Pouvoir pathogène des microorganismes

1. Pouvoir pathogène des microorganismes

2. Sommaire Introduction Les diverses stratégies écologiques des microorganismes et la situation des microorganismes pathogènes 1- Le pouvoir pathogène lié à la production de toxines 2- Le pouvoir pathogène lié au pouvoir invasif

3. Introduction : les diverses stratégies écologiques des microorganismes (définitions)

4. A/ Deux grandes catégories de stratégies écologiques : - le saprophytisme - la symbiose

6. Commensalisme Définition : relation dans laquelle un organisme (le commensal) est avantagé alors que l'autre n'est ni lésé, ni aidé Remarque : Les bactéries commensales du corps humain préfèrent habituellement coloniser des sites spécifiques Exemple : Escherichia coli vit dans le colon chez l'homme et bénéficie des éléments nutritifs, de la chaleur, et de l'abri, mais ne provoque aucune maladie, ni aucun malaise

7. Mutualisme Définition : vie en association de 2 ou plusieurs organismes dans laquelle tous les membres sont avantagés • Exemple : microorganismes du rumen • la vache fournit l'incubateur à température, pH régulés et alimentation en cellulose et eau assurée • Les microorganismes digèrent les parois cellulosiques des végétaux (ruminants ne synthétisent pas de cellulases) et produisent de nombreux métabolites assimilables par la vache.

8. Pathogènes spécifiques Pathogènes opportunistes Parasitisme • Définition : relation où un des organismes symbiotes porte atteinte ou vit aux dépens d'un autre organisme (corps de l'animal = hôte). • Si cet organisme produit une maladie évidente, il est dit pathogène

9. Microorganismes pathogènes spécifiques microorganismes provoquant presque toujours une maladie spécifique même chez le sujet "sain"(ex typhoïde, choléra, tuberculose, méningite) Microorganismes pathogènes opportunistesmicroorganismes normalement commensaux ou saprophytes ne produisant des troubles que chez un sujet à la faveur du terrain Terrain favorable Déséquilibre de la flore normale de leur «habitat» (antibiothérapie), Affaiblissement des défenses immunitaires de l’hôte (immuno-dépression, âge, …) Migration dans un autre territoire (infections urinaires, endocardites)

10. B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 1- Découverte du pouvoir pathogène de Corynebacterium diphteriae Injection de Corynebacterium diphteriae à une souris : • Mort de l’animal de diphtérie • Autopsie réalisée : • Pas de bactéries disséminées mais uniquement localisées au point d’injection • Beaucoup d’organes nécrosés • Effet pathogène loin de l’endroit où se trouvent les bactéries

11. B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 1- Etude de Corynebacterium diphteriae (suite) Injection d’urine filtré d’ enfant atteint de diphtérie • Mort de l’animal de diphtérie • Pas de bactéries dans le filtrat injecté • La mort n’est pas due à des microorganismes. • Présence d’un produit toxique secrété par le microorganisme et présent dans l’urine : la toxine diphtérique

12. B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 1- Etude de Corynebacterium diphteriae (suite) Bien des années plus tard : - purification de la toxine montre qu’il s’agit d’une protéine provoquant l’inhibition de la synthèse protéique

13. B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 1- Etude de Streptococcus pneumoniae Injection d’un bouillon de culture filtré absence de mort de l’animal de pneumonie • Pas de bactéries dans le filtrat injecté • Pas de toxine pathogène secrétée par cette bactérie

14. B/ Etude expérimentale du pouvoir pathogène 2- Etude du pouvoir pathogène de Streptococcus pneumoniae Injection deStreptococcus pneumoniae capsulées à une souris : • Mort de l’animal par pneumonie • Autopsie réalisée : • Présence de bactéries disséminées partout Injection de Streptococcus pneumoniae acapsulés absence de mort • Effet pathogène des bactéries avec invasion de tout l’organisme • La capsule est responsable de l’expression du pouvoir invasif

15. Deux grands moyens de nuire à l’hôte pour un microorganisme : - la production de toxines (= toxinogénèse) - la capacité à se répandre dans les tissus adjacents ou les autres tissus après multiplication active aux dépens des structures de l’hôte (= pouvoir invasif, parfois appelé virulence).

16. 1- Pouvoir pathogène et toxinogénèse

17. 1-1- Définition du terme toxine

18. Toxine : métabolite ou constituant cellulaire dont la libération provoque : - des troubles dans l’organisme : lésions cellulaires locales ou altérations d’activités physiologiques essentielles - l’apparition d’Ac (anticorps) spécifiques car une toxine est une macromolécule à la fois toxique et antigénique

19. 1-2- Classification des toxines bactériennes

20. 1-2-1- Classification biochimique • Toxines protéiques • Toxines lipopolyosidiques (LPS) de la membrane externe de la paroi des bactéries Gram -

21. 1-2-2- Classification topologique • Exotoxines : toxine diffusant à un moment donné de la croissance à l’extérieur de la bactérie dans le milieu environnant (correspondent le plus souvent aux toxines protéiques) • Endotoxines : toxines retenues dans la cellule bactérienne et libérées à la mort de la bactérie quand la cellule est lysée (correspondent notamment aux toxines LPS)

22. 1-3- Etude des toxines LPS

23. 1-3-1- Caractéristiques des toxines LPS • Action non spécifique : toutes les toxines LPS donnent quasiment les mêmes troubles • Toxicité à une dose souvent importante • Thermostable le plus souvent • Immunogénicité : assez faible • Impossibilité de les transformer en anatoxine (substance ayant perdu son pouvoir toxique, mais ayant conservé son pouvoir immunogène)

24. 1-3-2- Troubles dues aux toxines LPS • Faibles doses : maux de tête, malaises, fièvre, leucopénie • Forts doses : choc toxique caractérisé par : • Perturbations vasculaires : vasodilatations, fuite de plasma vers les tissus, hypotension et hypovolémie pouvant être mortelles • Troubles de la coagulation

25. 1-3-3- Mécanisme d’action des toxines LPS • Hyperproduction des médiateurs produits normalement au cours de la réponse immunitaire : • Libération exagérée de TNF a • Libération exagérée d’interleukines Molécules responsables des troubles caractéristiques du choc toxique

26. 1-4- Etude des toxines bactériennes protéiques

27. 1-4-1- Microorganismes producteurs • Essentiellement des Gram + Quelques exemples d’intérêt alimentaire • Quelques bactéries Gram - Vibrio cholerae Shigella dysenteriae

28. 1-4-2- Moment de leur libération : analyse des résultats expérimentaux

29. 1-4-2- Moment de leur libération : analyse des résultats expérimentaux • Cas a : Excrétion dans le milieu extérieur dès qu’elles sont synthétisées sans aucune altération de la structure cellulaire ni du fonctionnement de la cellule (Exotoxines vraies) Ex : entérotoxine staphylococcique toxine de Clostridium perfringens • Cas b : Libération en partie par excrétion pendant la croissance et suite à la lyse cellulaire (Toxine mixte à localisation exo et endocellulaire) Ex : toxine botulinique • Cas c : Libération par la lyse cellulaire (Toxines intracytoplasmiques) Ex : toxine de Shigella

30. 1-4-3- Les principales propriétés des toxines protéiques : 1-4-3-1- étude de l’une des propriétés Toxines bactériennes des milliers de fois plus puissantes que des poisons connus comme dangereux comme la strychnine ou l’arsenic 1 g de toxine botulinique ou tétanique est suffisant pour tuer 10 millions de personnes

31. 1-4-3- Les principales propriétés des toxines protéiques1-4-3-2- Liste des propriétés essentielles • Synthétisées par des bactéries spécifiques (contenant souvent un plasmide ou un prophage porteur du gène de la toxine) • Souvent thermolabiles (inactivées entre 60°C et 80°C) avec une exception : l’entérotoxine staphylococcique • Fort pouvoir toxique pour certaines (toxine botulinique par exemple) • Induction de troubles spécifiques • Fortement immunogènes • Transformables en anatoxines

32. 1-4-3- Les principales propriétés des toxines protéiques 1-4-3-3- Les anatoxines

33. 1-4-3- Les principales propriétés des toxines protéiques 1-4-3-3- Les anatoxines Définition d’une anatoxine : toxine ayant perdu son pouvoir toxique mais ayant conservé son pouvoir antigénique Obtention d’anatoxines : action du méthanal (formol) pendant 30 à 40 jours à 40°C Intérêt des anatoxines : utilisation pour vacciner (anatoxine diphtérique, anatoxine tétanique).

34. 1-4-3- Les principales propriétés des toxines protéiques 1-4-3-4- Conséquence du pouvoir immunogène Possibilité d’injecter l’anatoxine à des animaux (lapin, cheval….) Synthèse d’Ac spécifiques par l’animal Recueil du sang et purification des Ac contenus dans le plasma Injection possible des Ac à des personnes contaminées ou susceptibles d’être contaminées afin de leur permettre de ne pas avoir de troubles. Applications : - sérum antitétanique - sérum antibotulinique

36. 1-4-4- Les diverses catégories de toxines protéiques en fonction de leur mécanisme d’action • Neurotoxines (toxines à action spécifique sur les neurones) • Toxines cytotoniques (toxines perturbant les échanges ioniques et/ ou d’eau) • Toxines cytolytiques (toxines détruisant la membrane plasmique) • Toxines cytotoxiques (toxines responsables de la mort cellulaire) • Toxines désorganisant le cytosquelette • Immunotoxines (toxines agissant sur le système immunitaire)

37. 1-4-4-1 Les neurotoxines (action spécifique sur les neurones) : cas de la toxine botulinique

38. Fonctionnement normal de la synapse (jonction) neuro-musculaire • Arrivée du potentiel d’action à l’extrémité de l’axone • Déclenchement de la fusion des vésicules contenant le neuromédiateur (acétylcholine) avec la membrane plasmique de l’axone • Libération du neuromédiateur dans l’espace synaptique • Fixation du neuromédiateur sur un récepteur présent dans la membrane du myocyte • Liaison provoquant un changement de conformation du récepteur induisant une ouverture du canal sodium • Entrée de sodium dans le myocyte et donc déclenchement du potentiel d’action délenchant à son tour la contraction musculaire.

39. 1-4-4-1 Les neurotoxines (action spécifique sur les neurones) : mécanisme d’action de la toxine botulinique • Toxine botulinique responsable du clivage des protéines permettant la liaison des vésicules d’acétylcholine à la membrane lors de l’arrivée d’un potentiel d’action • Conséquences : • - Absence de liaison des vésicules à la membrane de l’axone • - Pas de libération de l’acétylcholine dans l’espace intersynaptique • - Absence de transmission du potentiel d’action du neurone au muscle • - Absence de contraction des muscles • Paralysie flasque de tous le corps et mort de la personne par asphyxie (paralysie des muscles respiratoires)

40. Cellule procaryote

41. 1-4-4-2- Toxines cytotoniques (exemple : toxine cholérique) • Toxine active sur une protéine : protéine G • Activation par la protéine G de l’adénylate cyclase • Augmentation du taux d’AMP cyclique • Action sur le canal chlorure Absence d’absorption par la cellule des ions chlorures Entrainement hors de la cellule de charges positives (sodium) Sortie massive d’eau par compensation osmotique, d’où diarrhée massive aqueuse

42. Lit pour personnes souffrant de choléra

43. Lit pour personnes souffrant de choléra

44. 1-4-4-3- Toxines cytolytiques: toxines provoquant la lyse des cellules • Toxine agissant en formant des pores dans la membrane cellulaire • Soit suit à une activité phospholipasique : lécithinase de Staphylococcus aureus • Doit suite à une activité de perforine (après action sur le cholestérol membranaire) : listériolysine

46. 1-4-4-4- Toxines cytotoxiques : toxines provoquant la mort de la cellule • Exemple toxine diphtérique • Mode d’action de la toxine : • blocage de la traduction • absence de protéines structurales et enzymatiques • Mort de la cellule

47. 1-4-4-5- Toxines désorganisant le cytosquelette • Exemple toxine des EPEC • Mode d’action de la toxine : • Fixation de la toxine sur l’entérocyte • Disparition des microvillosités • Disparition des jonctions serrées • Perte de l’étanchéité de l’épithélium • Fuite des constituants cellulaires • Diarrhée

48. 1-4-4-6- Immunotoxines • Exemple entérotoxine staphylococcique • Mode d’action de la toxine : • Stimulation anormale du système immunitaire (superantigène) • Production d’une quantité excessive d’interleukines Voir présentation de TP : intoxinations

50. Existence de toxines microbiennes autres que les toxines bactériennes : • Phytotoxines • Mycotoxines (aflatoxines, ochratoxines……..)