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LV342 cours 4 Catherine Esnault 2012 1 Cours de Microbiologie Générale LV342 Cours 4 Microorganismes agents de maladies chez l’homme Catherine Esnault, Maître de Conférences Université Pierre et Marie Curie (Paris 6) UFR 927 Sciences de la Vie Licence de Sciences et Technologie Mention Sciences de la Vie L3

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Cours de Microbiologie Générale

LV342 Cours 4

Microorganismes agents de maladies

chez l’homme

Catherine Esnault, Maître de Conférences

Université Pierre et Marie Curie (Paris 6)

UFR 927 Sciences de la Vie

Licence de Sciences et Technologie

Mention Sciences de la Vie L3

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Relations avec un hôte ou d'autres organismes

définitions Saprophytisme :

microorganisme se développant dans l'environnement aux dépends de la matière

organique morte. Exemple : champignons.

• Commensalisme :

microorganisme se développant sur un hôte sans le gêner et en l'aidant indirectement.

Par exemple, les bactéries de la peau et des muqueuses.

• Symbiotisme :

association étroite de deux ou plusieurs organismes dissemblables. On parle

d'endosymbiose lorsqu'un microorganisme se trouve à l'intérieur de son partenaire.

Exemple : lichen, symbiose algue-champignon

• Mutualisme :

association de deux ou plusieurs organismes, dans laquelle tous les membres sont

avantagés par bénéfice réciproque. C'est un symbiotisme au sens large, chaque

membre pouvant aussi être autonome. Exemple : rhizobium-légumineuse

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Définitions (suite) • Syntrophisme (du grec "se nourrir mutuellement") ou cross feeding : association de

deux microorganismes, qui coopèrent pour une activité métabolique globale bien

précise sans que leur dépendance mutuelle ne puisse être remplacée par une simple

addition de substrat ou de nutriment. C'est un cas particulier du symbiotisme.

Exemple : le rumen

• Parasitisme :

microorganisme profitant de l'association aux dépends de l'hôte. Les

microorganismes pathogènes ainsi que l'ensemble des virus sont des parasites,

même si en médecine ce terme est plutôt réservé aux microorganismes eucaryotes.

La parasitologie est l’étude des maladies provoquée par les parasites eucaryotes.

Exemple : la maladie du sommeil provoquée par Trypanosome

• Opportunisme :

microorganisme commensal profitant d'une faiblesse de l'hôte pour devenir

pathogène. Exemple : E. Coli intestinal devient pathogène dans les voies urinaires.

Cette situation est un bon exemple indiquant qu'il n'y a pas de frontières strictes entre

les catégories définies ci-dessus :

Symbiotisme Mutualisme Commensalisme Parasitisme

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Localisation des microorganismes

• Peau

• Voies respiratoires supérieures

• Poumons

• Les voies digestives

• Le tractus urogénital

• Infection : multiplication d’un microorganisme pathogène dans un organe

• Maladie : infection qui produit des symptômes

• Exemple d’infection aiguë la diphtérie, par contre la tuberculose est une infection chronique (fatale), la peste pulmonaire une infection fulgurante. Il peut exister des infections sans maladie, inapparente (gonorrhée) ou la typhoïde (porteur sain).

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•Chez un individu immuno-déprimé on observe des infections

dites opportunistes (flore naturelle non pathogène) ex sidéens.

•On appelle virulence la capacité d’un microbe à réaliser une

infection.

• On appelle facteur de virulence un produit qui contribue à

l’infection de l’hôte.

•Remarque pour certaines maladies comme la tuberculose c’est

la réponse immunitaire qui est responsable de la maladie

(voir endotoxine) en effet ce sont les cytokines (médiateurs)

libérés par les cellules lymphoïdes qui sont responsables des

dommages chez l’hôte .

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Les étapes de l’infection

• Adhésion à une surface (suite par exemple à une blessure

• Adhésion généralement spécifique (Neisseria.gonnorrhœa)

• Les facteurs d’adhésion:capsule, fimbriæ, pilus, flagelles

• Invasion: lymphe et sang

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Facteurs de virulence (1)

contribuent à la colonisation et l’invasion de l’hôte

Colonisation: apports nutritionnels de l’hôte

causent des dommages à l’hôte

Toxicité et pouvoir d’envahissement

Toxicité: Clostridium tetani, Corynebacterium diphteriæ

Envahissement: Streptococcus pneumoniæ

Mesure de la virulence: LD5O – Nombre de bactéries entraînant la mort de

50 % des animaux

Exemple: Streptococcus pneumoniae (S5O) et Salmonella enterica (S5OOO)

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Les facteurs de virulence (2)

• Contrôle de l’invasion: caillot

– Lyse: streptokinase

– Production: coagulase

• Les toxines

– Exotoxines:hémolysine, toxine diphtérique, botulinique, tétanique.

– Entérotoxine: V.choleræ

• Autres cas: E.coli, S.enterica

– Endotoxines : Dérivées du LPS des gram- , Lipide A, « core »

polysaccharide, O-polysaccharide

– Superantigènes:

• stimulation massive des lymphocytes (Staphylococcus aureus)

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Modification de cytosquelette et secrétion de

type III

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Ce piédestal est un récepteur pour la bactérie Shigella qui va ainsi s’internaliser. Une fois internalisée, elle dépolymérise

l’actine et provoque l’effondrement de la structure des microvillosités de la brosse et la polymérise en nouvelles

structures (comète d’actine) qui vont permettre le passage de cellule en cellule (processus d’invasion). Ces

modifications de l’actine contribuent ainsi à la phagocytose des bactéries par des cellules qui n’ont pas naturellement

cette propriété. L’entrée dans les cellules fait que les bactéries échappent au système immunitaire.

Modification

de l’actine

EPEC :Enthero Pathogenic E Coli,

Shigella. Par le SS de type III, EPEC

injecte les protéines Tir, il y a

recrutement des protéines cellulaires

WASP et Arp2/3 dans la cellule et il

se forme un piédestal qui va

permettre le contact avec les

adhésines bactériennes, les protéines

« intimin ».

Nature, 2000, Donnenberg MS

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Acquisition du fer

Enterobactin is a 669-Da catecholate that is synthesized by Escherichia coli and

Salmonella typhumuriun, but is used by all known enterobacteria

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Survivre à la phagocytose

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Camouflage de Mycobacterium tuberculosis

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Echapper aux anticorps

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Endotoxine : le LPS

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Ilots de pathogénicité:structure générale

• V1-V4: gènes de virulence

• DR: séquences répétées « directes »

• Int: gène de mobilité

• IS: séquence d’insertion entière (Isc) ou défective (Isd)

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Phages et virulence

• Phages tempérés et conversion lysogénique

• Transferts horizontaux

• Toxine botulinique (Clostridium botulinum)

– Souche pathogènes et non pathogènes

• Toxine diphtérique: (Corynebacterium diphteriæ) phage et gène tox.

• Toxine cholérique: (Vibrio choleræ) phage CTX

• Shiga toxine: (Shigella)

– Phage et traitement antibiotique.

– Transfert à E.coli (STEC)

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Maladies et biofilms : Définitions

��� ��� ��� ���

Forme planctonique

Forme attachée (« sessile »)

Surface

non-biologique

(abiotique)

biologique (biotique) ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ���

��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ���

Matrice* ou

Slime (Staphylococcus

epidermidis)

* La matrice comprend un ou plusieurs exopolysaccharides (glycocalyx), des

protéines, des acides nucléiques, des éléments minéraux, métalliques etc.

Elle enchâsse les bactéries

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Les biofilms sont universels

- toutes les surfaces sont colonisables (lentilles de contact, émail dentaire, pipelines, conduites d’eau potable, roches immergées, implants médicaux)

- le support peut être une source de nutriments (cellulose du papier, chitine)

- certains matériaux retardent l’adhésion, aucun ne l ’empêche totalement

- aucune espèce bactérienne connue n’existe que sous forme planctonique

- les bactéries cultivées sur support solide ne forment par toujours un biofilm (Ex : culture sur milieu gélosé)

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Biofilm

microscopie électronique à balayage

Biofilm sur support métallique (conduite d ’eau)

Donlan and Costerton (2002) Clin Microbiol Rev, 15, 2:167-193

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Biofilm

microscopie confocale

Vue transversale d ’un biofilm

Donlan and Costerton (2002) Clin Microbiol Rev, 15, 2:167-193

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Biofilm

modèle structural actuel

support

canaux

Flux hydriques

Cellules vivantes : 15% vol.tot.

Matrice : 85% vol.tot

« tours »

« champignons »

Zones de dispersion

Donlan and Costerton (2002) Clin Microbiol Rev, 15, 2:167-193

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1µm

2µm

2µm

20µm

10µm

Cellules planctoniques

Cellules attachées

Microcolonie

Biofilm

Genèse des biofilms

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Génétique des biofilms

• L ’activité biologique des formes attachées et des formes planctoniques

est différente (ex: production métabolites différents, taux division altéré

etc.)

• Les protéines sont produites à des niveau différents et/ou sont différentes

(ex: disparition des protéines flagellaires)

• Le profil transcriptionnel des gènes est différent

Méthodes d ’étude...

• Analyse différentielle des transcriptomes

• Analyse différentielle des protéomes

• Analyse fonctionnelle : recherche des gènes par mutagenèse

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Apport de la protéomique

Analyse d’un biofilm à L.monocytogenes

Milieu liquide Biofilm

Identification des protéines par

MALDI-TOF-MS et séquençage N-terminal

Gels 2D

Coloration argentique

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bactéries Phage+insertTn10 (KanR)

Isolement sur milieu sélectif (Kan)

Inoculation des clones en

plaque (polystyrène) 96 puits

Réplique

Lavages et coloration

(cristal violet) Identification des mutants non-adhérents

Identification des gènes mutés

Apport de la mutagénèse

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Rôle(s) protecteur(s) des biofilms

- contre les antibiotiques et d’autres agents antibactériens

(acide hypochloreux, détergents comme le SDS, U.V.)

- contre les variations brusques de l’environnement (pH…)

- contre la dessiccation

- contre les bactériophages (?)

- contre certaines amibes

- contre la réponse anticorps et cellules phagocytaires

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Les biofilms sont des communautés

mono- ou polymicrobiennes

- Les biofilms peuvent être mono- ou polyspécifiques

- Les inter-relations entre les bactéries dans les biofilms sont

complexes

- compétition trophique

- intoxication

- coopération trophique

- coopération dans les phases d’adhésion

- échanges d’informations

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Biofilm et plaque dentaire (1)

• Le support bactérien.

– Les glycoprotéines salivaires

• Colonisation; les espèces « pionnières »

– Streptococcus mutans et S.sanguis

– Synthèse de dextrane fortement adhésif à partir de sucrose par

la dextrane sucrase.

• Evolution du biofilm; les nouvelles espèces colonisant le biofilm

– Fusobacterium, Borelia puis Actinomyces

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Biofilm et plaque dentaire (2)

S.mutans:

microscope à balayage

développement du biofilm avec (au dessus)

ou sans brossage (au dessous).

Développement de la plaque

dentaire sans lavage

des dents à J1 et J10

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Étapes

schématisées de la

pathogénie du

choléra

Voir poly de cours

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Bordure en brosse de la muqueuse

intestinale

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Action de la toxine cholérique

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Îlot de pathogénicité de la toxine cholérique