background image

 

 

 

 

Family 

Family 

Enterobacteriaceae 

Enterobacteriaceae 

PART I 

PART I 

Genera:

Genera:

Escherichia

Escherichia

Klebsiella

Klebsiella

Enterobacter

Enterobacter

background image

 

 

 

 

General properties of 

General properties of 

Enterobacteriaceae

Enterobacteriaceae

Gram-negative rods

Gram-negative rods

Non-spore-forming

Non-spore-forming

Peritrichous flagellae 

Peritrichous flagellae 

(motility) (exceptions!)

(motility) (exceptions!)

Capsules can be

Capsules can be

Facultative anaerobes or 

Facultative anaerobes or 

aerobes

aerobes

Grow in simple media

Grow in simple media

Ferment glucose and 

Ferment glucose and 

produce acid

produce acid

Nitrates are reduced to 

Nitrates are reduced to 

nitrites

nitrites

Oxidase-negative, catalase-

Oxidase-negative, catalase-

positive (exception!)

positive (exception!)

background image

 

 

 

 

Enterobacteriaceae

Enterobacteriaceae

Lactos
e +

Lactose 
-

Flagell
a +

Flagell
a -

Flagell
a +

Flagell
a -

Escherich
ia

Enterobac
ter

Citrobact
er

Serratia

Klebsiel
la

Salmonella

Proteus

Providenci
a

Hafnia

Edwarsiell
a

Shigell
a

background image

 

 

 

 

Enterobacteriaceae

Enterobacteriaceae

 

 

Determinants of 

Determinants of 

pathogenicity

pathogenicity

Major antigens

Major antigens

K/Vi antigens 

K/Vi antigens 

(capsular)

(capsular)

H antigens 

H antigens 

(flagellar)

(flagellar)

O antigens 

O antigens 

(somatic, in LPS)

(somatic, in LPS)

Virulence factors

Virulence factors

Endotoxin (LPS)

Endotoxin (LPS)

Exotoxins

Exotoxins

Adhesion/colonizati

Adhesion/colonizati

on factors 

on factors 

(fimbriae)

(fimbriae)

Capsules

Capsules

background image

 

 

 

 

Endotoxin 

Endotoxin 

(LPS – lipopolysaccharide)

(LPS – lipopolysaccharide)

Polysaccharide core

Polysaccharide core

O antigen (immunogenic)

O antigen (immunogenic)

Lipid A 

Lipid A 

(the toxicity of LPS depends on the 

(the toxicity of LPS depends on the 

structure of lipid A)

structure of lipid A)

background image

 

 

 

 

Laboratory 

Laboratory 

identification of 

identification of 

Enterobacteriaceae

Enterobacteriaceae

 

 

species

species

Culture and isolation

Culture and isolation

Biochemical properties [

Biochemical properties [

biotyping

biotyping

(identification to genera and species)

(identification to genera and species)

Antigenic properties [

Antigenic properties [

serotyping

serotyping

 ] 

 ] 

based on somatic-O, capsular-K and on 

based on somatic-O, capsular-K and on 

flagella - H antigenes (identification to 

flagella - H antigenes (identification to 

species and different subgroups of this 

species and different subgroups of this 

species) 

species) 

background image

 

 

 

 

Media for 

Media for 

Enterobacteriaceae

Enterobacteriaceae

Transporting media

Transporting media

Poorly selecting differential media 

Poorly selecting differential media 

(Levin’s medium/EMB agar, MacConkey’s 

(Levin’s medium/EMB agar, MacConkey’s 

medium)

medium)

Moderately selecting differential media 

Moderately selecting differential media 

(SS agar, Wilson-Blair’s medium)

(SS agar, Wilson-Blair’s medium)

Differential enrichment media 

Differential enrichment media 

(selenite broth of Leifson = SF broth)

(selenite broth of Leifson = SF broth)

Blood agar

Blood agar

background image

 

 

 

 

Biochemical 

Biochemical 

identification of

identification of

 

 

Enterobacteriaceae

Enterobacteriaceae

1.

1.

Test on Kligler’s iron agar (KIA)

Test on Kligler’s iron agar (KIA)

2.

2.

Urease activity test

Urease activity test

3.

3.

Test for 

Test for 

I

I

ndol

ndol

4.

4.

M

M

ethyl red test

ethyl red test

5.

5.

V

V

oges-Proscauer’s test

oges-Proscauer’s test

6.

6.

C

C

itrinating test

itrinating test

7.

7.

IMVC

IMVC

 test (3+4+5+6) (for 

 test (3+4+5+6) (for 

E. coli, 

E. coli, 

Enterobacter 

Enterobacter 

spp

spp

.

.

)

)

8.

8.

API 20 Enterobacteriaceae (API 20 E)

API 20 Enterobacteriaceae (API 20 E)

background image

 

 

 

 

Family: 

Family: 

Enterobacteriaceae 

Enterobacteriaceae 

(27 generas are included)

(27 generas are included)

Escherichia

Escherichia

 spp.

 spp.

Klebsiella

Klebsiella

 spp.

 spp.

Enterobacter

Enterobacter

 spp.

 spp.

Salmonella

Salmonella

 spp.

 spp.

Shigella

Shigella

 spp.

 spp.

Yersinia

Yersinia

 spp.

 spp.

Proteus

Proteus

 spp.

 spp.

Citrobacter

Citrobacter

 spp.

 spp.

Serratia 

Serratia 

spp.

spp.

Providencia

Providencia

 spp.

 spp.

Morganella

Morganella

 spp.

 spp.

background image

 

 

 

 

Escherichia 

Escherichia 

coli

coli

 

 

General 

General 

properties

properties

Ferments lactose

Ferments lactose

 on 

 on 

MacConkey medium

MacConkey medium

Produses gas when 

Produses gas when 

fermenting glucose

fermenting glucose

Produces indole when 

Produces indole when 

breaking down 

breaking down 

tryptophane

tryptophane

Often hemolytic 

Often hemolytic 

(particularly urine 

(particularly urine 

isolates)

isolates)

Fimbriae are present 

Fimbriae are present 

(motility)

(motility)

Important opport. 

Important opport. 

pathogen (symbiont)

pathogen (symbiont)

background image

 

 

 

 

Determinants of 

Determinants of 

E. coli

E. coli

 

 

pathogenicity

pathogenicity

 

 

LPS (endotoxin): fever, 

LPS (endotoxin): fever, 

leucopenia,hypoglycemia, hypotension, 

leucopenia,hypoglycemia, hypotension, 

shock, perfusion disorder in main 

shock, perfusion disorder in main 

organs,activation of complement, 

organs,activation of complement, 

intravascular coagulation)

intravascular coagulation)

Adhesion factors :unique P fimbrial 

Adhesion factors :unique P fimbrial 

antigens, antigen O

antigens, antigen O

Enterotoxins: 

Enterotoxins: 

Hemolysins

Hemolysins

Antiphagocytic capsule

Antiphagocytic capsule

background image

 

 

 

 

E. coli

E. coli

 enterotoxins

 enterotoxins

Produced by the enterotoxigenic 

Produced by the enterotoxigenic 

strains of 

strains of 

E. coli

E. coli

 (ETEC) (genes in 

 (ETEC) (genes in 

plasmids):

plasmids):

 

 

heat-labile toxins (LT-I and LT-II): stimulate 

heat-labile toxins (LT-I and LT-II): stimulate 

adenyl cyclase – excretion of water and 

adenyl cyclase – excretion of water and 

chlorides, inhibition of absorption of  natrium

chlorides, inhibition of absorption of  natrium

heat-stable toxin (ST): binds to intracellular 

heat-stable toxin (ST): binds to intracellular 

guanylyl cyclase causing incerase of intracellular 

guanylyl cyclase causing incerase of intracellular 

cGMP concentration  - disorder in ion transport

cGMP concentration  - disorder in ion transport

Produced by the enterohemorrhagic 

Produced by the enterohemorrhagic 

strains of 

strains of 

E. coli

E. coli

 (EHEC/VTEC): 

 (EHEC/VTEC): 

verotoxin (VT) = Shiga-like toxin: inhibiits protein 

verotoxin (VT) = Shiga-like toxin: inhibiits protein 

synthesis 

synthesis 

background image

 

 

 

 

Pathogenicity of 

Pathogenicity of 

E. coli

E. coli

Gastrointestinal disease

Gastrointestinal disease

Urinary tract infections

Urinary tract infections

Neonatal meningitis (most frequent 

Neonatal meningitis (most frequent 

factor)

factor)

(esp. capsular strains named 

(esp. capsular strains named 

E. coli

E. coli

 

 

K1)

K1)

Sporadically: sepsis, secondary 

Sporadically: sepsis, secondary 

pneumonia, iatrogenic and nosocomial 

pneumonia, iatrogenic and nosocomial 

infections

infections

background image

 

 

 

 

Virulence types” of 

Virulence types” of 

pathogenic 

pathogenic 

E. coli

E. coli

 (gastrointestinal 

 (gastrointestinal 

disease)

disease)

Enterotoxigenic

Enterotoxigenic

 

 

E. coli

E. coli

 (ETEC)

 (ETEC)

Enterohemorrhagic

Enterohemorrhagic

 

 

E. coli

E. coli

 

 

(EHEC/VTEC)

(EHEC/VTEC)

Enteropathogenic 

Enteropathogenic 

E. coli

E. coli

 (EPEC)

 (EPEC)

Enteroadherent

Enteroadherent

 

 

E. coli

E. coli

 (EAEC)

 (EAEC)

Enteroinvasive

Enteroinvasive

 

 

E. coli

E. coli

 (EIEC/INVEC)

 (EIEC/INVEC)

background image

 

 

 

 

Transmission of 

Transmission of 

E. coli

E. coli

Fecal-oral route

Fecal-oral route

Food-borne transmission

Food-borne transmission

Endogenous source

Endogenous source

background image

 

 

 

 

Laboratory diagnosis of 

Laboratory diagnosis of 

E. coli

E. coli

 

 

infection

infection

Culture and isolation of 

Culture and isolation of 

E. coli

E. coli

 (materials: 

 (materials: 

feces, infected tissue, blood, urine); 

feces, infected tissue, blood, urine); 

culturing on differential medium 

culturing on differential medium 

(MacConkey’s agar, EMB agar), blood agar

(MacConkey’s agar, EMB agar), blood agar

Biochemical analysis (e.g. glucose 

Biochemical analysis (e.g. glucose 

fermentation, production of indol and 

fermentation, production of indol and 

H

H

2

2

S); 

S); 

biotyping

biotyping

 (the result of 

 (the result of 

IMVC

IMVC

 test 

 test 

for 

for 

E. coli

E. coli

: ++--)

: ++--)

Serotyping

Serotyping

 – the serotype of a strain is 

 – the serotype of a strain is 

defined by its full antigenic formula, its O, 

defined by its full antigenic formula, its O, 

K, and H anigens, e. g. 

K, and H anigens, e. g. 

E. coli

E. coli

 O55 K59 H6

 O55 K59 H6

background image

 

 

 

 

Treatment of 

Treatment of 

E. coli

E. coli

 

 

infection

infection

Rehydration with electrolyte-rich liquids

Rehydration with electrolyte-rich liquids

Antibiotic therapy (in children, in extra-

Antibiotic therapy (in children, in extra-

intestinal infections, in chronic infections): 

intestinal infections, in chronic infections): 

trimethoprim-sulfamethoxasole;

trimethoprim-sulfamethoxasole;

also :

also :

Ampicillin

Ampicillin

Aminoglycosides

Aminoglycosides

Cephalosporins

Cephalosporins

Resistance!

Check 
susceptibility

background image

 

 

 

 

Coli titre

Coli titre

E. coli, 

E. coli, 

like other

like other

 Enterobacteriaceae,

 Enterobacteriaceae,

 

 

is known as the 

is known as the 

coliform

coliform

, so if 

, so if 

present in drinking water – evidence 

present in drinking water – evidence 

of fecal contamination

of fecal contamination

Coli titre

Coli titre

 – for sanitary examination 

 – for sanitary examination 

of drinking water: the minimum part 

of drinking water: the minimum part 

of water in which we can still find 

of water in which we can still find 

E. 

E. 

coli 

coli 

or other coliforms

or other coliforms

background image

 

 

 

 

Klebsiella

Klebsiella

 spp.

 spp.

K. pneumoniae

K. pneumoniae

K. ozaenae

K. ozaenae

 (stinking 

 (stinking 

rhinitis = ozena)

rhinitis = ozena)

K. rhinoscleromatis 

K. rhinoscleromatis 

(inflammation of 

(inflammation of 

throat, nose, and 

throat, nose, and 

sinuses mucous 

sinuses mucous 

membrane = 

membrane = 

scleroma)

scleroma)

 

 

K. oxytoca 

K. oxytoca 

background image

 

 

 

 

General properties of 

General properties of 

Klebsiella

Klebsiella

 spp.

 spp.

Gram-negative 

Gram-negative 

NON-MOTILE

NON-MOTILE

Rods

Rods

Mucoid capsule (with 

Mucoid capsule (with 

antigen K  - capsullar 

antigen K  - capsullar 

swelling test)

swelling test)

O antigens

O antigens

On solid medium: mucous 

On solid medium: mucous 

colonies

colonies

Ferment lactose in 

Ferment lactose in 

MacConkey’s medium

MacConkey’s medium

Ammonia production 

Ammonia production 

(urease activity)

(urease activity)

background image

 

 

 

 

Determinants of 

Determinants of 

Klebsiella

Klebsiella

 spp. 

 spp. 

pathogenicity

pathogenicity

Mucoid antiphagocytic capsule

Mucoid antiphagocytic capsule

LPS

LPS

Plasmid exchange with other 

Plasmid exchange with other 

Enterobacteriaceae 

Enterobacteriaceae 

(inconstant 

(inconstant 

characteristics of antibiotic 

characteristics of antibiotic 

resistance  - ESBL !) 

resistance  - ESBL !) 

Ability to produce toxins similar to 

Ability to produce toxins similar to 

E. 

E. 

coli

coli

 toxins

 toxins

background image

 

 

 

 

K. pneumoniae

K. pneumoniae

 

 

– clinical 

– clinical 

disease

disease

Destructive pneumonia with abscesses of 

Destructive pneumonia with abscesses of 

lungs

lungs

Meningitis (in newborns)

Meningitis (in newborns)

Epidemic diarrhea/enteritis (in newborns)

Epidemic diarrhea/enteritis (in newborns)

Urinary tract infections (children and 

Urinary tract infections (children and 

adults)

adults)

Bacteremia, septicemia

Bacteremia, septicemia

Nosocomial infections

Nosocomial infections

Sensitivity testing necessary because of 

Sensitivity testing necessary because of 

multiresistance to antibiotics (empirically: 

multiresistance to antibiotics (empirically: 

aminoglycosides and cephalosporins)

aminoglycosides and cephalosporins)

background image

 

 

 

 

Enterobacter

Enterobacter

 spp.

 spp.

E. g. 

E. g. 

E. aerogenes

E. aerogenes

E. 

E. 

cloacae

cloacae

E. sakazaki, E. 

E. sakazaki, E. 

agglomerans

agglomerans

Often found in the normal 

Often found in the normal 

intestinal flora

intestinal flora

Beta-lactamases 

Beta-lactamases 

production 

production 

The result of IMVC test: 

The result of IMVC test: 

--

--

++

++

Pathogenicity: infections 

Pathogenicity: infections 

of urinary tract (urease), 

of urinary tract (urease), 

meningitis, bacteremia, 

meningitis, bacteremia, 

septicemia 

septicemia 

(often involved in 

(often involved in 

nosocomial infections)

nosocomial infections)


Document Outline