Des microbes et des hommes : une guerre sans fin? Bernard Vray 19 septembre 2011

Transcription

1 Des microbes et des hommes : une guerre sans fin? Bernard Vray 19 septembre

2 Plan de l exposé 1. Introduction 2. Aux origines du vivant 3. Infections et effets pathogènes 4. Les mécanismes de défense ou l immunité anti-infectieuse 5. Les stratagèmes des microbes 6. Que faire? 7. Résumé et conclusion 2

3 1. Introduction 3

4 Qui n a jamais contracté : Une grippe? Une diarrhée? Une poussée de fièvre? Un mal de gorge? Qui n a pas été vacciné? Qui n a pas absorbé des antibiotiques? 4

5 Quelques définitions Microbes, germes, microorganismes, pathogènes, agents infectieux: organismes microscopiques (bactéries) ou inframicroscopiques (virus). Infection : invasion microbienne déclenchant une maladie. Parasite: organisme qui vit aux dépens d un autre organisme de façon temporaire ou permanente. Microscopique ou non (vers) Parasitose : maladie due à un parasite 5

6 Les «envahisseurs» sont parmi nous! Nous avons toutes et tous été un jour ou l autre confronté à une infection. D autant plus que, sans nous en douter, nous (sur) vivons dans un monde peuplé de microbes en tout genre. Notre environnement n est pas stérile! 6

7 Chez l homme, on a calculé que : 10 milliards de bactéries colonisent la bouche milliards de bactéries colonisent notre peau milliards de bactéries vivent dans notre intestin The Normal Bacterial Flora of Humans 2011 Kenneth Todar, PhD 7

8 Ancienneté des maladies infectieuses En 2010, l analyse de l ADN du célèbre pharaon Toutankhamon (XVIII ème dynastie, mort en av. J.- C), révèle qu il souffrait de paludisme (malaria). Z. Hawass et al, Ancestry and pathology in king Tutankhamum s family. JAMA, (7):

9 Les épidémies : fléaux de l humanité La peste (Yersinia pestis) Le choléra (Vibrio cholerae) Les fièvres typhoïdes (Salmonella sp) Le SIDA (Syndrome de l Immuno-Déficience Acquise, virus de l immunodéficience humaine, VIH) Le paludisme (ou malaria) Etc J. Ruffié, J.C. Sournia. Les épidémies dans l histoire de l homme. Flammarion, J.-P. Derenne, F. Bricaire. Pandémie, la grande menace. Fayard

10 L ère pastorienne D abord empirique, la lutte de l homme contre les infections fait un bond prodigieux au XIX ème siècle grâce aux travaux de Louis Pasteur ( ) qui réfuta notamment la théorie de la génération spontanée 10

11 Pasteur lutte efficacement contre de nombreuses maladies Notamment la rage (un virus) et vaccine avec succès le jeune Joseph Meister. 11

12 Pasteur jette les bases de la microbiologie et de l immunologie Il ouvre aussi la voie à d autres chercheurs: Emile Roux (sérum antidiphtérique) Elie Metchnikoff (la phagocytose) Joseph Lister (antiseptiques) Alexandre Yersin (bacille de la peste) 12

13 Pourquoi toutes ces infections? 13

14 2. Aux origines du vivant 14

15 L émergence de la vie sur terre a eu lieu il y a 3,8 milliards d années! avec, comme point de départ, LUCA ou Last Universal Common Ancestor ou dernier ancêtre commun universel. L ADN et le code génétique sont communs à tous les organismes vivants (virus, bactéries, végétaux, animaux ) L évolution des êtres vivants peut être représentée comme un buisson poussant dans toutes les directions Espèces d'espèces, D. van Waerebeke V. Gaullier. C. de Duve, Génétique du péché originel Odile Jacobs. 15

16 Le monde du vivant: Les procaryotes (archébactéries et les eubactéries) et les eucaryotes LUCA Homo sapiens 16

17 Les êtres vivants Virus (matériel génétique ADN ou ARN) Procaryotes (matériel génétique ADN, libre dans la cellule. Pas de noyau, division binaire) o Archébactéries (milieux extrêmes, geysers ) o Eubactéries Elles sont utiles ou non pathogènes. Mais d entre elles auraient un rôle pathogène. Eucaryotes (le matériel génétique est localisé dans un noyau, mitose, méiose) o Protozoaires (unicellulaires) o Métazoaires (pluricellulaires, végétaux et animaux dont l homme ) o Champignons (règne des Fungi). Woese C, Fox G (1977) PNAS 74(11)5088. C. Susanne. Science et religion : guerre ou paix. Mémogrames

18 C est quoi un virus? Agent infectieux de très petite taille (microscope électronique) ADN ou ARN dans une nucléocapside Apparu très tôt dans l évolution de la vie Il ne peut se reproduire qu au sein d une cellule vivante, végétale ou animale ou dans une bactérie 18

19 Exemples de virus Les virus grippaux : grippe saisonnière, aviaire, A(H1N1) VIH (virus de l immunodéficience humaine, agent du SIDA (syndrome de l immunodéficience acquise, décrit en 1981) Rougeole (400 cas détectés en juin 2011 en Belgique ), poliomyélite, rubéole.. Variole (éradiquée) Phages ou bactériophages (virus de bactéries) 19

20 Structure du virus VIH Virus à ARN (rétrovirus) Taille +/- 100 nanomètres (nm) (1 nm = 1 millionième de mm) 20

21 CYCLE VIRAL Mireille Guyader, Chargée de Recherches Inserm 21

22 C est quoi une bactérie? Microorganisme mesurant de 0,1 à 10 micromètre (µm). Microscope optique (1 µm = 1 millième de mm) ribosome cytoplasme Membrane plasmique paroi capsule mésosome chromosome L ADN (chromosome) n est pas isolé au sein d un noyau (procaryote) 22

23 Reproduction par division binaire. Une cellule bactérienne se divise en deux et engendre deux cellules bactériennesfilles Multiplication très rapide : quelques dizaines de minutes. Les bactéries constituent la plus grande partie du monde vivant Cellule fille Cellule mère Cellule fille 23

24 Deux groupes importants de bactéries selon la structure de leur paroi et identifiables grâce à la coloration de Gram. Les bactéries Gram+ et les bactéries Gram- 24

25 Paroi des bactéries Gram positif Paroi (riche en peptidoglycanes) Membrane plasmique 25

26 Paroi des bactéries Gram négatif Lipopolysaccharide (LPS) Paroi Espace périplasmique Membrane plasmique 26

27 Coloration de Gram 1. Coloration par le violet de gentiane 2. Mordançage (fixation) au lugol 3. Décoloration à l alcool 4. Recoloration à la safranine Les bactéries G+ sont colorées en violet puis en rouge = mauve Les bactéries G- ne sont pas colorées en violet mais colorées en rouge 27

28 Exemples de bactéries Coques Bacilles Gram + Streptococcus Bacillus Gram - Neisseria Escherichia coli 28

29 Corynebacterium diphteriae bacille G+ Staphylococcus sp coque G+ Escherichia coli bacille G- Treponema pallidum spirochète 29

30 C est quoi un champignon? Eucaryote à paroi cellulaire constituée de chitine (cf insectes et crustacés) Règne des Fungi (sans chlorophylle, hétérotrophe) Agents de mycoses cutanées, du cuir chevelu (teignes), aspergillose pulmonaire, Espèces symbiotiques (lichen), saprophytes (décomposition) Microsporum caninum Aspergillus niveus Candida albicans 30

31 Truffe aspergillaire (Aspergillus fumigatus) Dermatophyte (Herpès circiné) Teigne du cuir chevelu 31

32 C est quoi un parasite? Organisme eucaryote (matériel génétique contenu dans un noyau) unicellulaire (protozoaires) ou pluricellulaire (métazoaires) vivant aux dépens d un autre être vivant (végétal ou animal), de façon temporaire ou permanente 32

33 Les eucaryotes unicellulaires Deux protozoaires parasites : Entamoeba histolytica Dysenterie amibienne Trypanosoma brucei Maladie du sommeil : +/ µm Longueur: +/- 40 µm (1 µm = 1 millième de mm) 33

34 Vers parasites Eucaryotes pluricellulaires (métazoaires) Schistosoma mansoni Taenia saginata ou ver solitaire Ascaris lumbricoides 34

35 3. Infections et effets pathogènes A.K. Abbas & A.H. Lichtman. Les bases de l immunologie fondamentale et Clinique. Elsevier

36 Infections bactériennes Par rapport à toutes les bactéries existantes, seule une minorité est capable de pénétrer dans l organisme humain et d induire une infection. Mais c est une minorité agissante! Effets pathogènes : notamment les toxines qui sont des substances élaborées par un organisme vivant (bactérie, champignon vénéneux, insecte ou serpent venimeux), auquel elles confèrent leur pouvoir pathogène». 36

37 37

38 1. Les exotoxines Exotoxine : protéine produite par une bactérie vivante, généralement à Gram positif (Clostridium tetani, tétanos) Actives à des doses très faibles (microgramme/litre ou un millionième de g/l) Inactivée (chauffée à 40 C, formol), la toxine devient une anatoxine, elle perd son pouvoir pathogène mais elle garde son pouvoir antigénique c est-à-dire celui de susciter une réponse immunitaire protectrice (vaccin antitétanique) 38

39 2. Les endotoxines Lipopolysaccharide (LPS) de la paroi des bactéries à Gram négatif (Escherichia coli, Salmonella typhi) Thermostable Pas d anatoxine Actives à doses relativement faibles (milligramme/litre). 39

40 3. Les entérotoxines Les entérotoxines sont libérées par des bactéries à transmission orale (ingestion d'eau ou d'aliments contaminés) ou orofécale (des fèces à la bouche par l'intermédiaire des mains) ; sécrétées par des bactéries Gram positif (Staphylococcus aureus,.. ) ou Gram négatif : Escherichia coli, Vibrio choleræ 40

41 Comment résistons-nous à ces infections? 41

42 4. Les mécanismes de défense ou l immunité anti-infectieuse 4.1. Immunité innée 4.2. Immunité adaptative Immunité humorale Immunité cellulaire A.K. Abbas & A.H. Lichtman. Les bases de l immunologie fondamentale et Clinique. Elsevier P. Parham. Le système immunitaire. DeBoeck D. Male, Immunologie. DeBoeck Université J.-P. Revillard Immunologie. DeBoeck Université

43 Innée, non spécifique 43

44 4.1. L immunité innée (ou naturelle ou non spécifique) Pas spécifique d un agent pathogène en particulier D intervention rapide ou même immédiate Antérieure à l immunité adaptative Elle est présente chez les invertébrés et les vertébrés Pas de «mémoire immunologique» 44

45 4.1. Composants de l immunité innée La barrière cutanéo-muqueuse La peau est légèrement acide (ph 5), ce qui limite la propagation des microbes Le mucus sécrété par les muqueuses (tractus intestinal, urogénital, respiratoire) englue les microbes. L acidité gastrique (ph 2, acide) élimine les microbes ingérés avec les aliments Le lysozyme des larmes et de la salive détruit les bactéries (G +) Les cellules infectées par un virus sécrètent de l interféron antiviral 45

46 La réaction inflammatoire Elle s enclenche en cas de rupture de la barrière cutanéo-muqueuse (lésions) Signes cardinaux : dolor, calor, rubor, tumor Capillaire Coagulation Foyer inflammatoire Cicatrisation 46

47 Activation du système du complément (1) 1. Voie des lectines : protéine se liant au mannose des pathogènes 2. Voie alternative : la surface du pathogène induit l activation du complément Recrutement de cellules inflammatoires Opsonisation des pathogènes: facilitation de leur ingestion et de leur destruction par des phagocytes (neutrophiles et macrophages) Lyse (dissolution) des pathogènes 47

48 L activation du complément favorise la phagocytose et la destruction des microbes par des cellules spécialisées : les macrophages et les neutrophiles Macrophage phagocytant des bactéries Neutrophile phagocytant des levures 48

49 4.2. Immunité adaptative Elle est apparue Il y a 500 millions d années chez les premiers vertébrés à mâchoire (les requins), Au moment de la divergence entre les invertébrés et les vertébrés Elle n existe que chez les vertébrés Elle prend le relais de l immunité innée quand celle-ci est débordée 49

50 ARCHEBACTERIES VERTEBRES LUCA Homo sapiens EUBACTERIES INVERTEBRES 50

51 Quelques invertébrés Insectes (Drosophile) Echinodermes (Etoile de mer) Crustacés (Homard) Mollusques (Poulpe) 51

52 Quelques vertébrés Poisson rouge Vipère aspic Grenouille verte Pie bavarde et les mammifères dont l homme 52

53 53

54 D intervention lente (plusieurs jours) Reconnaissance des constituants (antigènes) d agents pathogènes par o des lymphocytes B (immunité humorale) o des lymphocytes T (immunité cellulaire) o des lymphocytes T cytotoxiques (immunité cellulaire) 4.2. L immunité adaptative Mémoire immunologique (cellules mémoires) 54

55 Immunité adaptative 55

56 Immunité humorale: Les lymphocytes B reconnaissent les antigènes de l agent pathogène Les plasmocytes synthétisent les anticorps spécifiques de l antigène Plasmocyte 1. Les anticorps favorisent la phagocytose et la destruction des microbes par les macrophages et les neutrophiles (opsonisation). 2. Ils neutralisent les exotoxines 3. Ils activent la voie classique du complément 56

57 Activation du système du complément (2) 1. Voie classique : la fixation des anticorps à la surface du pathogène induit l activation du complément Recrutement de cellules inflammatoires Opsonisation des pathogènes: facilitation de leur ingestion et de leur destruction par des phagocytes (neutrophiles et macrophages) Lyse (dissolution) des pathogènes 57

58 Les réponses «anticorps» Primo-infection Vaccination Réinfection Rappel de vaccination Stimulation antigénique primaire Stimulation antigénique secondaire D. Male, Immunologie. DeBoeck Université 58

59 Immunité cellulaire 59

60 Quelques acteurs de l Immunité cellulaire Cellule dendritique Lymphocyte Macrophage 60

61 POURQUOI UN TEL IMPACT DES INFECTIONS SUR L HUMANITE? 61

62 5. Quelques stratagèmes utilisés par les microbes et les parasites pour contrecarrer notre système immunitaire LA règle d or : Il ne faut jamais sous-estimer l ennemi! 62

63 5.1. Variations antigéniques Streptococcus pneumoniae, agent de pneumonies, au moins 90 sérotypes différents (antigènes portés par la capsule du pathogène) Streptococcus pneumoniae Coque Gram + Capsule polysaccharidique qui lui permet d échapper à la phagocytose 63

64 5.2. Variations antigéniques Virus de la grippe saisonnière L hémagglutinine (H) :16 sous-types La neuraminidase (N): 9 sous-types Donc 16 x 9 = 144 combinaisons envisageables 64

65 5.3. Réassortiments antigéniques Remplacement d'un type d'hémagglutinine par un autre. L'immunité préexistante à ce changement ne protège pas contre le nouveau virus Les grandes pandémies grippales surviennent suite à des réassortiments antigéniques. 65

66 5.4. Mutations Les mutations sont des variations antigéniques qui ne modifient pas la structure antigénique globale du virus Par conséquent, les vaccins anti-grippaux sont préparés chaque année à partir des souches virales ayant circulé l'année précédente. 66

67 Les virus sont généralement éliminés par l action combinée des anticorps, des interférons des cellules T CD8 cytotoxiques Pour être heureux, vivons cachés Cas des virus herpétiques (bouton de fièvre, varicelle et du zona, mononucléose) Etat de latence à l intérieur des cellules Avec le temps, la réponse immunitaire s atténue ou chez les sujets immunodéprimés, le virus se réactive et déclenche un nouvel épisode pathologique. 67

68 Les infections :??? 6. Que faire? 68

69 6.1. Les mesures d hygiène (1) Eviter la contamination des sources d eau par les eaux usées (latrines, égouts). En 1866, à Bruxelles, on dénombra jusqu à 50 décès par jour dus au choléra. Le voûtement de la Senne a permis d enrayer l épidémie. 69

70 6.1. Les mesures d hygiène (2) Favoriser l accès à l eau potable, la construction de réseaux de distribution, des puits à margelle. Une hygiène corporelle systématique, en particulier se laver fréquemment les mains. Une hygiène stricte dans les hôpitaux, les restaurants, les écoles L usage de désinfectants (eau de Javel), de savons, d antiseptiques. Encore faut-il les appliquer, ce qui n est pas toujours le cas notamment dans les pays pauvres 70

71 6.2. Les vaccins Vaccins contre la poliomyélite, la rougeole, la grippe, la fièvre jaune, typhoïde, les toxines tétanique, botulique MAIS «Offre» limitée : pas de vaccin contre les maladies parasitaires ni contre le VIH, Protection parfois inégale, limitée dans le temps (rappels) Complexité des maladies, des réponses immunes 71

72 6.3. Les antibiotiques (1) Action spécifique sur les bactéries (procaryotes) mais pas sur les cellules de l hôte (eucaryote) Ils ne sont pas actifs contre les maladies virales 72

73 6.2. Les antibiotiques. Quelques cibles (2) Paroi bactérienne contenant des peptidoglycanes. Pas de paroi chez les cellules eucaryotes animales Synthèse protéique: Les ribosomes des procaryotes sont différents des ribosomes d'eucaryotes Métabolisme de l ADN et de l ARN, spécificité d'action liée aux différences entre les enzymes procaryotes et eucaryotes. (d après Pr. Tulkens et A. Spinewine UCL) 73

74 MAIS. (ou la réponse du berger à la bergère ) 74

75 Les réponses des bactéries aux antibiotiques.. 1. Résistance naturelle Résistance spontanée à de faibles doses d antibiotiques. Mécanismes d efflux (pompe) Paroi très riche en lipides (Mycobactéries), peu perméable aux antibiotiques D après J.P. Euzéby. Abrégé de bactériologie générale et médicale à l usage des étudiants de l école nationale vétérinaire de Toulouse 75

76 2. Résistance acquise : Observée dès le début de l antibiothérapie La conjugaison permet de transférer de l'adn plasmidique circulaire entre deux cellules non parentes, et donc de transmettre des gènes de résistance aux antibiotiques. (Björn Norberg) De plus en plus de bactéries deviennent résistantes aux antibiotiques 76

77 7. Résumé et conclusion Le moins que l on puisse dire c est que la vie n est pas née d hier! (3,8 milliards d années) Les micro-organismes et les parasites sont bien antérieurs à l émergence de l homme moderne. Donc, depuis leur émergence, les hominidés sont plongés dans «le bain» des infections. Nous sommes cernés par les virus, les bactéries, les champignons, les parasites 77

78 Nous échappons, souvent sans le savoir, à pas mal d infections grâce à l efficacité de l immunité anti-infectieuse de notre système immunitaire Mais nous n avons toujours pas de vaccins contre le SIDA ni contre les maladies parasitaires 78

79 Le développement des sciences a permis de contrer des infections aussi dévastatrices que la variole, la peste, la lèpre Mais l antibiothérapie n a pas 100 ans et l utilisation irresponsable des antibiotiques suscite de nombreuses souches résistantes. La démographie galopante, la pauvreté, le sousdéveloppement, la sous-alimentation des populations, le manque d hygiène, le manque d instruction, favorisent les infections. 79

80 Nous sommes lancés dans une course aux armements contre les infections en tout genre Métaphore de la Reine Rouge, dans Alice au Pays des Merveilles: «Il nous faut courir pour rester sur place». 80

81 Autrement dit, à la question posée dans le titre de cet exposé «Des microbes et des hommes : une guerre sans fin?», il nous faut bien répondre «oui». 81

82 Merci de votre attention. 82