Pathogènes du tube digestif

Salmonella
Listeria monocytogenes
Bactéries pathogènes
du tube digestif
Thomas Hindré
Escherichia coli
Laboratoire Adaptation et Pathogénie des micro organismes
[email protected]
Plan du cours
I- Les bactéries du genre Listeria
a- Le genre Listeria
b- Listeria monocytogenes
1- Généralités
2- Cycle infectieux
3- Invasion cellulaire
4- Spécificité d'hôte
5- Evasion du phagosome
6- Réplication intra cellulaire
7- Motilité intra cellulaire
8- Régulation de la virulence
III- L'espèce Escherichia coli
a- Généralités
b- Les pathovars E. coli
c- Les E. coli entérohémorragiques (EHEC)
1- Généralités
2- Physiopathologie
3- Système de sécrétion de type III (LEE)
4- Lésion attachement/effacement
5- Régulation du LEE
6- Shiga-toxine
7- Régulation de la production de Shiga-toxine
II- Les bactéries du genre Salmonella
a- Le genre Salmonella
b- Les sérovars Salmonella
c- Salmonella enterica ssp enterica
1- Agent de la salmonellose
2- Cycle infectieux
3- Système de sécrétion de type III (SSTT)
4- Invasion des cellules non-phagocytaires
5- Réplication intra cellulaire
6- Régulation de SSTT SPI-1
Plan du cours
I- Les bactéries du genre Listeria
a- Le genre Listeria
b- Listeria monocytogenes
1- Généralités
2- Cycle infectieux
3- Invasion cellulaire
4- Spécificité d'hôte
5- Evasion du phagosome
6- Réplication intra cellulaire
7- Motilité intra cellulaire
8- Régulation de la virulence
III- L'espèce Escherichia coli
a- Généralités
b- Les pathovars E. coli
c- Les E. coli entérohémorragiques (EHEC)
1- Généralités
2- Physiopathologie
3- Système de sécrétion de type III (LEE)
4- Lésion attachement/effacement
5- Régulation du LEE
6- Shiga-toxine
7- Régulation de la production de Shiga-toxine
II- Les bactéries du genre Salmonella
a- Le genre Salmonella
b- Les sérovars Salmonella
c- Salmonella enterica ssp enterica
1- Agent de la salmonellose
2- Cycle infectieux
3- Système de sécrétion de type III (SSTT)
4- Invasion des cellules non-phagocytaires
5- Réplication intra cellulaire
6- Régulation de SSTT SPI-1
Le genre Listeria
Phylum Firmicute
Gram-positif
Morphologie bâtonnet, mobile à 20°C
Anaérobie facultative
Cossart, PNAS, 2011
8 espèces : Listeria monocytogenes : les seules listeria pathogènes pour les humains
Listeria innocua
listeria pathogènes pour les ruminants
Listeria ivanovii subsp. ivanovii
Listeria ivanovii subsp. londoniensis et moutons
Listeria grayi
Listeria seeligeri
Listeria welshimeri
Listeria marthii
Listeria rocourtiae
Listeria monocytogenes
Bactérie ubiquiste (eau, sol)
Bactérie pathogène chez l'homme (tube digestif)
Pathologie associée : Listériose
- gastro-entérites à fièvre
- septicémie
- méningites
- avortement
Personnes immunodéprimées
Femmes enceintes
Incidence :
- En France, 4 cas / millions d'habitants
- Mortalité 20 à 30% des cas
Cycle infectieux :
- Contamination par ingestion
- Franchissement de la barrière épithéliale intestinale : dissémination
- Franchissement des barrières hémato-encéphalique : méningites
placentaire : avortement, infection néo-natal
Listeria monocytogenes : cycle
infectieux
Invasion :
- Endocytose induite par la bactérie
- Protéines de surface = internaline A et B (InlA-B)
Evasion du phagosome :
- Lyse de la vacuole phagocytaire induite par la
bactérie
- Protéines sécrétées = listeriolysine (LLO)
phospholipase (PLC)
Réplication intra-cellulaire :
- Détournement des nutriments de l'hôte
- Transporteur d'hexose phosphorylé (Hpt)
Mobilité intra ou inter-cellulaire :
- Détournement du cytosquelette de l'hôte
- Protéine de surface inductrice de polymérisation
de l'actine (ActA)
Listeria monocytogenes : invasion
cellulaire
Du côté de la bactérie
- Internalin A (InlA)
- Protéine liée au peptidoglycane = adhésine
InlA
E-cadherin
Du coté de la cellule hôte
- E-Cadherine = récepteur
- Protéine transmembranaire impliquée dans
les interactions cellules/cellules
- Extrémité cytoplasmique liée au
cytosquelette via catenin et
- Liguand naturel = E-cadherine
Hamon, Nat rev Microbiol, 2006
La fixation InlA /E-cadherin modifie le cytosquelette d'actine via les
catenines et induit l'endocytose de la bactérie
Listeria monocytogenes : invasion
cellulaire
InlB
Met
Du côté de la bactérie
- Internalin B (InlB) = adhésine
- Protéine insérée dans la membrane
Du coté de la cellule hôte
- Met = récepteur
Hamon, Nat rev Microbiol, 2006
- Protéine transmembranaire à activité
tyrosine kinase
- Voix de signalisation induisant des modifications
du cytosquelette
- Ligand naturel = Facteur de croissance des
hépatocytes (HGF)
La fixation de InlB /Met induit une voix de
signalisation conduisant à l'endocytose de la bactérie
Met
Listeria monocytogenes : spécificité
d'hôte
Du côté de la bactérie
- Adhésine = Internalin A et B (InlA, InlB)
- Séquence et structure protéique conservée
Du côté de la cellule hôte
- Récepteur = Met et E-cadherine
- Variabilité de séquence et de structure entre
les espèces
Hamon, Nat rev Microbiol, 2006
L'induction de l'endocytose par la bactérie n'est possible que si la clé
(adhésine bactérienne) est adaptée à la serrure (récepteur cellulaire)
Listeria monocytogenes : évasion
du phagosome
Lysteriolysine (LLO)
- cytolysine
- A pH acide des monomères de LLO
s'oligomérisent pour former un complexe
- Le complexe s'insère dans le membrane du
phagosome
- Formation d'un pore dans la membrane
- Destruction du phagosome
Hamon, Nat rev Microbiol, 2006
Phospholipase C (PLC)
- Hydrolyse des phospholipides membranaires
- Destruction du phagosome
Listeria monocytogenes : réplication
Extracellulaire
Intracellulaire
intracellulaire
Milieu extracellulaire
- Listeria consomme des sucres qui sont
phosphorylés lors de l'importation (Phosphotransfer system: PTS)
- Les sucres phosphorylés sont dégradés par la
voie de la glycolyse
- Séquestration de PrfA
Freitag, Nat rev Microbiol, 2009
Milieu intracellulaire
- Listeria détourne les sucres du catabolisme de
l'hôte grâce au transporteur d'hexosephosphate (Hpt)
- Les sucres internalisés sont dégradés par la
voie des pentoses phosphate
- PrfA libre
Listeria monocytogenes : motilité
intra-cellulaire
WASP
Arp2/3
Du côté de la cellule hôte
Polymérisation de l'actine
- Actine + Arp2/3 = Polymérisation de l'actine
- Protéine WASP = Activation et recrutement de la
machinerie de polymérisation de l'actine
Du côté de la bactérie
- ActA = Protéine similaire à WASP
- Protéine de surface présente à un seul pôle de la
bactérie
Motilité par polymérisation de l'actine
ActA recrute la machinerie de polymérisation de l'actine ce qui
permet la motilité intra et inter-cellulaire de la bactérie
Listeria monocytogenes : régulation
de la virulence
- Transcription monocistronique de prfA (faible)
Temp
<30°C
- Structure secondaire de l’ARNm codant PrfA
- Inhibition de la traduction
PrfA faiblement actif
PrfA fortement actif
- Déstabilisation de la structure IIaire de l’ARNm prfA = traduction
Temp
>30°C
- Activation de PrfA (si transport de sucre par PTS inactif)
- Transcription polycistronique de prfA (forte)
- Activation des gènes de virulence par PrfA
Gènes de virulence
Plan du cours
I- Les bactéries du genre Listeria
a- Le genre Listeria
b- Listeria monocytogenes
1- Généralités
2- Cycle infectieux
3- Invasion cellulaire
4- Spécificité d'hôte
5- Evasion du phagosome
6- Réplication intra cellulaire
7- Motilité intra cellulaire
8- Régulation de la virulence
III- L'espèce Escherichia coli
a- Généralités
b- Les pathovars E. coli
c- Les E. coli entérohémorragiques (EHEC)
1- Généralités
2- Physiopathologie
3- Système de sécrétion de type III (LEE)
4- Lésion attachement/effacement
5- Régulation du LEE
6- Shiga-toxine
7- Régulation de la production de Shiga-toxine
II- Les bactéries du genre Salmonella
a- Le genre Salmonella
b- Les sérovars Salmonella
c- Salmonella enterica ssp enterica
1- Agent de la salmonellose
2- Cycle infectieux
3- Système de sécrétion de type III (SSTT)
4- Invasion des cellules non-phagocytaires
5- Réplication intra cellulaire
6- Régulation de SSTT SPI-1
Le genre Salmonella
espèce
sous- espèce
enterica
enterica
indica
salamae
diarizonae
houtenae
Phylum Proteobacteria
99.7%
0.3%
arizonae
bongori
Gram-négatif
Morphologie bâtonnet, flagelé
Anaérobie facultative
Deux espèces : Salmonella enterica (6 sous espèces, ~2500 sérovars) = PREDOMINANTE
Salmonella bongori (pas de sous espèces, 8 sérovars) = RARE
Nomenclature :
Salmonella enterica subsp. enterica ser Typhimurium = S. Typhimurium
Les sérovars Salmonella
Les sous-espèce de Salmonella sont
divisées en sérovars caractérisés par
des marqueurs antigéniques de
surface :
Antigène H
- Antigène O = Extrémité du
Lipopolysaccharide (LPS)
- Antigène H = Filament du flagelle
La variabilité antigénique des sousespèce de Salmonella contribue à sa
capacité d'évasion du système
immunitaire de l'hôte.
Antigène O
La variabilité de phase de l'antigène H
chez Salmonella
Certains sérovars de Salmonella
possèdent deux types d'antigène H
(= flagelline) codés par deux gènes
distincts, fljB et fliC
FljB
L'expression de fljB et fliC est
contrôlée par un mécanisme de
variation de phase :
FliC
- Seul un des 2 gènes est exprimé
dans une cellule donnée (figure)
- La fréquence d'inversion de la
région promotrice de fljB est de
10-4 à 10-5 par générations
Bonifield, J. bact, 2003
Salmonella enterica ssp enterica :
agent des salmonelloses
Parasite intestinal des animaux vertébrés
et des oiseaux (Salmonella Typhimurium)
Pathogène spécifique à l'homme
(Salmonella Typhi)
Pathologie associée : Salmonellose
- gastro-entérites
- fièvre
- fièvre Typhoïde
- septicémie
S. Typhimurium
S. Typhi
Incidence :
- En France, 17000 cas humain en 2008
- Mortalité en absence de traitement : 1% (S. Typhimurium) à 10% (S. Typhi) des cas
Salmonella enterica: cycle infectieux
Haraga et al., Nat rev Microbiol, 2008
- Ingestion d'aliments contaminés
- Survie dans l'estomac (pH acide)
- Invasion des entérocytes non
phagocytaires (cellules M) induite
par la bactérie
- Migration à travers l'épithélium
intestinal jusqu'aux cellules lymhoïdes
- Induction d'une réponse inflammatoire et recrutement des
polynucléaire neutrophile (PMN) = gastro-entérite
S. Typhimurium
OU
- Invasion des macrophages intestinaux et dissémination dans le
S. Typhi
système lymphatique = fièvre typhoïde
Salmonella enterica: système de
sécrétion de type III (SSTT) SPI-1
Système de sécrétion = injectisome
- complexe protéique (~20 protéines)
- codé par un ilôt de pathogénicité =
Salmonella Pathogenicity Island (SPI)
- Transport actif (hydrolyse de l'ATP) d'effecteurs
bactériens directement dans le cytoplasme de
la cellule hôte
Translocon
Aiguille
Anneau
transmembranaire
- Seringue moléculaire :
Anneau transmembranaire = pore dans les membranes bactériennes
Aiguille = tube creux (Ø 6-12 nm)
Translocon = pore dans la membrane de la cellule hôte
Salmonella enterica: invasion des
cellules non-phagocytaires
• Activation du SSTT SPI-1 au contact
des cellules hôtes
1
• Translocation d'effecteurs bactériens
dans la cellule hôte :
- Inducteur de l'endocytose :
SopE, SopE2, SopB, SipC, SipA
2
3
- Activateur de la réponse inflammatoire :
SopE, SopE2, SopB
- Inhibiteurs :
StpP, SspH1
Haraga et al., Nat rev Microbiol, 2008
La bactérie induit
1- son internalisation par endocytose (modulation du cytosquelette de l'hôte)
2- la réponse inflammatoire (activation de voies de signalisation)
3- le retour à un état cellulaire "normal" après internalisation (inhibition de voies
de signalisation)
Salmonella enterica: réplication intra
cellulaire
• Après endocytose, les bactéries sont
contenues dans le phagosome
• Le phagosome se transforme rapidement
en vacuole (SCV) dont le pH est acide
• Adaptation de la bactérie à
l'environnement SCV
• Activation du SSTT SPI-2 et sécrétion
d'éffecteurs bactériens à travers la
membrane du SCV :
- Modification du cytosquelette :
SspH2, SpvB, SseI, SseF, SseG, ...
- Formation de filaments (Sif):
SifA, PipB2
• Augmentation de la taille du SCV et
réplication de la bactérie
Haraga et al., Nat rev Microbiol, 2008
Le SST SPI-2 est impliqué dans la survie et la
réplication de la bactérie dans la vacuole (SCV)
Salmonella enterica: régulation de la
virulence (SSTT SPI-1)
• Le régulateur HilA codé par l'ilôt de
pathogénicité SPI-1 est le régulateur central
• L'expression de hilA est contrôlée par 3
activateurs (HilD, HilC, RtsA) et 1 inhibiteur
(HilE).
• HilD joue un rôle central dans
l'intégration des signaux environementaux
affectant l'expression de SPI-1
Plan du cours
I- Les bactéries du genre Listeria
a- Le genre Listeria
b- Listeria monocytogenes
1- Généralités
2- Cycle infectieux
3- Invasion cellulaire
4- Spécificité d'hôte
5- Evasion du phagosome
6- Réplication intra cellulaire
7- Motilité intra cellulaire
8- Régulation de la virulence
III- L'espèce Escherichia coli
a- Généralités
b- Les pathovars E. coli
c- Les E. coli entérohémorragiques (EHEC)
1- Généralités
2- Physiopathologie
3- Système de sécrétion de type III (LEE)
4- Lésion attachement/effacement
5- Régulation du LEE
6- Shiga-toxine
7- Régulation de la production de Shiga-toxine
II- Les bactéries du genre Salmonella
a- Le genre Salmonella
b- Les sérovars Salmonella
c- Salmonella enterica ssp enterica
1- Agent de la salmonellose
2- Cycle infectieux
3- Système de sécrétion de type III (SSTT)
4- Invasion des cellules non-phagocytaires
5- Réplication intra cellulaire
6- Régulation de SSTT SPI-1
L'espèce Escherichia coli
Phylum Proteobacteria
Gram-négatif
Morphologie bâtonnet
Aérobie, Anaérobie facultative
Tenaillon et al., Nat rev Microbiol, 2010
Espèce aérobie majoritaire dans l'intestin (flore commensale)
Très grande diversité génétique (seulement ≈40% du génome commun à toutes les souches)
6 groupes phylogénétiques distincts (A, B1, B2, D, E, F)
Certaines souches présentent un caractère pathogène pour l'homme ( )
Les pathovars Escherichia coli
Les souches E. coli pathogènes sont classées
en pathovars selon les pathologies qu'elles
provoquent :
Pathologies intestinales
ETEC: diarrhées infantines (toxine)
Entérotoxigénique
Entéroaggrégative
Entéroinvasive
EAggEC: diarrhées persistantes (adhésion+ toxine)
EIEC: syndromes dysentériques (invasion)
EPEC : diarrhées infantines (attachement)
EHEC: colite hémorragique, syndrome
hémolytique et urémique (attachement + toxine)
DAEC: diarrhées aqueuses (adhésion diffuse)
Pathologies extra-intestinales
UPEC: cystites, pyélonéphrites (Uropathogénique)
MNEC: méningite néonatale
Entéropathogénique
Entérohémorragique
Les Escherichia coli
entérohémorragiques (EHEC)
Apparus en 1982, responsable de toxi-infections alimentaires = Maladie du hamburger
- Colites hémorragiques
- Syndrome Hémolytique-Urémique (SHU)
- Purpura thrombotique thrombocytopénique (PTT)
Epidémiologie
- ~ 100 cas/an en France, <1/105 enfant de moins de 15 ans
- >50% dus à souches O157: H7
- Le tube digestif des ruminants constitue le principal réservoir des EHEC
→ Contamination via l’ingestion d’eau ou d’aliments contaminés (viande hachée)
Spécificités du pathovar EHEC
- Production de Shiga-toxine (Stx)
- Formation de lésion attachement/effacement sur les cellules épithéliales intestinales
E. coli entérohémorragiques :
Physiopathologie
- Contamination suite à ingestion
aliments contaminés
- Colonisation au niveau de l'intestin
par adhésion intime aux cellules
épithéliales intestinales
Syndrome Hémolytique et Urémique
(SHU)
Colonisation
Adhésion
Mort cellulaire
Inhibition synthèse protéique
Production
Stx
Liaison Stx / récepteur
- Induction de la réponse
inflammatoire de l'hôte = Diarrhées
- Production de la Shiga-toxine
- Passage de la Shiga-toxine dans le
système de circulation sanguine
- Fixation de la toxine sur les
récepteurs au niveau des cellules
endothéliales du rein = SHU
Induction réponse
inflammatoire
→ Diarrhées
Transcytose
Stx ?
E. coli entérohémorragiques :
système de sécrétion de type III
- Injectisome codé par un ilôt de
pathogénicité = Locus of Enterocyte
Effacement (LEE; 35kpb)
- Transport actif d'effecteurs
directement vers le cytoplasme de la
cellule hôte
- ≈ 40 effecteurs codés par le LEE ou
par d'autres loci du chromosome
bactérien
Garmendia et al., Infection immunity, 2005
E. coli entérohémorragiques :
lésion attachement/effacement
- Attachement à la surface de la
cellule hôte induite par la bactérie
(interaction Intimin/Tir) :
Tir = Protéine sécrétée par le SSTT qui
s'insert dans la membrane de la
cellule hôte
Intimin = Protéine bactérienne de
surface
- Formation d'un piédestal induite
par la bactérie :
Tir et TccP = Protéines sécrétées par
le SSTT qui activent la polymérisation
de l'actine (N-WASP et Arp 2/3)
EspB = Protéine sécrétée qui affecte
le cytosquelette de l'hôte
Torres et al., 2005
E. coli entérohémorragiques :
Régulation du LEE
??
Walters and Sperandio, Infect Immun, 2006
- La régulation de l'expression du LEE implique des régulateurs non spécifiques (en gris) et
des régulateurs spécifiques des EHEC (en noir)
- Le régulateur clé est Ler codé par le LEE et qui lève la répression des opérons du LEE par le
régulateur non spécifique HNS
- L'expression du gène ler est elle-même soumise à régulation par :
• des régulateurs spécifiques du LEE (GrlA, GrlR, Pch, EtrA, EivF)
• des régulateurs non spécifiques : QseA=régulateur dépendant du quorum-sensing
??= senseur de Epinéphrine/Adrénaline…..
E. coli entérohémorragiques :
Shigatoxine (Stx)
- Toxine codée par un phage (stxA et stxB)
- Deux familles (Stx1 et Stx2) présentent seule ou
en combinaison dans une souche EHEC donnée
- Stx = hétéropolymère de type A1B5
- Activité dirigée contre les cellules endothéliales
présentant le récepteur Gb3 (cerveau, rein) :
Libération de la toxine dans la lumière intestinale
Passage de Stx dans le système sanguin
Fixation au récepteur Gb3 et internalisation
Transport Rétrograde
Clivage de la sous unité A : A→A1 + A2
Translocation de A1 vers le noyau
Activité N-glycosidase de A1 inhibe la synthèse
protéique (inactivation ribosome)
Induction de l'apoptose et de la mort cellulaire
Pradel N., 2001
E. coli entérohémorragiques :
Shigatoxine - Régulation
- stxAB sous la dépendance
du promoteur tardif du
phage
Lysogène
- Le phage peut être à l'état
lysogène ou lytique :
Lytique
Lysogène : La répression par
C1 empêche la transcription
des gènes phagiques tardifs
(dépendant de Pr')
Lytique : La levée de
répression par C1 permet
l'expression des gènes
précoces qui enclenchent la
transcription des gènes tardifs
y compris stxAB
Waldor and Friedman, Curr. Opin. Microbiol., 2005
Le signal ( )qui entraine la dérépression est l'altération de l'ADN
La libération de Stx est associée à la lyse des bactéries par le phage