HANS CHRISTIAN GRAM, CHI È?/ La sua tecnica usata per i nuovi antibiotici

- Vittorio Crippa

Hans Christian Gram, chi è? Dalla botanica allo studio dei batteri: ecco come contribuì alla loro classificazione e alla valutazione dell’antibiotico da usare

Hans Christian Gram
Hans Christian Gram, protagonista del Doodle di oggi

Hans Christian Gram, inventore della tecnica di colorazione dei batteri, mise a punto un sistema di classificazione che ha portato allo studio di ben 30mila specie. In collaborazione col patologo e microbiologo tedesco Carl Friedlander, ideò la tecnica a Berlino. Recentemente la colorazione Gram è stata usata per aiutare a identificare nuovi antibiotici, fondamentali nella lotta contro la resistenza antimicrobica. Eppure Hans Christian Gram riteneva che il suo metodo fosse incline all’errore. «Ho pubblicato il metodo, anche se sono consapevole che è ancora molto difettoso e imperfetto». La sua speranza è che nelle mani di altri colleghi si sarebbe rivelato utile. E così è stato. Perché si è arrivati ad altri test per migliorare la tecnica. La sua resta quella più eseguita nei laboratori di microbiologia clinica: è una tecnica fondamentale nel trattamento delle infezioni batteriche. (agg. di Silvana Palazzo)

DALL’INTERESSE PER LE PIANTE AI SEGRETI DEI BATTERI

Fu l’interesse verso le piante, derivante dallo studio di botanica all’Università di Copenaghen, ad accrescere in Hans Christian Gram la sua voglia di approfondire lo studio della farmacologia ed al tempo stesso l’uso del microscopio. Il suo nome è inevitabilmente connesso alla sua importantissima scoperta, la colorazione di Gram, appunto, che permise di classificare i batteri in Gram positivi e Gram negativi. Una tecnica, quella scoperta dal medico danese, avventura mentre stava esaminando il tessuto polmonare di pazienti deceduti per polmonite. In quel frangente il medico si accorse di come le cellule batteriche si colorassero più intensamente con cristal violetto e soluzione di Lugol. Poco alla volta e attraverso studi successivi, per Gram i batteri iniziarono a non avere più segreti e così gli Pneumococchi e i Corynebatteri furono meglio studiati proprio grazie alle loro colorazioni e ciò rese possibile non solo classificare i batteri ma anche valutare quale tipo di antibiotico utilizzare per combatterli. (Aggiornamento di Emanuela Longo)

LA SUA SCOPERTA ALLA BASE DELL’ANTIBIOTICOTERAPIA

E’ Hans Christian Gram il protagonista del doodle di Google di oggi, venerdì 13 settembre 2019: il medico e patologo danese ha scritto pagine importanti della storia della ricerca e, come vi abbiamo già spiegato, le sue scoperte sono alla base dell’antibioticoterapia. Gram, come tanti altri luminari scandinavi, è stato allievo di un altro punto di riferimento della storia della biologia come Johannes Japetus Smith Steenstrup, zoologo di fama mondiale. Dopo essere stato rettore di mineralogia a Soro, ottenne la cattedra all’università di Copenaghen nel 1845 ed arrivò a fare scoperte degno di nota come i cicli vitali aplodiplonti, senza dimenticare la ricerche effettuati a proposito dei Cefalopodi. Un grande ricercatore ma soprattutto un ottimo maestro: fu lui ad “allevare” Hans Christian Gram, così come Johan Erik Vesti Boas e l’anatomista tedesco Karl Gegenbaur. (Aggiornamento di Massimo Balsamo)

LA CARRIERA ACCADEMICA DEL LUMINARE DELLA COLORAZIONE

Hans Joachim Christian Gram è legato indissolubilmente alla scoperta della colorazione dei batteri, ma lo scienziato è stato anche un professore universitario di altissimo livello. Medico, patologo, e farmacologo di origini danese, studiò botanica presso l’università di Copenaghen e fu assistente di Japetus Steenstrup, uno dei massimi zoologi di sempre, non soltanto della Danimarca. Christian Gram si dedicò quindi alla farmacologia e nel 1878 intraprese gli studi medici per laurearsi cinque anni dopo, nel 1883. Tra il 1878 e il 1885 ha viaggiato in diverse università europee, poi nel 1891 divenne rettore in farmacologia per essere poi nominato professore alla prestigiosa università di Copenaghen, ateneo fondato nel 1479. Dopo nove anni, nel 1900 decise di dare le dimissioni dalla cattedra di farmacologia, assumendo quella di medicina interna. Insegnerà fino al 1923, quando poi si ritirò in pensione dopo una vita dedicata ai batteri, alla medicina e alla scienza. (aggiornamento di Davide Giancristofaro)

HANS CHRISTIAN GRAM, CHI È? LA MODESTIA AI TEMPI DELLA SCOPERTA

Quando il grande scienziato Hans Christian Gram mise a punto il suo sistema della “colorazione di Gram”, non avrebbe mai immaginato che la ben nota classificazione dei batteri sarebbe giunta fino ai giorni nostri. Nella sua pubblicazione, infatti, lo stesso genio danese associò la sua scoperta a tali parole: “Ho quindi pubblicato il metodo, anche se sono consapevole che finora è molto difettoso e imperfetto; ma si spera che anche nelle mani di altri investigatori si rivelerà utile”. Gram dimostrava esagerata modestia, una qualità che si sposa con molti altri scienziati e menti geni che hanno poi messo la propria firma indelebile sulla storia dell’uomo. Anche per questa ragione Google ha voluto dedicargli il Doodle di oggi, forse fra i più riusciti di sempre: al posto della prima “G”, troviamo Gram intento a provare il metodo del colore; quindi le due “o” diventano i suoi famosi occhiali sopra gli immancabili baffi, tipici della moda dell’epoca. La seconda “g” è invece un microscopio dei tempi che furono, infine la “e” viene composta dai famosi batteri colorati. (aggiornamento di Davide Giancristofaro)

HANS CHRISTIAN GRAM, CHI È?

Hans Christian Gram, baffoni, occhiali e microscopio. Tutto questo è quello che probabilmente ci immaginiamo debba occorrere a uno scienziato di fine ‘800 / inizi ‘900. Specie a un medico, patologo e farmacologo. Ma con qualche goccia di ingegno in più, Hans Christian Gram, ha saputo incidere il proprio nome nella storia della microbiologia. E’ infatti proprio ad Hans Christian Gram che dobbiamo la tecnica alla base della classificazione dei batteri nell’era moderna. A qualche goccia di ingegno e a qualche goccia di “colore”. Per l’appunto la colorazione di Gram che è alla base della classificazione dei batteri dividendoli in Gram positivi (Gram+) e Gram negativi (Gram-). E, come spesso accade anche per le più grandi scoperte, anche quella di Hans Christian Gram, fu di fatto quasi totalmente casuale, grazie al fatto che il “caso” si è mostrato agli occhi attenti dello studioso. Particolare non da poco, per non dire determinante. Hans Christian Gram, quindi, nel 1884 a Berlino per la prima volta diede un senso al colore che i batteri prendevano durante l’analisi di tessuti di ammalati. Il tutto avvenne mentre esaminava del tessuto polmonare di pazienti deceduti per polmonite. Hans Christian Gram notò che le cellule batteriche si coloravano più intensamente con cristal violetto e soluzione di Lugol. Esperimenti successivi, condotti sempre da Gram, evidenziarono che batteri quali gli Pneumococchi conservavano il colore anche se si effettuava un lavaggio con etanolo, altri invece come i Corynebatteri non lo trattenevano.

Colorazione Gram dei batteri: come si fa e perchè è importante la scoperta di Hans Christian Gram

La colorazione dei batteri scoperta da Hans Christian Gram non serve solo a fini classificativi, ma ci dice cose molto importanti riguardo la membrana cellulare dei batteri. La membrana cellulare è la “buccia” di un organismo unicellulare come i batteri ed è anche la barriera che va distrutta nel caso che si tratti di avere a che fare con batteri patogeni. E non è sempre facile, soprattutto ci vogliono le armi più specifiche e gli studi di Hans Christian Gram permetteranno di trovarle. In sintesi la differenza nella capacità di trattenere il colorante basico è data dalla quantità di peptidoglicano (mureina) contenuto nella parete cellulare: i Gram-positivi presentano amminozuccheri N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuramico, ai quali sono legate corte catene di amminoacidi, che conferiscono stabilità e consistenza a tale strato; i Gram-negativi presentano invece una parete più sottile, ricca di lipopolisaccaridi e lipoproteine. E come avviene la colorazione di Hans Christian Gram? In quattro passaggi. 1 Colorazione con Cristal Violetto, 2 soluzione di Lugol 3 decolorazione con Etanolo, 4 colorazione di contrasto con safranina. Come primo colorante utilizziamo il cristal violetto e lo distribuiamo sul preparato in maniera omogenea fino a coprirlo. Lo si lascia agire per 1 minuto, dopo di che si lava l’eccesso di colorante con acqua distillata.

Il Cristal violetto è in grado di permeare a livello degli strati più superficiali della cellula batterica. Questo avviene per tutti i batteri sia Gram positivi che negativi e tutte le cellule si colorano di viola, indipendentemente dalla tipologia di parete o strato superficiale. A questo punto il secondo passaggio della colorazione di Hans Christian Gram è il trattamento con un mordente o condensante, detto anche soluzione di Lugol, che è una soluzione contenente iodio e ioduro di potassio. Questo trattamento si esegue sempre coprendo il preparato con delle gocce di mordente e lo si lascia agire per un minuto. Dopo di che si lava sempre con acqua distillata. Il trattamento con il mordente serve a rafforzare il legame del colorante primario (cioè del Cristal violetto) alle strutture cellulari. Al microscopio tutti i batteri appariranno ancora viola. Subito dopo il mordente effettuiamo una decolorazione. Questo trattamento di decolorazione si esegue con etanolo (si utilizza alcol etilico assoluto) per 30 secondi. Questo trattamento con etanolo ha la funzione di disidratare le strutture cellulari e, disidratandole, di formare una sorta di barriera impermeabile al colorante (cioè al Cristal violetto) che aveva inizialmente colorato le strutture. A questo punto subentra la necessità di effettuare una colorazione secondaria, utilizzando la safranina (colorante secondario) perché dobbiamo comunque vedere se ci sono batteri Gram negativi. Se ci sono Gram negativi a questo punto il colorante li colorerà e li potremmo visualizzare.

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