Exemples

Relations Hôte-Microorganisme
et Virulence
Faculté de Pharmacie
• Niveau 1 :
Objectifs
– Virulence = adhésion + subst agr + résist moyens défense
– Adhésion à cellules-cibles : pour multiplication ou prélude à
pénétration
– Substances agressives
• Toxines protéiques à action directe et/ou indirecte (destr mb, ADPribosylation, protéolyse spécif, superAg, autres)
• Endotoxine portée par LPS des BGN (lipide A). Stimule monocytes,
Mφ, d’où fièvre, leucopénie, CIVD, hTA, choc. Potentialisé par supAg
• Enzymes, produits de dégradation cellulaire et métab bactérien
– Aptitude à survivre chez l’Hôte
• Résistance aux moyens de défense
• Capacité à se multiplier chez l’hôte (ex : captation du fer)
• Niveau 2 :
– Parasitisme extra cellulaire ou intracellulaire facultatif ou
obligatoire
– Selon les agents infectieux, prédominance d’un mécanisme
L'Homme vit dans un environnement peuplé
de très nombreux micro-organismes :
bactéries, virus, champignons
L'Homme lui-même (= 1013 cellules)
héberge 1014 bactéries (surtout tube digestif)
RELATIONS FONCTIONNELLES
ENTRE LES BACTERIES ET L'HOMME
1)
2)
3)
4)
Absence de croissance
Symbiose : effet bénéfique pour les
deux parties
Commensalité ou saprophytisme : pas
d'effet bénéfique ou nocif pour l'hôte
Parasitisme
Préjudice pour l'hôte (pathogénicité)
POURQUOI UNE BACTERIE ESTELLE PATHOGENE ?
Facteurs propres
à la bactérie
(Facteurs de virulence)
Facteurs propres
à l’hôte
(Moyens de défense de l’hôte)
Des bactéries généralement saprophytes peuvent
devenir pathogènes chez des immuno-déprimés
Des bactéries considérées comme habituellement
"pathogènes" peuvent exister chez des sujets sains
(porteurs sains )
Parasites extra-cellulaires
EXEMPLES
•
•
•
•
Staphylococcus
Streptococcus
Vibrio cholerae
Bordetella pertussis
Parasites intra-cellulaires
facultatifs
EXEMPLES
•
•
•
•
Mycobacterium tuberculosis
Legionella pneumophila
Listeria monocytogenes
Brucella melitensis
Parasites intra-cellulaires stricts
EXEMPLES
•
•
•
•
Chlamydia trachomatis
Rickettsia conorii
Anaplasma phagocytophilum
Coxiella burnetii
 FACTEURS D’ADHÉSION
PROTEINES DE SURFACE :
•
Portées par des pili
Exemple : pili des E. coli uropathogènes
•
Non portées par des pili
Exemple : protéines « d’opacité » de N. gonorrhoeae
ROLES :
•
Maintien et multiplication bactérienne à la surface des
cellules d’un organe-cible
•
Les bactéries restent insensibles au balayage des
muqueuses par les sécrétions
•
Etape préalable à une éventuelle pénétration intra-cellulaire
 SUBSTANCES
AGRESSIVES
• TOXINES
– Protéiques (ou exotoxines)
– Lipopolysaccharidiques (LPS ou
endotoxine)
• ENZYMES
• PRODUITS DU METABOLISME
BACTERIEN (amines, ou  du pH, etc)
Action des toxines
• Soit directe
• Soit indirecte en stimulant de façon
inadéquate le système immunitaire ou
d’autres cellules de l’hôte
(manipulation du fonctionnement
cellulaire)
• Soit directe et indirecte
2.1. TOXINES PROTEIQUES
(EXOTOXINES)
• Protéines à activités biologiques délétères
pour l’organisme ou les cellules.
• Sécrétion active vers l’extérieur des bactéries
( exotoxines)
• Sécrétion types III et IV
• Parfois externalisation seulement à l’occasion
de la lyse bactérienne (toxines de
Clostridium)
• Modes d’action très divers.
1er Mode d’action :
Destruction membranaire
- Effet : destruction de la membrane
cellulaire et/ou (faible dose) stimulation
inadéquate des cellules
Exemples : toxines , ,  et leucocidine de
Staphylococcus aureus, cytolysines
diverses de Clostridium spp.
• Toxines de bactéries à Gram positif
– Celles activées par des groupements thiol (Ex :
streptolysine O, pneumolysine, listériolysine O,
perfringolysine O)
– Celles produites par S. aureus ou Clostridium
(Ex : toxines , ,  et leucocidine, toxine β-1 de
Clostridium perfringens)
• Toxines RTX (repeat in toxin family) des
bactéries à Gram négatif
– Ex : Hémolysine de E. coli, leucotoxine de
Pasteurella haemolytica, adénylate-cyclasehémolysine de Bordetella pertussis)
2e M.A. : ADP-ribosylation de
molécules de la machinerie cellulaire
NAD+
acide nicotinique + ADP-ribose.
ET
L’ADP-ribose est transféré sur une molécule-cible
dépendant de la toxine impliquée
• Effet : inactivation ou activation permanente de la
molécule-cible, i.e. de molécules de la machinerie
cellulaire comme les protéines Ras, Rab impliquées dans
le trafficking cellulaire ou de facteurs d’élongation de la
synthèse protéique
• Exemples : toxine de cholérique, toxine diphtérique, toxine
pertussique, exoenzyme S de Pseudomonas aeruginosa,
toxines C2 et C3 de Clostr. botulinum
Toxine ADPribosylante
Cible
Effet
- Toxine diphtérique EF-2
Inhibition de la
synthèse protéique
- Exotoxine A de P.
aeruginosa
- Toxine cholérique GS, GT, Découplage entre G- Toxine LT (E. coli) GI, Go protéines et
récepteurs
- Toxine
membranaires
pertussique
associés
- Toxine C2 de C.
actine Inhibition de
botulinum
polymérisation de
l’actine
3e M.A. : Enzymes protéolytiques
très spécifiques de cible
• Effet : destruction sélective de certaines
molécules
• Exemples : toxine tétanique, toxine
botulinique, exfoliatine de Staphylococcus
aureus, métalloprotéases de Vibrio
cholerae ou de Bacteroides fragilis.
4e M.A. : Superantigènes
• Effet : stimulation polyclonale simultanée
d’un pourcentage important de
lymphocytes T avec libération exagérée
de cytokines créant un choc toxique.
• Exemples :
– Toxine du syndrome de choc toxique de
Staphylococcus aureus,
– entérotoxines des Staphylococcus aureus
– exotoxines pyrogènes de Streptococcus
pyogenes
TCR
Partie Vβ
du TCR
Autres toxines ayant d’autres
M.A.
• Mécanismes divers ou encore non
élucidés
• Ex: hépatotoxine de cyanobactéries
2.2. Endotoxine bactérienne
• Endotoxines : activité biologique correspondant
structuralement à la membrane externe des
bactéries à Gram négatif
• L’activité biologique est associée au
lipopolysaccharide constitutif de cette membrane
externe:
– La toxicité due au composé lipidique (lipide A)
– L’immunogénicité (antigène O) est associée au composé
polysaccharidique
• Responsable d’activité inflammatoire : active le
complément par voie alterne. Participe ainsi à la
pathogénicité des infections à bactéries à Gram
négatif
Fonction de la membrane externe
des bactéries à Gram négatif
• Barrière de perméabilité aux grosses molécules
(> 700 Da, comme les sels biliaires) et aux
composés hydrophobes de l’environnement.
• Empêche la destruction des bactéries par des
composés sériques et par les cellules
phagocytaires.
• Rôle dans l’adhérence aux cellules épithéliales,
dans la résistance à la phagocytose (colonies S)
et dans les variations antigéniques
• La plus grande part de l’endotoxine
reste associée à la paroi bactérienne,
jusqu’à la désintégration de la bactérie
(autolyse, ou lyse externe due au
complément, au lysozyme ou à la
phagocytose
• Activité biologique moins spécifique et
souvent moins puissante que celle des
exotoxines protéiques
Virulence associée au Lipide A
• Lors d’une infection, le LPS libéré par les
bactéries à Gram négatif se lie d’abord à des
protéines plasmatiques : les « LPS-binding
proteins »
• Ce complexe interagit avec les récepteurs
CD14 des monocytes et macrophages et
d’autres récepteurs des cellules endothéliales
Virulence clinique associée au
Lipide A
• In vivo, l’injection d’endotoxine ou de lipide
A se traduit par :
– Fièvre
– Leucopénie
– Coagulation intravasculaire disséminée
– Hypotension, choc, voire décès
• La précocité du décès dépend :
– De la dose d’endotoxine injectée
– De la voie d’administration
– De l’espèce animale
Virulence moléculaire associée au
Lipide A
• L’interaction avec les monocytes et macrophages est
responsable de :
– Production de cytokines (IL-1, IL-6, IL-8 TNF, PAF), d’où
production de prostaglandines et de leucotriènes
– Activation des macrophages avec accroissement de la
phagocytose et de la cytotoxicité, libération d’enzymes
lysosomiales, d’IL-1 (fièvre), de TNF alpha, d’autres
cytokines
– Activation du complément (C3a, C5a), d’où chémotaxie,
inflammation
– Activation de la coagulation (facteur XII)
– Activation de la fibrinolyse et des kinines
• Le LPS est aussi un mitogène des lymphocytes B :
différenciation polyclonale et multiplication avec
sécrétion d’IgG et d’IgM
Résumé sur l’Endotoxine
• Activité biologique portée par le lipopolysaccharide
(LPS)
• Constituant de la membrane externe des bactéries à
Gram négatif exclusivement
• Rôle biologique essentiellement dû au lipide A (=
partie lipidique du LPS)
–
–
–
–
Leucopéniant
Pyrogène
Toxique (choc, diarrhée, hémorragie intestinale)
Détection par gélification d’un lysat d’amoebocytes
• Rôle antigénique de la partie polysaccharidique de la
molécule (antigène somatique ou antigène O)
• Activité très renforcée par les superantigènes
 APTITUDE A SURVIVRE
CHEZ L’HÔTE
Résistance aux moyens de défense de l’hôte
• Adhésion
• Action sur les phagocytes professionnels : modification de :
• nombre (destruction)
• chimiotactisme (capsule, streptolysine O)
• de la fonction des macrophages ou granulocytes (rupture
des phagosomes, blocage de la fusion phago-lysosomiale,
évitement des mécanismes tueurs O2-dépendants)
• Action sur les défenses humorales : destruction ou stratégies
d’échappement (destruction de C5a ou d’IgA1, mimétisme
moléculaire, variations antigéniques)
Capacité à se multiplier chez l’hôte
• Par exemple en captant les ressources en fer de l’hôte
Grands types d’infections
• Prédominance de l’aspect invasif
– Streptococcus pneumoniae
• Prédominance de l’aspect agressif
– Clostridium tetani
– Corynebacterium diphtheriae
• Mixité des deux aspects
– Staphylococcus aureus
– Bacilles à Gram négatif (Entérobactéries)