1 – Le pouvoir invasif de l’agent pathogène

1. Pathogénèse microbienne Chapitre 1 Les déterminants du pouvoir pathogène (et donc de la maladie infectieuse)

2. 1 – Le pouvoir invasif de l’agent pathogène

3. 1-1- Transmissibilité de l’agent pathogène

4. Première étape pour qu’une maladie infectieuse due à une bactérie exogène se développe : transport de l’agent pathogène vers l’hôte - soit par contact direct d’un hôte à un autre (toux, éternuement, contact direct d’un corps à l’autre) - soit par transmission indirecte : * dispersion des agents par un hôte infecté * dépôt des agents sur diverses surfaces * transmission ensuite à l’hôte via eau, nourriture, objets, vecteurs animés

5. Pénétration dans l’organisme 3 grandes voies de pénétration : - voie aérienne - voie digestive - voie cutanéo-muqueuse (dont la voie sexuelle)

6. 1-2- Fixation de l’agent pathogène

7. L’adhésion

8. Intervention dans l’adhésion : • Constituants superficiels de la bactérie (adhésines) • Récepteurs cellulaires de l’hôte

9. 1-2-1 Rôle de l’adhésion

10. Attachement du microorganisme aux muqueuses digestive, respiratoire et urogénitale afin d’empêcher son expulsion mécanique (assurée notamment par toux, battement des cils, péristaltisme intestinal…). Etape dépendant de la capacité du pathogène à concurrencer avec succès la microflore normale de l’hôte pour les éléments nutritifs

11. 1-2-2- Mécanisme de l’adhésion

15. - Phase 1 : interaction électrostatique ou type forces de Van des Waals (quand la distance est de l’ordre de 10 nm) entre certains constituants superficiels (du microorganisme et des constituants de la membrane plasmique de la cellule hôte (= phase non spécifique) - Phase 2 : interaction (à moins de 1 nm) entre fimbriae, pili, polyosides capsulaires et récepteurs présents sur certaines cellules de l’hôte (= phase spécifique)

16. Possession par Escherichia coli d’adhésinespour les cellules urinaires : piliPapG (associés à la pyélonéphrite, pili dont il existe plusieurs allèles). • Différenciation des récepteurs que d'un ou deux résidus osidiques : PapG reconnaît au minimum un digalactoside lié à un lipide de la membrane cellulaire. • Chaque pilusPapGpossède un récepteur spécifique: • le type III lié à la vessie, • le II aux circuits d'excrétion rénale.

17. 1-2-2-1 Structures de la cellule hôte mises en jeu • Phospholipides, cholestérol, glycoprotéine, récepteurs spécifiques, protéines transmembranaires, molécules de la matrice extracellulaire Si spécificité dans la reconnaissance, existence d’un tropisme cellulaire Exemple : E coli possède le pili PAP reconnaissant spécifiquement un glycolipide présent à la surface des cellules épithéliales du tractus urinaire

18. 1-2-2-2- Structures bactériennes responsables 2 groupes • Pili ou fimbriae Fins filaments protéiques (polymérisation d’une sous-unité protéique : la piline) disposés tout autour de la bactérie et terminés par une adhésine capable de se fixer de façon spécifique à un récepteur cellulaire • Adhésines non fimbriales Protéines ou lipopolyosides de la paroi de la bactérie, de la capsule permettant un contact serré entre la bactérie et la cellule

19. Adhésinesfimbriales • Adhésinesafimbriales • Protéines ou LPS de la membrane externe chez les bactéries à Gram négatif • Protéines de paroi chez les bactéries à Gram positif • Acides teichoïques, lipoteichoïques • Protéines ancrées dans la paroi • Protéines liant la fibronectine (FnbA, FnbB) • Protéines liant le fibrinogène (clumping factor ClfA, ClfB)

20. Lien des adhésines non fimbriales avec cellule hôte - soit par fixation directe au récepteur cellulaire - soit par fixation à des molécules de la matrice extracellulaire composée de molécules interagissant entre elles et avec les cellules avoisinantes (collagène, élastine, fibrinonectine

21. Collagène, élastine, fibinonectine = pont entre bactéries et cellules

22. Bilan : structures bactériennes responsables de l’adhésion • Fimbriae(appendices protéiques fibrillaires de la surface de certaines bactéries Gram -) • Pili (protéines) • Capsule ou glycocalyx (polyosides) • Couche muqueuse (glycoprotéine ou mucopolyoside) • Couche S • Acides teichoïques et lipoteichoïques de la paroi (constituant de la paroi des Gram +) et LPS de la paroi des Gram - • Hémagglutinine filamenteuse (facilite l’adhérence aux érythrocytes) • Lectine (protéine)

23. Les structures en jeu dans l’adhésion

24. Exemple de Staphylococcus aureus Plus d’une dizaine d’adhésines identifiées, dont : • Protéine A (protéine pariétale se liant au facteur de Willebrand et au fragment Fc des Ig entraînant une activation polyclonale des lymphocytes B) • Protéine de liaison au collagène de type I, II et IV • Protéine de liaison à la fibrinonectine (adhérence des S aureus aux caillots plasmatiques et aux biomatériaux ayant un contact prolongé avec le sang) • Protéine de liaison au fibrinogène : clumping factor (ClfA, ClfB) provoquant l’agrégation des bactéries en présence de plasma

25. 1-2-3- Conséquences de l’adhésion

26. High power scanning electron micrograph of EPEC displaying localized adherence to HEp-2 cells. Note the elongated microvilli to which the bacteria appear to attach Scanning electron micrograph showing microcolonies of EPEC displaying the characteristic localized adherence pattern of adherence to HEp-2 cells.

27. Transmission electron micrograph showing the attaching and effacing effect. EPEC have effaced microvilli and are intimately attached to the surface of the HEp-2 cell which responds to the bacteria by forming the typical cup shaped pedestals.

28. En rouge : chez la bactérie En violet : chez la cellule hôte Pas d’effet apparent Chez la bactérie : Libérationde toxines et augmentation de l'expression des gènes de virulence Signal, régulation de molécules d’adhésion intercellulaire Helicobacter pilori E. coli Induction de cytokines Helicobacter pilori Invasion Salmonella spp Shigellaspp Listeria Legionella Adhésion aux cellules hôtes Pertesd'eau et d'electrolytes Vibrio cholerae EPEC Altérationsmorphologiques EPEC Helicobacter pilori Mort cellulaire, apoptose Mycoplasma spp, Yersinia enterolitica,Helicobacter pilori

29. Conséquences chez la bactérie

30. a/ Activation de gènes de virulence nécessaires à la suite des effets pathogènes Exemple : cas de Yersinia pseudotuberculosis Existence d’un locus chromosomique inv codant pour une protéine invasine se liant à un récepteur des cellules épithéliales, des macrophages et des lymphocytes T

31. Présence de différents gènes Yopplasmidiques chez la bactérie codant pour des protéines membranaires altérant le cytosquelette des cellules hôtes - gène Yop A codant pour une protéine Yop A (Yad A) ayant une activité d’adhésine, permettant la fixation aux b intégrines présentes sur les cellules hôtes (notamment les macrophages)

32. - gène Yop H codant pour une protéine Yop H ayant une activité phosphatase, pouvant provoquer la déphosphorylation des protéines de l’hôte, d’où blocage de la phagocytose

33. - gène YoT codant pour une protéine YopTinduisant un effet cytotoxique sur les cellules de l’hôte (dont les macrophages) en inhibant ses GTP ases, d’où activité antiphagocytaire

34. gène Yop E codant pour une protéine Yop E provoquant l’inactivation de l’activité des GTP ases de la cellule hôte , d’où dépolymérisation des filaments d’actine, désorganisation du cytosquelette et inhibition de la phagocytose

35. Conséquence de l’adhésion : • 1er temps : induction de la production du système de sécrétion de type III (Yop B et D) • 2ème temps : libération intracellulaire (injection) des protéines Yop E, Yop H, YopT • 3ème temps : effets néfastes sur la cellule.

36. Suite à ce contact de la bactérie avec une cellule hôte, activation des systèmes de sécrétion de type III

37. www.biozentrum.unibas.ch/.../html/cornelis.html

38. b/ Adaptation au nouvel environnement Adhésion peut entraîner selon les bactéries : - soit une limitation de la croissance, - soit une augmentation de la croissance.

39. Conséquences chez la cellule hôte

40. a/ altération de la morphologie : formation du piédestal et destruction des microvillosités par EPEC http://www.bms.ed.ac.uk/research/others/smaciver/Bacter4.gif

41. a/ altération de la morphologie : formation du piédestal et destruction des microvillosités par EPEC • 1- Gènes responsables : • Gènes esp codant les protéines Esp (EPEC secretingprotein) permettant la translocation de la protéine Tir (Translocatingintimreceptor) • Gène Tir codant pour la protéine Tir • Gène eae codant pour l’intimine.

42. 2- Mécanisme

43. 1er temps : adhésion locale des EPEC à la surface des cellules épithéliales par leurs pili (reconnaissance par des lectines du pilus de résidus osidiques portés par les glycolipides ou glycoprotéines membranaires.

44. 2ème temps : sécrétion des protéines Esp (A et B) induisant la translocation de la protéine Tir qui s’intègre dans la membrane plasmique et permet l’attachement de la bactérie à la cellule épithéliale par l’intimine. • 3ème temps : phosphorylation des protéines ducytosquelette , flux d’inositol triphosphate et de Ca2+

45. Conséquence : • réorganisation des protéines du cytosquelette avec agglomération des molécules d’actine, • plus de maintien des villosités • effacement des villosités et obtention d’une sorte de piédestal formé d’actine aggloméré, d’aactinine et de myosine à la surface de l’entérocyte.

46. Parfois le piédestal peut se transformer en véritable pseudopode Parfois il peut arriver que la bactérie soit internalisée, mais elle reste enfermée dans la vacuole

47. Conséquence : - effacement des villosités = une diminution de la surface de la bordure en brosse et donc diminution des enzymes - diminution de l’absorption, d’où perte d’eau et diarrhées

48. Adhésion de l’intimine aux entérocytes via la protéine Tir : activation de la cellule hôte - agglomération des molécules d’actine, - plus de maintien des villosités - effacement des villosités et obtention d’une sorte de piédestal formé d’actine aggloméré, d’aactinine et de myosine à la surface de l’entérocyte. http://www.bms.ed.ac.uk/research/others/smaciver/Bacter4.gif

49. b/ modification de l’expression des molécules d’adhérence intercellulaire Exemple de Bordetellapertussis Coqueluche : • maladie des voies respiratoires strictement humaine et très contagieuse • Transmission de la bactérie expulsée par les aérosols expulsés par l’individu contagieux qui tousse

50. b/ modification de l’expression des molécules d’adhérence intercellulaire Exemple de Bordetellapertussis • Interaction grâce à ses nombreuses adhésines aux cellules ciliées du tractus respiratoire et aux cellules phagocytaires. • - Interaction de l’hémagglutinine filamenteuse (FHA) à l’intégrine CR3 des cellules phagocytaires conduisant à un détournement à son profit d’une voie de signalisation intracellulaire.