مواضيع المحاضرة:
background image

Unit 2: Bacteriology

 

 

 

85 

Lecture 3 - Pathogenic Neisseria, 
Moraxella and Acinetobacter 

 
The family Neisseriaceae consists of Gram-negative 
aerobic bacteria from 14 genera, including Neisseria, 
Chromobacterium, Kingella,
and Aquaspirillum. The 
genus Neisseria contains two important human 
pathogens, N. gonorrhoeae and N. meningitidis

        

 

Neisseria gonorrheae  

Morphology and culture 

Gonococci are Gram-negative, coffee-bean-shaped cocci 
that are usually paired and have a diameter of 
approximately 1 µm. Attachment pili on the bacterial cell 
surface are responsible for their adhesion to mucosal cells. 
Gonococci can be grown on moist culture mediums 
enriched with protein (blood). The atmosphere for 
primary culturing must contain 5–10% CO2. 
 

 

Neisseria gonorrhoeae 

 

Pathogenesis and clinical picture. 

  Gonorrhea is a sexually transmitted disease. The 

pathogens penetrate into the urogenital mucosa, causing a 
local purulent infection. In men, the prostate and 
epididymis can also become infected.

 

Uncomplicated 

gonorrhea in the adult male is an inflammatory and 
pyogenic infection of the mucous membranes of the 
anterior urethra. The most common symptom is a 
discharge that may range from a scanty, clear or cloudy 
fluid to one that is copious and purulent. Dysuria 
(difficulty in urination)is often present. Inflammation of 
the urethral tissues results in the characteristic redness, 
swelling, heat, and pain in the region. There is intense 
burning and pain upon urination. In women, the 
gonococci can also cause salpingitis, oophoritis, or even 
peritonitis. 

  Endocervical infection is the most common form of 

uncomplicated gonorrhea in women. Such infections are 
usually characterized by vaginal discharge and sometimes 
by dysuria. About 50% of women with cervical infections 

are asymptomatic. Asymptomatic infections occur in 
males, as well. Males with asymptomatic urethritis are an 
important reservoir for transmission and are at increased 
risk for developing complications. Asymptomatic males 
and females are a major problem as unrecognized carriers 
of the disease, which occurs in the U.S. at an estimated 
rate of over 700,000 cases per year. Gonococci reaching 
the conjunctival membrane may cause a purulent 
conjunctivitis, seen mainly in newborn children. 
Gonococci can also infect the rectal or pharyngeal 
mucosa. Hematogenously disseminated gonococci may 
also cause arthritis or even endocarditis.  

 

  Determinants of the Pathogenicity of Gonococci. 

       Attachment pili on the surface and the outer 
membrane protein Opa are responsible for adhesion to 
cells of the urogenital tract. Opa also directs the invasion 
process by means of endocytosis. Immune defenses 
against granulocytes are based on the outer membrane 
porin Por that prevents the phagosome from fusing with 
lysosomes, resulting in the survival—and 
proliferation
—of phagocytosed gonococci in 
granulocytes. The lipo-oligosaccharide (LOS) in the 
outer membrane is responsible for resistance to 
complement
 (serum resistance) as well as for the 
inflammatory tissue reaction in a manner analogous to 
the more complexly structured LPS of enterobacteria. 
Gonococci can capture iron from the siderophilic 
proteins lactoferrin and transferrin, accumulating it inside 
the bacterial cells to facilitate their rapid proliferation
An IgA1 protease produced by the gonococci hydrolyzes 
secretory antibodies
 in the mucosal secretions. The 
pronounced antigen variability of the attachment pili 
and the Opa protein make it possible for gonococci to 
thwart specific immune defense mechanisms repeatedly. 
 

Diagnosis

 

The method of choice is detection of the pathogens by 
means of methylene blue and gram staining and 
culturing. Gonococci are sensitive in cultures and the 
material must be used immediately after they are obtained 
to inoculate. Thayer-Martin blood agar with antibiotics 
added to eliminate accompanying flora, on which medium 
the cultures are then transported to the laboratory. The 
identification procedure involves both morphology and 
biochemical characteristics. Techniques developed 
recently utilize immunofluorescence or coagglutination 
methods utilizing monoclonal antibodies to the main 
protein of the outer membrane, Por


background image

Unit 2: Bacteriology

 

 

 

86 

Direct detection in pus and secretion samples is possible 
using an enzymatic immunosorbence test or detection of 
gonococcus-specific DNA sequences coding for rRNA 
using a gene probe
 

Therapy

  

The agent of choice used to be penicillin G. In recent 
years, however, the percentage of penicillinase-producing 
strains has increased considerably all over the world. For 
this reason, third-generation cephalosporins are now 
used to treat uncomplicated cases of gonorrhea. They are 
applied in a single dose (e.g., ceftriaxone, 250–500mg 
i.m.). Good results have also been reported with single-
dose
 oral application of fluorinated 4-quinolones (e.g., 
0.5 g ciprofloxacin or 0.4 g ofloxacin). 
Penicillin Resistance in Gonococci : The determinants of 
high-level penicillin resistance in gonococci are small, 
nonconjugative plasmids, which are mobilized by a 
conjugative helper plasmid for transmission from one 
gonococcal cell to another. The penicillin resistance 
plasmids code for the TEM betalactamase that occurs 
frequently in Enterobacteriaceae. It is therefore assumed 
that the penicillinase gene in gonococci derived from the 
Enterobacteriaceae 
gene pool. Low-level, inherent 
resistance to penicillin is based on chromosomal genes ( 
penA
penB) that code for penicillin-binding proteins 
with reduced affinity to penicillin. These genes are 
products of mutations. 
 

Epidemiology and prevention

 

Gonorrhea is a worldwide sexually transmitted disease 
that occurs only in humans. Its level of annual incidence 
in developed countries is estimated at 12 cases per 1000 
inhabitants. The actual figures are likely to be much 
higher due to large numbers of unreported cases. A 
reduction in incidence seen in recent years may be due 
to AIDS prophylaxisProtective immunization for 
high-risk persons is not feasible due to the antigen 
variability of the organism as described above. Stopping 
the spread of gonorrhea involves mainly rapid recognition 
of infections and treatment accordingly. One hundred 
percent prevention of ophthalmia neonatorum is possible 
with a single parenteral dose of 125mg ceftriaxone. Local 
prophylaxis is also practiced using a 1% solution of 
silver nitrate
 or eye ointments containing 1% 
tetracycline
 or 0.5% erythromycin

 

 

 

Neisseria meningitidis  

Morphology and culture

 

  Meningococci are Gram-negativecoffee-bean shaped 

cocci that are frequently pleomorphic and have a 
diameter of 1 µm. They are nonmotile and feature a 
polysaccharide capsule

  Growing meningococci in cultures requires mediums 

containing blood. A concentration of 5–10% CO2 
encourages proliferation. 
 

 

Neisseria meningitidis scanning EM 
 

  Antigen structure. Serogroups A, B, C, D, etc. (a total 

of 12) are differentiated based on the capsule chemistry. 
Epidemics are caused mainly by strains of serogroup A, 
sometimes by B strains as well and, more rarely, by group 
C strains. Serogroups are divided into serovars based on 
differences in the outer membrane protein antigens. 
 

Pathogenesis and clinical picture 

Meningococci are parasites of the nasopharynx. These 
microorganisms are carried by 5–10% of the population
If virulent meningococci colonize the nasopharyngeal 
mucosa of a host lacking the antibodies, pathogen 
invasion of the mucosa by means of “parasite directed 
endocytosis
” becomes possible. The CNS is doubtless the 
preferred compartment for secondary infections
although hematogenously disseminated pathogens can 
also infect the lungs, the endocardium, or major joints
Onset of the meningitis is usually sudden, after an 
incubation period of two to three days, with severe 
headache
feverneck stiffness, and severe malaise
Severe hemorrhagic sepsis sometimes develops 
(Waterhouse-Friedrichsen syndrome). 
 

Diagnosis

 

Diagnosis requires detection of the pathogen in 
cerebrospinal fluid
 or blood by means of microscopy 
and culturing techniques. For success in culturing, the 
material must be used to inoculate blood agar without 
delay. Identification of the pathogen is based on 
identification of metabolic properties. The slide 


background image

Unit 2: Bacteriology

 

 

 

87 

agglutination test is used to determine the serogroup
Latex agglutination or coagglutination can be used for 
direct antigen detection in cerebrospinal fluid. 
 

Therapy

  

The antibiotic of choice is penicillin G. Very good results 
have also been obtained with third-generation 
cephalosporins
, e.g., cefotaxime or ceftriaxone. It is 
important to start treatment as quickly as possible to 
prevent  delayed damage. The advantage of 
cephalosporins is that they are also effective against other 
meningitis pathogens
 due to their broad spectrum of 
action (with the exception of Listeria monocytogenes). 
 

Epidemiology and prevention 

Meningococcal infections are more frequent in the winter 
and spring
 months. Transmission of meningococci is by 
droplet infectionHumans are the only pathogen 
reservoir. Sources of infection include both carriers and 
infected persons with manifest disease. In developed 
countries, meningitis occurs sporadically or in the form 
of minor epidemics in more or less isolated collectives 
(work camps, recruiting camps, school camping 
facilities). The incidence level is approximately 12 cases 
per 100 000 
inhabitants per year. In parts of the 
developing world (African meningitis belt) the level is 
higher
Lethality runs to 85% if the disease is left 
untreated, but is reduced to less than 1% if treatment is 
begun early enough. Prophylactic antibiosis is indicated 
for those in close contact with diseased persons (e.g., in 
the same family). Prophylactic measures also include 
treatment of carriers to eliminate this reservoir, whereby 
minocylin or rifampicin must be used instead of 
penicillin G. Prophylactic immunization can be 
achieved with a vaccine made from the purified capsule 
polysaccharides A, C, Y, and W-135
. There is no 
serogroup B vaccine
, since the capsule in serogroup B 
consists of polyneuraminic acid, which the immune 
system does not recognize as a foreign substance. 

 
 

Moraxella and Acinetobacter 

The taxonomic definitions of these genera are still 
inconclusive. Bergey’s Manual of Systematic 
Bacteriology groups both under the family 
Moraxellaceae.These bacteria are shortrounded rods
often coccoid, sometimes also diplococcoid. Their 
natural habitat is either human mucosa (Moraxella) or 
the natural environment (Acinetobacter). 

Moraxella.

  

The genus comprises two medically important species: 

  Moraxella catarrhalis

. Component of the normal flora of 

the upper respiratory tract. May be responsible for: 
pneumoniaacute exacerbation of chronic bronchitis
otitis media (up to 20% in children), and sinusitis. About 
90% of all strains produce one of the so-called BRO 
penicillinases
, so that therapy with a penicillinase-stable 
betalactam
 antibiotic is indicated. 

  Moraxella lacunata

. Formerly Diplobacterium Morax-

Axenfeld. Can cause conjunctivitis and keratitis. The 
reason why this organism is now rarely found as a 
pathogen in these eye infections is unknown. 

Acinetobacter 

In immunodeficient persons, A. baumanniiA. 
calcoaceticus
, and other species can cause nosocomial 
infections
 (urinary tract infections,  pneumonias
wound infectionssepsis). Clinical strains of these 
species often show multiresistance to antibiotics, so that 
treatment of these infections may prove difficult.  

 

Summary: 

Neisseria are Gram-negative, aerobic cocci that are often 
arranged in pairs.They are typical mucosal parasites that die 
rapidly outside the human organism. Culturing on enriched 
nutrient mediums is readily feasible. 
Neisseria gonorrheae is the pathogen responsible for 
gonorrhea (“clap”). 
Infection results from sexual intercourse. The organisms 
adhere to cells of the urogenital tract by means of attachment 
pili and the protein Opa, penetrate into the organism using 
parasite-directed endocytosis and cause a pyogenic infection, 
mainly of the urogenital epithelium. An infection is 
diagnosed mainly by means of microscopy and culturing of 
purulent secretions. The therapeutic of choice is penicillin G. 
Alternatives for use against penicillinase-positive gonococci 
include third-generation cephalosporins and 4-quinolones. N. 
meningitidis
 is a parasite of the nasopharyngeal mucosa. 
These meningococci cause meningitis and sepsis. Diagnosis 
involves detection of the pathogens in cerebrospinal fluid 
and blood. The disease occurs sporadically or in the form of 
minor epidemics in children, youths, and young adults. The 
antibiotics of choice are penicillin G and third-generation 
cephalosporins. 
      The family Neisseriaceae includes aerobic, Gram-
negative cocci and rods, the most important of which are the 
human pathogens N. gonorrheae and N. meningitidis. Other 
species in the genus Neisseria are elements of the normal 
mucosal flora. 

 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 119 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