background image

Clostridium

  

(anaerobic bacilli)

 


background image

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 
 


background image

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. 

 

 


background image

background image

Culture

 

Anaerobic culture conditions are 

established by one of the following: 

Agar plates or culture tubes are placed in 

air tight jar from which air is removed and 

replaced by N and CO2. 

Fluid media contain either: 

Fresh animal tissue (chopped meat) 

Reducing agent (Thioglycolate) 
 


background image

background image

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 O2 as the final oxygen acceptor. 

2.  Lack of cytochrome and cytochrome oxidase. 

3.  Unable to break down hydrogen peroxide H2O2 

because they lack catalase of peroxidase so H2O2 will 

accumulate to toxic conc. in the presence of O2. 

 


background image

Colony forms

 

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

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: 

They are among the most highly toxic substances known. 

They are neurotoxic proteins (MW = 150 000) 

Lethal dose for human is 1 – 2 mg 

They are destroyed by heating for 20 minutes at 100 oC 

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). 


background image

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. 

 


background image

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. 

 


background image

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

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). 
 

 


background image

Treatment

 

IV administration of antitoxin (trivalent 

antitoxin of types A, B, and E). 

Adequate ventilation by mechanical 

respirator. This will reduce mortality form 

65% to 25% 

Infant botulism is recovered with 

supportive therapy alone. 
 


background image

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. 

4.

Clostridium botulinum is widely distributed in soil 

and contaminated fruits and 

5.

vegetables 

6.

. Inadequate precautions in processing and 

handling of a certain food 

7.

will allow this organism to grow and produce one 

of the most powerful exotoxins known. 
 


background image

tetani

Clostridium 

 

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. 
 


background image

background image

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 * 107 mouse lethal dose / mg 

5.

It acts upon CNS 
 


background image

Mode of action 

 

1.

It inhibits the release of acetyl choline 

thus it interferes with neuromuscular 

transmission. 

2.

 

2.  Inhibition of postsynaptic spinal 

neurons by blocking the release of an 

inhibiting mediator. 
 


background image

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 

4.

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 


background image

Clinical findings of tetanus 

 

Duration is 4 to 5 days – many weeks. There is 

muscular contraction of the voluntary muscles (1st  

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  instument . 
 


background image

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). 

5.

Treatment with antitoxin in tetanus 

neonatrum is life saving. 
 


background image

Control

  

Active immunization of children with tetanus 

toxoid 3 injections: 

1.

In the 1st year 

2.

Booster injection at entry to school 

3.

Boosters are spaced 7-10 years 

 

Usually  in  young  children:  In  immunization,  

tetanus  toxoid  is  combined  with diphtheria 

toxoid and Pertussis vaccine (DTP). 

 


background image

Lab 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. 
 


background image

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. 
 


background image

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). 
 


background image

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. 
 


background image

Enzymes

 

Clostridium perfringens produce enzymes 

that digest subcutaneous tissue and 

muscles.  

1.

DNAase 

2.

Hyaluronidase 

3.

Collagenase 
 


background image

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 CO2 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). 

 


background image

Pathogenesis

 

1.

Uterine gas gangrene: May follow 

instrumental abortion because 

Clostridium perfringens is present in the 

genital tract of 5% of women. 

2.

Clostridial bacteremia is frequent in 

patients with neoplasms. 

3.

Food poisoning due to enterotoxin. 
 


background image

Clinical Findings

 

The infection spread from a contaminated 

wound in 1 -3 days to produce: 

1.

Crepitation in the subcutaneous tissue.  

2.

Foul smelling discharge. 

3.

Necrosis. 

4.

Fever. 

5.

Hemolysis f. 

Toxemia 

6.

Shock h.  Death 
 


background image

Treatment

 

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

Lab diagnosis

 

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

 BGram stain. 

Culture on: 

Chopped meat and glucose media. 

Thioglycolate media. 

Blood agar media 

Incubated anaerobicly 

Action on milk. 

Biochemical shirt (Sugar from) 

 F.  Lecithin’s activity 

Test for toxin production 
 


background image

 

 

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 14 عضواً و 208 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