ทําไมแบคทีเรียแกรมบวกและลบจึงติดสีต่างกัน

ไขปริศนาสีสัน: ทำไมแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบถึงมีสีที่แตกต่างกัน?

ในโลกจุลทรรศน์อันน่าทึ่ง การจำแนกแบคทีเรียเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจคุณสมบัติและการจัดการกับพวกมัน หนึ่งในวิธีการจำแนกที่สำคัญและใช้กันอย่างแพร่หลายคือการย้อมสีแกรม (Gram staining) ซึ่งช่วยให้เราแยกแบคทีเรียออกเป็นสองกลุ่มหลักคือ แบคทีเรียแกรมบวก (Gram-positive bacteria) และแบคทีเรียแกรมลบ (Gram-negative bacteria) โดยอาศัยความแตกต่างของสีที่ปรากฏภายใต้กล้องจุลทรรศน์ แต่ทำไมแบคทีเรียทั้งสองกลุ่มนี้จึงแสดงสีที่แตกต่างกันเมื่อถูกย้อม? คำตอบอยู่ที่โครงสร้างผนังเซลล์ที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง

กำแพงแห่งชีวิต: ผนังเซลล์คืออะไร?

ผนังเซลล์เป็นโครงสร้างที่แข็งแรงที่ห่อหุ้มเซลล์แบคทีเรีย ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันปกป้องเซลล์จากสภาพแวดล้อมภายนอก รักษารูปร่างของเซลล์ และป้องกันการแตกตัวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันออสโมติก องค์ประกอบหลักของผนังเซลล์แบคทีเรียคือ เปปทิโดไกลแคน (Peptidoglycan) ซึ่งเป็นโครงสร้างคล้ายร่างแหที่ประกอบด้วยสายน้ำตาลและสายเปปไทด์ที่เชื่อมโยงกัน ความหนาและความซับซ้อนของชั้นเปปทิโดไกลแคนนี่เองที่เป็นตัวกำหนดว่าแบคทีเรียจะถูกจัดอยู่ในกลุ่มแกรมบวกหรือแกรมลบ

แบคทีเรียแกรมบวก: ปราการแห่งเปปทิโดไกลแคน

แบคทีเรียแกรมบวกมีผนังเซลล์ที่มีชั้นเปปทิโดไกลแคนหนามาก (ประมาณ 20-80 นาโนเมตร) คิดเป็นสัดส่วนสูงถึง 90% ของผนังเซลล์ทั้งหมด โครงสร้างที่หนาแน่นนี้ทำหน้าที่เหมือนปราการที่แข็งแกร่ง เมื่อแบคทีเรียแกรมบวกถูกย้อมสีแกรม จะถูกย้อมด้วย คริสตัลไวโอเลต (Crystal violet) ซึ่งเป็นสีย้อมหลัก คริสตัลไวโอเลตจะแทรกซึมเข้าไปในชั้นเปปทิโดไกลแคนหนาแน่นและจับตัวอยู่ภายใน เมื่อถูกล้างด้วยแอลกอฮอล์ ซึ่งเป็นสารละลายที่ใช้ในการกำจัดสีย้อมที่ไม่เกาะติดกับผนังเซลล์ โครงสร้างเปปทิโดไกลแคนที่หนาแน่นจะหดตัวลง ทำให้สีย้อมคริสตัลไวโอเลตถูกกักขังไว้ภายใน ไม่สามารถหลุดออกมาได้ ส่งผลให้แบคทีเรียแกรมบวกยังคงสีม่วงเอาไว้

แบคทีเรียแกรมลบ: เกราะบางและเยื่อหุ้มชั้นนอก

แบคทีเรียแกรมลบมีความแตกต่างอย่างมากในโครงสร้างผนังเซลล์ พวกมันมีชั้นเปปทิโดไกลแคนบาง (ประมาณ 2-7 นาโนเมตร) ซึ่งคิดเป็นเพียง 5-10% ของผนังเซลล์ทั้งหมด นอกจากนี้ แบคทีเรียแกรมลบยังมี เยื่อหุ้มชั้นนอก (Outer membrane) ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนที่อยู่ด้านนอกของชั้นเปปทิโดไกลแคน เยื่อหุ้มชั้นนอกนี้ประกอบด้วยไขมันชนิดพิเศษที่เรียกว่า ไลโปโพลีแซ็กคาไรด์ (Lipopolysaccharide หรือ LPS) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของโฮสต์

เมื่อแบคทีเรียแกรมลบถูกย้อมด้วยคริสตัลไวโอเลต สีย้อมจะแทรกซึมเข้าไปในชั้นเปปทิโดไกลแคนได้เช่นกัน แต่เนื่องจากชั้นเปปทิโดไกลแคนบางและมีเยื่อหุ้มชั้นนอกล้อมรอบ เมื่อถูกล้างด้วยแอลกอฮอล์ แอลกอฮอล์จะทำลายเยื่อหุ้มชั้นนอกและทำให้ชั้นเปปทิโดไกลแคนคลายตัว ทำให้สีย้อมคริสตัลไวโอเลตหลุดออกไปได้ง่าย ดังนั้นแบคทีเรียแกรมลบจึงสูญเสียสีม่วงไป

เพื่อให้มองเห็นแบคทีเรียแกรมลบได้ชัดเจน จึงมีการย้อมสีทับด้วยสีย้อมชนิดที่สองคือ ซาฟฟรานิน (Safranin) ซึ่งเป็นสีย้อมสีชมพู เนื่องจากแบคทีเรียแกรมลบไม่มีสีม่วงแล้ว ซาฟฟรานินจึงสามารถย้อมติดเซลล์ได้ ทำให้แบคทีเรียแกรมลบปรากฏเป็นสีชมพูเมื่อส่องดูภายใต้กล้องจุลทรรศน์

บทสรุป: สีสันแห่งความแตกต่าง

ความแตกต่างของสีที่ปรากฏในการย้อมสีแกรมระหว่างแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบเป็นผลมาจากความแตกต่างในโครงสร้างผนังเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความหนาของชั้นเปปทิโดไกลแคนและการมีอยู่ของเยื่อหุ้มชั้นนอก การทำความเข้าใจกลไกการย้อมสีแกรมนี้เป็นสิ่งสำคัญในการจำแนกแบคทีเรียเบื้องต้น ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกในการวินิจฉัยและการรักษาโรคติดเชื้ออย่างเหมาะสม การย้อมสีแกรมจึงยังคงเป็นเครื่องมือสำคัญในห้องปฏิบัติการจุลชีววิทยาและเป็นรากฐานที่สำคัญสำหรับการศึกษาแบคทีเรียในเชิงลึกยิ่งขึ้น