STRUCTURE ET POUVOIR PATHOGENE DES BACTERIES

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1 STRUCTURE ET POUVOIR PATHOGENE DES BACTERIES I INTRODUCTION L histoire de la microbiologie a connu différentes étapes : XVIIème à Delf. invention du microscope par Van Leeuwenhock qui décrit des formes de vie microscopiques dans l eau et la salive. Fin XVIIIème : Jenner en Angleterre prévient la variole, maladie strictement humaine en inoculant la vaccine, maladie des bovins. Il pose les bases de la vaccination. Fin XIX : en France et en Allemagne, Pasteur et Koch découvrent les microbes comme causes des maladies transmissibles et posent les bases de la méthode microbiologique : Flemming découvre le premier antibiotique, la pénincilline. Seconde moitié du XXème : l étude et l utilisation des bactéries donne naissance à la biologie moléculaire. Fin XXème, la découverte d êtres proches des bactéries, les archeabactéries thermophiles permet de classer l ensemble des êtres vivants. Les êtres vivants, à l exception des virus, sont constitués de cellules. Mais selon plusieurs caractères présentent dans le tableau I, on distingue les eucaryotes et les procaryotes. Le caractère essentiel de différentiation est l absence de membrane nucléaire chez les procaryotes. Mais d autres caractères viennent compléter cette différentiation. Les bactéries font partie des procaryotes. La biologie moléculaire permet de proposer des classifications phylogéniques, c est-à-dire tenant compte de la filiation des individus. A la suite des travaux de Woese, le monde vivant peut-être séparé en 3 grands groupes présentés sur la figure 1 : les bactéries les archeabactéries les eucaryotes. II STRUCTURE BACTERIENNE Les bactéries se caractérisent par leur petite taille (0,1 à 2µ de diamètre et 0,5 à 5µ de long). Elles présentent différentes formes (figure 2) :sphériques, cocci plus ou moins allongés, bacilles ou hélicoïdales. Cette forme, caractéristique de l espèce bactérienne est génétiquement déterminée. Elle est donnée par une des enveloppes : la paroi bactérienne. La figure 3 représente l anatomie schématique d une bactérie. Elle montre l existence d enveloppes constantes comme la paroi et la membrane cytoplasmique ou inconstantes comme la capsule, de structures externes (flagelles et pili), de structures internes : appareil nucléaire. 1 La capsule bactérienne : La première couche de la bactérie est inconstante. Certaines bactéries secrètent des polymères organiques qui constituent une couche externe par rapport à la paroi : c est la capsule. Si son épaisseur est faible : 0,2 µ, on l appelle microcapsule. La capsule est mise en évidence par la méthode à l encre de Chine qui la fait apparaître en négatif (figure 4). 1

2 Dans la plupart des cas, la capsule est de nature polysaccharidique comme chez les pneumocoques et chez Klebsiella pneumoniae. Plus rarement, c est un polypeptide comme chez Bacillus anthracis. La capsule ne semble pas avoir un rôle physiologique important. La faculté de produire une capsule peut ainsi, être perdue par mutation, ce qui ne perturbe pas la multiplication cellulaire. Par contre, son rôle dans la virulence est important. Chez les bactéries pathogènes capsulées, la présence de la capsule conditionne cette virulence. Elle rend la bactérie moins sensible à la phagocytose par les polynucléaires et les macrophages. Enfin, ses constituants sont antigéniques et permettent de déterminer des types antigéniques. Ainsi, chez les pneumocoques, la variation des séquences des oses et des acides uroniques permet de distinguer une centaine de types antigéniques différents dont le classement est d intérêt épidémiologique. Il existe également d autres structures externes : les couches S : polypeptides de structure cristalline ; Les glycocalyx qui sont des réseaux de polysaccharides et de protéines communs à plusieurs cellules et facilitant la constitution de microcolonies. 2 La paroi bactérienne a) Structure générale La paroi est l enveloppe externe de la cellule bactérienne. Son rôle consiste à protéger les bactéries contre les agents extérieurs et à maintenir une pression intracellulaire très élevée (10 à 20 atmosphères). La paroi résiste à cette pression grâce à sa rigidité et à sa résistance physique qui sont dues à une substance complexe : le peptidoglycane. Le peptidoglycane (ou mucopeptide ou muréine) est un polymère composé de chaînes linéaires de D-glucosamine N-acétyl et d acide N-Acétylmuramique (figure5) reliés par des liaisons osidiques. Ces chaînes sont reliées entre elles par de courtes chaînes peptidiques dont la composition varie d une espèce à l autre. Elles contiennent chacune de la L-alamine, de la D-alamine, de l acide D- glutamique et de l acide méso diaminopimélique (figure 6). C est une structure complexe possédant deux caractéristiques : une structure en réseau qui confère à la bactérie sa rigidité et sa résistance mécanique. la présence d acide N-acétyl muramique spécifique des bactéries. On peut distinguer deux groupes principaux de bactéries en se basant sur l organisation du peptidoglycane de la paroi. Les bactéries à Gram positif et les bactéries à Gram négatif. Les bactéries à Gram positif restent colorées par le colorant de Gram après passage dans un solvant organique alors que les bactéries à Gram négatif se décolorent. C est la présence de lipides dans la paroi des Gram négatifs qui, en se dissolvant, rendent la paroi poreuse et provoque la décoloration du cytoplasme. b) Les bactéries à Gram positif Leur paroi est homogène et épaisse (200 à 300 Å). Elle est composée de peptidoglycane associé à des carbohydrates dont le plus commun est l acide téchoïque, qui assurent la fixation de la membrane cytoplasmique. Dans certaines espèces, la paroi peut être recouverte d une couche de protéine qui forme un réseau régulier à la surface de la cellule bactérienne. Les récepteurs des bactériophages sont localisés sur le peptidoglycane, sur l acide téchoïque ou sur la protéine. c) Les bactéries à Gram négatif La paroie est plus fine (10 nm) et plus complexe. Elle est formée d une membrane externe, puis d une couche de peptidoglycane. 2

3 1 La membrane externe C est une structure hautement spécialisée qui sert d interface entre la cellule et son environnement. Elle contrôle le passage des substances solubles et externes vers la membrane cytoplasmique. C est aussi une barrière contre des agents externes comme les antibiotiques, les détergents, les produits chimiques. C est à son niveau que se trouvent les sites récepteurs aux bactériophages. La figure 7 représente une coupe schématique de la membrane externe. Plusieurs éléments sont à considérer : 1) Le lipopolysaccharide (LPS) est une molécule complexe (figure 8) amphophile a son extrémité sucrée et hydrophobe à son extrémité lipidique. Elle possède une région hydrophobe : le lipide A. enfoui dans la membrane externe. Lié au lipide A, il existe une partie centrale, le core polysaccharidique, constant. Enfin, une partie terminale variable d une souche à l autre constituée d un nombre variable d unités polysaccharidiques. Elle constitue l antigène somatique «O» des bacilles à Gram négatif. Les protéines La membrane externe comporte également, enchâssées dans la matrice lipidique, des protéines notées en abrégé O.M.P. (outer membran proteins). Certaines de ces protéines sont organisées en triplets et délimitent des pores permettant le passage non spécifique de petites molécules hydrophiles : on les appelle des porines. D autres protéines n ont pas le rôle de porine. La protéine OMPA de E. coli sert de récepteur à différents bactériophages. Les porines jouent un rôle dans le passage des antibiotiques et notamment des β- lactamines à travers la paroi et donc dans les phénomènes de résistance naturelle ou acquise à ces antibiotiques. 2) L espace périplasmique. Chez les bactéries à Gram négatif, il existe un espace situé entre la membrane cytoplasmique et la membrane externe : l espace périplasmique. A ce niveau, se situent des enzymes et en particulier des β-lactamases qui hydrolysent les β-lactamines passées à travers le système des porines. La cible des β-lactamines sont : les PLP (protéine de liaison aux pénicillines). Elles sont situées à la surface de la membrane cytoplasmique. Par mutation, les PLP peuvent voir diminuer leur affinité pour les β-lactamines, ce qui entraîne une résistance de la bactérie à ces antibiotiques. 3 - les flagelles Les flagelles sont les organes de locomotion des bactéries. Leur nombre varie de 1 à 30 selon les espèces. Ils peuvent être, fixés sur toute la surface de la bactérie (ciliature péritriche) ou rassemblés à un de ses pôles (ciliature polaire) ; celle-ci pouvant être monotriche (un seul flagelle) ou lophotriche. Ils sont formés d un filament de 15 à 20 µm et de 20 nm de diamètre. Celui-ci présente des ondulations régulières dont la longueur d onde est rigoureusement fixe pour une espèce donnée. Ce filament est constitué par une protéine : la flagelline, qui se décompose en sous-unité de PM Ces sous-unités sont disposées de façon hélicoïdale autour d un centre creux et se rassemblent par polynérisation. Le flagelle est fixé à la bactérie au niveau d un corps basal pariétal qui est en relation avec les structures membranaires et ou siègent les phénomènes énergétiques impliqués dans leur mouvement. 3

4 Le mouvement du flagelle qui engendre le déplacement de la bactérie dans une direction donnée est produit par le corps basal. 4 - les pili ou fimbriae Les pili ne sont pas des organes de locomotion. Ils sont plus fins, rigides et cassants. Ils ne sont observés que chez les bactéries à Gram négatif. Ils sont composés d une seule protéine. Il existe plusieurs types de pili : les pili communs ou fimbriale les pili sexuels qui participent aux transfert de matériel génétique. a) les pili communs ont une longueur de 0,3 à 1 µ. Ils sont rigides, nombreux, plus de 1000 par cellule. Leur structure est génétiquement contrôlée, et la possession de pili peut être perdue par mutation. Ils ne peuvent être vus qu en microscopie électronique, mais leur présence peut être, déduite des propriétés hemmaglutinantes des suspensions bactériennes. Ces pili sont faits d une protéine antégénique, la piline. Ils sont responsables et de l adhésion des bactéries aux cellules épithéliales et en particulier aux cellules épithéliales vésicales ou ils constituent un facteur de virulence des germes responsables d infection urinaire. b) les pili sexuels Ils mesurent jusqu à 20 microns et sont terminés par une sorte de bouton. Il y a 1 à 10 pili sexuels par cellule. Ils n existent que sur les bactéries mâles F + ou Hfr. Ils jouent un rôle dans les phénomènes sexuels : comme la conjugaison ou le pili sert de système d arrimage des bactéries F+ et F- pendant qu a lieu en un autre point, le transfert de l ADN de la cellule mâle F+ à la cellule femelle F-. 5 La membrane cytoplasmique La membrane cytoplasmique limite le cytoplasme de la bactérie. Elle présente, sur coupe ultrafine au microscope électronique, l aspect typique de toutes les membranes : deux feuillets denses limitant un feuillet interne transparent, le tout mesurant 8 nm. Elle est composée de 30 à 40 % de lipides et 60 à 70% de protéines. Elle présente une grande similitude avec les membranes des cellules eucaryotes. Toutefois, des particules trans-membranaires protéiques sont plus abondantes que chez les eucaryotes. Elles correspondent aux nombreuses enzymes associées à la membrane. La membrane cytoplasmique contient les enzymes respiratoires et celles impliquées dans la synthèse du peptidoglycane. C est d autre part, une barrière semi-perméable à travers laquelle les métabolites ne pénètrent qu à l aide de perméases. Ce système de transport actif permet à la bactérie de concentrer des substances dans son cytoplasme jusqu à 500 fois en concentration du milieu externe ou d empêcher la pénétration de substances indésirables. 6 Le cytoplasme Le cytoplasme se caractérise par une très forte densité et par la rareté ou même l absence d organelles. Il est pourvu de très nombreux ribosomes, particulièrement chez les bactéries en croissance exponentielle. 4

5 Certaines bactéries accumulent au cours de leur croissance des produits de réserve comme le glycogène et le β-hydroxybutyrate. Ces dépôts correspondent à des granules en contact direct avec le cytoplasme. La spore bactérienne. La plupart des bactéries se multiplient exponentiellement tant que la nourriture est à leur disposition et entrent en phase stationnaire quand les ressources sont épuisées, puis elles se lysent et meurent. Mais quelques espèces sont capables de se différencier en une cellule plus résistante : c est la sporulation. La sporulation existe chez des bactéries à Gram positif : Bacillus et Clostridium. Elle aboutit à la formation de spores qui se caractérisent par des propriétés de grande résistance aux agents physiques (chaleur, sécheresse) et chimiques (acides, solvants). Cette résistance lui est conférée par une enveloppe externe, le cortex. Germination de la spore Lorsqu elle est remise dans des conditions favorables, la spore va germer (élévation de la température du milieu de culture à 60 ou 80, agitation mécanique, apport en acides aminés). La spore perd sa refringence, le cytoplasme se réhydrate, l appareil nucléaire reprend sa position centrale. 7 Le noyau bactérien A) Structure générale Le noyau bactérien ne comporte pas de membrane nucléaire. En microscopie électronique, il apparaît sous forme de fins filaments. C est une seule molécule d ADN de forme circulaire, de 10 6 paires de bases (3 x 10 9 dalton) qui mesure 1,2 mm chez E. coli. Cette molécule est pelotonnée à l intérieur du cytoplasme, sous la forme de superstructures en boucles dont les pieds sont fixés sur une barre d ARN et de protéines (figure 9). Il existe une grande proximité entre la molécule d ADN et les polysomes composés d ARN messagers et de ribosomes. La synthèse de l ARN se situe donc dans le cytoplasme en bordure des zones nucléaires. Au cours de la multiplication bactérienne, chaque chromosome se scinde en deux parties égales. Il existe une liaison entre l ADN et la membrane cytoplasmique. La séparation des chromosomes frères serait assurée par la croissance de la membrane localisée préférentiellement dans le plan d attachement du chromosome. Cette croissance membranaire repousserait de chaque côté les deux chromosomes tandis que la division cellulaire s amorcerait au centre de cette zone. B Structure de l ADN La molécule d ADN est composée de l union de deux brins enroulés en hélice droite (figure 10), constitués chacun par une longue chaîne polydésoxy-ribonucléotidique où les unités de base, les nucléotides sont formés par l union d une base avec le désoxyribose 5 phosphate. Ces nucléotides sont accrochés les uns aux autres par des liaisons 5 3 phosphodiester. Les molécules de désoxyribose portent chacune une base greffée par une liaison entre un azote et le carbone C1 du sucre (figure 11). - l Adénine (A) et la Guanine (G) sont des bases puriques, - la Cytosine (C) et la thymine (T) sont des bases pyrimidiques. L association d une base et d un sucre est un nucléoside. 5

6 Les 2 chaînes de l ADN s associent entre elles au niveau de leurs bases. Ces associations ne peuvent se faire qu entre adénine et thymine ou entre guanine et cytosine. Les couples A et T d une part, et G et C d autres part, sont complémentaires. Cette association résulte de liaisons hydrogènes contractées entre les bases. Elles sont au nombre de trois entre guanine et cytosine et au nombre de deux entre adénine et thymine (figure 12). La structure globale de la molécule d ADN est celle d une double hélice droite. Il y a dix paires de bases par tour d hélice et le pas de l hélice est de 34 Å. Chaque brin de la double hélice possède une extrémité 5 phosphate et, à l autre bout, une extrémité 3 hydroxyde libre constituant ainsi une séquence orientée définie par l enchaînement des nucléotides. Les orientations des deux brins de la double hélice sont opposées : les deux brins sont dits antiparallèles. Chaque brin est ainsi constitué d une séquence de bases différentes et donc d une information différente de celle de son partenaire. Les deux brins sont reliés par une relation de complémentarité (G C) (T A). Cette relation explique la cohésion de la structure. Les brins étant maintenus entre eux par des liaisons faibles, leur séparation peut être obtenue aisément in vitro par chauffage ou par traitement par la soude. Cette séparation correspond à la fusion ou dénaturation de l ADN. Cette réaction est réversible et la ré-association correspond à la maturation ou hybridation. C La réplication de l ADN Chaque chromosome bactérien est un réplicon, c est-à-dire qu il dispose de tous les éléments nécessaires pour assurer sa propre réplication. Celle-ci se fait selon le schéma semi-conservateur dans lequel chaque molécule - fille d ADN comporte un brin provenant de la molécule - mère et un brin nouvellement synthétisé. L élaboration de chaque nouveau brin se fait spécifiquement en fonction de la complémentarité obligatoire des bases. Il se constitue deux molécules identiques entre elles et identiques à la molécule qui a servi de modèle. La molécule d ADN est dupliquée soit à partir d un seul point qui se déplace sur toute la longueur de la double chaîne : c est le modèle unidirectionnel de réplication ou à partir de deux points ou fourches de réplication, c est le modèle bidirectionnel de réplication (figure 13). Dans ce dernier modèle, les deux chaînes d ADN parentales se répliquent simultanément jusqu à ce que les deux points de croissance se rencontrent. C est ce modèle qui est le plus fréquemment rencontré, le modèle unidirectionnel étant souvent retrouvé lors de la réplication de l ADN plasmidique. Le site où apparaît la fourche de réplication est le site d initiation et la zone d ADN correspondante est appelée réplicateur ou locus Ori. Ce site correspond à l endroit où le chromosome est relié à la membrane cytoplasmique. Pour que la réplication puisse commencer, il faut un signal de démarrage qui est fourni par une protéine spécifique appelée initiateur. Un complexe protéique permet d ouvrir les deux chaînes et de les maintenir ouvertes au niveau du site de réplication : c est le préprimosone (figure 14). Puis une ARN polymérase (ou primase) (Dna A DNA G) se fixe sur ce complexe et permet la synthèse d une amorce d ARN. Celle-ci est indispensable à l action de l ADN polymérase. Pour que celle-ci agisse, il faut que l hélice d ADN soit désenroulée ; ceci est assuré par des hélicases qui assurent la rupture des liaisons hydrogènes et par des topo-isomérases (ou gyrases) qui assurent la coupure du brin d ADN pendant un temps très bref et le désenroulement du brin. Puis la seconde étape est la réplication de l ADN, à partir de l amorce d ARN. Au complexe primosome-hélicases va s adjoindre l ADN polymérase, ce qui forme le réplisome. La synthèse du segment complémentaire va pouvoir débuter. 6

7 La synthèse se poursuit tout au long du brin d ADN qui sert de matrice par l action de l ADN polymérase III. La synthèse s effectuant de 5 en 3, elle se fait en continu au niveau du brin 3 5 appelée brin leader. Pour l autre brin 5 3, la synthèse se fait en discontinu. Un fragment d Okazaki est formé, puis à 2kb, la RNA polymérase refait une amorce et un nouveau fragment est synthétisé. Une autre enzyme, l ADN polymérase I, est capable de retirer l amorce d ARN et de la remplacer par un fragment d ADN. 8 Les ribosomes et la synthèse protéique Une cellule de E. coli peut contenir jusqu à ribosomes. Le ribosome est un organite de 20 à 30 nm, il possède une constante de sédimentation de 70 S. Il peut être dissocié de façon réversible en deux sous-unités de 50 S et 30 S. En fait, à côté des formes libres à 70 S, il existe des polysomes attachés à un ARN messager (ARNm). Les ribosomes sont constitués de sous-unités : comportant 2/3 d ARN et 1/3 de protéine. La sous-unité 30 S comporte une molécule d ARNr 16 S et 21 polypeptides et la sous-unité 50 S une molécule d ARNr 23 S et une molécule d ARNr 5 S et 31 polypeptides. En microscopie électronique, le ribosome 70 S présente un sillon profond entre les sous-unités. Les gênes codant pour l ARN ribosomique (ARNr) sont présents en plusieurs copies sur le génôme. Les gênes codant pour les trois types d ARNr 5 S, 16 S et 23 S sont réunis dans un même opéron. Celui-ci est à l origine d un seul précurseur qui sera ensuite clivé par des nucléases spécifiques. La synthèse des protéines s effectue en plusieurs étapes. L information contenue dans l ADN génomique va être, transcrite en ARN correspondant grâce à une ARN polymérase. C est l ARN messager. Puis la traduction du message va se faire au niveau des ribosomes grâce à un intermédiaire entre les bases nucléotidiques et les aminoacides : l ARN de transfert. Pour traduire le message, la cellule utilise une séquence de trois bases nucléotidiques : le codon pour identifier un aminoacide. A partir, des quatres bases nucléotidiques, il est possible d établir 64 codons différents dont 61 sont utilisés pour identifier les 20 aminoacides. La cellule dispose donc de 2 ou 3 codons par aminoacide. Le code est dégénéré. 7

8 III POUVOIR PATHOGENE 1 Différents types de la relation hôte bactérie 2 Pouvoir pathogène et virulence A Mesure de la virulence B Facteurs de virulence 1 Liés à la bactérie 2 Liés à l hôte 3 Liés à l environnement 3 Mécanismes du pouvoir pathogène : A Facteurs de colonisation et d établissement microbien 1 Adhérence aux muqueuses et établissement extracellulaire 2 Invasion et établissement intracellulaire 3 Autres facteurs B les facteurs d agression bactérienne 1 Les exotoxines 2 Les endotoxines 3 Les composés bactériens qui induisent une réponse auto immune 4 Les enzymes hydrolytiques C Les Facteurs d échappement aux défenses naturelles 8

9 III POUVOIR PATHOGENE DES BACTERIES 1 Différents types de la relation hôte bactérie La plupart des bactéries mènent une vie indépendante d un autre organisme vivant. Elles sont appelées des saprophytes. Elles vivent dans l environnement ou elles assurent la destruction des déchets organisques. D autres bactéries sont des parasites car elles vont trouver les conditions nécessaires à leur croissance à la surface ou à l intérieur d un autre organisme vivant. Diverses relations biologiques peuvent s établir entre le parasite et son hôte : - La symbiose est le mode de relation au cours duquel parasite et hôte profitent tous deux de leur association. - Le commensalisme est un second type de relation hôte - bactérie ou l hôte et le parasite vivent en association étroite et constante sans bénéfice, ni désavantage. Les flores adaptées à l homme sont appelées commensales. - Le parasitisme : le parasite tire un bénéfice substantiel de l hôte qui, lui n en tire aucun. Les parasites facultatifs sont des bactéries qui peuvent vivre en dehors de l hôte. - Les parasites obligatoires sont incapables de se multiplier dans des conditions naturelles en dehors de leur hôte. Les parasites pathogènes sont des parasites qui possèdent vis-à-vis de leur hôte un pouvoir agressif et qui provoquent chez ce dernier une série de trouble. L hôte va alors opposer à cette agression divers mécanismes de défense ou immunité. La maladie infectieuse est la résultante entre le pouvoir agressif du germe pathogène et les divers mécanismes que l hôte va opposer à cette agression. On distingue un pathogène spécifique qui provoque une maladie bien caractéristique (M. tuberculosis et tuberculose) et un pathogène opportuniste qui n est virulent que si l hôte est immunodéprimé. 2 Pouvoir pathogène et virulence Pour qu une bactérie soit pathogène, il faut : - Qu elle parvienne à s implanter chez l hôte quels que soient les moyens de défense que celui-ci lui oppose - Qu elle crée chez cet hôte des troubles morbides. La virulence est l aptitude qu a un mircro-organisme de se développer dans les tissus de l hôte et de produire des troubles morbides. Elle est fonction de la bactérie et de l hôte. A Mesure de la virulence Elle tient compte de la dose inoculée et du temps de survie de l animal réactif dans des models d infection expérimentale. On définit la dose minimale mortelle DMM qui infecte ou entraîne la mort de tous les animaux. La dose lethale DL50 qui infecte où entraîne la mort de 50% des animaux inoculés figure 1. B Facteurs de virulence 1 Facteurs liés à la bactérie 9

10 Pour une bactérie donnée, la virulence n est pas définitivement fixée et présente des variations. l atténuation de la virulence Elle peut être spontanée comme dans la conservation au laboratoire. Cette atténuation peut-être également obtenue par différents procédés : le vieillessement, la chaleur, la dessication lente, les repicages fréquents : ainsi Calmette et Guérin transforment un bacille tuberculeux virulent en un germe définitivement avirulent par repicages multiples. l exaltation de la virulence Pour augmenter la virulence il faut effectuer des passages répétés de la bactérie sur un animal réactif : ex. streptocoque de lapin à lapin. Un phénomène voisin peut être observé chez l homme au cours de certaines épidémies : les premiers cas sont benins, mais l infection devient redoutable en fin d épidémie après avoir été transmise entre patients un grand nombre de fois. 2 Facteurs liés à l hôte La virulence d une espèce bactérienne est différente d une espèce d hôte à l autre. Il existe des espèces réfractaires comme la poule vis-à-vis du charbon d autre au contraire, sont très sensibles comme la souris au pneumocoque ou le cobaye au bacille tuberculeux. Dans une espèce donnée, tous les individus ne présentent pas la même réactivité : le jeune âge, les tares viscérales, l état de malnutrition, l effort musculaire et la fatigue sont des facteurs qui prédisposent aux infections. Cette notion de terrain est prépondérante dans la pathologie nouvellement crée en milieu hospitalier : état général déficient, malades sévères (cancers hémopathies malignes), intervention chirurgicale majeurs (greffes), immunodépresseurs, maladies infectieuses immunodépressive (SIDA). 3 Facteurs liés à l environnement Le froid est un facteur capital qui joue un rôle déclenchant dans les infections à «frigore» de l arbre respiratoire. Ainsi, si on désire reproduire une pneumonie à pneumocoque chez la souris, le refroidissement consécutif a une anesthésie par l ether est un préalable nécessaire à ce type d infection. 3 Mécanismes du pouvoir pathogène Schématiquement, le pouvoir pathogène est dû à 2 raisons majeures : - La multiplication bactérienne à l intérieur des tissus de l hôte, c est le pouvoir invasif, - La production par la bactérie de toxines dangereuses pour l hôte. On va distinguer également : A Des facteurs de colonisation et d établissement microbien 1 Adhérence aux muqueuses et établissement extracellulaire. Les organismes pathogènes ont des systèmes d attachement. Les plus fréquents fonctionnent grâce à des protéines de surfaces, les adhésines qui reconnaissent au niveau des muqueuses colonisées des récepteurs spécifiques. On distingue : des adhésines fimbriales ou pili communs (voir structure). Des protéines (adhésines) sont intercallées dans la structure ou l extrémité du pili et assurent la fixation spécifique de la 10

11 bactérie sur certains récepteurs cellulaires. Ceci explique la spécificité de tissus de certains organismes pathogènes. - Des adhésines non fimbriales : adhésines d enveloppe non inclusent dans une structure piliée. - Le glycocalyx structure de surface polyosidique et protéique en réseau qui reconnaît des structures analogues complémentaires à la surface des cellules. - Les biofilms : ensemble de cellules bactériennes appartenant à des espèces différentes et colonisant une surface vivante ou inerte : exemple de la plaque dentaire qui colonise l émail dentaire. 2 Invasion et établissement intracellulaire Après la fixation à une muqueuse, certaines bactéries peuvent entrer dans la cellule par internalisation. En général, la bactérie provoque son internalisation en adressant un message à la cellule cible, qui engage une phagocytose active. Des protéines de membrane (invasines) provoquent au point de contact un remaniement du cytosquelette qui aboutit à la formation de pseudopodes qui englobent la bactérie. Après leur internalisation, les Listeria et les Shigella s échappent du phagolyposome. Cet échappement est médié par une lysine qui détruit les membranes phagosomiales. Dans le cytoplasme, la bactérie se multiplie à l abri de défenses naturelles et de nombreux antibiotiques. Elle utilise l actine pour se déplacer et passer d une cellule à l autre. 3 Autres facteurs - Mobilité : qui augmente la probabilité de contact cellule/bactérie. Les bactéries adaptées au mucus qui colonisent les surfaces muqueuses sont souvent spiralées et mobiles dans les milieux visqueux. - L acquisition du fer Facteur de croissance essentiel pour la synthèse de co-enzyme d oxydo-réduction, le fer est en quantité faible dans l environnement. Pour le capter, la bactérie élabore des molécules de sidérophores qui le captent et entrent en compétition avec les transporteurs de fer de l organisme de l hôte. B Les facteurs d agression bactérienne Ils provoquent directement des effets délétères sur les tissus de l hôte. On distingue : 1 Les exotoxines Ce sont des protéines thermolabiles, qui sont relarguées dans ce milieu extérieur pendant la croissance bactérienne. On distingue 2 types principaux : - Les A B toxines Ex. toxine cholérique, l entérotoxine de E. coli, les toxines diphtériques, tétaniques. Elles sont formées de 2 types de sous unités protéiques A et B. La sous-unité B est la partie qui assure la fixation de la molécule de toxine sur un récepteur de la membrane cellulaire. La sous-unité A est la partie biologiquement active. Elle pénètre dans la cellule et clive le radical ADP ribosyl d un NAD qu elle fixe sur une protéine cellulaire. Dans la diphtérie, la protéine ainsi ribosylée est un facteur d élongation jouant un rôle dans la synthèse protéique et dont l inhibition entraîne un arrêt de synthèse et une nécrose cellulaire. - Les toxines cytolytiques 11

12 Elles lysent les membranes cellulaires ou phagosomiales. Les hémolysines s insèrent dans les membranes des hématies et provoquent une lyse osmotique de la cellule et une hémolyse (ex. streptolysine). Les phospholipases clivent l extrémité hydrophile des phospholipides de membrane et désorganisent la structure membranaire. 2 Les endotoxines C est essentiellement le LPS libéré par la lyse bactérienne au cours de l infection et qui diffuse dans l organisme. Elles sont inflammatogènes, pyrogènes et vasculotropes. La libération de LPS est responsable de la fièvre et de syndrômes de choc septique qui surviennent au décours des septicémies à bactérie à Gram négatif. Ils se caractérisent par des anomalies circulatoires, des troubles dans la coagulation, responsables d hémorragie et de l activation du complément. 3 Composés bactériens qui induisent une réponse auto-immune Certaines composées bactériens ont des épitopes communs avec les cellules de l hôte. Les anticorps qu ils induisent reconnaissent également les antigènes de l hôte. Ces anticorps provoquent des lésions des tissus concernés par l intermédiaire d effectueurs comme le complément. C est le cas d antigènes streptococciques responsables des complications post-streptococciques (RAA, cardite). 4 Enzymes hydrolytiques : Ce sont des enzymes comme les DNases, les hyaluronidases, les protéases qui vont désorganiser les tissus et aider à la diffusion locale des bactéries. Des bactéries ont des composés de surface qui miment certains antigènes de l hôte, entraînant une tolérance vis-à-vis du système immunitaire. Certaines s enroulent de protéines de l hôte trompant ainsi les éléments de reconnaissance des antigènes n appartenant pas à l hôte. C Les facteurs d échappement aux défenses naturelles On va distinguer : - L échappement à la phagocytose et au complément Les capsules et protéines de surface Elles s opposent aux premiers stades de la phagocytose (adhésion des bactéries sur les phagocytes). Des protéines de surfaces inhibent la fixation et l activation du complément. D autres facteurs inhibent le chimiotactisme des phagocytes, d autres sont des toxines qui lysent les phagocytes (leucocidines des staphylocoques). - Survivance à la phagocytose, Certaines bactéries s échappent du phagosome après avoir été internalisées (Listeria). D autres inhibent la fusion phago-lysosomiale (Mycobactéries). D autres inhibent les réactions métaboliques du «burst oxydatif» ce qui empêche la libération des dérivés activés de l hydrogène (catalase, superoxyde dismutase) qui dans le phago-lysosome assurent la destruction des bactéries phagocytées. - Echappement à la réponse anticorps. Certaines bactéries peuvent faire varier la spécificité de leurs antigènes de surface (variations antigéniques) ce qui rend la réponse anticorps inadaptée. 12

13 Une nouvelle réponse se met en place, elle est adaptée aux nouveaux antigènes, mais l élimination des bactéries s en trouve différée. Ce phénomène est décrit chez les Neisseria et les Salmonella. Des bactéries ont des composés de surface qui miment certains antigènes de l hôte, entraînant une tolérance vis - à - vis du système immunitaire. Certaines s enrobent de protéines de l hôte trompant ainsi les éléments de reconnaissance des antigènes n appartenant pas à l hôte. Certaines sont capables de détruire, par l action de protéases, les IgA protectrices des muqueuses. 13