Relations Hôte-Microorganisme et Virulence

1. Relations Hôte-Microorganismeet Virulence Faculté de Pharmacie

2. Objectifs • Niveau 1 : • Virulence = adhésion + subst agr + résist moyens défense • Adhésion à cellules-cibles : pour multiplication ou prélude à pénétration • Substances agressives • Toxines protéiques à action directe et/ou indirecte (destr mb, ADP-ribosylation, protéolyse spécif, superAg, autres) • Endotoxine portée par LPS des BGN (lipide A). Stimule monocytes, Mφ, d’où fièvre, leucopénie, CIVD, hTA, choc. Potentialisé par supAg • Enzymes, produits de dégradation cellulaire et métab bactérien • Aptitude à survivre chez l’Hôte • Résistance aux moyens de défense • Capacité à se multiplier chez l’hôte (ex : captation du fer) • Niveau 2 : • Parasitisme extra cellulaire ou intracellulaire facultatif ou obligatoire • Selon les agents infectieux, prédominance d’un mécanisme

3. L'Homme vit dans un environnement peuplé de très nombreux micro-organismes : bactéries, virus, champignons L'Homme lui-même (= 1013 cellules) héberge 1014 bactéries (surtout tube digestif)

4. RELATIONS FONCTIONNELLES ENTRE LES BACTERIES ET L'HOMME 1)     Absence de croissance  2)     Symbiose : effet bénéfique pour les deux parties  3)     Commensalité ou saprophytisme : pas d'effet bénéfique ou nocif pour l'hôte 4)     Parasitisme Préjudice pour l'hôte (pathogénicité)

5. POURQUOI UNE BACTERIE EST-ELLE PATHOGENE ? Facteurs propres à la bactérie (Facteurs de virulence) Facteurs propres à l’hôte (Moyens de défense de l’hôte) Des bactéries généralement saprophytes peuvent devenir pathogènes chez des immuno-déprimésDes bactéries considérées comme habituellement "pathogènes" peuvent exister chez des sujets sains (porteurs sains )

6. Parasites extra-cellulaires • Staphylococcus • Streptococcus • Vibrio cholerae • Bordetella pertussis EXEMPLES

7. Parasites intra-cellulaires facultatifs • Mycobacterium tuberculosis • Legionella pneumophila • Listeria monocytogenes • Brucella melitensis EXEMPLES

8. Parasites intra-cellulaires stricts • Chlamydia trachomatis • Rickettsia conorii • Anaplasma phagocytophilum • Coxiella burnetii EXEMPLES

9.  FACTEURS D’ADHÉSION PROTEINES DE SURFACE :  Portées par des pili Exemple : pili des E. coli uropathogènes  Non portées par des pili Exemple : protéines « d’opacité » de N. gonorrhoeae ROLES :  Maintien et multiplication bactérienne à la surface des cellules d’un organe-cible  Les bactéries restent insensibles au balayage des muqueuses par les sécrétions  Etape préalable à une éventuelle pénétration intra-cellulaire

10.  SUBSTANCES AGRESSIVES • TOXINES   • Protéiques (ou exotoxines) • Lipopolysaccharidiques (LPS ou endotoxine)  • ENZYMES • PRODUITS DU METABOLISME BACTERIEN (amines, ou  du pH, etc)   

11. Action des toxines • Soit directe • Soit indirecte en stimulant de façon inadéquate le système immunitaire ou d’autres cellules de l’hôte (manipulation du fonctionnement cellulaire) • Soit directe et indirecte

12. 2.1. TOXINES PROTEIQUES (EXOTOXINES) • Protéines à activités biologiques délétères pour l’organisme ou les cellules. • Sécrétion active vers l’extérieur des bactéries ( exotoxines) • Sécrétion types III et IV • Parfois externalisation seulement à l’occasion de la lyse bactérienne (toxines de Clostridium) • Modes d’action très divers.

13. 1er Mode d’action :Destruction membranaire - Effet : destruction de la membrane cellulaire et/ou (faible dose) stimulation inadéquate des cellules Exemples : toxines , ,  et leucocidine de Staphylococcus aureus, cytolysines diverses de Clostridium spp.

14. Toxines de bactéries à Gram positif • Celles activées par des groupements thiol (Ex : streptolysine O, pneumolysine, listériolysine O, perfringolysine O) • Celles produites par S. aureus ou Clostridium (Ex : toxines , ,  et leucocidine, toxine β-1 de Clostridiumperfringens) • Toxines RTX (repeat in toxin family) des bactéries à Gram négatif • Ex : Hémolysine de E. coli, leucotoxine de Pasteurella haemolytica, adénylate-cyclase-hémolysine de Bordetella pertussis)

15. 2e M.A. : ADP-ribosylation de molécules de la machinerie cellulaire NAD+ acide nicotinique + ADP-ribose.ET L’ADP-ribose est transféré sur une molécule-cible dépendant de la toxine impliquée • Effet : inactivation ou activation permanente de la molécule-cible, i.e. de molécules de la machinerie cellulaire comme les protéines Ras, Rab impliquées dans le trafficking cellulaire ou de facteurs d’élongation de la synthèse protéique • Exemples : toxine de cholérique, toxine diphtérique, toxine pertussique, exoenzyme S de Pseudomonas aeruginosa, toxines C2 et C3 de Clostr. botulinum

17. 3e M.A. : Enzymes protéolytiques très spécifiques de cible • Effet : destruction sélective de certaines molécules  • Exemples : toxine tétanique, toxine botulinique, exfoliatine de Staphylococcus aureus, métalloprotéases de Vibrio cholerae ou de Bacteroides fragilis.

18. 4e M.A. : Superantigènes • Effet : stimulation polyclonale simultanée d’un pourcentage important de lymphocytes T avec libération exagérée de cytokines créant un choc toxique.  • Exemples : • Toxine du syndrome de choc toxique de Staphylococcusaureus, • entérotoxines des Staphylococcusaureus • exotoxines pyrogènes de Streptococcuspyogenes

19. Partie Vβ du TCR TCR

20. Autres toxines ayant d’autres M.A. • Mécanismes divers ou encore non élucidés • Ex: hépatotoxine de cyanobactéries

21. 2.2. Endotoxine bactérienne • Endotoxines : activité biologique correspondant structuralement à la membrane externe des bactéries à Gram négatif • L’activité biologique est associée au lipopolysaccharide constitutif de cette membrane externe: • La toxicité due au composé lipidique (lipide A) • L’immunogénicité (antigène O) est associée au composé polysaccharidique • Responsable d’activité inflammatoire : active le complément par voie alterne. Participe ainsi à la pathogénicité des infections à bactéries à Gram négatif

25. Fonction de la membrane externe des bactéries à Gram négatif • Barrière de perméabilité aux grosses molécules (> 700 Da, comme les sels biliaires) et aux composés hydrophobes de l’environnement. • Empêche la destruction des bactéries par des composés sériques et par les cellules phagocytaires. • Rôle dans l’adhérence aux cellules épithéliales, dans la résistance à la phagocytose (colonies S) et dans les variations antigéniques

26. La plus grande part de l’endotoxine reste associée à la paroi bactérienne, jusqu’à la désintégration de la bactérie (autolyse, ou lyse externe due au complément, au lysozyme ou à la phagocytose • Activité biologique moins spécifique et souvent moins puissante que celle des exotoxines protéiques

27. Virulence associée au Lipide A • Lors d’une infection, le LPS libéré par les bactéries à Gram négatif se lie d’abord à des protéines plasmatiques : les « LPS-binding proteins » • Ce complexe interagit avec les récepteurs CD14 des monocytes et macrophages et d’autres récepteurs des cellules endothéliales

28. Virulence clinique associée au Lipide A • In vivo, l’injection d’endotoxine ou de lipide A se traduit par : • Fièvre • Leucopénie • Coagulation intravasculaire disséminée • Hypotension, choc, voire décès • La précocité du décès dépend : • De la dose d’endotoxine injectée • De la voie d’administration • De l’espèce animale

29. Virulence moléculaire associée au Lipide A • L’interaction avec les monocytes et macrophages est responsable de : • Production de cytokines (IL-1, IL-6, IL-8 TNF, PAF), d’où production de prostaglandines et de leucotriènes • Activation des macrophages avec accroissement de la phagocytose et de la cytotoxicité, libération d’enzymes lysosomiales, d’IL-1 (fièvre), de TNF alpha, d’autres cytokines • Activation du complément (C3a, C5a), d’où chémotaxie, inflammation • Activation de la coagulation (facteur XII) • Activation de la fibrinolyse et des kinines • Le LPS est aussi un mitogène des lymphocytes B : différenciation polyclonale et multiplication avec sécrétion d’IgG et d’IgM

31. Résumé sur l’Endotoxine • Activité biologique portée par le lipopolysaccharide (LPS) • Constituant de la membrane externe des bactéries à Gram négatif exclusivement • Rôle biologique essentiellement dû au lipide A (= partie lipidique du LPS) • Leucopéniant • Pyrogène • Toxique (choc, diarrhée, hémorragie intestinale) • Détection par gélification d’un lysat d’amoebocytes • Rôle antigénique de la partie polysaccharidique de la molécule (antigène somatique ou antigène O) • Activité très renforcée par les superantigènes

32.  APTITUDE A SURVIVRE CHEZ L’HÔTE • Résistance aux moyens de défense de l’hôte • Adhésion • Action sur les phagocytes professionnels : modification de : • nombre (destruction) • chimiotactisme (capsule, streptolysine O) • de la fonction des macrophages ou granulocytes (rupture des phagosomes, blocage de la fusion phago-lysosomiale, évitement des mécanismes tueurs O2-dépendants) • Action sur les défenses humorales : destruction ou stratégies d’échappement (destruction de C5a ou d’IgA1, mimétisme moléculaire, variations antigéniques) • Capacité à se multiplier chez l’hôte • Par exemple en captant les ressources en fer de l’hôte

33. Grands types d’infections • Prédominance de l’aspect invasif • Streptococcus pneumoniae • Prédominance de l’aspect agressif • Clostridium tetani • Corynebacterium diphtheriae • Mixité des deux aspects • Staphylococcus aureus • Bacilles à Gram négatif (Entérobactéries)