Le monde bactérien 2.0

Vincent Dedet - AUZALIDE SANTÉ ANIMALE

Claude Petit - ENVT

Qui a un problème ? Les bactéries ?

Elles ont un passé de 3,5 milliards d’années

Sont en compétition pour les nutriments dans TOUTES les niches

Il y a des bactéries dans les nuages, dans la profondeur du manteau terrestre, en milieu totalement dépourvu d’O2, à pH0, etc.

Elles utilisent à la fois des “armes” et des “signaux”

Les antibiotiques sont fabriqués par les bactéries et celles qui les fabriquent savent se prémunir de leurs effets…

Elles passent leur temps à se reproduire

o Temps de doublement : E. coli : 20’ – C. perfringens : 5’

Eucaryotes

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3440604/pdf/fcimb-02-00119.pdf

Plus de 3 MM années d’évolution

Eubactéries

Archées

http://www.pnas.org/content/110/9/3229.full.pdf+html

Vertébrés

Choanoflagellés

Les Eucaryotes sont les derniers venus

Sans compter les virus !

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3440604/pdf/fcimb-02-00119.pdf

Transferts horizontaux de gènes

http://www.pnas.org/content/110/9/3229.full.pdf+html

Origine génétique de l’Homme

BIEN ENTENDU! (répondriez-vous)

Connaissez-vous E. coli ?

E. coli est la principale bactérie anaérobie facultative du tractus gastro-intestinal chez les mammifères (103 à 108 /g fèces)

E. coli « K12 »: l’outil le plus répandu en biol. mol.

(1997: génome complet - 4.64 106 pb ; 4 286 gènes identifiés)

Toutefois, l’espèce E. coli n’est pas homogène (mieux vaudrait dire

qu’elle est hautement hétérogène)

Il existe des souches pathogènes et des souches commensales.

E. coli = le mieux connu des microorganismes?

FOND COMMUN et FOND DÉRIVÉ

Deux fonds génétiques principaux :

IL EXISTE plus de 700 SEROTYPES de E.coli…

- Antigène somatique O : complexe LPS de la membrane externe- 173 sérotypes

Antigène capsulaire K: polyosides acides Supports d’adhésines (spécificité) 103 sérotypes

Antigène flagellaire H- flagelline : Gène fliC- nomenclature H (sérologie) ou F (génet) Ex: F8 correspond à H8 - 56 sérotypes

Exemples de sérotypes majeurs

K88, K99 O8, O9- Diarrhées, Porc

O78K80- Septicémies, Volailles

O157H7 Bovins,(Porc), Homme- diarrhées, syndrome hémolytique-urémique (HUS).

http://www.ecl-lab.com/en/ecoli/virulence.asp

Des éléments génétiques mobiles

Facteurs de virulence

Adhésines

Toxines…

Souches commensales

Souches entéropathogènes

Souches uropathogènes

+/- septicémiques

+/- spécifiques d‘espèce

EPEC (Enteropathogenic E. coli)

EHEC (Enterohemorragic E. coli)

ETEC (Enterotoxigenic E. coli)

EAEC (Enteroaggregative E. coli)

EIEC (Enteroinvasive E. coli)

DAEC (Diffusely adherent E. coli)

Des souches entéropathogènes variéés (EPEC)

Des souches pathogènes du tractus extra-intestinal (ExPEC)

Cause principale des infections urinaires

UPEC (Uropathogenic E. coli)

MNEC (Meningitis associated E. coli)

3 à 8 h PI

8 à 20 h PI

12 à 24 h PI

Les transmissions interspécifiques sont rapides

Ce n’est qu’un des multiples exemples décrits…

Des coliformes résistants se retrouvent dans les viandes

Allemagne, 2012. Les multirésistants se retrouvent dans les points vente plus que dans les abattoirs : contaminations d’origine humaine (manuportées, post-abattage)…

Fréquence %

…mais rôle probable des antibiotiques vétérinaires dans la prévalence des béta lactamases à spectre étendu.

BétaLactamases à Spectre Etendu (BLSE)

Images « en bouchon de champagne ».

http://www.ands.dz/aarn/ANTIBIOGRAMME

Flore commensale

Plusieurs flores commensales sur un humain

1014 dans le côlon

1012 sur la peau

1010 dans l’oropharynx

Le corps humain contient 1013 cellules eucaryotes

Et de 1013 à 1018 cellules bactériennes

Le génome bactérien d’un individu contient 100 x + de gènes que son propre génome

oLe génome bactérien est notre second génome : 99 % de l’information génétique que nous comportons est bactérienne ! (sans compter les virus)

36 % des petites molécules dans le sang humain proviennent du microbiote (www.sciencemag.org/content/336/6086/1209.summary)

Les gènes de résistance se concentrent dans notre environnement

Sols agricoles archivés (congelés) depuis 1940

Augmentation de la quantité de gènes de

résistance vis-à-vis de TOUTES les classes

antibiotiques

Lié à l’activité humaine et à l’épandage

Environ Sci Technol., 2010, vol. 44, n° 2, p.580-587.

Flux de gènes : importance pour le résistome

Réservoirs environnementaux de

bactéries Environnement immédiat/aliments

Flore commensale

Souches pathogènes

Des signaux vers l’organisme

Signaux impliqués dans l’homéostasie Signaux qui ne le sont pas NB : signaux impliqués dans le développement post-natal (peu étudié hors obésité) Animaux = écosystèmes hôte-microbes

Les virus

Il y a 10 fois plus de virus que de bactéries sur la planète

1012/ml dans l’océan (http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00705-013-1679-6/fulltext.html)

Estimation 2013 :

330 000 espèces de virus de mammifères restent à découvrir (http://mbio.asm.org/content/4/5/e00598-13.full.pdf+htm)

Virus géants découverts en 1980, mais étudiés depuis 2005 :

Ordre des Megavirales

Génome = 1 à 1,2 M nt

Il existe des virus de virus !

Des virus comportent des gènes d’eucaryotes (et vice-versa)

Le génie bactérien

Passent leur temps à manger, et se multiplier, en échangeant des gènes

En cas de disette ou d’agression, elles fabriquent un biofilm

Elles y sont résistantes à une dose 1 000 fois plus élevée d’antibiotiques

Elles sont capables de pousser à la surface d’une solution désinfectante (erreur de dilution)

Elles peuvent former un biofilm à l’intérieur des cellules qu’elles “parasitent” (infections urinaires)

L’exemple de la résistance aux fluoroquinolones

Fluoroquinolones : molécules synthétiques

N’existent pas dans la nature

Les déterminants génétiques de résistance ne peuvent pré-exister dans le résistome

oIls ne pouvaient donc faire l’objet d’une transmission horizontale aux germes pathogènes

Premiers mécanismes de résistance provenaient de mutations dans les gènes des cibles des FQ

o Les mutations dans les gènes gyrA (Gram -) ou parC (Gram +) restent le mécanisme dominant de la résistance chez l’Homme

http://www.frontiersin.org/Journal/DownloadFile.ashx?pdf=1&FileId=1400&articleId=8550&Version=1&ContentTypeId=21&FileName=fmicb-02-00022.pdf

L’exemple de la résistance aux fluoroquinolones

MAIS rapidement, les FQ sont le principal substrat

des pompes à efflux, présentes chez TOUTES les bactéries.

Protéines “à faire le vide” : le “rein” des procaryotes

Exprimées à bas niveau, gène chromosomique (peu échangeable), elles ont plusieurs substrats (donc multirésistance)

Sélection par les FQ : mutation dans le système de régulation = surexpression = légère augmentation de la CMI

Passage sur plasmide : transférable et sommation de la résistance

Pression de sélection

Toute utilisation d’antibiotique favorise la sélection et l’émergence de résistance

Isolation and Characterization of Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus from Pork Farms and Visiting Veterinary Students

Timothy S. Frana, Aleigh R. Beahm, Blake M. Hanson, Joann M. Kinyon, Lori L. Layman, Locke A. Karriker, Alejandro Ramirez, Tara C. Smith

En médecine vétérinaire ? E. coli, mais aussi les SARM

Hotspots d’échanges de gènes

ANIMAL

de

Compagnie

Légumes

Céréales,

Fruits

AQUA

CULTURE

Industrie Désinfectants

Usage ménager

HOPITAL Commauté -Urbaine -Rurale

Mouton

Porc

Volaille

Bovin

Autres

Veaux

ANIMAUX

de rente

Maison de

retraite

Mer-

Lacs Natation

Eau

potable

Rivières Eau Potable

SOL Effuents élevage

Epandage Faune

Sauvage

Insectes Equarissage Cadavre Rebuts

Abattoirs

Transformati

on

Préparation Aliment

Contact

Aliment Animal

Viande

HOMME

Engrais

Lait Oeufs

Effuents

Boue

Source : P. Sanders, Anses

En quelques mots

L'antibiorésistance est un problème global d'écologie microbienne

Les gènes de résistance sont des contaminants environnementaux

Ils sont déjà présents dans la flore commensale de la quasi-totalité des animaux (lots d’animaux) d’élevage

Rien ne les empêche de passer à la flore commensale humaine, et de là…

Evolution : du monde bactérien donc de notre abord des infections !

Des paillasses de Pasteur à la génomique :

Passage de la culture à la génomique

oIdentification des flores (microbiotes) : 600 à 1000 espèces dans un TD, à 70 % des espèces non cultivables

Un séquençage produit 108 données

oData déluge, défaut de représentativité, d’interprétation

oSentiment d’abîme plus inquiétant que l’ignorance !

oFlux de gènes : tout est dans tout ou bien y a-t-il des niveaux d’importance/d’impact ? En cours !

Des outils pour suivre plus efficacement et rapidement les effets des AB ?

En cours et visible en “live”, mais au stade de la recherche

Antibiogramme et PCR

Reste l’outil du praticien

PCR positive pour un gène : attention à sa régulation !