Pr. Antoine ANDREMONT Antoine.andremont@bch.aphp.fr Le monde bactrien Pr. Antoine ANDREMONT Antoine.andremont@bch.aphp.fr

... Pour des médecins du début du XXIème siècle ! Les maladies bactériennes dans leur contexte historique. Les éléments de physiologie bactérienne indispensables à connaitre pour le diagnostic et le traitement. Les bactéries d’importance médicale par rapport au reste du monde bactérien.

Contexte historique : Trois exemples Epidémie du moyen âge : exemple de la peste noire. « Le grand mystère » Le choléra au XIX siècle:  »les débuts de l’épidémiologie » La dysentérie « qui décide des batailles »

Peste noire au moyen age (Yersinia pestis) Bible de Toggenburg (1411)

Peste noire au moyen age (1) une vague ne s’établit pas durablement aux endroits touchés. Le taux de mortalité : trente pour cent de la population totale soixante à cent pour cent de la population infectée le fléau ne dure généralement que six à neuf mois.

Peste noire en France entre 1340 et 1440 La population a décru de 17 à 10 millions d'habitants (moins 41 %). Le registre paroissial de Givry, en Saône-et-Loire, l'un des plus précis, montre que pour environ 1 500 habitants, on a procédé à 649 inhumations en 1348, dont 630 de juin à septembre, alors que cette paroisse en comptait habituellement environ 40 par an : cela représente un taux de mortalité de 40,6 %.

Le Choléra en France XIX siècle (1832-1854) " De tous les quartiers de Paris, celui qui, pendant la période croissante du choléra, offrit peut-être le spectacle le plus effrayant, fut le quartier de la Cité et dans la Cité le parvis de Notre-Dame était presque chaque jour le théâtre de scènes terribles, la plupart des malades des rues voisines que l'on transportait à l'Hôtel-Dieu affluant sur cette place ... A chaque instant, des civières, des brancards apportaient de nouvelles victimes ... les brancards n'ayant aucune couverture, quelques fois les mouvements convulsifs d'un agonisant écartaient le drap, qui laissait voir une face cadavéreuse " (Eugène Sue, "Le Juif errant" cité dans "Les Epidémies...", page 78).

John Snow : la puissance de l’épidémiologie descriptive

Cholera à Haiti au XXI siècle

Dysentérie et le sort des armes Valmy Les Dardanelles El alamein

Valmy le 20 Septembre 1792 Victoire de la révolution française sur la Prusse Kelermann... Et la dysentérie

La Bataille des Dardanelles (février 1915 janvier 1916) La victoire des turcs (et de la dysentérie) sur les franco-anglais.

La seconde bataille d'El-Alamein Seconde Guerre mondiale La seconde bataille d'El-Alamein Seconde Guerre mondiale. fin octobre, début novembre 1942. décisive elle permit aux Britanniques de repousser les Allemands qui menaçaient d'Alexandrie et le canal de Suez.  During September, October, and November of that year, admissions to field medical stations for dysentery or diarrhea totaled only 2.5 percent of the 8th Army strength, but the figure for the Afrika Korps was 20 percent.

Une réponse médicale en quatre temps La découverte des microbes La reconnaissance de l’origine infectieuse des maladies bactériennes La notion de « une bactérie une pathologie » Les efforts thérapeutiques Vaccins Antibiotiques

antonie van leeuwenhoek 1632-1723 La découverte des microbes

Ignace Philippe Semmelweis 1818-1865 La découverte de l’hygiène des mains

Pas de génération spontannée Louis Pasteur 1822-1895 Pas de génération spontannée La vaccination contre le Charbon Bacillus anthracis

Gaston Ramon 1886-1963 La vaccination par anatoxine Toxine de Clostridium tetani « détoxifiée »

Tétanos néonatal « La mort du 7ème jour » Tableau I. – Incidence de la mortalité liée au tétanos néonatal en fonction des zones géographiques Morts néonatales dues au tétanos (n = 433 880) Asie du Sud-Est 48,8 % Amérique 2,4 % Méditerranée orientale 8,4 % Pacifique occidental 10,7 % Afrique 29,3 % Europe (Turquie) 0,3 % Porte d’entrée : cordon ombilical Prévention par vaccination des mères et transfert d’immunité au foetus

Le miracle de la pénicilline Alexander Fleming 1881-1955 Le miracle de la pénicilline

Le manque de nouveaux antibiotiques

... Pour des médecins du début du XXIème siècle ! Resituer les maladies bactériennes dans les grands évènements médicaux. Les éléments de physiologie bactérienne indispensables à connaitre pour le diagnostic et le traitement. Les bactéries d’importance médicale par rapport au reste du monde bactérien.

Eléments de physiologie bactérienne Phylogénie : où se placent les bactéries au sein du monde vivant ?

L’age des bactéries 3,5 milliards d’années Quelle que soit la classification ce sont les plus anciens êtres vivants sur terre Stromatolites

1866 HAECKEL 3 règnes plantes animaux et protistes

Les Cinq règnes de Wittaker 1969

Les trois domaines de Woese basés sur les séquences de l’ARN ribosomique 1977

Woese a préparé le gène de l’ARNr 16S de chaque microorganisme à étudier.

Ensuite il a comparé la séquence nucléotidique de chacun des microorganismes étudiés en identifiant les parties communes et les parties différentes

Ensuite les séquences sont ordonnées des parties les plus communes vers les moins communes Puis les lignes sont séparées et on obtient un arbre phylogénétique

Les spécificités de structure des bactéries

Comparaison des cellules eucaryotes (animales et végétales) et des bactéries

Quelques structures importantes pour la médecine Les parois bactériennes Le LPS, les acides techoïques, les capsules L’ARN ribosomal 16S Les flagelles Les spores Les systèmes de transferts génétiques latéraux

Les différences de structure entre les bactéries Gram + et Gram – expliquent leur sensibilité différentielle aux antibiotiques

Rôles de la paroi bactérienne —confère à la bactérie sa morphologie. squelette externe ; 25 à 35 % du poids total de la bactérie. —contient la pression osmotique interne. Sans paroi, les bactéries sont sphériques (protoplaste Gram positif, ou sphéroplaste Gram négatif). — Elle joue un rôle déterminant dans la coloration de Gram et dans la spécificité antigénique des bactéries. — Support de l'action de certains enzymes exogènes (lysozyme) ou endogènes (autolysines) et de certains antibiotiques, — LPS et peptidoglycane d'activent le complément;un rôle dans la défense non spécifique contre l'infection.

Les voies de synthèse du peptidoglycan sont des cibles privilégiées pour de nouveaux antibiotiques

Chaque enzyme nécessaire à la synthèse du peptidoglycan peut être

Les polysaccharides capsulaires (LPS chez Gram - et acides techoïques chez les Gram+) Cibles reconnaissables par le système immunitaire : défense et vaccination Activation des cascades immunologiques en cause dans le choc infectieux

Structure plus simple chez les Gram Positifs et pas de lipide A

Mobilité dans les liquides et à travers le mucus Les flagelles sont de véritables hélices qui permettent la mobilité des bactéries Mobilité dans les liquides et à travers le mucus

La petite sous unité de l’ARNr est spécifique (16S) chez les bactéries Valeur diagnostic du gène et phylogénie Cible pour les antibiotiques

Les spores : formes de survie conditions extrêmes Les spores : formes de survie conditions extrêmes. Expliquent l’épidémiologie de certaines infections d’origone tellurique : Charbon (Bacillus anthracis); Tétanos (Clostridium tetani); Colites (Clostridium difficile)

Les systèmes de transfert génétique d’ADN d’une bactérie à une autre Conjugaison Transfomation Transduction

Conjugaison : le transfert de matériel génétique par contact cellulaire

Les cellules se mettent en contact Un brin d’ADN s’ouvre à l’origine de réplication et la réplication s’initie à partir de l’extrémité 5’

Un brin unique d’ADN est transféré et le brin complémentaire est synthétisé Les cellules se séparent à la fin du transfert La conjugaison est conservatrice. La cinétique de transfert est orientée, cinétique, linéaire.

La conjugaison se fait par l’intermédiare des pili sexuels

Transformation : transfert d’ADN nu

Transformation

Transduction : le transfert d’ADN par l’intermédiaire de virus

TRANSDUCTION : Rappel LE CYCLE DE VIE DES BACTERIOPHAGES LYTIQUES ATTACHEMENT INJECTION TRANSCRIPTION ADN  LYSE BACTERIENNE PRODUCTION PROTEINES PHAGIQUES ASSEMBLAGE STRUCTURATION DES PHAGES

Utilisation en occident avant les antibiotiques Les phages : une thérapeutique pour suppléer au manque actuel d’antibiotiques ? Utilisation en occident avant les antibiotiques Persistance d’une utilisation mal contrôlée en Europe de l’Est Félix d’Hérelle 1873-1949

... Pour des médecins du début du XXIème siècle ! Restituer les maladies bactériennes dans les grands évènements médicaux. Les éléments de physiologie bactérienne indispensables à connaitre pour le diagnostic et le traitement. Les bactéries d’importance médicale par rapport au reste du monde bactérien.

Un nombre d’espèce très petit Bacteries pathogènes ou potentiellement pathogènes pour l’Homme ou les animaux Quelques dizaines au maximum Bactéries de l’environnement Bactéries commensales Plusieurs milliers d’espèces

Qu’est ce qui rend pathogènes une espèce bactérienne ? Possession de facteurs de virulence Toxines (Cholera, diphtérie, tétanos) Résistance aux mécanismes de défense (capsule, survie dans les phagocytes Diminution des résistantes de l’hôte (opportunisme) Réanimation, Immunodépression En fait un continuum

Bactéries pathogènes Peste Peste Choléra

Physiopathologie du choléra (Vibrio cholerae) Absorption avec l’eau de boisson Colonisation du grêle Sécrétion de toxine Altération fonctionnelle de la muqueuse Sortie d’eau et d’électrolytes Diarrhée massive Déshydratation Décès éventuel A quoi sert la toxine dans la vie courante de la bactérie ?

Le choléra en pratique Réhydratation par voie orale : moins de 1% de décès Antibiothérapie uniquement pour réduire la durée d’excrétion des vibrios

Bactéries pathogènes Bactéries commensales Colon Peste Peste Choléra Peau Pharynx

Bactéries opportunistes Bactéries pathogènes Bactéries commensales Colon Bactéries pathogènes Peste Peste Bactéries commensales Choléra Peau Infections nosocomiales Bactéries opportunistes Pharynx

Chimiothérapie agit sur les cellules à renouvellement rapide : Exemple de pathologie bactérienne opportuniste : septicémie des aplasiques Chimiothérapie agit sur les cellules à renouvellement rapide : Cellules néoplasiques (effet thérapeutique) Mais aussi (cellules souches hématopoïétiques = aplasie) Cellules de la muqueuse intestinale (amincissement = translocation de la flore intestinale) Septicémie chez un sujet sans défense : gravité +++

Des intermédiaires existent : l’exemple de Escherichia coli E. coli est un commensal du tube digestif de tous les humains (et de nombreux animaux) De temps en temps il aquiert des gènes de résistance spécifique par transfert horizontal et peut devenir pathogène Infections urinaires Diarrhées Intoxications alimentaires (Shiga Toxin E. coli) (STEC)

STEC Certains E. coli ont acquis le gène de production de toxine « Shiga » Ils vivent dans l’intestin des bovins sans causer de maladie (portage sain) Lors de l’abattage le contenu intestinal peut contaminer la surface a viande Quand la viande est hachée la surface est « internalisée » Si la cuisson n’est pas totale les bactéries survivent Après ingestion par l’homme la toxine peut créer un maladie grave

Conclusions Les bactéries étaient là bien avant nous Elles seront là après nous... Quand elles causent des maladies, « c’est par hasard de leur point de vue... » Les progrès de l’hygiène, des vaccins et des antibiotiques remis en cause par l’évolution de la résistance. Des « temps bactériens difficiles » devant vous