Noms des roneotypeurs

Lucie et Marie
BACTERIOLOGIE
Tanguy et Virginie
Date 03/03/09
Heure 15h
R. Volmer
Les toxines bactériennes
Il existe 2 types de toxines bactériennes
-le LPS = endotoxine. C’est un constituant de la membrane externe des bactéries
Gram- de nature lipopolysaccharidique (lipide avec des sucres), produit en grande quantité lors de
la dégradation des bactéries et libéré pendant la croissance et les divisions bactériennes. Sa
libération entraîne de la fièvre.
- les toxines protéiques, synthétisées par les bactéries G- et G+, habituellement de
haut poids moléculaire et excrétées naturellement hors de la bactérie, qu’elle soit vivante ou en
lyse.
Historique
Emile Roux et Gaston Ramon (ancien élève de l’ENVA, donc meilleur ami de notre cher Romain
Volmer…) travaillaient avec Pasteur. Ramon découvrit en particulier les anatoxines. Ce sont des
toxines inactivées par une longue incubation au formol. Cet agent fixant crée des ponts disulfures
entre les acides aminés des protéines, elles conservent ainsi leurs formes natives, mais pas leur
activité enzymatique. Ceci a trouvé son application dans la fabrication de vaccins, notamment anti
clostridies, car cela permet la formation d’anti corps neutralisants.
Classification des toxines protéiques bactériennes
On peut les classer en fonction :
- de la bactérie productrice de la toxine : par exemple, la toxine diphtérique est
produite par Corynebacterium diphteriae, la toxine tétanique est produite par
Clostridium tetani.
- du type de cellule cible de la bactérie : par exemple les cytotoxines ont une action
sur tout type de cellules alors que les neurotoxines et les entérotoxines sont
spécifiques respectivement des cellules nerveuses et des entérocytes.
- Du type d’activité de la toxine : par exemple, Bordetella pertussis a une activité
adénylate cyclase.
- Du mécanisme d’action de la toxine : c’est la classification que nous utiliserons
ici.
Mécanismes d’action des toxines
On distingue :
- les toxines de type I
Elles agissent à l’extérieur de la cellule en se fixant sue des protéines membranaires.
- Les toxines de type II
Elles provoquent la destruction de la membrane, donc tuent la cellule.
- Les toxines de type III ou A-B
Elles possèdent 2 parties : la partie B qui se lie à un récepteur cellulaire spécifique et permet
l’internalisation de la partie A, partie enzymatique toxique agissant sur les protéines cellulaires.
- Les toxines injectées
Elles sont injectées directement dans la cellule par l’appareil de sécrétion de type III des bactéries =
seringue moléculaire.
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Cas des toxines de type I
Exemples des supers antigènes (cf. cours d’immunologie), noté ici SpeA1
Normalement, la liaison entre le TCR et le CMH II dépend de l’expression, dans certaines
conditions, d’un épitope par le CMH II. En présence du superantigène, il y a activation du TCR
même en l’absence d’épitope, ce qui peut provoquer de graves inflammations, voire un choc
septique (cf. cours sur les staphylocoques et les streptocoques).
Cas des toxines de type II
Par la destruction des membranes cellulaires, elles jouent un rôle :
- dans l’échappement à la réponse immunitaire : en effet, elles tuent les cellules
censées les combattre. C’est notamment le cas des leucotoxines des pasteurelles (exemple de
Mannheimia haemolytica). Ces toxines sont la cible du vaccin contre les pasteurelles.
- dans la diffusion des bactéries : en tuant les cellules qui les environnent, les
bactéries se frayent un chemin pour diffuser et récupèrent les nutriments des cellules ainsi détruites.
Cas des toxines de type II à activité phospholipase
Grâce à la polarité des phospholipides qui la constituent, la membrane des cellules est stable. En
présence de toxine à activité phospholipase, il y a destruction du groupement PO3--R+, ce qui
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désorganise la membrane et provoque l’éclatement de la cellule. De telles toxines se trouvent
notamment chez Clostridium perfringens (toxine alpha).
Ces des toxines de type II formant un pore
Ces toxines créent un canal dans la membrane. Ceci provoque un choc osmotique avec une
entrée massive d’eau dans la cellule, ce qui la tue. C’est le cas de l’alpha hémolysine de
Staphylococcus aureus. C’est un agent infectieux majeur chez l’homme et les animaux, notamment
lors d’infections suppurées de la peau. Cette toxine est également présente lors de mammites
nécrotiques graves et suraiguës, et provoque une destruction d’un quartier de la mamelle.
Elles sont excrétées sous forme de monomères, qui s’assemblent en heptamère (par 7 donc)
en forme de palmier, après fixation à la cellule. Il y a alors changement de conformation et insertion
dans la membrane, avec formation d’un pore.
Cas des toxines de type III ou A-B
Il existe différents associations entre les parties A et B :
- sur une même protéine
- par un pont disulfure
- par une liaison variable mettant en jeu plusieurs protéines de chaque type
Exemple des toxines de Bacillus anthracis (agent de l’anthrax)
La partie A enzymatique peut être de 2 types :
- LF (facteur létal) : il est mortel par destruction des protéines de signalisation cellulaire
- EF (facteur oedématogène) : il provoque des oedèmes en provoquant un déséquilibre
hydrique.
La partie B (appelée PA sur le schéma plus bas pour « antigène protecteur »). Elle permet la
fixation aux cellules et l’internalisation de la partie A (qu’elle soit EF ou LF)
Les composants sont excrétés par la bactérie soit ensemble, soit séparément et s’associent dans le
milieu extracellulaire.
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Exemple des toxines de Bacillus anthracis :
La partie B se fixe puis est clivée par une protéase, elle s’associe ensuite en heptamère puis fixe A.
Le complexe, formé de 3 A et 7 B, peut alors entrer dans la cellule.
Le complexe entre dans la cellule par endocytose. L’endosome est ensuite acidifié. Il y a
changement de conformation et libération de la partie enzymatique dans le cytoplasme cellulaire.
Le LF a une activité protéase, notamment sur les protéines de signalisation cellulaire, ce qui
tue la cellule. Le EF a une activité adénylcyclase, elle produit de l’AMPc, entraînant des troubles
ioniques, un déséquilibre hydrique et la formation d’oedèmes. L’antigène protecteur PA est
indispensable pour la reconnaissance et l’internalisation de LF et EF. Dans le bacillus anthracis, ces
trois protéines sont codées par des gènes portés par le plasmide pXO1.
Par injection de B, partie non toxique, on peut immuniser les animaux par production d’anticorps
neutralisants qui empêchent donc la fixation de cette partie de la toxine, d’où son appellation PA
(« Protecting Antigen en anglais »).
Cas des toxines injectées
Elles sont injectées (comme leur nom l’indique) dans la cellule grâce à un appareil de sécrétion de
type III, ou seringue moléculaire.
Les protéines passent directement de la bactérie dans la cellule eucaryote via la tige, sans contact
avec le milieu extérieur. Il n’y a donc pas de neutralisation par les anticorps, donc pas d’immunité
contre ces toxines. Ex : Salmonelles, E. Coli
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Il faut surtout retenir le fort pouvoir antigénique des toxines protéiques, utilisé en vaccination.
Exemples des neurotoxines botuliques et tétaniques
Ce sont des poisons très violents, dont quelques nanogrammes suffisent à tuer un homme. Leur
activité protéase est à l’origine des symptômes.
Clostridium botulinum : c’est la bactérie productrice de la toxine botulique dont il existe
plusieurs types (A-F).
Clostridium tetani produit la toxine tétanique (1 seul type) à l’origine du tétanos
-Cas du botulisme
La contamination se fait quasi exclusivement par voie alimentaire (rares cas via les plaies,
chez les toxicomanes)
On observe 2 scenari :
-l’intoxination : ingestion de toxines produites par Clostridium botulinum
préformées dans un aliment. Il y a action directe sur l’organisme sans multiplication de la bactérie
- la toxi infection : on trouve des agents infectieux dans l’organisme (suite à
l’ingestion de spores de Clostridium botulinum qui résistent dans l’environnement). La sécrétion de
toxine par ces agents provoque les symptômes.
Cl. botulinum est détruite par la chaleur, on lutte ainsi contre cette bactérie en stérilisant les
conserves.
En médecine vétérinaire, on trouve les 2 possibilités de contamination :
-Intoxination : cas d’un chien mangeant un cadavre contenant des spores par
exemple, ou des bovins se nourrissant d’un fourrage contaminé. Les animaux de tous types sont
concernés.
-Toxi infection : des conditions favorisantes sont nécessaires au développement
bactérien : les jeunes sont plus touchés (flore commensale peu développée), ainsi que les animaux
dont la flore est perturbée (changement alimentaire, antibiotiques, ..)
Le botulisme est une maladie réputée contagieuse des volailles (cas nombreux et mortels) ainsi que
des bovins (cas plus sporadiques). Les oiseaux sont souvent de bons révélateurs de la maladie.
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Romain nous a montré une magnifique vidéo de vaches munichoises atteintes de botulisme : on
observe une placidité musculaire (la vache marche sur le dessus des onglons), sa posture est
anormale, sa langue et sa queue flasque (mi–molle…). On observe une mort rapide liée à la
défaillance des muscles vitaux (notamment le diaphragme).
-
Cas du tétanos
Il y a contamination d’une plaie par des spores de Clostridium tetani. En condition
anaérobie, ces spores peuvent germer et sécréter des toxines.
Dans ce nouveau film de l’Université de Munich, la vache apparaît raide, les yeux exorbités.
Tous les muscles sont très tendus, notamment ceux de la mâchoire et de la queue. Chez le chien
également, tous les muscles de la face sont tendus, les oreilles sont bien dressées.
Du plus sensible au moins sensible au tétanos, on trouve le Cheval, l’Homme, les
Ruminants, le Chien et le Porc en enfin le Chat qui n’est quasiment pas sensible.
Botulisme et tétanos sont donc 2 affections neurologiques opposées : le botulisme entraîne
une paralysie flasque et le tétanos une paralysie spastique. Leurs toxines sont cependant très
proches.
Pour ces 2 maladies, il n’existe pas de traitement. On traite seulement les symptômes. On
peut réaliser une sérothérapie en injectant un sérum neutralisant les toxines. On peut placer l’animal
sous respirateur pour l’aider à respirer. La durée d’incubation et la vitesse d’évolution dépendent de
la vitesse de multiplication de la bactérie.
Structure des toxines botuliques et tétaniques :
En structure primaire, on distingue :
- la zone L enzymatique (métalloprotéase qui nécessite le Zn
cellulaire comme cofacteur) correspondant à la partie A décrite
précédemment
- la zone H permettant la liaison aux cellules, correspondant à la
partie B.
Ce sont donc des toxines de type A-B.
Leur structure 3D résulte d’un assemblage via un pont disulfure.
Mode d’action très spécifique
Les deux toxines sont spécifiques des protéines synaptiques.
Vésicule
synaptique
Membrane présynaptique
Fente synaptique
La fusion de la vésicule synaptique avec la membrane nécessite des protéines de fusion, dont la
syntaxine et SNAP-25 exprimées sur la membrane présynaptique, ainsi que la synaptobrévine,
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exprimée sur la vésicule synaptique, cible à la fois de la toxine botulique et de la toxine tétanique.
Or les toxines clivent ces protéines, ce qui entraine l’arrêt de la fusion et donc l’arrêt de la libération
de neuro transmetteurs. Il y a un seul site de clivage par protéine. Ces sites sont les mêmes pour les
toxines botuliques (notées BoNT sur le schéma) et tétaniques (TeNT).
Comment s’explique la différence de symptômes observés entre les 2 maladies, sachant que les
toxines ont les mêmes sites d’action ?
Les toxines agissent à des endroits différents.
La toxine botulique est absorbée par l’intestin et agit sur les synapses neuromusculaires.
Ceci inhibe la libération d’acétylcholine, donc la contraction du muscle. Il y a paralysie flasque.
La toxine tétanique agit sue les neurones inhibiteurs à GABA de la moelle épinière. En
l’absence d’inhibition, les neurotransmetteurs sont libérés en permanence donc les muscles se
contractent en permanence. Il y a paralysie spastique.
Cette différence d’action est une conséquence de la partie L spécifique à chaque toxine.
La toxine botulique entre dans le bouton synaptique par endocytose et est immédiatement libérée
dans le bouton.
La toxine tétanique entre au même endroit mais est libérée plus tardivement après un transport
rétrograde jusqu’au corps cellulaire et absorption par les neurones inhibiteurs.
Les symptômes de ces 2 maladies sont décrits depuis très longtemps, mais la connaissance récente
de leurs mécanismes a permis différentes applications. En thérapeutique, on peut inhiber le
fonctionnement d’un muscle par injection de toxines. On les utilise aussi localement en cosmétique
pour diminuer les rides : le botox. C’est une injection de moins de 10-12 mol de toxine botulique.
Elle est sans effet néfaste car elle diffuse peu et est ensuite éliminée mais après il faut du temps
pour que la vésicule synaptique se reforme. Cette toxine a d’autres utilisations : le traitement des
douleurs musculaires, contractures, lors de blépharospasmes, de strabisme, d’atteinte du nerf VII, de
dysfonctionnement de l’appareil urinaire et lors de transpiration axillaire excessive.
Pour les plus motivés, Romain conseille la lecture du doc sur le botulisme de l’AFSSA : une série
de questions réponses donnant des infos précises sur ces toxines protéiques, pour mieux maîtriser
l’évolution de votre première ride frontale…Soyez curieux !
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