Inhalt · 12 Abschnitte
- 1. Geschichte und Autor
- 2. Methodik (4 Schritte)
- 3. Aufbau der Zellwand
- 4. Gram+ Bakterien – die wichtigsten
- 5. Gram− Bakterien – die wichtigsten
- 6. „Nicht Gram-färbbar“
- 7. Klinische Anwendung
- 8. Empirische Antibiotikatherapie
- 9. Grenzen der Methode
- 10. Untersuchungsfehler
- 11. Moderne Alternativen und Ergänzungen
- 12. FAQ
Kurz und bündig. Die Gram-Färbung (1884, Hans Christian Gram) ist die Standardmethode zur Klassifikation von Bakterien: Gram+ färben sich violett (eine dicke Peptidoglykanschicht hält den Kristallviolett-Jod-Komplex zurück), Gram− pink (dünnes Peptidoglykan + äußere Membran mit LPS, der Komplex wird durch Alkohol herausgelöst und mit Safranin/Fuchsin gegengefärbt). Liefert in 3–5 Min. eine Orientierung: Gram+ Kokken – Staphylo-/Strepto-/Enterokokken; Gram− Stäbchen – Enterobacteriaceae, Pseudomonaden; Gram+ Stäbchen – Clostridien, Listerien, Bacilli; Gram− Kokken – Neisserien. Von entscheidender Bedeutung für die Wahl der empirischen Antibiotikatherapie vor Vorliegen der Kultur.
1. Geschichte und Autor
- Entwickelt 1884 vom dänischen Mikrobiologen Hans Christian Gram.
- Ursprünglich zur Differenzierung von Pneumokokken und Klebsiellen in Lungenpräparaten.
- Seit den 1920er Jahren der Standard in der medizinischen Mikrobiologie.
- Basiert auf Unterschieden im Aufbau der Zellwand.
2. Methodik (4 Schritte)
| Stadium | Reagenz | Dauer | Ergebnis |
|---|---|---|---|
| 1. Primärfärbung | Gentianaviolett / Kristallviolett | 1 Min. | Alle Zellen violett |
| 2. Beize | Lugolsche Lösung (I₂-KI) | 1 Min. | Bildung des Kristallviolett-Jod-Komplexes |
| 3. Entfärbung | 96%iges Ethanol oder Aceton | 15–30 Sek. | Gram− verlieren den Farbstoff; Gram+ behalten ihn |
| 4. Gegenfärbung | Safranin oder Pfeiffer-Fuchsin | 1 Min. | Gram− pink; Gram+ bleiben violett |
- Zwischen den Schritten mit destilliertem Wasser spülen.
- Kritisch: Beim Entfärben nicht zu lange einwirken lassen → falsch-negativ (Gram+ werden pink).
- Material – Nativmaterial (Sputum, Urin, Liquor, Wundsekret) oder von Kolonien auf Agar.
3. Aufbau der Zellwand
Gram+ Bakterien
- Dicke Peptidoglykanschicht (20–80 nm).
- Teichonsäuren und Lipoteichonsäuren.
- Keine äußere Membran.
- Der Peptidoglykan-Jod-Kristallviolett-Komplex ist groß und wird durch Alkohol nicht ausgewaschen.
- Empfindlich gegenüber Penicillinen, Vancomycin, Lysozym.
Gram− Bakterien
- Dünne Peptidoglykanschicht (2–7 nm).
- Äußere Membran mit Lipopolysaccharid (LPS, Endotoxin) und Porinen.
- Periplasmatischer Raum zwischen den beiden Membranen.
- Bei Behandlung mit Alkohol löst sich die Lipidschicht auf → der Komplex wird ausgewaschen.
- Resistent gegen Vancomycin (kann die äußere Membran nicht passieren).
4. Gram+ Bakterien – die wichtigsten
| Gattung | Form | Morphologie | Erkrankungen |
|---|---|---|---|
| Staphylococcus | S. aureus | Haufwerkokken | Pyodermien, Sepsis, Endokarditis, Pneumonie |
| Streptococcus | S. pyogenes (BGA) | Kettenkokken | Angina tonsillaris, Scharlach, Erysipel, akute Glomerulonephritis |
| Streptococcus | S. pneumoniae | Lanzettförmige Diplokokken | Pneumonie, Meningitis, Otitis media |
| Enterococcus | E. faecalis | Diplokokken | HWI, Endokarditis |
| Bacillus | B. anthracis | Stäbchen | Milzbrand |
| Clostridium | C. difficile, tetani, botulinum, perfringens | Anaerobe Stäbchen | Pseudomembranöse Kolitis, Tetanus, Botulismus, Gasbrand |
| Listeria | L. monocytogenes | Stäbchen | Listeriose bei Schwangeren und Neugeborenen |
| Corynebacterium | C. diphtheriae | Stäbchen | Diphtherie |
5. Gram-negative Bakterien — von zentraler Bedeutung
| Gattung | Erreger | Erkrankungen |
|---|---|---|
| Enterobacteriaceae | E. coli, Klebsiella, Enterobacter, Proteus, Serratia | HWI, Sepsis, Pneumonie, Peritonitis |
| Salmonella | S. typhi, S. enteritidis | Typhus, Salmonellose |
| Shigella | S. dysenteriae u. a. | Shigellose |
| Pseudomonas | P. aeruginosa | Nosokomiale Infektionen, VAP, Brandwunden |
| Acinetobacter | A. baumannii | Nosokomial, MDR |
| Neisseria | N. meningitidis, N. gonorrhoeae | Meningitis, Gonorrhö |
| Haemophilus | H. influenzae | Epiglottitis, Meningitis, Otitis |
| Bordetella | B. pertussis | Pertussis |
| Campylobacter | C. jejuni | Enteritis |
| Helicobacter | H. pylori | Gastritis, Ulkus, Magenkarzinom |
6. „Gram-negative/positive nicht anfärbbar“
- Mykobakterien (M. tuberculosis, M. leprae) — wachsreiche Wand; Ziehl-Neelsen-Färbung (AFB).
- Mykoplasmen (M. pneumoniae) — keine Zellwand; in der Gram-Färbung nicht sichtbar.
- Spirochäten (T. pallidum, Borrelia) — dünn, schlechte Anfärbbarkeit; Dunkelfeldmikroskopie, Silberimprägnierung.
- Chlamydien, Rickettsien — intrazelluläre Parasiten.
- Legionella — erfordert Silberimprägnierung oder Spezialmedien (BCYE).
7. Klinische Anwendung
- Sputum — schnelle Orientierung bei ambulanter und nosokomialer Pneumonie.
- Liquor — Notfall bei Meningitis: Gram-positive Diplokokken — Pneumokokken; Gram-negative Diplokokken — Meningokokken; Gram-negative Stäbchen — H. influenzae.
- Urin — bei Urosepsis; Gram-negative Stäbchen — meist Enterobacterales (Darmflora).
- Blut (aus Blutkulturflaschen) — bei Sepsis.
- Wundsekret, Eiter.
- Urethral-/Zervixstrich — Gonorrhö (Gram-negative Diplokokken intrazellulär in Neutrophilen).
8. Empirische Antibiotikatherapie
- Gram-positive Kokken im Sputum bei ambulanter Pneumonie — Ceftriaxon ± Makrolid; Pneumokokken wahrscheinlich.
- Gram-negative Stäbchen im Urin — Ceftriaxon, Fluorchinolone.
- Gram-positive Diplokokken im Liquor — Ceftriaxon + Vancomycin (Pneumokokken, Resistenz möglich).
- Gram-negative Diplokokken im Liquor — Ceftriaxon (Meningokokken); Kontaktpersonenprophylaxe.
- Mischflora im Peritonealexsudat — β-Laktam + antianaerobes Mittel (Metronidazol) oder Carbapenem.
- Anaerobe Gram-positive Stäbchen mit Sporen — Verdacht auf Clostridieninfektion.
9. Methodische Einschränkungen
- Sensitivität ~60–80 % (für eine verlässliche Beurteilung sind ≥ 10⁵ Zellen pro Gesichtsfeld erforderlich).
- Probenqualität: Sputum — Qualitätskontrolle nach Kriterien (< 10 Epithelzellen und > 25 Neutrophile pro Gesichtsfeld bei ×100).
- Differenziert nicht zwischen vitalen und toten Zellen.
- Liefert keine Artdiagnose (Kultur + Biochemie + MALDI-TOF-Massenspektrometrie erforderlich).
- Ersetzt nicht die Antibiotika-Empfindlichkeitsprüfung — diese wird erst nach der Kultur durchgeführt.
10. Häufige Fehler bei der Untersuchung
- Zu lange Entfärbung mit Alkohol — falsch-negativ (Gram-positive erscheinen als Gram-negativ).
- Zu kurze Entfärbung — falsch-positiv.
- Alte Kulturen — Gram-positive können ein gramvariable Bild zeigen (aufgrund von Wandabbau).
- Zu dicker Ausstrich — unzureichende Entfärbung.
- Kontamination — zahlreiche Morphotypen.
11. Moderne Alternativen und Ergänzungen
- Kultur mit Identifizierung mittels MALDI-TOF (Massenspektrometrie) — Artdiagnose in 15 Min.
- PCR-Panels (Septi-Fast, FilmArray BCID/GI/RP) — schneller Erregernachweis in Blut, Liquor, Atemwegsproben.
- 16S-rRNA-Sequenzierung — Identifizierung bei negativer Kultur.
- Antigentests (Pneumokokken- und Legionellen-Antigen im Urin).
- Die Gram-Färbung bleibt aufgrund von Geschwindigkeit und Kosteneffizienz das primäre Screening-Verfahren.
12. FAQ
Warum färben sich Mykobakterien nicht in der Gram-Färbung an?
Ihre Zellwand enthält hochmolekulare Mykolsäuren und Wachse → die hydrophobe Oberfläche lässt wasserlösliche Farbstoffe nicht durch. Es wird die säurefeste Färbung verwendet (Ziehl-Neelsen, Auramin-Fluoreszenz).
Was sind gramvariable Bakterien?
Bakterien, die unter verschiedenen Bedingungen ein unterschiedliches Bild zeigen: alte Gram-positive (Wandabbau), einige Clostridien, Listerien. Sie entsprechen in der Regel echten Gram-p-Bakterien.
Warum sind Gram-negative Stäbchen im Urin meistens E. coli?
Escherichia coli ist ein normaler Kommensale des Gastrointestinaltrakts und die Hauptursache für unkomplizierte ambulante Harnwegsinfektionen (70–80 %). Dies ist die Arbeitshypothese beim Nachweis von Gram-negativen Stäbchen im Urin.
Kann man S. aureus und S. epidermidis mittels Gram-Färbung unterscheiden?
Nein. Beide sind Gram-positive Kokken in Haufen. Die Differenzierung erfolgt über Koagulase (S. aureus +), Katalase (beide +) und Biochemie.
Warum wirkt Vancomycin nicht gegen Gram-negative Bakterien?
Vancomycin ist ein großes Molekül, das an D-Ala-D-Ala im Peptidoglykan bindet. Gram-negative Bakterien besitzen außen eine Membran mit kleinen Porinen, die das Eindringen von Vancomycin verhindert.
Siehe auch: Antibiotika · Sepsis · Meningitis · Tuberkulose · Mikrobiologie-Katalog