Higher order taxa

Kingdom: Bacteria; Phylum: Firmicutes; Class: Clostridia; Order: Clostridiales; Family: Clostridiaceae; Species: Clostridium septicum


There are around 150 species in this genus. The familiar ones are Clostridium perfringens, Clostridium acetobutylicum, Clostridium difficile, Clostridium novyi, Clostridium septicum, Clostridium tetani, and Clostridium botulinum

Description and significance

Clostridium septicum are found in virtually all anoxic habitats where organic compounds are present, including aquatic sediments, soils, animals and humans guts. Under unfavorable conditions, they form endospores, which allow them to survive in harsh environments, including but not limited to extremes of temperature, drying, or nutrient depletion. Thus, endospores are a dormant stage of the C. septicum life cycle. When conditions are favorable, such as in the presence of organic compounds, the spores germinate. Like C. botulinum, C. septium produces a number of toxins, most notably the alpha toxin. Alpha toxin is a pore-forming toxin responsible for gas gangrene in humans and animals.

Genome structure

The genome for C septicum has not been completed. However, the genome of C. perfringens str 13, C. botulinum E3 str. Alaska E43, C. difficle 630, and C. tetani have been completed. All sequenced clostridia have circular genome. Many others are in progress (check NCBI for complete list.) The genome of C. perfringens, an agent of gas gangrene, contains 3,031,430 nt, with GC content of 28%. There are 2786 genes, of which 2660 are coding for proteins. The genome of C. tetani contains 2,799,251 nt, with GC content of 28%. There are 2445 genes, of which 2373 are protein coding. The genome of C. difficile contains 3,256,683 nt, with GC content of 28%; there are 3017 genes, of which 2876 are protein coding. The genome of C. botulinum contains 3,659,644 nt, with GC content of 27 %; there are 3381 genes, of which 3256 are protein coding. So the sequenced genomes varied widely. The genome of C. septicum could fall between 2 and 4 millions nt.

Cell structure and metabolism

Clostridium septicum are Gram- positive rod and are spore-former. The terminal or sub-terminal spore causes them to appear like drumstick. They have peritrichous flagellae which allow them to move quickly from one environment to the next. They are classical fermentative anaerobes, generating molecular hydrogen gas. They ferment sugars and amino acids, and a few other organic compounds. In all cases, the production of ATP is linked to substrate-level phosphorylations in the glycolytic pathway. Other clostridium, such as C. acetobutylicum, can produce butanol and acetone.


Clostridia septicum are ubiquitous in nature. They are found in anoxic soils such as sewage, marine sediments, and the intestinal tracks of both animals and humans. They have the ability to switch from vegetative growth to forming endospores when conditions are not favorable, and endospores could survive in harsh conditions, such as boiling temperature, for an extended period of time. When conditions are favorable, they germinate and become vegetative again.


Most clostridia are disease-causing in livestock and wildlife. C. septicum is highly pathogenic in humans because they produce a variety of toxins. One such toxin is the alpha toxin, a potent toxin responsible for non-traumatic gas gangrene. Gas gangrene is a life-threatening syndrome with characteristic patterns of extensive tissue destruction, edema, thrombosis, and restriction of leukocyte infiltration to the infected site. The course of the disease takes less 24 hours with reported dead rate ranging from 67-100%. The pathology of gas gangrene is not fully known, but it is thought to mediate by disruption of blood flow to the infected site. Since blood circulation is essential in nutrients and oxygen delivery, a reduction in perfusion would result in cell death and necrosis. In addition, C. septicum is being associated with malignancy (colon carcinoma, leukemia, and breast carcinoma), pericarditis, and mycotic aneurysm. The precise mechanisms are unknown.

Current Research

One research of interest is to find out how the alpha toxin produced by C. septicum lead to myonecrosis seen in gas gangrene. Using intravital microscopy Hickey et al. (2008) investigated microvascular blood flow in tissue of mice exposed to toxin of C. septicum. They found that the toxin induced severe reduction in capillaries blood flow to the tissues. They speculated that the severe reduction in microperfusion causes myonecrosis seen in gas gangrene, giving the roles of capillaries as an essential in the delivery of oxygen and nutrients.

The second research interest was the use of clostridium for cancer treatment. Solid tumors are anoxic. Thus, it is an ideal place for clostridium spores to germinate. Lemmon et al.(1997) used genetically modified spores from C. oncolyticum (nonpathogenic strain) to inject into the body of mice with tumors. The spores contained an E. coli gene nitroreductase, and this enzyme was used to activate cancer drug. They found that the spores only germinated within the tumors of the mice. And when they injected the nontoxic prodrug, the active form of the drug , being activated by the nitroreductase, was found within the tumors, killing the tumors. Thus, they have found a delivery system of anticancer gene specific to tumors.

Based on the research done by Lemmon et al. (1997), the third research interest was the use of genetically modified C. novyi-NT as an anticancer agent. Agrawal et al. (2004) injected cancerous mice with the spores of C. novyi-NT. They found that the spores only germinated within hypoxic regions of the cancers and destroyed cancer cells through the secretion of enzymes, such as lipases, proteases, and other degradative enzymes. The tissues surrounding the tumors were not affected due to higher level of oxygen. They also found that the immune system was actively attacking the tumors. They speculated that the spores of C. novyi-NT recruited the immune system to the tumors. So acting together, cancer cells are being destroyed at a faster rate, while the surrounding tissues are unaffected.


Agrawal, N., Bettegowda, C., Cheong, I., Geschwind, J., Drake, C.G., Hipkiss, E.L., Tatsumi, M., Dang, L.H., Diaz, L.A., Pomper, M., Abusedera, M., Wahl,R.L.,Kinzler, K.W., Zhou,S., Huso,D.L., and Vogelstein, B. 2004. Bacteriolytic therapy can generate a potent immune response against experimental tumors. PNAs, v. 101:42, p.15172-15177.

Brahan, R.B., and Kahler, R.C. 1990. Clostridium septicum as a cause of pericarditis and mycotic aneurysm. Journal of Clinical Microbiology, V. 28:10, p. 2377-2378.

Davies, H.D.2001. Flesh-eating disease: A note on necrotizing fasciitis. Can j infect Dis, v. 12:3, p. 136-140.

Hickey, M.J., Kwan,R.Q., Awad, M.M., Kennedy, C.L., Young, L.F., Hall, P., Cordner, L.M., Lyras, D., Emmins, J.J., and Rood, J.I. 2008. Molecular and cellular basis of microvascular perfusion deficits induced by Clostridium perfringens and Clostridium septicum. Plos Pathogens, v. 4:4, p. 1-9.

Katlic, M.R., Derkac, W.M., and Coleman, W.S. 1980. Clostridium septicum infection and malignancy. Ann.Surg, v. 193:3, p. 362-364.

Lemmon, M.J., Zijl, P.V., Fox, M.E., Mauchline, M.L., Giaccia, A.J., Minton,N.P., and Brown, J.M. 1997. Anaerobic bacteria as a gene delivery system that is controlled by the tumor microenvironment. Gene Therapy, v.4, p.791-796.

Melton-Witt, J.A, Bentsen, L.M., and Tweten, R.K. 2006. Identification of functional domains of Clostridium septic alpha toxin. Biochemistry, v. 45:48, p. 14347-14354.

Prinssen, H.M., Hoekman,K., and Burger, C.W. 1999. Clostridium septicum myonecrosis and ovarian cancer: a case report and review of literature. Gynecologic oncology, v. 72, p. 116-119.

Edited by student of Emily Lilly at University of Massachusetts Dartmouth.


§ 4. Clostridium novyi.

(Синонимы — C. oedematiens).

Эти клостридии были впервые описаны Ф. Нови в 1894 г. Они распространены в почве и вызывали почти 42 % случаев газовой гангрены у солдат в течение Второй мировой войны.

Морфология. Это большие, тучные, плеоморфные грамположительные клостридии размером 4-10*1-2 мкм с большими овальными субтерминальными спорами. Молодые культуры напоминают C. perfringens, но C. novyi подвижны.

Культивирование. Это строгие анаэробы, которые гибнут в присутствии кислорода. Зрелые колонии имеют круглую или неправильную форму, полупрозрачные, с гранулярною поверхностью.

Ферментативные свойства. Все типы C. novyi продуцируют желатиназу и сероводород. Типы А и С ферментируют глюкозу и мальтозу, тип D — только глюкозу. Эти клостридии продуцируют в больших количествах пропионовые и масляные кислот и в меньших — уксусные и валерьяновые.

Токсинообразование. Существует 4 типа этих клостридий (от А до D), выделенных на основании продукции ними токсинов. Медицинское значение имеет только тип А, поскольку он вызывает газовую гангрену. Газовая гангрена, вызванная C. novyi, характеризуется высокой летальностью и наличием большого количества жидкости без газообразования в инфицированной ткани. Другие типы вызывают ветеринарные заболевания. C. novyi являются мощными продуцентами токсинов. Существуют следующие типы токсинов: альфа — некротический и летальный, бета — гемолитический, некротический, летальный, лецитиназный, гамма — гемолитический, некротический, лецитиназный, дельта — кислородлабильный гемолизин, эпсилон — липазный, вызывает опалесценцию среды, содержащей яичный желток, зета — гемолизин, эта — тропомиозиназа, тета — вызывает опалесценцию.

Антигенная структура. В фильтратах культур выявлено 8 токсичных антигенов.

Классификация. C. novyi имеет 4 серотипа, которые обозначают буквами A, B, C и D. Типы А, В и D имеют 2 одинаковых соматических антигена в различных пропорциях; антисыворотка к типу В перекрестно реагирует с другими 3 типами.

Резистентность. Споры выживают в природных условиях в течение 20-25 лет без потери вирулентности. Прямой солнечный свет разрушает их через 24 часа, кипячение — через 10-15 минут, 3 % раствор формалина — через 10 минут. Угольная смола является чрезвычайно активным дезинфектантом.

Патогенность для животных. C. novyi выделяют из печени здоровых животных. Эти клостридии вызывают некротический гепатит (“черную болезнь”) у овец. В ассоциации с непатогенными клостридиями они вызывают развитие у бычков гемоглобинурии и острого геморрагического воспаления слизистых оболочек желудка и двенадцатиперстной кишки с образованием газов в пищеварительном тракте и поражением печени.

Патогенез и заболевания человека. Типы А и В C. novyi вызывают газовую гангрену у людей и животных, наиболее часто этиологическим агентом является тип А.

Лабораторная диагностика. Как и для других клостридий, используют специфические антисыворотки для идентификации и типирования C. novyi. Однако эти клостридии медленно культивируются на питательных средах.


Подвижная палочка (также встречаются неподвижные изоляты) раз­мером 3-5´0,5-0,8 мкм; грамположительна, но в старых культурах может быть грамотрицательной. В мазках часто образует пары или короткие цепочки, иногода единичные бактерии. Очень подвижна в молодых культурах, клетки из старых культур неподвижны (также известны изначально неподвижные штаммы). Почти на всех средах быстро образует субтерминальные споры («игольное ушко») с трехслойной оболоч­кой, не деформирующие клетку. Строгий анаэроб, растет при давлении 3-15 мм рт.ст. (оптимум 8 мм рт.ст.), но обладает аэротолерантностью, оставаясь жизнеспособной в аэроб­ных условиях в течение 10 ч. В аэробных условиях растет плохо и не образует спор и образует колонии меньшего размера. В анаэробных условиях на кровяном агаре образует прозрачные выпуклые колонии диаметром 0,5-1 мм, окруженные тонкой зоной гемолиза. При продолжительном отборе можно полу­чить штаммы, формирующие колонии в виде головы Медузы. В толще агара неподвижные штаммы образуют «пушинки» с уплотненным центром, подвижные — чечевицеобразные колонии или колонии с протуберанцем. Вызывают сплошное помутнение жидких сред с протеолизом кусочков мяса и печени на дне.

рез 2 сут среда становится прозрачной, а на дне образуется осадок. рН почти не меняется; запах отсутствует. Инертны к углеводам (к ферментации без образования кислоты способны лишь некоторые штаммы); не образуют индол, но вырабатывают в больших количествах сероводород. Проявляют выраженные протеолитические свойства — разлагают желатин, свернувшуюся сыворотку, яичный белок и коллаген (табл. 7). Продуцируют 5 серологически идентифицируемых токсинов: a-токсин (основной токсин), оказывающий летальное и некротическое действие; b-токсин (коллагеназа), расщепляющий азоколл и желатин; g-токсин (протеиназа), активируемый восстановителями и не разрушающий нативный коллаген, но расщепляющий азоколл, желатин и казеин; d-токсин (эластаза), проявляющий аналогичную активность; e-токсин, проявляющий О2-зависимую гемолитическую активность (лабилен к кислороду, в антигенном отношении близок к стрептолизину О). У животных Clostridium histolyticum – один из возбудителей злокачественного отека (газовой гангрены), обычно в ассоциации с прочими анаэробами. Clostridium histolyticum патогенны для лабораторных животных. Морские свинки при внутримышечной иньекции свежей вирулентной культуры, выращеной на мясной среде, погибают в период от нескольких часов до нескольких дней. В зоне инъекции наблюдается расплавление мышц, газа не образуется, гнилостного распада нет.

В соответствии с действующей инструкцией при лабораторной диагностике злокачественного отека проводится микрокопическое исследование, подкожное заражение морских свинок изучаемым материалом в область брюшных мышц, изучение тинкториальных и культуральных свойств выделенной культуры.

Clostridium septicum (палочка Гона-Сакса)

Возбудитель злокачественного отека, брадзота овец. Обнаруживается в почве, кишечном тракте домашних животных, при соответствующей патологии животных и человека. Полиморфные подвижные палочки размером 4-5´0,8 мкм; в тканях способны образовывать нити длиной до 500 мкм. В культурах клетки могут быть яйцевидные, веретеновидные, образуют цепочки. При контакте с О2 теряют подвижность, но не так быстро, как С. oedematiens. Через 24 ч культивирования образуют субтерминальные споры. Строгие анаэробы; растут при давлении 8-15 мм рт.ст. (выдержи­вают до 25 мм рт.ст.). Остаются жизнеспособными при доступе О2 в течение 10 ч. На поверхности твердых сред образуют блестящие полупрозрачные колонии (диаметром до 4 мм) с неровными краями (имеют тенденцию к ползучему росту). На агаре Цейсслера через 48 ч палочки образуют сплошной нежный налет, окруженный зоной гемолиза. В столбике 1% агара формируют колонии с отходящими переплетающимися нитями, на 2% агаре колонии имеют вид дисков, иногда с протуберанцем. Ферментируют некоторые углеводы и не раз­лагают (практически все штаммы) сахарозу (что используют для дифференциальной ди­агностики с С.chavoei); протеолитическая активность выражена умеренно (см. табл. 7). На среде Китта-Тароцци дает обильный рост; газообразование вариабельное; через 2 суток образует осадок. Продуцируется 4 экзотоксина: a-токсин, основной фактор патогенности, проявляющий летальную, некротизирующую и гемолитическую активность; b-токсин, обладающий свойствами ДНКазы; g-токсин (гиалуронидаза); d-токсин, проявляющий свойства О2-лабильного гемолизина. При дифференциации от Clostridium chavoei используют следующие тесты: гемагглютинация эритроцитов барана, гемолиз эритроцитов курицы (Матвеев, Быченко 1973).

Clostridium chavoei

Возбудитель эмфизиматозного карбункула крупного рогатого скота и овец. Бактериальные клетки отличаются полиморфизмом, особенно в живой ткани, могут иметь форму лимона, груши, в мазках чистой культуры — прямые или слегка изогнутые палочки, одиночные, пары, реже короткие цепочки. По своим биологическим и антигенным свойствам мало отличается от Clostridium septicum, некоторые авторы рассматривают его как подвид С.septicum: С.septicum тип А и С. chavoei тип В. Однако каждый из этих микроорганизмов полностью нейтрализует только гомологичная сыворотка, а при дифференциальной диагностике этих микроорганизмов необходимо учитывать отсутствие полной перекрестной нейтрализации токсинов, слабую терморезистентность у С. septicum и высокую у С. chavoei, длительный инкубационный период при инфекции, вызванной первым микроорганизмом, и практически полное его отсутствие при заболеваниях, вызванных С. chavoei, способность С. septicum агглютинировать эритроциты барана и лизировать эритроциты кур. Молоко створаживает за 3-6 суток; казеин и свернув­шуюся сыворотку не разжижает; желатин не гидролизует. На кровяном агаре, среде Цейсслера образует характерные слабо выпуклые колонии в виде перламутровой пуговицы или с изрезанными краями – напоминающие виноградные листья, нежного фиолетового цвета; на средах с кровью дает a-гемолиз. На среде Китта-Тароцци характерен обильный рост, споры образует через 24 ч, колонии не имеют неприятного запаха, но старые культуры могут иметь запах прогорклого масла. Строгий анаэроб. Температурный оптимум 36-37°С. Слабо растет при 25°С и не растет при 45°С. В соответствии с методическими указаниями по диагностике эмкара, исследования включают изучение тинкториальных и культуральных свойств выделенного микроорганизма (без изучения биохимических свойств) и определение ее патогенности для морской свинки. Характерным изменением у морских свинок, зараженных подкожно в области брюшных мышц является наличие гемморагического выпота или точечных кровоизлияний на месте инъекции. Кожа от пораженных мышц отделяется с трудом, мышцы темно–красного цвета. В подкожной клетчатке обнаруживают небольшое количество пузырьков газа.


Clostridium septicum

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.