background image

1

 

 

 

 

The Vibrios 

     Vibrios  are  among  the  most  common  bacteria  in  surface  waters  worldwide. 

They  are  curved  aerobic  rods  and  are  motile,  possessing  a  polar  flagellum.  

cholerae serogroups O1 and O139 cause cholera in humans, and other vibrios may 

cause skin and soft tissue infections, sepsis, or enteritis.  

Vibrio cholerae 

     The  epidemiology  of  cholera  closely  parallels  the  recognition  of  V  cholerae 

transmission in water and the development of sanitary water systems. 

Morphology and Identification 

A. Typical Organisms 

    Upon first isolation, V cholerae is a comma-shaped, curved rod 2–4 μm long. It 

is actively motile by means of a polar flagellum. On prolonged cultivation, vibrios 

may become straight rods that resemble the Gram-negative enteric bacteria. 

B. Culture 

     V  cholerae  produces  convex,  smooth,  round  colonies  that  are  opaque  and 

granular in transmitted light. V cholera and most other vibrios grow well at 37°C 

on  many  kinds  of  media,  including  defined  media  containing  mineral  salts  and 

asparagine  as  sources  of  carbon  and  nitrogen.  V  cholera  grows  well  on 

thiosulfate-citrate-bile-sucrose  (TCBS)  agar,  a  media  selective  for  vibrios,  on 

which  it  produces  yellow  colonies  (sucrose  fermented)  that  are  readily  visible 

against the dark-green background of the agar. Vibrios are oxidase positive, which 

differentiates them from enteric Gram-negative bacteria. Characteristically, vibrios 

grow  at  a  very  high  pH  (8.5–9.5)  and  are  rapidly  killed  by  acid.  Cultures 

containing fermentable carbohydrates therefore quickly become sterile. 

In areas where cholera is endemic, direct cultures of stool on selective media, such 

as  TCBS,  and  enrichment  cultures  in  alkaline  peptone  water  are  appropriate. 

Microbiology

 

Medical bacteriology

 

Dr. Zainab D. Degaim 

 


background image

2

 

 

However, routine stool cultures on special media such as TCBS generally are not 

necessary or cost effective in areas where cholera is rare. 

C. Growth Characteristics 

     V  cholerae  regularly  ferments  sucrose  and  mannose  but  not  arabinose.  A 

positive  oxidase  test  result  is  a  key  step  in  the  preliminary  identification  of  

cholerae and other vibrios. Most Vibrio species are halotolerant, and NaCl often 

stimulates  their  growth.  Some  vibrios  are  halophilic,  requiring  the  presence  of 

NaCl to grow. 

Antigenic Structure and Biologic Classification 

     Many vibrios share a single heat-labile flagellar H antigen. Antibodies to the H 

antigen  are  probably  not  involved  in  the  protection  of  susceptible  hosts.  

cholerae has O lipopolysaccharides that confer serologic specificity. There are at 

least  206  O  antigen  groups.  V  cholerae  strains  of  O  group  1  and  O  group  139 

cause classic cholera; occasionally, non-O1/non-O139 V cholerae causes cholera-

like  disease.  Antibodies  to  the  O  antigens  tend  to  protect  laboratory  animals 

against  infections  with  V  cholerae.  The  V  cholerae  serogroup  O1  antigen  has 

determinants  that  make  possible  further  typing;  the  serotypes  are  Ogawa,  Inaba, 

and Hikojima. Two biotypes of epidemic V cholera have been defined, classic and 

El  Tor.  The  El  Tor  biotype  produces  a  hemolysin,  gives  positive  results  on  the 

Voges-Proskauer test, and is resistant to polymyxin B. Molecular techniques can 

also  be  used  to  type  V  cholerae.  Typing  is  used  for  epidemiologic  studies,  and 

tests generally are done only in reference laboratories. 

   V  cholerae  O139  is  very  similar  to  V  cholerae  O1  El  Tor  biotype.  V  cholerae 

O139 does not produce the O1 lipopolysaccharide and does not have all the genes 

necessary to make this antigen. V cholerae O139 makes a polysaccharide capsule 

like other non-O1 V cholerae strains, but V cholerae O1 does not make a capsule. 

Vibrio cholerae Enterotoxin 

     V. cholerae produce a heat-labile enterotoxin with a molecular weight (MW) of 

about  84,000,  consisting  of  subunits  A  (MW,  28,000)  and  B.  Ganglioside  GM1 


background image

3

 

 

serves as the mucosal receptor for subunit B, which promotes entry of subunit A 

into  the  cell.  Activation  of  subunit  A1  yields  increased  levels  of  intracellular 

cyclic adenosine monophosphate (cAMP) and results in prolonged hypersecretion 

of water and electrolytes. There is increased sodium-dependent chloride secretion, 

and absorption of sodium and chloride by the microvilli is inhibited. Electrolyte-

rich  diarrhea  occurs—  as  much  as  20–30  L/day—with  resulting  dehydration, 

shock,  acidosis,  and  death.  The  genes  for  V  cholerae  enterotoxin  are  on  the 

bacterial  chromosome.  Cholera  enterotoxin  is  antigenically  related  to  LT  of 

Escherichia  coli  and  can  stimulate  the  production  of  neutralizing  antibodies. 

However,  the  precise  role  of  antitoxic  and  antibacterial  antibodies  in  protection 

against cholera is not clear. 

Pathogenesis and Pathology 

      Under natural conditions, V cholerae is pathogenic only for humans. A person 

with normal gastric acidity may have to ingest as many as 10

10

 or more V cholerae 

to  become  infected  when  the  vehicle  is  water  because  the  organisms  are 

susceptible  to  acid.  When  the  vehicle  is  food,  as  few  as  10

2

–10

4

  organisms  are 

necessary because of the buffering capacity of food. Any medication or condition 

that decreases stomach acidity makes a person more susceptible to infection with 

V cholerae. Cholera is not an invasive infection. The organisms do not reach the 

bloodstream but remain within the intestinal tract. Virulent V cholerae organisms 

attach to the microvilli of the brush border of epithelial cells. There they multiply 

and liberate cholera toxin and perhaps mucinases and endotoxin. 

Clinical Findings 

     About  50%  of  infections  with  classic  V  cholerae  are  asymptomatic,  as  are 

about  75%  of  infections  with  the  El  Tor  biotype.  The  incubation  period  is  12 

hours–3 days for persons who develop symptoms, depending largely on the size of 

the  inoculum  ingested.  There  is  a  sudden  onset  of  nausea  and  vomiting  and 

profuse  diarrhea  with  abdominal  cramps.  Stools,  which  resemble  “rice  water,” 

contain mucus, epithelial cells, and large numbers of vibrios. There is rapid loss of 


background image

4

 

 

fluid and electrolytes, which leads to profound dehydration, circulatory collapse, 

and  anuria.  The  mortality  rate  without  treatment  is  between  25%  and  50%.  The 

diagnosis of a full-blown case of cholera presents no problem in the presence of an 

epidemic.  However,  sporadic  or  mild  cases  are  not  readily  differentiated  from 

other diarrheal diseases. The El Tor biotype tends to cause milder disease than the 

classic biotype. 

Diagnostic Laboratory Tests 

A. Specimens 

Specimens for culture consist of mucus flecks from stools. 

B. Smears 

The microscopic appearance of smears made from stool samples is not distinctive. 

Dark-field or phase contrast microscopy may show the rapidly motile vibrios. 

C. Culture 

     Growth is rapid in peptone agar, on blood agar with a pH near 9.0, or on TCBS 

agar, and typical colonies can be picked in 18 hours. For enrichment, a few drops 

of  stool  can  be  incubated  for  6–8  hours  in  taurocholate  peptone  broth  (pH,  8.0–

9.0);  organisms  from  this  culture  can  be  stained  or  subcultured.  Accurate 

identification of vibrios, including  V cholerae, using commercial systems and kit 

assays is quite variable. 

D. Specific Tests 

     V  cholerae  organisms  are  further  identified  by  slide  agglutination  tests  using 

anti-O  group  1  or  group  139  antisera  and  by  biochemical  reaction  patterns.  The 

diagnosis of cholera under field conditions has been reported to be facilitated by a 

sensitive and specific immunochromatographic dipstick test. 

Immunity 

     Gastric  acid  provides  some  protection  against  cholera  vibrios.  An  attack  of 

cholera  is  followed  by  immunity  to  reinfection,  but  the  duration  and  degree  of 

immunity are not known. In experimental animals, specific IgA antibodies occur 

in the lumen of the intestine. Similar antibodies in serum develop after infection 


background image

5

 

 

but last only a few months. Vibriocidal antibodies in serum (titer ≥1:20) have been 

associated  with  protection  against  colonization  and  disease.  The  presence  of 

antitoxin antibodies has not been associated with protection. 

Treatment 

     The  most  important  part  of  therapy  consists  of  water  and  electrolyte 

replacement  to  correct  the  severe  dehydration  and  salt  depletion.  Many 

antimicrobial agents are effective against  V cholerae, but these play a secondary 

role in patient management. Oral tetracycline and doxycycline tend to reduce stool 

output in cholera and shorten the period of excretion of vibrios. In some endemic 

areas, tetracycline resistance of V cholerae has emerged; the genes are carried by 

transmissible  plasmids.  In  children  and  pregnant  women,  alternatives  to  the 

tetracyclines include erythromycin and furazolidine. 

 

 

 

Colonies of Vibrio cholerae growing on thiosulfate, citrate, 
bile salts, and sucrose agar. The glistening yellow colonies 
are  2–3  mm  in  diameter  and  are  surrounded  by  a  diffuse 
yellowing  of  the  indicator  in  the  agar  up  to  1  cm  in 
diameter. 

 

 

Gram stain of Vibrio cholerae. Often they are 
comma shaped or slightly curved (arrows) and 1 × 2 to 4 
μm. 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 12 عضواً و 103 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