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

différence selon Gram + et Gram -

(facultative)

(facultatifs)

(facultatif)

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

• 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!!!

Les différents types de relation homme-bactérie

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 (micro-aérophiles 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.

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

Cellule végétative

Spore

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 : • Utilisation d’adhésines reconnaissant spécifiquement

un récepteur à la surface d’une C eucaryote (spécificité du site infecté pour certaine bactérie)

H. pylori

Lipolysaccharide (LPS)

Polysaccharide (Antigène O)

Core

Lipide A (Endotoxine)

Figure – Structure et aspect microscopique des Enterobacteriaceae

Paroi (+/- Capsule)

Pili / fimbriae (adhésines)

Capsule {inconstante} (Antigène K)

Membrane Plasmique

Membrane Externe

Peptidoglycane

Cytoplasme

Porine

PLP β-lactamase

Coloration de Gram

Coloration de Leifson

ciliature péritriche

ADN génomique ARNm

ribosome plasmide Flagelle

(Antigène H)

• 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 hydro-électrolytique

• Escherichia coli entérotoxinogène (diarrhée des voyageurs), même mécanisme que pour le choléra

• Bordetella pertussis (coqueluche). La muqueuse colonisée est l'arbre trachéo-bronchique. 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 ( laryngo-trachéo-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)

Aspergillus

Pénicillium

Muguet

Aspergillus fumigatus aspergillose pulmonaire, contamination spores dans air

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.

Touffe de filaments mycéliens enchevêtrés

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

- Classe des rhizopodes (ou amibes) : se déplacent grâce à des pseudopodes

Giardia

Trichomonas

Trypanosome

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

• Embranchement des Plathelminthes (vers plats)

– Classe des Trématodes

– Classe des Cestodes

Ascaris

Taenia

douve

• les parasites du tube digestif

• parasites du sang

• parasites génito-urinaires

• 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.

Capsomère

Nucléocapside

Capsule

Enveloppe

Acide nucléique

Protéine membranaire

Virion

Retrouver les légendes correspondantes

Structure des virus

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