background image

 

Lec-5              Genus Corynebacterium               د.انسام محمد

Non spore forming gram positive rods 

The genus Corynebacterium comprises 66 species, 38 of them are of clinical significance. 

The majority are normal flora on the skin and mucous membrane of human and animals. 

They  frequently  show  club-shaped  swellings  and  hence  the  name  Corynebacteria  (from 

coryne, meaning club). 

The term dephtheroid means diphtheria like. The most significant pathogen of the group is 

C. diphtheriae. Other spp. are C.bovis, C.ulcerans, C.xerosis, C.jekeium etc

Corynebacterium diphtheriae 

Morphology 

They  are,  thin,  gram-positive  bacilli,  highly  pleomorphic,  non-motile  and  non-spore 

forming with a tendency to clubbing at one or both ends, arranged in pairs, palisades or 

resembling  the  letters  V  or  L.  This  particular  arrangement  is  called  the  Chinese  letter 

arrangement.  

This  organism  has  granular  and  uneven  staining.  These  granules  are  known  as 

metachromatic  granules,  volutin  granules  or  Babes  Ernst  granules  which  are  often 

situated at the poles of the bacilli and are called polar bodiesSpecial stain; Albert’s stain 

has been used for demonstrating the granules clearly. The granules represent accumulation 

of polymerized polyphosphates. 

Cultural Characteristics 

C. diphtheriae is a facultative anaerobe, It can grow on ordinary nutrient agar. The growth 

is improved on enriches media. The media are useful for this purpose: 

1. Loeffler’s serum slope 2. Tinsdale agar 

3. Tellurite blood agar: The addition of potassium tellurite makes the medium selective for 

Corynebacteria  by  inhibiting  most  other  pathogenic  and  commensal  bacteria.  On  this 

medium, C. diphtheriae give grey/black, shiny or dull colonies.  

Based on colonial morphology on the tellurite medium and other properties, there are 

four biotypes of C diphtheriae have been widely recognized: gravis, mitis, intermedius, 

and belfanti. They are classified on the basis of growth characteristics such as colony 

morphology, biochemical reactions, and severity of disease produced by infection. 


background image

 

Toxin 

Only toxin producing C. diphtheriae causes the disease diphtheria. Toxigenic strains of C. 

diphtheriae  produce  a  very  powerful  exotoxin.  The  toxigenicity  of  the  C.  diphtheriae 

depends  on  the  presence  of  corynephages  (tox+), which  act as  the  genetic  determinant 

controlling toxin production. Non-toxigenic strains can be converted to tox+ by infection 

with the appropriate bacteriophage. This is known as lysogenic or phage conversion

When  some  non-toxigenic  diphtheria  organisms  are  infected  with  bacteriophage  from 

certain toxigenic diphtheria bacilli, the offspring of the exposed bacteria are lysogenic and 

toxigenic, and this trait is subsequently hereditary. 

The toxin consists of two fragments A (active) and B (binding). Both fragments are required 

for toxicity. Fragment A has all the enzymatic activity whereas fragment B is responsible for 

binding the toxin to the cells and mediates the entry of fragment A into the cytoplasm. The 

toxin  is  heat  labile.  It  has  a  special  affinity  for  certain  tissues  such  as  the  myocardium, 

adrenals and nerve endings. 

This toxin is very potent and 130ng/Kg is lethal for humans. The production of the toxin in 

vitro needs: a. alkaline PH. b. oxygen. c. low iron.  

Mode of Action 

The diphtheria toxin acts by inhibiting protein synthesis which is responsible for both the 

necrotic and neurotoxic effects of the toxin. 

The  “virulence”  of  diphtheria  bacilli  is  attributable  to  their  capacity  for  establishing 

infectiongrowing rapidly, and then quickly elaborating toxin that is effectively absorbed

Clinical infections 

The organism is carried in the upper respiratory tract and spread by droplet infection or 

hand-to-mouth contact. The incubation period of diphtheria is 2–5 days. It occurs in two 

forms (respiratory and cutaneous) and is found worldwide. 

A. Respiratory Diphtheria 

The illness begins gradually and is characterized by low-grade fever, malaise, and a mild 

sore throat. The most common site of infection is the tonsils or pharynx. The organisms 

rapidly multiply on the epithelial cells, and the toxigenic strains of C. diphtheriae produce 

toxin  locally,  causing  inflammatory  reaction,  tissue  necrosis  and  exudate  formation 

forming a tough gray to white pseudomembrane, which attaches to the tissues commonly 


background image

 

over the tonsils, pharynx, or larynx. Any attempt to remove the pseudomembrane results 

in bleeding.  

In  nasopharyngeal  infection,  the  pseudomembrane  may  involve  nasal  mucosa,  the 

pharyngeal  wall  and  the  soft  palate.  In  this  form,  oedema  involving  the  cervical  lymph 

glands  may  occur  in  the  anterior  tissues  of  the  neck,  a  condition  known  as  bull-neck 

diphtheria.  

Laryngeal involvement leads to obstruction of the larynx and lower airways. 

The  toxin  also  is  absorbed  and  can  produce  a  variety  of  systemic  effects  involving  the 

kidneys, heart, and nervous system, although all tissues may be affected. 

Intoxication takes the form of myocarditis and peripheral neuritis, and may be associated 

with  thrombocytopenia.  Difficulty  in swallowing  and paralysis of the  arms and legs  also 

occur but usually resolve spontaneously. Death is most commonly due to congestive heart 

failure and cardiac arrhythmias. 

B. Cutaneous Diphtheria 

It  is  prevalent  in  the  tropics,  the  toxin  also  is  absorbed  systemically,  but  systemic 

complications are less common than from upper respiratory infections. 

Laboratory Diagnosis 

Specific treatment should be done immediately on suspicion of diphtheria without waiting 

for laboratory tests. Any delay may be fatal. Laboratory diagnosis consists of isolation of 

the diphtheria bacillus and demonstration of its toxicity. 

1. Specimens 

Swabs  from  the  nose,  throat,  or  other  suspected  lesions  must  be  obtained  before 

antimicrobial drugs are administered. 

2. Microscopy 

Direct microscopy of a smear is unreliable since C. diphtheriae is morphologically similar to 

other coryneforms. Stained smears show beaded rods in typical arrangement.  

3. Culture 

The  swab  should be  inoculated on Loffler’s serum slope, tellurite  blood agar, and blood 

agar. The cultures should be incubated aerobically at 37°C. 

4. Virulence Tests 

To test for toxigenicity of an isolated diphtheria. Diagnosis of diphtheria 

depends on showing that the isolate produces diphtheria toxin. 

 


background image

 

A. In vivo tests 

iSubcutaneous test: The growth from an overnight culture on Loeffler’s slope is 

emulsified  in  2–4  ml  broth  and  1  ml  of  the  emulsion  injected  subcutaneously  into  two 

guinea pigs or rabbits, one of which has been protected with the diphtheria antitoxin (500–

1000 units) 18–24 hours previously and was used as control. If the strain is virulent, the 

unprotected animal will die within four days.  

ii. Intracutaneous test no loss of the animal. 

B. In vitro Test 

i.  Elek’s  gel  precipitation  test:  The  in  vitro  diphtheria  toxin  detection  procedure  is  an 

immunodiffusion test first described by Elek. 

Procedure: A rectangular strip of filter paper impregnated with diphtheria antitoxin (1000 

units/ ml) is placed on the surface of a 20% normal horse serum agar in a Petri dish while 

the medium is still fluid. When the agar has set, the surface is dried. The plate should be 

streaked with the test strain as well as the control positive and negative strains at right 

angles to the strip in a single straight line and parallel to each other. The plate is incubated 

at 37°C and examined after 24 and 48 hours. 

Interpretation: Toxins produced by the bacterial growth will diffuse in the agar and where 

it  meets  the  antitoxin  at  optimum  concentration  will  produce  a  line  of  precipitation.  

negative  control  should be  free  of  any  line. No  precipitate will form in the  case of non-

toxigenic strains. 

ii.  Tissue  culture  test:  The  toxigenicity  of  diphtheria  bacilli  can  be  demonstrated  by 

incorporating the strains in the agar overlay of cell culture monolayers. The toxin produced 

diffuses into the cells below and kills them. 

iii.  Enzyme-linked  immunosorbent  assays  (ELISA):  are  available  for  the  detection  of 

diphtheria toxin. 

iv. Polymerase chain reaction (PCR): for detecting the C. diphtheriae tox gene. The PCR 

assay can also be applied directly to clinical specimens. 

Prophylaxis 

The methods of immunization available are active, passive or combined. 

 

 


background image

 

A. Active Immunization 

1. Single vaccines are less frequently used 

2. Combined preparations: 

– DPT (diphtheria-pertussis-tetanus) vaccine trivalent preparation 

B. Passive Immunization 

This  is  an  emergency  measure  to  be  employed  where  susceptible  (non-immunized)  are 

exposed to infection. It consists of the subcutaneous administration of 500–1000 units of 

antitoxin (antidiphtheritic serum, ADS). 

Treatment 

Specific  treatment  of  diphtheria  consists  of  antitoxic  and  antibiotic  therapy.  Antitoxin 

should be given immediately as soon as clinical diagnosis is made to neutralize the toxin 

being produced. The dosage recommended is 20,000 units intramuscularly for moderate 

cases and 50,000 to 100,000 units for serious cases, half the dose being given intravenously. 

C. diphtheriae is sensitive to most antibiotics, including penicillin and erythromycin for the 

treatment of patients as well as carriers. The antibiotics do not neutralize circulating toxin. 

Penicillin-sensitive individuals can be given erythromycin. Erythromycin is more active than 

penicillin in the treatment of carriers. 

Diphtheroids 

Corynebacteria resembling C. diphtheriae occur as normal commensals in the throat, skin 

and  other  areas.  These  may  be  mistaken  for  diphtheria  bacilli  and  are  known  as 

diphtheroids.  They  can  be  differentiated  from  C.  diphtheria  on  the  basis  of  biochemical 

characters and toxigenicity tests.  The common diphtheroids are C. pseudodiphtheriticum 

and C. xerosis. 

 

Listeria monocytogenes 

L.monocytogenes  is  an  important  human  pathogen,  wide  spread  in  the  environment 

recovered  from  soil,  water,  and  animal  products.  It  has  tropism  to  the  CNS.    

monocytogenes is capable of growing and surviving over a  wide range of environmental 

conditions. It can survive at refrigerator temperatures (4°C), under conditions of low pH 

and  high  salt  conditions.  Therefore,  it  is able  to  overcome  food  preservation  and  safety 


background image

 

barriers, making it an important food-borne pathogen. It 

secretes 

Listeriolysin O which 

damages the phagosome membrane and inhibit killing by macrophages 

Clinical infections 

1- 

Pregnant women: flulike illness with fever head ache and myalgia, seen mostly in the 

third trimester. It may cause premature labor, septic abortion within 3-7 days, spontaneous 

abortion and stillborn neonates. The infection usually self limited. 

2- 

Newborn:    causes  serious  infections.  Early  onset  associated  with  aspiration  of 

infected amniotic fluid and have high mortality rate. Late onset disease occurs several days 

or weeks after birth with lower fatality rate. The disease manifest as meningitis. 

3- 

Immunosuppressed host: invasive listeriosis causing CNS infection with high fatality 

rate. 

4- 

Healthy people: cause GIT infection when they eat food contaminated with the MO. 

Laboratory diagnosis 

Microscopically: gram positive coccobacilli, singly, short chains or palisades. 

Culture: grow on SBA and chocolate agar as well as nutrient agar. The colonies are small 

round  smooth  and  translucent  surrounded  by  narrow  zone  of  beta  hemolysis.  The  MO 

grows at 4C° so cold enrichment is used to isolate the MO using broth incubated at 4C° for 

several weeks. 

Identification: catalase positive, motile, beta hemolytic, CAMP test positive.  

References  

1- 

Koneman's color atlas and textbook of diagnostic microbiology 7

th

 edition, 2017. 

2- 

Bailey and Scott's Diagnostic Microbiology 14

th

 edition, 2017. 

3- 

Jawetz, Melnick and Adelberg's medical microbiology 26

th

 edition, 2013. 




رفعت المحاضرة من قبل: Yahia Ziead
المشاهدات: لقد قام عضو واحد فقط 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