background image

BACTERIOLOGY::CLOSTRIUIDIUM ::Dr. Nidhal Sabry                                                                  DONE BY: MAM GROUP2011 

 

Page number 

1

 

 

Clostridium 

(

anaerobic bacilli)

 

 
   Most Clostridium species decompose proteins or form toxins and some do both. Their natural 
habitat is the soil or intestinal tract as saprophytes. The important pathogenic species are: 

 

Clostridium botulinum

: Causes botulism 

 

Clostridium tetani

: Causes tetanus 

 

Clostridium perfringens

: Causes gas gangrene 

 
Morphology 

 

Large anaerobic gram positive motile rods. 

 

The spore is usually wider than the rods. 

 

Spores are placed centrally, terminally, or subterminally according to the genus. 

 
Culture 
Anaerobic culture conditions are established by one of the following: 

1.  Agar  plates  or  culture  tubes  are  placed  in  air  tight  jar  from  which  air  is  removed  and 

replaced by N and CO

2

2.  Fluid media contain either: 

a.  Fresh animal tissue (chopped meat) 
b.  Reducing agent (Thioglycolate) 

 
Colony forms 
   Clostridium perfringens

: Large raised colonies with entire margins. 

   Clostridium tetani         

: Smaller colonies with fine filaments. 

 

Most Clostridia produce a zone of hemolysis on blood agar. 

 
Growth characteristics of anaerobic microorganisms are: 

1.  Unable to utilize O

2

 as the final oxygen acceptor. 

2.  Lack of cytochrome and cytochrome oxidase. 
3.  Unable to break down hydrogen peroxide H

2

O

2

 because they lack catalase of peroxidase 

so H

2

O

2

 will accumulate to toxic conc. in the presence of O

2

 

 

 

  Clostridium botulinum 

 
   It causes botulism, infant’s botulism, and rarely wound infection. It is found in soil and animal 
feces.  The  spores  are  subterminal  highly  resistant  to  heat.  They  resist  boiling  3-5  hours.  This 
resistance  is  diminished  at  acidic  pH  and  salt.  It  produces  toxin  during  life  and  autolysis  of 
bacteria.  


background image

BACTERIOLOGY::CLOSTRIUIDIUM ::Dr. Nidhal Sabry                                                                  DONE BY: MAM GROUP2011 

 

Page number 

2

 

 
 
 

   Toxin   

 

 

 

Types  of 

Clostridium  botulinum

:  They  are  from  A  –  H  according  to  the  type  of 

toxin produced.

 

 

Types A, B, and E are the most commonly associated with illness

 

 

Toxins of types A, B, and E have the following characteristics:

 

1.  They are among the most highly toxic substances known. 

 

2.  They are neurotoxic proteins (MW = 150 000)

 

3.  Lethal dose for human is 1 – 2 mg

 

4.  They are destroyed by heating for 20 minutes at 100 

o

C

 

5.  Toxin production is under the control of a viral gene (Bacteriophage yielded from 

toxigenic strain and it may infect non-toxigenic strain and convert it to toxigenic).

 

 

   Action of botulism toxin   

 

 
   It is a neurotoxic protein. All of its types (A, B, and E) are made of heavy and light chains linked 
by disulfide bonds. The heavy chain is thought to bind the toxin to the motor nerve end plate. 
The light chain blocks the calcium-mediated release of acetyl choline. The toxin acts by blocking 
the release of acetyl choline at synapses and neuromuscular junctions causing flaccid paralysis. 
 

   Pathogenesis   

 

 
   Botulism is intoxication. It results from ingestion of food in which 

Clostridium botulinum

 spores 

germinate  and  produce  toxins  under  anaerobic  conditions.  These  foods  are  spiced,  smoked, 
vacuum-packed, or canned alkaline foods (if eaten without smoking). The toxin acts by blocking 
the release of acetyl choline at synapses and neuromuscular junctions causing flaccid paralysis. 
Patients who recover don’t develop an antitoxin in the blood. 
 

   Symptoms   

 [ 

within 18 – 24 hours 

]

 

 

 

Visual disturbances 

 

Inability to swallow 

 

Speech difficulty 

 

Respiratory paralysis or cardiac arrest 

 

   Infant botulism   

    

 
It may result from honey feeding and cause signs of paralysis or sudden death.  
 
 


background image

BACTERIOLOGY::CLOSTRIUIDIUM ::Dr. Nidhal Sabry                                                                  DONE BY: MAM GROUP2011 

 

Page number 

3

 

 

® Lab diagnosis

   

 

 
Toxin can be detected in the patient serum and left over food. 

1.  Mice are injected with the specimen and then neutralized by injections of antitoxin. 
2.  Culture of food remains of its growth test for toxin production. 
3.  Toxin is tested by hemoagglutination or radioimmunoassay (RIS). 

 

® Treatment   

 

 

1.  IV administration of antitoxin (trivalent antitoxin of types A, B, and E). 
2.  Adequate  ventilation  by  mechanical  respirator.  This  will  reduce  mortality  form  65%  to 

25% 

3.  Infant botulism is recovered with supportive therapy alone. 

 

® Control   … 

 

1.  Boiling of home-canned food for 20 minutes to destroy the toxin. 
2.  Strict regulation of commercial canning 
3.  Avoiding swelled canned food or that with suspected appearance or odor. 

 

Clostridium  botulinum

  is  widely  distributed  in  soil  and  contaminated  fruits  and 

vegetables. Inadequate precautions in processing and handling of a certain food 
will allow this organism to grow and produce one of the most powerful exotoxins 
known. 

 

 

  Clostridium tetani 

 

It causes tetanus, uterus, and tetanus neonatrum. It is distributed in soil and feces of animals. The 
spores  are  located  at  one  end  of  the  bacilli  (drum-stick).  It  is  differentiated  into  several  types 
according to their specific flagellum antigens. 
 
…   

Toxin   

 

 
Vegetative cells of 

Clostridum tetani

 produce tetanospasmin that has the following properties: 

1.  It is a polypeptide in nature. 
2.  Its production is under the control of a plasmid gene. 
3.  The proteolytic enzymes split this toxin into two fragments of increased toxicity. 
4.  It contains 2 * 10

7

 mouse lethal dose / mg 

5.  It acts upon CNS 

 

…  

Mode of action …

 of tetanospasmin 

 

1.  It inhibits the release of acetyl choline thus it interferes with neuromuscular transmission. 


background image

BACTERIOLOGY::CLOSTRIUIDIUM ::Dr. Nidhal Sabry                                                                  DONE BY: MAM GROUP2011 

 

Page number 

4

 

2.  Inhibition of postsynaptic spinal neurons by blocking the release of an inhibiting mediator.  

 
 

…  

Pathogenesis … 

 

Clostridium tetani

 

is not an invasive organism. The infection remains strictly localized in the area of 

dead tissue (into which the spores have been introduced). Germination of spores to vegetative 
organisms that produce toxin is aided by: 

1.  Necrotic tissue 
2.  Calcium salts 
3.  Associated pyogenic infections 

All aid in the establishment of low oxidation – reduction potent. 

 

 

Tetanospasmin released from vegetative cells will reach the CNS via the blood and 
result in generalized muscular spasm. 

 
 

   Clinical findings of tetanus … 

 
Duration is 4 to 5 days – many weeks. There is muscular contraction of the voluntary muscles 
(1

st

 area of infection) then the muscles of the jaw (Lock-Jaw disease). Later, other voluntary 

muscles are involved causing generalized spasm resulting in respiratory paralysis and cardiac 
failure which lead to death (50%).  
 

 

Uterus tetanus: Follows septic abortion. 

 

Tetanus  neonatrum:  Follows  contamination  of  the  umbilical  cord  of  newborns 
when it is cut by contaminated food. 

 

…   

Prevention … 

 
1.  Active immunization with toxoid (detoxified toxin) to stimulate Ab. 
2.  Proper care of wound (Remove the necrotic tissue). 
3.  Prophylactic use of antitoxin. 
4.  Administration of penicillin (to inhibit Clostridium and pyogenic bacteria). 

 

Treatment with antitoxin in tetanus neonatrum is life saving. 

 

…  

Control … 

 
Active immunization of children with tetanus toxoid 3 injections: 

 

In the 1

st

 year 

 

Booster injection at entry to school 

 

Boosters are spaced 7-10 years 

 


background image

BACTERIOLOGY::CLOSTRIUIDIUM ::Dr. Nidhal Sabry                                                                  DONE BY: MAM GROUP2011 

 

Page number 

5

 

 

Usually  in  young  children:  In  immunization,  tetanus  toxoid  is  combined  with 
diphtheria toxoid and Pertussis vaccine (DTP). 

 

…  

Laboratory diagnosis   …

 Diagnosis rests on clinical pictures. 

1.  Anaerobic culture of necrotic tissue. 
2.  Growth is tested for toxin production. 
3.  Neutralization of the toxin produced with specific antitoxin. 

 

 

 

 

 

Clostridium perfringens 

 

It produces invasive infection. It is responsible for 90% of myonecrosis and gas gangrene cases 
infecting  contaminated  wounds  (e.g.  compounds  fracture  and  post  partum  uterus).  There  are 
other 30 species of Clostridium which cause the rest 10% of infection. 
 

…   

Morphology   … 

 
They are found in the soil and the intestine of man and animals. They are anaerobic large G+ve 
rods. They produce subterminal non-bulging spores (rarely produce spores in laboratory media). 
They produce capsule in the patient’s tissue. 
 

Clostridium perfringens 

also causes profuse diarrhea (food poisoning).  

 

…  

Toxin … 

 
There are 5 types of 

Clostridium perfringens

 (A, B, C, D, and E). They are differentiated on the 

basis of production of 4 major toxins (α, B, E, and Iota). 
α toxin is responsible for severe toxemia in gas gangrene and has the following properties: 

1.  It is lethal for lab animals. 
2.  It is Ca

+2

, Mg

+2

 – dependent lecithinase. 

3.  Causes lysis of RBCs. 
4.  Produced by all types of 

Clostridium prefringens

5.  It splits lecithin of cytoplasmid membrane → Phosphorylendin + Diglyceride 
6.  It has necrotizing and hemolytic effect. 

 

…  

Enzymes  … 

 
Clostridium perfringens

 

produce enzymes that digest subcutaneous tissue and muscles. 

a.  DNAase 
b.  Hyaluronidase 
c.  Collagenase 


background image

BACTERIOLOGY::CLOSTRIUIDIUM ::Dr. Nidhal Sabry                                                                  DONE BY: MAM GROUP2011 

 

Page number 

6

 

 
Enterotoxin causes profuse diarrhea (food poisoning). 

…  

Pathogenesis … 

 

1.  Gas gangrene: 

The  spores  reach  traumatized  tissue  from  soil  or  intestine  of  patients.  The  spores  will 
germinate to vegetative cells. Vegetative cells will multiply and ferment carbohydrates of 
tissue producing CO

2

 gas. Distention of tissue and interference with blood supply together 

with secretions of necrotizing toxins and enzymes  → spread of infection and necrosis of 
tissue.  
The  necrosis  extends  →  bacterial  growth,  hemolytic  anaemia,  and  severe  toxemia  and 
death.  
In gas gangrene, a mixed infection is the rule (Clostridia + G+ve cocci + G-ve bacilli). 

2.  Uterine gas gangrene: May follow instrumental abortion because Clostridium perfringens 

is present in the genital tract of 5% of women. 

3.  Clostridial bacteremia is frequent in patients with neoplasms. 
4.  Food poisoning due to enterotoxin. 

 
…  

Clinical findings …  

 
The infection spread from a contaminated wound in 1 -3 days to produce: 

a.  Crepitation in the subcutaneous tissue. 
b.  Foul smelling discharge. 
c.  Necrosis.  
d.  Fever. 
e.  Hemolysis 
f.  Toxemia 
g.  Shock 
h.  Death 

 

…  

Treatment … 

 

1.  Immediate surgical debridement of all dead tissue. 
2.  Administration of antibiotics (ampicillin). 
3.  Polyvalent antitoxin could be used. 
4.  Hyperbaric oxygen detoxifies the patient rapidly. 

 
 
 
 
 
 
 


background image

BACTERIOLOGY::CLOSTRIUIDIUM ::Dr. Nidhal Sabry                                                                  DONE BY: MAM GROUP2011 

 

Page number 

7

 

…  

Laboratory diagnosis … 

 

A. 

Specimen: Tissue form wounds, pus, and deep swabs. 

B. 

Gram stain. 

C. 

Culture on:  

1.  Chopped meat and glucose media. 
2.  Thioglycolate media. 
3.  Blood agar media 

 

Incubated anaerobicly 

D.  Action on milk. 
E.  Biochemical shirt (Sugar from) 
F.  Lecithin’s activity 
G. Test for toxin production 
 

Claustridium perfringens 

food poisoning 

  
Usually  it  follows  the  ingestion  of  large  no.  of 

Clostridium  perfringens

  that  have  grown  in 

warmed meat dishes. The toxin is formed when Clostridium sporulate in gut with the onset of 
diarrhea. There is no vomiting or fever in 6 – 18 hours. It lasts only 1 – 2 days. It is self limited. 
 

Toxin is heat labile enterotoxin that has a mechanism of action which resembles that of 

E. coli.

 

    

 
 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 20 عضواً و 313 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