グラム陽性菌とは？定義・構造・染色法・グラム陰性菌との違い

グラム陽性菌の定義・細胞壁構造・グラム染色法・陰性菌との違いを図解で分かりやすく解説。医療や微生物学の基礎を短時間で習得。

グラム陽性菌とは、グラム染色で濃紺や紫色に染まる菌のことである。グラム陰性菌は、クリスタルバイオレット染色を保持することができません。代わりに対染色剤（サフラニンやフクシン）を取り込み、赤やピンクに見える。

この違いは、細胞壁の構造に起因している。グラム陽性菌は厚いペプチドグリカン層を持っている。これによって守られているので、硬い細胞壁は必要ない。一方、グラム陰性菌はペプチドグリカン層が薄く、重要ではないので、支えと保護のために硬い細胞壁が必要である。

構造の違い（簡潔なまとめ）

• グラム陽性菌
  • 細胞壁に厚いペプチドグリカン（ムレイン）層を持つ（複数十ナノメートル）。
  • テイコ酸やリポテイコ酸を含み、これらは細胞壁の安定化や免疫反応に関与する。
  • 外膜はなく、細胞膜の外側に直接厚いペプチドグリカンがある。
• グラム陰性菌
  • 薄いペプチドグリカン層（数ナノメートル）を持ち、ペリプラズムと呼ばれる空間に位置する。
  • 外側に外膜（outer membrane）があり、リポ多糖（LPS）を含む。これが毒性（エンドトキシン）や薬剤耐性に関与する。
  • 外膜にはポリンなどの膜タンパク質があり、物質の透過性を制御する。

グラム染色の手順と原理

• 主な手順：
  1. クリスタルバイオレット（一次染色）で細胞を染める。
  2. ヨウ素（固定剤）を加えてクリスタルバイオレットと結合した複合体（CV–I）を形成させる。
  3. エタノールまたはアセトンで脱色する（脱色工程）。
  4. 対染色（サフラニンやフクシン）を行い、脱色された細胞を赤/ピンクに染める。
• 原理：厚いペプチドグリカン層を持つグラム陽性菌は脱色時にCV–I複合体を保持しやすく、紫色に見える。グラム陰性菌は外膜が溶解してCV–Iが流出するため一次染色が失われ、対染色で赤く染まる。

臨床的・実務的な重要性

• 抗菌薬の選択に影響する：ペプチドグリカンを標的とするβラクタム系やグリコペプチド（バンコマイシン）は一般にグラム陽性菌に有効な場合が多い。一方、グラム陰性菌は外膜で薬剤の透過が制限されるため耐性を示しやすい。
• 毒性の違い：グラム陰性菌のLPS（エンドトキシン）は強い免疫反応を誘発し、敗血症などで重大な影響を与える。
• 診断的意義：迅速なグラム染色によって感染症の初期対応（通報、経験的治療の選択、培養方針）が決まることがある。

代表的な菌種の例

• グラム陽性：Staphylococcus属（黄色ブドウ球菌など）、Streptococcus属、Bacillus属、Clostridium属など。
• グラム陰性：Escherichia coli、Salmonella属、Pseudomonas aeruginosa、Neisseria属など。

染色の例外・注意点

• 古い培養や栄養欠乏状態にある菌は「グラム可変（Gram-variable）」を示し、正確な判定が難しくなる。
• ミコバクテリア（結核菌など）は細胞壁に大量のミコール酸を含み、グラム染色で正しく染まらないため酸性耐性（抗酸菌）染色が必要。
• 細胞壁を持たないMycoplasmaや細胞内寄生性のChlamydiaなど、一部の病原体はグラム染色では検出困難で、別の検査法（培養、PCR、抗原検査など）が必要。
• グラム染色はあくまで一次的・指標的検査。最終的な同定や薬剤感受性試験は培養・分子生物学的手法で行うべきである。

まとめ（ポイント）

• グラム陽性菌は厚いペプチドグリカン層を持ち、グラム染色で紫色に見える。
• グラム陰性菌は外膜と薄いペプチドグリカン層を持ち、対染色で赤/ピンクに見える。
• グラム染色は迅速な診断補助として有用だが、例外や限界があるため追加の検査が重要である。

質問と回答

Q: グラム陽性菌とは何ですか?

Q: グラム陽性菌とグラム陰性菌の違いは何ですか?

Q: なぜグラム陽性菌は堅い細胞壁を必要としないのですか?

Q: なぜグラム陰性菌は堅い細胞壁を必要とするのですか?

Q: グラム陽性菌はグラム染色でどのように染色されますか?

Q: グラム陽性菌の細胞壁はどのような構造になっていますか?

Q: グラム陰性菌の細胞壁の構造は?

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