Pouvoir pathogène des bactéries - Pôle de Biologie Pathologie

année universitaire 2013-2014
Le pouvoir pathogène des bactéries
Pr Michel SIMONET
Les bactéries saprophytes
Les bactéries commensales
Les bactéries pathogènes
Bactéries
pathogènes
Les bactéries pathogènes
des bactéries capables de provoquer chez un hôte déterminé (homme, animal),
dont les défenses sont inaltérées, une infection apparente ou non
(symptomatique ou asymptomatique)
des agents infectieux parfois adaptés à un hôte spécifique
Corynebacterium diphtheriae, Neisseria meningitidis, Bordetella pertussis
sont des agents infectant (naturellement) uniquement l’Homme
Les bactéries pathogènes opportunistes
des bactéries commensales ou saprophytes pouvant occasionner des
infections chez un hôte présentant un déficit de son système
immunitaire (congénital ou acquis)
Le postulat de Koch
1843-1910
  le microorganisme doit être régulièrement associé à la maladie et
à ses lésions caractéristiques
  le microorganisme doit être isolé (après culture) du malade
  la maladie doit être reproduite quand le microorganisme est introduit
chez un hôte sensible et en bonne santé   le même microorganisme doit être ré-isolé par culture des tissus de
l’hôte infecté expérimentalement Helicobacter pylori
&
ulcère gastro-duodénal
l  à la fin des années 1930, des bactéries spiralées
sont observées lors d’examens microscopiques
d’estomacs de cadavres humains
l  en 1982, Marshall et Warren obtiennent, à partir de
biopsies de muqueuse gastrique, une culture pure
d’une bactérie spiralée
  Il existe une très forte association entre la présence de H. pylori
dans l’estomac et l’existence de lésions de gastrite
  L’inoculation per os de H. pylori à des volontaires sains provoque
des lésions de la muqueuse stomacale
  L’élimination de H. pylori (par antibiothérapie) s’accompagne d’une
régression des lésions gastriques et d’une guérison de la maladie
l’adaptation moléculaire du postulat de Koch
  Le gène de virulence doit être présent chez toutes les souches d’une
espèce qui sont pathogènes et absent de celles qui ne le sont pas
  L’inactivation du gène de virulence est associée à une réduction du
pouvoir pathogène de la souche et, réciproquement, l’introduction du
gène de virulence chez chez une souche dénuée de pouvoir pathogène la
rend virulente
  Le gène de virulence doit être exprimé par la bactérie pathogène au
cours du processus infectieux
Le pouvoir pathogène des bactéries
les aptitudes requises
L’induction d ’un processus infectieux chez un hôte par une bactérie
reflète globalement la capacité du microorganisme à
  franchir des barrières naturelles
  résister aux effecteurs humoraux et cellulaires
de l’immunité innée et acquise
implantation,
survie et réplication de la bactérie
pathogène chez l’hôte
La barrière cutanée
La peau
une barrière protectrice efficace contre l’agression microbienne (surinfections
cutanées à Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa chez les
brûlés)
dont la colonisation par des pathogènes est limitée grâce à divers facteurs :
 
la sécheresse, l’acidité (pH5), la température (<37°C), la desquamation rapide de
l’épiderme
 
la production de lyzozyme (dégradation du peptidoglycane) et de lipides toxiques par les
glandes sudoripares et les follicules pileux
 
l’existence d’une flore résidente (bactéries à Gram positif)
 
la présence d’un tissu lymphoïde associé à la peau (Skin-Associated Lymphoid Tissue) :
- lymphocytes
- kératinocytes (phagocytose, production de cytokines, maintien de l’acidité
cutanée)
La barrière muqueuse
La membrane muqueuse
l  une seule couche de cellules vivantes bordant l’appareil digestif,
respiratoire et uro-génital
l  comportant des cellules protectrices (cellules caliciformes
productrices de mucus, cellules M présentant les antigènes au
système immunitaire sous-jacent, cellules ciliées vibratiles)
Y
M
E
Les plaques de Peyer
Y
épithélium associé aux follicules
cellules dendritiques
macrophages
lymphocytes T
lymphocytes B
La barrière muqueuse
La membrane muqueuse
l  une seule couche de cellules vivantes bordant l’appareil digestif,
respiratoire et uro-génital
l  comportant des cellules protectrices (cellules caliciformes
productrices de mucus, cellules M présentant les antigènes au
système immunitaire sous-jacent, cellules ciliées vibratiles)
l  étanche grâce à l’existence de jonctions serrées intercellulaires
l  en perpétuel renouvellement
Le mucus
l  les mucines, des polymères (glycoprotéines) de haut poids
moléculaire très visqueux, agissant comme lubrifiant et
protégeant la muqueuse (séquestration par adhésion des
bactéries)
l  les immunoglobulines A sécrétoires (IgAs), fixées (fragment Fc)
aux mucines
l  le lysozyme
l  la lactoferrine, une protéine liant très fortement le fer de
l’organisme (non disponible pour les bactéries)
l  la lactoperoxidase, un enzyme impliqué dans la production de
formes activées de l’oxygène, bactéricides
La base des cryptes de Lieberkühn
granules sécrétoires contenant
des peptides anti-microbiens, αdéfensines et lyzozyme
α- et β- défensines
Cellule de Paneth
Entérocyte
α
β
L’adhésion des bactéries aux cellules
une étape quasi-obligatoire du processus infectieux
Les fimbriae
Les fimbriae
des appendices tapissant la surface des bactéries à Gram négatif et positif
bactéries à Gram négatif
la biogenèse du fimbriae contrôlée par une chaperone et une
plateforme d’assemblage
fimbriae P d’Escherichia coli pathovar UPEC (uropathogène)
plateforme
d’assemblage
(usher)
membrane externe
4
périplasme
6
5
3
2
membrane interne
Pizarro-Cerdá & Cossart
Cell, 2006
1
bactéries à Gram positif
sortase,
la biogenèse du fimbriae contrôlée par une
une enzyme reconnaissant le motif peptidique LPxTG
Fimbriae
de Corynebacterium
diphtheriae
Fimbriae
de Streptococcus pyogenes
(sérotype M1)
sortase
domestique
sortase
spécifique
Lipide II
disaccharide-pentapeptide
lié au bactoprénol
Mandlik et al.
Trends in Microbiology, 2008
Les adhésines «non fimbriales»
les adhésines se liant à la matrice extracellulaire:
l’exemple de Staphylococcus aureus
ClfA
TSST-1 (choc toxique)
exfoliatines
leucocidine (de Panton et Valentine)
(protéine liant le fibrinogène)
ClfB
(protéine liant le fibrinogène
et la kératine)
S.aureus
hyaluronidase
staphylokinase
Cna
(protéine liant le collagène)
FnbpA
Hémolysines
coagulase (α,β,γ)
(protéine liant la fibronectine)
protéine A
L’intimine d’Escherichia coli EPEC/STEC
un autre exemple d’adhésine non-fimbriale
un îlot de pathogénicité (LEE) contrôlant
l’attachement et l’effacement des microvillosités
intestinales
MV, microvillosité
35 kb
Tir intimine
ARNt
int
virA
virB
mobA ΔmobB
souche pathogène
DR
DR
ARNt
souche non pathogène
Les îlots de pathogénicité : en bref
Des segments d’ADN, de taille variable (jusqu’à 220 kb) § comprenant un ou plusieurs gènes de virulence
§ présents seulement dans le génome des souches pathogènes
§ ayant souvent un GC% différent du restant du génome
§ souvent flanqués de petites séquences directes répétées
§ souvent associés à un gène codant un ARNt
§ incluant souvent des gènes de mobilité, fonctionnels ou cryptiques
§ souvent instables
l’ ancien îlot est devenu partie intégrante
du noyau génomique
vir
étapes évolutives
d’un îlot de pathogénicité
vir
adaptation des codons
large délétion
de gènes inactivés
inactivation ou délétion
de gènes de mobilité
int vir mob
arnt
mutation ponctuelle dans
un gène codant une intégrase
intégration de phages
ou de plasmides
noyau génomique
temps
milieu
extracellulaire
membrane
externe
périplasme
membrane
interne
cytoplasme
effecteur
Tir, un récepteur cellulaire insolite
…codé par un gène bactérien
Effacement
des microvillosités intestinales
intimine
membrane externe
Tir
membrane plasmique
polymérisation
de l’actine
Pathovars
EPEC/STEC
Tir
L’invasion cellulaire par les bactéries
q  l’usurpation des récepteurs d’adhérence cellulaire
(intégrines, E-cadhérine, c-Met, CD44,…)
et des voies de transduction associées
L’entrée cellulaire
selon un mécanisme à glissière (zipper)
Le modèle Listeria monocytogenes
La voie dépendant de InlA
Pizarro-Cerdá & Cossart
Cell, 2006
La voie dépendant de InlB
q  le détournement des voies de signalisation cytosolique
après injection cellulaire d’effecteurs bactériens
L’entrée cellulaire
selon un mécanisme à gâchette (trigger)
Le modèle Shigella
déstabilisation
des microtubules
filopode
lamellipode
macropinocytose
dépolymérisation
de l’actine
Les toxines, des facteurs majeurs
de la virulence bactérienne
E. ROUX
1853-1933
A. YERSIN
1863-1943
«La diphtérie est une intoxication causée par un poison
(gr. Τοξικον, toxikon) très actif formé par le microbe»
Les exotoxines
Trois centaines d’exotoxines (produites en proportion voisine chez les bactéries à Gram négatif et positif)
la structure 3D d’une quarantaine d’entre elles ayant été établie
présentant une grande
variété d’activités enzymatiques
NADase et ADP-transférase, phospholipase, adénylate cyclase
protéase, glucosyl-transférase,déamidase
ARN N-glycosidase, déoxyribonucléase
  NADase et ADP-transférase
Toxines cholérique, pertussique, diphtérique, exotoxine A (Ps.aeruginosa),…
  Phospholipase
Phospholipases C (C. perfringens), D (Y. pestis), A (R. prowazekii),…
  Adénylate-cyclase
Bordetella spp., toxine oedémateuse (B. anthracis),…
  Protéase
Toxines botuliques, tétanique, létale (B. anthracis), exfoliatines (S. aureus),…
  Glucosyl-transférase
Toxines A & B de C. difficile,…
  Déamidase
Facteur cytotoxique et nécrosant I (E. coli)
  ARN N-glycosidase
Vérotoxines ou toxines Shiga-like (E. coli)
  Déoxyribonucléase
Cyclostatine « CDT » (E. coli),…
Trois centaines d’exotoxines (produites en proportion voisine chez les bactéries à Gram négatif et positif)
la structure 3D d’une quarantaine d’entre elles ayant été établie
présentant une grande
variété d’activités enzymatiques
NADase et ADP-transférase, phospholipase, adénylate cyclase
protéase, glucosyl-transférase,déamidase
ARN N-glycosidase, déoxyribonucléase
modifiant des molécules
ciblées, intracellulaires
ou agissant sur des constituants de la membrane cytoplasmique (sans pénétration intracellulaire)
codées par des
gènes susceptibles d’être intégrés éléments génétiques mobiles
PAI - encoded toxins
some examples
Gram-negative bacteria
q  α-hemolysin and cytotoxin-necrotizing factor-1 (UPEC & ExPEC
Escherichia coli)
q  pertussis toxin (Bordetella pertussis)
Gram-positive bacteria
q  toxic-shock syndrome toxin 1, enterotoxins, EDIN-B (Staphylococcus
aureus)
q  enterotoxin TcdA and cytotoxin TcdB (Clostridium difficile)
Dobrindt & Hacker, The Comprehensive Sourcebook of Bacterial Protein Toxins, 2006
plasmid - encoded toxins
some examples
Gram-negative bacteria
q  heat - stable and - labile enterotoxins (EnteroToxinogenic Escherichia coli)
q  enterotoxin ShET-2 (Entero-Invasive Escherichia coli and Shigella)
q  enterohemolysin Ehx (EnteroHemorrhagic Escherichia coli)
q  Yop proteins (pathogenicYersinia)
Gram-positive bacteria
q  exfoliating toxin B (ETB), enterotoxins, EDIN-C (Staphylococcus aureus)
q  tetanus neurotoxin (Clostridium tetani)
q  botulinum neurotoxin type G (Clostridium botulinum)
q  lethal factor, edema factor, protective antigen (Bacillus anthracis)
Dobrindt & Hacker, The Comprehensive Sourcebook of Bacterial Protein Toxins, 2006
phage - encoded toxins
some examples
Gram-negative bacteria
q  cholera toxin (Vibrio cholerae)
q  Shiga toxin Stx (EnteroHemorrhagic Escherichia coli)
Gram-positive bacteria
q  diphteria toxin (Corynebacterium diphtheriae)
q  exfoliating toxin A, Panton-Valentine leucocidin, staphylococcal
enterotoxins SE (Staphylococcus aureus)
q  streptococcal pyrogenic exotoxins Spe (Streptococcus pyogenes)
Dobrindt & Hacker, The Comprehensive Sourcebook of Bacterial Protein Toxins, 2006
Les superantigènes
des exotoxines produites par un nombre très limité d’espèces,
interagissant avec les cellules de l’immunité
LT auxiliaire
α
β
TcR
TcR
α
β
CMH
CMH
CPA
caractéristiques
LT auxiliaire
cellule dendritique
monocyte/macrophage
CPA
cellule dendritique
monocyte/macrophage
antigène
superantigène
Région TcR
Vα, Jα, Vβ, Dβ, Jβ
Vβ
Présentation
MHC II ou I
MHCII
Lymphocyte T
CD4+ ou CD8+
CD4+ (CD8+)
% cellules T activées
0.01 à 0.0001%
5 à 25%
monoclonale
polyclonale
Apprêtement
Activation
oui
non
production massive de cytokines
inflammatoires (IL-2, IFNγ, TNF, IL-1β)
anergie, apoptose lymphocytaire
Les superantigènes
Vβ humain reconnu
Staphylococcus aureus
Streptococcus pyogenes
SEA
SEB
SEC1
SEC2
SEC3
SED
SEE
TSST-1
1.1, 5.2-3, 6.3-4, 6.9, 7.4, 9.1, 16, 21.3, 22, 23
3, 12, 14, 15, 17, 20
12
12, 13.1, 13.2, 14, 15, 17, 20
5, 12, 14, 21.3
5, 8, 12
5.1, 6.1-3, 8, 18
2
SPE-A
SPE-C
SPE-G
SPE-H
SME-Z
SME-Z2
SSA
2, 4, 8, 12, 14, 15
2>>1, 4.1, 5.1, 10, 12, 15
2, 4.1, 6.9, 12.3
2, 7.3, 9.1
2, 4.1, 7.3, 8.1
4.1, 8.1
1, 3, 5.2-3, 12, 15, 17
PAI - encoded toxins
Gram-negative bacteria
q  α-hemolysin and cytotoxin-necrotizing factor-1 (UPEC & ExPEC
Escherichia coli)
q  pertussis toxin (Bordetella pertussis)
Gram-positive bacteria
q  toxic-shock syndrome toxin 1, enterotoxins, EDIN-B (Staphylococcus
aureus)
q  enterotoxin TcdA and cytotoxin TcdB (Clostridium difficile)
Dobrindt & Hacker, The Comprehensive Sourcebook of Bacterial Protein Toxins, 2006
plasmid - encoded toxins
Gram-negative bacteria
q  heat - stable and - labile enterotoxins (EnteroToxinogenic Escherichia coli)
q  enterotoxin ShET-2 (Entero-Invasive Escherichia coli and Shigella)
q  enterohemolysin Ehx (EnteroHemorrhagic Escherichia coli)
q  Yop proteins (pathogenicYersinia)
Gram-positive bacteria
q  exfoliating toxin B (ETB), enterotoxins, EDIN-C (Staphylococcus aureus)
q  tetanus neurotoxin (Clostridium tetani)
q  botulinum neurotoxin type G (Clostridium botulinum)
q  lethal factor, edema factor, protective antigen (Bacillus anthracis)
Dobrindt & Hacker, The Comprehensive Sourcebook of Bacterial Protein Toxins, 2006
phage - encoded toxins
Gram-negative bacteria
q  cholera toxin (Vibrio cholerae)
q  Shiga toxin Stx (EnteroHemorrhagic Escherichia coli)
Gram-positive bacteria
q  diphteria toxin (Corynebacterium diphtheriae)
q  exfoliating toxin A, Panton-Valentine leucocidin, staphylococcal
enterotoxins SE (Staphylococcus aureus)
q  streptococcal pyrogenic exotoxins Spe (Streptococcus pyogenes)
Dobrindt & Hacker, The Comprehensive Sourcebook of Bacterial Protein Toxins, 2006
Staphylococcus aureus,
une bactérie responsable de pathologies liées à une toxémie
des manifestations cliniques liées à la diffusion de toxines à partir d’un foyer infectieux
ou d’un site de colonisation (ORL, conjonctival ou cutané), ou à l’ingestion d’une toxine
préformée dans un aliment contaminé
Ø Le syndrome de choc toxique
provoqué par la diffusion de la toxine TSST-1 ou
d’entérotoxines (SE), et mortel dans 10% des cas
fièvre (>39°C), hypotension artérielle, érythrodermie
scarlatiniforme généralisée, suivie (1 à 2 semaines
plus tard) d’une desquamation et d’une atteinte
multi-viscérale
Ø Les intoxinations alimentaires
des vomissements, puis des douleurs abdominales et de la diarrhée survenant 1 à 6 heures
après l’ingestion d’entérotoxines thermostables préalablement synthétisées dans un aliment
(viande ou produit laitier) contaminé et mal conservé
langue
framboisée
La scarlatine, une angine causée par Streptococcus pyogenes
accompagnée d’un exanthème et d’un énanthème
consécutifs à la sécrétion d’exotoxines érythrogènes (Spe)
éruption
desquamation
1817
Justinus Kerner décrit une
maladie causée par un poison
mortel et consécutive à la
consommation de saucisses
fumées, le botulisme
Bacillus botulinus
Clostridium botulinum
1895
Emile Pierre van Ermengen découvre la
bactérie responsable du botulisme
Le botulisme
la conséquence
de l’ingestion d’un aliment contenant la toxine préformée
(tout type d’aliment conservé, familial ou industriel, peut être en cause)
de la formation endogène de la toxine après germination des spores dans l’intestin
de la formation endogène de la toxine après germination des spores dans une plaie
une paralysie flasque, symétrique et descendante
des troubles de l’accommodation, une vision floue, une mydriase bilatérale
des troubles de la déglutition, une dysphagie, une dysphonie
une paralysie des muscles squelettiques et respiratoires
une diminution des sécrétions salivaires, lacrymales
l’état de conscience et la sensibilité restent inaltérés durant toute la maladie
Les toxines botuliques
S
S
S S
une chaîne légère responsable de l’activité enzymatique
(une protéase dépendante d’ions zinc)
une chaîne lourde incluant le domaine de translocation & le site de fixation au récepteur
reliées l’une à l’autre par un pont disulfure
des neurotoxines paralysantes empêchant la transmission nerveuse
à la jonction neuro-musculaire
0, 1 à 1 microgramme de BoNT/A ingéré tue un homme
Les 3 flèches noires montrent des vésicules synaptiques (où est synthétisé le
neurotransmetteur) dans le bouton terminal d’un axone
PC = cellules post-synaptiques
1. La toxine se lie à des récepteurs sur les régions amyéliniques de la terminaison du
motoneurone
2. La toxine et son récepteur sont capturés (par endocytose) par le motoneurone
3. La chaîne légère de la toxine transloque de la vésicule d’endocytose vers le cytosol de la
terminaison du motoneurone
4. La chaîne légère clive une protéine du complexe SNARE (VAMP/synaptobrévine [BoNT/
B, D, F & G], SNAP-25 [BoNT/A, E & C], et syntaxine [BoNT/C]) nécessaire à la libération, par
fusion de la membrane vésiculaire avec la membrane neuronale, de l’acétylcholine dans
l’espace synaptique
Le traitement du botulisme
q  l’assistance respiratoire (ventilation assistée)
q  l’antibiothérape est inutile
q  la sérothérapie n’est efficace que si elle initiée dans les 24
heures suivant l’apparition des premiers symptômes
Le tétanos
C. tetani (le bacille de Nicolaïer)
un bacille à Gram positif sporulé et anaérobie strict
une maladie qui n’est pas contagieuse,
consécutive à une infection d’une plaie, quelle qu’elle soit,
(une plaie comprenant des tissus dévitalisés ou un corps étranger favorise le développement bactérien)
par des spores qui vont germer
(C. tetani est un commensal de l’intestin des équidés, bovins et ovins et, excrétée, la bactérie sporule)
se manifestant 1 à 2 semaines suivant la contamination
(fonction de la distance entre la lésion contaminée et le système nerveux central)
dont les symptômes résultent de l’action d’une neurotoxine
responsable annuellement de 500.000 décès
le tétanos, une toxi-infection fébrile
chez l'adulte, les premiers signes sont souvent une dysphagie et une douleur de la nuque.
chez le nouveau-né, tout débute par un refus de téter.
à mesure que l'infection progresse, apparaissent le trismus
(blocage de la mâchoire en position fermée), le rictus sardonique
(grimace caractéristique due à la contracture des muscles de la face)
et l'opisthotonos (hyperextension de la nuque et du dos par
contracture des muscles paravertébraux).
rictus sardonique
puis des spasmes généralisés (membres supérieurs en flexion,
membres inférieurs en extension), très douloureux, déclenchés par
n'importe quel stimulus (bruit, lumière, toucher) ou survenant
spontanément dans les formes graves
opisthotonos
la maladie évolue inexorablement vers l'arrêt respiratoire par spasme laryngé
et/ou spasme de la musculature respiratoire
l’état de conscience est inaltérée durant toute la maladie
près d’un tiers des sujets atteints de tétanos décède
Le tétanos en France
nombre de cas
500
décès (source Inserm)
cas déclarés (sources InVS & DO)
400
300
200
100
1960
1940
obligation vaccinale
1970
1980
1990
2000
Le tétanos en France (1996-2006)
femmes
classe d’âge nombre de cas
(ans)
hommes
taux d’incidence
taux d’incidence
annuelle moyenne nombre de cas annuelle moyenne
(par million)
(par million)
0-49
3
0, 01
4
0, 02
50-59
4
0, 13
5
0, 16
60-69
13
0, 39
15
0, 52
70-79
79
3, 47
27
1, 65
> 80
91
5, 03
22
2, 65
La toxine tétanique, une neurotoxine plasmidique
de structure similaire à celle des neurotoxines botuliques
S
L
S
S
S
H
une chaîne légère (L) responsable de l’activité enzymatique (une protéase dépendante d’ions zinc)
une chaîne lourde (H) incluant le domaine de translocation & le site de fixation au récepteur
reliées l’une à l’autre par un pont disulfure
Depuis la plaie infectée, C. tetani produit une neurotoxine (TeNT) qui pénètre dans les extrémités
terminales des nerfs moteurs et les vésicules d’endocytose contenant TeNT migrent le long des axones
vers la moelle épinière et le tronc cérébral.
TeNT se fixe au niveau des terminaisons présynaptiques et bloque la libération des neurotransmetteurs
inhibiteurs, en l'occurrence la glycine et surtout le GABA (acide gamma amino-butyrique), par clivage
de la protéine SNARE VAMP/synaptobrévine
La diminution de l'inhibition résulte en une augmentation de l'activité des neurones moteurs et provoque
les spasmes musculaires caractéristiques du tétanos.
toxines botuliques
toxine tétanique
ingestion d’aliments contaminés
internalisation par les cellules
de l’ épithélium intestinal
diffusion dans le sang
jonction neuromusculaire
internalisation (via récepteur) dans le neurone
clivage de la protéine cible
(SNAP 25, VAMP, syntaxine)
blocage de la libération
d’acétylcholine
paralysie spastique
paralysie flasque
Le traitement du tétanos
q  Éradiquer les spores au niveau de la plaie (excision de 1-2 cm de tissus
sains autour des berges de la plaie afin de créer une aérobiose néfaste)
q  Diminuer la production de toxine (administration I.V. de métronidazole)
q  Neutraliser la toxine qui n’a pas encore pénétré le système nerveux
(administration I.M. de 3000 à 10000 UI d’immunoglobuline anti-toxine
tétanique)
q Contrôler les spasmes musculaires (administration I.M de benzodiazépines)
La prévention du tétanos (vaccination)
Gaston Ramon
(1886-1963)
le découvreur des anatoxines diphtérique
(1923)
& tétanique (1926)
des toxines détoxifiées par action, pendant 1 mois,
du formaldéhyde (0,2%) et de la chaleur (39°C),
mais ayant conservé leur immunogénicité
Le schéma vaccinal français (vaccin T, DT ou DTCoq)
3 injections à 1 mois d’intervalle, dès 2 mois
1 injection de rappel à 16-18 mois, 6 ans, 11-13 ans, 16-18 ans
puis tous les dix ans
les manifestations indésirables sont limitées à des réactions locales au point d’injection
Les endotoxines
noyau
externe
unité répétitives
d’oligosaccharides
(antigène O)
noyau
interne
noyau
lipide A
GlcN, glucosamine; KDO, acide 2-kéto-3-déoxyoctulosonique; Hep, L-glycéro-D-manno-heptose; P, phosphate; EtN, éthanolamine
antigène O
LPS
membrane
externe
Lipide A
Neisseria meningitidis
Le lipide A
Bordetella pertussis
Escherichia coli
La toxicité des endotoxines
la sensibilité aux endotoxines varie selon les espèces animales (DL
50%
: 1 ng à 5 mg)
elles peuvent induire des dommages vasculaires (irréversibles), un état de choc et la
mort
très sensible, l’homme ne tolère que 4 ng/kg et les corticoïdes limitent leur létalité
la réponse de l’hôte (production d’anaphylatoxines, de cytokines, de médiateurs
lipidiques [prostaglandines, leucotriènes, thromboxanes, PAF] et de formes réactives de
l’oxygène et de l’azote) contribuent à leur toxicité
injection d’une dose létale de LPS au singe
0-3 h : leucopénie, agrégation leucocytaire,
production de cytokines circulantes, activation du complément
3-10 h : fièvre, coagulation disséminée, dépôt de fibrine dans les glomérules
10-24 h : hypoxie, nécrose, défaillance multi-viscérale, mort
Les ligands des endotoxines
Les composés C1 & C3 du complément
La protéine LBP (LPS-binding protein)
une glycoprotéine produite par les hépatocytes, présente dans le sérum
( en cas d’inflammation)
CD14
une glycoprotéine ancrée (par un groupement phosphatidyl inostol) dans la membrane des
phagocytes (mono et polynucléés), des cellules de Langerhans et des cellules dendritiques
folliculaires, présente également sous forme soluble dans le plasma
Toll-Like Receptor 4 (TLR 4)
un domaine extracellulaire comprenant des unités répétitives riches de résidus leucyl
un domaine trans-membranaire riche de résidus cystéinyl
un domaine cytoplasmique homologue à celui des récepteurs de l’IL-1 (TIR) & et l’IL-18
(la molécule MyD88, impliquée dans la signalisation en aval des TLR, possède aussi un domaine TIR)
acide lipotechoïque
lipoarabinomannane ARNdb
(viral)
zymosan
LPS
ADN bactérien
“hypométhylé”
ARNsb (motif CpG)
profiline
flagelline (viral)
activation transitoire
NF-κB!
La signalisation cellulaire induite par les endotoxines
Le pouvoir pathogène des bactéries
les aptitudes requises
L’induction d ’un processus infectieux chez un hôte par une bactérie
reflète globalement la capacité du microorganisme à
  franchir des barrières naturelles
  résister aux effecteurs humoraux et cellulaires
de l’immunité innée et acquise
implantation,
survie et réplication de la bactérie
pathogène chez l’hôte
Les stratégies d’échappement
aux défenses anti-microbiennes
échapper à la phagocytose
La maturation du phagosome
endosome
précoce
corps
multivésiculaire
phagosome
précoce
endosome
tardif
phagosome
intermédiaire
lysosome
phagosome
tardif
phagolysosome
LAMP1
es
bactérie
bactérie
bactérie
bactérie
es
e
recyclage de l’endosome
pH 7.4
présentation
au CMH II
e
4.5
Flannagan, Cosio & Grinstein
Nature Reviews Microbiology
2009
Facteurs
Facteurs microbicides
microbicides du
de phagocyte
l’hôte
cytoplasme
phagosome
NADPH oxydase
agent infectieux
ROS
RNS
ADN
protéines
intacts
ADN
protéines
oxydés
défensines
lactoferrine
iNOS
arginine
citrulline
NRAMP1
protéases
Flannagan, Cosio & Grinstein
Nature Reviews Microbiology
2009
Facteurs
Facteurs microbicides
microbicides du
de phagocyte
l’hôte
cytoplasme
phagosome
NADPH oxydase
phagocyte
au repos
agent infectieux
ROS
RNS
ADN
protéines
intacts
ADN
protéines
oxydés
défensines
lactoferrine
iNOS
arginine
citrulline
NRAMP1
Phagosome!
protéases
Flannagan, Cosio & Grinstein
Nature Reviews Microbiology
2009
phagocyte
stimulé
Facteurs
Facteurs microbicides
microbicides du
de phagocyte
l’hôte
cytoplasme
phagosome
formes réactives
de l’oxygène et de l’azote
(ROS & RNS)
NADPH oxydase
agent infectieux
ROS
RNS
ADN
protéines
intacts
ADN
protéines
oxydés
défensines
lactoferrine
iNOS
arginine
citrulline
SOD, superoxyde dismutase
MPO, myéloperoxydase
• O2-, radical superoxyde
H2O2, peroxyde d’hydrogène
• OH, radical hydroxyl
HOCl, acide hypochloreux
• NO, monoxyde d’azote
iNOS, NO synthase
ONOO-, peroxynitrite
NRAMP1
protéases
Flannagan, Cosio & Grinstein
Nature Reviews Microbiology
2009
α- et β- défensines
α
β
La résistance à l’ingestion par les phagocytes
La capsule, une structure empêchant l’opsonisation
Facteurs
Facteurs microbicides
microbicides du
de phagocyte
l’hôte
Mécanismes microbiens de défense
cytoplasme
phagosome
peptides anti-microbiens
NADPH oxydase
NADPH oxydase
amino-arabinose
protéases
agent infectieux
bactérie
ROS
RNS
ADN
protéines
intacts
ADN
protéines
oxydés
protéases de stress
défensines
sidérophores
lactoferrine
iNOS
arginine
citrulline
NRAMP1
protéases
Flannagan, Cosio & Grinstein
Nature Reviews Microbiology
2009
Flannagan, Cosio & Grinstein
Nature Reviews Microbiology
2009
La résistance aux peptides antimicrobiens
les principaux mécanismes d’échappement
 
Protéolyse du peptide antimicrobien
 
Inaccessibilité de la cible d’action
 
Expulsion du peptide antimicrobien
 
Modification de la cible d’action
Macrophage alvéolaire
Infecté par Mycobacterium
LAM (lipoarabinomannane), un glycolipide
essentiel au pouvoir pathogène de Mycobacterium tuberculosis
5
1
2
6
3
4
(1) Lipides externes (tréhalose dimycolate, tréhalose monomycolate, phthiocérol dimycocérosate, di-acyl trehalose), (2) acides mycoliques,
(3) arabinogalactane, (4) peptidoglycane, (5) lipoarabinomannane, (6) phosphatidylinositol mannoside
inhibant la maturation du phagosome
en s’insérant dans sa membrane
La listériolysine O (LLO), une exotoxine produite à pH acide,
permet à Listeria monocytogenes de sortir d’un phagosome
Listeria monocytogenes
effet de la LLO
sur l’hématie
internalisation dans une vacuole
à membrasne unique
pH 7.4
pH 7.4
LLO
Listériolysine O
acidification (pH 5.5) vacuolaire
sécrétion de LLO et de PI-PLC
acidification (pH 5.5) vacuolaire
sécrétion de LLO et de PI-PLC
PI-PLC
Phosphatidylinositol-phospholipase C
insertion membranaire
de LLO (pore)
activité de PI-PLC
insertion membranaire
de LLO (pore)
activité de PI-PLC
rupture de la membrane vacuolaire
bactérie libre dans le cytoplasme
bactérie libre dans le cytoplasme
Hybiske & Stephens
Nature Reviews Microbiology
2008
échapper à l’immunité humorale
la variation antigénique
Le pilus de type IV, un attribut du méningocoque
essentiel à sa traversée de la barrière hémato-encéphalique
Neisseria meningitidis
PilE
pilE, le gène codant la piline du pilus de type IV,
est l’objet d’événements de recombinaison homologue,
conduisant à l’émergence de variants de piline PilE
N. meningitidis étant une espèce naturellement « compétente »,
sa transformation par l’ADN libéré de bactéries lysées
est suivie de recombinaison génétique
un locus chromosomique d’expression pilE
un locus chromosomique silencieux composé de multiples copies pilS
pilS2
pilS1
pilS3
P
pilE
pilS1
pilS2
pilS4
pilS3
pilE
pilS4
chaque gène pilS présente des homologies avec pilE (en noir) mais le promoteur,
la séquence de Shine-Dalgarno et la séquence 5’ débutante font défaut
échapper à l’immunité humorale
la résistance au système du complément
voie classique
voie alterne
voie des lectines
(mannose-binding lectin)
Les stratégies
q  recrutement de régulateurs ou
mimétisme avec ces composés
q  modulation ou inhibition par
interaction avec des composés
q  inactivation des composés par
dégradation enzymatique
Favoreel et al., J. Gen. Virol., 2003
Adhésines PFB54SfbI
SfbII
(liant la fibronectine)
F2
Streptokinase
DNase B (streptodornase B)
Hyaluronidase
PFBP
C5a
peptidase
S. pyogenes
Exotoxines Spe
(superantigènes)
GRAB
Capsule
(acide hyaluronique)
Protéine M
Sortase
Mac
Hémolysines
(streptolysines O et S)
SIC
(streptococcal inhibitor of complement)
Protéine M
liaison aux régulateurs du complément facteur H, C4BP (C4-binding protein)
SIC
inhibition du complexe d’attaque membranaire
par empêchement de l’incorporation membranaire de C5b67 C5a peptidase
clivage spécifique de la protéine chimiotactique C5a
échapper à la réponse immunitaire humorale
le clivage des anticorps par des protéases
Streptococcus pneumoniae
IgA protéases
Neisseria meningitidis
bloquer le réseau de cytokines
 Inhibition de la synthèse de cytokines
La voie de signalisation cellulaire NFκB,
un ciblage fréquent par les agents infectieux
LPS-LBP
PG; LTA
TLRs
IL-1R1
TNF-R1
CD14
MyD88/Tollip
TRADD
???
IRAK
TRAF 6
MEKK1; NIK; TAK1
IKK α/β
IKAP
NEMO
Activation des IKK
Phosphorylation
Ubiquitination Dégradation de IκB
RIP
Apoptose
TRAF 2
IKK complex ≈ 800 KDa
NF-κB/IκB
Translocation nucléaire
Transcription
NFκB
p65/p50
NF-κB/DNA
Yersinia inhibe la production de cytokines pro-inflammatoires
YopJ (une acétyltransférase), inhibe l’activation de NFκB
(0-acétylation de résidus Ser et Thr de IKKα et IKKβ)
LPS-LBP
PG; LTA
TLRs
IL-1R1
TNF-R1
CD14
MyD88/Tollip
TRADD
???
IRAK
TRAF 6
MEKK1; NIK; TAK1
IKK α/β
IKAP
NEMO
Activation des IKK
Phosphorylation
Ubiquitination Dégradation de IκB
RIP
Apoptose
TRAF 2
IKK complex ≈ 800 KDa
NF-κB/IκB
Translocation nucléaire
Transcription
NFκB
p65/p50
NF-κB/DNA
bloquer le réseau de cytokines
Inhibition de la synthèse des cytokines
  Dégradation
des cytokines
Legionella pneumophila synthétise une métallo (Zn2+)-protéase
qui clive IL-2
échapper à l’immunité
à médiation cellulaire
Les superantigènes
manipuler la mort cellulaire programmée
L’apoptose
FAS
(CD95)
FADD
pro-caspase 8
pro-caspase 9
APAF-1
cyt c
caspase 8
caspase 9
pro-caspase 3
Bax
tBid
(gtBid)
caspase 3
Bid
ICAD
CAD
protéines de signalisation
cytosquelette d’actine,…
FADD, FAS-associated death domain; TRADD, TNFR-associated death domain
RIP, receptor interaction protein; CAD, caspase-activated deoxyribonuclease;
ICAD, inhibitor of CAD; APAF-1, apoptotic protease-activating factor;
cyt c, cytochrome c
Granzyme B
L’inhibition de l’apoptose
protection de la mitochondrie (empêchement de la libération de cytochrome c)
activation des voies de signalisation cellulaire
(NFκB et Akt/PKB, des facteurs anti-apoptotique)
inactivation des effecteurs de l’apoptose, les caspases (caspase-3)
La protéase CPAF (chlamydial proteasome-like activity factor),
sécrétée par Chlamydia trachomatis,
dégrade des protéines pro-apoptotiques
La toxine vacuolisante VacA de Helicobacter pylori
active l’apoptose dans la cellule épithéliale,
en perméabilisant la membrane mitochondriale
La pyroptose
un processus de mort cellulaire avec inflammation
libération de IL-1β & IL-18
ions
gonflement et lyse cellulaire
membrane
plasmique
eau
cytoplasme
noyau
caspase 1 active
clivage de l’ADN
condensation nucléaire
maturation de
IL-1 β & IL-18
INFLAMMASOME
Bergsbaken, Finsk & Cookson
Nature Reviews Microbiology
2009
Legionella pneumophila induit, via la flagelline,
la pyroptose du macrophage