Enterobacteriaceae Classification des Enterobacteriaceae Enterobacteriaceae > 28 genres Romain Volmer ENVT 07/01/2009 http://www.uni-heidelbe erg.de r.volmer@envt.fr Escherichia souches avec pouvoirs pathogènes variés pathogènes majeurs pathogènes opportunistes Salmonella Yersinia Proteus Klebsiella P. mirabilis pneumoniae P. vulgaris Enterobacter aerogenes Structure générale des Enterobacteriaceae Caractères généraux des Enterobacteriaceae Antigène H (flagelle) Antigène K (capsule) Antigène O (LPS) Antigène F (fimbria) Sept caractères principaux et communs : bacilles Gram négatif aéro-anaérobies facilement cultivables ; culture sur gélose de MacConkey fermentant le glucose réduisant les nitrates en nitrites dépourvus d'oxydase mobiles (parfois immobiles) Escherichia coli : observation des bactéries Microscopie : bacille Gram - taille : environ 3µm x 0.6µm Culture : directe coloration Gram observation directe lumière transmise http://www.microbiologyatlas.kvl.dk 1
: organisme modèle et flore commensale Organisme le plus étudié en biologie : L'éléphant et l'escherichia coli "Tout ce qui est vrai pour le Colibacille est vrai pour l'éléphant". Jacques Monod, décembre 1972 Utilisation en biotechnologie Constable, J Vet Intern Med 2004 1) Classification : sérovars Ag O = sérogroupes (>175) Ag H = sérovars (>53) Ag K : classification : principaux pathovars Entérites Souches pathogènes d entérotoxinogènes (ETEC) lésions attachement /effacement entérohémorragiques (EHEC) (AEEC) Septicémies + organes divers extra- intestinal ti (expec) Infections urinaires uropathogène (UPEC) 2) Classification des pathogènes en «pathovars» pathogènes opportunistes autres localisations mammites métrites/pyomètres infections infections pulmonaires ombilicales et entérites animales et entérites animales Facteurs de risque : jeune âge!!! nombreuses mises bas simultanées concentration des animaux et mauvaise hygiène des nurseries Ruminants ex : boeuf Maladie (âge) Diarrhée post-natale (0-1 semaine) Dysenterie hémorragique (1 à 6 semaines) Pathovars ETEC AEEC EHEC Localisation Petit intestin Côlon Constable, J Vet Intern Med 2004 Prof. W. Klee Tierärztliche Fakultät München 2
et entérites animales et entérites animales Porc Maladie (âge) Diarrhée néonatale (0 à 1 semaine) Pathovars ETEC Localisation Petit intestin Porc : lésions d entérites intestin grêle dilaté intestin grêle dilaté et hémorragique Diarrhée du jeune animal ETEC Petit intestin ti (2 à 4 semaines) Diarrhée post-sevrage (4 à 8 semaines) Infection intestinale et symptômes généraux : maladie de l œdème (4 à 8 semaines) ETEC AEEC EHEC Petit intestin Petit intestin http://www.microbiologyatlas.kvl.dk et entérites humaines ETEC : étapes de la maladie ETEC et AEEC : pays en voie de développement EHEC : diarrhée hémorragique avec complications systémiques contamination par denrées alimentaires souillées par des animaux infectés : zoonose Étude de la pathogénie des diarrhées dues aux pathovars ETEC, AEEC et EHEC AEEC : étapes de la maladie EHEC : étapes de la maladie 3
et entérites : schéma pathogénique Contamination par voie orale ETEC AEEC EHEC Adhésion à l épithélium digestif : rôle des fimbriae et entérites : schéma pathogénique Contamination par voie orale ETEC AEEC EHEC Adhésion à l épithélium digestif : rôle des fimbriae F4(K88), F5(K99) Paa Lpf, Sfp Attachement intime à l épithélium Attachement intime à l épithélium Lésions et symptômes digestifs Lésions et symptômes digestifs + symptômes systémiques + symptômes systémiques et entérites : schéma pathogénique Contamination par voie orale ETEC AEEC EHEC et entérites : pathogénie ETEC : fimbriae liaisons avec des glycoprotéines intestinales Adhésion à l épithélium digestif : rôle des fimbriae F4(K88), F5(K99) Bfp Lpf, Sfp fimbriae F5(K99) fimbriae F4(K88) Attachement intime à l épithélium : interaction Intimine / Tir Lésions et symptômes digestifs + symptômes systémiques et entérites : pathogénie et entérites : pathogénie ETEC : fimbriae liaisons avec des glycoprotéines intestinales Bactéries avec fimbriae adhérant à la bordure en brosse intestinale AEEC et EHEC : attachement intime et lésions d effacement A) adhésion dépendant des fimbriae B) attachement intime C) lésions s d effacement e des microvillosités D) formation d un piédestal D Fairbrother JM et Gyles CL (2005). infections. Dans Diseases of Swine. Straw BE, D Allaire S, Zimmerman JE et Taylor DJ (éditeurs). Iowa State University Press. Dr Brett Finaly http://www.finlaylab.biotech.ubc.ca 4
et entérites : pathogénie et entérites : pathogénie AEEC et EHEC : mécanisme d attachement intime AEEC et EHEC : formation du piédestal Brett Finlay Satoshi Amagai Eric Keller : animation disponible à http://www.hhmi.org/biointeractive/disease/animations.html Brett Finlay Satoshi Amagai Eric Keller : animation disponible à http://www.hhmi.org/biointeractive/disease/animations.html et entérites : pathogénie Lésions d attachement / effacement diarrhée par malabsorption et exsudation et entérites : schéma pathogénique Contamination par voie orale ETEC AEEC EHEC Adhésion à l épithélium digestif : rôle des fimbriae Frankel et al., Molecular Microbiolog gy 1998 F4(K88), F5(K99) (ST et LT) Paa Lésions et symptômes digestifs + symptômes systémiques Lpf, Sfp Attachement intime à l épithélium : interaction Intimine / Tir (Stx) et entérites : toxines protéiques et entérites : toxines protéiques Toxines essentielles au pouvoir pathogène des ETEC Toxines essentielles au pouvoir pathogène des EHEC Adhésine : fimbriae guanylate cyclase ganglioside Toxine ST : thermostable monomère récepteur : guanylate cyclase ST LT troubles électrolytiques diarrhée sécrétoire aqueuse GMPc Toxine LT : thermolabile toxine binaire (type A-B) : B = fixation au ganglioside et translocation de A A = partie enzymatique : AMPc structure et fonction identiques à la toxine cholérique Stx Action locale : entérocyte Absorption systémique : action à distance Action à distance : endothélium rein et SNC IRA, symptômes nerveux, oedèmes Toxines STx (Shiga-like toxins ou Verotoxines) : toxines binaires (type A-B) : B = fixation au récepteur et translocation de A = partie enzymatique : destruction des ribosomes blocage des synthèses protéiques Action au niveau des entérocytes diarrhée hémorragique 5
et entérites : prévention et entérites : zoonose Infections humaines par les EHEC : zoonose grave Importance de : souche principale : O157:H7 origine : le plus souvent viande de bœuf la flore commensale alimentation l immunité : colostrum vaccination : prévention des ETEC et entérites : zoonose : principaux pathovars Souches pathogènes d Entérites Septicémies Infections urinaires lésions entérotoxinogènes attachement (ETEC) /effacement (AEEC) entérohémorragiques extra-intestinal uropathogène (EHEC) (expec) (UPEC) Infections extra-intestinales pathogènes opportunistes http://www.cdc.gov mammites métrites / pyomètres autres localisations infections pulmonaires infections ombilicales : septicémies Septicémies : pathogénie Entrée : voie orale : porcs et ruminants voie respiratoire chez la volaille Traversée de l épithélium et endothéliums : toxines nécrosantes (CNF1 et CNF2) favorisée par : jeune âge, défaut de colostrum, autres infections septicémie et endotoxémie (voir cours «Toxines») 6
7) Bactériémie éventuelle reins Infections urinaires : UPEC vaisseaux sanguins 6) Destruction de l épithélium rénal : toxines protéiques, endotoxine et cytokines Infections urinaires : pathogénie : agent n 1 des infections urinaires chez l homme : agent important de cystite chez le chien + autres espèces 5) Adhésion fimbriale et ascension vers le rein 4) Influx de granulocytes uretères vessie 3) Apoptose et exfoliation de l épithélium vésical urètre 1) Contamination periurétrale 2) Adhérence aux cellules épithéliales par les fimbriae D après Kaper et al., Nature Reviews Microbiology 2004 : notions de génétique Évolution des bactéries : quatre mécanismes 1) Mutations 2) Translocation de gènes 3) Délétions de gènes = éléments génétiques mobiles 4) Insertions de gènes : notions de génétique Éléments génétiques mobiles Évolution rapide : transfert horizontal possibilité de transfert d «îlot de gènes» «îlot de pathogénicité» Kaper et al., Nature Reviews Microbiology 2004 : diagnostic et traitement : conclusion Isolement, identification et typage Espèce complexe, diversité des souches et évolution Importance clinique majeure : Entérites : principalement chez les jeunes Nombreux mécanismes pathologiques Infections extra-intestinales : septicémie, infections urinaires Infections opportunistes 7
Salmonella : caractères bactériologiques Microscopie : bacille Gram - taille : environ 3µm x 0.6µm directe coloration Gram Salmonella Credit: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH Culture : http://www.microbiologyatlas.kvl.dk Salmonella : classification Salmonelloses humaines Nomenclature Famille Genre Espèce Sous-espèce Sérovars Enterobacteriaceae Salmonella enterica enterica, ex : Salmonella enterica subsp. enterica ser. Sérovars > 2400 sérovars spécifiques d espèce : Homme Porc Poule Mouton Typhi, Paratyphi Cholerasuis Pullorum Abortusovis sérovars ubiquistes :, Enteritidis, Dublin Homme Maladie Salmonellose Sérovar le plus fréquent Enteritidis yp Susceptibilité < 4 ans immunodéprimés Symptômes typiques Diarrhée, fièvre Fièvre Typhi Septicémie, fièvre typhoïde Fièvre paratyphoïde Paratyphi Zoonose TIAC contamination directe Septicémie, fièvre Salmonelloses animales Salmonelloses animales Espèce Sérovars Susceptibilité Symptômes typiques Bovins Moutons Porcs Dublin Abortusovis Veaux < 8 sem Veaux et adultes Agneaux Adulte Agneaux Porcelets < 4 mois Diarrhée, septicémie, fièvre Diarrhée, septicémie, fièvre Diarrhée, septicémie, fièvre Septicémie, avortements Diarrhée, septicémie, fièvre Diarrhée, septicémie, fièvre Signes cliniques : facteurs de risque Portage!!!!! Chevaux Cholerasuis Porcelets et adultes Poulains Cutanés, septicémie, fièvre Diarrhée, septicémie Ingestion signes cliniques 12h - 48h Dublin Poulains Diarrhée, septicémie Volailles Abortusequi Enteritidis Pullorum Adulte Poussins < 15 jours Septicémie, avortements Diarrhée, septicémie Rôle de la dose / animal : exemple veau Gallinarum 8
Différents types de portage : intermittent chronique latent Salmonella : portage différents types d excrétion contamination par voie orale Salmonella : pathogénie internalisation par les cellules M adhésion à l épithélium intestinal infection des macrophages invasion des entérocytes multiplication et survie intracellulaires entérite multiplication et survie intracellulaires passage dans le sang septicémie avortements Salmonella : pathogénie Salmonella : pathogénie Deux étapes particulièrement importantes : invasion des entérocytes dépendant des gènes codés par l îlots de pathogénicité n 1 survie intracellulaire (entérocytes et macrophages) dépendant des gènes codés par l îlots de pathogénicité n 2 Chacun de ces îlots de pathogénicité code pour un appareil de sécrétion de type III + les protéines injectées Invasion appareil de sécrétion de type III codé par l îlot de pathogénicité n 1 P. Cossart, P. Sansonetti Science 2004 Survie intracellulaire appareil de sécrétion de type III codé par l îlot de pathogénicité n 2 inhibition de la fusion avec les lysosomes Salmonella : origine de l entérite Salmonella : progression des lésions d entérite Bactéries extracellulaires Invasion Survie intracellulaire Invasion des cellules épithéliales Invasion des cellules épithéliales Afflux de granulocytes neutrophiles Phagocytose des bactéries de cytokines/chimiokines cytokines/chimi IL-8 par les okines par entérocytes granulocytes enzymes granulocytaires + de cytokines Diarrhée exsudative et malabsorption Mort des entérocytes infectés et des entérocytes adjacents + augmentation de la perméabilité vasculaire Non infecté : microvillosités normales Salmonella : affaissement des microvillosités intestinales 9
Salmonella : progression des lésions d entérite Salmonella : progression des lésions d entérite 1 1) Infiltrats granulocytaires 2) Dégâts tissulaires et accumulation de fluide Microvillosité normale Examen macroscopique 3) Effusion de granulocytes et de liquides dans la lumière intestinale Non infecté 2 3 Salmonella entérite nécrosante fibrinopurulente Salmonella : traitement des entérites Salmonella : conclusion Diagnostic : enrichissement milieu sélectif, culture identification biochimique et/ou moléculaire Traitement en fonction des symptômes Antibiothérapie : quand? portage épidémiologie de l infection dans l élevage antibiorésistances agent fréquent de TIAC Importance majeure importance clinique en médecine vétérinaire : jeunes animaux pertes de production portage asymptomatique antibiorésistances Yersinia Yersinia Trois espèces principales : Yersinia pestis : peste Yersinia pseudotuberculosis diarrhée chronique, adénite dans de nombreuses espèces septicémie chat atteint le plus souvent Yersinia enterolitica : portage dans de nombreuses espèces animales symptômes digestifs similaires à Y. pseudotuberculosis Y. enterolitica et Y. pseudotuberculosis transmissibles à l homme par des aliments souillés 10
Yersinia pestis : cycle Peste : pathogénie et signes cliniques Cycle sauvage rongeur sauvage Peste bubonique Peste pulmonaire secondaire Pathogénie : régurgitation de Y. pestis par la puce infectée survie dans les phagosomes des macrophages infection du nœud lymphatique drainant Réservoir : rongeur Vecteur : puces + rôle des chats (cf. USA) puce Peste pulmonaire épidémique rongeur domestique Cycle urbain Trois formes cliniques : bubonique : inflammation et élargissement du nœud lymphatique pulmonaire : secondaire à la bactériémie primaire : entrée de la bactérie par voie respiratoire septicémique http://www.kcom.edu/faculty/chamberlain.htm Peste : épidémiologie Classification des Enterobacteriaceae Enterobacteriaceae source CDC : http://www.cdc.gov/ /ncidod/dvbid/plague/index.htm pathogènes majeurs > 28 genres pathogènes opportunistes Pas de cas en Europe depuis la fin de la seconde guerre mondiale Escherichia souches avec pouvoirs pathogènes variés Salmonella Yersinia Proteus Klebsiella P. mirabilis pneumoniae P. vulgaris Enterobacter aerogenes Enterobacteriaceae : pathogènes opportunistes Contamination de sites anatomiques divers Origine fécale Résistances aux antibiotiques Enterobacter aerogenes Mammites (vache et truie) Klebsiella pneumoniae Mammite (vache) Métrite (jument) Pneumonie (veau et poulain) Infection urinaire (chien) Proteus mirabilis et Infection urinaire (chien et cheval) P. vulgaris Otite externe (chien) 11