革兰氏阳性菌

革兰氏阳性菌（英文名：Gram positive bacteria, G⁺），是指经革兰氏染色后染成深蓝或者紫色的细菌。^[2][5]其包括55个属、351个种^[注1]，^[4]常见的革兰氏阳性菌有炭疽杆菌、白喉棒状杆菌、破伤风梭菌、肺炎链球菌等。^[5]革兰氏阳性菌可分为低G+C含量和高G+C含量两种类别，^[注2]前者属于厚壁菌门，包括梭菌纲、柔膜菌纲和芽孢杆菌纲，后者属于放线菌门放线菌纲。^[4]

革兰氏阳性菌的基本结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核质。肽聚糖是革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁共有的化学成分，磷壁酸是革兰氏阳性菌特有成分，外膜是革兰氏阴性菌特有成分。^[6]革兰氏阳性菌细胞壁的特点是厚度大、化学组分简单，与革兰氏阴性菌的细胞壁形成明显的差别。^[4]大多数化脓性球菌都属于革兰氏阳性菌，它们能产生外毒素使人致病；而大多数肠道菌属于革兰氏阴性菌，它们产生内毒素使人致病。^[7]在治疗上，大多数革兰氏阳性菌都对青霉素敏感（结核杆菌对青霉素不敏感）。^[8]研究人员从不可培养的细菌中分离出了一种新型抗生素——Clovibactin，其能够有效杀灭耐药的革兰氏阳性菌，甚至是多重耐药的“超级细菌”，而且该抗生素未使细菌产生任何可检测到的耐药性。^[9]革兰氏染色法的原理有等电点学说、化学学说、渗透学说。^[10]

革兰氏阳性菌在工业、医药等领域应用广泛，如部分梭菌属可简化乙醇发酵工艺，^[4]放线菌能产生链霉素、红霉素等抗生素，^[11]双歧杆菌可用于奶制品及微生态制剂，^[12]芽孢杆菌在水产养殖中广泛应用等。^[13]2026年初，全球发生多起婴幼儿奶粉召回事件，原因均与产品可能含有蜡样芽孢杆菌毒素有关。当地时间2月11日，法国卫生部发布通报称，已有三名婴儿因食用被召回的婴幼儿配方奶粉死亡，相关部门已展开立案调查。^[14]

由于细菌细胞既微小又透明，故一般先要经过染色才能作显微镜观察。染色的方法很多，尤以革兰氏染色法最为重要（此法由丹麦医生C. Gram于1884年发明，故名）。各种细菌经革兰氏染色法染色后，能区分成两大类，一类最终染成深蓝或者紫色，称革兰氏阳性细菌（Gram positive bacteria, G⁺），另一类被染成红色，称革兰氏阴性细菌（Gram negative bacteria, G⁻）。^[2][5]

BIOLOG系统6.01版数据库中革兰氏阳性菌55个属351个种。按照《伯杰氏系统细菌学手册》（第2版），革兰氏阳性菌分为低G+C含量（50mol%以下）和高G+C含量（50mol%以上）两种类别，前者属于厚壁菌门，包括梭菌纲、柔膜菌纲和芽孢杆菌纲，后者属于放线菌门放线菌纲。^[4]

细菌是一类典型的原核细胞型微生物，结构比较简单。细胞壁、细胞膜、细胞质和核质是所有细菌都具有的结构，称为细菌的基本结构；荚膜、鞭毛、菌毛和芽孢是某些细菌在一定条件下形成的，称为细菌的特殊结构。肽聚糖是革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁共有的化学成分，磷壁酸是革兰氏阳性菌特有成分，外膜是革兰氏阴性菌特有成分。^[6]革兰氏阳性菌肽聚糖层厚且层次多，多数含有磷壁酸，无外膜和脂多糖，类脂和脂蛋白含量低，鞭毛基体上着生2个环，主要产外毒素，对机械力的抗性强，细胞壁抗溶菌酶的能力弱。^[5]

革兰氏阳性菌的细胞壁除肽聚糖外，还有大量磷壁酸。按结合部位不同将磷壁酸分为膜磷壁酸和壁磷壁酸两种。前者与细胞膜连接，后者与肽聚糖上的胞壁酸共价连接。所有的革兰氏阳性菌都含有膜磷壁酸，但是只有部分革兰氏阳性菌含有壁磷壁酸，也可用作革兰氏阳性菌的分类指标。^[4]

革兰氏阳性菌细胞壁的特点是厚度大（20～80nm），化学组分简单。它一般只含有90%肽聚糖和10%磷壁酸，与层次多、厚度低、成分复杂的革兰氏阴性菌的细胞壁形成明显的差别。^[4]

肽聚糖

肽聚糖又称胞壁质，是细菌细胞壁中的特有成分。革兰氏阳性菌——金黄色葡萄球菌具有典型的肽聚糖层，其厚度为20～80nm，由25~40层的网格状分子交织成的“网套”覆盖在整个细胞上。肽聚糖分子由肽与聚糖两部分组成，其中的肽有四肽尾和肽桥两种，聚糖则由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸相互间隔连接而成，呈长链骨架状。肽聚糖由肽聚糖单体聚合而成，每一肽聚糖单体由3部分组成：双糖单位、四肽尾或四肽侧链、肽桥或肽间桥。^[4]

磷壁酸

磷壁酸是革兰氏阳性菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。磷壁酸可以分为两类，其一为壁磷壁酸，它与肽聚糖分子共价结合，其含量会随培养基成分而发生变化，占细胞壁质量的10%，有时可接近50%；其二为跨越肽聚糖层并与细胞膜相交联的膜磷壁酸（又称脂磷壁酸），它通过甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂共价结合，其含量与培养条件关系不大。磷壁酸有5种类型，主要为甘油磷壁酸和核糖醇磷壁酸两类，前者在干酪乳杆菌等细菌中存在，后者在金黄色葡萄球菌和芽孢杆菌属（Bacillus）等细菌中存在。^[4]

磷壁酸的主要生理功能为：①其磷酸分子带较多的负电荷，可提高细胞周围的浓度，并最终转运到细胞内，满足细胞的需要；②贮藏磷元素；③在一些致病菌，如A族链球菌（Streptococcus）中，可以增强细菌对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬，也有抗补体的作用；④赋予革兰氏阳性菌以特异的表面抗原；⑤可以作为噬菌体的特异性吸附受体；⑥能调节细胞内自溶素（autolysin）的活力，防止细胞因自溶而死亡，因为在细胞正常分裂时，自溶素可使旧壁适度水解并促使新壁不断插入，而当其活力过强时，细菌则会因细胞壁迅速水解而死亡。^[4]

细胞膜也称胞质膜，是位于细胞壁内侧、包裹细胞质的半透性薄膜，厚约7.5nm，占细胞干重的10%～30%。细菌细胞膜结构与真核细胞基本相同，由磷脂和多种蛋白质组成，但不含胆固醇。革兰氏阳性菌的细胞膜向细胞质内陷、折叠、卷曲形成囊状物，称为中介体。中介体的形成有效扩大了细胞膜面积，相应增加了呼吸酶的含量和能量的产生，其功能类似真核细胞的线粒体，故亦称拟线粒体。^[6]

常见的革兰氏阳性菌有炭疽杆菌、白喉棒状杆菌、破伤风梭菌、肺炎链球菌等。^[5]

炭疽杆菌是一种能形成孢子的革兰氏阳性菌，其以两种形态存在——休眠孢子和活跃生长的无性细胞。炭疽杆菌通过致死因子（LF）和水肿因子（EF）获得特殊的毒力，是威胁全世界人类和动物生命健康的致病菌，食草动物最易感，它们通过摄取土壤或饲料中的孢子而感染。感染炭疽杆菌的动物和因炭疽死亡的动物尸体是主要传染源，又因为炭疽芽孢对环境具有很强的抵抗力，因此造成对土壤、水源、草地等的长期污染，使其成为持久的疫源地。近些年来，通过积极实施防控措施，特别是严格禁止掩埋动物尸体和屠宰病畜，以及20世纪前半叶的大型动物疫苗接种，已大大降低了许多工业化地区的炭疽发病率。人类通常通过接触受感染的动物，或因职业等原因接触受污染的动物产品而感染。人类感染者根据感染的途径不同，分为皮肤炭疽、消化道炭疽和肺炭疽3种类型。^[5]

白喉棒状杆菌属于棒状杆菌属。产毒白喉棒状杆菌是导致人类白喉的病原菌。白喉是一种由毒素介导的上呼吸道疾病，其特征是扁桃体、口部有炎性假膜形成，患者表现为咽痛、高热，严重者可导致死亡。白喉类毒素疫苗研制成功后，白喉疫情已得到有效控制。然而，自1990年以来，仍有部分国家出现了白喉的暴发。有报道显示55个国家有相当高的发病率和死亡率，对此我们仍需要保持警惕。非产毒白喉杆菌菌株（缺乏tox基因的菌株）可引起严重的咽炎和扁桃体炎、心内膜炎、感染性关节炎和骨髓炎，其流行逐渐成为一个全球性的公共卫生问题。^[5]

破伤风梭菌为革兰氏阳性厌氧菌，以孢子形式存在于环境中（通常存在于土壤中）。破伤风孢子可以在厌氧或有氧条件下于复杂的介质中萌发。目前已从人类粪便和动物粪便中分离出多株破伤风梭菌。破伤风是由破伤风梭菌产生的破伤风毒素引起的一种以痉挛性瘫痪为特征的人类和动物神经系统疾病。引起这种疾病最常见的原因是伤口接触到被破伤风梭菌孢子污染的土壤。马、羊和人对破伤风毒素高度敏感，而牛、狗和猫则具有抵抗力。破伤风的诊断主要基于特征性临床症状及体征，在伤口部位检出破伤风梭菌通常很困难。^[5]

肺炎链球菌是一种菌体似矛头状，成双或短链状排列的椭圆形革兰氏阳性双球菌。肺炎链球菌定植于人的鼻咽部，是一种共生细菌，虽然携带者通常没有症状，但肺炎链球菌可以因感染者抵抗力下降等因素变得具有侵袭性，并从上呼吸道播散到其他器官，导致严重的感染性疾病。肺炎链球菌是细菌性脑膜炎的主要致病菌，占美国及欧洲各国脑膜炎病例的2/3。该菌的致病物质包括多糖壳、表面蛋白、酶，以及肺炎链球菌溶血素。侵袭性肺炎链球菌病具有一定的隐蔽性，在免疫系统不发达或受损的个体中流行，如婴儿、老年人和艾滋病患者，通常发生在呼吸道感染后，且与高死亡率有关。肺炎链球菌对许多常用抗生素具有耐药性，再加上耐药菌株的高传播力，加剧了对人类健康的损害。^[5]

革兰氏染色法的原理解释主要有三种：等电点学说、化学学说、渗透学说。^[10]

等电点学说关注不同细菌的等电点差异，细菌的等电点在pH为2~5，在中性环境中，菌体带负电，很容易与碱性染料结合（如结晶紫、甲基紫、龙胆紫），并且阳性菌的等电点（pH2~3）通常比阴性菌（pH4~5）低，媒染的碘液为弱氧化剂，可以降低阳性菌的等电点，使两者等电点差异扩大。因而，初染的结晶紫与阳性菌的结合力比阴性菌强，不易被乙醇洗脱。^[10]

化学学说关注革兰氏阳性菌体内含有的核糖核酸镁盐-蛋白复合物。在初染和媒染后，核糖核酸镁盐-蛋白复合物、结晶紫、碘液三者在阳性菌细胞内结合，此结合物不易被乙醇洗脱。所以，阳性菌呈紫色。而革兰氏阴性菌细胞内缺乏核糖核酸镁盐，碘与结晶紫的胞内摄入量少，并且不能牢固结合，被乙醇洗脱。^[10]

渗透学说关注细菌细胞壁成分与结构。革兰氏阳性菌细胞壁厚（20~80nm），结构较简单，主要含肽聚糖和磷壁酸；革兰氏阴性菌细胞壁薄（约10nm），结构复杂，分外壁层和内壁层，外壁层又分三层：最外层是脂多糖，中间是磷脂层，内层是脂蛋白。内壁含肽聚糖（含量低，结构松散），不含磷壁酸。细菌在结晶紫初染和碘液媒染后，在细胞壁内形成了碘与结晶紫的复合物，阳性菌由于细胞壁较厚、脂类含量低，肽聚糖网状结构交联致密，因而在乙醇脱色时，细胞因失水使网孔收缩，结晶紫与碘复合物滞留在壁内，细胞呈紫色。而阴性菌细胞壁薄且类脂含量高、肽聚糖含量低且交联松散。在乙醇脱色时，含脂层迅速溶解，结晶紫与碘复合物很容易从薄而松散的结构中洗脱，再经红色染料复染后，阴性菌就呈红色。^[10]

革兰氏阳性菌细胞壁上的磷壁酸抗原性很强，是革兰氏阳性菌的重要表面抗原；在调节离子通过粘肽层中起作用；也可能与某些酶的活性有关；某些细菌的磷壁酸，能粘附在人类细胞表面，其作用类似菌毛，可能与致病性有关。此外，某些革兰氏阳性菌细胞壁表面还有一些特殊的表面蛋白，如a蛋白等，都与致病有关。^[15]

大多数化脓性球菌都属于革兰氏阳性菌，它们能产生外毒素使人致病；而大多数肠道菌多属于革兰氏阴性菌，它们产生内毒素使人致病。^[7]在治疗上，大多数革兰氏阳性菌都对青霉素敏感（结核杆菌对青霉素不敏感）；而革兰氏阴性菌则对青霉素不敏感（但奈瑟氏菌中的流行性脑膜炎双球菌和淋病双球菌对青霉素敏感），而对链霉素、氯霉素等敏感。所以首先区分病原菌是革兰氏阳性菌还是阴性菌，在选择抗生素方面意义重大。^[8]

发酵生产乙醇几乎都是用酵母发酵进行，其主要原因是：酵母能产生高浓度乙醇和少量副产物；酵母具适当的凝聚和沉淀特性，有利于细胞再循环；能耐较高浓度的盐溶液；而且酵母生产乙醇已有百余年历史，其理论基础深厚，技术成熟，高度工业化、自动化，不容易改变其菌种和工艺。而酵母所能发酵的底物范围较窄，如不能利用由淀粉水解产生的大部分寡糖，要完全利用淀粉，必须添加葡萄糖淀粉酶；酵母也不能利用纤维素、半纤维素、纤维二糖和大多数戊糖。这导致酵母生产乙醇不能直接地利用来源广、价格低的各种底物，成为降低乙醇生产成本的最大障碍。研究更好地利用更多的底物产乙醇是发展乙醇工业的重点。严格厌氧、适宜生长温度55～60℃、革兰氏阳性的梭菌属细菌，如热纤维梭菌、热解糖梭菌等，有可能将发酵生产乙醇的第一阶段和第二阶段变成一步发酵，简化工艺，并能以来源广、价格低的许多原料直接发酵，降低生产成本。这是由于梭菌与酵母及运动发酵单胞菌相比，其优势在于它能产生纤维素酶，而且活力高，有效地降解纤维素和半纤维素，并将这些降解产物发酵产乙醇，而且也能发酵各种糖类，包括利用糖蜜、淀粉、果胶等产乙醇。近期该菌没有被大规模用于生产乙醇，因为发酵的副产品中含有大量有机酸和一些硫化氢，有的高达1/3，而且用梭菌生产乙醇的耐受性比酵母及运动发酵单胞菌都要低。^[4]

革兰氏阳性菌中的放线菌可产生具有抑菌或杀菌作用的抗生素，如链霉素、红霉素、卡那霉素、四环素、利福霉素、庆大霉素等。^[11]许多以双歧杆菌为基础的微生态制剂已得到推广应用。在临床治疗方面，可用于治疗急性重症胰腺炎感染。对急慢性肝炎、肝硬化、新生儿母乳性黄疸、维生素B缺乏症等均有辅助治疗的作用。对有害菌无杀菌作用，只有抑菌作用，可抑制病原菌的生长繁殖，控制其数量，使益生菌本身同病原菌的斗争过程中占据数量上的优势，改善机体状况，其效果比较持久。^[12]

革兰氏阳性菌中的双歧杆菌在食品工业中主要应用于奶制品中，如双歧杆菌酸奶等。双歧杆菌也可用于保健食品的开发与应用，如预防高血压、动脉硬化和糖尿病等。^[12]

革兰氏阳性菌中的芽孢杆菌虽然是一种简易的细菌，却能强劲地分解碳系、氮系、磷系、硫系污染物，同时还能与养殖环境中的有害藻类及病菌竞争并将其打败。它们稳定性强，抗逆性好，可以在多种环境中生存繁殖，尤其在水产养殖中，芽孢杆菌更受欢迎。芽孢杆菌的保湿性能突出，能给土壤形成一层绝佳的保护膜，守住肥力和水分。芽孢杆菌还有着极强的分解有机质的能力，可以将难分解的大分子物质分解成可利用的小分子物质，并在此基础上合成多种有机酸、酶等生理活性代谢生成物。另一方面，芽孢杆菌还能抑制土壤或水体中有害菌、病原菌等微生物的生长繁殖。^[13]革兰氏阳性菌中的双歧杆菌用于护肤品，起到一定的营养作用。^[12]

2023年8月22日，荷兰乌得勒支大学、德国波恩大学及NovoBiotic公司的研究人员在Cell期刊发表了题为：An antibiotic from an uncultured bacterium binds to an immutable target的研究论文。该研究从不可培养的细菌中分离出了一种新型抗生素——Clovibactin，其能够有效杀灭耐药的革兰氏阳性菌，甚至是多重耐药的“超级细菌”，更重要的是，该抗生素没有让细菌产生任何可检测到的耐药性。^[9]

2026年初，全球多起婴幼儿奶粉召回事件引发乳制品行业关注，原因均与产品可能含有蜡样芽孢杆菌毒素有关。1月初，雀巢在欧洲的多家子公司宣布召回在不同市场销售的部分批次婴幼儿配方奶粉。1月17日，新加坡食品局宣布召回法国食品企业达能旗下多美滋婴儿配方奶粉。当地时间2月11日，法国卫生部发布通报称，已有三名婴儿因食用被召回的婴幼儿配方奶粉死亡，相关部门已展开立案调查。法国各地区卫生局共收到约50起相关报告，其中14起病例因疑似食用被召回的婴幼儿配方奶粉而住院治疗。^[14]