مواضيع المحاضرة:
background image

Unit 2: Bacteriology

 

 

 

78 

Lecture 1 - Staphylococcus 

 

  Staphylococci are Gram-positive cocci occurring in 

clusters. They can be cultured on normal nutrient 
mediums both aerobically and anaerobically. The most 
important species from the viewpoint of human medicine 
is S. aureus. A number of extracellular enzymes and 
exotoxins such as coagulase, alphatoxin, leukocidin, 
exfoliatins, enterotoxins, and toxic shock toxin are 
responsible for the clinical symptoms of infections by this 
pathogen, which are observed in the three types invasive 
infections, pure toxicoses, and mixed forms. The 
antibiotics of choice for therapy of these infections are 
penicillinase-resistant penicillins. Laboratory diagnosis 
involves identification of the pathogen by means of 
microscopy and culturing. S. aureus is a frequent 
pathogen in nosocomial infections and limited outbreaks 
in hospitals. Hand washing by medical staff is the most 
important prophylactic measure in hospitals. 

  Coagulase-negative staphylococci are classic 

opportunists. S. epidermidis and other species are frequent 
agents in foreign body infections due to their ability to 
form biofilms on the surfaces of inert objects. S. 
saprophyticus
 is responsible for between 10 and 20% of 
acute urinary tract infections in young women. 

  Staphylococci are small spherical cells (1 µm) found in 

grapelike clusters.Staphylococci are nonmotile, catalase-
producing bacteria. The genus Staphylococcus includes 
over 30 species and subspecies. S. aureus (and E. coli) are 
among the most frequent causal organisms in human 
bacterial infections. 
 

Staphylococcus aureus 

Morphology and culturing

This is a facultative 

anaerobe that is readily cultured on normal nutrient 
mediums at 37 ˚C. Hemolytic zones are frequently 
observed around the colonies. 

Fine structure

. The cellwall consists of a thick layer of 

murein. Linear teichoic acids and polysaccharides are 
covalently coupled to the murein polysaccharide. The 
lipoteichoic acids permeating the entire murein layer are 
anchored in the cell membrane. Teichoic and lipoteichoic 
acids can trigger activation of complement by the 
alternative pathway and stimulate macrophages to secrete 
cytokines. Cell wall-associated proteins are bound to the 
peptide components of the murein. Clumping factor, 
fibronectin-binding protein, and collagen-binding protein 
bind specifically to fibrinogen, fibronectin, and collagen, 
respectively, and are instrumental in adhesion to tissues 

and foreign bodies covered with the appropriate matrix 
protein. Protein A binds to the Fc portion of 
immunoglobulins (IgG). It is assumed that “false” binding 
of immunoglobulins by protein A prevents “correct” 
binding of opsonizing antibodies, thus hindering 
phagocytosis. 

 

Extracellular toxins and enzymes

.  

S. aureus secretes numerous enzymes and toxins that 
determine, together with the fine structures described 
above, the pathogenesis of the attendant infections. The 
most important are: 

1)  Plasma coagulase is an enzyme that functions like 

thrombin to convert fibrinogen into fibrin. Tissue 
microcolonies surrounded by fibrin walls are difficult to 
phagocytose. 

2)  a-toxin can have lethal CNS effects, damages membranes 

(resulting in, among other things, hemolysis), and is 
responsible for a form of dermonecrosis. 

3)  Leukocidin damages microphages and macrophages by 

degranulation. 

4)  Exfoliatins are responsible for a form of epidermolysis. 
5)  Food poisoning symptoms can be caused by eight 

serologically differentiated enterotoxins (A-E, H, G, and 
I). These proteins (MW: 35 kDa) are not inactivated by 
heating to 100 ˚C for 15–30 minutes. Staphylococcus 
enterotoxins are superantigens. 

6)  Toxic shock syndrome toxin-1 (TSST-1) is produced by 

about 1% of Staphylococcus strains. TSST-1 is a 
superantigen that induces clonal expansion of many T 
lymphocyte types (about 10%), leading to massive 
production of cytokines, which then give rise to the 
clinical symptoms of toxic shock. 
 

Pathogenesis and clinical pictures

.  

The pathogenesis and symptoms of S. aureus infections 
take one of three distinct courses: 

1)  Invasive infections. In this type of infection, the 

pathogens tend to remain in situ after penetrating through 
the derma or mucosa and to cause local infections 
characterized by purulence. Examples include furuncles 
,carbuncles,wound infections, sinusitis, otitis media, and 
mastitis puerperalis. Other kinds of invasive infection 
include postoperative or posttraumatic 
ostitis/osteomyelitis, endocarditis following heart surgery 
(especially valve replacement), postinfluenza pneumonia, 
and sepsis in immunocompromised patients. S. aureus and 
E. coli are responsible for approximately equal shares of 
nearly half of all cases of inpatient sepsis. 
Inert foreign bodies can be colonized by S. aureus
Colonization begins with specific binding of the 


background image

Unit 2: Bacteriology

 

 

 

79 

staphylococci, by means of cell wall-associated adhesion 
proteins, to fibrinogen or fibronectin covering the foreign 
body, resulting in a biofilm that may function as a focus 
of infection. 

2)  Toxicoses. Food poisoning results from ingestion of food 

contaminated with enterotoxins. The onset a few hours 
after ingestion takes the form of nausea, vomiting, and 
massive diarrhea. 

3)  Mixed forms. Dermatitis exfoliativa (staphylococcal 

scalded skin syndrome, Ritter disease), pemphigus 
neonatorum, and bullous impetigo are caused by 
exfoliatin-producing strains that infect the skin surface. 
Toxic shock syndrome (TSS) is caused by strains that 
produce TSST-1. These strains can cause invasive 
infections, but may also only colonize mucosa. The main 
symptoms are hypotension, fever & a scarlatiniform rash. 
 

Diagnosis.  

  This requires microscopic and culture-based pathogen 

identification. Differentiating S. aureus from the 
coagulase-negative species is achieved by detection of the 
plasma coagulase and/or the clumping factor. The 
enterotoxins and TSST-1 can be detected by means of 
immunological and molecular biological methods (special 
laboratories). 

  Plasma Coagulase and Clumping Factor Test 

  To detect plasma coagulase, suspend several colonies in 

0.5 ml of rabbit plasma, incubate the inoculated plasma 
for one, four, and 24 hours and record the levels of 
coagulation. 

  For the clumping factor test, suspend colony material in a 

drop of rabbit plasma on a slide. Macroscopically visible 
clumping confirms the presence of the factor. 

 

Therapy

.  

Aside from surgical measures, therapy is based on 
dministration of antibiotics. The agents of choice for severe 
infections are penicillinase resistant penicillins, since 70–
80% of all strains produce penicillinase. These penicillins 
are, however, ineffective against methicillin-resistant 
strains, & this resistance applies to all betalactams. 

 

Epidemiology and prevention.

  

S. aureus is a frequent colonizer of skin and mucosa. High 
carrier rates (up to 80%) are the rules among hospital 
patients and staff. The principle localization of 
colonization in these persons is the anterior nasal mucosa 
area, from where the bacteria can spread to hands or with 
dust into the air and be transmitted to susceptible 
persons.S. aureus is frequently the causal pathogen in 

nosocomial infections. Certain strains are known to cause 
hospital epidemics. Identification of the epidemic strain 
requires differentiation of relevant infection isolates from 
other ubiquitous strains. Lysotyping can be used for this 
purpose, although use of molecular methods to identify 
genomic DNA “fingerprints”is now becoming more 
common. 
   The most important preventive measure in hospitals is 
washing the hands thoroughly before medical and nursing 
procedures. Intranasal application of antibiotics 
(mupirocin) is a method of reducing bacterial counts in 
carriers. 

 

Coagulase-Negative Staphylococci (CNS) 

  CNS is an element in the normal flora of human skin and 

mucosa. They are classic opportunists that only cause 
infections given a certain host disposition. 

  S. epidermidis. This is the pathogen most frequently 

encountered in CNS infections (70–80% of cases). CNS 
cause mainly foreign body infections. Examples of the 
foreign bodies involved are intravasal catheters, 
continuous ambulant peritoneal dialysis (CAPD) 
catheters, endopro- stheses, metal plates and screws in 
osteosynthesis, cardiac pacemakers, artificial heart valves, 
and shunt valves. These infections frequently develop 
when foreign bodies in the macroorganism are covered by 
matrix proteins (e.g., fibrinogen, fibronectin) to which the 
staphylococci can bind using specific cell wall proteins. 
They then proliferate on the surface and produce a 
polymeric substance—the basis of the developing biofilm. 
The staphylococci within the biofilm are protected from 
antibiotics and the immune system to a great extent. Such 
biofilms can become infection foci from which the CNS 
enter the bloodstream and cause sepsis like illnesses. 
Removal of the foreign body is often necessary. 

  S. saprophyticus is responsible for 10–20% of acute 

urinary tract infections, in particular dysuria in young 
women, and for a small proportion of cases of nonspecific 
urethritis in sexually active men. 

  Antibiotic treatment of CNS infections is often 

problematic due to the multiple resistances often 
encountered in these staphylococci, especially S. 
hemolyticus
 
 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 199 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل