聯，PBP 就會從壁上解離。用糖基轉移酶 (GT)分離酶結構域NAM 和 NAG 殘基之間的活性形成聯系。一些高分子量 PBP（例如 PBP2）是含有轉肽酶和糖基轉移酶結構域的酶復合物。

磷壁酸纖維存在于革蘭氏陽性菌的細胞壁中，由磷酸甘油或磷酸核糖醇的聚合物組成。它們參與細菌與黏膜細胞的附著，可誘發感染性休克，類似于革蘭氏陰性菌釋放的 LPS（內毒素）。

磷壁酸

這是由甘油共聚物組成的加固墻。

磷壁酸是水溶性的，占細菌細胞壁總干重的?50%。

它要么直接與肽聚糖共價連接，要么與細胞膜（脂磷壁酸）連接。通過 6-羥基 N-乙酰胞壁酸與肽聚糖直接相連。

帶負電荷，延伸到肽聚糖表面，使細菌細胞壁帶負電荷。

它還有助于維持細胞壁的結構。

它在革蘭氏陰性菌中完全不存在。

脂質

它們在肽聚糖下方有一層薄薄的脂質，大約 2-5%，其作用是錨定細菌細胞壁。

革蘭氏陰性菌

細胞壁

——細胞壁非常復雜

結合細胞外膜的主要作用，加上一層肽聚糖，其功能特性復雜，這里是對細胞壁及其功能部分的描述。

革蘭氏陰性細菌的細胞壁具有一層2-7nm的肽聚糖薄層和7-8nm厚的外膜。

——周質空間較大

顯微鏡下，細胞膜和細胞壁之間有一個空間，稱為由周質組成的周質空間。在革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌中均能發現，但在革蘭氏陰性菌中，周質空間較大。

革蘭氏陰性細菌細胞壁

在結構上，革蘭氏陰性細胞壁由細胞膜外部的兩層組成：一層薄薄的肽聚糖（太薄而無法吸收大量甲基紫染色）和一層外膜（革蘭氏陰性細菌獨有），通常含有促進小（<700 Da）親水分子（例如糖、氨基酸和維生素）擴散的孔蛋白。

許多抗生素（例如許多青霉素和頭孢菌素）也可以通過孔蛋白擴散到達它們的作用部位。

然而，萬古霉素 (1449 Da) 的質量太大，無法透過孔蛋白到達其作用部位，這使其對革蘭氏陰性細菌無效。因此，外膜為革蘭氏陰性菌提供了對某些抗生素的固有“內在抗性”，可以通過改變孔蛋白的表達水平或改變孔蛋白的孔特性以降低抗生素的滲透性來進一步修飾。

革蘭氏陰性菌的外膜還含有脂多糖 (LPS)或內毒素，可被細菌排出，引起宿主強大的免疫反應。

周質空間

革蘭氏陰性菌的周質空間由幾種蛋白質組成，這些蛋白質有助于獲取營養，例如攻擊核酸和磷酸化分子的水解酶，以及積極協助將物質運輸到細菌細胞中的結合蛋白。周質空間還具有合成肽聚糖和修飾可能對細胞造成傷害的有毒元素的酶。

肽聚糖

革蘭氏陰性細菌細胞壁有一層薄的肽聚糖層，位于質膜上方，約占細胞干重的5%。厚度不超過4納米，一些細菌如大腸桿菌只有2納米厚的肽聚糖。

外膜和脂多糖

革蘭氏陰性菌還有第二層脂質雙層，位于肽聚糖層的外部。這種外膜通過布勞恩脂蛋白與肽聚糖相連。外膜和肽聚糖之間的緊密連接是維持外膜作為許多有毒分子和抗生素的不滲透屏障所必需的。

外膜上的粘附位點也加強了革蘭氏陰性細胞壁，這些粘附位點在允許細胞接觸和膜融合方面發揮作用。物質通過這些粘附位點進入細胞。

革蘭氏陰性菌結構

圖源：Jeff Dahl，wikipedia

外膜主要由脂多糖 (LPS)組成，脂多糖是由脂質和碳水化合物組成的大型復雜分子。脂多糖由3個單元組成：脂質A、核心多糖和O側鏈。

脂質A由兩種氨基葡萄糖糖衍生物組成，每個衍生物含有三種脂肪酸和焦磷酸鹽，脂多糖的任何剩余部分都會伸出膜表面。

O側鏈也稱為O抗原，是從核心向外延伸的鏈。它由導致細菌菌株之間變異的糖組成。這些 O 抗原也負責細菌逃避抗體反應。

// 外膜及其脂多糖的作用

——脂多糖負責保護細胞壁免受外部攻擊

LPS 帶有負電荷，使電池表面帶負電荷。因此，這穩定了膜結構。

脂質A是脂多糖的有毒成分，因此它起到內毒素的作用。

——防毒素進入，防成分丟失

外膜及其脂多糖有助于防止抗生素、膽汁鹽和其他有毒元素進入并破壞細胞。

外膜由孔蛋白組成，使其具有滲透性，允許小分子（如葡萄糖）進入。維生素 B12 等較大的分子通過特定的載體運輸穿過外膜。

外膜還有助于防止成分丟失，特別是來自周質空間。

代表菌和病理

常見的革蘭氏陽性菌的例子和疾病

下表描述了主要的革蘭氏陽性致病菌，它們的基本形態特征以及它們在人類中引起的疾病。

常見的革蘭氏陰性菌的例子和疾病

已知革蘭氏陰性菌是正常菌群，部分會導致嚴重的人類感染，從社區獲得性感染到醫院感染。

革蘭氏陰性菌外膜的結構是其眾多顯著特征之一。脂多糖?(LPS) 存在于膜的外葉上，其脂質 A 部分用作內毒素。

// 革蘭氏陰性菌感染：嚴重時可危及生命

如果由于某種原因，革蘭氏陰性細菌能夠到達動物的循環系統，脂多糖將激活免疫系統，并觸發先天免疫反應，產生細胞因子和激素調節劑。這會引起炎癥，并可能導致毒性反應，從而導致發燒、呼吸急促和低血壓。這就是已知革蘭氏陰性細菌會導致危及生命的休克的原因。

內毒素休克的一些癥狀：

發燒和發冷或體溫下降、發炎、皮疹、呼吸急促、心率加快、低血壓、多器官衰竭等。

下表給出了一些革蘭氏陰性致病細菌的例子以及它們在人類宿主中引起疾病和感染時表現出的臨床特征。

藥物干預

革蘭氏陽性菌的抗菌藥物

如上表所述，已知革蘭氏陽性細菌會引起多種感染，如果不及時和適當地治療和管理，可能對人類造成災難性的影響。

革蘭氏陽性桿菌感染用抗生素治療。青霉素、氯唑西林和紅霉素可治療 90% 以上的革蘭氏陽性菌。

常見的革蘭氏陽性抗菌藥物及作用機制

然而，抗生素耐藥性正在成為革蘭氏陽性感染的一個嚴重問題。研究人員正在開發新的藥物來幫助解決這個問題。只有在絕對需要時才應使用抗生素。需要嚴格遵循感染控制標準，以防止抗生素耐藥性感染的發展和傳播。

革蘭氏陰性菌的抗菌藥物

由于它們的外膜，這些細菌對溶菌酶和青霉素具有抗性。這是因為存在保護內膜和細胞壁的外壁。

在周質空間（兩個細胞膜之間的區域）中也發現了分解或改變抗生素的酶。用于治療革蘭氏陰性菌感染的治療方法包括羧基、氨基和脲基青霉素。為了對抗可以消化這些藥物的酶，有時將它們與β-內酰胺酶抑制劑結合使用。β-內酰胺酶是一種存在于周質中的酶。

針對細菌病原體的抗菌劑被稱為抗生素。這些抗生素啟動針對細菌細胞的阻斷或抑制機制，以誘導細菌細胞增殖和復制。

用于對抗革蘭氏陰性菌的抗生素示例

耐藥性

抗生素耐藥性是現在世界上的一個主要臨床問題。

耐多藥細菌在人群中變得越來越普遍，如果不進行有效治療，這種感染可能會導致腎功能衰竭、敗血癥，甚至死亡。

微生物以多種方式抑制臨床治療中使用的許多抗菌劑。這些包括改變藥物結合位點的方法，改變藥物構象的方法，改變膜通透性的方法，可以導致耐藥機制失活。

例如革蘭氏陰性菌中有兩層膜，外膜和內膜。脂多糖被認為是一種非常強的免疫反應誘導劑，它具有三個重要成分：脂質 A、親水性多糖、抗原 O 的疏水域。

疏水域在細胞膜的外部表達。它是疏水成分脂質a，它負責內毒素作用。LPS 在細菌中是可變的，并且由于遺傳變異，一些細菌只產生一種不被 Toll 樣受體識別的弱抗原。然而，有大量的革蘭氏陰性菌團體可能會引起這樣的反應。免疫系統也被一些 toll 樣受體 4 (TLR4) 激活，這些受體存在于與免疫系統有關的眾多細胞中，如巨噬細胞、單核細胞、中性粒細胞和樹突狀細胞。

由 LPS 和 TLR4 受體介導的先天免疫反應的激活導致反應增強，產生細胞因子、趨化因子和干擾素等。

免疫系統的反應取決于感染過程的嚴重程度以及侵襲性細菌中?LPS 的結構，這與菌的毒力有關。因此，雖然一些細菌（如大腸桿菌）可以誘導免疫系統，但其他細菌（如幽門螺桿菌）僅具有弱抗原性。

// 對付耐藥性細菌新思路：根據電荷相互作用原理設計新藥

2017 年，伊利諾伊大學化學教授和當前研究的合著者Paul Hergenrother（ACPP 負責人/MMG）在《自然》雜志上報告說 ，發現的一個關鍵是，如果向它們添加帶正電荷的基團，例如胺，一些抗生素可以使用特定的膜孔穿透革蘭氏陰性細菌的細胞膜。

這項工作表明，抗生素上帶正電荷的胺基與細菌孔內的負電荷有良好的相互作用。這些吸引力使帶有胺基的抗生素以一種更有利于能量的方式排列，因為它穿過收縮區的孔的最狹窄部分。不含胺的抗生素面臨更高的能量屏障去通過孔隙。

這或許意味著未來可以設計新藥（或修改舊藥），以攻擊和殺死對抗生素治療具有耐藥性的微生物。

常見問題問答

問

革蘭氏陽性細胞和革蘭氏陰性細胞之間的三個區別是什么？

答

革蘭氏陽性菌有一層厚的肽聚糖作為它們的細胞壁，而革蘭氏陰性菌有一層薄薄的肽聚糖和外膜。

革蘭氏陰性菌有脂多糖（LPS），而革蘭氏陽性菌沒有。

一些革蘭氏陽性細菌含有霉菌酸，它會在細胞壁上形成一層蠟質層。

問

什么是革蘭氏陽性感染？

答

由革蘭氏陽性菌引起的感染，如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA)、耐萬古霉素腸球菌 (VRE) 和艱難梭菌是常見的多重耐藥菌感染。

問

革蘭氏陽性菌更容易治療嗎？

答

革蘭氏陽性細菌，即那些具有肽聚糖外層的物種，更容易被殺死——它們的厚肽聚糖層很容易吸收抗生素和清潔產物。因此，某些容易殺死革蘭氏陽性菌的洗滌劑不會破壞革蘭氏陰性菌。

問

腸道內很多革蘭氏陽性菌致病嗎？

答

是的，人體腸胃道的大多數革蘭氏陽性菌都是條件致病菌。包括微球菌、腸球菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、腐生葡萄球菌、肺炎鏈球菌、草綠色鏈球菌、釀膿鏈球菌、無乳鏈球菌、破傷風梭菌、肉毒桿菌、產氣莢膜梭菌、產氣莢膜梭菌、艱難梭菌, 單核細胞增生李斯特菌等。

問

革蘭氏陽性菌在哪里發現？

答

根據革蘭氏陽性菌種，它們可以在人類的土壤、水生沉積物、灰塵、皮膚、口腔、腸道或生殖道中找到。

問

革蘭氏陽性球菌危險嗎？

答

革蘭氏陽性菌可能是球菌或桿菌。這些稱為常駐菌群的細菌通常不會引起疾病。革蘭氏陽性桿菌引起某些感染，包括：炭疽。

問

革蘭氏陽性菌對抗生素的抵抗力更強嗎？

答

不是。與革蘭氏陽性菌相比，革蘭氏陰性菌對多種抗生素的耐藥性更強。由于它們的外膜，它們對抗生素的抵抗力更強。

革蘭氏陽性細菌更容易被殺死，因為它們的厚肽聚糖層很容易吸收抗生素和清潔劑。另一方面，革蘭氏陰性細菌具有薄的肽聚糖層，不會吸收周圍的任何異物。

問

革蘭氏陽性菌有內毒素嗎？

答

不會。內毒素與革蘭氏陽性菌無關。這些細菌沒有內毒素，因為它們沒有外膜。另一方面，革蘭氏陰性細菌會產生內毒素。

這些內毒素是革蘭氏陰性細菌細胞外膜的一部分，只有當細胞裂解或細菌死亡時才會釋放出來。內毒素是形成革蘭氏陰性菌細胞壁結構的熱穩定性脂多糖-蛋白質復合物。

問

為什么革蘭氏陽性菌對抗生素更敏感？

答

盡管革蘭氏陽性菌具有較厚的肽聚糖層，但它們比革蘭氏陰性菌更容易受到某些靶向抗生素的細胞壁的影響，因為它們缺乏外膜。

大多數抗生素為了接近它們的目標，必須通過外膜。例如，親水性抗生素通過孔蛋白。因此，革蘭氏陰性菌可以通過改變它們的疏水特性或通過孔蛋白的突變來改變它們的外膜。這對這些細菌細胞產生了抵抗力。革蘭氏陽性菌缺乏這一因素，因此革蘭氏陰性菌對抗生素的抵抗力比它們強。

問

革蘭氏陽性菌是否致病？

答

是的，大多數革蘭氏陽性菌都是致病菌。致病性革蘭氏陽性菌的實例包括微球菌、腸球菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、腐生葡萄球菌、肺炎鏈球菌、草綠色鏈球菌、釀膿鏈球菌、無乳鏈球菌、破傷風梭菌、肉毒桿菌、產氣莢膜梭菌、產氣莢膜梭菌、艱難梭菌, 單核細胞增生李斯特菌等。

問

革蘭氏陽性菌引起的常見感染有哪些？

答

炭疽、白喉、腹瀉、腦膜炎、惡心、皮膚感染、尿路感染。

問

哪種抗生素對革蘭氏陽性菌有效？

答

對革蘭氏陽性菌有效的抗生素是青霉素、氯唑西林和紅霉素，幾乎覆蓋了 90% 的革蘭氏陽性菌感染。其他還有萬古霉素、甲氧芐啶/磺胺甲惡唑，克林霉素，克林霉素等。

問

革蘭氏陰性菌引起的人類常見疾病有哪些？

答

革蘭氏陰性菌會在醫療機構中引起感染，包括肺炎、血流感染、傷口或手術部位感染以及腦膜炎。此外還有霍亂、鼠疫、傷寒、腦膜炎和尿路感染是人類常見的細菌性疾病。

問

為什么革蘭氏陰性菌比革蘭氏陽性菌更有害？

答

革蘭氏陰性菌細胞壁堅硬，不易對抗生素敏感，在抗生素作用下會釋放內毒素。

問

什么會殺死革蘭氏陰性菌？

答

這些抗生素包括頭孢菌素類（頭孢曲松-頭孢噻肟、頭孢他啶等）、氟喹諾酮類藥物（環丙沙星、左氧氟沙星）、氨基糖苷類（慶大霉素、阿米卡星）等

問

革蘭氏陰性菌的分泌系統是什么？

答

革蘭氏陰性菌具有廣泛封閉的分泌系統，可以轉移微小分子、DNA、氨基酸、蛋白質。

問

革蘭氏陰性菌從哪來？

答

革蘭氏陰性細菌隨處可見，幾乎遍布地球上所有支持生命的環境。革蘭氏陰性菌包括模式生物大腸桿菌，以及許多致病菌，如銅綠假單胞菌、淋病奈瑟菌、沙眼衣原體和鼠疫耶爾森菌。

問

如何自然去除革蘭氏陰性菌？

答

天然抗生素。一些天然抗生素是大蒜、蜂蜜、卷心菜、葡萄柚籽提取物、生蘋果醋、特級初榨椰子油、發酵食品等。

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總結

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