Dzięki odpowiedniemu barwieniu możliwe jest wyodrębnienie niektórych struktur od reszty elementów komórki. Najczęstszymi barwnikami są zasadowe związki anilinowe, które posiadają barwiącą grupę w formie kationu. W komórce bakteryjnej występuje dużo reszt fosforanowych (szczególnie w kwasie nukleinowym), które nadają komórce kwaśny charakter. Dzięki temu wiązanie barwnika zasadowego jest tu ułatwione.
Najczęściej bakterie barwi się błękitem metylenowym, fioletem krystalicznym, fioletem goryczkowym, safraniną, fuksyną a także zielenią malachitową. Wymienione barwienia nie są przyżyciowe, oznacza to, że w procesie barwienia dochodzi do śmierci komórki. Wybarwienie komórki jest zazwyczaj jednolite, co oznacza, że wszystkie struktury zabarwiają się na ten sam kolor, jednakże w zależności od organelli może być on różnie intensywny. Zastosowanie kilku barwników pozwala na zróżnicowane wybarwienie się organelli komórkowych.
Najbardziej znana technika barwienia jest metoda Gramma. Dzięki niej możliwe jest zróżnicowanie bakterii pod względem budowy ściany komórkowej. Metoda ta pozwala nie tylko na identyfikacje bakterii ale stanowi źródło do klasyfikacji. Barwienie to daje także praktyczne informacje o wrażliwości bakterii na antybiotyki.
Proces barwienia przebiega w następujących etapach:
- przygotowanie i utrwalenie rozmazu z kolonii bakteryjnej, środkiem utrwalającym może być fiolet krystaliczny lub fiolet goryczki;
- zastosowanie płynu Lugola, celem utworzenia związku pomiędzy fioletem krystalicznym , który przeniknął i związał się w tkankach a jodem ( główny składnik płynu Lugola);
- potraktowanie powstałego kompleksu alkoholem ( alkohol usuwa kompleks jodu z fioletem z komórek o cienkiej ścianie komórkowej a nie jest w stanie tego zrobić w komórkach z grubą ścianą mureinową),
- te bakterie które się odbarwiły traktowane są barwnikiem kontrastującym, którym może być np. fuksyna, jest to ostatni etap barwienia.
Rezultaty barwienia metodą Gramma:
Komórki o cienkiej ścianie komórkowej ( te z których alkohol usunął nierozpuszczalny kompleks) zabarwiają się na niebiesko i mówimy, że takie bakterie są Gramm-ujemne. Natomiast komórki o usieciowanej mureinowej ścianie maja kolor czerwony i są one Gramm- dodatnie
Wynik barwienia Gramma może zależeć od wielu czynników. Różne wyniki uzyskuje się w zależności od warunków jakie panują w hodowli a także w zależności od wieku komórki bakteryjnej. Jeśli mamy stara hodowlę lub bakterie pochodzące z bardzo ubogiego środowiska to wynik barwienia Gramm-dodatniego może być niejasny ( komórki odbarwiają się). Odbarwienie jest najczęściej wynikiem "nieszczelnej" ściany komórkowej.
Struktury komórkowe wybarwia się innymi metodami. Istnieją metody, umożliwiające wybarwienie endospor, otoczek, ciałek zapasowych czy rzęsek.
