Chapitre 7: Virulence et pathogénie

Chapitre 7: Virulence et pathogénie
Service de Bactériologie Département des Maladies infectieuses et parasitaires Faculté de Médecine Vétérinaire Cours de bactériologie 3ème candidature Chapitre 7: Virulence et pathogénie

VIRULENCE ET PATHOGENIE
Comment les bactéries provoquent les maladies? mécanismes moléculaires d’interaction avec les cellules de l’hôte = connaissances des armes d’attaque des bactéries cours de bactériologie = connaissance des armes de défense des hôtes cours de physiologie, immunologie, histologie, biochimie, … Pourquoi ? traitements spécifiques: pharmacologie (1er doctorat) prophylaxie vaccinale: vaccinologie (2ème doctorat)

maladies: changement d’état de l’organisme dû à la perturbation des fonctions corporelles physiologiques suite à des lésions des tissus et organes maladies infectieuses: maladies provoquées par des organismes vivants (bactéries, parasites, prions, virus) bactériémie: bactéries véhiculées par le sang septicémie: multiplication des bactéries dans le sang (= infection du sang) sporémie: spores véhiculées par le sang toxémie: toxines véhiculées par le sang (entérotoxémie, hépatotoxémie, …) maladies bactériennes:

Modes d’infection contact direct avec une surface biologique contaminée (= contagion) contact avec des objets inanimés contaminés air nourriture et eau sols arthropodes flore commensale animaux (= contagieuse) tellurique endogène Sources d’infection connaissances des habitats, de la biologie et des propriétés de résistance dans le milieu extérieur des bactéries = chapitre 5 de systématique bactérienne !

Colonisation des surfaces 1 Pénétration / Traversée 2 Envahissement 3 Effets délétères 4 Infections généralisées via les muqueuses / la peau

Colonisation des surfaces 1 Pénétration / Traversée Envahissement Effets délétères 2 Infections « superficielles » (muqueuses, peau)

Colonisation des surfaces 1 Pénétration / Traversée 2 Envahissement Effets délétères 3 Infections sous – cutanées ou sous - muqueuses

Colonisation des surfaces Pénétration / Traversée 1 Envahissement 2 Effets délétères 3 Infections généralisées par les plaies (muqueuses, peau)

1) Colonisation des surfaces muqueuses/cutanées compétition bactérienne traversée de la couche de mucus résistance chimique / physique ADHESION

Adhésion >< péristaltisme, miction, larmes, cils vibratils, … SUR LES BACTERIES: adhésines structures spécifiques protéiques adhésines fimbriaires (Ag F des bactéries Gram-) adhésines afimbriaires (adhésines Afa des bactéries Gram-) adhésines non fimbriaires (adhésines des bactéries Gram+) OMP (internalines, invasines, intimine) structures non protéiques adhésines spécifiques de nature carbohydrates (peu étudiées) adhésines non spécifique (capsules, zooglée, …): sur cellules ou sur matériaux inertes (= biofilms) variation d’expression (t°, ions, AA) immunogènes dans les vaccins

Adhésion >< péristaltisme, miction, larmes, cils vibratils, … SUR LES CELLULES OU LA MATRICE EXTRA-CELLULAIRE: récepteurs carbohydrates ou protéines de la membrane cytoplasmique: contacts entre cellules, accrochage à la matrice extracellulaire, récepteurs à hormones, … protéines de la matrice extracellulaire: fibrinogène, fibronectine, collagène, vitronectine, laminine, élastine, … présents en fonction de: espèce race individu âge organe très spécifiques pour la grande majorité saturables (prévention)

Adhésion >< péristaltisme, miction, larmes, cils vibratils, … CONSEQUENCES ET SUITES DE L’ADHESION: processus dynamique du point de vue de la bactérie: production d’adhésines multiples production de toxines actives sur la cellule eucaryote injection de toxines dans la cellule eucaryote (phagocytose) du point de vue de la cellule eucaryote: réarrangement du cytosquelette et phagocytose production de cytokines inflammatoires 2) Pénétration / Traversée des muqueuses MECANISME DEVENIR LIEU

2) Pénétration/Traversée Mécanisme blessures: mécaniques, physiques, chimiques, biologiques passage entre les cellules: ouverture des jonctions serrées suite à l’adhésion et à l’action des cytokines inflammatoires sécrétées entrée dans les cellules épithéliales: adhésines + récepteurs action sur le cytosquelette (mécanisme zipper: Listeria et Yersinia) injection de toxines à action sur le cytosquelette (mécanisme trigger: Salmonella et Shigella)

2) Pénétration/Traversée
ZIPPER 2) Pénétration/Traversée TRIGGER b) Devenir Vie intracellulaire: Vacuole Phagosome Cytoplasme + passage dans d’autres cellules M Sous-muqueuse Envahissement: sang, lymphe (extracellulaires) macrophages (intracellulaires facultatives)

2) Pénétration/Traversée Lieu intestin (#1 chez les animaux nouveau-nés) amygdales (important chez le porcelet) respiratoire (moins fréquent) rénal (#1 chez l’homme)

3) Envahissement LE COMPLEMENT LES PHAGOCYTES LES ANTICORPS LES LYMPHOCYTES CYTOTOXIQUES L’APPROVISIONNEMENT EN FER

3) Envahissement Le complément Activation « voie alternative » Molécules de surface (Ag O) Activation « voie classique » Formation du C3b Anticorps bactérie Dépôt Opsonisation et phagocytose (Gram+ et Gram-)

3) Envahissement Le complément masquage des antigènes de surface (capsules, …) dérive / variation antigéniques fixation des anticorps par l’extrémité Fc (protéine A des staphylocoques) Activation « voie alternative » Molécules de surface (Ag O) Activation « voie classique » Formation du C3b Anticorps bactérie - masquage des molécules de surface (capsule K1 d’E. coli ) Masquage des sites de dépôt de C3b (Ag O, AgK) Dépôt Opsonisation et phagocytose (Gram+ et Gram-)

3) Envahissement Le complément Formation du C3b C3b + Bb + C3b = C5 convertase Lyse (Gram -) Formation de C5b Dépôt dans membrane externe + C6/C7/C8/C9 = Complexe d’Attaque Membranaire (MAC) Migration C6/C7/C8/C9 dans membrane interne +

3) Envahissement Le complément lyses enzymatiques Formation du C3b C3b + Bb + C3b = C5 convertase Lyse (Gram -) Formation de C5b Dépôt dans membrane externe + C6/C7/C8/C9 = Complexe d’Attaque Membranaire (MAC) Migration C6/C7/C8/C9 dans membrane interne + pas de dépôt du MAC (Ag O, Ag K, OMP)

La phagocytose 3) Envahissement Phagocyte L Migration (C5a) L Bactérie Contact Fc C3b Phagocytose B L P

La phagocytose 3) Envahissement Leucotoxine - Hémolysine Phagocyte L Hydrolyse Migration (C5a) L Bactérie Contact Fc C3b Pas d’opsonisation Phagocytose B L P Inhibition des modifications du cytosquelette Croissance en structure trop grande

La phagocytose 3) Envahissement B PL Fusion P Destruction L Présentation MHC-2 Lymphocytes Th2 CD4+ Lymphocytes B Anticorps (bactéries extracellulaires)

La phagocytose 3) Envahissement B P Lyse phagosome (Hémolysine) Inhibition de la fusion (Ag O) B Fusion PL Destruction P Présentation MHC-2 Activation des macrophages par IFNg (bactéries intracellulaires facultatives) Lymphocytes Th1 CD4+ L Résistance Présentation MHC - 1 Immunité à médiation cellulaire: lymphocytes CTL CD8+ (bactéries intracellulaires) Vie intracytoplasmique

3) Envahissement Anticorps Voie classique d’activation du complément Dérive / Variation antigéniques (! Vaccins !) Fab Lyse spécifique (IgA, …) Bactérie qui fixe l’extrémité Fc (protéine A de Staphylococcus aureus) Fc

3) Envahissement d) Les lymphocytes CD8+ Destruction des cellules infectées par des bactéries intracellulaires obligées (MHC-I) Dérive / Variation antigéniques Leucotoxine - Hémolysine Fab L-CTL CD8+

3) Envahissement d) Les lymphocytes CD4+ Destruction des cellules infectées par des bactéries intracellulaires facultatives (MHC-II) LTh1 CD4+ Cytokines (IFNg) Antagonisme de l’action de l’IFNg sur la transcription des gènes des macrophages Hyperactivation des macrophages Destruction des bactéries intracellulaires facultatives

3) Envahissement e) Approvisionnement en Fe Récepteurs aux chélateurs eucaryotes Transferrine Lactoferrine Ovotransferrine Fe+++ Bactérie #2 Fe+++ Chélateurs bactériens Fe+++ Récepteurs Bactérie #1 Entrée directe

3) Envahissement e) Approvisionnement en Fe Fer / Chélateur Erythrocytes (hémoglobine) Bactérie #1 Hémolysine Cytolysine Cellules (ferritine)

3) Envahissement e) Approvisionnement en Fe Erythrocytes (hémoglobine) Cellules (ferritine) Bactérie #2 ! Lactobacillus: Fe++ Mn++ (= probiotiques)

Hémolysines, leucotoxines, neurotoxines, entérotoxines, cytotoxines, nécrotoxines… (en fonction des lésions ou signes cliniques reconnus) 4) Effets délétères EXOTOXINES PROTEIQUES - cytolysines enzymatiques (phospholipases) - cylosines formant pores aérolysine-like - cytolysines formant pores cholestérol-dépendentes - cytolysines formant pores de la famille RTX - toxines A=B à activité intracellulaire directe - toxines peptidiques à activité intracellulaire indirecte - enzymes non « toxiques » REPONSES INFLAMMATOIRE ET IMMUNES - endotoxines - superantigènes - hypersensibilités

4) Effets délétères PFTs aérolysine-like: 7 monomères a) Exotoxines protéiques PFTs cholestérol-dépendentes: de 12 à 50 monomères Cytolysines (= à activité membranaire) Flux d’ions et de molécules d’eau Noyau mRNA Phospholipases Ribosomes Cytosquelette Protéines PFTs de la famille RTX: une seule molécule leucotoxines, hémolysines + phagosome

4) Effets délétères Exotoxines protéiques phospholipases: toxine a de Clostridium perfringens, deux phospholipases de Listeria monocytogenes, … toxines formant pores aérolysine-like: aérolysine d’Aeromonas hydrophila, hémolysine a de Staphylococcus aureus et St. intermedius, … toxines formant pores cholestérol-dépendentes: perfringolysine O (toxine q), streptolysine O (SLO), listériolysine (LLO), … toxines formant pores de la famille RTX (« Repeat in toxins »): hémolysine a (Hly) d’Escherichia coli, leucotoxines/ hémolysines d’Actinobacillus pleuropneumoniae (Apx), leucotoxines de Mannheimia haemolytica (Lkt), …

4) Effets délétères Exotoxines protéiques Toxines dimériques de type A=B à activité intracellulaire directe 1A + 4-8B 1(A+B) A’ A LF EF B 1A + 1A’ + 1B 1A + 1B: C2 of Clostridium botulinum 1A + 1B + 1B’ « Cytolethal Distending Toxins »

fixation par sous-unité B
entrée de toute la toxine par « receptor-mediated endocytosis » passage intracytoplasmique via Golgi : toxines dimériques sortie de l’endosome grâce au sous-domaine T de B: toxines monomériques toxicité par sous-unité A après hydrolyse en A1 (= toxine activée) et A2 ToxineA=B Métabolisme enzymatique Cytosquelette Noyau Métabolisme de l’ADN Hypersécrétion d’eau et d’ions A B A1 A2 Synthèse des protéines Vers le Golgi que la sous-unité A traverse via le système Sec61

4) Effets délétères Exotoxines protéiques modification de la cible par ADP-ribosylation: entérotoxine LT d’Escherichia coli, toxine i de Clostridium spiroforme, exotoxine A de Pseudomonas aeruginosa, toxine diphtérique de Corynebacterium diphteriae, … modification de la cible par glucosylation: toxine a de Clostridium novyi, ToxA et ToxB de Clostridium difficile, … modification de la cible par déamidation: toxines dermonécrotiques de Pasteurella multocida (PMT) et de Bordetella bronchiseptica (DNT), …

4) Effets délétères Exotoxines protéiques clivages enzymatiques de l’ARNr 16S: toxines Shiga (Vero) d’Escherichia coli des protéines SNARE: toxines tétanique (Clostridium tetani) et botuliques (Clostridium botulinum) des kinases PAPKK: facteur létal (LF) de la toxine charbonneuse (Bacillus anthracis) activité adénylate cyclase intrinsèque: facteur oedématogène (EF) de la toxine charbonneuse (Bacillus anthracis)

4) Effets délétères a) Exotoxines protéiques Toxines peptidiques à activité intracellulaire indirecte Entérotoxines STa d’Escherichia coli (18 et 19 acides aminés): le récepteur est la GMP cyclase + Yersinia enterocolitica, Klebsiella pneumoniae, … Récepteur Activation d’une cascade Métabolisme enzymatique Hypersécrétion d’eau et d’ions Toxine oligopeptidique Toxine Noyau

4) Effets délétères a) Exotoxines protéiques Enzymes non toxiques collagénase, élastase, hyaluronidase, streptokinase, streptodornase, … coagulase DNase, protéase, lipases, glucidases, … uréases avec production d’ammoniaque irritation et inflammation (infections urinaires) tamponner le pH stomaccal (hélicobactéries dans l’estomac extension, protection, nutrition

4) Effets délétères EXOTOXINES PROTEIQUES - cytolysines enzymatiques (phospholipases) - cylosines formant pores aérolysine-like - cytolysines formant pores cholestérol-dépendentes - cytolysines formant pores de la famille RTX - toxines A=B à activité intracellulaire directe - toxines peptidiques à activité intracellulaire indirecte - enzymes non « toxiques » REPONSES INFLAMMATOIRE ET IMMUNES - endotoxines - superantigènes - hypersensibilités

4) Effets délétères Réponses inflammatoire et immunes lipide A du LPS des Gram - acide teichoïque des Gram + Endotoxines liaison à la « LPS-binding protein » interaction avec les macrophages (CD14+) production brutale de grandes quantités de cytokines activation des cascades du complément et de la coagulation vasodilatation, hypotension, coagulation intravasculaire disséminée décompensations multiples = choc septique (endotoxinique) coma, mort

4) Effets délétères b) Réponses inflammatoire et immunes Superantigènes (immunotoxines) provoquent une interaction directe et non spécifique entre les CPA et les lymphocytes activation de trop de clones de lymphocytes hyperproduction de nombreuses cytokines décompensation généralisée (cfr endotoxine) choc, coma, mort Exemples: Entérotoxines de Staphylococcus aureus Composant de membrane de Mycoplasma arthritidis

4) Effets délétères b) Réponses inflammatoire et immunes Hypersensibilités hypersensibilité de type I anaphylaxie (IgE) immédiate pas d’origine bactérienne

4) Effets délétères b) Réponses inflammatoire et immunes Hypersensibilités hypersensibilité de type II parenté (mimétisme) antigénique entre le micro-organisme et les cellules/tissus de l’hôte fixation des IgM et IgG activation du complément, dépôt du MAC et lyse cellulaire recrutement de phagocytes et action des enzymes lysosomiaux anticorps opsonisants et phagocytose des cellules cytotoxicité à médiation cellulaire dépendante d’anticorps (ADCC) par les cellules NK (avec récepteurs pour l’extrémité Fc des anticorps) Streptococcus pyogenes : myocarde Borrelia burgdorferi : cartilage articulaire

4) Effets délétères dépôt des complexe immuns (IgM, IgG) dans les parois des petits vaisseaux sanguins activation de la cascade du complément recrutement de phagocytes action des enzymes lysosomiaux production de cytokines activation de la cascade de coagulation formation de thrombi dommages/bouchage des vaisseaux mort des cellules b) Réponses inflammatoire et immunes Hypersensibilités hypersensibilité de type III dépôt des complexes immuns dans les tissus activation de la cascade du complément recrutement de phagocytes action des enzymes lysosomiaux dommages aux tissus locaux Borrelia burgdorferi (arthrites), actinophytoses (Actinobacillus lignieresii, Actinomyces bovis)

4) Effets délétères b) Réponses inflammatoire et immunes Hypersensibilités hypersensibilité de type IV immunité à médiation cellulaire hypersensibilité retardée: Th1 CD4+ (cytolyse à médiation par les cellules T: Tctl CD8+) infections par des pathogènes intracellulaires facultatifs tuberculose, paratuberculose, brucellose yersiniose (pseudotuberculose) francisellose (tularémie) rhodococcose, nocardiose survie dans les macrophages: épitopes sur MHC2, transformation LTh1, production de cytokines infiltration cellulaire continue, diffuse ou granulomateuse (= « tubercules » avec cellules épithélioïdes et géantes de Langhans) transformation caséeuse et destruction des tissus activation des macrophages par interféron g intradermoréaction positive (tuberculination)

Chapitre 8: Traitement de l’infection
Service de Bactériologie Département des Maladies infectieuses et parasitaires Faculté de Médecine Vétérinaire Cours de bactériologie 3ème candidature Chapitre 8: Traitement de l’infection

Traitement de l’infection
Quelques définitions Mécanismes d’action et cibles Spectres d’activité antibactérienne Bactériostase/Bactéricidie Mécanismes de résistance Associations Distribution in vivo (pharmacocinétique) et toxicité: voir 1er doctorat Principes cliniques d’application chez l’animal: voir 2ème et 3ème doctorat

Quelques définitions Antibiotiques: tous sauf ceux cités (+ dérivés semi-synthétiques) Molécules à activité anti-bactérienne d’origine naturelle (au départ) pouvant être utilisées par voie générale ou locale dans un but thérapeutique ou prophylactique Antiseptiques: nitrofuranes, quinolones, nitroïmidazoles Molécules à activité anti-bactérienne d’origine synthétique pouvant être utilisées par voie générale ou locale dans un but thérapeutique (à action spécifique) ou prophylactique (à action non spécifique; voir chapitre 9) Antibiomimétiques: sulfamidés et diaminopyrimidines Molécules à activité anti-bactérienne d’origine synthétique agissant par mime d’un molécule impliquée dans le métabolisme bactérien pouvant être utilisées par voie générale ou locale dans un but thérapeutique ou prophylactique

Mécanismes d’action et cibles Inhibiteurs de la synthèse de la paroi bactérienne Perturbateurs des membranes externe et cytoplasmique Inhibiteurs de la synthèse protéique Inhibiteurs de la synthèse des acides nucléiques Inhibiteurs métaboliques de la synthèse de l’acide folique (inhibiteurs compétitifs ou antibiomimétiques)

Mécanismes d’action et cibles Inhibiteurs de la synthèse de la paroi bactérienne b-lactames: Pénicillines + Céphalosporines PAROI MEMBRANE CYTOPLASMIQUE CYTOPLASME Chaîne croissante de peptidoglycan Peptidoglycan: chaînes assemblées Lipid carrier C55 Lipid carrier C55 + unité de peptidoglycan Précurseurs Glycopeptides Polypeptide Fosfomycine

Mécanismes d’action et cibles Perturbateurs des membranes externe et cytoplasmique Polymyxines Gram- Gram+ Tyrocidines PERIPLASME Membrane cytoplasmique CYTOPLASME Membrane externe Ponts de Bayer PEPTIDOGLYCAN

Mécanismes d’action et cibles Inhibiteurs de la synthèse protéique Tétracyclines Fucidines Liaison amino-acyl tRNA Aminosides Aminocyclitols Erreurs de lecture 3’ 5’ mRNA Polypeptide Sous-unité 30S rRNA16s Sous-unité 50S rRNA23S Acide aminé tRNA Macrolides Translocation Nitrofuranes Codon-anticodon Phénicolés Lincosamides Pleuromutilines Streptogramines Transpeptidation

Topo-isomérases (Fluoro)quinolones Novobiocine Mécanismes d’action et cibles Inhibiteurs de la synthèse des acides nucléiques U - A - C - C - G - U- A 5’ 3’ Nitro-imidazoles Quinoxalines DNaseI Déstabilisation RNA polymérase DNA dépendante Ansamycines

Mécanismes d’action et cibles Inhibiteurs métaboliques de la synthèse de l’acide folique et des bases puriques et pyrimidiques (inhibiteurs compétitifs ou antibiomimétiques) Sulfamidés Dihydroptéroate synthétase PABA glutamate ptéridine folate FH2 FH4 nucléotides précurseurs Diaminopyrimidines Dihydrofolate réductase

Spectres d’activité antibactérienne Spectre étroit sur les bactéries Gram+ Spectre étroit sur les bactéries Gram- Spectre large sur les bactéries Gram+ et Gram- Spectre très large sur les bactéries Gram+ et Gram-, y compris Proteus sp. et/ou Pseudomonas aeruginosa Spectre particuliers comprenant en plus ou uniquement les mycoplasmes, anaérobies strictes, intracellulaires, spirochètes …

Spectres d’activité antibactérienne Spectre étroit sur les bactéries Gram+ Benzyl-pénicillines (pénicilline G, cloxacilline, nafcilline) Céphalosporines de 1ère génération (céfapirine, céfalexine, céfacétrile, céfazoline) Polypeptide (bacitracine) Glycopeptides (vancomycine, teicoplanine) Tyrocidines Macrolides, lincosamides, streptogramines, pleuromutilines Fucidines Novobiocine Ansamycines Spectre étroit sur les bactéries Gram- Polymyxines La plupart des aminosides (<dihydro>streptomycine, néomycine, kanamycine: pas les bactéries anaérobies strictes) Aminocyclitols (spectinomycine) Quinolones classiques

Spectres d’activité antibactérienne Spectre large sur les bactéries Gram+ et Gram- Aminopénicillines (ampicilline et dérivés <amoxicilline, …>) Céphalosporines de 2ème génération (céfalonium, ceftiofur) Phénicolés (chloramphénicol, florfénicol) (Tétra)cyclines Nitrofuranes Sulfamidés Diaminopyrimidines Spectre très large sur les bactéries Gram+ et Gram-, y compris Proteus sp. et/ou Pseudomonas aeruginosa Carboxypénicillines (carbénicilline, ticarcilline) Céphalosporines de 3ème et 4ème générations (céfopérazone, cefquinome, …) Polymyxines (pas le genre Proteus) Certains aminosides (gentamicine, tobramycine, apramycine, amikacine: pas les anaérobies strictes) Fluoroquinolones

Spectres d’activité antibactérienne Spectre particuliers comprenant en plus ou uniquement les mycoplasmes, mycobactéries, anaérobies strictes, chlamydies, rickettsies, spirochètes, … Céphalosporines de 3ème génération (cefzulodine: genre Pseudomonas) Fosfomycine (Enterobacteriaceae) Aminosides (surtout streptomycine: genre Mycobacterium) Aminocyclitols (spectinomycine: mycoplasmes) Macrolides (mycoplasmes, spirochètes, chlamydies, certaines rickettsies) Lincosamides (mycoplasmes) Pleuromutilines (spécialement mycoplasmes et anaérobies strictes) Phénicolés (chlamydies, rickettsies) Tétracyclines (mycoplasmes, chlamydies, rickettsies, protozoaires) Nitrofuranes (mycoplasmes) Fluoroquinolones (mycoplasmes, chlamydies, rickettsies; pas les anaérobies) Ansamycines (genre Mycobacterium) Nitro-imidazoles (bactéries anaérobies strictes) Quinolaxines dioxydes (anaérobies strictes) Sulfamidés (chlamydies, rickettsies, protozoaires)

Bactériostase / Bactéricidie Bactériostatiques / Bactéricides TEMPS LOG VIABILITE Contrôle Sulfamidés Chloramphénicol Streptomycine Pénicilline Concentrations minimales inhibitrice (CMI) et bactéricide (CMB)

Bactériostase / Bactéricidie Bactéricides Bactériostatiques Pénicillines/Céphalosporines Polypeptide Glycopeptide Fosfomycine Polymyxines Tyrocidines (?) Aminosides Spectinomycine Macrolides (forte concentration) Streptogramines Nitrofuranes (Fluoro)quinolones Ansamycines Nitro-imidazoles Tétracyclines Macrolides (faible concentration) Lincosamides Pleuromutilines Phénicolés Novobiocine Sulfamidés Diaminopyrimidines

Mécanismes de résistance - mécanismes constitutifs - mécanismes acquis a. Insensibilité/Mutation/Modification/Protection de la cible Synthèse de novo d’une cible insensible c. Augmentation de la quantité d’analogue d. Inactivation enzymatique/biochimique de l’antibiotique e. Imperméabilité/Imperméabilisation des membranes f. Mécanisme d’efflux

Mécanismes constitutifs de résistance a. Insensibilité de la cible blactames, macrolides, lincosamides, pleuromutilines, ansamycines, novobiocine, (fluoro)quinolones, sulfamidés, diaminopyrimidines c. Inactivation de l’antibiotique Enzymatique: blactames (! Gram négatives !) Biochimique: anaérobiose (aminosides, aminocyclitols), aérobiose (nitroïmidazoles), ions bivalents (cyclines) d. Imperméabilité des membranes et paroi Membrane externe: blactames à spectre étroit, macrolides, lincosamides, pleuromutilines, ansamycines, novobiocine, polymyxines (genre Proteus) Peptidoglycan des Gram+: polymyxines, aminosides à spectre étroit, aminocyclitols, quinolones classiques

Mécanismes acquis de résistance a. Mutation/Modification/Protection de la cible Mutations: blactames, polymyxines, ansamycines, novobiocine, aminosides, aminocyclitols, (fluoro)quinolones, sulfamidés, diaminopyrimidines Modification: macrolides, lincosamides, pleuromutilines (! gènes inductibles !), glycopeptides Protection: cyclines blactames, sulfamidés, diaminopyrimidines Synthèse de novo d’une cible insensible c. Augmentation de la quantité d’analogue sulfamidés: PABA présent dans le pus par exemple

Mécanismes acquis de résistance d. Inactivation enzymatique de l’antibiotique blactames, aminosides, aminocyclitols, phénicolés, cyclines, macrolides, lincosamides, pleuromutilines e. Imperméabilité/Imperméabilisation des membranes et paroi Membranes externe et/ou cytoplasmique: tous f. Mécanisme d’efflux cyclines, (fluoro)quinolones, macrolides, lincosamides, pleuromutilines

Mécanismes acquis de résistance a. Insensibilité/Mutation/Modification/Protection de la cible Synthèse de novo d’une cible insensible c. Augmentation de la quantité d’analogue d. Inactivation enzymatique/biochimique de l’antibiotique f. Mécanisme d’efflux Gènes acquis par transformation et intégrés de manière stable sur des plasmides, des transposons, des transposons conjugatifs, des intégrons, … (voir chapitre 2) Gènes transférés entre bactéries par conjugaison plasmidique

Associations d’antibiotiques Buts: élargir le spectre antibactérien rendre sensible des bactéries résistantes synergie d’action sur les bactéries Principes empiriques: bactéricide + bactéricide: synergie (indifférence) bactériostatique + bactériostatique: indifférence (synergie) bactériostatique + bactéricide: antagonisme (indifférence/synergie) b lactames + oxapénames (inhibiteur b lactamases): synergie

Associations d’antibiotiques TEMPS LOG VIABILITE Contrôle Sulfamidés Chloramphénicol Streptomycine Pénicilline Pénicilline + Streptomycine

Associations d’antibiotiques Associations de familles différentes avec effet de synergie bactéricide + bactéricide b-lactames + aminosides: benzylpénicilline/dihydrostreptomycine b-lactames + polymyxines: amoxicilline/colistine b-lactames + novobiocine: benzylpénicilline/novobiocine Lincosamides + aminosides: lincomycine/néomycine Lincosamides + aminocyclitol: lincomycine/spectinomycine Macrolides + nitroïmidazoles: spiramycine/métronidazole Fluoroquinolones + b-lactames Fluoroquinolones + aminosides (Pseudomonas aeruginosa) Pénicilline G + érythromycine Rhodococcus equi

Associations d’antibiotiques Associations de familles différentes avec effet de synergie bactériostatique + bactériostatique Sulfamidés + diaminopyrimidines: sulfadiazine (5)/triméthoprime (1) bactéricide + bactériostatique Tylosine + tétracycline Pasteurella & Mannheimia Polymyxines + Sulfamidés/Triméthoprime bactériostatique + inhibiteur de b-lactamases b-lactames + oxapénames: amoxicilline/acide clavulanique

Associations d’antibiotiques Associations de familles différentes avec effet d’antagonisme bactéricide + bactériostatique b-lactames + tétracyclines b-lactames + phénicolés Macrolides + phénicolés Lincosamides + phénicolés Pénicilline procaïne + sulfamidés1 1 Car la procaïne = analogue PABA

Sur la synthèse de la paroi b-lactames: pénicillines Spectre étroit: pénicilline G*, benzylpénicilline*,cloxacilline*, nafcilline*, méticilline, … Spectre large: ampicilline*, amoxicilline* Spectre très large: carbénicilline, ticarcilline b-lactames: céphalosporines Spectre étroit: céfapirine*, céfalexine*, céfazoline*, céfacétrile*, céfalotine, … Spectre large: ceftiofur*, céfalonium*, céfaclor, céfuroxime, céfamandole, céfonicide, … Spectre très large: céfopérazone*, cefquinome*, ceftazidime Polypeptides Spectre étroit: bacitracine* (intramammaire, local)

Sur les membranes Polymyxines polymyxine B*, polymyxine E* (colistine) Sur la synthèse protéique Macrolides Erythromycine*, spiramycine*, tylosine*, tilmicosine*, acétylisovaléryltylosine* Oléandomycine, rosaramicine, azithromycine, kitasamycine Lincosamides Lyncomycine*, clindamycine*, pirlimycine* Pleuromutilines Tiamuline*, valnémuline* Nitrofuranes Nitrofurantoïne (urinaire)

Sur la synthèse protéique Aminosides Spectre étroit: streptomycine*, dihydrostreptomycine*, kanamycine*, néomycine*, paromomycine*, framycétine* Spectre très large: gentamicine*, apramycine*, tobramycine, amikacine Aminocyclitols Spectinomycine* Phénicolés Florfénicol*, Thiamphénicol ! Chloramphénicol*: usage interdit en animaux de rente ! Cyclines Tétracycline*, oxytétracycline*, doxycycline*, chlortétracycline*, …

Sur la synthèse d’acides nucléiques Ansamycines Rifaximine*: usage intramammaire Rifampicine: traitement de la tuberculose ! Réserver à la médecine humaine ! Novobiocine Novobiocine*: usage intramammaire (+ pénicilline) (Fluoro)quinolones Aucune quinolone classique (acide nalidixique) en médecine vétérinaire Fluoroquinolones en médecine vétérinaire: fluméquine*, enrofloxacine*, danofloxacine*, marbofloxacine*, difloxacine*, ibafloxacine* Nitro-imidazoles ! Usage interdit en animaux de rente ! Métronidazole* (animaux de compagnie) Ronidazole (anti-protozoaire chez le pigeon)

Sur le métabolisme des bases puriques et pyrimidiques Sulfamidés Des dizaines de molécules dont en médecine vétérinaire: sulfachlorpyridazine*, sulfaclozine*, sulfadazine*, sulfadiméthoxine*, sulfadimidine*, sulfadoxine*, sulfaméthoxazole*, sulfanilamide* Diaminopyrimidines Plusieurs molécules, mais seul le triméthoprime* est utilisé en médecine vétérinaire

Chapitre 9: Prophylaxie de l’infection
Service de Bactériologie Département des Maladies infectieuses et parasitaires Faculté de Médecine Vétérinaire Cours de bactériologie 3ème candidature Chapitre 9: Prophylaxie de l’infection

Prophylaxie de l’infection
Plan général du chapitre Moyens chimiques Moyens physiques Moyens biologiques

Moyens chimiques antiseptiques/désinfectants définitions spectres principes actifs applications promoteurs de croissance Moyens physiques Moyens biologiques

Moyens chimiques Antiseptiques/désinfectants: définitions Antiseptiques: Molécules à activité anti-bactérienne d’origine synthétique pouvant être utilisées par voie générale ou locale dans un but thérapeutique (à action spécifique) ou prophylactique (à action non spécifique; antiseptie, aseptie) Désinfectants: Molécules à activité anti-bactérienne d’origine synthétique ne pouvant être appliquées que sur des matériaux inertes, jamais sur les tissus organiques Promoteurs de croissance: Antibiotiques ou antiseptiques administrés par voie orale à dose faible (10x inférieure à la dose thérapeutique) dans le but de réduire la pression d’infection en général pendant certaines périodes de la vie de l’animal et favoriser la productivité

Moyens chimiques Antiseptiques/désinfectants: spectres Antibactériens Spectre classique sur les bactéries Gram+ et Gram- Spectre large étendu aux mycobactéries Spectre très large étendu aux spores bactériennes Antimicrobiens Prions (?) < Coccidies - Cryptosporidies < Spores < Mycobactéries < Giardia < Virus non enveloppés (petits) < Trophozoïtes < Bactéries Gram - < Levures, moisissures < Virus non enveloppés (grands) < Bactéries Gram + < Virus enveloppés

Moyens chimiques Antiseptiques/désinfectants: à spectre classique dérivés phénolés un à deux cycles benzène substitués (halo-, thio, nitrophénols) antiseptiques de surface cutanée & inertes (Dettol®, Créoline®) irritants, surtout sur les muqueuses, toxiques per os parfois les mycobactéries surfactants une région hydrophobe + une région hydrophile anionique (= détergents), cationique (spectre classique) ou amphotère (spectre large) antiseptiques de surfaces cutanée et muqueuse & industrie alimentaire (amphotères) (Zéphiron®, Roccal®, Cétavlon®) toxiques per os résistances acquises possibles par mutations ou sur plasmides

Moyens chimiques Antiseptiques/désinfectants: à spectre classique chlorhexidine molécule azotée et chlorée proche des surfactants cationiques (résistances croisées) antiseptiques de surface cutanée et muqueuse (trayons) (Hibitex®, Hibitane®, Stérilon®) non toxique ions métalliques cations lourds (Zn++, Cu++, Hg++, As++) antiseptiques de surfaces cutanée et muqueuse & blessures (pédiluves: Zn(SO4)2 ou Cu(SO4)2) intoxications ? (Hg par exemple) résistance d’origine plasmidique (réparation de l’ADN)

Moyens chimiques Antiseptiques/désinfectants: à spectre classique dérivés alcoolés chaîne de C de longueur variable antiseptiques de surface cutanée (trayons): éthanol 95° + acétone (dégraissant) + eau (réhydratant); éthanol 70° (= éthanol 95° + eau); méthanol potentialise les effets des hypochlorites toxique per os eau oxygénée peroxyde d’hydrogène (H2O2) antiseptiques de surface cutanée et blessures & petits ustensiles irritant sur muqueuses et blessures des bactéries et les cellules eucaryotes produisent des catalases

Moyens chimiques Antiseptiques/désinfectants: à spectre très large dérivés iodés I2 (peu actif), iodures K ou Na (peu solubles dans l’eau, plus dans l’alcool = teinture), iodophores (matrice emprisonnant l’I2 et le libérant progressivement) peau, petites blessures (teinture d’iode), traitement général par voie orale ou intra-veineuse (KI, NaI), peau, blessures, trayons (iodophores: Ioxan®, Isobétadine®) irritations (teintures), intoxication ou iodisme (KI, NaI) aldéhydes formaldéhyde (sous forme liquide <= formol> ou vapeur), glutaraldéhyde désinfectants de matériel en liquide, de locaux par fumigation (formol dans le système all-in/all-out); antiseptique des affections du pied des ruminants, porcs et chevaux (formol) mortel per os, irritant et allergisant en vapeur

Moyens chimiques Antiseptiques/désinfectants: à spectre très large composés libérant de la chlorine hypochlorites (pas sur les mycobactéries, eau de Javel®), chloramines désinfectants de bâtiments, matériel (industrie laitière), véhicules toxiques per os (hypochlorites), peu toxiques (chloramines) acides/bases acides (HCl, H2SO4, acides salicylique, benzoïque, undécylénique, …), alcalis (NaOH, CaO, Ca<OH>2, Na2CO3) désinfectants de surface, cadavres, neutralisation de terres acides (alcalis), désinfectants de matériels, bâtiments ou cadavres (CaO), décontamination de prélèvements cliniques contenant des mycobactéries, antifongiques cutanés (acides) corrosifs, mortels par ingestion oxyde d’éthylène: n’est plus utilisé car trop toxique (sécurité du travail)

Moyens chimiques Antiseptiques/désinfectants: facteurs influençant leur emploi type et nombre d’organismes temps de contact concentration température pH matières organiques dureté de l’eau combinaisons: méthanol + hypochlorite biofilms, capsule, zooglée -, sauf les dérivés iodés

Moyens chimiques Antiseptiques/désinfectants: applications phénols: antiseptiques généraux (peau + sols) surfactants (QACs): matériel, pédiluves, plaies, petite chirurgie surfactants amphotères: industrie alimentaire chlorhexidine: blessures, industrie laitière (mamelle) ions métalliques: antiseptiques généraux, pédiluves alcools: antiseptiques généraux (peau, petit matériel) eau oxygénée: antiseptique général (plaies, petit matériel) dérivés iodés: nombreux usages selon le dérivé (plaies, mamelle, chirurgie préparatoire, …) aldéhydes/formol: bâtiements en fumigation, culture en liquide aldéhydes/glutaraldéhyde: matériel, locaux, … composés libérant de la chlorine/hypochlorites + chloramines: bâtiments, industrie laitière (matériel), véhicules, acides/bases: très variable selon le composé exact (bâtiments, air, industrie des aliments, abattoirs, carcasses, cadavres, …)

Moyens chimiques Promoteurs de croissance: définition & utilisation antibiotiques ou antiseptiques particuliers utilisés dans la nourriture à des doses dix fois inférieures aux doses thérapeutiques afin d’obtenir un effet positif sur la croissance des animaux à différencier de l’usage prophylactique dirigé contre certains pathogènes des antibiotiques / antiseptiques à certaines périodes de la vie de l’animal interdits en Europe depuis le 1er janvier 2006 toujours beaucoup utilisés hors Europe

Moyens chimiques Moyens physiques chaleur chaleur humide chaleur sèche froid dessication simple lyophilisation radiations ionisantes non ionisantes filtration Moyens biologiques

Moyens physiques chaleur humide: par coagulation des protéines température inférieure à 100° C = pasteurisation (60°C pendant 30 minutes ou 80°C pendant 10 minutes) (formes végétatives, mais pas les spores) à 100° C = eau bouillante (spores après plusieurs heures) vapeur à pression atmosphérique = excellent pouvoir de pénétration (spores en minutes) tyndallisation = trois cycles d’exposition à température de pasteurisation pendant 20 à 45 minutes étalés sur trois jours (excellents contre les spores pour des produits sensibles à de hautes températures) vapeur à plus d’une atmosphère = autoclavage (toutes les spores sont détruites en 60 minutes) plusieurs centaines de degrés pendant quelques secondes = Ultra Haute Température (UHT) (tout les organismes sont détruits) La chaleur:

Moyens physiques La chaleur (humide): Applications Produits biologiques: lait (pasteurisation, UHT) Divers matériaux biologique ou inertes: lait (bouillir), petit matériel médical et de chirurgie (eau bouillante, vapeur) Divers matériaux biologique ou inertes: milieux de culture, matériel de chirurgie, cadavres, … (autoclavage) Produits sensibles à de hautes températures: milieux de culture (tyndallisation)

Moyens physiques La chaleur: chaleur sèche: par oxydation (= extension de la dessication) cautérisation = brûlures lance-flamme = incendie incinération = bûcher air chaud = four Pasteur (150°C pendant 2 heures ou 180°C pendant 30 minutes) Spectre formes végétatives spores (longue exposition en four Pasteur) Applications Foyers infectieux: gangrène, lèpre, organes lors du prélèvement pour la bactériologie (cautérisation) Matériaux inertes: bâtiments lors de grandes épidémies (peste humaine) ou de maladies contagieuses (lèpre) (incendie) Matériaux organiques ou inertes: cadavres, litières, excréments, anciennes cultures bactériennes (incinération) Matériaux inertes: équipement en verre (four Pasteur)

Moyens physiques La chaleur: froid = moyen de conservation (lyophilisation) réfrigération à 4°C: pas pour Pasteurella/Mannheimia congélation à -20°C: mort cellulaire au cours de la congélation et de la décongélation surtout (formation de crystaux). Survie variable selon l’espèce. congélation à -75°C: avec agent cryoprotecteur (longue survie) Applications Echantillons cliniques Collections de bactéries à court terme Collections de bactéries à long terme

Moyens physiques La dessication: simple: moyen de décontamination non compatible avec la pratique entérobactéries très résistantes (plusieurs mois; voir chapitre 5) Intervient dans la lyophilisation lyophilisation = dessication sous vide et à basse température (= freeze-drying) Application Collections de bactéries à très long terme

Moyens physiques Les radiations: ionisantes: action par dommages à l’ADN particulaires = rayons cathodiques et b électromagnétiques = rayons g et X Spectre Virus < Spores < Gram+ < Gram- Applications Rayons g: industrie alimentaire (Deinococcus radiodurans) Rayons b: produits pharmaceutiques et chirurgicaux, matériaux plastiques, aliments pour animaux germ-free

Moyens physiques Les radiations: non ionisantes: infra-rouge: action par dégagement de chaleur ultra-violets ( nm): action par dommages à l’ADN Spectre Spores < Gram+ < Gram- (virus: sensibiité variable) Applications Ultra-violets: locaux de chirurgie, hotte de cultures cellulaires (fortement absorbés par matières organiques)

Moyens physiques La filtration: méthode non destructive ! filtres en surface: les micro-organismes sont retenus en surface filtre en profondeur: les micro-organismes se perdent dans des recoins (ouate, fibre de verre, …) Applications Liquides: milieu de cultures et solutions sensibles à la chaleur, eau non potable Gaz: air d’une salle de chirurgie, chambre d’immunodéprimé, chambre de contagieux, locaux pour animaux germ-free

Moyens chimiques Moyens physiques Moyens biologiques méthodes immunologiques vaccins immunsérums colostrum méthodes non immunologiques adhésines/récepteurs bactériophages probiotiques prébiotiques

Moyens biologiques Méthodes immunologiques Vaccins: Préparations d’antigènes bactériens, permettant la production d’anticorps spécifiques (= immunogènes), assurant la protection à terme de l’hôte contre les infections par cette espèce bactérienne (= immunité active). Les antigènes/immunogènes dériveront souvent de facteurs de virulence (antigènes de surface O et/ou K, adhésines, toxines, …) Immunsérums: Sérums contenant des anticorps spécifiques que l’on transfère à un hôte pour le protéger immédiatement contre une infection bactérienne (= immunité passive) Colostrum: Ou premier lait. Il est le seul moyen pour les mammifères domestiques de recevoir des anticorps maternels.

Moyens biologiques Méthodes non immunologiques Adhésines/Récepteurs: Sur base de l’interaction spécifique entre adhésines bactériennes et récepteurs cellulaires, des espoirs ont été mis, à une époque, dans l’utilisation d’adhésines purifiées pour saturer les récepteurs cellulaires ou dans celle de récepteurs pour saturer les adhésines bactériennes et ainsi prévenir la colonisation par les bactéries Ces espoirs ont chaque fois été déçus, étant donné la nécessité d’intervenir avant l’infection pour que la méthode soit efficace. Aujourd’hui: recherche de tels analogues dans le lait, les légumes et les fruits Les airelles (cranberries) sont particulièrement intéressantes !

Moyens biologiques Méthodes non immunologiques Bactériophages: Virus des bactéries servant dans la lysotypie. A une époque, des espoirs ont été mis dans l’utilisation de ces virus pour prévenir et/ou traiter des maladies bactériennes, surtout à hauteur de l’intestin. Ces espoirs ont chaque fois été déçus, étant donné la nécessité d’intervenir avant l’infection pour que la méthode soit efficace.

Moyens biologiques Probiotiques: Espèces bactériennes non pathogènes, administrées par voie orale, pour coloniser l’intestin et y contrer, soit préventivement, soit thérapeutiquement, la colonisation par des espèces pathogènes ou pour rétablir une flore équilibrée lors de dysbactériose Méthodes non immunologiques Applications potentielles: la prévention des diarrhées néonatales Applications « réelle »: la prévention de la salmonellose chez la volaille Mode d’action: production de bactériocines Genres concernées: Carnobacterium, Lactobacillus, Bifidobacterium, … Entre charlatanisme, empirisme et science

Moyens biologiques Méthodes non immunologiques Prébiotiques: Nutriments favorisant spécifiquement la croissance d’une (ou plusieurs) espèce(s) bactérienne(s) bénéfique(s) dans l’intestin (Par exemple des probiotiques) Domaine encore expérimental dans le cadre des maladies

Chapitre 7: Virulence et pathogénie

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