Cours 11 : Physiopathologie des infections bactériennes : Mécanismes de pathogénicité des bactéries
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UE9 – Agents infectieux
Pr. Stephane BONACORSI – Hôpital Robert Debré
Lundi 28/01/19 de 15h30 à 16h30
Ronéotypeur : Liliane VONG
Ronéoficheur : Viviane TRAN
Cours 11 : Physiopathologie des infections
bactériennes : Mécanismes de pathogénicité des
bactéries
Le cours n’a pas changé par rapport à l’année dernière. Les informations rajoutées à l’oral par le professeur sont
mentionnées en italique dans la ronéo.
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PLAN
I. Les différents types de relation hôte-bactérie
II. Les causes de rupture d’équilibre entre hôte et bactéries
III. Les principaux mécanismes et facteurs de pathogénicité
A. « Adhésion » Etablir un contact étroit avec l’hôte
B. « Agresser » l’hôte et éventuellement y entrer « phénomène d’invasion »
C. Persister dans l’hôte : contrecarrer/échapper aux défenses de l’organisme
IV. Conclusion
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I. Les différents types de relation hôte-bactérie
L’Homme est en contact étroit permanent avec les bactéries, un être humain c’est : 1013 cellules et … 1014
bactéries ! (on est donc constitué de 10 fois plus de bactéries que de cellules eucaryotes)
Il y a plus de 1000 espèces bactériennes !
Cette association intime et durable entre des organismes de différentes espèces est dénommée symbiose : elle est
régie par un bénéfice mutuel entre les bactéries et l’homme (mutualisme).
En microbiologie, on parle le plus souvent de commensalisme et de bactéries commensales. L’ensemble des
espèces commensales constitue la flore commensale ou microbiote : le microbiote diffère selon les sites, on parle de
microbiotes intestinal, vaginal, cutané… Il est indispensable de connaître les caractéristiques de chacun de ces
microbiotes +++ (sa composition, son rôle bénéfique cf ED et cours sur le microbiote).
Exemple du microbiote intestinal :
- Digestion de certaines molécules
- Participe à l’apport en vitamine K
- Développement et maturation du système immunitaire (si le tube digestif reste axénique, cad stérile et sans
bactéries, le système immunitaire ne se développera pas à ce niveau)
- Effet barrière (vis-à-vis de bactéries indésirables) … mais certains microbiotes seraient moins bénéfiques
que d’autres (implication dans l’obésité, certaines maladies inflammatoires) (cf cours sur le microbiote)
- Utilisation thérapeutique du microbiote : réalisation de transplantation fécale (par exemple dans l’infection
à Clostridium difficile)
Distinguer les bactéries commensales des bactéries saprophytes :
Saprophytisme = type de nutrition utilisant les matières organiques en décomposition.
Les bactéries saprophytes sont des bactéries de l’environnement. Leur présence au sein d’un organisme humain est
le plus souvent transitoire (éventuellement ingestion de ces bactéries qui passent dans le tube digestif mais ne
persistent pas) sauf lors de la déstabilisation d’un microbiote (lors d’une antibiothérapie par exemple, on va avoir
une installation pérenne des bactéries à l’origine d’infection).
→ L’exemple-type : Pseudomonas aeruginosa (bacilles pyocyanique) (Surtout en milieu hospitalier, pb de multi-
résistance aux ATB)
II. Les causes de rupture d’équilibre entre hôte et bactéries
A côté de cette relation paisible de type commensalisme, il peut exister une relation conflictuelle entre une bactérie
et l’organisme humain : les espèces bactériennes capables d’induire ce conflit ont un pouvoir pathogène dont le
mécanisme est appelé pathogénicité.
NB :
- Pathogène (notion qualitative) = être capable d’induire ou non une maladie
- Virulent (notion quantitative) = un fort inoculum bactérien qui induit une simple fièvre, un faible inoculum
létal dans 100% des cas !!
On peut distinguer différents types de bactéries pathogènes :
Le pathogène strict : sa présence signe obligatoirement une infection car n’a jamais de relation de
commensalisme avec l’organisme humain.
NB : infection n’est pas forcément synonyme de syndrome infectieux (il peut y avoir une infection sans signe
clinique : on parle d’infection latente)
Mycobacterium tuberculosis (à connaitre)
Shigella sp (bactérie responsable de diarrhée)
Chlamydia trachomatis (IST, 1ere cause d’infertilité chez la femme)
Le pathogène occasionnel : bactérie de portage transitoire ou de la flore commensale qui occasionnellement
provoque une infection, le plus souvent en raison d’un facteur favorisant.
Infection à pneumocoque (à la suite à une infection virale)
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Infection à Staphylococcus aureus (staphylocoque « doré », à chercher dans la fosse nasale
antérieure) après effraction cutanée
Infection urinaire à Escherichia Coli (lors de la grossesse)
Lorsque ces bactéries sont présentes chez un individu en dehors de tout processus infectieux, on parle de
porteur sain (ex. 30% des individus sont porteurs sains permanents de Staphylococcus aureus)
Le pathogène opportuniste : bactérie uniquement pathogène chez des individus dont les défenses sont altérées
de façon profonde et durable (souvent en milieu hospitalier, chez les patients immunodéprimés). Ces espèces
peuvent appartenir à la flore commensale ou être des saprophytes.
Staphylococcus epidermidis et infection des prothèses
Pseudomonas aeruginosa et patient intubé
Listeria monocytogenes et grossesse
III. Les principaux mécanismes et facteurs de pathogénicité
La pathogénicité répond à des étapes successives :
A. « Adhésion » : Etablir un contact étroit avec l’hôte
B. « Agresser » l’hôte (toxines +++) et éventuellement y entrer « phénomène d’invasion »
C. Persister dans l’hôte : contrecarrer/échapper aux défenses de l’organisme
NB : Certaines bactéries « court-circuitent » les deux premières étapes en utilisant un vecteur :
Borrelia burgdorfori (Maladie de Lyme)
Yersinia pestis (peste)
Arriver au contact, nécessité parfois d’être mobile :
- Pour traverser un mucus et entrer en contact d’un épithélium (Helicobacter
Pylori)
- Pour lutter contre les flux, ascension des bactéries dans l’arbre urinaire
(Escherichia Coli et pyélonéphrites)
Ces bactéries utilisent les flagelles (possibilité de défense de l’organisme contre ces
flagelles).
Nécessité ensuite d’adhérer :
Utilisation d’adhésines reconnaissant spécifiquement un récepteur à la surface
d’une cellule eucaryote (spécificité du site infecté ou de l’espèce eucaryote pour
certaine bactérie).
Streptocoque du groupe A et angine : Protéine M
Escherichia coli et pyélonéphrite : fimbriae de type P
A. « Adhésion » Adhésine sont sur des structures fimbrillaires ou pili (équivalent d’un grappin, avec
Etablir un contact rétraction possible pour adhérer plus intimement) : adhésine simple, dans la
étroit avec l’hôte membrane externe par exemple.
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Nécessité de se nourrir :
Il existe une lutte acharnée entre bactérie et les cellules eucaryotes pour acquérir un
métal précieux nécessaire à leur survie : le Fer.
Le fer libre est quasi-inexistant dans l’organisme et est toujours lié à des molécules
de transport (transferrine, lactoferrine) ou de réserve (ferritine).
→ Les bactéries présentent un arsenal important de systèmes de capture du fer :
- Récepteur avec forte affinité pour la transferrine et internalisation
(méningocoque)
- Sécrétion de sidérophores : molécules excrétées par la bactérie avec une très
forte affinité pour le fer, qui « arrachent » le fer aux protéines eucaryotes et
réintègrent la bactérie après internalisation (facteur de virulence : + une bactérie
capte du fer, + elle aura les capacités de se multiplier)
B. « Agresser » l’hôte
Certains composants de la paroi bactérienne sont très conservés au sein des différentes
espèces (MAMPs = microbes associated molecular pattern)
Bactéries Gram négatif : Lipopolysaccharides (LPS) de la membrane externe
(lipide A + polysaccharides)
Bactéries Gram positif : Peptidoglycane, acides lipotechoïques
Ces composants peuvent être reconnus par des récepteurs de l’immunité innée des
① Eléments de la
cellules-hôtes (PPR = pattern recognation receptors)
paroi bactérienne et
Toll like-receptor (TLR)
induction d’une
réaction Système de « veille » permettant de détecter les microorganismes et de déclencher les
inflammatoire systèmes de défense : réaction inflammatoire, recrutement des cellules phagocytaires
… pour éliminer la bactérie.
Dans certains cas, le système de défense est débordé avec une réaction exagérée
conduisant à un choc avec défaillance multiviscérale.
- On parle ainsi pour les bactéries à Gram négatif de choc endotoxinique : le lipide
A du LPS est un puissant inducteur de réponse immunitaire conduisant parfois à
une réponse fatale (c’est pour cela que le lipide A s’appelle aussi endotoxine)
Altération des tissus ou des éléments de défense « avancés » favorisant la
dissémination des bactéries
② Sécrétion - Protéase : hydrolyse des défensines (peptides antibactériens sécrétés par l’hôte)
d’enzymes → effet - Coagulase, collagénase, hyaluronidase, kinase … : procoagulation, destruction
délétère sur les des tissus, fibrinolyse
composantes des Principalement les bactéries pyogènes (Staphylococcus aureus, Streptocoque du
tissus (hors cellules) groupe A … la coagulase est un des facteurs de virulence, provoque des micro-
thrombi dans lesquels se logent les staphylocoques qui sont ainsi protégés du système
de défense → on appelle donc parfois staphylocoque coagulase positive ou négative)
Action à distance de la bactérie (sécrétées) altérant une fonction cellulaire
Parfois responsable à elle seule de « toute » la pathogénicité de la bactérie
③ Toxines Pénètre parfois seule dans l’organisme (ingestion alimentaire → intoxination
protéiques → effet alimentaire, on peut parfois être rendu malade en ingérant ces fameuses toxines sans
délétère sur les forcément qu’il y ait encore la bactérie dans ce que l’on ingère)
cellules Effet toxique parfois majeur : létal +++
(cytotoxines,
exotocines) 3 types de toxines :
- Toxine à deux composants
- Cytolysines ou hémolysines
- Superantigènes
Page 5 sur 10Toxine à deux
composants
Un 1er composant impliqué dans :
- la reconnaissance d’une cible spécifique à la surface d’une cellule
eucaryote
- et qui permet la translocation d’un deuxième composant seul ou combiné
Un 2ème composant qui pénètre dans la cellule et exerce un pouvoir toxique
proprement dit.
Exemple :
Tétanospamine de Clostridium tetani :
- Mort par paralysie généralisée
- Le pouvoir pathogène se résume à cette seule toxine !
- Développement de moyen efficace de prévention :
Sérum antitétanique
Vaccination « DTCoqPolio » - Anatoxine = protéine immunogène
non toxique (détoxification). Le tétanos a presque disparu des pays
développés mais reste une des premières causes de mortalité
néonatale des pays en voies de développement.
Vibrio cholerae (sous-unité A dimère et sous-unité B pentamère) :
- La sous-unité A internalisée dans les cellules épithéliales conduit à
une augmentation d’AMPc qui induit via une protéine kinase une
phosphorylation des canaux ioniques modifiant leur activité →
excrétion massive d’eau → déshydratation → mort
Corynebacterium diphteriae (diphtérie)
Clostridium difficile
- Diarrhée post-antibiotique, colite pseudomembraneuse
Escherichia coli, producteur de Shiga toxine …
- 2011 : épidémie allemande de syndrome hémolytique et urémique
- La shigatoxine diffuse dans l’organisme et bloque la synthèse
protéique des cellules endothéliales notamment rénale → IR aigue
Toxine induisant une déstabilisation ou rupture des
membranes eucaryotes
Streptolysine O du streptocoque du groupe A qui peut
Cytolysines ou
lyser la membrane cytoplasmique des hématies
Hémolysines
Lysteriolysine (Listeria monocytogenes) qui lyse les
membranes des phagolysosomes lorsque la bactérie
est internalisée dans une cellule.
Page 6 sur 10Protéines capables de se lier aux LT CD4 (T helper) et aux
protéines du CMH de classe II des cellules présentatrices d’Ag
(et ce quelque soit le peptide présenté) induisant une
hyperstimulation polyclonale conduisant à un « orage
cytokinique » excès de IL-2, TNFɑ …
Staphylococcus aureus : toxine du « toxic shock
syndrom »
Toxines de Streptocoque du groupe A : « streptococcal pyrogenic
type exotoxine »
superantigènes Toxines capables d’induire un choc fatal en quelques
heures
Production de
superantigènes capables
de faire communiquer la
CPA avec le LT et ainsi
d’activer n’importe quel
LT !
Page 7 sur 10C. Echapper aux défenses de l’hôte
① Capsule ② Variation antigénique
Enveloppe polysaccharidique externe Certaines structures antigéniques exposées aux
Masque les constituants de la paroi (Ag) vis-à-vis du anticorps présentent une grande variabilité :
complément ou des Ac → haute capacité à - Le LPS : sa partie polysaccharidique (Ag O)
disséminer dans le sang est antigénique mais on trouve au sein de
certaines espèces plusieurs centaines de
Certaines capsules ont de plus : polysaccharides différents (quasiment 200
- Une capacité à inhiber l’activation du différents donc techniquement 200 Ac à
complément fabriquer)
- Une ressemblance avec les Ag du soi et donc - La protéine M : du streptocoque du groupe A
n’induisent pas la synthèse d’Ac a plus de 70 variants ou sérotypes différents.
Exemple de l’Acide sialique / acide N Les anticorps anti M sont protecteurs mais en
acétylneuraminique (cumule les 2 propriétés) : théorie un humain peut faire plus de 70
présent à la surface des cellules eucaryotes, c’est le angines s’il rencontre les 70 sérotypes
constituant de la capsule du méningocoque de différents !!
sérotype capsulaire B ce qui explique qu’il n’y ait - La capsule du pneumocoque : il existe 92
toujours pas de vaccin contre (car Ag du soi) sérotypes différents… (Prevenar 13® →
vaccin contre 13 sérotypes sur les 92 existants)
Enfin au sein d’une même bactérie, il peut exister
des phénomènes de variation antigénique : une
salmonelle peut exprimer 2 types de flagelles
différents. Si le patient commence à synthétiser un
Ac vis-à-vis du flagelle 1, la bactérie synthétise le
flagelle 2 !
③ Capacité de survie intracellulaire (cellule épithéliale, voire cellule phagocytaire)
« Pour vivre heureux… vivons caché… au sein même de l’ennemi !!! »
On distingue :
Pathogènes intracellulaires obligatoires :
Incapable de survivre hors d’une cellule
Adaptation totale à son hôte et donc dépendance ++
Infection peu sévère, à bas bruit… ne pas tuer son hôte !
Bactéries types : Chlamydia, Rickettsia
Pathogènes intracellulaires facultatifs :
Capable de survivre dans une cellule et hors de la cellule
Pour permettre le passage d’une barrière
Barrière digestive : Salmonella, Listeria…
Pour échapper au prédateur
Legionella et amibes permet d’échapper aux phagocytes
Authentique mécanisme de protection et persistance au long cours dans l’organisme
Mycobacterium tuberculosis
④ Echapper au phagolysosome
Mécanismes mis en jeu pour l’invasion des cellules eucaryotes : Adhésion bactérienne avec…
- Activation d’une voie de signalisation
- Remaniements du cytosquelette internalisation de la bactérie dans une vacuole = phagosome
Or la destiné normale d’un phagosome → fusion avec un lysosome → phagolysosome tue la bactérie
Pour y échapper, mise en jeu de 2 stratégies de survie possibles :
- Empêcher la fusion : dissémination par multiplication et éclatement de la cellule
Salmonella, Mycobacterium, Chlamydia, Legionella
- Lyser la vacuole pour être libérée dans le cytoplasme : dissémination par passage direct intercellulaire
Listeria, Shigella
Page 8 sur 10IV. Conclusion
Pourquoi mieux connaître la pathogénicité des bactéries ?
Optimiser le diagnostic :
- La virulence peut dépendre de la présence ou absence d’un seul facteur de pathogénicité au sein
d’une même espèce
- Exp : recherche du gène codant la shigatoxine dans le cadre d’un SHU
Développer des vaccins, le plus souvent vis-à-vis de facteurs de virulence
Nouvelles cibles/ stratégies thérapeutiques :
- Traitement « anti-pathogénicité » VS « anti-biotique » : on va chercher à minimiser les « dommages
collatéraux » et respecter ainsi les microbiotes
Progrès en biologie cellulaire et immunologie
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