Bactéries et virus - FTP de P-ZiB

Bactéries, virus et nous
INTRODUCTION: BACTÉRIES, VIRUS ET
MALADIES
Virus, bactéries et cellules eucaryotes
Virus
Cellule animale
VIH
10 à 100 nm
Bactérie
5 µm
1 µm
Les bactéries pathogènes
Klebsiella pneumoniae
(cause de pneumonies,
septicémies, infections
urinaires et plaies,
dysentrie)
Haemophilus
influenzae
(cause de pneumonies
infantiles, sinusites,
méningites et otites)
Mycobacterium
tuberculosis
(cause de
tuberculose)
Streptococcus
pneumoniae
(cause de pneumonies,
otites et méningites)
 Pouvoir pathogène d'une bactérie: capacité à
provoquer des troubles chez un hôte. Dépend de son
pouvoir invasif (capacité à se répandre et s’établir
dans les tissus), et de son pouvoir toxicogène
(capacité à produire des toxines).
 Bactéries pathogènes obligatoire: ne peut survivre
en dehors de son hôte (bactéries responsables de la
diphtérie, de la tuberculose, de la lèpre…)
 Bactérie pathogène accidentel: présente dans la
nature et pouvant infecter l’Homme dans certaines
conditions (Clostridium tetani provoque le tétanos en
pénétrant dans une plaie; Vibrio cholerae entraîne le
choléra suite à la consommation d’une eau
contaminée)
 Bactérie pathogène opportuniste: infecte des
individus affaiblis ou atteints par une autre maladie
(espèces de la flore normale, comme des
Staphylococcus de la flore cutanée…)
⇒ Responsables, dans les hôpitaux, des infections
nosocomiales.
Les virus: parasites intracellulaires obligatoires
Virus icosaédriques
(ex. adénovirus, agents des
pharyngites, pneumonies,
conjonctivites; poliovirus,
agent de la poliomyélite)
Virus enveloppés
(ex. virus de la grippe
ou du sida)
Bactériophages
(virus)
 Pouvoir pathogène d'un virus: le virus pénètre
dans une cellule hôte spécifique et prend le contrôle
de ses fonctions normales
 Inhibition de la synthèse protéique des cellules
infectées
 Fragmentation de l’ADN par des enzymes virales
 Accumulation des particules virales dans le
cytoplasme ou le noyau des cellules infectées
 Induction de la mort ou de la lyse des cellules
hôtes
 Intégration au génome de l’hôte et provocation de
cancers
Cycle viral typique
TRAITEMENTS ANTI-VIRAUX ET ANTIBACTÉRIENS
- Les antibiotiques
- Exemples des traitements contre le VIH
Traitement des infections bactériennes: les antibiotiques
 Le mode d’action des antibiotiques
 Action sur la paroi bactérienne: certains antibiotiques bloquent la synthèse de la
paroi, la cellule s’allonge sans faire de paroi (cloison) et elle explose sous l’effet de la
pression osmotique interne
 Action sur la membrane des cellules: certains antibiotiques désorganisent la
bicouche lipidique
 Action sur l’ADN: certains antibiotiques empêchent la réplication de l'ADN bactérien
 Action sur le ribosome bactérien: approximativement la moitié des antibiotiques
utilisés en thérapeutique ont pour cible le ribosome bactérien, l'organite cellulaire
responsable de la synthèse des protéines
L’infection par le VIH
Structure du VIH
Cycle du VIH
Traitements actuels
SÉLECTION NATURELLE ET RÉSISTANCES AUX
TRAITEMENTS
Observation de phénomènes de résistance lors de
traitements anti-viraux
Observation de phénomènes de résistance lors de
traitements anti-bactériens
Observation de phénomènes de résistance lors de
traitements anti-bactériens
 À l’heure actuelle:
 50% des souches de pneumocoques résistants à la pénicilline G contre 0,5% en 1984 !!!!
 90% des souches de staphylocoques dorés résistants à la pénicilline G et 30% résistants à
la méticilline en France !!!!
 modélisations indiquent que les souches de bactéries responsables des méningites et
septicémies, encore sensibles à la pénicilline G, évolueront en 20 ans vers une proportion
croissante de souches hautement résistantes
 quasiment aucune nouvelle famille d’antibiotiques susceptible d’être introduite en thérapie
dans les prochaines années
 risque accru de la progression des multirésistances et donc de difficultés thérapeutiques
Explication des phénomènes de résistance: la sélection naturelle
L’évolution selon Lamarck
 La pression de sélection « crée » des mutations utiles
 Concept rejeté par la quasi totalité des évolutionnistes actuels
L’évolution selon Darwin
 Existence au sein d’une population d’une variabilité génétique
 Sont sélectionnés les individus à qui cela confère une plus grande valeur adaptative
Variabilité génétique et évolution
 Une mutation peut être neutre dans un
environnement donné mais peut se révéler
avantageuse quand les conditions
environnementales changent:
 Insectes résistants aux substances toxiques peu
représentés dans une population classique
 Décimation des insectes sensibles par
épandage de la substance toxique
 Prolifération des insectes résistants qui n’ont
désormais plus de compétiteurs et ont accès à
toutes les ressources disponibles
Sélection de virus résistants
Sélection de bactéries résistantes
MÉCANISMES MOLÉCULAIRES À L’ORIGINE DE
LA VARIABILITÉ DES BACTÉRIES
Stabilité et variabilité du génome des bactéries
 Taux d’erreur dans la synthèse
d’ADN: 10-9
 Mutateurs constitutifs: mutent 100
fois plus vite que la moyenne (défaut
dans le système de réparation de
l’ADN)
 Avantage ou inconvénient?
• Mutations délétères 10 000 fois plus
fréquentes que mutations
avantageuses
• Mais on constate qu’à nombre égal
avec des souches sauvages, les
souches mutatrices gagnent
immanquablement…
Les mutateurs inductibles
 Induction du système SOS en cas de
lésion de l’ADN, de stress ou de
carences
 Activation d’enzymes de réparation
dont l’imprécision favorise l’accumulation
de mutations
 Arrêt du système quand le stress
cesse ⇒ certaines mutations ont une
chance d’être adaptatives
Les sites de contingence
 Mutateurs constitutifs
localisés: gènes soumis à
104 fois plus de chances de
mutation
 Codent des antigènes de
surface dont la variabilité,
acquise par mutation, permet
d’échapper au système
immunitaire
Échange de matériel génétique entre bactéries: la conjugaison
 Conjugaison bactérienne: transmission de plasmides entre bactéries
 Autre source de variabilité génétique
Bactéries et résistance aux antibiotiques
 Modalités de résistance chez la bactérie
 Le brouillage : la bactérie synthétise des protéines qui
peuvent séquestrer l’antibiotique ou le dégrader pour le
rendre inoffensif
 Le camouflage : la bactérie peut modifier la cible de
l’antibiotique; celle-ci n’est plus reconnue et devient
insensible à l’antibiotique
 Le blindage : la bactérie empêche l’accès de
l’antibiotique aux cibles intracellulaires (modification de la
perméabilité membranaire ou mise en place d’une
pompe membranaire qui refoule l’antibiotique vers
l’extérieur)
 L’esquive : la bactérie substitue une autre molécule à
la cible; l’antibiotique, en se fixant sur ce leurre, ne
remplit pas son rôle
Acquisition de la résistance aux antibiotiques
Acquisition de la résistance aux antibiotiques
 Antibiotiques favorisent, dans certaines conditions, la fréquence de
mutations (cf. système mutateur inductible)
 Antibiotiques favorisent la sélection de souches résistances en exerçant
une pression de sélection
 Antibiotiques favorisent vraisemblablement l’échange de matériel
génétique entre bactéries (transmission horizontale et verticale de gènes de
résistance accrue)
⇒ Action sur l ’émergence d’une résistance, sa sélection et sa diffusion
MÉCANISMES MOLÉCULAIRES À L’ORIGINE DE
LA VARIABILITÉ DES VIRUS
Stabilité et variabilité du génome des virus:
l’exemple des virus grippaux
Les trois types de virus grippaux
 Les virus de type A
 les plus pathogènes
 infectent les oiseaux et certains mammifères, dont l’Homme
 très grand nombre, regroupés en différents sous-types. À l’intérieur de chaque soustype de virus Influenza A existent différentes souches
 Les virus de type B
 spécifiques de l’Homme
 faibles virulence et pathogénicité
 Les virus de type C
 infectent l’Homme et animaux à son contact (chiens, chats, porcs)
 jouent un rôle non négligeable dans les épidémies saisonnières de grippe
 infections qu’ils entraînent sont bénignes
Variabilité des antigènes de surface du virus de la grippe
 Hémagglutinine (HA): permet au virus de
pénétrer dans les cellules. Sa forme
détermine les hôtes qu’une souche peut
infecter
 Neuraminidase (NA): coupe le le lien
entre les nouvelles particules virales et la
cellule infectée. Influe donc l’efficacité avec
laquelle un virus de la grippe se propage de
cellule en cellule.
 Origine de la variabilité des HA et NA:
 Erreurs dans la réplication des gènes
viraux (enzymes peu fidèles, aucune
relecture)
 Réassortiment (mélange de deux virus
différents infectant une même cellule)
Les oiseaux, chez qui les virus de type A n’entraînent en général pas de
symptômes, représentent le réservoir des ces virus. 16 protéines HA (H1 à
H16) et 9 protéines NA (N1 à N9) différentes ont à ce jour été identifiées
dans des virus aviaires. Un sous-type de virus de type A est caractérisé par
une protéine HA et une protéine NA particulières.
⇒ De petites modifications de ces protéines
aident le virus à infecter de nouveaux hôtes
et à échapper à leur système immunitaire
= avantage sélectif
Transmissions interspécifiques et réassortiments
CONSÉQUENCES DE LA VARIABILITÉ DES VIRUS:
ÉPIDÉMIES ET PANDÉMIES
Déclenchement des épidémies
 Définition : Une épidémie correspond à la propagation rapide d’une maladie transmissible dans
une région donnée et dans une période de temps limitée
 En France, l’épidémie de grippe touche chaque année entre 5% et 10% de la population
 responsable d’au moins 1500 décès liés à des complications
 importance de l'épidémie très variable et imprévisible
 dans le monde: entre 3 et 5 millions de cas graves et 250000 à 500000 de décès dus à la grippe
chaque année
 Pourquoi y a-t-il une épidémie de grippe chaque année ?
 un individu qui a été infecté par un virus de la grippe développe une mémoire immunitaire
spécifique de ce virus, ce qui lui permet de le combattre efficacement s’il est de nouveau infecté
 les virus de la grippe évoluent constamment, de telle sorte que le système immunitaire de cette
population ne les reconnaît plus : la population n’est donc plus protégée, ce qui est à l’origine d’une
nouvelle épidémie de grippe l’année suivante
 ces modifications progressives des antigènes du virus, responsables des épidémies annuelles de
grippe, sont appelées glissements antigéniques
Déclenchement des pandémies
 Définition : une pandémie, à l'inverse d’une épidémie, atteint une zone géographique très
étendue en un temps assez court
 Déclenchement d’une pandémie:
 de nouveaux virus de la grippe, inconnus de notre système immunitaire, peuvent apparaître
suite à des cassures antigéniques impliquant une zoonose (transmission d'un virus animal à
l'Homme)
 dans ce cas, les épidémies prennent une ampleur beaucoup plus grande dans l’espace et le
temps, se transformant en pandémies. Cela se produit entre 3 et 4 fois par siècle, et ne concerne
que les virus de type A
 Pour déclencher une pandémie, un virus doit posséder les caractéristiques suivantes :
 la transmission interhumaine doit être possible
 le virus doit avoir un antigène externe (HA ou NA) nouveau pour l’Homme, si bien que notre
système immunitaire ne le reconnaît pas
 il doit avoir plusieurs facteurs de haute virulence
⇒ nombreuses étapes nécessaires : transmission de l’animal à l’Homme, adaptation à l’Homme,
cumul de facteurs de virulence, apparition d’un nouvel antigène,… De ce fait, les pandémies sont
extrêmement rares
 Trois évènements peuvent être à l’origine d’une cassure antigénique :
 Réassortiment: Le porc, qui possède les récepteurs viraux de type aviaire et humain, peut être coinfecté par un virus aviaire et un virus humain. Un réassortiment peut alors se produire : des segments
d’ARN de virus aviaire et de virus humain sont incorporés dans une même particule virale. Un virus issu
d’un réassortiment pourra ainsi posséder des protéines d'enveloppe différentes de celles des virus
humains, lui permettant d’échapper au système immunitaire, et des protéines de virus humain, lui
permettant de se répliquer au sein des cellules humaines.
 Emergence d’un ancien virus: Un ancien virus ayant circulé chez l’Homme autrefois peut réémerger,
alors que la population actuelle n’est plus protégée contre ce virus.
 Transmission directe de l’animal à l’Homme: Un virus aviaire peut passer directement à l’Homme ;
cela nécessite une adaptation de ce virus à l’Homme, adaptation effectuée grâce à des mutations.
Les rectangles représentent les segments d’ARN du génome viral. La grippe espagnole serait due à la
transmission directe d’un virus aviaire H1N1 à l’Homme, avec adaptation de ce virus à l’Homme. Les grippes
asiatiques et de Hong Kong ont pour origine un réassortiment entre un virus aviaire et un virus humain. Les
chiffres associés aux flèches indiquent le nombre de segments d’ARN du virus conservés au cours du
réassortiment.
Phases pandémiques de l’OMS