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1. 개요
Gramfarvning[1] / Gram Staining[2]덴마크의 미생물학자인 한스 크리스티안 요아힘 그람(Hans Christian Joachim Gram)이 개발한 세균 염색법이다.
이 염색법을 통해 세포 벽의 펩티도글리칸 두께에 따라 모든 세균을 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 그람 염색이 중요한 이유는, 양성이냐 음성이냐로 해당 균종을 배양 혹은 살균하는 적합한 방법을 찾을 수 있기 때문이다.
2. 시행 방법
그람 염색의 과정은 다음과 같다.-
1단계: 염색
균을 자색의 염기성 용액인 크리스탈 바이올렛으로 약 1분간 염색한다. 이 과정에서 모든 세균이 자색으로 염색된다. -
2단계: 착색
염색된 세균을 매염제인 아이오딘 용액으로 약 1분간 처리하여 착색한다. 이 과정에서 크리스탈 바이올렛과 아이오딘의 반응으로 세포 내에 불용성 복합체가 형성된다. -
3단계: 탈색
착색된 세균을 약 15초간 에탄올 처리하여 불용성 복합체를 용해시켜 탈색한다. 그람 양성균은 세포벽 내의 펩티도글리칸 함량이 높으므로 복합체가 용해되지 않고 남아 완전히 탈색되지 않는 반면, 그람 음성균은 세포벽 내의 펩티도글리칸 함량이 낮고 지질로 감싸져 있기 때문에 지질이 용해되어 탈색된다. -
4단계: 대조염색
탈색과정을 거친 적색의 염기성 용액인 사프라닌으로 약 40초간 대조염색한다. 이전 과정에서 탈색되었던 그람 음성균만 대조염색된다.
위의 과정을 거치면 염색된 결과에 따라 세균을 다음과 같이 분류할 수 있다.
| 분류 | 염색 | 펩티도글리칸 함량 | 예시 |
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그람양성 (Gram-positive) |
자색[3] | 약 80% | 유산균, 고초균, 탄저균, 포도상구균, 디프테리아 등 |
|
그람음성 (Gram-negative) |
적색~자홍색[4][5] | 약 20% | 콜레라, 대장균, 살모넬라균, 이질균, 녹농균, 시트로박터 프렌디균 |
이는 세균의 세포벽의 구성성분인 펩티도글리칸의 함량 차이에 의한 것이다. 그람 양성균은 세포벽에 펩티도글리칸 성분이 80% 정도로 많기 때문에 에탄올에 탈색되지 않아 크리스탈 바이올렛의 자색을 그대로 유지하는 반면, 그람 음성균은 펩티도글리칸 성분의 함량이 20% 정도로 적기 때문에 에탄올에 의해 탈색되어 사프라닌에 의해 자홍색으로 대조염색된다.
염색에 의해 최종적으로 관찰되는 모습은, 아래 그림처럼 선명하게 구분이 가능하다.
그러나, 실제 관찰시, 양성균과 음성균 두 종류가 한데 섞여 있는 아래처럼 관찰되는 게 일반적이다.
그람 양성균은 보통 1개의 세포막을 가지며, 이를 두꺼운 펩티도글리칸 층이 덮고 있다. 반면 음성균은 세포막 위에 얇은 펩티도글리칸 층이 있고, 그 위에 세포막과 같은 구조의 외막이 있으며 이를 지질다당류(lipopolysaccharide, LPS)층이 있어 결론적으로 2개의 세포막을 가진다.[6][7]
3. 한계
미코박테리움(Mycobacterium)인 탄저균, 나균 등은 세포벽 바깥에 일종의 매끈한 코팅막을 가지고 있다. 따라서 펩티도글리칸 층이 이 코팅 안쪽에 있어 제대로 탈색이 되지 않으며, 따라서 그람 염색이 잘 되지 않게 된다.4. 관련 분류
5. 둘러보기
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실험실 알고리즘 기준으로 분류 | ||||
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구균 (Cocci) |
카탈레이스 양성 Catalase (+) 포도상구균 (Staphylcoccus) |
응고효소 양성 Coagulase (+) | 황색포도상구균 (S. aureus) | ||
| 응고효소 음성 Coagulase (-) |
표피포도상구균 (S. epidermis) 부생성포도상구균 (S. saprophyticus) S. capitis S. haemolyticus |
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카탈레이스 음성 Catalase (-) 연쇄상구균 (Streptococcus) |
부분 용혈 (partial hemolysis) 녹색, α 용혈 |
폐렴구균 (S. pneumoniae) 녹색연쇄상구균 (Viridans sterptococci) |
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완전 용혈 (complete hemolysis) 투명, β 용혈 |
Group A:
화농성연쇄상구균 (S. pyogenes) Group B: 스트렙토콕쿠스 아갈락티아이 (S. agalactiae) 그 외: 스트렙토콕쿠스 디스갈락티아이 (S. dysgalactiae) |
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용혈 없음 γ 용혈 |
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실험실 알고리즘 기준으로 분류 | ||||
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구균 (Coccus) |
말토스 발효 가능 (Maltose fermenter) |
수막구균 (Neisseria meningitidis) | |||
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말토스 발효 불가능 (Maltose nonfermenter) |
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간균 (Bacillus) |
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빠른 발효 (Fast fermenter) |
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젖당 발효 불가능 (Lactose nonfermenter) |
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