مواضيع المحاضرة: محاضرة رقم 8 و 9 Escherichia coli, Klebsiela, Citrobacter, Enterobacter, Serratia, Proteus, Salmonella, Shigella, Hafina, Vibrio Cholera, Campylobacter and Helicobacter
background image

 

 

True bacteria – Rods - Gram Negative Rods 

Enteric Rods 

Enterobacteriacease,Vibrio, Campylobacter,Helicobacter 

 

Enterobacteriacease 

General characters of Enterobacteriacease

 

(1) Numerous  interrelated  bacteria  flora  of  intestine  (GIT),  some  of  them  as  normal 

flora in the vagina (KlebsiellaProteus

(2) G

-

 rods, non spore forming. 

(3) Motile with peritrichate flagella, or non motile. 
(4) Non acid fast. 
(5) Ferment glucose with or without formation of gas.  
(6) Nitrates + .  
(7) Catalase + . 
(8) Oxidase - .  
(9) Facultative anaerobes, aerobes.  
 

Classification of Enterobacteriacease 

A-  Based  on  action  on  lactose:-  It’s  an  old  method,  practical  value  in  diagnostic 
bacteriology.  

1-  Lactose fermenter 

 e.g. Escherichia coli, Klebsiella,Citrobacter,Enterobacter 

2-  Late Lactose fermenter 

 e.g. Shigella sonnei, Serratia 

3-  Non Lactose fermentation 

 e.g. Proteus,Salmonella, Shigella , Hafnia 

B-  Modern  taxonomical  concept:-classified  into  tribes,  genera  and  species  by  their 
cultural  and  biochemical  characters.  The  species  are  further  classified  into  types, 
biotypes, serotypes, bacteriophage type and colicin types. At present there are 5 tribes : 

Tribe I: Escherichia   

Tribe II: 

Klebsielleae 

 

Tribe III: Proteuae 

Genus 

 

Klebsiella 

 

 

Genus 

Escherichia 

 

 

Enterobacter 

 

 

Proteus 

 

Edwardsiella 

 

Hafina 

 

 

 

Citrobacter 

 

 

Serratia 

 

 

 

Salmonella 

 

 

 

 

 

Shigella 

 

   

 

 

Tribe VI: 

Erwinieae 

  Tribe V: Yersinae 

 

 

Genus 

 

Yersinia

 

 

 

Erwinia 

   

 


background image

 

 

 

   

 

 Escherichia coli 

It  lives  only  in  human  or  animal  intestine  so  detection  of  this  genus  in  drinking 

water is taken as evidence of recent pollution with human or animal excretation . 

 

 

 
Antigenic structure 

       There are 4 types of antigens: 
1-  Somatic  antigen  (O  antigen)  =  they  are  heat  –  stable,  divided  into  164  groups 
designated as 1, 2, 3 ---- 
2- Surface antigen (K antigen) = they are heat-labile, divided into 3 types: 

a.  L antigen is destroyed by heating at 100

C for 1hs, and it’s capacity to combine 

with antibodies is lost. 

b.  A  antigen  is  capsular  antigen  and  is  heat-stable  and  is  associated  with  well-

marked capsule.   

c.  B antigen is destroyed by heating at 100

C for 1hr, and it’s capacity to combine 

with antibodies is present.  

3-  Flagellar  antigen  (H  antigen)  =  they  are  heat  –  labile,  about  75  types  have  been 
described.  
4-  Fimbrial  antigen  (F  antigen)  =  they  are  heat  –  labile  and  have  no  significance  in 
antigenic classification E. coli. 


background image

 

 

Toxins 

     E. coli produces endotoxin, and produces 2 types of exotoxins which are: 
a) Enterotoxin which is heat labile and the mode of action is by raising level of cAMP 
in  the  cells,  causing  excretion  of  fluid  and  electrolytes  in  the  lumen  of  intestine.          
The 2 types of E. coli enterotoxin have been: 
1-  Heat  labile  toxin  LT:  is  of  large  molecular  weight  (80,  000)  protein,  which  gets 
inactivated by heating at 60

C for 10 mins and their action through mediaton of cAMP.  

2- Heat stable toxin ST: is of low molecular weight (8000 – 8500) protein, which is not 
destroyed  by  heating    and  their  action  through  mediaton  of  cGMP  (cyclic  guanosine 
monophosphate).   
b) Hemolysin which may be 

1-  Heat labile and lethal for animals. 

2- 

Associated with bacterial cell . 

 

 

Pathogenesis 

A-  Gastroenteritis  :  Summer  diarrhea  occurs  in  children  during  second  and  third 
summer  of  life  in  non  epidemic  form.  Lactic  acid  produced  from  lactose  fermentation 
may cause irritation of the colon result in violent nausea, vomiting and diarrhea. There 
are 5 groups of E. coli, which causes diarrhea disease (Figure 2):  

 

1- Enterotoxigenic E. coli also called ETEC: They produce heat labile and heat stable 

enterotoxin and thus producing watery diarrhea in children and traveler’s diarrhea.  
They  posses  surface  properties  called  colonization  factors  which  promote  their 
virulence, and this factors may be pilli or special types of protein K Ag. caused: 

  Mild or moderately sever childhood diarrhea in developing countries.  

  Cholera – life syndrome in adults living in areas where cholera is epidemic.  


background image

 

 

 

Traveler’s  diarrhea  in  persons  from  developed  country  that  visits  developing 
countries.  

  Outbreaks of diarrhea in newborn nurseries in developed countries.  

  Outbreaks of  diarrhea  due to  fecal  contamination  of  food  and  water  in developing 

countries. 

 2-Enteropathogenic E. coli also called EPEC: They are carrying B type of surface 
(K Ag), caused watery diarrhea in babies less than 18 months old.The  mechanism of 
EPEC  is  there  tight  adherence  to  enterocytes  resulting  in  the  loss  of  microvilli  and 
cupping of enterocytes membrane to bacteria.  

3- Enterohemorrhagic E. coli also called EHEC: there is no fever but haemorrhage is 
marked(bloody diarrhea). EHEC produces a cytotoxin, it’s called verotoxin because it’s 
effects on Vero cells in tissue culture.  
4-Enteroinvasive E. coli also called EIEC: They invade intestinal epithelium like other 
dysentery  bacilli  (bloody  diarrhea),and  it  may  be  late  Lac+  or  Lac-  and  may  be 
anaerobic. They invasion of Hela cells in tissue culture . 
5- Enteroadherent  E. coli also called EAEC: cause watery diarrhea in children and in 
patients infected with  HIV.  
  
B- Urinary tract infection (UTI)  Infection may be precipitated by urinary obstruction 
due  to  prostatic  enlargement  calculi  and  pregnancy.  Strains  carrying  K  Ag  are 
responsible for pyelonephritis while strains form cystitis lack K Ag. UTI causing by  E. 
coli
  binding  to  epithelial  cells  receptors  by  means  of  adhesion,  such  as  uroepithial 
adhesion assay
 has become one of the important parameters.  
 
C-  Pyogenic  infection:
  e.g.  wound  infection,  abscess,  peritonitis,  cholecystitis  and 
meningitis. It may cause septicemia. 
   
D-  Neonatal  Meningitis:  is  a  major  cause  of  this  disease  occurring  within  the  first 
month  of  life.  The  K

1

  Ag(capsular  type,  A  type)  is  particularly  associated  with  such 

infections. 
 
E. Nosocomial (hospital – acquired) infections: include sepsis, bacteremia, endotoxic 
schock and pneumonia.  
(The most common causes of neonatal meningitis 

 Group B Strep. + E. coli + Listeria. 

The  most  common  causes  of  neonatal  sepsis  with  or  without  meningitis  →  Group  B 
Strep. + E. coli). 
F-  Septicemia:  It’s  one  of  the  commonest  causes  of  septicemia,  causes  fever, 
hypotension, disseminated intravascular coagulation (endotoxin).Mortality is  high.  


background image

 

 

Laboratory diagnosis 

Haematological  investigation:  Total  leukocytes  count  →  within  normal  limits  , 

but 

in 

tissue 

invasion= 

moderate 

leukocytosis. 

Differential 

leukocyte 

count → polymorphonuclear cells in tissue invasion.  

Bacteriological  investigation:  Specimen  →  in  UTI  mid  steam  urine  is  collected 

under  aseptic  condition  examined  for  pus  cell,  RBC  and  bacteria.  The  count  of  the 
organism should be more than 100000/ml in UTI, it’s called significant bacteriuria. 

 In  acute  diarrhea  a  sample  of  faces  or  a  rectal  swab  is  collected,  pus  may  be 

collected on sterile condition.  

Microscopic examination : shows moderate to large numbers of pus cells and G

-

 

bacilli, motile and noncapsulated. 
       Macroscopic examination : culture in liquid broth → shows uniform turbidity . On 
nutrient agar → colonies are circular 1-3 mm in diameter smooth, colourless, entire edge 
with butyrous consistency and emulsified easily after 12 hs incubation. On MacConkey 
agar  (selective  and  differential  media  for  all  Enterobacteriaceae  )→  colonies  are  pink 
due  to  lactose  fermentation.  .  EIEC  strains  often  Lac-  and  may  be  detected  on 
MacConkey media ,while EHEC, unlike other strains of E coli, ferment sorbitol slowly 
if at all, and may be detected on MacConkey sorbitol agar. On blood agar, some strains 
may show 

-hemolysis. 

 Biochemical  tests:  ferments  Lactose,  glucose,  sucrose,  maltose  and  mannitol 

forming acid and gas. IMVC  show + + - -, urease - , H

2

S – and nitrates +.    

Serological  tests  →  ELISA,  Precipitin  test,  radioimmunoassay  are  other  useful 

tests  to  identity  EPEC  strains.  Treatment  of  faecal  matter  with  fluorescent  –  labeled  O 
group antisera is useful for early diagnosis of diarrhea. 
           DNA probes for different EPEC forms are quite reliable and useful.  
         It  can  survive  for  months  in  soil  and  water,  it  killed  at  60

C  in  20  minutes  and 

chloride(0.5 -1 part/million).

 

 

Treatment and Prevention 

Treatment by: 
(1)maintenance of fluid and electrolyte balance .  
(2)antibiotics sensitivity testing  is necessary to determine the appropriate choice 

of  drugs  (Figure  1).  It’s  sensitive  to  sulfonamides,  trimethoprim,  tetracyclines, 
chloramphenicol and aminoglycosides. 

(3) Nitrofurantoin + nalidixic acid may be useful for treating UTI. 
(4) In septicemia or serious infection is required to be started treated immediately 

without waiting for drug sensitivity tests as gentamicin.  


background image

 

 

(5)Preparation  of  vaccine  against  E.coli  colonization  factor  Ag  (CFA)  is  being 

considered( CFAII, IV and I). 

 Prevention by care in selection, preparation and consumption of food and water. 

 
 Klebsiella 

      It’s found in the mucosa of upper respiratory  tract, intestine, and genitourinary tract. 

Its G- rod short, thick, large ,non  motile , capsulated. It’s growing on ordinary media 
forming  large  mucoid  colonies  of  varying  degree  of  stickiness.  They  are  Lac

+

  on 

MacConkey  agar.  Ferment  carbohydrate  forming  acid  and  gas↑.  IMVC  are  -  -  +  +,  
Urease  +.    Most  spps  are  pathogenic  and  classification  depends  on  biochemical 
reactions which vary depends on capsular type, like spps below:  
Klebsiella pneumonia 

It  causes  labor  pneumonia,  sinusitis,  otitis  media,  meningitis,  and  urinary  tract 

infections and bacteremia  particularly in hospitalized patients. 

     K.  pneumoniae  and  K.  oxytoca  cause  necrotizing  labor  pneumonia  in 

individuals  compromised  by  alcoholism,  diabetes,  or  chronic  obstructive  pulmonary 
disease.

 

Klebsiella ozaenae 

It  causes  foul  smelling  nasal  discharge  (ozaena).Other  strains  cause 

granulomatous  lesion of nose in Mediterranean countries.  
Klebsiella rhinosclermatis 

Cause rhinoscleroma disease.   

K. erogenes 

Usually present in human intestine and isolated from faeces in small number than 

E coli, so many survive longer out of intestine.  
K. cloasa 
     It differs from other spps above  in motility +, not always capsulated, liquefied 
gelatin. 
 
 

Citrobacter 

It occurs as intestinal commensal in man. G-rods, motile,  noncapsulated. Lac+

citrate +,  H

2

S+ . It has been isolated from enteric fever cases, and it cause UTI, gall 

bladder infection and meningitis. 

 

 


background image

 

 

Enterobacter 

          It is G- rods, motilenoncapsulatedLac+IMVC are - - + +, gelatin+. It found 
in human and animal faces and in soil. They rarely cause  disease in humans, but 
frequently colonize hospitalized patients especially in association with antibiotic 
treatment in dwelling catheters
, or invasive procedures. It may infect burns,wounds 
and the respiratory tract (causing pneumonia) or urinary tracts. 

Serratia 

It is G-rods, motile,  noncapsulated. Late Lac+.  It can cause extraintestinal 

infections such as those of the lower respiratory and urinary tracts especially among 
hospitalized patients, its opportunistic  pathogen. It has been isolated from cases of 
meningitis, endocarditis, septicemia and respiratory infection. 

 

 Proteus 

Antigenic structure 

A number of  O and H antigen are produced in  P. vulgaris . 
 

Pathogenecity  

UTI, pyogenic lesions  like  abscess, wound  infection, respiratory  tract  infections, 

diarrhea by Pmorgani. P. spps common causes of uncomplicated as well as nosocomial 
UTIs.  Other  extraintestinal  infections  such  as  wound  infection,  pneumonias,  and 
septicemias are associated with comporomised patients . 

 

Laboratory diagnosis 

Hematological investigation → leukocytosis with increase in PMN cells .  
Specimens  → urine, pus, sputum … etc 
Microscopic  examination  :  G

-

  rods  showing  great  variation  in  size,  actively 

motile , non capsulated.  

 Macroscopic  examination  :  In  broth  media  →  shows  uniform  and  moderate 

turbidity,  powdery deposit and ammonical  odor  after 18-24 hs.  

On MacConkey agar → shows Lac

-

 with fishing  or  bad  odor. On nutrient agar 

→  shows  swarming  motility  best  seen  at  20

C,  while  P.  vulgaris  and  P.  mirabilis 

swarm  on  solid  media    at  37

C  after  12-18hs  incubation.  Swarming  may  be  due  to 

progressive surface growth spreading from the edge of parent colony. This phenomena 
does not occur on  MacConkey agar. 


background image

 

 

 
 
Biochemical reactions of  P.  spps  are: 

 

Glucose 

Lactose 

Urease 

H

2

I M V C 

P. vulgaris 

 

+ + -  +d 

P. mirabilis 

 

-  +  -  

 

P. reltegri 

 

± 

+ +  -  + 

P. morgani 

 

+d 

+ +  -  - 

           
             It  forms  acid  and  gas  from  glucose  (except  P.  reltegri).  Deaminates 
phenylalanine
  to  phenyl  pyruvic  acid.    urease    +  in  few  minutes.  All  of  the  them 
nitrate +, Lactose –, MV are + - , H

2

S + only in P. vulgaris and P. mirabilis, Indole + 

(except  
P. mirabilis
), Citrate + (except P. morgani),see the table above. 

  

 Salmonella 

It’s  found  in  intestine  (man,  animal  ,  bird)  and  in  contaminated  food  (egg  and 

meat) .Currently, all strains are grouped in a single spp: S. enterica which including the 
clinically significant serotypes S. typhimurium and S. typhi. 

 

Antigentic structure 

1-  Somatic  antigen  (O  –  Ag)

  It’s  phospholipid  protein  –  polysaccharides  complex, 

stable  by  boiling  ,alcohol  and  acid  treatment.  O  -  agglutination  take  place  more 
slowly, it’s less immunogenic, titer of O antibodies after infection or immunization 
is lower than H – Ag.  

2-  Flagellar antigen (H- Ag)

 is heat labile protein, destroyed by boiling, alcohol but 

not  by  formaldehyde,  it’s  strongly  immunogenic.  H-Ag  occurring  in  2  phases: 
phase I   is specific designated as a, b, c, z, z

2

 …etc    

 phase II is no specific  designated as 1, 2, 3  or complex of e, n and x. 

     On the basis of somatic antigen (O-Ag), S. can be divided into 65 serogroups, each 
group is designated as A, B, C and D .Species among each subgroup are recognized by 
specific H-Ag (phases I and II). 
3-  Surface  antigen(Vi  antigen)

 

 It’s labile antigen in agglutinable with O antiserum 

because agglutinable after boiling or heating at 60

C for 1 h. It’s virulent to mice and 

Vi Ab may provide protection, the resistance of Vi Ab indicates carrier state. It’s 
present in S.typhiS.paratyphi and S.dublin, and Citrobacter

 
  


background image

 

 

Epidemiology 

S. typhi is human pathogen, whereas other strains are associated with animals and 

foods  (egg  and  poultry).  Fecal/oral  transmission  occurs  and  may  involve  chronic 
carriers. Young children ,elderly and individuals  in crowded institutions are particularly 
susceptible to S. infection .  

  

Pathogenesis and clinical significance 

Disease  may  be  remain  localized  or  become 

systemic  or  disseminated.  S.  invade  epithelial  cells  of  the 
small intestine , survive in phagocytic cell (Figure 1) .  S. 
infection  can  cause  both  intestinal  and  extraintestinal 
disease  (typoidal  Salmonella).  So  it  may  produce  3  types 
of  lesion : 
1-  Enteric  fever:  it’s  caused  by  S.typi  85%  in  India 
S.paratyphi A (15-21%) and S.paratyphi B. 
       Infection  is  through  ingestion,  the  bacilli  may  enter 
the  body  through  lymphoid  of  pharynx.  In  the  gut,  S. 
attached  with  epithelial  cells  of  intestinal  villi  and 
penetrate  lamina  proprira  and  submucosa,  they  are 
phagocytes  by  PMN  or  macrophages  enter  mesenteric 
lymph  nodes  to  multiply  there 

  enter  thoracic  duct  and 

  blood  stream 

  bacteremia  and  S.  are  seeded in  liver, 

gall  bladder,  spleen  bone  marrow,  lymph  node,  lung  and 
kidneys. In these organs further multiplication occur, there 
are bacteremia
 and shows clinical symptoms. 
        Also  S.  invade  tissue  e.g.  Payer’s  patches  and 
lymphoid  follicles  of  small  intestine,  the  intestinal  lesion 
ulcerates and hemorrhage  may occur.  

S.  produces  endotoxin  which  produces  toxic 

symptoms  like  headache,  anorexia,  continuous  fever  and 
congestion  of  mucus  membrane.  Incubation  period  is  10-
14  days  the  typical  features  are  step  ladder  pyrexia, 
palpable  spleen  and  rose  spots  that  fadeon  pressure  and 
they appear in 2

nd

 – 3

rd

 weeks of infection, S.paratyphi A + 

S. paratyphi B cause paratyphoid fever resembling enteric 
fever.  

 


background image

 

 

10 

2- Septicemia 

 It’s caused by S. cholera suis. It produce chills and spiked fever, local 

lesions  occur  in  various  parts  of  the  body  producing  osteomyelitis,  pneumonia, 
pulmonary abscess and meningitis … etc. The bowel is not invaded and fecal culture 
is –ve.
  
3- Food poising 

 It by ingestion of contaminated food (e.g. meat and egg), caused by 

S. typhimauriumS. enteritidesS. newports etc … lncubation period is 12-48 hs. There 
is  fever,  vomiting,  diarrhea  (mucous  and  blood  in  stool)  there  may  be  ulceration  of 
intestinal mucosa. There is no bacteremia.  
 

Laboratory diagnosis 
   

Specimens

  : 

For  diarrhea  =  stools.  For  enteric  fever  =  blood,  bone  marrow,  urine, 

stool, and tissue from typical rose spots, some cases from CSF.

 

  Hematological  investigation  :  Total  leukocytes  count  in  typhoid  fever  =  leucopenia.     
Differential leukocytes count =  lymphocytosis and monocytosis.  
 
 

 

 
Microscopic  examination  :    G

-

  rod,  motile  (except  S.gallinarum  and  S.pullorm), 

non capsulated, may have fimbriae  (Figure 2). 

Macroscopic  examination  :  In  broth  media 

  shows  uniform  turbidity  ,no 

pellicle  formation.  Selenite  F  and  tetrathionate

 

  these  broths  are  commonly  used  as 

enrichment transport media. 


background image

 

 

11 

           On  MacConkey  agar  (M.A.)  and  Deoxycholate  citrate  agar(D.C.A.) 

  Lac

  - 

colourless  colonies  (Figure 2).  On  Salmonella  Shigella  Agar (S.S.A) 

    colonies  with 

black  center(while  Shigella  colonies  without  black  center).  Bismuth  Sulphite 
Agar(B.S.A.) 

 black colonies with metallic sheen dye ( H

2

S formation may appear in  

colonies)  S.  paratypi  A  produce  green  colonies.    On  Blood  agar 

  large  colonies, 

circular low convex, translucent, smooth and non – hemolytic (

 - hemolytic). 

Biochemical reactions: ferments glucose (acid + gas), Lac-, ferments mannitol + 

maltose (acid + gas)(except S. typhi, which produce only acid no gas) I M V C 

 -+  -  + 

urease - , H

2

S+ 

It’s  can  survive  in  ice,  snow  and  water  for  months  together,  and  resistante  to 

brilliant  green  ,malachite  green  ,bile  salts  ,  tetrathionate  and  selenium  salt.  It  may  be 
killed by heating at 60

C for 15-20 min, pasteurization, boiling and chlorination.  

Macroscopic examination  steps : 

1-  Blood  culture 

 

  Its  +  (5-10  ml  blood  of  patient  is  collected  and  is  transferred  into   

100 ml brain heart broth  bottle  then subculture to blood agar and  MacConkey agar). 
  
2- Clot culture

 Its + (blood clot is cultured in 15 ml bile broth bottle (0.5% bile salt)). 

 
3- Fecal culture

 It’s + throughout, repeated cultures are required . It’s more useful  in 

cases that are on chloramphenicol. Plated on  M.A. , D.C.A. and  B.S.A.  
  
4- Urine culture 

 It’s useful than blood and feces culture, it’s + ve in 2

nd

 -3

rd

 weeks. 

Urine is used after centrifuged and sediments are inoculated into enriched and selective 
media. 
  
5-  Other  material  =culture  is  +  as  bone  marrow  ,  rose  sposts,  pus  from  lesions,  CSF, 
sputum  .  Autopsy  culture  may  be  obtained  from  gall  bladder,  liver,  spleen,  mesenteric 
lymph nodes.  
6- Bile culture 

 It’s important for the detection of carriers and later stages of disease, 

bile aspirated by duodenal tube is processed like fecal specimen.  
 
       Serological  test  :  S.  Abs  appear  at  the  end  of  first  week,  widal  test  is  used  to 
measure  H  and  O  Abs  in  the  sera  of  patients.    Typhoid  carrier  may  be  detected  as 
follows

1.  Widal test may show raised Abs titer. 1 / 160 , 1 / 320 , 1 / 640 . 
2.  Vi agglutination test is + in a titer of 1/10 or more.  
3.  Several stool cultures may help .  
4.  Bile culture ,S. may be cultured from bile obtained after duodenal incubation.  


background image

 

 

12 

 

Treatment and prevention 

Antibiotics  like  chloramphenicol,  flurazolidone,  ampicillin  trimethoprim 

sulfamethoxazole,  amoxicillin,  cephalosporins,  ceftriaxone,  fluoroquinolones  and 
ciprofloxacin are used for enteric fever.  

 For gastroenteritis in uncompromised hosts, antibiotics therapy is not needed, and 

may  prolong  the  convalescent  carrier  state,  which  used  cholecystectomy  as  treatment.         
Prevention    by  proper  sewage  disposal,  correct  handling  of  food  and  good  personal 
hygiene. 

 

 

 Shigella 

Causes shigellosis  (basillary dysentery)  – a human intestinal disease that occurs 

commonly among young children.  

Epidemiology

  

It typically spread from 1 person to person with contaminated stools, serving as a 

major source of organism. 2 Flies and contamined food or water . 3 crowding conditions 
or poor sanitation ( due to  low infectious dose fewer than 200 viable organisms  ). The 
forty  serotypes  of  Shigella  are  organized  into  4  groups    (A,  B,  C,  D)  based  on  their 
polysaccharide  O-Ag.  Group  D  (S.  sonnei)  is  the  serogroup  found  most  commonly  in 
U.S. 

Pathogenesis and clinical significance 

It’s  invade  and  destroy  the  mucosa  of  the  large  intestine.  Infection  rarely 

penetrates to deeper layers of the intestine, and does not lead to  bacteremia (Figure 1). 

 

  


background image

 

 

13 

An  exotoxin  with  enterotoxic  and  cytotoxic  properties  has  been  isolated  from 

these organisms, and it’s toxicity may play a secondary role in development of intestinal 
lesions. 

 It’s  cause  classic  dysentery,  characterized  by  bloody  diarrhea  ,  mucus  and 

painful abdominal cramping. The disease is most severe in the very young and elderly 
individuals,in whom shigellosis may lead to severe dehydration and some time death. 

 

Laboratory identification 

Microscopic examination  :  G- rod, non motile , noncapsulated(Figure 2)  .  
Macroscopic examination : Cultured from stools using differential selective media  

like  Hektoen  agar  ,  or  media  specific  for  intestinal  pathogens    such  as  MacConkey’s 
agar or  Deoxycholate citrate agar ( DCA) on which they form colorless colonies due to  
Lac - , only S. sonnei give pale pink colonies which ferment lactose late( Late Lac+) 
on both media 
. On Salmonella Shigella Agar,colorless colonies without black center. 
           Biochemical reactions → glucose + acid only , nitrate +, Lac

-

 (except S. sonnei),  

I M VC are + +  -  - (like E coli), H

2

S -,uerase-, Catalase +, mannitol +. 

 

Treatment and prevention 

Antibiotics (ciprofloxacin, azithromycin) can used.

  

Prevention by

 protection of the water and food supply and personal hygiene are 

important (Figure 2) . 

 

 


background image

 

 

14 

 

 

Hafina 

It is also intestinal commensal. G-rods, motilenoncapsulatedLac- . IMVC are 

- - + +

 

Note:

 Klebsiella , EnterobacterProteus , Serratia are opportunistic pathogen,so 

sensitivity test necessary to determine the appropriate antibiotics.

 

 

VIBRIOS 

They are closely related to the family Enterobacteriaceae. 

Antigentic structure 

 O  and  H  Ags  are  both  present,  but  only  O  Ags  are  useful  in  distinguishing 

epidemic cholera. Pathogenic Vibrios include : 

 

 (1) V. cholerae, serogroup O1 strains that are associated with epidemic cholera. 
(2) non-O

1

V.cholerae and related strains that cause sporadic cases of cholera-like and 

other  illness,  is  resemble  to  V.  cholera  in  morphologically  and  biochemically,  not 
agglutinable with O antiserum of V. cholera . 
(3) V. parahaemolyticus and other halophilic vibrios, which cause gasteroenteritis and 
extraintestinal infections, also causes food poisoning .  
 

Epidemiology 

      V.  choleraeis  transmitted  by  contaminated  water  and  food.  There  are  2  biotypes 
(subdivisions) of  V. cholerae spps : classic and El Tor. The El Tor strain, in contrast to 
classic  strains,  is  distinguished  by  the  production  of  hemolysin,  higher  carriage  rates, 
and the ability to survive in water for long periods.  (see the table below) .  
 

 

Hemolysis 

Vp 

Chick 

erythrocyte 

agglutination 

Polymyxin 

B-sensitivity 

Group IV 

phage 

susceptibility 

Classical 

cholera 

 El Tor 

 


background image

 

 

15 

     Vibro El Tor was the cause of epidemics of  V. in south east Asian, and is related to 
people with blood group O. Outbreak of both strains have been associated with raw 
or undercooked seafood harvested from contaminated waters. 
 

 

Pathogenesis 

Following  ingestion,  V.  cholera  infects  the  small 

intestine. Adhesion  factor(s)  are  important  for  colonization 
and  virulence.  V.  are  noninvasive  and  causes  disease 
through  the  action of  an  enterotoxin  (Figure  3), which  is  a 
multimeric protein composed of an A and a B subunit. The 
B subunit (consisting of 5 identical monomers) binds to the 
receptor  of  cells  lining  the  intestine.  The  A  subunit  has  2 
components:  A

2

,  which  facilitates  penetration  of  the  cell 

membrane,  and  A

1

,  which  actives  adenylate  cyclase  

produces elevated levels of  cAMP, causes secretion of ions 
and water to the lumen of the intestine. 

 

 

Clinical significance 

Cholera is characterized by massive loss of fluid and 

electrolytes  from  the  body.  After  an  incubation  period 
ranging from hours-few days, show watery diarrhea (rice-
water  stools
)  beings.      Untreated,  death  from  severe 
dehydration causing hypovolemic shock may occur in hours 
to days, and the death rate may exceed 50%.  

Non-O1  V.  cholera  and  other  non-halophilic  Vibrios 

causes sporadic cases of cholera indistinguishable from that 
caused  by  V.  cholera  serotype  O1.  They  also  cause  milder 
illness comparable to that caused by enterotoxigenic  E coli 
(ETEC).

 

 

Laboratory identification 

    Hematological  investigation

:

  It’s  not  diagnostically  significant  in  early  stages. 

However, there may be increase in, packed cell volume PCV and Hb. 
     Specimens  :  stools  is  may  be  collected    immediately  or  if  delay  transport  special 
media used  (Venkat Raman  medium, VR)  ,in  this  medium  V. remain viable  for  weeks 
but  do  not multiply. In case of rectal swab, trypticase taurocholate tellurite broth (pH 
9.2) or alkaline peptone water broth is used.  


background image

 

 

16 

Microscopic  examination  :  G  -  rod  thin,  short,  curved  comma  –shaped  ,  occur 

singly or as S-shape semicircular pairs, rapidly motile by a single polar flagellum (this 
contrasts with the peritrichous flagella of the motile Enterobacteriacea) noncapsulated .  

Macroscopic examination :  The growth of many Vibrio strains either requires 

or  stimulated  by  NaCl  (halophilic  bacteria)  .  On  B.A 

 

-  hemolytic 

  then 

-

 

hemolytic  later.  Specimen  is  inoculated  in  Mansur’s  media.  Thiosulfate-  Citrate-Bile 
salts- Sucrose (TCBS) medium can enhance isolation. 

Biochemical  reactions  :  Lac  -  Oxidase  +,  nitrate  +,  glucose,  sucrose,  mannose, 

arabinose + acid only . Indole +, gelatin +, Urease - . 

Cholera  red  reaction 

  +  (adding  H

2

SO

4

  to  culture  of  V.  cholera  in  peptone 

water broth 

 red pink colour due to formation of nitrosoindole) .  

Serological investigation :  it’s little useful as slide agglutination with O group  .  
 

Treatment and prevention: 

    1    Patients  with  suspected  cholera  need  to  be  treated  prior  to  laboratory 
confirmation because death  can occur within hours

    2 Replacement of fluids and electrolytes  in preventing shock.  
    3 Antibiotics as doxycycline, tetracycline  (figure 4). 

Prevention needs good personal hygiene + good cooking of foods +  Vaccine E1 

Tor type vaccine offers protection about 90-100% lasts for 3 years. 

 

 

 


background image

 

 

17 

Campylobacter 

It is a zoonosis disease (animal→human) ,was known by Vibrio fetus discussed 

with Vibrios ,but recently differently (its Guanin≡Cytocin  ratio lower than Vibro) led to 

new group named Campylobacter (GC ratio 30-35% while Vibro 40-53%). Many strains 

like C. jejuni, C.fetus, C.coli

Epidemiology 

C. is as commensals of many different vertebrate spps, including mammals and 

fowl, both wild and domestic, serve as reservoirs of infection. C. is transmitted to 

humans by:1-The fecal/oral route through direct contact.  

         2-Exposure to contaminated meat (poultry). 

         3-Contaminated water supplies. 

Pathogenesis and clinical significance 

Its  infect the intestine and can cause ulcerative, 

inflammatory lesions in the jejunum, ileum or colon 

produce heat-labile exotoxin .So  may cause both 

intestinal and extraintestinal disease.  C.jejuni cause: 

1.Acute enteritis  following 1-7 days incubation 

(figure 1), lasts days to several weeks and generally is 

self-limiting. Symptoms may be both systemic (fever, 

headache, myalgia) + intestinal (abdominal cramping, 

diarrhea may or may not be bloody). 

 2.Travelers diarrhea 

3. Pseudoappendicitis (appendicitis without 

inflammation).                                                             

Fig 1 Forms of f bacterial food poisoning. 

 


background image

 

 

18 

4.Bacterima  in infants and the elderly (in host compromise). Complication include: 

septic abortion, reactive arthritis, Guillain-Barre syndrome. 

C. fetus cause endovascular infection and C. N. S. infection. 

Laboratory identification 

 Specimens :  feces using selective media and microaerophilic conditions. Because 

of their small size, they are not retained by bacteriologic filters that hold back other 

bacteria, so filtration of the fecal suspension may enhance recovery rate. 

Microscopic examination : G-  rod, curved spiral or S-shaped organisms 

resemble vibrios, but it does not requires NACL in their growth . Its motile with a 

single polar flagellum provides the organism with its characteristic darting motility.  

Macroscopic examination :  microaerophilic (require lower concentrations of 

O

2

), use a respiratory pathway and do not ferment carbohydrates they require 3-6% 

O

2

, 10% Co

2

 hydrogen and nitrogen, need differential media like blood agar containing 

antibiotics to inhibit growth of other fecal flora (like vancomycin, trimethoprim, 

cycloheximde, polymyxin B) → γ-hemolysis.  

Biochemical tests : H2S +, DNA hydrolysis to differentiate spps, hypopiruate 

hydrolysis, oxidase +, catalase±, nitrate+, urease-.  

Serological tests : Somatic, flagellar and capsular antigens all contribute to the 

numerous serotype. Serotyping with  O Ag by  Indirect hemagglutination test , Cell wall 

composition and  Phage typing (bacteriocin typing). 

Treatment and prevention 

Using electrolyte and fluid replacement for diarrhea. For severe symptoms (high 

fever, bloody diarrhea) antibiotics should be administered (figure 2). For C.jejuni 

ciprofloxacin  or erythromycin is used. For C.fetus  ampicillin or third generation 

cephalosporin  for 4 weeks in C.N.S infection and for endovascular infection  requires 4 

weeks treatment with gentamycin. 


background image

 

 

19 

 

Prevention by cooking of contaminated foods (poultry) + pasteurization of milk 

and milk products is essential + surfaces used to prepare raw meat or poultry should be 

disinfected before using them for uncooked foods, such as salads. 

 

 

 

                                                       

Helicobacter 

Previously known by Campylobacter pylori ,recently it has been excluded from 

C.geneus and has been renamed H.pyloridis because of these characters: 

1-  Bears multiple unipolar flagella,as corkscrew motion. 

2-  Produce large quantity of urease. 

3-  Has smooth cell surface. 

4-  Cell wall fatty acid composition  

5-   rRNA sequencing and DNA base composition is differ  

   

Figure 2 Summary of Campylobacter disease. 


background image

 

 

20 

Toxins and enzymes production 

Toxins and enzymes produced by H. may account for mucosal injury in absence 

of actual bacterial invasion, are: 

1-  Protease with endopeptiase  causing degradation of gastric mucin. 

2-  Cytotoxin factor causing intracellular vaculation. 

3-  Urease production responsible for metabolism of urea to ammonia and CO

2

 

,causing gastric mucosal damage. This ammonia produced may →: 

A. Directly toxic to epithelial cells (see figure 4). 

B. Indirectly cause tissue injury by allowing hydrogen ion back diffusion. 

 

 

 

 

Pathogenesis 

H. spps  are unusual in their ability to colonize the stomach where low ph 

normally protects against bacterial infection. 

Transmission of H. pylori is thought to be from person to person, the H. has not 

been isolated from food or water. Untreated infections tend to be chronic, even 

lifelong.  

Figure 3 

Summary of Helicobacter disease. 


background image

 

 

21 

It colonize gastric mucosal (epithelial) cells in the stomach and metaplastic gastric 

epithelium in the duodenum or esophagus but does not colonize the rest of the intestinal 

epithelium. It survives in the mucosa layer causes chronic inflammation of the mucosa 

(figure 4), its noninvasive, recruits and actives inflammatory cells. Urease released by 

H. pylori→ NH3 that 

(1)

 neutralize  stomach acid in the vicinity of H.→ Multiplication 

of H.

   (2)

 both cause injury and potentiate the effects of a cytotoxic produced by H.→ 

destruction of mucous-producing cells, exposing underlying connective tissue to 

stomach acid→ ulceration. 

Clinical significance 

Initial infection with H. pylori causes acute gastric, sometime with diarrhea lasts 

about 1 week, then become chronic, with diffuse, superficial gastritis associated with 

epigastric discomfort. Both duodenal ulcers and gastric ulcers are closely correlated 

with infection by H. pylori (in 95% of  duodenal ulcer + in all patients with gastric 

ulcers, who do not use aspirin or other nonsteroidal antiflammatory drugs,both a risk 

factors for gastric ulcers). H. pylori infection appears to be a risk factor for development 

of gastric carcinoma and gastric bacteria-cell lymphoma [mucosa-associated 

lymphoid tumors (MALTmas)]. 

  

Figure 4 Helicobacter pylori infection, resulting in ulceration of the stomach 

 


background image

 

 

22 

 

Laboratory Identification 

A-Noninvasive diagnostic tests include : 

1-  Serologic tests→ ELISA for serum Abs to H. pylori

2-  Breath tests for urease→ administering radioactively label urea by mouth, if H. 

present in patients stomach the urease produced split the urea→ 

NH

3

+Co

2

↑(radioactively labeled and exhaled). 

B-Invasive diagnostic tests include: 

Gastric biopsy specimens by endoscopy, also to detect H. histologically. 

bacteriologically. Microscopic examination :  G- curved or spiral rods (figure 3), 

corkscrew motility resulting from multiple polar flagella

  Macroscopic examination :  microaerophilic (10% Co

2

), need addition of blood 

or other animal fluids to better growth. On blood agar → 36hr incubation show fine 

colonies reaching maximum size in 2-4 days, colonies circular, cloudy, glistening with 

entirc edge, butyrous consistency, slightly bluish greytinge. Selective media → Brewer’s 

sodium thioglycolate, Skirrow’s medium, Butzler medium, and Smibert medium. 

Biochemical tests →urease+, alkaline phosphates+, catalase+. 

Treatment and prevention 

Combination therapy with 2 or more antibiotics such as amoxicillin + 

clarithromycin + omeprazole (a proton pump inhibitor) (figure 3). 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Dunya Isam
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 149 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