17/02/2014 DELOUYA Yonathan Agents infectieux et

AIH- Le monde des agents infectieux
17/02/2014
DELOUYA Yonathan
Agents infectieux et hygiène
Pr D. Raoult
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10 pages
Le monde des agents infectieux
Plan
A. Introduction
B. Agents infectieux : définitions et historique
I. Historique
II. Bactéries
III. Archées
IV. Eucaryotes
V. Champignons
VI. Virus
C. Mode de vie des agents
I. Agents commensaux
II. Bactéries ennemies
III. Virus ennemis
IV. Eucaryotes ennemis
V. Prion
Les diapos sont disponibles sur l'ENT.
A. Introduction
On estime actuellement qu'il y a entre 10 et 100 millions espèces bactériennes différentes dont nous n'en
connaissons que 10 000. Les ratios sont similaires pour les virus, archées et autres organismes. Pour les
eucaryotes, on connaît à peu près la moitié des microbes qui occupent les plantes et vertébrés, mais pour les
champignons, on en connaît que 1/1000 voire 1/10000. Le monde microscopique est donc très mal connu.
B. Les agents infectieux : définitions et historique
Globalement, les agents infectieux peuvent être classés en cinq catégories, selon les définitions actuelles:
– virus
– bactéries
– archées, dont la séparation avec les bactéries est récente
– eucaryotes (5 groupes donnant des maladies : microsporidies, protistes, champignons, invisibles à l’œil
nu et helminthes, arthropodes visibles)
– prions (protéines donnant des maladies susceptibles d'être transmissibles)
Le nombre de bactéries identifiées est en constante progression. Il est passé d'environ 1800 en 1980 à 12 000
l'année dernière.
A coté des organismes proprement dits, on a d'autres sources infectieuses découvertes en particulier grâce aux
études de génétique, ce sont ce qu'on appelle les «gènes égoïstes» susceptibles d'infecter un organisme et ils
transportent un gène avec eux, favorable ou défavorable :
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virus
plasmides (matériel génétique se baladant d'une bactérie à l'autre)
bactériophages «virus de bactéries» transportant beaucoup de toxines par exemple à l'origine de la
diphtérie ou la scarlatine
transposons ou gènes sauteurs, gènes encadrés par deux séquences antiparallèles qui peuvent donc se
recombiner ensemble et sauter sur n'importe quel gène, et ayant un rôle dans la résistance aux
antibiotiques
Il peut donc y avoir des épidémies de gènes.
Par exemple, un traitement à l'érythromycine va favoriser le développement et la multiplication du gène de
résistance à cet antibiotique et causer une épidémie de gène de résistance chez des bactéries n'ayant aucun lien
avec la pathologie de base.
La taille des organismes pathogènes n'est pas strictement distincte entre les différentes classes (certains
procaryotes sont plus grands que des eucaryotes,...), il y a un recouvrement des tailles, alors que ces différences
étaient à la base des anciennes classifications.
I. Historique
a. Pré-microbiologie
La microbiologie est par définition postérieure à l'invention du microscope. Mais l'existence de la vie
microbiologique a été postulée chez les Jaïnistes (des indiens). Avicenne a également postulé que la tuberculose
et la méningite pouvaient être d'origine microbienne.
En Europe, c'est Fracastoro qui a été le premier à théoriser qu'il y avait des épidémies microbiennes (en
particulier la syphilis).
Leeuwenhoek, un hollandais, a été l'un des premiers à observer les micro-organismes.
Louis Pasteur a permis la culture microbienne, en se basant sur la microbiologie alimentaire (Pasteur travaillait
sur la fermentation de la bière, du vin).
Une grande révolution a été l'utilisation de milieux solides (géloses) par Robert Koch pour la culture de
bactéries. Cela permet d'avoir des colonies isolées au lieu d'un «bouillon». Chaque colonie visible correspond à
environ un million d'organismes.
L'avancée principale est due à Pasteur qui a montré que la fermentation était due aux bactéries et levures. Cela a
amené à une grande bataille du 19ème siècle sur la théorie du germe : les microbes sont-ils responsables des
maladies ou sont-ils simplement présents au moment des maladies sans en être responsables?
Le vrai problème est donc celui de la causalité. Le premier a avoir tenté de l'expliquer est Koch (celui qui a
découvert la bacille de Koch) dans la tuberculose et l'anthrax. Il a émis des postulats, dont certains sont encore
d'actualité :
Pour qu'un organisme soit responsable d'une maladie, il faut qu'il ne soit pas présent chez les individus sains
(on sait maintenant que ce postulat n'est pas vrai), qu'on le retrouve chez les malades, qu'on puisse isoler le
microbe chez un malade, et qu'il cause la maladie si on le transfère chez un individu non porteur et sain.
b. Micro-organisme
A la fin du 19e siècle, un micro-organisme ou microbe est défini comme un organisme vivant microscopique.
Le mot microbe a été proposé par un chirurgien français, Sédillot.
Parmi ce qui est visible au microscope, on voit des microbes avec et sans noyau. C'est Chatton qui va proposer
en 1925 une définition permettant de distinguer ces organismes : eucaryotes et procaryotes (pas de noyau,
primitifs).
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Dans les années 70, on a découvert que parmi ces bactéries, il existait des bactéries vivant dans des conditions
extrêmes. Ces bactéries étaient appelées extrêmophiles. Quand les moyens d'identification moléculaires sont
apparus dans les années 60, Woese a remarqué que parmi les bactéries extrêmophiles (notamment les
thermophiles) il y avait une origine génétique complètement différente de celle des bactéries, et qui était même
plus proche de celle des eucaryotes. Il définit alors un troisième groupe en plus des eucaryotes et bactéries : les
Archées.
NB: le nom « archées » est une construction fausse, car basée sur les organismes extrêmophiles. Et selon la
théorie disant que la vie a commencé lorsque la terre était très chaude, avec des températures extrêmes, les
premiers organismes vivants étaient donc les thermophiles, et il les a nommées en disant qu'ils étaient des
organismes archaïques.
Il faut noter qu'il existe toujours des exceptions (il existe des bactéries avec noyau et histones)
Basés sur ces éléments, on a pu identifier l'existence dans le ribosome des gènes communs aux trois groupes,
ce qui a amené à dire que tous les êtres vivants, du moins les cellulaires, avaient un ancêtre commun, parce
qu'ils ont ces gènes ribosomaux en commun et qu'ils sont très conservés. L'idée qui a été véhiculée est que l'on
dérive tous d'un ancêtre commun, ce qui est ignorer les fusions, les créations de gènes, les parasites, etc... On ne
peut donc pas définir un ancêtre commun unique de manière stricte.
En suivant l'évolution du gène ribosomal (gène de l'ARNr 16S), on voit qu'1% de différence entre ces gènes
correspond à environ 50 millions d'années. Les eucaryotes, pour ce qu'on sait maintenant, ne peuvent pas avoir
plus d'un milliard d'années (car ils ont des mitochondries donc des bactéries, et elles ont moins d'un milliard
d'années).
II. Les bactéries
Elles sont pratiquement toutes invisibles à l’œil nu (encore une fois il y a une exception d'une bactérie sousmarine de 2 mm). Elles ont d'abord été définies selon leur apparence au microscope :
– apparence ronde → coque (diplocoque= deux coques, staphylocoques= raisin, streptocoques=
chaînette)
– apparence allongée → bacille
– apparence intermédiaire → coccobacille, spirochètes, vibrium, fusobacterium (pointues)…
C'est donc la base de la classification.
Ensuite on a utilisé des colorations dont principalement la coloration de Gram (en gros on colore en violet
ensuite on passe de l'alcool puis on colore en rouge) : les bactéries retenant le violet sont Gram+, les bactéries
rouges (donc ne retenant pas le violet) sont Gram-. Les mycobactéries ne sont ni Gram+ ni Gram-. Il y a aussi
les bactéries intracellulaires et les spirochètes (très étroits), qui sont invisibles au microscope et donc les
colorations sont inutiles.
On se base aussi sur le type de respiration de l'organisme : anaérobie, aérobie, mixte, etc...
On a isolé environ 2000 espèces définies chez l'Homme (sur les 12000 connues), dont seulement une dizaine
sont responsables de 90% des infections : le plus fréquent est le staphylocoque doré, ensuite E. coli,
pseudomona aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, enterococcus feacalis, morganella, Streptococcus agalactiae...
a. Phylogénie
Le classement est basé actuellement sur un arbre phylogénétique sur les gènes ribosomaux, et plus en fonction
du Gram. Cette utilisation de la séquence du gène de l'ARNr 16S est devenu essentielle comme outil de
classification et également diagnostique.
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Les différentes classes actuelles sont:
• Firmicutes
• Protéobactéries
• Bactéroidètes
• Actinobactéries
• Spirochètes Chlamydia
b. Multicellularité
On considérait jusqu'à présent que les microbes étaient des individus isolés mais on se rend compte qu'ils
constituent en réalité des populations, et que dans ces populations les individus se parlent. Il y a donc des
interactions sociales, qui ont été qualifiées de biofilm, contenant des microbes d'une ou plusieurs espèces qui
communiquent sur les sources d'alimentation, les différenciations...
L'identification des molécules responsables permet de perturber ces interactions.
c. Interactions avec d'autres organismes
Certaines sont des prédateurs entre elles, elles tuent d'autres bactéries pour se nourrir, en groupe ou isolément.
Les bactériophages sont des virus infectant les bactéries et contribuant souvent à la pathologie d'une bactérie
(comme dans la listeria) .
Certaines bactéries sont mutualistes, dont certaines avec les Hommes. Ces bactéries sont nos partenaires,
comme celles du tube digestif et nous protègent contre l'invasion de microbes pathogènes.
Ex : le microbiote des plantes (flore microbienne dans le sol d'une plante) joue un rôle dans la protection des
plantes face aux agents externes d'agression.
Chez l'homme, il y a environ pour chaque cellule 200 bactéries, 100 archées et 1000 virus. Ce microbiote
protège des invasions des microbes externes en empêchant de nouveaux microbes de s'implanter.
Ex : bactéries fermentantes du yaourt contre les diarrhées, rôle dans la digestion par apport enzymatique, rôle
dans l'équilibre du poids, traitement des dénutritions par traitement antibiotique,...
d. Pathogénicité
Le caractère pathogène est très difficile à définir.
Un microbe peut devenir pathogène par hasard, sans être «spécialisé» dans la pathogénicité. L'infection
opportuniste n'apporte rien au microbe et ne permet pas particulièrement son développement. Le microbe risque
même de disparaître s'il infecte.
D'autres sont spécialisés dans l'infection humaine, et vont donner des épidémies transmissibles d'un humain à
l'autre. Ce sont les vrais pathogènes
Parfois dans des espèces opportunistes ou commensales, certaines peuvent devenir spécialisées et/ou
épidémiques. Ex : staphylocoque doré, qui peut être commensal, voire protecteur, mais également très
pathogène.
Les pathogènes spécialistes ont longtemps été considérés comme surarmés, notamment avec des gènes en plus
(toxines...). Il a été montré qu'au contraire, les spécialistes ont des gènes en moins, et c'est en perdant des
gènes qu'ils deviennent pathogènes (des pertes massives ont été observées), surtout par la perte des gènes de
régulation, avec en particulier les gènes de régulation de la transcription.
On peut assimiler les pathogènes à des cellules cancéreuses, qui se développent sans aucune régulation.
Ces particularités des pathogènes n'ont pas été découvertes grâce à des théories, mais au hasard notamment par
le développement de la génétique et la possibilité de séquencer les génomes bactériens.
Ex : la bactérie du typhus a 200 gènes en moins par rapport à un autre microbe cousin bien moins pathogène.
De la même manière, en moyenne, les «mauvais microbes» ont 30% de gènes en moins, mais ont beaucoup
plus de toxines qui ne sont pas retrouvées chez leurs cousins non pathogènes.
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III. Les archées
Les archées sont des organismes unicellulaires sans noyau. Ceux que l'on connaît le mieux sont les archées
méthanogènes : ils se situent dans le tube digestif et transforment les ions H+ en méthane. Ce sont ces archées
qui entraînent la formation de pets. Les bovins sont les plus grands producteurs de méthane.
Ils jouent un rôle très important car ils permettent d'empêcher l'acidification constante du tube digestif et de
garantir une absorption idéale.
Il n'y a pas encore de pathogènes identifiés parmi les archées.
IV. Les eucaryotes
Parmi les eucaryotes, on connaît tout d'abord les animaux pathogènes : les arthropodes visibles (puces, tiques,
poux, araignées,...) mais aussi des arthropodes microscopiques dont le rôle dans les maladies est souvent
indéterminé. Il y a aussi des crustacés et des vers. L'étude des infections dues aux animaux est une branche de
la parasitologie.
Les plantes peuvent être pathogènes, et être à l'origine de septicémies.
V. Les champignons
Pour les champignons, on en trouve de toutes tailles, certains sont pathogènes et d'autres non, avec des espèces
commensales à pathogénicité opportuniste (Candida albicans). Ils se multiplient de manière sexuée ou non.
VI. Les virus
La définition des virus est compliquée. Ils ont été définis au 19ème siècle comme étant invisibles, filtrables,
infectieux, et petits.
Au cours du 20e siècle, au fur et à mesure des découvertes, cette définition a été remise en cause mais sans
trouver de définition raisonnable et précise.
Le premier organisme ayant servi à la définition du virus et ayant été étudié sur le plan chimique est le virus de
la mosaïque du tabac.
Stanley a réussi a en faire un cristal qui a gardé les propriétés du virus, et a donc déclaré que les virus étaient
des êtres non vivants puisque cristallisables, une biomolécule.
Burnet a émis la théorie que le virus était devenu extrêmement petit et invisible par pertes de gènes successives.
Lwoff a tenté d'émettre un consensus et a proposé une définition basée sur les travaux de Stanley et Brunet :
- ils mesurent moins de 200 nm
- ils ont un seul type d'acide nucléique (ADN ou ARN) actuellement faux, puisque l'on a déjà trouvé des virus
qui avaient ADN et ARN
- ils n'ont pas d'enzymes générant de l'énergie
- intracellulaires stricts
- incapacité à se multiplier par division mais avec pas mal d'exceptions connues aujourd'hui
Il est essentiel de comprendre les virus, car ils constituent une part très importante dans la biodiversité des
microbes.
La métagénomique est une technique d'analyse qui consiste à prendre des prélèvements (biologiques ou de
l'environnement) et à séquencer tout l'ADN présent dans le prélèvement. On compare ensuite ces séquences à
toutes celles de micro-organismes que l'on a déjà répertoriées et on remarque que moins d'1% sont des
eucaryotes, 8-10% bactéries, 1-2% des archées, 15% susceptibles d'être des virus, et 70-80% inconnus.
L'information génétique identifiée de notre environnement est donc représentée au moins à moitié par les virus.
On ne peut donc pas se baser que sur les ribosomes pour classer les micro-organismes car on exclut les virus.
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Les principaux virus sont:
➔ à ADN:
◦ poxvirus
◦ herpèsvirus
◦ adénovrus
◦ papovavirus
◦ hépadnavirus
◦ parvovirus
➔ à ARN: ils posent plus de problèmes du fait de la variabilité due à la rétrotranscription ARN → ADN et
à la réplication de l'ARN (SIDA, grippe). Ils sont les principaux agents de nouvelles épidémies, avec de
nombreux virus émergents.
C. Mode de vie des agents
I. Les agents commensaux
Ce sont les micro-organismes qui vivent dans notre corps :
– 90% de bactéries (70% Firmicuites ( gram+ aérobie / anaérobies), 20% Bactéroidetes ( anaérobies
gram-), 5% Protéobactéries (gram- aérobies), 5% Actinobactérie ( gram+ aérobie ) , très peu par
rapport à la biodiversité sur Terre)
– des archées (surtout méthanogènes)
– des virus dont bactériophages (100 à 1000 par bactérie)
– des champignons
Les variations du microbiotes sont dues à de nombreux paramètres : variations métaboliques (obésité,
alimentation, etc), …
NB: Pour info, les infections au Clostridium difficiles, de mortalité très importante (50%), ont pour traitement
de référence l'apport au malade des bactéries commensales digestives, que l'on retrouve dans les matières
fécales que l'on donne à ingérer au patient (97% de succès).
Il est à noter que les mitochondries et chloroplastes ont un génome à origine bactérienne. Ce sont donc des
bactéries qui ont appris aux eucaryotes à respirer.
II. Bactéries ennemies
a. Gram positif/coques
- Staphylocoque doré et autres staphylocoques (épidermis, etc...)
- Streptocoque A (scarlatine, angine, rhumatismes)
- Pneumocoque (pneumonie)
- Entérocoque (infections urinaires, endocardite)
- Streptocoque B (infection néonatale donc prévention chez la femme enceinte)
b. Gram négatif
- Campylobacter (diarrhées)
- Helicobacter (ulcère, cancer de l'estomac)
- Escherichia coli (infection urinaire)
- Klesbiella (pneumonie, abcès du foie, septicémies)
- Enterobacter (infection nosocomiale)
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- Pseudomones aeruginosa (pyocianique, infection nosocomiale)
- Acinetobacter (infection nosocomiale)
- Salmonella (typhoïde, diarrhée)
- Shigella (diarrhée)
- Bordetella pertussis (coqueluche)
- Legionella pneumophila (pneumonie: maladie des légionnaires)
- Mycoplasma pneumoniae (pneumonie)
- Bartonella (maladie des griffes du chat)
c. Spirochète
- tréponème (syphilis)
- leptospirose (maladies tropicales)
- borreliose (maladie de Lyme)
d. Bactéries anaérobies
- Clostridium tetani (tétanos)
- Clostridium botulinum (botulisme)
- Clostridium sp (gangrène gazeuse)
e. Mycobactéries
Tuberculose et M.avirum (adénite, infection SIDA)
f. Gram positif bacilles
- Corynebacterium dipheriae (diphtérie)
- Listeria
- Bacillus anthracis (bacille du charbon)
g. Gram négatif coques
Méningocoque (méningites) et gonocoques (MST)
III.
Virus ennemis
a. Virus à ADN
- Virus pox (variole)
- Herpes virus : HSV, varicelle, zona, CMV, HHV6 (roséole, des fois le gène viral peut s'intégrer dans le
génome de l'hôte, c'est un mécanisme de défense commun chez les bactéries ; on pense que c'est le premier
mécanisme immunitaire, car le pathogène ne peut se multiplier face à un homologue), Epstein Barr (peut
donner un cancer), HHV7 et 8
- Autres virus a ADN : adénovirus, papillomavirus (cancers du col de l'utérus, de l'anus, de la gorge), hépatite B
b. Virus à ARN
Virus respiratoires : Grippe et Para influenzae
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c. Virus des épidémies de l'enfance
Rougeole et oreillons
d. Arbovirus
Dengue et Chikungunya
e. Autres hépatites
Hépatites A, E et C donnant des cancers (surtout la C)
f. Rétrovirus
- HIV 1 (sida, cancers), HIV 2, HTLV 1-2
- fièvres hémorragiques : Ebola, marburg
IV. Eucaryotes ennemis
a. Champignons
- Candida
- Aspergillus (infections respiratoires)
- Cryptococcus
- Pneumocystis
b. Protozoaires
- Plasmodium (paludisme)
- Amibes
- Leishmanie
- Toxoplasmose (lors de la grossesse)
c. Algues
Avec les vers (helminthes) :
- Nématodes (ronds)
- Vers plats
d. Arthropodes
- Poux au niveau de la tête, du corps, du pubis
- Gale
- Myiase
- Mites
- Tiques
- Demodex (à l'origine de l'acné)
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V. Prion
C'est une protéine pathogène, dont la structure est différente de la protéine native, avec des modifications de
conformation, de repliement, qui peuvent se transmettre aux protéines voisines (modifiant à leur tour leur
conformation) et entraînent des maladies dont la plus connue est une encéphalopathie (ex : maladie de la vache
folle). On compte chez l'homme le Kuru, la maladie de Creutzfeldt-Jakob.
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