Medical microbiology

I Basic Principles of Medical Microbiology and Immunology 1 General Aspects of Medical Microbiology 2 F. H. Kayser The History of Infectious Diseases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 The Past. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 The Henle–Koch Postulates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 The Present . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Pathogens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Subcellular Infectious Entities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Prokaryotic and Eukaryotic Microorganisms . . . . . . . . . . . . . . 4 Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Fungi and Protozoa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Animals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Host–Pathogen Interactions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Basic Terminology of Infectiology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Determinants of Bacterial Pathogenicity and Virulence. . . 8 Adhesion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Invasion and Spread. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Strategies against Nonspecific Immunity . . . . . . . . . . . . . . 12 Strategies against Specific Immunity . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Clinical Disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Regulation of Bacterial Virulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 The Genetics of Bacterial Pathogenicity . . . . . . . . . . . . . . . 20 Defenses against Infection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Nonspecific Defense Mechanisms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Specific Defense Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Defects in Immune Defenses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Normal Flora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 XIII Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license. Immune Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Immunoregulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Immunostimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Immunosuppression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Adaptive Immunotherapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Immunological Test Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Antigen and Antibody Assays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Immunoprecipitation in Liquids and Gels . . . . . . . . . . . . 121 Agglutination Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Complement Fixation Test (CFT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Direct and Indirect Immunofluorescence. . . . . . . . . . . . . 125 Radioimmunological and Enzyme Immunological Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 In-Vitro Cellular Immunity Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Isolation of Lymphocytes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Lymphocyte Function Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 II Bacteriology 3 General Bacteriology 146 F. H. Kayser The Morphology and Fine Structure of Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Bacterial Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Fine Structures of Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Nucleoid (Nucleus Equivalent) and Plasmids . . . . . . . . . 148 Cytoplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 The Cytoplasmic Membrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Cell Wall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Capsule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Flagella. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Attachment Pili (Fimbriae), Conjugation Pili . . . . . . . . . 158 Biofilm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Bacterial Spores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 The Physiology of Metabolism and Growth in Bacteria. . . . . . . . . . . . 160 Bacterial Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Types of Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Catabolic Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Anabolic Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Metabolic Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 XVI Contents Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license. B-Cell Epitopes and B-Cell Proliferation . . . . . . . . . . . . . . . 67 Monoclonal Antibodies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 T-Independent B Cell Responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 T Cells. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 T-Cell Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 T-Cell Activation by Superantigens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Interactions between Cells of the Immune System . . . . . . . 72 T Helper Cells (CD4+ T Cells) and T-B Cell Collaboration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Subpopulations of T Helper Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Cytotoxic T Cells (CD8+ T Cells) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Cytokines (Interleukins) and Adhesion . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Antibody-Dependent Cellular Immunity and Natural Killer Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Humoral, Antibody-Dependent Effector Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 The Complement System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Immunological Cell Death. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Immunological Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 T-Cell Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 B-Cell Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Immunological Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 B-Cell Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 T-Cell Memory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Immune Defenses against Infection and Tumor Immunity . . . . . . . . . 99 General Rules Applying to Infection Defenses. . . . . . . . . . . . 100 Immune Protection and Immunopathology . . . . . . . . . . . . . . 103 Influence of Prophylactic Immunization on the Immune Defenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Tumor Immunity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 The Pathological Immune Response. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Type I: IgE-Triggered Anaphylaxis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Type II: Cytotoxic Humoral Immune Responses. . . . . . . . . . 109 Autoantibody Responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Anti-blood Group Antibody Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Type III: Diseases Caused by Immune Complexes. . . . . . . . 113 Type IV: Cell-mediated Immunopathology . . . . . . . . . . . . . . . 114 Transplantation Immunity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Immune Defects and Immune Response Modulation . . . . . . . . . . . . . . 117 Immune Defects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Contents XV Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license. Immunoregulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Immunostimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Immunosuppression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Adaptive Immunotherapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Immunological Test Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Antigen and Antibody Assays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Immunoprecipitation in Liquids and Gels . . . . . . . . . . . . 121 Agglutination Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Complement Fixation Test (CFT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Direct and Indirect Immunofluorescence. . . . . . . . . . . . . 125 Radioimmunological and Enzyme Immunological Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 In-Vitro Cellular Immunity Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Isolation of Lymphocytes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Lymphocyte Function Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 II Bacteriology 3 General Bacteriology 146 F. H. Kayser The Morphology and Fine Structure of Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Bacterial Forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Fine Structures of Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Nucleoid (Nucleus Equivalent) and Plasmids . . . . . . . . . 148 Cytoplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 The Cytoplasmic Membrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Cell Wall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Capsule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Flagella. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Attachment Pili (Fimbriae), Conjugation Pili . . . . . . . . . 158 Biofilm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Bacterial Spores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 The Physiology of Metabolism and Growth in Bacteria. . . . . . . . . . . . 160 Bacterial Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Types of Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Catabolic Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Anabolic Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Metabolic Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 XVI Contents Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license. Growth and Culturing of Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Nutrients. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Growth and Cell Death. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 The Molecular Basis of Bacterial Genetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 The Structure of Bacterial DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 DNA Replication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Transcription and Translation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Regulation of Gene Expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 The Genetic Variability of Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Molecular Mechanisms of Genetic Variability . . . . . . . . . . . . 171 Spontaneous Mutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Recombination. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Intercellular Mechanisms of Genetic Variability. . . . . . . . . . 174 Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Transduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Conjugation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Restriction, Modification, and Gene Cloning . . . . . . . . . 177 Bacteriophages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Morphology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Reproduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Lysogeny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 The Principles of Antibiotic Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Spectrum of Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Efficacy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Mechanisms of Action. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 Pharmacokinetics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Side Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 The Problem of Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Incidence, Significance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Resistance Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Evolution of Resistance to Anti-Infective Agents . . . . . 203 Resistance Tests. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Combination Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Chemoprophylaxis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Immunomodulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Laboratory Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Contents XVII Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license. Preconditions, General Methods, Evaluation . . . . . . . . . . . . . 208 Preconditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 General Methods and Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Sampling and Transport of Test Material . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Culturing Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Identification of Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Molecular Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 Direct Detection of Bacterial Antigens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Diagnostic Animal Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Bacteriological Laboratory Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Taxonomy and Overview of Human Pathogenic Bacteria. . . . . . . . . . 218 Classification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 4 Bacteria as Human Pathogens 229 F. H. Kayser Staphylococcus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Staphylococcus aureus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Coagulase-Negative Staphylococci (CNS) . . . . . . . . . . . . . 234 Streptococcus and Enterococcus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Streptococcus pyogenes (A Streptococci) . . . . . . . . . . . . . 237 Streptococcus pneumoniae (Pneumococci) . . . . . . . . . . . 240 Streptococcus agalactiae (B Streptococci). . . . . . . . . . . . . 242 Oral Streptococci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Enterococcus (Enterococci). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Gram-Positive, Anaerobic Cocci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Bacillus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Bacillus anthracis (Anthrax). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 Clostridium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 The Pathogens That Cause Gas Gangrene (Clostridial Myonecrosis) and Anaerobic Cellulitis . . . 246 Clostridium tetani (Tetanus) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Clostridium botulinum (Botulism) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 Clostridium difficile (Pseudomembranous Colitis) . . . 251 Listeria, Erysipelothrix, and Gardnerella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Listeria monocytogenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Erysipelothrix rhusiopathiae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Gardnerella vaginalis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 XVIII Contents Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license. Corynebacterium, Actinomyces, Other Gram-Positive Rod Bacteria 254 Corynebacterium diphtheriae (Diphtheria). . . . . . . . . . . 255 Actinomyces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 Other Gram-Positive Rod Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Mycobacterium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Tuberculosis Bacteria (TB). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Leprosy Bacteria (LB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Nontuberculous Mycobacteria (NTM). . . . . . . . . . . . . . . . . 271 Nocardia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 Neisseria, Moraxella, and Acinetobacter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 Neisseria gonorrheae (Gonorrhea) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Neisseria meningitidis (Meningitis, Sepsis). . . . . . . . . . . 276 Moraxella and Acinetobacter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Enterobacteriaceae, Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Salmonella (Gastroenteritis, Typhoid Fever, Paratyphoid Fever) . . . 282 Shigella (Bacterial Dysentery) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Yersinia (Plague, Enteritis). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Yersinia pestis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Yersinia enterocolitica and Yersinia pseudotuberculosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 Escherichia coli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Opportunistic Enterobacteriaceae. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 Vibrio, Aeromonas, and Plesiomonas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Vibrio cholerae (Cholera). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 Other Vibrio Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 Aeromonas and Plesiomonas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 Haemophilus and Pasteurella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 Haemophilus influenzae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 Haemophilus ducreyi and Haemophilus aegyptius . . 303 Pasteurella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 Gram-Negative Rod Bacteria with Low Pathogenic Potential. . . . . . 304 Campylobacter, Helicobacter, Spirillum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 Campylobacter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 Helicobacter pylori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Spirillum minus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Pseudomonas, Stenotrophomonas, Burkholderia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Contents XIX Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license. Pseudomonas aeruginosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 Other Pseudomonas species, Stenotrophomonas and Burkholderia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 Legionella (Legionnaire’s Disease) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 Brucella, Bordetella, Francisella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Brucella (Brucellosis, Bang’s Disease) . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Bordetella (Whooping Cough, Pertussis) . . . . . . . . . . . . . 315 Francisella tularensis (Tularemia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Gram-Negative Anaerobes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 Treponema (Syphilis, Yaws, Pinta) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 Treponema pallidum, subsp. pallidum (Syphilis). . . . . 320 Treponema pallidum, subsp. endemicum (Nonvenereal Syphilis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Treponema pallidum, subsp. pertenue (Yaws). . . . . . . . 323 Treponema carateum (Pinta). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Borrelia (Relapsing Fever, Lyme Disease) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Borrelia That Cause Relapsing Fevers . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Borrelia burgdorferi (Lyme Disease) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 Leptospira (Leptospirosis, Weil Disease) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 Rickettsia, Coxiella, Orientia, and Ehrlichia (Typhus, Spotted Fever, Q Fever, Ehrlichioses). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 Bartonella and Afipia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Bartonella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Afipia felis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 Chlamydia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 Overview and General Characteristics of Chlamydiae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 Chlamydia psittaci (Ornithosis, Psittacosis). . . . . . . . . . . 337 Chlamydia trachomatis (Trachoma, Lymphogranuloma venereum) . . . . . . . . . . . 338 Chlamydia pneumoniae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Mycoplasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 Nosocomial Infections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Pathogens, Infections, Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Sources of Infection, Transmission Pathways. . . . . . . . . 345 Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 XX Contents Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license. III Mycology 5 General Mycology 348 F. H. Kayser General Characteristics of Fungi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 Definition and Taxonomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 Morphology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 Metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 Reproduction in Fungi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 General Aspects of Fungal Disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Fungal Allergies and Fungal Toxicoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Mycogenic Allergies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Mycotoxicoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Mycoses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Host-Pathogen Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 6 Fungi as Human Pathogens 358 F. H. Kayser Primary Mycoses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 Histoplasma capsulatum (Histoplasmosis) . . . . . . . . . . . 358 Coccidioides immitis (Coccidioidomycosis). . . . . . . . . . . 360 Blastomyces dermatitidis (North American Blastomycosis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 Paracoccidioides brasiliensis (South American Blastomycosis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 Opportunistic Mycoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 Candida (Soor). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 Aspergillus (Aspergillosis). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 Cryptococcus neoformans (Cryptococcosis) . . . . . . . . . . 366 Mucor, Absidia, Rhizopus (Mucormycoses) . . . . . . . . . . . 367 Phaeohyphomycetes, Hyalohyphomycetes, Opportunistic Yeasts, Penicillium marneffei . . . . . . . . . . 369 Pneumocystis carinii (Pneumocystosis). . . . . . . . . . . . . . . 370 Subcutaneous Mycoses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 Contents XXI All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license Kayser, Medical Microbiology © 2005 Thieme All rights reserved. Usage subject to terms and conditions of license. Cutaneous Mycoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 Dermatophytes (Dermatomycoses or Dermatophytoses) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 Other Cutaneous Mycoses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 IV Virology 7 General Virology 376 K. A. Bienz Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 Morphology and Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377 Classification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 Replication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 Viral Protein Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 Genetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 Host-Cell Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 Cell Destruction (Cytocidal Infection, Necrosis) . . . . . . . . . . 392 Virus Replication without Cell Destruction (Noncytocidal Infection). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 Latent Infection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 Tumor Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 Carcinogenic Retroviruses (“Oncoviruses”) . . . . . . . . . . . 394 DNA Tumor Viruses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 Pathogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 Defense Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 Nonspecific Immune Defenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 Specific Immune Defenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401 Prevention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 Chemotherapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 Laboratory Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 Virus Isolation by Culturing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 Direct Virus Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 Virus Detection Following Biochemical Amplification . . . . . . .