Le monde bactrien

Pr. Antoine ANDREMONTAntoine.andremont@bch.aphp.fr

... Pour des médecins du début du XXIème siècle !

• Les maladies bactériennes dans leur contexte historique.

• Les éléments de physiologie bactérienne indispensables à connaitre pour le diagnostic et le traitement.

• Les bactéries d’importance médicale par rapport au reste du monde bactérien.

Contexte historique : Trois exemples

• Epidémie du moyen âge : exemple de la peste noire. « Le grand mystère »

• Le choléra au XIX siècle: »les débuts de l’épidémiologie »

• La dysentérie « qui décide des batailles »

Peste noire au moyen age(Yersinia pestis)

Bible de Toggenburg (1411)

Peste noire au moyen age (1)

• une vague• ne s’établit pas durablement aux endroits

touchés.• Le taux de mortalité :

– trente pour cent de la population totale– soixante à cent pour cent de la population infectée

• le fléau ne dure généralement que six à neuf mois.

Peste noire en France entre 1340 et 1440

• La population a décru de 17 à 10 millions d'habitants (moins 41 %).

• Le registre paroissial de Givry, en Saône-et-Loire, l'un des plus précis, montre que pour environ 1 500 habitants, on a procédé à 649 inhumations en 1348, dont 630 de juin à septembre, alors que cette paroisse en comptait habituellement environ 40 par an : cela représente un taux de mortalité de 40,6 %.

Le Choléra en France XIX siècle(1832-1854)

" De tous les quartiers de Paris, celui qui, pendant la période croissante du choléra, offrit peut-être le spectacle le plus effrayant, fut le quartier de la Cité et dans la Cité le parvis de Notre-Dame était presque chaque jour le théâtre de scènes terribles, la plupart des malades des rues voisines que l'on transportait à l'Hôtel-Dieu affluant sur cette place ... A chaque instant, des civières, des brancards apportaient de nouvelles victimes ... les brancards n'ayant aucune couverture, quelques fois les mouvements convulsifs d'un agonisant écartaient le drap, qui laissait voir une face cadavéreuse " (Eugène Sue, "Le Juif errant" cité dans "Les Epidémies...", page 78).

John Snow : la puissance de

l’épidémiologie descriptive

Cholera à Haiti au XXI siècle

Dysentérie et le sort des armes

• Valmy• Les Dardanelles• El alamein

Valmy le 20 Septembre 1792Victoire de la révolution française sur la Prusse

Kelermann... Et la dysentérie

La Bataille des Dardanelles (février 1915 janvier 1916)

La victoire des turcs (et de la dysentérie) sur les franco-anglais.

La seconde bataille d'El-Alamein Seconde Guerre mondiale. fin octobre, début

novembre 1942.décisive elle permit aux Britanniques de repousser les Allemands qui menaçaient d'Alexandrie et le canal de

Suez.

 During September, October, and November of that year, admissions tofield medical stations for dysentery or diarrhea totaled only 2.5 percent of the 8th Army strength, but the figure for the Afrika Korps was 20 percent.

Une réponse médicale en quatre temps

• La découverte des microbes• La reconnaissance de l’origine infectieuse des

maladies bactériennes• La notion de « une bactérie une pathologie »• Les efforts thérapeutiques

– Vaccins – Antibiotiques

antonie van leeuwenhoek1632-1723

La découverte des microbes

Ignace Philippe Semmelweis1818-1865

La découverte de l’hygiène des mains

Louis Pasteur 1822-1895Pas de

génération spontannée

La vaccination contre le CharbonBacillus anthracis

Gaston Ramon 1886-1963

La vaccination par anatoxine

Toxine de Clostridium tetani

« détoxifiée »

Tétanos néonatal« La mort du 7ème jour »

Tableau I. – Incidence de la mortalité liée au tétanos néonatal en fonction des zones

géographiquesMorts néonatales dues au tétanos (n = 433 880)Asie du Sud-Est 48,8 %Amérique 2,4 %Méditerranée orientale 8,4 %Pacifique occidental 10,7 %Afrique 29,3 %Europe (Turquie) 0,3 %

Prévention par vaccination des mères et transfert d’immunité au foetus

Porte d’entrée : cordon ombilical

Alexander Fleming 1881-1955

Le miracle de la

pénicilline

Le manque de nouveaux antibiotiques

... Pour des médecins du début du XXIème siècle !

• Resituer les maladies bactériennes dans les grands évènements médicaux.

• Les éléments de physiologie bactérienne indispensables à connaitre pour le diagnostic et le traitement.

• Les bactéries d’importance médicale par rapport au reste du monde bactérien.

Eléments de physiologie bactérienne

Phylogénie : où se placent les bactéries au sein du monde vivant ?

L’age des bactéries

• 3,5 milliards d’années• Quelle que soit la classification ce sont les plus

anciens êtres vivants sur terre• Stromatolites

1866 HAECKEL 3 règnes plantes animaux et protistes

Les Cinq règnes de Wittaker 1969

Les trois domaines de Woese basés sur les séquences de l’ARN ribosomique 1977

Woese a préparé le gène de l’ARNr 16S de chaque microorganisme à étudier.

Ensuite il a comparé la séquence nucléotidique de chacun des microorganismes étudiés en identifiant les parties communes et les parties différentes

Ensuite les séquences sont ordonnées des parties les plus communesvers les moins communes

Puis les lignes sont séparées et on obtient un arbre phylogénétique

Les spécificités de structure des bactéries

Comparaison des cellules eucaryotes (animales et végétales) et des bactéries

Quelques structures importantes pour la médecine

• Les parois bactériennes• Le LPS, les acides techoïques, les capsules• L’ARN ribosomal 16S• Les flagelles• Les spores• Les systèmes de transferts génétiques

latéraux

Les différences de structure entre les bactéries Gram + et Gram – expliquent leur sensibilité différentielle aux antibiotiques

Rôles de la paroi bactérienne

• —confère à la bactérie sa morphologie. squelette externe ; 25 à 35 % du poids total de la bactérie.

• —contient la pression osmotique interne. Sans paroi, les bactéries sont sphériques (protoplaste Gram positif, ou sphéroplaste Gram négatif).

• — Elle joue un rôle déterminant dans la coloration de Gram et dans la spécificité antigénique des bactéries.

• — Support de l'action de certains enzymes exogènes (lysozyme) ou endogènes (autolysines) et de certains antibiotiques,

• — LPS et peptidoglycane d'activent le complément;un rôle dans la défense non spécifique contre l'infection.

Les voies de synthèse du peptidoglycan sont des cibles privilégiées pour de nouveaux antibiotiques

Chaque enzyme nécessaire à la synthèse du peptidoglycan peut être

Les polysaccharides capsulaires (LPS chez Gram - et acides techoïques chez les Gram+)

Cibles reconnaissables par le système immunitaire : défense et vaccinationActivation des cascades immunologiques en cause dans le choc infectieux

LPS

Structure plus simple chez les Gram Positifs et pas de lipide A

Les flagelles sont de véritables hélices qui permettent la mobilité des bactéries

Mobilité dans les liquides et à

travers le mucus

La petite sous unité de l’ARNr est spécifique (16S) chez les bactéries

Valeur diagnostic du gène et phylogénie

Cible pour les antibiotiques

Les spores : formes de survie conditions extrêmes.Expliquent l’épidémiologie de certaines infections d’origone tellurique : Charbon (Bacillus anthracis);

Tétanos (Clostridium tetani); Colites (Clostridium difficile)

Les systèmes de transfert génétique d’ADN d’une bactérie à

une autre

ConjugaisonTransfomation Transduction

Conjugaison : le transfert de matériel génétique par contact cellulaire

Les cellules se mettent en contact

Un brin d’ADN s’ouvre à l’origine de réplication et la réplication s’initie à partir de l’extrémité 5’

Un brin unique d’ADN est transféré et le brin complémentaire est synthétisé

Les cellules se séparent à la fin du transfert

La conjugaison est conservatrice. La cinétique de transfert est orientée, cinétique, linéaire.

La conjugaison se fait par l’intermédiare des pili sexuels

Transformation : transfert d’ADN nu

Transformation

Transduction : le transfert d’ADN par l’intermédiaire de

virus

TRANSDUCTION : Rappel LE CYCLE DE VIE DES BACTERIOPHAGES LYTIQUES

ATTACHEMENT INJECTION

TRANSCRIPTION ADN

LYSEBACTERIENNE

PRODUCTIONPROTEINESPHAGIQUES

ASSEMBLAGE

STRUCTURATION DES PHAGES

Les phages : une thérapeutique pour suppléer au manque actuel d’antibiotiques ?

Félix d’Hérelle1873-1949

Utilisation en occident avant

les antibiotiques

Persistance d’une

utilisation mal contrôlée en Europe de

l’Est

... Pour des médecins du début du XXIème siècle !

• Restituer les maladies bactériennes dans les grands évènements médicaux.

• Les éléments de physiologie bactérienne indispensables à connaitre pour le diagnostic et le traitement.

• Les bactéries d’importance médicale par rapport au reste du monde bactérien.

Un nombre d’espèce très petit

• Bacteries pathogènes ou potentiellement pathogènes pour l’Homme ou les animaux – Quelques dizaines au maximum

• Bactéries de l’environnement • Bactéries commensales

– Plusieurs milliers d’espèces

Qu’est ce qui rend pathogènes une espèce bactérienne ?

• Possession de facteurs de virulence– Toxines (Cholera, diphtérie, tétanos)– Résistance aux mécanismes de défense (capsule, survie

dans les phagocytes

• Diminution des résistantes de l’hôte (opportunisme)– Réanimation, – Immunodépression

• En fait un continuum

Bactériespathogènes

PestePeste

Choléra

Physiopathologie du choléra(Vibrio cholerae)

•Absorption avec l’eau de boisson•Colonisation du grêle•Sécrétion de toxine•Altération fonctionnelle de la muqueuse•Sortie d’eau et d’électrolytes•Diarrhée massive•Déshydratation•Décès éventuel

A quoi sert la toxine dans la vie courante de la bactérie ?

Le choléra en pratique

Réhydratation par voie orale : moins de 1% de décèsAntibiothérapie uniquement pour réduire la durée d’excrétion des vibrios

Bactériescommensales

Bactériespathogènes

Colon

Peau

Pharynx

PestePeste

Choléra

Bactériescommensales

Bactériespathogènes

Colon

Peau

Pharynx

PestePeste

Choléra

Bactériesopportunistes

Infectionsnosocomiales

Exemple de pathologie bactérienne opportuniste : septicémie des aplasiques

• Chimiothérapie agit sur les cellules à renouvellement rapide :– Cellules néoplasiques (effet thérapeutique)– Mais aussi (cellules souches hématopoïétiques = aplasie)– Cellules de la muqueuse intestinale (amincissement =

translocation de la flore intestinale)

• Septicémie chez un sujet sans défense : gravité +++

Des intermédiaires existent : l’exemple de Escherichia coli

• E. coli est un commensal du tube digestif de tous les humains (et de nombreux animaux)

• De temps en temps il aquiert des gènes de résistance spécifique par transfert horizontal et peut devenir pathogène– Infections urinaires– Diarrhées– Intoxications alimentaires

(Shiga Toxin E. coli) (STEC)

STEC• Certains E. coli ont acquis le gène de production de

toxine « Shiga »• Ils vivent dans l’intestin des bovins sans causer de

maladie (portage sain)• Lors de l’abattage le contenu intestinal peut

contaminer la surface a viande• Quand la viande est hachée la surface est

« internalisée »• Si la cuisson n’est pas totale les bactéries survivent• Après ingestion par l’homme la toxine peut créer un

maladie grave

Conclusions

• Les bactéries étaient là bien avant nous• Elles seront là après nous...• Quand elles causent des maladies, « c’est par

hasard de leur point de vue... »• Les progrès de l’hygiène, des vaccins et des

antibiotiques remis en cause par l’évolution de la résistance.

• Des « temps bactériens difficiles » devant vous