background image

 

 

GRAM-NEGATIVE COCCI

 

 

GENUS: NEISSERIA

 

 

Objectives: upon completion of this lecture, student will  

 Describe the morphology & physiology for genus Neisseria. 

 Determine the virulence factors for genus Neisseria. 

  Analyze the diseases & pathogenicity for genus Neisseria. 

 Demonstrate the epidemiology/transmission for genus Neisseria. 

 Outline the laboratory diagnosis for genus Neisseria. 

 State the drug of choice and prophylaxis where regularly used. 

 

 

Lec.4 

Dr.Sarmad Zeiny 

2014-2015 

 


background image

 

 

GRAM-NEGATIVE COCCI 

GENUS: NEISSERIA

 

 

Introduction: 

  The family Neisseriaceae includes the many genera, important one is genus Neisseria. The 
neisseriae are gram-negative cocci that usually occur in pairs. Neisseria gonorrhoeae 
(gonococci) and Neisseria meningitidis
 (meningococci) are pathogenic for humans and 
typically are found associated with or inside polymorphonuclear cells. Other neisseriae are 
normal inhabitants of the human respiratory tract, rarely if ever cause disease, and occur 
extracellularly. So we can divide this genus into:  

Pathogenic Neisseria include:  

1. N. meningitidis (meningococci)  meningitis. 
2. N. gonorrhoea (gonococci, G.C)  gonorrhea (one of sexually transmitted diseases (STD)). 

Non - pathogenic (commensal) Neisseria include: 

1. N. catarrhalis (Moraxella or Branhamella catarrhalis).

 

 

2. N. siccaN. subflava,  N. lactamica,  N. mucosa.  

   

These are normal inhabitants of human respiratory tract. 

 
Common or general characteristics of Neisseria:  

1)  G –ve diplococci, kidney shape, with flat or concave opposing edge.  
2)  Oxidase positive. 
3)  Pathogenic to human only.  
4)  Ferment carbohydrates  acid only 
5)  Pyogenic

produce pus.  

6)   Non -hemolytic, non- motile, non-spore forming. 
7)  Pathological spp. are intracellular while non-pathogenic are 

extracellular. 

8)  Needs 48h of culturing time. 
9)  They are rapidly killed by drying, sunlight and many disinfectants. 
10) 

The non-pathogenic species can grow on simple media while the pathogenic species need 

enriched media e.g. blood and chocolate agar. 

11) 

Gonococci and meningococci are closely related with 70% DNA homology and are 

differentiated by few LAB tests and specific characteristics

.

 

 

 

Kidney or coffee bean 

shape diplococci 


background image

 

Neisseria gonorrhoeae (gonococcus) 

 
 
Reservoir

human genital tract

 

 
Transmission 
• Sexual contact, birth 
• Sensitive to drying and cold 
 
Disease:  gonorrhea (clap) 

a)  Localized infection. 
b)  Systemic infection. 

 

A) Localized infection: 
1)  Genital infection:
  which differ in male than in female? 
-  In  MALE  it  causes  urethritis  associated  with  yellowish  mucopurulent  discharge  from 

anterior  urethra  and  dysuria  the  infection  can  extend  to  the  epididymis  leading  to 
epididymitis and if not treated it will be complicated by fibrosis and urethral stricture. 

-  In  FEMALE  the  first  site  of  infection  is  the  cervix  causing  cervicitis  the  infection  is 

going  to  spread  from  cervix  to  the  vagina  causing  vaginitis  and  presented  by  vaginal 
discharge which is mucopurulent in nature, if not treated it will spread upward to involve 
fallopian  tube  resulting  in  salpingitis  &  PID 

(pelvic  inflammatory  disease)

  which  leads  to 

fibrosis with tube stricture leading to infertility due to tubal damage. 
 

2)  Rectal involvement: proctitis, the patient presenting symptoms is purulent discharge 

from anus with tensmus. 

3)   Eye infection (infection of the conjunctival sac):  occur in new born babies during 

their passage through infected birth canal causing a condition called (ophthalmia 
neonatorum
) which is a very serious condition and if untreated it will lead to blindness. 

          

Rx

: using antimicrobial agent as silver nitrate and erythromycin. 

4)  Throat infection (Gonococcal pharyngitis) it’s common in oral sex. 

 

B) 

 Systemic infection:  

Disseminated via the blood stream to the distant organs.(skin, bone, joints): 

-   Arthritis.  
-   Meningitis. 
-   Endocarditis. 
-  Vasculitis. 


background image

 

Diagnostic LAB tests: 

a.  Specimens: 

   Pus and secretion are taken from the urethra, cervix, rectum, conjunctiva, throat or synovial 
fluid for culture and smear. 

b.  Smears

  Gram  stained  smears  of  urethral  or  endocervical  exudate  reveal  many  diplococci 

within  pus  cells.

 

In  MALE,  the  finding  of  numerous  neutrophils  containing  gram 

negative  diplococci  in  a  smear  of  urethral  exudate  permits  a  provisional  diagnosis  of 
gonococcal infection  and  indicates that  the  individual should be  treated.  In  contrast,  a 
positive culture is needed to diagnose gonococcal infection in FEMALE. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

c.   Culture: 
  Immediately after collection of pus or mucous is streaked on enriched selective media

A. Thayer Martin (TM): Chocolate agar + Enrichment element +Antibiotics: Colistin 

(against G 

– ve rods)

; Vancomycin 

(against G + ve)

; Nystatin 

(against fungi)

.  

B. Modified Thayer Martin: same as TM + Trimethoprim (inhibit proteus). 
C. Martin – Lewis (ML). 
D. New York City (NYC). 
 

  It needs 5 – 7% CO

2

 (candle jar, CO

2

 generating kit); Humid atmosphere; 35 – 37 C

72hrs 

 

 

 


background image

 

 

d.  Biochemical test.  

1)  Oxidase test: + ve for all Neisseria spp. 
Special reagent (oxidase reagent) is colorless, when get contact with oxidase enzyme

 

purple in color i.e. positive oxidase test. 
2)  Sugar fermentation test: 

(important in differentiation between Neisseria spp.)

   

 

Sucrose 

Maltose 

Glucose 

N. spp. 

ـــ 

N. meningitidis 

ـــ 

ـــ 

N. gonorrhoea 

ـــ 

ـــ 

ـــ 

M. catarrhalis 

 
3) DNAse test: 
+ ve  Moraxella catarrhalis
- ve  Other Neisseria spp. 

 

e.  Serology: 

-  It is not of great value in the diagnosis to detect ANTIBODIES against this 

bacterium? Because of the antigen diversity of Gonococci and there is delay in the 
development of these antibodies. 

-   So it is more important to detect gonococcal ANTIGENS using a technique called 

(ELISA) or using radioimmunoassay (RIA). 

f.  PCR (molecular method): Detection of gonococcal nucleic acid using DNA probe 

which can detect nucleic acid of the m.o. 

 

Antigenic & Virulence structures: 

  Gonococci are antigenically heterogeneous both in vivo and in vitro. These antigenic 
changes help the m.o. to escape from the immune system, these 
include: 

1)  Pili: 

-  Attachment to mucosal surfaces.

 

 

-  Inhibit phagocytic uptake. 
-  Antigenic (immunogenic) variation:> 1 million variants 

2)  Porin (por) protein (protein I):  

-  Extends through the gonococcal cell membrane, each strain of gonococcus expresses 

only one type of por. 


background image

 

 

3)  Opacity (Opa) proteins (protein II): 

-  Attachment to mucosal surfaces. 

4)  RMP (protein III): 

-  It is associated with (Opa) protein in the formation of pores.  

5)   Lipooligosaccharide (LOS):  

-  It has endotoxic effect and it is responsible for toxicity of gonococci. 

6)  IgA protease: 

-  Split IgA making it in non-functioning form, so IgA protease is a virulent factor that 

enhances colonization of bacteria. 

7)  Other proteins: Lip (H8), Fbp (ferric binding protein). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Treatment & prevention

  More than 20 percent of current isolates of N. gonorrhoeae are resistant to penicillin. 
  A single intramuscular dose of ceftriaxone is the recommended therapy for 

uncomplicated gonococcal infections. 

  Intramuscular spectinomycin is indicated in patients who are allergic to cephalosporins.  
  Many patients with gonorrhea have coexisting chlamydial infections. Therefore, 

doxycycline is effective against Chlamydia.  

 
 
Prevention of gonorrhea involves: 

-  Evaluation and management of sexual contacts. 
-  Antibiotic prophylactically in an exposed individual even in the absence of symptoms. 


background image

 

-  The use of barrier methods is also a preventive measure against gonorrhea as is the case 

for all sexually transmitted infections. 

-  No vaccine is available for gonorrhea. 

 

Neisseria meningitidis (meningococcus) 

 
Introduction:  
  N.  meningitidis  is  one  of  the  most  frequent  causes  of  meningitis.  Infection  with  N. 
meningitidis  can  also  take  the  form  of  a  fulminant  meningococcemia,  with  intravascular 
coagulation,  circulatory  collapse,  and  potentially  fatal  shock,  but  without  meningitis.  In  each 
case,  symptoms  can  occur  with  extremely  rapid  onset  and  great  intensity.  Outbreaks  of 
meningitis,  most  common  in  winter  and  early  spring,  are  favored  by  close  contact  between 
individuals, such as occurs in schools, institutions, and military barracks. N. meningitidis tends 
to strike young, previously well individuals and can progress over a matter of hours to death. 
 
 

Distinguishing Features 

• Gram-negative, kidney coffee bean-shaped diplococci. 
• Large capsule, Antigenic. 
• Grows on chocolate (not blood) agar in 5% C02 atmosphere. 
• Ferments maltose in contrast to gonococci. 

 
Reservoir
: human nasopharynx (5-10% carriers). 
Transmission: 
• Respiratory droplets; oropharyngeal colonization, spreads to the meninges via the bloodstream 
• Disease occurs in only small percentage of colonized individuals. 

 

Antigenic & Virulence structures: 

a)  Capsule: At least 13 serogroups of meningococci have been identified by immunologic 

specificity and capsular polyscaccharides the most important serogroups associated with 
disease in human are A,B,C,Y, W135 ,they are associated with fulminant sepsis with or 
without meningitis, which is used for the preparation of vaccines. 

b)  Outer membrane protein (OMP): about 20 antigenic types, used for serotyping. 
c)  Pili:

 

Pili and outer membrane proteins important in ability to colonize and invade. 


background image

 

d)  IgA protease: cleaves IgA allows oropharynx colonization. 
e)  Opa protein: attachment 
f)  Lipooligopolysaccharide (Endotoxin) : fever, septic shock in meningococcemia. 

Epidemiology 

Transmission occurs through inhalation of respiratory droplets from a carrier or a patient in the 
early stages of the disease. In addition to contact with a carrier, risk factors for disease include: 

-  Recent viral or mycoplasma upper respiratory tract infection,  
-  Active or passive smoking, and  
-  Complement deficiency (C5-C8).  

 In susceptible persons, pathogenic strains may invade the bloodstream and cause systemic 
illness after an incubation period of 2 to 10 days. An incidence peak among adolescents and 
young adults
 led the Centers for Disease Control (CDC) to recently recommend vaccination of 
this at-risk group. Humans are the only natural host.  

Diseases & Pathogenicity: 

  The source of the infection is either the patient or the carriers. 
   The route of entry is through the nasopharynx by droplet. 
  Meningococci will attach to the epithelial cell by pilli. From the nasopharynx the 

meningococci will spread through the blood stream to the target organ causing 
bacteremia. So the squeal is either meningitis or suffers from fulminating 
meningococcemia. 

  Meningitis: mainly in adult ages 11 to 55 years, it is usually begin suddenly with 

headache, vomiting and stiff neck, this will progress to coma within few hours. 

  Fulminating meningococcemia is more sever with high fever and hemorrhagic rash; 

there may be disseminated intravascular coagulation and circulatory collapse (water- 
house- friderichsen syndrome
). 

Laboratory diagnosis: 

a)  Specimens: Blood, CSF, Nasopharyngeal swab are taken for carrier surveys. 
b)  Smears: 

-  Gram stain smear of CSF show typical Neisseria within polymorphnuclear leukocytes. 

c)  Culture: 

-   Chocolate agar and Thayer martin media, incubated at 37c. 

d)  SerologyRapid dx. test

  

to measure Ag or  antibodies to meningococcal 

polysaccharides: 


background image

 

-  Latex agglutination test,

 to identify N. meningitidis capsular antigens in CSF

-  Immunoelectrophoresis. 

e)  PCR: most sensitive and specific method. 

Treatment: 

-  Bacterial meningitis is a medical emergency. Accordingly, antibiotic treatment cannot 

await a definitive bacteriologic diagnosis.  

-   Penicillin G is the drug of choice for treating meningococcal disease. In patient 

allergic to penicillin chloramphenicol and cefotaxime (or ceftriaxone) can be used. 

Prevention: 

1)   Irradiation of the carrier states (major source). 
2)   Isolation of the patient. 
3)   Chemoprophylaxis for contact people. 
4)   Vaccination: A conjugate meningococcal vaccine (MCV4) was approved in the United 

States in 2005 for use in adolescents and adults ages 11 to 55 years, and has replaced 
the unconjugated polysaccharide vaccine. MCV4 is a tetravalent vaccine that contains 
capsular polysaccharides from serogroups A, C, W-135, and Y conjugated to diphtheria 
toxoid.  

Vaccination is  recommended for persons 11–55 years of age who are among the following at-
risk groups:
 

•  Persons with functional or surgical asplenia;  

•  persons with complement deficiencies;  

•  travelers to highly endemic areas (eg, sub-Saharan Africa);  

•  “Closed populations" such as military and for  

•  Clinical laboratory workers (microbiologists). 

 

 

 

 

 


background image

 

10 

Moraxella catarrhalis: 

  Previously they are called Neisseria catarrhalis, the name changed to Branhamella and 

now they are a separated genus “Moraxella”. 

  They are normally found in upper respiratory tract especially among school children

(50% of school children carry this microorganism)  

  May cause pneumonia, otitis media, sinusitis and other infections. 
  It is nonmotile, gram-negative coccobacilli that are generally found in pairs.  
  Moraxella are aerobic.  
  Oxidase positive
  Non fastidious organisms  can grow on nutrient agar. 
  Does not ferment carbohydrates. 

Summary: 

  Neisseria are G-ve diplococci. 
  Neisseria are oxidase positive bacteria. 
  Pathogenic and non-pathogenic species can be differentiated by sugar fermentation, 

nitrate reduction and PCR. 

  Gonococci are highly antigenic variable due to pilli antigenic variation. 
  Meningococci are capsulated with 13 serogroups of that capsule. 
  Neisseria species are sensitive to penicillins and cephalosporins. 
  Vaccine against most virulent strain of meningococci is given to high risk groups.   

 

References:        

Review of Medical Microbiology and Immunology11th edition 2010. 

Clinical Microbiology Made Ridiculously Simple, 6

th

 ed, 2014. 

Baily & Scott diagnostic microbiology, 12

th

 ed. 

Lippincotts  Illustrated microbiology 3

ed

 ed., 2013 

Additions to lec2 & Lec3: 

Treatment for genus streptococci: 

  Drug of choice is penicillin G; alternatives are cephalosporins, tetracycline, aminoglycosides, 
macrolides (clarithromycin or azithromycin), flouroquinolones. 

  Resistant cases  vancomycin. 

END 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 15 عضواً و 182 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