2．区分细菌的方法

科学家们发现细菌后，就开始采用各种各样的方法来研究这些数量惊人的“小东西”。就像人类一样，细菌虽然个头小，但也是要吃东西才能长大。科学家们为了让它们成长，配制了各种各样营养美味的培养基来培养它们。大部分细菌并不“挑食”，在含有羊血的血培养基上长势喜人（图2.3）。但是一些特别“娇贵”的细菌需要更多的营养。比如，嗜血杆菌需要在特别添加营养素的巧克力培养基（没有添加巧克力哦）上才能生长（图2.4）。

图2.3 细菌生长图——血培养基

Figure 2.3 Bacteria culturing on blood medium

图2.4 细菌生长图——巧克力培养基

Figure 2.4 Bacteria culturing on chocolate medium

大多数细菌对空气中的氧气和二氧化碳没有特殊要求，而有些细菌喜欢多呼吸点二氧化碳。例如，脑膜炎奈瑟氏菌和布鲁氏菌偏爱高浓度的二氧化碳。还有一类“性情怪异”的细菌，极度厌恶有氧环境。对它们而言，氧气就是毒药。例如，隐藏在伤口最深处的破伤风梭菌。它们能在缺氧环境中迅速壮大队伍，危害人类的健康，但一旦暴露在空气中就很快死去。

如果你以为细菌这么小又没有四肢肯定不会动，那就大错特错啦！在载玻片上滴上生理盐水，借助显微镜，我们会观察到它们在“泳池”中欢快游动的身影（图2.5和图2.6）。除了特别大的真菌肉眼可见外，其他细菌个体微小，只能通过显微镜观察，所以显微镜在其中起着特别重要的作用。

图2.5 变形杆菌显微镜下鞭毛

Figure 2.5 Flagellum of Proteus under a microscope

但很快科学家们就发现，直接观察会有一个问题，不知道看到的是细菌，还是别的如细胞、气泡或者环境中的杂质。那到底该怎样做才能把细菌和非细菌的物质分开呢？经过不断地探索，科学家们想到了给它们“穿衣服”的方法--染色。

图2.6 变形杆菌显微镜下形态

Figure 2.6 The appearance of Proteus under a microscope

早在1884年，丹麦医师Gram就创立了革兰氏染色法，成功地将细菌分成两个“帮派”——革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。革兰氏阳性菌穿着厚厚的“外衣”（细胞壁），所以不容易被脱色而呈现紫色（图2.7）；而革兰氏阴性菌的“外衣”没那么厚很容易被脱色而重新染成红色（图2.8）。染完色的细菌在显微镜下原形毕露，有的胖、有的瘦、有的呈球形、有的呈杆状，于是科学家们就根据“身材”对它们进行了分群--球菌、杆菌、球杆菌。

图2.7 革兰氏染色图片——革兰氏阳性球菌

Figure 2.7 Gram stain-Gram positive bacteria

图2.8 革兰氏染色图片——革兰氏阴性杆菌

Figure 2.8 Gram stain-Gram negative bacteria

后来，科学家们发现革兰氏染色法不能很好地区分分枝杆菌和非分枝杆菌，所以又发明了抗酸染色。因为分枝杆菌的“外衣”细胞壁有很多脂质，这些特殊成分能够和染料牢牢地结合在一起，所以染成了红色，而其他非分枝杆菌则被染成了蓝色。此外，还有很多染色方法能帮助科学家们更好地研究细菌家族成员的特征。

像人体有一套完善的消化系统一样，细菌也有自己独特的“消化系统”——酶系统。因为不同菌种所含的酶各不相同，这些酶的分解能力和消化后得到的产物千差万别，所以科学家们就想到了利用生物化学方法测定这些产物（即细菌的生化试验）来区别不同菌种。这些形形色色的生化试验主要包括碳水化合物的代谢试验、氨基酸和蛋白质的代谢试验、氮源碳源利用试验和酶类试验等。

某些细菌（如大肠杆菌、变形杆菌等）具有色氨酸酶，能够使含色氨酸的培养基变成红色（图2.9）；有些细菌（如伤寒沙门菌）能消化培养基中的含硫氨基酸产生硫化氢，经过简单的化学反应在培养基上呈现黑色（图2.10）；还有一些特殊的细菌，如产气荚膜梭菌，能消化乳糖产生酸性物质使酪蛋白凝固，同时产生大量气体，气势汹汹，将凝固的酪蛋白冲散成蜂窝一样（图2.11）；有些细菌，如无乳链球菌，能产生某些因子，加强金黄色葡萄球菌溶解红细胞的能力，因此在两菌交界处出现箭头一样的透明溶血区（图2.12）。

图2.9 色氨酸阳性，呈红色

Figure 2.9 The positive reaction for Tryptophan—Red

图2.10 第三根管子为产硫化氢，培养基呈黑色

Figure 2.10 The third black mediumis hydrogen sulfide

图2.11 产气荚膜梭菌“汹涌发酵”现象

Figure 2.11 The phenomenon of clostridium Perfringensaerogenesis

图2.12 无乳链球菌加强溶血区——箭头

Figure 2.12 The arrow stands for Streptococcus agalactiae enhancing hemolysis

长久以来，生化反应是鉴定细菌的经典方法，但科学家们还是发现了很多“漏网之鱼”。生物的遗传物质如同一个巨大的“宝藏”，包含大量且大多都是很独特的信息，于是科学家们开始利用核酸分析技术对细菌进行“亲子鉴定”。

脱氧核糖核酸（DNA）以独特的双螺旋结构（图2.13）携带庞大的信息，与核糖核酸（RNA）一起在生命活动中起着举足轻重的作用。科学家们研究发现，不同菌种的16Sr RNA（细菌体内组装蛋白质的机器--核糖体的成分之一）千差万别。类似地，真菌胞内的18Sr RNA也是差异巨大。借助聚合酶链反应，科学家们可以把极微量的细菌遗传物质成千上万倍扩增，然后通过对这些核酸物质进行测序解读信息达到鉴别的目的。

图2.13 DNA双螺旋结构

Figure 2.13 DNA double helix structure

相比于测序法，基因芯片法更像是“大海捞针”，然而不要以为这是种笨方法哦。DNA是双链结构，两条链上的碱基互补配对，科学家们利用这一特性，合成能够捕获不同菌种特异性核酸序列的探针作为“吸铁石”。只要把这块吸铁石扔进核酸的海洋中，“针”很快就能被找到。通过一系列信号逐级放大和光电信号转化，机器能够准确地把菌种类别判定出来，既方便又快捷。

除了核酸方法鉴别菌种外，蛋白质指纹图谱法（以下简称质谱图法）也是一种极好的方法。质谱方法其实就是测量细菌核糖体蛋白的特异性图谱的方法，把得到的图谱和已知的图谱进行比较。这就像我们玩“连连看”，越像，分数就越高，从而来判断这个细菌是什么。这种方法是20世纪80年代新兴的一种方法，被认为是微生物鉴定中一项革命性的技术。

借助核酸扩增、基因芯片、质谱技术等分子生物学技术，更多的细菌家族成员开始为我们所认识。

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