2- Les agents infectieux Présentation du monde microbien Mécanismes d’action Introduction Le monde microbien est composé de – – micro-organismes = d’organismes visibles seulement au microscope, capables de se reproduire de manière autonome, virus qui ne sont visibles qu’au microscope électronique et surtout qui ne sont pas des organismes autonomes car ils ne peuvent se reproduire sans infecter une cellule hôte. Micro-organismes et virus constituent ce que l’on appelle communément les microbes. En fonction de la structure de ces agents microscopiques, on distingue : • les bactéries ou procaryotes, • les micro-organismes eucaryotes (parasites et champignons microscopiques) • et les virus. Les agents infectieux sont majoritairement des microorganismes, par exemple des bactéries ou des virus. Cependant, certains ne sont pas des organismes (les prions), d'autres ne sont pas microscopiques (les vers parasites). Définitions Un agent infectieux est un agent biologique responsable d'une maladie. Une maladie infectieuse est une maladie provoquée par la transmission d'un micro-organisme, elle peut être plus ou moins contagieuse (transmissible d’homme à homme) Le pouvoir pathogène d'un agent infectieux mesure sa capacité à provoquer une maladie chez un organisme hôte. La virulence d'un agent infectieux mesure sa capacité à se développer dans un organisme (pouvoir invasif) et/ou à y sécréter des toxines (pouvoir toxique). La virulence est une notion quantitative alors que le pouvoir pathogène est une notion qualitative 2.1. Les bactéries, procaryotes a - structure (facultative) (facultatif) (facultatifs) différence selon Gram + et Gram - b- forme et taille Quelques microns (micromètre µm) Forme – bâtonnet = bacille – sphérique = coque c- mode de vie Reproduction : asexuée la plupart du temps, par scissiparité = division binaire Habitat : eau, sol, milieux extrêmes, hébergées par autres êtres vivants Les différents types de relation homme-bactérie • Homme en contact étroit permanent avec des bactéries • Un être humain c’est: – 1013 cellules et…. 1014 bactéries !! – Plus de 1000 espèces bactériennes! • Cette association intime et durable entre des organismes de différentes espèces est dénommée symbiose. Elle est régit par un bénéfice mutuel (mutualisme). • En microbiologie on parle le plus souvent de commensalisme et de bactéries commensales Les différents types de relation homme-bactérie • L’ensemble des espèces commensales constitue la flore commensale ou microbiote • Le microbiote diffère selon les sites, on parle de microbiotes intestinal, vaginal, cutané… • Il est indispensable de connaître les caractéristiques de chacun de ces microbiotes++ – Sa composition – Son rôle bénéfique Les différents types de relation homme-bactérie Les différents types de relation homme-bactérie • Exemple du microbiote intestinal – Digestion de certaines molécules – Participe à l’apport en vitamine K – Développement et maturation du système immunitaire – Effet barrière (vis à vis de bactérie indésirable) – …..mais certains microbiotes serait moins bénéfiques que d’autres: implication dans l’obésité, certaines maladies inflammatoires!! Les différents types de relation homme-bactérie • Distinguer les bactérie commensales des bactéries saprophytes • Le saprophytisme: type de nutrition utilisant les matières organiques en décomposition • Les bactéries saprophytes sont des bactéries de l’environnement. Leur présence au sein d’un organisme humain est le plus souvent transitoire sauf lors de la déstabilisation d’un microbiote (lors d’une antibiothérapie par exemple) Les différents types de relation homme-bactérie • A coté de cette relation paisible il peut exister une relation conflictuelle entre une bactérie et l’organisme humain • Les espèces bactériennes capables d’induire ce conflit ont un pouvoir pathogène dont le mécanisme est appelé pathogénicité • NB: – Pathogène = notion qualitative = être capable d’induire ou non une maladie – Virulent = notion quantitative Un fort inoculum bactérien qui induit une simple fièvre # un faible inoculum létal dans 100% des cas!!! d- Croissance et développement Nutriments : les bactéries savent utiliser de nombreux nutriments ex :sucre, alcool, acide aminé, hydrocarbure, matière minérale Courbe de croissance Une souche de bactéries est placée dans un milieu où les nutriments ne sont pas renouvelés. On distingue alors quatre phases dans le développement de la colonie (le nombre d'individus et la durée de chaque phase étant fonction de la nature de la souche bactérienne et de la nature du milieu de culture). Calcul Dans des conditions optimales, une population bactérienne peut doubler toutes les 20 min (temps de génération). Une seule bactérie peut alors donner naissance à combien de bactéries en 24 h? 2 (24*3) = 4,7x 1021 Nombre théorique car épuisement des ressources Facteurs influençant la croissance bactérienne Température pH Concentration en nutriments Teneur en eau et pression osmotique : l’absence d’eau ou la concentration élevée en sucre ou en sel limite le développement, techniques de conservation = séchage, lyophilisation, salaison, confitures… Multiplication des microorganismes et température Chaque microorganisme a un domaine de température optimale, favorisant son développement. Des températures inférieures gênent sa croissance. Des températures supérieures gênent aussi sa croissance, mais peuvent aussi entraîner sa mort par dénaturation des protéines enzymatiques nécessaires à son fonctionnement. Multiplication des microorganismes et pH Chaque microorganisme se développe dans une gamme de pH donnée : • Acidophiles (Lactobacillus) • neutrophiles, • alcalinophiles ou basophiles (Vibrio) Leur résistance à un écart de pH est très variable. La plupart des microorganismes ont un pH optimal compris entre 4 et 7,5. Multiplication des microorganismes et dioxygène Le dioxygène est indispensable à certains microorganismes (aérobies stricts comme Pseudomonas) alors qu'il est toxique pour d'autres (anaérobies stricts comme le bacille botulique). D'autres encore sont indifférents (anaérobies facultatifs comme Escherichia coli) ou n'ont besoin que de très peu de dioxygène (microaérophiles comme les mycobactéries). Sporulation Diverses espèces bactériennes ont la faculté de former des cellules spécialisées montrant une résistance accrue à des facteurs d'environnement défavorables, notamment à une température élevée, à l'absence d'éléments nutritifs ou à la dessiccation. Cellule végétative Spore Thermorésistance : les spores présentent une résistance très élevée à la chaleur. Elles peuvent résister plus de 10 minutes à 80°C. Les spores présentent une très bonne résistance à divers agents physiques ou chimiques comme les radiations, la pression, les antibiotiques ... Les spores présentent également une très bonne résistance au temps Biofilm Exemples : plaque dentaire et tartre * * contrainte appliquée de manière parallèle ou tangentielle à une face d'un matériau Phases de formation d’un biofilm porines * * La détection du quorum correspond au mécanisme de synchronisation de l'expression (ou de la répression) de gènes particuliers, au sein d'une population bactérienne et en fonction de la densité de cette population 2.2. Mécanismes de pathogénicité Les bactéries pathogènes sont des bactéries responsables d'une maladie même chez le sujet " sain " (ex typhoïde, choléra, tuberculose, méningite...). 2.2.1. Les différents types de bactéries pathogènes • Le pathogène strict • Le pathogène occasionnel • Le pathogène opportuniste • Le pathogène strict: sa présence signe obligatoirement une infection car n’a jamais de relation de commensalisme avec l’organisme humain: – Mycobacterium tuberculosis, Shigella sp, Chlamydia trachomatis • Le pathogène occasionnel: Bactérie de portage transitoire ou de la flore commensale qui occasionnellement provoque une infection, le plus souvent en raison d’un facteur favorisant: – Infection à pneumocoque (faisant suite à une infection virale) – Infection à Staphylococcus aureus (staphylocoque « doré ») après effraction cutanée – Infection urinaire à Escherichia coli Lorsque ces bactéries sont présentes chez un individu en dehors de tout processus infectieux on parle de porteur sain Exemple : 30% des individus sont porteurs sains permanents de Staphylococcus aureus 30% des individus sont porteurs sains transitoires de Staphylococcus aureus • Le pathogène opportuniste: bactérie uniquement pathogène chez des individus dont les défenses sont altérées de façon profonde et durable (souvent en milieu hospitalier) • Ces espèces peuvent appartenir à la flore commensale ou être des saprophytes – Staphylococcus epidermidis et infection des prothèses – Pseudomonas aeruginosa et patient intubé – Listeria monocytogenes et grossesse 2.2.2. La pathogénicité • Réponds à des étapes successives – A. Etablir un contact étroit avec l’hôte « Adhésion » – B. « Agresser » l’hôte et éventuellement y entrer « phénomène d’invasion » – C. Persister dans l’hôte: contrecarrer/échapper aux défenses de l’organisme • NB: Certaines bactéries « court-circuitent » les deux premières étapes en utilisant un vecteur: – Borrelia burgdorfori (Mal de Lyme) et la tique – Yersinia pestis (La peste) et la puce A. Etablir un contact étroit avec l’hôte « Adhésion » • Pour arriver au contact, nécessité parfois d’être mobile : • Pour traverser un mucus et entrer en contact d’un épithélium : Helicobacter pylori • Pour lutter contre les flux, ascension des bactéries dans l’arbre urinaire : Escherichia coli et pyélonéphrites • Ces bactéries utilisent les flagelles • Nécessité ensuite d’adhérer : H. pylori • Utilisation d’adhésines reconnaissant spécifiquement un récepteur à la surface d’une C eucaryote (spécificité du site infecté pour certaine bactérie) Figure – Structure et aspect microscopique des Enterobacteriaceae Coloration de Gram Coloration de Leifson ciliature péritriche ribosome ARNm plasmide ADN génomique Flagelle (Antigène H) Pili / fimbriae (adhésines) Capsule {inconstante} (Antigène K) Paroi (+/- Capsule) Lipolysaccharide (LPS) Polysaccharide (Antigène O) Core Lipide A (Endotoxine) Membrane Externe Porine Peptidoglycane β-lactamase PLP Cytoplasme Membrane Plasmique • Nécessité de se nourrir : Il existe une lutte acharnée entre bactérie et les C eucaryotes pour acquérir un métal précieux…: le Fer Le fer libre est quasi inexistant dans l’organisme et est toujours lié à des molécules de transport (transferrine, lactoferrine) ou de réserve (ferritine) Les bactéries présente un arsenal important de systèmes de capture du fer – Récepteur avec forte affinité pour la transferrine et internalisation: méningocoque – Sécrétion de sidérophores: molécules excrétées par la bactérie avec une très forte affinité pour le fer qui « arrachent » le fer aux protéines eucaryotes et réintègre la bactérie après internalisation B. « Agresser », les armes de destruction massive 3 principaux types : • Éléments de la paroi bactérienne et induction d’une réaction inflammatoire • Secrétions d’enzymes effet délétère sur les composantes des tissus (hors cellules) • Toxines protéiques effet délétère sur les cellules (cytotoxines) C. Échapper aux défenses de l’hôte • Capsule: enveloppe polysaccharidique externe – Masque les constituants de la paroi, vis à vis du complément ou des anticorps haute capacité a disséminer dans le sang – Certaines capsules ont de plus • Une capacité à inhiber l’activation du complément • Une ressemblance avec les antigène du soi et donc n’induise pas la synthèse d’anticorps • Pour vivre heureux… Vivons cacher… au sein même de l’ennemi !!! – Capacité de survie intracellulaire (cellule épithéliale, voire cellule phagocytaire) – On distingue • Pathogènes intracellulaires obligatoires – incapable de survivre hors d’une cellule • Pathogènes intracellulaires facultatifs – Capable de survivre dans une cellule et hors de la cellule • Pathogènes intracellulaires obligatoires – Adaptation totale à son hôte et donc dépendance++ – Infect° peu sévère, à bas bruit…ne pas tuer son hôte! – Bactéries types: Chlamydia, Rickettsia • Pathogènes intracellulaires facultatifs – Pour permettre le passage d’une barrière: barrière digestive: Salmonella, Listeria…. – Pour échapper au prédateur: Legionella et amibes permet d’échapper aux phagocytes – Authentique mécanisme de protection et persistance au long cours dans l’organisme: Mycobacterium tuberculosis Exemples de Facteurs de virulence des bactéries pathogènes a) intoxinations : sans colonisation de l'hôte, présence toxine suffit Ex : botulisme Toxine botulique b) Colonisation de l’hôte au niveau de la porte d'entrée : plusieurs types de pouvoir pathogène peuvent s'exprimer : b.1. Le pouvoir pathogène est du à la diffusion d'une toxine à distance de la porte d'entrée • Vibrio cholerae (choléra). Dans ce cas, il y a colonisation de l'intestin et • • • • production de la toxine cholérique qui va être responsable de la perte hydroélectrolytique Escherichia coli entérotoxinogène (diarrhée des voyageurs), même mécanisme que pour le choléra Bordetella pertussis (coqueluche). La muqueuse colonisée est l'arbre trachéobronchique. La production de la toxine va être responsable de la toux et des signes généraux et éventuellement cardio-vasculaires Staphylococcus aureus producteur de TSST (syndrome de choc toxique). Le staphylocoque colonise une muqueuse (vaginale par exemple) et la production de toxine qui diffusera sera responsable du choc. Corynebacterium diphtheriae (agent de la diphtérie). Le pathogène est responsable d'une angine, secondaire à la multiplication bactérienne, mais seules les souches produisant la toxine diphtérique pourront donner le croup ( laryngotrachéo-bronchite) et les signes généraux • Clostridium tetani (Tétanos) spores, produit une neurotoxine La tétanospasmine inhibe la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane plasmique dans le neurone présynaptique qui inhibe les réflexes moteurs, empêchant de ce fait la libération des neuromédiateurs dans l'espace ou la (fente) intersynaptique. Il en résulte une hyperexcitabilité des neurones moteurs et des contractures localisées puis généralisées, permanentes, douloureuses et paroxystiques des muscles squelettiques. b.2. Le pouvoir pathogène résulte d 'une inflammation au niveau de la porte d 'entrée, secondaire à la multiplication bactérienne. • • • • Shigella responsable d'une dysenterie Neisseria gonorrhoeae responsable de la blennorragie Salmonella typhimurium (diarrhée) Abcès cutanés / furoncles dus à une multiplication localisée de Staphylococcus aureus • Angines, sinusites, otites, bronchites le plus souvent dues à des bactéries de la flore commensale du nasopharynx qui deviennent pathogènes (streptocoques, pneumocoques, Haemophilus, anaérobies..). • Infections urinaires, basses le plus souvent, ou encore atteinte du rein dues à Escherichia coli b.3. Le pouvoir pathogène résulte d'une dissémination du microorganisme à partir de la porte d'entrée : On distingue deux types de pathogènes selon que la multiplication bactérienne ait lieu à l'intérieur ou à l'extérieur d 'un compartiment cellulaire → Les bactéries à multiplication intra-cellulaire Le plus souvent le compartiment dans lequel la multiplication prend place sont les macrophages • • • • • Mycobacterium tuberculosis (tuberculose) Salmonella typhi (typhoïde) Listeria monocytogenes (listériose) Brucella (brucellose) Legionella (Maladie des légionnaires) → Les bactéries à multiplication extra-cellulaire Il s 'agit du pouvoir pathogène le plus fréquent. Les bactéries se multiplient dans le secteur extra-cellulaire et sont équipées pour résister à l'activité bactéricide du complément et à la phagocytose par les polynucléaires • • • • • Septicémies (Escherichia coli, Staphylococcus aureus…) Pneumonies (Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae...) Pyélonéphrites (Escherichia coli, Proteus mirabilis..) Méningites (Neisseria meningitidis, Streptococcus pneumoniae) Endocardites (Streptococcus, Enterococcus...) Pour en savoir plus http://www.microbes-edu.org/etudiant/etudiants.html 2.2.3. moyens de lutte • Antibiothérapie = Les ATB Petite histoire de la pénicilline Mode d’action des ATB Résistance aux ATB et BMR • Antiseptiques et désinfectants (voir autre cours) Pour en savoir plus http://www.microbes-edu.org/etudiant/antibio1.html • Substance bactéricide ou bactériostatique Cibles des antibiotiques antibiogramme Antibiotiques : mécanisme d'action et de résistance BMR Bactéries multi résistantes = SARM et EBLSE (SARM : S.aureus résistant à la méticilline (oxacilline) EBLSE : entérobactérie productrice de bétalactamases à spectre étendu) ▫ Accumulation de mécanismes de résistance à plusieurs antibiotiques majeurs, difficultés thérapeutiques ▫ Diffusion en France déjà établie BHRe = Bactéries Hautement Résistantes émergentes = ERG et EPC (EPC : Enterobactéries productrices de carbapenemase , ERG : Enterocoques résistances au glycopeptides) ▫ Commensale du tube digestif ▫ Etape supplémentaire dans la résistance, vers l’impasse thérapeutique ▫ Risque de transfert du mécanisme de résistance (ERG vers S. aureus…) ▫ Diffusion en France sporadique ou épidémique limitée 2.3. les champignons Eucaryotes = possède un vrai noyau • hétérotrophes vis-à-vis du carbone • paroi cellulaire chitineuse (comme celle des Insectes). • reproduction via des spores • appareil végétatif est un thalle Principales mycoses unicellulaire = levures, ex : Candida albicans donnant des candidoses, buccale = muguet ou génitales pluri cellulaire, ex : moisissures Aspergillus ≠Pénicillium (alimentaire) Muguet Aspergillus Pénicillium Aspergillus fumigatus aspergillose pulmonaire, contamination spores dans air Touffe de filaments mycéliens enchevêtrés Mycoses cutanées Antifongiques • • • • locaux ou systémiques imidazolés ou amphotéricine Fongistatique ou fongicide Altére la structure de l’ergostérol ou inhibe sa synthèse. L’ergostérol est un constituant essentiel de la membrane. 2.4. Les parasites Sont considérés comme parasites des êtres vivants qui, pendant une partie ou la totalité de leur existence, vivent aux dépens d'autres organismes appelés hôtes. La majorité sont des Eucaryotes animaux • unicellulaires = Protozoaires (paludisme, toxoplasmose, amibiases) • ou pluricellulaires : Helminthiases (vers) Classification des parasites PROTOZOAIRES : unicellulaires, doués de mouvement • Embranchement des rhizoflagellés - Classe des flagellés : se déplacent par des flagelles • T Trypanosome Giardia Trichomonas - Classe des rhizopodes (ou amibes) : se déplacent grâce à des pseudopodes PROTOZOAIRES : • Embranchement des ciliés : possèdent des cils • Embranchement des sporozoaires Plasmodium METAZOAIRES :pluricellulaires, organisés en tissus (Helminthes ou vers) • Embranchement des Némathelminthes (Vers ronds) – Classe des Nématodes Ascaris • Embranchement des Plathelminthes (vers plats) – Classe des Trématodes douve – Classe des Cestodes Taenia • les parasites du tube digestif • parasites du sang • parasites génitourinaires • Ectoparasites (poux) Traitement spécifique pour chaque parasite, exemple antipaludique = quinine 2.5. Les virus Ni eucaryote ni procaryote, pas cellule car incapable de vivre et de se reproduire sans hôte, dépourvu d’organites et d’enzymes en général. Caractéristiques : • parasite intracellulaire obligatoire. • composé d'une ou plusieurs molécules d'acide nucléique (soit d'ADN, soit d'ARN, simple ou double brin), entourées d'une coque de protéines appelée capside, • parfois enveloppe. Structure des virus Retrouver les légendes correspondantes Capsomère Nucléocapside Capsule Enveloppe Acide nucléique Protéine membranaire Virion Viroses humaines : Le rhume, la grippe, la varicelle, la rougeole, la mononucléose infectieuse, sont des exemples de pathologies humaines relativement courantes d'origine virale. Autres exemples plus nocifs : SIDA et HIV, SRAS , la grippe aviaire, la variole, ou les fièvres hémorragiques causées par le virus Ebola. Antiviraux, ex : interféron étapes des cycles viraux : Attachement, pénétration, décapsidation, Réplication, assemblage , libération dépend nature ac nucléique HCV : ARN (+) donc directement traduit Virus hépatite B à ADN Cas des rétrovirus : transcriptase inverse Ex HIV Bilan Pouvoir pathogène • Stricte ou opportuniste • Dépend – agressivité et virulence – Nombre germes – et moyens défense organisme Bilan sur les infections • Colonisation/contamination • Les différentes phases La chaîne de transmission situation 3 fiche 8 • Les sources de contamination = réservoir humain et aérobiocontamination • Les modes de transmission : direct (mains), indirect (objet, linge), endogène et exogène • Les voies de pénétrations : 5 – Respiratoire : toux, éternuements – Cutanéomuqueuse : mains, ongles, écorchures, baiser, voies urinaires – Entérale : tube digestif – Génitale : IST – Parentérale : gestes invasifs (injections, ponctions) • Les facteurs de sensibilité