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1 Pouvoir pathogène des microorganismes. Sommaire Introduction Les diverses stratégies écologiques des microorganismes et la situation des microorganismes.

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1 1 Pouvoir pathogène des microorganismes

2 Sommaire Introduction Les diverses stratégies écologiques des microorganismes et la situation des microorganismes pathogènes 1- Le pouvoir pathogène lié à la production de toxines 2- Le pouvoir pathogène lié au pouvoir invasif

3 3 Introduction : les diverses stratégies écologiques des microorganismes (définitions)

4 A/ Deux grandes catégories de stratégies écologiques : - le saprophytisme - la symbiose 4

5 Saprohytisme : vie dans lair, leau, le sol sans dépendre dun autre être vivant Se nourrissent de matières organiques en décomposition quils transforment en matières minérales Symbiose : vie en association étroite de 2 ou plusieurs organismes (parfois appelé parasitisme) Commensalisme Mutualisme Pathogénicité

6 6 Commensalisme Définition : relation dans laquelle un organisme (le commensal) est avantagé alors que l'autre n'est ni lésé, ni aidé Remarque : Les bactéries commensales du corps humain préfèrent habituellement coloniser des sites spécifiques Exemple : Escherichia coli vit dans le colon chez l'homme et bénéficie des éléments nutritifs, de la chaleur, et de l'abri, mais ne provoque aucune maladie, ni aucun malaise

7 7 Mutualisme Définition : vie en association de 2 ou plusieurs organismes dans laquelle tous les membres sont avantagés Exemple : microorganismes du rumen –la vache fournit l'incubateur à température, pH régulés et alimentation en cellulose et eau assurée –Les microorganismes digèrent les parois cellulosiques des végétaux (ruminants ne synthétisent pas de cellulases) et produisent de nombreux métabolites assimilables par la vache.

8 8 Parasitisme Définition : relation où un des organismes symbiotes porte atteinte ou vit aux dépens d'un autre organisme (corps de l'animal = hôte). Si cet organisme produit une maladie évidente, il est dit pathogène Pathogènes spécifiques Pathogènes opportunistes

9 Microorganismes pathogènes spécifiques microorganismes provoquant presque toujours une maladie spécifique même chez le sujet "sain"(ex typhoïde, choléra, tuberculose, méningite) Microorganismes pathogènes opportunistes microorganismes normalement commensaux ou saprophytes ne produisant des troubles que chez un sujet à la faveur du terrain 9 Terrain favorable Déséquilibre de la flore normale de leur «habitat» (antibiothérapie), Affaiblissement des défenses immunitaires de lhôte (immuno- dépression, âge, …) Migration dans un autre territoire (infections urinaires, endocardites)

10 B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 1- Découverte du pouvoir pathogène de Corynebacterium diphteriae Injection de Corynebacterium diphteriae à une souris : -Mort de lanimal de diphtérie -Autopsie réalisée : -Pas de bactéries disséminées mais uniquement localisées au point dinjection -Beaucoup dorganes nécrosés Effet pathogène loin de lendroit où se trouvent les bactéries 10

11 B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 1- Etude de Corynebacterium diphteriae (suite) Injection durine filtré d enfant atteint de diphtérie -Mort de lanimal de diphtérie Pas de bactéries dans le filtrat injecté La mort nest pas due à des microorganismes. Présence dun produit toxique secrété par le microorganisme et présent dans lurine : la toxine diphtérique 11

12 B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 1- Etude de Corynebacterium diphteriae (suite) Bien des années plus tard : - purification de la toxine montre quil sagit dune protéine provoquant linhibition de la synthèse protéique 12

13 B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 1- Etude de Streptococcus pneumoniae Injection dun bouillon de culture filtré absence de mort de lanimal de pneumonie Pas de bactéries dans le filtrat injecté Pas de toxine pathogène secrétée par cette bactérie 13

14 B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 2- Etude du pouvoir pathogène de Streptococcus pneumoniae Injection deStreptococcus pneumoniae capsulées à une souris : -Mort de lanimal par pneumonie -Autopsie réalisée : -Présence de bactéries disséminées partout Injection de Streptococcus pneumoniae acapsulés absence de mort Effet pathogène des bactéries avec invasion de tout lorganisme La capsule est responsable de lexpression du pouvoir invasif 14

15 Deux grands moyens de nuire à lhôte pour un microorganisme : - la production de toxines (= toxinogénèse) - la capacité à se répandre dans les tissus adjacents ou les autres tissus après multiplication active aux dépens des structures de lhôte (= pouvoir invasif, parfois appelé virulence). 15

16 16 1- Pouvoir pathogène et toxinogénèse

17 1-1- Définition du terme toxine

18 Toxine : métabolite ou constituant cellulaire dont la libération provoque : - des troubles dans lorganisme : lésions cellulaires locales ou altérations dactivités physiologiques essentielles - lapparition dAc (anticorps) spécifiques car une toxine est une macromolécule à la fois toxique et antigénique 18

19 1-2- Classification des toxines bactériennes

20 Classification biochimique 20 Toxines protéiques Toxines lipopolyosidiques (LPS) de la membrane externe de la paroi des bactéries Gram -

21 Classification topologique 21 Exotoxines : toxine diffusant à un moment donné de la croissance à lextérieur de la bactérie dans le milieu environnant (correspondent le plus souvent aux toxines protéiques) Endotoxines : toxines retenues dans la cellule bactérienne et libérées à la mort de la bactérie quand la cellule est lysée (correspondent notamment aux toxines LPS)

22 1-3- Etude des toxines LPS

23 Caractéristiques des toxines LPS 23 Action non spécifique : toutes les toxines LPS donnent quasiment les mêmes troubles Toxicité à une dose souvent importante Thermostable le plus souvent Immunogénicité : assez faible Impossibilité de les transformer en anatoxine (substance ayant perdu son pouvoir toxique, mais ayant conservé son pouvoir immunogène)

24 Troubles dues aux toxines LPS 24 Faibles doses : maux de tête, malaises, fièvre, leucopénie Forts doses : choc toxique caractérisé par : –Perturbations vasculaires : vasodilatations, fuite de plasma vers les tissus, hypotension et hypovolémie pouvant être mortelles –Troubles de la coagulation

25 Mécanisme daction des toxines LPS 25 Hyperproduction des médiateurs produits normalement au cours de la réponse immunitaire : –Libération exagérée de TNF –Libération exagérée dinterleukines Molécules responsables des troubles caractéristiques du choc toxique

26 1-4- Etude des toxines bactériennes protéiques

27 Microorganismes producteurs 27 Essentiellement des Gram + Quelques exemples dintérêt alimentaire Quelques bactéries Gram - Vibrio cholerae Shigella dysenteriae Staphylococcus aureusEntérotoxine staphylococcique Clostridium botulinumToxine botulinique Clostridium perfringensEntérotoxine

28 Moment de leur libération : analyse des résultats expérimentaux 28

29 Moment de leur libération : analyse des résultats expérimentaux 29 Cas a : Excrétion dans le milieu extérieur dès quelles sont synthétisées sans aucune altération de la structure cellulaire ni du fonctionnement de la cellule (Exotoxines vraies) Ex :entérotoxine staphylococcique toxine de Clostridium perfringens Cas b : Libération en partie par excrétion pendant la croissance et suite à la lyse cellulaire (Toxine mixte à localisation exo et endocellulaire) Ex : toxine botulinique Cas c : Libération par la lyse cellulaire (Toxines intracytoplasmiques) Ex : toxine de Shigella

30 Les principales propriétés des toxines protéiques : étude de lune des propriétés Substance toxique Indice de toxicité Strychnine1 Arsenic0,03 Venin de serpent10 LPS bactérien0,1 Toxine diphtérique 2000 Toxine tétanique Toxine protéique de Shigella Toxine botulinique Toxines bactériennes des milliers de fois plus puissantes que des poisons connus comme dangereux comme la strychnine ou larsenic 1 g de toxine botulinique ou tétanique est suffisant pour tuer 10 millions de personnes

31 Les principales propriétés des toxines protéiques Liste des propriétés essentielles Synthétisées par des bactéries spécifiques (contenant souvent un plasmide ou un prophage porteur du gène de la toxine) Souvent thermolabiles (inactivées entre 60°C et 80°C) avec une exception : lentérotoxine staphylococcique Fort pouvoir toxique pour certaines (toxine botulinique par exemple) Induction de troubles spécifiques Fortement immunogènes Transformables en anatoxines 31

32 Les principales propriétés des toxines protéiques Les anatoxines 32

33 Les principales propriétés des toxines protéiques Les anatoxines Définition dune anatoxine : toxine ayant perdu son pouvoir toxique mais ayant conservé son pouvoir antigénique Obtention danatoxines : action du méthanal (formol) pendant 30 à 40 jours à 40°C Intérêt des anatoxines : utilisation pour vacciner (anatoxine diphtérique, anatoxine tétanique). 33

34 Les principales propriétés des toxines protéiques Conséquence du pouvoir immunogène Possibilité dinjecter lanatoxine à des animaux (lapin, cheval….) Synthèse dAc spécifiques par lanimal Recueil du sang et purification des Ac contenus dans le plasma Injection possible des Ac à des personnes contaminées ou susceptibles dêtre contaminées afin de leur permettre de ne pas avoir de troubles. 34 Applications : - sérum antitétanique - sérum antibotulinique

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36 Les diverses catégories de toxines protéiques en fonction de leur mécanisme daction Neurotoxines (toxines à action spécifique sur les neurones) Toxines cytotoniques (toxines perturbant les échanges ioniques et/ ou deau) Toxines cytolytiques (toxines détruisant la membrane plasmique) Toxines cytotoxiques (toxines responsables de la mort cellulaire) Toxines désorganisant le cytosquelette Immunotoxines (toxines agissant sur le système immunitaire) 36

37 Les neurotoxines (action spécifique sur les neurones) : cas de la toxine botulinique 37

38 Fonctionnement normal de la synapse (jonction) neuro-musculaire 38 Arrivée du potentiel daction à lextrémité de laxone Déclenchement de la fusion des vésicules contenant le neuromédiateur (acétylcholine) avec la membrane plasmique de laxone Libération du neuromédiateur dans lespace synaptique Fixation du neuromédiateur sur un récepteur présent dans la membrane du myocyte Liaison provoquant un changement de conformation du récepteur induisant une ouverture du canal sodium Entrée de sodium dans le myocyte et donc déclenchement du potentiel daction délenchant à son tour la contraction musculaire.

39 Les neurotoxines (action spécifique sur les neurones) : mécanisme daction de la toxine botulinique 39 Toxine botulinique responsable du clivage des protéines permettant la liaison des vésicules dacétylcholine à la membrane lors de larrivée dun potentiel daction Conséquences : - Absence de liaison des vésicules à la membrane de laxone - Pas de libération de lacétylcholine dans lespace intersynaptique - Absence de transmission du potentiel daction du neurone au muscle - Absence de contraction des muscles Paralysie flasque de tous le corps et mort de la personne par asphyxie (paralysie des muscles respiratoires)

40 novembre 2006Cellule procaryote40

41 Toxines cytotoniques (exemple : toxine cholérique) 41 Toxine active sur une protéine : protéine G Activation par la protéine G de ladénylate cyclase Augmentation du taux dAMP cyclique Action sur le canal chlorure Absence dabsorption par la cellule des ions chlorures Entrainement hors de la cellule de charges positives (sodium) Sortie massive deau par compensation osmotique, doù diarrhée massive aqueuse

42 Lit pour personnes souffrant de choléra 42

43 Lit pour personnes souffrant de choléra 43

44 Toxines cytolytiques: toxines provoquant la lyse des cellules 44 Toxine agissant en formant des pores dans la membrane cellulaire –Soit suit à une activité phospholipasique : lécithinase de Staphylococcus aureus –Doit suite à une activité de perforine (après action sur le cholestérol membranaire) : listériolysine

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46 Toxines cytotoxiques : toxines provoquant la mort de la cellule 46 Exemple toxine diphtérique Mode daction de la toxine : –blocage de la traduction –absence de protéines structurales et enzymatiques –Mort de la cellule

47 Toxines désorganisant le cytosquelette 47 Exemple toxine des EPEC Mode daction de la toxine : –Fixation de la toxine sur lentérocyte –Disparition des microvillosités –Disparition des jonctions serrées –Perte de létanchéité de lépithélium –Fuite des constituants cellulaires –Diarrhée

48 Immunotoxines 48 Exemple entérotoxine staphylococcique Mode daction de la toxine : –Stimulation anormale du système immunitaire (superantigène) –Production dune quantité excessive dinterleukines Voir présentation de TP : intoxinations

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50 50 Existence de toxines microbiennes autres que les toxines bactériennes : –Phytotoxines –Mycotoxines (aflatoxines, ochratoxines……..)

51 51 2- Pouvoir invasif et facteurs linfluençant

52 52 Pouvoir invasif = capacité dun agent pathogène à envahir les tissus stériles de lindividu. Possibilité de deux types dinvasion non exclusifs : Invasion intracellulaire (Listeria, Salmonella, virus…) Invasion extracellulaire (Clostridium perfringens, Pneumocoque…)

53 2-1- Les diverses étapes et les facteurs de pathogénicité mis en jeu

54 54 - Etape de pénétration dans lorganisme - Etape dadhésion : fixation sur une structure de lhôte et de colonisation - Etape de pénétration dans les cellules et tissus de lhôte -Etape de multiplication. Avec nécessité de résister aux défenses de lhôte

55 Pénétration 55 3 grandes voies de pénétration : - voie aérienne - voie digestive - voie cutanéo-muqueuse (dont la voie sexuelle)

56 Adhésion à un constituant de lhôte Rôle Attachement du microorganisme aux muqueuses digestive, respiratoire et urogénitale afin dempêcher son expulsion mécanique (assurée notamment par battement des cils, péristaltisme intestinal…). Etape dépendant de la capacité du pathogène à concurrencer avec succès la microflore normale de lhôte pour les éléments nutritifs

57 Adhésion à un constituant de lhôte Structures responsables -Fimbriae -Pili -Capsule -Adhésines de surface -Couche S, glycocalyx -Acides teichoïques et lipoteichoïques de la paroi

58 Adhésion à un constituant de lhôte Mécanismes - Cas 1 : interaction entre fimbriae, pili, polyosides capsulaires et récepteurs présents sur certaines cellules de lhôte (= fixation spécifique) - Cas 2 : interaction électrostatique entre certains constituants superficiels (du microorganisme et des constituants de la membrane plasmique de la cellule hôte (= fixation non spécifique)

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62 Pénétration dans les cellules et les tissus Pénétration dans les cellules 62 -Pénétration active : -par production de substances lytiques altérant les tissus de lhôte -par désorganisation de la surface cellulaire -Pénétration passive par passage par de petites lésions dans une membrane, par endocytose……

63 Pénétration dans les cellules et les tissus Pénétration dans les tissus 63 A partir de la pénétration dans une cellule, possibilité datteinte de tissus plus profonds et de dissémination dans tout lorganisme du fait de la production denzymes ou de substances facilitant la propagation : - lécithinase, hyaluronidase, coagulase, hémolysine, collagénase……

64 Multiplication 64 Nécessité pour le microorganisme de trouver chez lhôte un environnement favorable à sa multiplication : éléments nutritifs, pH adéquat, température adéquate…. Conséquence : - certains ne peuvent se multiplier que dans certaines cellules spécifiques de lhôte - certains se multiplient activement dans le plasma sanguin où ils rejettent leurs déchets métaboliques toxiques, doù septicémie

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67 2-2- Les mécanismes de résistance à la défense de lhôte

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69 novembre 2006Cellule procaryote69

70 novembre 2006Cellule procaryote70

71 novembre 2006Cellule procaryote71

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80 80 - Résistance à limmunité non spécifique * Résistance à la phagocytose * Résistance au complément - Résistance à limmunité spécifique

81 Résistance à la phagocytose 81

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83 Résistance à la phagocytose 83 Phagocytose = processus dendocytose par lequel des macrophages ou des granulocytes neutrophiles capturent des microorganismes dans une vésicule dendocytose, puis les détruisent par digestion lysosomiale. Résistance des microorganismes par : -Inhibition du chimiotactisme des cellules phagocytaires - Inhibition de lattachement du microorganisme sur la cellule phagocytaire - Résistance à la digestion lysosomiale Absence de destruction du microorganisme

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85 Résistance aux composants du complément 85 Complément = ensemble de protéines plasmatiques intervenant en complément des anticorps pour détruire les microorganismes Résistance au complément par : - la sécrétion denzymes protéolytiques (Pseudomonas aeruginosa) qui détruisent les protéines du complément - ou par leur paroi (capsule, lipopolysaccharide, protéines de la membrane externe) empêchant le composant C3 du complément de se fixer à la bactérie. Absence de destruction du microorganis me

86 Résistance aux composants du complément 86

87 Résistance à limmunité spécifique 87 Mécanisme - Variation antigénique du microorganisme : anticorps présents incapables de sunir à lantigène - Similitude des Ag du microorganisme avec les Ag de lhôte - Sécrétion dIgA protéases par le microorganisme

88 2-3- Les facteurs de lhôte favorisant lagression

89 89 - Facteurs immunitaires -Lâge -Létat physiologique et hormonal -Les facteurs génétiques -Les facteurs environnementaux

90 Facteurs immunitaires 90 Mécanisme - Barrières naturelles (cutanées ou muqueuses) altérées : pénétration possible des bactéries à travers la peau et les muqueuses - Immunodépression naturelle ou acquise : pas dinactivation du microorganisme Cas particulier : lâge car Chez les jeunes enfants le système immunitaire nest pas complètement mature Chez les personnes âgées, le système immunitaire a perdu son efficacité

91 Etat physiologique et hormonal 91 - Malnutrition, traitement médicamenteux….. * diminuent la réponse immunitaire * favorisent donclinfection

92 Etat physiologique et hormonal 92 - Malnutrition, traitement médicamenteux….. * diminuent la réponse immunitaire * favorisent donc linfection

93 Facteurs environnementaux 93 - Pollution atmosphérique - Conditions climatiques - Surpopulation, mauvais niveau dhygiène, insalubrité de lhabitat Facteurs favorisant linfection

94 Conclusion

95 95 - Pouvoir pathogène : capacité dun microorganisme dinduire des changements pathologiques ou une maladie. - Virulence correspondant à lintensité du pouvoir pathogène. - Pouvoir pathogène exercé par * linvasion de lorganisme hôte * et / ou la production de toxines - Induction de maldies par certaines toxines en labsence du microorganisme toxinogène


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