background image

Anaerobic bacteria                           

lect:3 

     

 

                                                                                                      Dr. Khalid Waleed

 

                   

M.B.ch.B., Msc., PhD. Immunology 

                                                           

              

 

Objectives                                                                              
 

The objectives of this lecture are to know  

1. Diseases related to Clostridium perfringens infections. 

2. Diseases related to Clostridium difficile  infections. 

3. Other clinically important species of anaerobic organisms. 

 

Clostridium perfringens 

       It  is  an  anaerobic,  spore-forming  Gram-positive  rod,  produces 

several exotoxins;  Alphatoxin, the most important, mediates destruction 

of  host  cell  membranes.  Beta-toxin  is  a  cytotoxin.  Enterotoxin  inserts 

and disrupts membranes of mucosal cells. 

Diseases and pathogenesis  

      Gas gangrene, or clostridial myonecrosis, is an invasive, anaerobic 

infection of muscle and is characterized by extensive tissue necrosis and 

the  production  of    gas.      The  infection  begins  with  the    entry  of    C. 

perfringens from contaminated soil or clothing, into a traumatic wound, 

followed  by  the  multiplication  and  spread  of  the  organism.    The 

incubation period of gas gangrene is usually short (6-8 hours).  There is  

reduction  of  the  local  oxidation-reduction  potential,  which  creates  the 

anaerobic  environment  that  is  required  for    the  growth  of    C. 

perfringens.    The  growing    C.  perfringens    vegetative  cells  produce 

alpha  toxin  and  perfringolysin  O,  which  cause  local  and  regional  

necrosis  in  muscle,  allowing  rapid  and  progressive  spread  of  the 

infection.  In addition, these toxins can enter the systemic circulation to 

induce organ damage, circulatory problems and death. 


background image

Other diseases  

1.  C.  perfringens  food  poisoning.  C.  perfringens  is  associated  with  two 

types  of  food  poisoning—type  A,  a  relatively  mild  and  self-limited  GI 

illness, and type C, a more serious but rarely seen disease (C. perfringens 

type  C  food  poisoning  (enteritis  necroticans).  C.  perfringens  foodborne 

disease  usually  follows  the  ingestion  of  enterotoxin-producing  strains  in 

contaminated  food  Usually  self-limiting  and  benign;  manifested  by 

abdominal cramps, diarrhea, and vomiting. 

2.  Necrotizing  enteritis  (NEC):  Life  threatening  infection  that  causes 

ischemic 

necrosis 

of 

the 

jejunum. 

Often 

associated 

with 

immunocompromised patients (e.g., those with diabetes, alcohol-induced 

liver disease, or neutropenia).  

Laboratory Diagnosis 

  Smears of tissue and exudate samples show large gram-positive rods.  

  Spores are not usually seen because they are formed primarily under 

nutritionally deficient conditions.   

  The organisms are cultured anaerobically and then identified by sugar 

fermentation  reactions  and  organic  acid  production.    C.  perfringens 

colonies  exhibit  a  double  zone  of  hemolysis  on  blood  agar  (alpha 

surrounding beta).  

   Nagler’s  reaction  (Lecithinase  test):  is  a  biochemical  test  used  to 

identify  organisms  which  liberate  phospholipases  (lecithinases)  e.g. 

Clostridium  perfringens.    The  M.O.  is  inoculated  on  medium 

containing  egg  yolk.    The  alpa  (α)  toxin  of  C.  perfringens  has 

phospholipase  activity  and  hence,  helps  in  differentiation  of  C. 

perfringens from other Clostridium spp.  

 

 


background image

Clostridium difficile 

    It  causes  life-threatening  diarrhea.  It  is  a  leading  cause  of  hospital 

associated gastrointestinal illness.  This infections mostly occur in people 

who have  had   recent  medical  care  (hospitalized or  recently  hospitalized 

patients),  or  recent  antibiotic  use,  or  recent  chemotherapy.    This 

organism is part of the GI biota in about 5% of individuals, although the 

colonization rate in patients associated with long-term care facilities, such 

as  nursing  homes  and  rehabilitation  facilities,  can  reach  20%  of  the 

population.  

Clostridium difficile characteristics 

  Clostiridum  difficle  is  a  major  nosocomial  enteric  pathogen  in 

hospitals.   

  It is an anaerobic, Gram positive rod. 

Transmission 

  The hands of health-care workers.   

  Direct exposure to contaminated patient-care items.  

  High-touch surfaces in patients’ bathrooms. 

Toxins  

  Produces  toxin  A  (TcdA),  an  enterotoxin,  and  toxin  B  (TcdB),  a 

cytotoxin. 

  Both toxin A and toxin B are classified as large clostridial cytotoxins. 

  The  toxins  glycosylate  guanosine  triphosphate  (GTP)  signaling 

proteins, leading to a breakdown of the cellular cytotoxin and cell 

death.  

 

 

 


background image

Pathogenesis 

       Following  antimicrobial  therapy,  many  bowel  biota  organisms  other 

than C. difficile are killed. Thus allowing C. difficile to multiply with less 

competition  and  produce  two  toxins:  toxin  A  and  B.    Bloody  diarrhea 

with  associated  necrosis  of  colonic  mucosa  is  seen  in  patients  with 

pseudomembranous colitis. C. difficile is a common cause of health care–

associated  (nosocomial)  infection.    The  organism  is  frequently 

transmitted among hospitalized patients and is present occasionally on the 

hands of hospital personnel.   Diarrhea caused by C. difficile is being seen 

with increasing frequency in outpatients who have received antimicrobial 

therapy.    Fatal  cases  of  pseudomembranous  colitis  leading  to  bowel 

perforation and sepsis.   

       Clindamycin  was  the  first  antibiotic  to  be  recognized  as  a  cause  of 

pseudomembranous  colitis.    At  present,  second-  and  third-generation 

cephalosporins  are  the  most  common  causes  because  they  are  so 

frequently  used.    Ampicillin  and  fluoroquinolones  are  also  commonly 

implicated.      In  addition  to  antibiotics,  cancer  chemotherapy  also 

predisposes to pseudo-membranous colitis.  C. difficile rarely invades the 

intestinal mucosa. 

Diseases 

    The clinical presentation ranges from a mild watery diarrhea to a life-

threatening  toxic  megacolon,  which  requires  surgical  intervention.  

Patients  with  severe  disease  often  present  with  abdominal  pain, 

leukocytosis, and fever in addition to the diarrhea.  

Diagnosis 

      Visualization  of  a  characteristic  pseudomembrane  or  plaque  on 

colonoscopy  is  diagnostic  for  pseudomembranous  colitis  and,  with  the 

appropriate history of prior antibiotic use, meets the criteria for diagnosis 


background image

of  antibiotic-associated  pseudomembranous  colitis.    Additional  patient 

risk  factors  should  also  be  considered  for  potential  diagnosis  for  C. 

difficile infection  Such as advanced age (>65 years), immunosuppression 

or  other  severe  underlying  gastrointestinal  disease  and  use  of  proton 

pump inhibitors,  

Laboratory diagnosis 

Two major types of tests are available for routine use: 

1.  Culture for direct detection of the organism . 

2.  Detection  of  cytotoxin  (toxin  A,  B  or  both)  by  cell  culture 

cytotoxicity.  The  test  is  considered  positive  if  a  cytopathic  effect 

(CPE ) is seen in 50% of cells at 48 h, and the effect is inhibited in the 

wells containing C. difficile antitoxin. 

3.  Enzyme immunoassay (EIA) toxin assay:  It Can detect toxin A, toxin 

B, or both.  Detect free toxin in stool samples.  Its rapid and specific, 

but Less sensitive than cytotoxin test. 

Treatment:  The causative antibiotic should be withdrawn.  Oral metronidazole 

or vancomycin should be given and fluids replaced.  Metronidazole is preferred 

because  using  vancomycin  may  select  for  vancomycin-resistant  enterococci. 

However, in life threatening cases, vancomycin should be used because it is  

more effective than metronidazole.  

Other Spp. of anaerobic organisms 

A.   Lactobacillus spp. 

  Lactobacillus spp. are gram-positive, highly pleomorphic bacilli, which may 

appear on Gram stain as a coccoid or spiral-shaped organism.  

  There are more than 100 species of Lactobacillus.  

  Lactobacilli are widely distributed in nature and foods, as well as in normal 

biota in the human mouth, GI tract, and female genital tract. 


background image

Associated with advanced dental caries. Organism has also been identified in 

endocarditis and bacteremia.

No definitive virulence factors known.

  Lactobacillus spp. play an important role in the health of the female vaginal 

tract in that they help protect the host from urogenital infections.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bacterial vaginosis (BV) 

  BV  occurs  when  the  delicate  balance  of  normal  vaginal  microbiota  is 

disrupted and replaced by an overgrowth of specific organisms.  

  In healthy women, the vaginal biota is mainly Lactobacillus spp., which 

maintain  a  pH  between  3.8  and  4.5  to  prevent  the  overgrowth  and 

invasion of pathogenic bacteria by competitive exclusion, competition for 

nutrients,  and  release  of  antimicrobial  substances  such  as  hydrogen 

peroxide and organic acids.  

  Thus,  when  vaginal  lactobacilli  are  depleted,  vaginal  pH  increases, 

allowing  the  overgrowth  of  various  bacterial  species  including 

Gardnerella  vaginalis,  Mycoplasma  hominis,  Ureaplasma  spp.,  and 

anaerobes  such  as  Prevotella,  Porphyromonas,  Peptostreptococcus,  and 

Mobiluncus.  

  This mix of organisms leads to the development of an abnormal vaginal 

discharge  with  a  distinct  unpleasant  odor,  but  lacks  a  true  inflammatory 

reaction.  

  Patients  with  BV  demonstrate  a  discharge  that  is  usually  a  milky, 

homogeneous, thin liquid adhering to the walls of the vagina. 

Lactobacilli produce lactic acid from glycogen, which lowers the vaginal pH
and suppresses the overgrowth of organisms such as Mobiluncus, Prevotella, 
and G. vaginalis.


background image

B.  Anaerobic, gram-negative bacilli (Endogenous strains) 

1.  Bacteroide s fragilis group,  

2.  Prevotella spp.,  

3.  Porphyromonas spp. 

4.  Fusobacterium nucleatum and other Fusobacterium spp. 

Virulence factors:  

  Produce capsules, endotoxin, and succinic acid, which inhibit    

     phagocytosis, and various enzymes that mediate tissue damage. 

  Require some breach of mucosal integrity.  

  Infections are often mixed (polymicrobial) with (anaerobic and  

     facultative  anaerobic organisms). 

  Localized or enclosed abscesses, and may involve the cranium,  

      periodontium, thorax, peritoneum, liver, and female genital tract. 

  The hallmark of most but not all infections is the production of a foul 

odor. 

  In  general,  infections  caused  by  B.  fragilis  group  occur  below  the 

diaphragm;  pigmented  Prevotella  spp.,  Porphyromonas  spp.,  and         

F.  nucleatum  generally  are  involved  in  head  and  neck  and 

pleuropulmonary infections.  

  

 

  

 

  




رفعت المحاضرة من قبل: Yahia Ziead
المشاهدات: لقد قام عضوان و 89 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