Pr Christine VERNOZY-ROZAND Journées « STEC Experts » Escherichia coli O157:H7 et les Escherichia producteurs de Shigatoxines (STEC) dans la viande Bien comprendre le mécanisme d’infection pour mieux combattre la maladie Pr Christine VERNOZY-ROZAND Journées  « STEC Experts » 25-26 juin 2008

Infections à E. coli producteurs de Shigatoxines Préoccupation de santé publique dans les pays industrialisés Formes cliniques variées : Diarrhée parfois sanglante SHU : principale cause IRA chez l’enfant < 3 ans PTT chez les adultes Complications neurologiques et séquelles rénales Létalité : 1 à 6 % Potentiel épidémique

{ E.COLI : POUVOIR PATHOGENE Escherichia coli E.coli intestinaux 173 Ag O 80 Ag K 56 Ag H Escherichia coli ~ 700.000 E.coli intestinaux E.coli extra-intestinaux Infections urinaires Méningites néonatales ETEC Toxines LT, ST UPEC EPEC eae, bfp hly pap sfa fimbriae type 1 EHEC eae, VT K1 , O1,O7, O16,O18 H7 sfa OmpA ibe 10 EIEC Invasion EAggEC afa , LT DAEC afa

Définitions Escherichia coli VTEC=STEC (stx gene) EHEC = STEC isolé des malades E. coli O157:H7, O103, O26, O111..)

VIRULENCE DES EHEC

Facteurs de virulence Adhésion à la muqueuse digestive Production de verotoxine ou shigatoxine Autres facteurs de pathogénicité

Lésions d’attachement et d’effacement - Au niveau du colon et du caecum Effacement et / ou destruction des microvillosités de l'épithélium intestinal Condensation de l'actine cellulaire piédestal Adhésion étroite par l'intermédiaire de l’intimine produit du gène eae (Knutton et al, Infect. Immun. 1987) Locus d’effacement des Entérocytes (LEE) Récepteur Intimine tir eae Protéines effectrices espA, espB, espD Système de sécrétion de Type III = Seringue moléculaire

Piédestal

Multiplication des EHEC au niveau du colon sans invasion Synthèse de Shiga toxines diffusant dans tout l'organisme

Verotoxines ou Shiga like toxines Exotoxines protéiques Effet cytopathogène sur cellules Vero, HeLa Synthèse codée par des phages tempérés (transfert horizontal du gène stx de Shigella dysenteriae type 1 vers E. coli par des bactériophages… passage vers d’autres coliformes) Récepteurs Gb3 (cellules intestinales , capillaires sanguins) mort par arrêt de la synthèse protéique

Verotoxine ou shigatoxine Nouvelle dénomination Ancienne dénomination gène protéine Toxine de Shiga stx Stx 99 % d'homologie Toxine Shiga-like de type I ou (SLT-I) ou vérotoxine 1(VT1) stx1 Stx1 55 % d'homologie SLT-II ou VT2 stx2 Stx2 SLT-IIc/d ou VT2c/d stx2c/d Stx2c/d 90% d'homologie stx 2e/f Stx2e/f SLT-II/f ou VT2e/f Autres variants décrits très récemment : stx2 g, . stx2-NV206

Gènes codant les facteurs de virulence Chromosome Système de sécrétion de type III Tir eae Protéines espA, espB, espD stx1 stx2 LEE espP KatP ehx Plasmide 90 Kb

Recepteurs glycolipidiques Récepteurs glycolipidiques Globotriosylcéramide (Gb3) à la surface des entérocytes, capillaires du TD    sur les cellules endothéliales du rein humain    dans les glomérules des enfants < 2 ans    Masqué chez l'adulte    sur les cellules endothéliales du pancréas et du système    nerveux central Lingwood, Nephron, 1994

LES SHIGATOXINES A 32kDa B Gb3 (globotriosyl céramide) A 32kDa B

Mécanisme d ’action de la toxine ENDOCYTOSE Pénétration dans l ’entérocyte Protéolyse Libération des fragments actifs A Mort cellulaire ARNm Inhibition de la sous unité 60S du ribosome

Autres facteurs de pathogénicité • Hémolysine : gène ehxA (plasmides) Système de transport du fer : gène chuA (chromosome) • Résistance à l'acidité gastrique : gène rpoS codant pour un facteur permettant la survie du germe à un pH <2,5 Serine protéase (EspP) plasmidique : clivage du facteur V Enterotoxine thermostable EAST1: diarrhée aqueuse Catalase (KatP) plasmidique : burst oxydatif des PNN et des macrophages Toxine Clostridium difficile like Law, J Applied Microb, 2000 •

Infection intestinale Pathogénie Infection intestinale Diarrhée Colite hémorragique Passage dans le sang et transport par les PNN Stx Organes cibles

CLINIQUE

Crampes abdominales, diarrhée non sanglante Complications tardives Ingestion de EHEC 3- 4 jours 10% Crampes abdominales, diarrhée non sanglante Résolution 90% Diarrhée sanglante 90% Résolution 7 jours 10% SHU 5% décès ~ 30% Protéinurie ~ 60% Résolution 5% IRC ? Complications tardives Heuvelink,2000

SHU Caractéristiques cliniques à la phase aiguë www. invs. sante SHU Caractéristiques cliniques à la phase aiguë www.invs.sante.fr; Gerber 2002 ; Loirat 2004 ; Noris 2005 ; Lynn 2005 Diarrhée prodromique 90-95 % sanglante 60-70 % Intervalle entre diarrhée et SHU 5-6 jours (1 à 35 j) Transfusion à la phase aiguë ≃ 70 % Dialyse à la phase aiguë 50 %-60 % Complications neurologiques ≃ 20 % Complications intestinales/pancréatiques ≃ 10 % Cardiomyopathie ≃ 2 % Décès à la phase aiguë 1 %-2 % en France

SHU POST-DIARRHEE (D+) SHU défini par la triade anémie hémolytique (Hb<10 g/dl) + schizocytes thrombopénie (< 150 000/mm3) insuffisance rénale aiguë SHU D+ 90-95 % des SHU du à une infection à E.coli producteurs de shiga toxine (Stx)

Surveillance du SHU chez les enfants de moins de 15 ans Recherche des STEC non réalisée en routine dans les laboratoires d'analyses médicales Mise en place en 1996 Volontariat de néphrologues pédiatres de 31 centres hospitaliers (Société de Néphrologie Pédiatrique) Coordination par l’Institut de veille sanitaire Collaboration avec le Centre National de Référence des Escherichia coli et Shigella et le laboratoire associé

Objectifs de la surveillance du SHU Suivre les tendances spatio-temporelles du SHU Identifier les sérogroupes de STEC responsables du SHU Détecter les foyers de cas groupés de SHU ou d’infections à STEC

Modalités de la surveillance du SHU Données collectées Informations cliniques et biologiques Expositions à des facteurs de risque connus : Consommation de viande bovine, de produits laitiers, Cas de diarrhée dans l’entourage, Contact avec des animaux de ferme, Baignade Confirmation microbiologique : détection d’anticorps sériques dirigés contre 7 STEC détection de gènes codant les Shigatoxines isolement de souches de STEC dans les selles

Résultats de la surveillance du SHU 1996-2005 Participation constante de 31 néphrologues pédiatres 859 cas de SHU notifiés pour 1996-2005 Incidence annuelle 0,7 / 100 000 stable depuis 1996 : < 1 / 100 000 enfants de moins de 15 ans

Italie (1988-2000) 0,28/100 000 enfants de moins de 15 ans (Tozzi, Caprioli et al. 2003) ; Danemark (1997-2000) 0,67/100 000 enfants de moins de 5 ans (Scheutz, Olesen et al. 2001); Allemagne et Autriche (1997-2000) respectivement 0,71/100 000 et 0,36/100 000 enfants de moins de 15 ans (Gerber, Karch et al. 2002), Fischer et al., 2001) ; Belgique (1996) 0,42/100 000 enfants de moins de 15 ans (Pierard et al., 1999) ; Angleterre, Écosse, Pays de Galles et Irlande du Nord (1997-2001) respectivement 0,71, 1,56, 0,71 et 0,97/100 000 enfants de moins de 16 ans (Lynn et al., 2005).

(pour 105 enfants < 15 ans) SHU D+ INCIDENCE ANNUELLE CHEZ L’ENFANT (< 15 ans) EN France 1996-2006 Réseau de Surveillance, Institut de Veille Sanitaire (InVS) et Société de Néphrologie Pédiatrique www.invs.sante.fr Année Nombre de cas de SHU Incidence annuelle (pour 105 enfants < 15 ans) 1996 81 0,66 1997 92 0,75 1998 76 0,59 1999 93 0,76 2000 79 0,64 2001 74 0,61 2002 73 0,60 2003 80 2004 87 0,72 2005 122 1,01 2006 104 0,87 Total 961 0,71

2007 - 2008 2007 : 72 cas ont été déclarés En 2008 : 31 jusqu’au 18 juin 2008  Plusieurs retraits des produits alimentaires, concernant principalement la viande de bœuf hachée, ont été effectués depuis mars 2008 31 cas de SHU ont été identifiés jusqu’au 18 juin 2008, ce que ne représente pas une augmentation dans le nombre de cas habituel Un épisode de cas groupés du SHU en cours d’investigation Aucun cas identifié n’a rapporté la consommation des aliments concernés par les retraits effectués en 2008

SHU :AGE DE SURVENUE France, 1996-2006 ▪ Les 2/3 des enfants ont moins de 3 ans → incidence annuelle avant 3 ans : 2.3/105 ▪ 15 % des enfants ont moins de 1 an, dont 5 % ont moins de 6 mois ▪ Âge minimum : 7 jours

Résultats de la surveillance du SHU Caractéristiques des cas de SHU Age médian : 27 mois [extrêmes : 15 jours-15 ans] Incidence la plus élevée chez ≤ 2 ans : 2,3 / 100 000 <= 1ans : 40 % (344) <= 3 ans : 71% (609) <= 5 ans : 83 % (718) <= 10 ans : 96,5 % (829) 53% de filles Durée hospitalisation moyenne : 10 jours (1-93) 9 décès (létalité = 1%)

SHU (D+)INCIDENCE ANNUELLE MOYENNE DEPARTEMENTALE France, 1996-2006 Incidence annuelle la plus élevée : Régions : Franche Comté 1.6/105 Bretagne 1.3/105 Départements : Finistère 2.2/105 Territoire de Belfort1.9/105

Recrudescence estivale : 51% des SHU entre juin et septembre

Sérogroupes d’EHEC impliqués dans ces SHU Confirmation d’infection à STEC : 64% (798 testés) Infection O157 : 84% (433/514) sérologies positives ou isolement Parmi ces infections à STEC confirmées. O26 (6%), O103 (3%), O145 (2%), O91, O111 et O55 (1%).

Proportion de sérogroupes non O157 identifiée parmi les souches STEC 10% (1996-2001) 23% (2002-2006). Forte prédominance du sérogroupe O157 très probablement liée à une sous estimation du nombre réel d’infections à STEC non O157, due à l’absence de stratégies d’isolement efficaces pour ces souches à ce jour

Facteurs de risque de survenue du SHU sporadiques chez l’enfant Étude 2000-2001 : 105 cas de SHU / 196 témoins consommation de steak haché de bœuf peu cuit existence de cas de diarrhée dans le foyer familial ou dans la collectivité consommation d’eau de puits non traitée contact avec des bovins en été (SHU à STEC)

Résultats de la surveillance du SHU Epidémies Majorité de cas sporadiques 5 épidémies depuis 1996 E. coli O157, merguez (2000), 10 cas infection STEC dont 2 SHU adultes, Tiac familiale E. coli O148, viande de mouton mal cuite (2002) , Tiac familiale E. coli O157 fromage de chèvre frais (2004), 2 cas SHU famille E. coli O157 , steak haché congelé (2005), 69 cas d’infection à STEC dont 17 SHU (16 enfants) E coli O26, camembert au lait cru (2005), 17 enfants avec SHU

Diagnostic bactériologique

Diagnostic bactériologique des infections à STEC Recueil des selles STEC : portage bref 4 à 7 jours maximum après le début des symptômes Tarr, CID, 1995

Selles ou écouvillonnage rectal Diagnostic bactériologique des infections à STEC Selles ou écouvillonnage rectal Sérologie Anticorps anti LPS Culture gènes de virulence

METHODES DE DETECTION DES STEC non O157 Isolement - Drigalski, Hektoen - Gélose au sang - enterohemolysin agar Agglutination des sérotypes « EPEC » classiques Mise en évidence des gènes de virulence

Mise en évidence des gènes de virulence Directement dans les selles après enrichissement (4 à 6h en eau peptonée) Sur les colonies suspectes Sur une primoculture de la selle PCR

Sur les selles de patients atteints de SHU PCR MULTIPLEX Sur les selles de patients atteints de SHU

PCR POSITIVE Isolement de la bactérie indispensable Etudes épidémiologiques moléculaires (Ribotypie, pulsotypie)

PFGE après digestion par XbaI M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 M Epidémie du Sud Ouest - 2005 E.coli O157 H7 PFGE après digestion par XbaI 1 –profil 2 2 - profil 3 3 – profil 4 4-12 : profil 1 retrouvé chez - 38 souches humaines - 34 souches de steaks 13 = souche non reliée 1 14 = souche non reliée 2 M : marqueur de poids moléculaire profil 1

Sérum précoce et sérum tardif Diagnostic sérologique des infections à STEC Sérum précoce et sérum tardif • Mise en évidence des anticorps anti LPS de 25 serogroupes d' E.coli dont O157 : H7 • Ac de classe IgA, IgM, et IgG • Techniques :  ELISA, immunoblotting, hémagglutination • Indispensable - pour les études épidémiologiques lorsque la mise en évidence des STEC dans les selles est négative ou impossible - l ’identification des autres sérogroupes STEC

Conclusion Incidence stable depuis 1996 (< 1/ 100 000) Incidence du SHU en France comparable à celle d'autres pays européens Forte prévalence du sérogroupe O157 Infection par d'autres sérogroupes non O157 en augmentation