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Cours de Microbiologie Générale
LV342 Cours 4
Microorganismes agents de maladies
chez l’homme
Catherine Esnault, Maître de Conférences
Université Pierre et Marie Curie (Paris 6)
UFR 927 Sciences de la Vie
Licence de Sciences et Technologie
Mention Sciences de la Vie L3
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Relations avec un hôte ou d'autres organismes
définitions Saprophytisme :
microorganisme se développant dans l'environnement aux dépends de la matière
organique morte. Exemple : champignons.
• Commensalisme :
microorganisme se développant sur un hôte sans le gêner et en l'aidant indirectement.
Par exemple, les bactéries de la peau et des muqueuses.
• Symbiotisme :
association étroite de deux ou plusieurs organismes dissemblables. On parle
d'endosymbiose lorsqu'un microorganisme se trouve à l'intérieur de son partenaire.
Exemple : lichen, symbiose algue-champignon
• Mutualisme :
association de deux ou plusieurs organismes, dans laquelle tous les membres sont
avantagés par bénéfice réciproque. C'est un symbiotisme au sens large, chaque
membre pouvant aussi être autonome. Exemple : rhizobium-légumineuse
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Définitions (suite) • Syntrophisme (du grec "se nourrir mutuellement") ou cross feeding : association de
deux microorganismes, qui coopèrent pour une activité métabolique globale bien
précise sans que leur dépendance mutuelle ne puisse être remplacée par une simple
addition de substrat ou de nutriment. C'est un cas particulier du symbiotisme.
Exemple : le rumen
• Parasitisme :
microorganisme profitant de l'association aux dépends de l'hôte. Les
microorganismes pathogènes ainsi que l'ensemble des virus sont des parasites,
même si en médecine ce terme est plutôt réservé aux microorganismes eucaryotes.
La parasitologie est l’étude des maladies provoquée par les parasites eucaryotes.
Exemple : la maladie du sommeil provoquée par Trypanosome
• Opportunisme :
microorganisme commensal profitant d'une faiblesse de l'hôte pour devenir
pathogène. Exemple : E. Coli intestinal devient pathogène dans les voies urinaires.
Cette situation est un bon exemple indiquant qu'il n'y a pas de frontières strictes entre
les catégories définies ci-dessus :
Symbiotisme Mutualisme Commensalisme Parasitisme
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Localisation des microorganismes
• Peau
• Voies respiratoires supérieures
• Poumons
• Les voies digestives
• Le tractus urogénital
• Infection : multiplication d’un microorganisme pathogène dans un organe
• Maladie : infection qui produit des symptômes
• Exemple d’infection aiguë la diphtérie, par contre la tuberculose est une infection chronique (fatale), la peste pulmonaire une infection fulgurante. Il peut exister des infections sans maladie, inapparente (gonorrhée) ou la typhoïde (porteur sain).
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•Chez un individu immuno-déprimé on observe des infections
dites opportunistes (flore naturelle non pathogène) ex sidéens.
•On appelle virulence la capacité d’un microbe à réaliser une
infection.
• On appelle facteur de virulence un produit qui contribue à
l’infection de l’hôte.
•Remarque pour certaines maladies comme la tuberculose c’est
la réponse immunitaire qui est responsable de la maladie
(voir endotoxine) en effet ce sont les cytokines (médiateurs)
libérés par les cellules lymphoïdes qui sont responsables des
dommages chez l’hôte .
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Les étapes de l’infection
• Adhésion à une surface (suite par exemple à une blessure
• Adhésion généralement spécifique (Neisseria.gonnorrhœa)
• Les facteurs d’adhésion:capsule, fimbriæ, pilus, flagelles
• Invasion: lymphe et sang
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Facteurs de virulence (1)
contribuent à la colonisation et l’invasion de l’hôte
Colonisation: apports nutritionnels de l’hôte
causent des dommages à l’hôte
Toxicité et pouvoir d’envahissement
Toxicité: Clostridium tetani, Corynebacterium diphteriæ
Envahissement: Streptococcus pneumoniæ
Mesure de la virulence: LD5O – Nombre de bactéries entraînant la mort de
50 % des animaux
Exemple: Streptococcus pneumoniae (S5O) et Salmonella enterica (S5OOO)
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Les facteurs de virulence (2)
• Contrôle de l’invasion: caillot
– Lyse: streptokinase
– Production: coagulase
• Les toxines
– Exotoxines:hémolysine, toxine diphtérique, botulinique, tétanique.
– Entérotoxine: V.choleræ
• Autres cas: E.coli, S.enterica
– Endotoxines : Dérivées du LPS des gram- , Lipide A, « core »
polysaccharide, O-polysaccharide
– Superantigènes:
• stimulation massive des lymphocytes (Staphylococcus aureus)
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Ce piédestal est un récepteur pour la bactérie Shigella qui va ainsi s’internaliser. Une fois internalisée, elle dépolymérise
l’actine et provoque l’effondrement de la structure des microvillosités de la brosse et la polymérise en nouvelles
structures (comète d’actine) qui vont permettre le passage de cellule en cellule (processus d’invasion). Ces
modifications de l’actine contribuent ainsi à la phagocytose des bactéries par des cellules qui n’ont pas naturellement
cette propriété. L’entrée dans les cellules fait que les bactéries échappent au système immunitaire.
Modification
de l’actine
EPEC :Enthero Pathogenic E Coli,
Shigella. Par le SS de type III, EPEC
injecte les protéines Tir, il y a
recrutement des protéines cellulaires
WASP et Arp2/3 dans la cellule et il
se forme un piédestal qui va
permettre le contact avec les
adhésines bactériennes, les protéines
« intimin ».
Nature, 2000, Donnenberg MS
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Acquisition du fer
Enterobactin is a 669-Da catecholate that is synthesized by Escherichia coli and
Salmonella typhumuriun, but is used by all known enterobacteria
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Ilots de pathogénicité:structure générale
• V1-V4: gènes de virulence
• DR: séquences répétées « directes »
• Int: gène de mobilité
• IS: séquence d’insertion entière (Isc) ou défective (Isd)
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Phages et virulence
• Phages tempérés et conversion lysogénique
• Transferts horizontaux
• Toxine botulinique (Clostridium botulinum)
– Souche pathogènes et non pathogènes
• Toxine diphtérique: (Corynebacterium diphteriæ) phage et gène tox.
• Toxine cholérique: (Vibrio choleræ) phage CTX
• Shiga toxine: (Shigella)
– Phage et traitement antibiotique.
– Transfert à E.coli (STEC)
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Maladies et biofilms : Définitions
��� ��� ��� ���
Forme planctonique
Forme attachée (« sessile »)
Surface
non-biologique
(abiotique)
biologique (biotique) ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ���
��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ���
Matrice* ou
Slime (Staphylococcus
epidermidis)
* La matrice comprend un ou plusieurs exopolysaccharides (glycocalyx), des
protéines, des acides nucléiques, des éléments minéraux, métalliques etc.
Elle enchâsse les bactéries
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Les biofilms sont universels
- toutes les surfaces sont colonisables (lentilles de contact, émail dentaire, pipelines, conduites d’eau potable, roches immergées, implants médicaux)
- le support peut être une source de nutriments (cellulose du papier, chitine)
- certains matériaux retardent l’adhésion, aucun ne l ’empêche totalement
- aucune espèce bactérienne connue n’existe que sous forme planctonique
- les bactéries cultivées sur support solide ne forment par toujours un biofilm (Ex : culture sur milieu gélosé)
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Biofilm
microscopie électronique à balayage
Biofilm sur support métallique (conduite d ’eau)
Donlan and Costerton (2002) Clin Microbiol Rev, 15, 2:167-193
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Biofilm
microscopie confocale
Vue transversale d ’un biofilm
Donlan and Costerton (2002) Clin Microbiol Rev, 15, 2:167-193
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Biofilm
modèle structural actuel
support
canaux
Flux hydriques
Cellules vivantes : 15% vol.tot.
Matrice : 85% vol.tot
« tours »
« champignons »
Zones de dispersion
Donlan and Costerton (2002) Clin Microbiol Rev, 15, 2:167-193
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1µm
2µm
2µm
20µm
10µm
Cellules planctoniques
Cellules attachées
Microcolonie
Biofilm
Genèse des biofilms
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Génétique des biofilms
• L ’activité biologique des formes attachées et des formes planctoniques
est différente (ex: production métabolites différents, taux division altéré
etc.)
• Les protéines sont produites à des niveau différents et/ou sont différentes
(ex: disparition des protéines flagellaires)
• Le profil transcriptionnel des gènes est différent
Méthodes d ’étude...
• Analyse différentielle des transcriptomes
• Analyse différentielle des protéomes
• Analyse fonctionnelle : recherche des gènes par mutagenèse
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Apport de la protéomique
Analyse d’un biofilm à L.monocytogenes
Milieu liquide Biofilm
Identification des protéines par
MALDI-TOF-MS et séquençage N-terminal
Gels 2D
Coloration argentique
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bactéries Phage+insertTn10 (KanR)
Isolement sur milieu sélectif (Kan)
Inoculation des clones en
plaque (polystyrène) 96 puits
Réplique
Lavages et coloration
(cristal violet) Identification des mutants non-adhérents
Identification des gènes mutés
Apport de la mutagénèse
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Rôle(s) protecteur(s) des biofilms
- contre les antibiotiques et d’autres agents antibactériens
(acide hypochloreux, détergents comme le SDS, U.V.)
- contre les variations brusques de l’environnement (pH…)
- contre la dessiccation
- contre les bactériophages (?)
- contre certaines amibes
- contre la réponse anticorps et cellules phagocytaires
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Les biofilms sont des communautés
mono- ou polymicrobiennes
- Les biofilms peuvent être mono- ou polyspécifiques
- Les inter-relations entre les bactéries dans les biofilms sont
complexes
- compétition trophique
- intoxication
- coopération trophique
- coopération dans les phases d’adhésion
- échanges d’informations
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Biofilm et plaque dentaire (1)
• Le support bactérien.
– Les glycoprotéines salivaires
• Colonisation; les espèces « pionnières »
– Streptococcus mutans et S.sanguis
– Synthèse de dextrane fortement adhésif à partir de sucrose par
la dextrane sucrase.
• Evolution du biofilm; les nouvelles espèces colonisant le biofilm
– Fusobacterium, Borelia puis Actinomyces
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Biofilm et plaque dentaire (2)
S.mutans:
microscope à balayage
développement du biofilm avec (au dessus)
ou sans brossage (au dessous).
Développement de la plaque
dentaire sans lavage
des dents à J1 et J10
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Étapes
schématisées de la
pathogénie du
choléra
Voir poly de cours