Relations Hôte-Microorganisme et Virulence Faculté de Pharmacie

Objectifs Niveau 1 : Niveau 2 : Virulence = adhésion + subst agr + résist moyens défense Adhésion à cellules-cibles : pour multiplication ou prélude à pénétration Substances agressives Toxines protéiques à action directe et/ou indirecte (destr mb, ADP-ribosylation, protéolyse spécif, superAg, autres) Endotoxine portée par LPS des BGN (lipide A). Stimule monocytes, Mφ, d’où fièvre, leucopénie, CIVD, hTA, choc. Potentialisé par supAg Enzymes, produits de dégradation cellulaire et métab bactérien Aptitude à survivre chez l’Hôte Résistance aux moyens de défense Capacité à se multiplier chez l’hôte (ex : captation du fer) Niveau 2 : Parasitisme extra cellulaire ou intracellulaire facultatif ou obligatoire Selon les agents infectieux, prédominance d’un mécanisme

L'Homme vit dans un environnement peuplé de très nombreux micro-organismes : bactéries, virus, champignons   L'Homme lui-même (= 1013 cellules) héberge 1014 bactéries (surtout tube digestif)

RELATIONS FONCTIONNELLES ENTRE LES BACTERIES ET L'HOMME 1)     Absence de croissance  2)     Symbiose : effet bénéfique pour les deux parties  3)     Commensalité ou saprophytisme : pas d'effet bénéfique ou nocif pour l'hôte 4)     Parasitisme Préjudice pour l'hôte (pathogénicité)

POURQUOI UNE BACTERIE EST-ELLE PATHOGENE ? Facteurs propres à la bactérie (Facteurs de virulence) Facteurs propres à l’hôte (Moyens de défense de l’hôte) Des bactéries généralement saprophytes peuvent devenir pathogènes chez des immuno-déprimés   Des bactéries considérées comme habituellement "pathogènes" peuvent exister chez des sujets sains (porteurs sains )

Parasites extra-cellulaires EXEMPLES Staphylococcus Streptococcus Vibrio cholerae Bordetella pertussis

Parasites intra-cellulaires facultatifs EXEMPLES Mycobacterium tuberculosis Legionella pneumophila Listeria monocytogenes Brucella melitensis

Parasites intra-cellulaires stricts EXEMPLES Chlamydia trachomatis Rickettsia conorii Anaplasma phagocytophilum Coxiella burnetii

 FACTEURS D’ADHÉSION PROTEINES DE SURFACE :  Portées par des pili Exemple : pili des E. coli uropathogènes  Non portées par des pili Exemple : protéines « d’opacité » de N. gonorrhoeae  ROLES :  Maintien et multiplication bactérienne à la surface des cellules d’un organe-cible  Les bactéries restent insensibles au balayage des muqueuses par les sécrétions  Etape préalable à une éventuelle pénétration intra-cellulaire

 SUBSTANCES AGRESSIVES TOXINES   Protéiques (ou exotoxines) Lipopolysaccharidiques (LPS ou endotoxine)  ENZYMES PRODUITS DU METABOLISME BACTERIEN (amines, ou  du pH, etc)   

Action des toxines Soit directe Soit indirecte en stimulant de façon inadéquate le système immunitaire ou d’autres cellules de l’hôte (manipulation du fonctionnement cellulaire) Soit directe et indirecte

2.1. TOXINES PROTEIQUES (EXOTOXINES) Protéines à activités biologiques délétères pour l’organisme ou les cellules. Sécrétion active vers l’extérieur des bactéries ( exotoxines) Sécrétion types III et IV Parfois externalisation seulement à l’occasion de la lyse bactérienne (toxines de Clostridium) Modes d’action très divers.

1er Mode d’action : Destruction membranaire - Effet : destruction de la membrane cellulaire et/ou (faible dose) stimulation inadéquate des cellules Exemples : toxines , ,  et leucocidine de Staphylococcus aureus, cytolysines diverses de Clostridium spp.

Toxines de bactéries à Gram positif Celles activées par des groupements thiol (Ex : streptolysine O, pneumolysine, listériolysine O, perfringolysine O) Celles produites par S. aureus ou Clostridium (Ex : toxines , ,  et leucocidine, toxine β-1 de Clostridium perfringens) Toxines RTX (repeat in toxin family) des bactéries à Gram négatif Ex : Hémolysine de E. coli, leucotoxine de Pasteurella haemolytica, adénylate-cyclase-hémolysine de Bordetella pertussis)

2e M.A. : ADP-ribosylation de molécules de la machinerie cellulaire NAD+ acide nicotinique + ADP-ribose. ET L’ADP-ribose est transféré sur une molécule-cible dépendant de la toxine impliquée Effet : inactivation ou activation permanente de la molécule-cible, i.e. de molécules de la machinerie cellulaire comme les protéines Ras, Rab impliquées dans le trafficking cellulaire ou de facteurs d’élongation de la synthèse protéique Exemples : toxine de cholérique, toxine diphtérique, toxine pertussique, exoenzyme S de Pseudomonas aeruginosa, toxines C2 et C3 de Clostr. botulinum

Toxine ADP-ribosylante Cible Effet - Toxine diphtérique - Exotoxine A de P. aeruginosa EF-2 Inhibition de la synthèse protéique Toxine cholérique Toxine LT (E. coli) Toxine pertussique GS, GT, GI, Go Découplage entre G-protéines et récepteurs membranaires associés - Toxine C2 de C. botulinum actine Inhibition de polymérisation de l’actine

3e M.A. : Enzymes protéolytiques très spécifiques de cible Effet : destruction sélective de certaines molécules  Exemples : toxine tétanique, toxine botulinique, exfoliatine de Staphylococcus aureus, métalloprotéases de Vibrio cholerae ou de Bacteroides fragilis.

4e M.A. : Superantigènes • Effet : stimulation polyclonale simultanée d’un pourcentage important de lymphocytes T avec libération exagérée de cytokines créant un choc toxique.  Exemples : Toxine du syndrome de choc toxique de Staphylococcus aureus, entérotoxines des Staphylococcus aureus exotoxines pyrogènes de Streptococcus pyogenes

Partie Vβ du TCR TCR

Autres toxines ayant d’autres M.A. Mécanismes divers ou encore non élucidés Ex: hépatotoxine de cyanobactéries

2.2. Endotoxine bactérienne Endotoxines : activité biologique correspondant structuralement à la membrane externe des bactéries à Gram négatif L’activité biologique est associée au lipopolysaccharide constitutif de cette membrane externe: La toxicité due au composé lipidique (lipide A) L’immunogénicité (antigène O) est associée au composé polysaccharidique Responsable d’activité inflammatoire : active le complément par voie alterne. Participe ainsi à la pathogénicité des infections à bactéries à Gram négatif

Fonction de la membrane externe des bactéries à Gram négatif Barrière de perméabilité aux grosses molécules (> 700 Da, comme les sels biliaires) et aux composés hydrophobes de l’environnement. Empêche la destruction des bactéries par des composés sériques et par les cellules phagocytaires. Rôle dans l’adhérence aux cellules épithéliales, dans la résistance à la phagocytose (colonies S) et dans les variations antigéniques

La plus grande part de l’endotoxine reste associée à la paroi bactérienne, jusqu’à la désintégration de la bactérie (autolyse, ou lyse externe due au complément, au lysozyme ou à la phagocytose Activité biologique moins spécifique et souvent moins puissante que celle des exotoxines protéiques

Virulence associée au Lipide A Lors d’une infection, le LPS libéré par les bactéries à Gram négatif se lie d’abord à des protéines plasmatiques : les « LPS-binding proteins » Ce complexe interagit avec les récepteurs CD14 des monocytes et macrophages et d’autres récepteurs des cellules endothéliales

Virulence clinique associée au Lipide A In vivo, l’injection d’endotoxine ou de lipide A se traduit par : Fièvre Leucopénie Coagulation intravasculaire disséminée Hypotension, choc, voire décès La précocité du décès dépend : De la dose d’endotoxine injectée De la voie d’administration De l’espèce animale

Virulence moléculaire associée au Lipide A L’interaction avec les monocytes et macrophages est responsable de : Production de cytokines (IL-1, IL-6, IL-8 TNF, PAF), d’où production de prostaglandines et de leucotriènes Activation des macrophages avec accroissement de la phagocytose et de la cytotoxicité, libération d’enzymes lysosomiales, d’IL-1 (fièvre), de TNF alpha, d’autres cytokines Activation du complément (C3a, C5a), d’où chémotaxie, inflammation Activation de la coagulation (facteur XII) Activation de la fibrinolyse et des kinines Le LPS est aussi un mitogène des lymphocytes B : différenciation polyclonale et multiplication avec sécrétion d’IgG et d’IgM

Résumé sur l’Endotoxine Activité biologique portée par le lipopolysaccharide (LPS) Constituant de la membrane externe des bactéries à Gram négatif exclusivement Rôle biologique essentiellement dû au lipide A (= partie lipidique du LPS) Leucopéniant Pyrogène Toxique (choc, diarrhée, hémorragie intestinale) Détection par gélification d’un lysat d’amoebocytes Rôle antigénique de la partie polysaccharidique de la molécule (antigène somatique ou antigène O) Activité très renforcée par les superantigènes

 APTITUDE A SURVIVRE CHEZ L’HÔTE Résistance aux moyens de défense de l’hôte Adhésion Action sur les phagocytes professionnels : modification de : nombre (destruction) chimiotactisme (capsule, streptolysine O) de la fonction des macrophages ou granulocytes (rupture des phagosomes, blocage de la fusion phago-lysosomiale, évitement des mécanismes tueurs O2-dépendants) Action sur les défenses humorales : destruction ou stratégies d’échappement (destruction de C5a ou d’IgA1, mimétisme moléculaire, variations antigéniques) Capacité à se multiplier chez l’hôte Par exemple en captant les ressources en fer de l’hôte

Grands types d’infections Prédominance de l’aspect invasif Streptococcus pneumoniae Prédominance de l’aspect agressif Clostridium tetani Corynebacterium diphtheriae Mixité des deux aspects Staphylococcus aureus Bacilles à Gram négatif (Entérobactéries)