La Virulence

1. Définition La virulence est la capacité d’un µorg à développer une maladie et est exprimée en dose létale 50(DL50) Etude de la virulence DL50 est la dose permettant la mort de 50% des animaux du groupe testé. Un pathogène est très virulent lorsqu’un faible nombre de bactéries(inoculum) est nécessaire pour tuer 100% des animaux Expérimentation: L’infection expérimentale à Streptococcus pneumoniae et Salmonella typhimurium chez la souris montre qu’il faut très peu de streptocoques pour entraîner la mort des souris, alors qu’il faut 100 fois plus de salmonelles pour obtenir la même DL50 La Virulence

2. Définition: Virulence : capacité de la bactérie à déclencher une maladie infectieuse. Elle est définie par la dose infectante (Notion quantitative). Pour un même pouvoir pathogène, il peut y avoir des souches plus ou moins virulentes (ex : Shigella dysenteriae est beaucoup plus virulente que Shigella flexneri, donnant une maladie (dysenterie bacillaire) plus sévère pour des doses infectantes très faibles). Les bactéries pathogènes peuvent (pneumocoque méningocoque, Staphylococcus aureus, Haemophilus) ou non (Mycobacterium tuberculosis, Salmonella typhi, Shigella, Vibrio cholerae) appartenir à la flore humaine commensale. Pour les bactéries « pathogènes » qui en réalité appartiennent à la flore commensale de l’homme, il existe en fait une susceptibilité individuelle liée à différents facteurs tels que l’age ou le patrimoine génétique.

3. Relations Hôte-Bactéries • I- Généralités-Définitions • II- Physiopathologie de infection • III- Moyens de défense de hôte contre l’infection bactérienne • IV- Stratégies de la bactérie pour échapper aux défenses de l’hôte: Facteurs de pathogénicité.

4. Définitions Saprophytisme: Forme de nutrition permettant à un organisme d’utiliser des matières organiques en décomposition • Bactéries saprophytes: Bactéries de l’environnement. Leur présence dans l’organisme humain est en général transitoire • Commensalisme: Type d’association conduisant deux espèces différentes d’organisme à vivre ensemble, sans que l’une nuise à l’autre, et où parfois l’une des espèces se procure de la nourriture, une protection ou d’autres avantages • Bactéries commensales: Hôtes physiologiques du corps humain → Flores commensales • Parasitisme: Forme de vie d’un organisme aux dépens d’un autre être vivant

5. • Pouvoir pathogène ou pathogénicité: Ensemble des mécanismes conditionnant le type de maladie dépendant d’une bactérie (Notion qualitative) • Virulence: Notion quantitative • Bactéries pathogènes: Bactéries capables de provoquer une maladie chez un sujet dont les mécanismes de défense sont normaux • Bactéries pathogènes opportunistes: certaines bactéries peuvent devenir pathogènes lorsque les défenses de l’hôte sont affaiblies

6. Différents modes de transmission de l’infection La source de l’infection est liée au statut de bactérie pathogène ou opportuniste et à l’écologie de la bactérie • Notion de réservoir de bactéries (homme, animaux, sol): maladie strictement humaine, anthropozoonose,.. • Transmission directe: contamination par contact avec réservoir (contact direct avec individu ou animal infecté) • Transmission indirecte: contamination par intermédiaire d’objet infecté, aliment contaminé, eau,…Notion de survie de bactérie dans environnement pendant un certain délai. • Transmission horizontale (contamination interhumaine) ≠ verticale (in utero).

7. Transmission par « contact » • Flore cutanée résidente ou transitoire présente sur les mains des soignants colonise ou infecte les patients • 􀂍 Staphylocoques « dorés » • 􀂍 Staphylocoques « blancs » Entérocoques Corynées

8. Mais il n ’y a pas que les mains ! 􀂁 La tenue vestimentaire des soignants 􀂁 Flore de l ’environnement 􀂍 Plaie ouverte en contact avec des surfaces contaminées 􀂍 Flore des autres patients déposée sur des surfaces 􀂁 L’entourage direct du patient peut-être en cause ⇒ Transmission croisée

9. Transmission « gouttelettes » 􀂁 Le sujet « source » émet des particules d’une taille supérieure à 5 microns 􀂁 Distance de sécurité ~ 2 mètres 􀂁 Le sujet source émet des particules porteuses de sa flore rhino-pharyngée Exemples 􀂍 Streptocoques pyogènes 􀂍 Staphylocoques dorés 􀂍 Pneumocoques … 􀂍 Grippe

10. Transmission par « aérosols » Particules de taille inférieure à 5 μm 􀂁 Le sujet source émet de fines particules porteuses de sa flore rhinopharyngée 􀂁 Du fait de leur faible poids, ces particules restent longtemps en suspension dans l’air et peuvent se déplacer sur de longues distances 􀂁 Les micro-organismes concernés par ce mode de transmission doivent être résistants aux conditions environnementales Exemples 􀂜 Bacille tuberculeux 􀂜 Virus varicelle-zona

11. L'hôte L'hôte (l’homme) possède une série de mécanismes de défense dont les principaux sont les barrières anatomiques (peau et muqueuse), l'immunité naturelle (cellules sanguines, anticorps) et la flore normale. La peau et les muqueuses sont les barrières anatomiques qui empêchent de nouveaux germes d'entrer dans le milieu interne. Ces barrières peuvent être altérées soit par des infections sous-jacentes (altération des propriétés biochimiques, cellules épithéliales, disparition des cils vibratoires (muqueuse bronchique), altération du péristaltisme digestif ou par des actes médico-chirurgicaux (plaies opératoires). Les défenses immunitaires peuvent être altérées par certaines maladies (néoplasie, maladies congénitales, maladies immunologiques) ou par certains médicaments [stéroïdes (cortisone), immunosuppresseurs]. Dans la flore normale il existe une compétition entre les différents germes (nutriments, production de substances bactéricides par certains germes, régulation du pH). Cette flore peut être altérée par l'administration de médicaments comme les antibiotiques ou certains antacides.

12. Infection Dans certains cas, l’équilibre entre les germes et l’hôte ne se crée pas et le patient développe une infection. Une infection implique la présence de micro-organismes dans un site habituellement stérile ou non stérile et est toujours accompagnée par une réponse inflammatoire de l’hôte. Le risque d'infection va dépendre de plusieurs facteurs dont: ♦ des micro-organismes introduits ♦ du nombre de germes introduits ♦ de la virulence du germe ♦ des mécanismes de défense du patient ♦ de la présence de corps étrangers

13. Période d’incubation La période se situant entre le moment de l’infection (moment où le germe pénètre dans l’organisme) et le moment de l’apparition de signes cliniques d’infection se nomme la période d’incubation. Elle est très variable d’un germe à l’autre. Pour un même germe, cette période d’incubation va également dépendre de facteurs liés à l’hôte (immunité). Période de latence C’est le laps de temps qui s’écoule entre le moment de l’infection et le moment où l’agent infectieux devient transmissible à un autre individu. Période de contagiosité La période durant laquelle l’agent infectieux est transmissible d’une personne à l’autre se nomme période de contagiosité La présence d’une infection implique l’apparition de signes locaux (signes inflammatoires tels que rougeur chaleur et douleur, ganglions) et /ou des signes généraux (fièvre, frissons chute de la pression sanguine).

14. Il survient au niveau du sang des signes biochimiques d’infection avec : ⇒ une modification de la formule sanguine( augmentation des leucocytes(=leucocytose) ou parfois diminution (=leucopénie), modification de leur aspect (polynucléaires neutrophiles avec noyaux en forme de bâtonnets (= déviation gauche) ; ⇒ une augmentation de la vitesse de sédimentation (VS). C’est un indicateur non spécifique de l’inflammation (élévation en cas d’infection mais aussi de tumeur, de maladies rhumatismales) et il correspond à la vitesse avec laquelle les globules rouges sédimentent dans un tube(tombent au fond du tube) ; ⇒ une augmentation de la C-reactive protein (CRP). C’est une protéine produite par le foie en cas d’inflammation et elle se modifie plus rapidement que la VS en fonction de l’évolution clinique. ⇒ une bactériémie. C’est la présence de bactéries dans le sang (confirmée par une culture) . Elle n’est pas présente lors de toute infection et peut être très transitoire.

15. Tous les organes ou sites peuvent à un moment donné être infectés et les infections les plus graves sont les infections qui touchent plusieurs organes à la fois et qui sont associées à des signes généraux d’infections tels que fièvre, augmentation de la fréquence cardiaque, augmentation de la fréquence respiratoire, hypotension et modification de la formule sanguine. Lorsque plusieurs de ces signes sont présents le patient présente un sepsis ou encore plus grave un choc septique.

16. Classification des interactions • • Transit: absence d’implantation de la bactérie sur l’hôte pour des raisons d’exigence nutritionnelle ou physiologiques (ex : température de croissance) • • Colonisation : implantation de la bactérie sur le revêtement cutanéo-muqueux sans provoquer de dommage pour l’hôte. Type d’interaction des bactéries des flores commensales. • Remarque :Portage (porteurs sains) : colonisation par bactéries pathogènes retrouvées plus ou moins transitoirement au niveau des flores commensales. • Maladie infectieuse : conflit hôte-bactérie aboutissant à des lésions chez l’hôte infecté (Maladie). L’expression clinique de la maladie est le résultat complexe des multiples interactions entre la bactérie et les défenses de l’hôte. Transmission d’un individu à l’autre (Infection).

17. Différentes voies de contamination • Porte d’entrée: contamination possible par • • Voie digestive: ingestion d’eau ou aliments contaminés • (Choléra, typhoïde). • • Voie respiratoire: inhalation d’aérosols contaminés • (Legionellose, Coqueluche). • • Voie cutanée: inoculation par contact (plaie souillée) • (Tetanos, Surinfections de plaie) • • Voie transcutanée: piqûre d’insecte vecteur de bactéries • (Yersinia pestis, maladie de Lyme) • Voie sexuelle: Maladies sexuellement transmissibles • (Syphilis,urétrite gonococcique,Chlamydia trachomatis)

18. Eléments de physiopathologie 1ère étape: Colonisation du revêtement cutanéo-muqueux La 1ère étape du processus infectieux correspond à l’implantation des bactéries sur le revêtement cutanéo- muqueux : c’est l’étape de colonisation. Elle est dépendante d’un mécanisme essentiel du pouvoir pathogène des bactéries, l’adhésion bactérienne . 2ème étape: Invasion L’adhésion est suivie dans la plupart des cas par une 2ème étape d’invasion (bactéries invasives): franchissement de la barrière cutanéo-muqueuse associée au développement d’une inflammation non spécifique au niveau de la porte d’entrée (secondaire à la multiplication bactérienne à ce niveau). Cette infection est localisée (ex : pneumonie, infection urinaire, infection sur cathéter,..)

19. +/- 3ème étape: Dissémination de bactéries à partir de la porte d’entrée par voie sanguine (bactériémie) ou lymphatique, aboutissant parfois à des localisations secondaires au niveau de différents organes, appelées métastases septiques (ex : endocardite, abcès profond, ostéite, méningite,..). Parmi ces bactéries invasives, il existe des bactéries à multiplication extracellulaire et des bactéries à multiplication intracellulaire. Le pouvoir pathogène des bactéries repose schématiquement d’une part sur des facteurs de pathogénicité permettant la multiplication bactérienne, d’autre part sur la sécrétion de toxines bactériennes qui vont pouvoir agir à distance

20. Facteurs de virulence et toxines Les µorg pathogènes produisent des facteurs de virulence et /ou des toxines qui permettent le développement de leur pathogénicité.

21. Fibrine,caillot et virulence • Un caillot de fibrine se forme très souvent sur le site d’invasion du µorg chez l’hôte. Le tissu constitue ce caillot en réaction à l’infection, pour isoler le pathogène. • Streptococcus pyogenes produit une streptokinase qui agit en dégradant le caillot(activité de fibrinolyse). • A l’opposé, Staphylococcus aureus produit une coagulase qui favorise la formation du caillot(fibrinogène) afin de protéger la bactérie des défenses de l’hôte ; dans ce cas, l’infection (furoncle, panaris, etc.)reste localisée. • Ces staphylocoques à coagulase positive (S.aureus ou staphylocoques dorés) sont donc beaucoup plus virulents que ceux à coagulase négative(staphylocoques blancs)

22. Exotoxines • Les exotoxines sont des protéines toxiques sécrétées par des µorg lors de leur croissance. Ces toxines diffusent, circulent et provoquent des lésions tissulaires à distance de l’infection. Elles se répartissent en trois catégories: • Toxines cytolytiques: enzymes provoquant la lyse cellulaire. • Toxines A-B: sont deux S/U A et B unies par liaison covalente;la S/U B se lie au récepteur cellulaire et permet le passage de la S/U A dans la cellule pour y exercer son action néfaste. • Toxines superantigéniques: qui stimulent un grand nombre de cellules de la réponse immunitaire de l’hôte,créant une réaction inflammatoire étendue

23. I -Toxines Cytolytiques • Ces toxines présentent une activité cytolytique facilement détectée par lyse des hématies (érythrocytes) dans une gélose au sang, au contact des colonies des bactéries sécrétant ces toxines(zone d’hémolyse). • Elles sont aussi capables de lyser d’autres cellules. Certaines hémolysines dégradent les phospholipides des membranes cellulaires et sont appelées phospholipases ou lécithinases (leur substrat est la lécithine phospholipide (phosphatidylcholine). • Clostridium perfringens produit une lécithinase (toxineα) qui dissout les lipides membranaires conduisant à la lyse cellulaire. Ces phospholipases peuvent aussi dégrader certaines bactéries; en effet ,les membranes bactériennes contiennent aussi des phopholipides. • Les Streptocoques produisent des hémolysines (streptolysines O) qui dégradent les stérols membranaires des cellules de l’hôte. Les leucocidines lysent les leucocytes et réduisent la résistance de l’hôte.

24. La toxine diphtérique Corynebacteriumdiphteriae Transmise à la bactérie par le phage qui contient le gène toxqui code cette toxine(lysogenèse). Seules les souches bactériennes lysogènes sont pathogènes; les souches non pathogènes et non toxinogènes peuvent devenir pathogènes après infection par le phage (conversion phagique). La souris et le rat sont résistants à l’action de cette toxine, alors que l’homme, le lapin , le cobaye et les oiseaux y sont très sensibles

25. Toxines botulinique et tétanique 2 bactéries Gram+ anaérobies Clostridiumtetani Clostridiumbotulinum Habituellement présentes dans le sol et occasionnellement chez l’homme Le botulisme ne s’exprime pas chez l’hôte par une invasion de Clostridiumbotulinum, mais plus souvent , par l’absorption de toxines produites lors de la croissance de cette bactérie dans les aliments. La mort survient après une détresse respiratoire sérieuse, causée par une paralysie musculaire flasque. Le tétanos s’exprime après le développement de Clostridiumtetani sur une lésion profonde cutanée et la libération de toxines au niveau des cellules neuronales, conduisant à la mort

26. II- Enterotoxines • Sont des exotoxines dont l’activité s’exerce dans l’intestin grêle, produisant en • général une sécrétion de liquide massive dans la lumière intestinale et se • traduisant par des vomissements et des diarrhées. • Elles sont produites par des: • Bactéries d’origine alimentaire Staphylococcus aureus, • Clostridium perfringens, • Bacillus cereus • ou des pathogènes intestinaux Vibrio cholerae, • Escherichia coli, • Salmonella enteritidis.

27. La toxine cholérique L’entérotoxine la mieux connue est celle produite par Vibrio cholerae, constituée d’une s/u A et de cinq s/u B. Ces dernières se fixent spécifiquement au ganglioside GM1,un complexe glycolipidique localisé dans la membrane des cellules épithéliales intestinales • L’activité toxique est mediée par la s/u A ,après fixation spécifique des s/u B, la s/u A stimule l’adényl cyclase, présente dans un grand nombre de cellules et tissus, mais plus spécialement ceux des muqueuses de l’intestin grêle,l’adenyl cyclase provoque une inversion du flux sodique qui s’accompagne d’une fuite hydrique vers la lumière intestinale, provoquant des diarrhées importantes en phase aigue de la maladie. • Le décès est du à la déshydratation qui s’ensuit. Le traitement symptomatique passe par une réhydratation par perfusion de solutions hypertoniques. L’expression de cette toxine, codée par les gènes ctx A et ctx B de Vibrio cholerae, est sous le contrôle d’une protéine de régulation, présente dans la membrane bactérienne codée par le gène tox R. Cette protéine favorise l’expression des protéines de la membrane externe et la production des pili, indispensable à l’adhésion et la colonisation de la bactérie sur l’épithélium intestinal.

28. Les autres entérotoxines Les souches pathogènes entérotoxiques d’autres entérotobactéries ,Escherichia et Salomonella, produisent des entérotoxines de structure et de fonction semblables à celle de vibriocholerae. Elles sont aussi produites dans les intestins lors de la croissance bactérienne. Par contre, les entérotoxines d’origine alimentaire ont des modes d’action différents,cytotoxique pour Clostridium perfringens et super-antigénique pour Staphylococcus aureus. Les toxines d’origine alimentaire peuvent aussi etre acquises après ingestion des aliments, dans lesquels se développe la bactérie toxinogène, et ne nécessitent pas obligatoirement une croissance bactérienne dans les intestins

29. Endotoxines Ce sont des lipopolysaccharides(LPS) produits par de nombreuses bactéries Gram négatif( Escherichia,Shigella,Salmonella,etc.) au niveau de leur paroi. Elles sont libérées en grande quantité lors de la lyse bactérienne seulement, alors que les exotoxines sont sécrétées par des bactéries vivantes Structure et fonction des endotoxines LPS sont const de 3 s/u (lipides A, polysaccharide central et polysaccharide O) reliées par des liaisons covalentes. Le lipide A est porteur de la fraction active, alors que la région lipopolysaccharidique permet l’hydrosolubilité et l’immunogénicité, l’ensemble indispensable à l’effet toxique. Ces endotoxines sont composées de composants structurels de bactéries,pouvant provoquer un état inflammatoire du corps entier, septicémie, conduisant à une pression artérielle basse, syndrome de dysfonction d'organe multiples et la mort. Elles sont aussi à l’origine de diarrhées, d’une lymphocytopénie, d’une leucopénie, d’une thrombopénie, d’une libération de cytokines et de facteurs d’inflammation. De fortes doses d’endotoxines peuvent provoquer le décès par choc hémorragique et nécrose tissulaire. Cependant leur toxicité est bcp moins importante que celle des exotoxines: la dose létale DL50 d’une endotoxine chez la souris est environ dix millions de fois plus faible que celle de la toxine botulinique(200 à 400 µg par souris contre 25 µg).