E. coli Pathogénicité PDF

E coli 1 Les entérobactéries Bacille ou un Coccobacille Gram -, mobile par ciliature péritriche ou immobile, de culture facile sur géloses ordinaires, aéroanaérobie et de type fermentatif, oxydase négative, réduisant en général les Nitrates en Nitrites, habituellement catalase +. E. coli...

E coli 1 Les entérobactéries Bacille ou un Coccobacille Gram -, mobile par ciliature péritriche ou immobile, de culture facile sur géloses ordinaires, aéroanaérobie et de type fermentatif, oxydase négative, réduisant en général les Nitrates en Nitrites, habituellement catalase +. E. coli Coliforme thermotolérant, considéré comme d'excellent indice de contamination 2 fécale humaine récente.  Règne Bacteria Embranchement Proteobacteria Classe Gamma Proteobacteria Ordre Enterobacteriales Famille Enterobacteriaceae Genre Escherichia Espèce Escherichia coli T. Escherich, 1885 Initialement, le genre Escherichia regroupait six espèces : E. blattae, E. coli, E. fergusonii, E. hermanii, E. albertii et E. vulneris. Priest & Barker (2010) ont reclassé E. blattae dans le genre Shimwellia en tant qu’espèce Shimwellia blattae. En 1885, l’allemand Theodor Escherich décrit pour la première fois la bactérie Escherichia coli, bactérie isolée à partir de selles de nourrissons, qu’il nomma tout Bacterium coli. Ce n’est que 70 ans plus tard que le nom de Escherichia coli (E. coli) est réellement retenu en hommage aux travaux de T. Escherich (Cowan et al., 1954). 3 4 E. coli organisme ubiquitaire, présent dans le sol, l'eau, et végétation. Colonise le tractus gastro-intestinal dans les premières heures de la vie et il représente près de 80% de la microflore. Cependant, certaines souches d’E. coli peuvent être pathogènes, entraînant alors des gastro-entérites, infections urinaires/ 70%, méningites ou septicémie/ 35%. Certains types de colibacilles sont spécifiquement entéro-pathogènes pour les nourrissons. Les E. coli étant d'origine fécale peuvent servir de révélateurs dans certaines analyses de bactériologie alimentaire. Dans le contrôle d'eau potable, la présence d'E. coli fait supposer une contamination fécale récente. 5 6 Les antigènes Une classification fondée en grande partie sur les travaux de Kauffman en 1944 permet de différencier les souches d’Escherichia coli. Cette classification se base sur la détermination des 28 antigènes de surface (Nataro & Kaper, 1998). Deux antigènes sont principalement pris en compte : les antigènes O somatiques et les antigènes H flagellaires. Les antigènes K capsulaires sont moins fréquemment utilisés car non- communs. Structure antigénique O = antigène somatique (grec ohne hauch, sans film) H = antigène flagellaire (hauch, film) K = antigène capsulaire (K pour kapsel, allemand pour capsule)/ situé dans l'enveloppe ou la microcapsule Jusqu'à présent,> 170 types d'O, 100 des types de H et 75 types de K. Le schéma antigénique d'un organisme basé sur ces antigènes est écrit par ex. O111: K58: H2, O54: K27: H41 E. coli O157:H7 se transmet à l’homme principalement par des aliments contaminés. Comme exemples d’aliments impliqués dans des flambées d’E. coli O157:H7, on peut citer des hamburgers mal cuits, du salami, du jus de pomme frais non pasteurisé, des yaourts, des fromages à base de lait cru. 7 Les facteurs de pathogénicité -Endotoxine (LPS): Activité pyrogène, choc endotoxinique. -Capsule Polysaccharide: Produit par certaines souches d’ E. coli. Antiphagocytaire, interfère avec l'effet antibactérien du complément. -Les facteurs d'adhésion * Pili ou Fimbriae : Le pouvoir adhésif est localisé soit au sommet du fimbriae soit le long de la structure. Les P fimbriae ont à leur sommet un complexe de fibrilles présentant l'adhésine. *Intimine : protéine de la membrane externe, provoque l'attachement de E. coli aux cellules épithéliales. C'est un produit d'un gène chromosomique eaeA (eae = EPEC attaching effacing -Les toxines a-Toxine thermolabile (LT) Toxine thermostable (ST) Trouvé seules ou ensemble Les deux sont des facteurs de virulence transmis par les plasmides des souches pathogènes d'E. Coli b- Shiga toxines (Stx) ou Vérocytototoxines (VT) ) c- Cytoletal distending toxin (CLDT) d- Cytotoxic necrotising factors (CNF) Les enzymes (hémolysines) -Alpha-hémolysine: Elle est thermolabile et codée par plasmide ou chromosome. -Enterohémolysine: Agit en formant des pores dans la membrane de la cellule. Sa production est liée à un phage. 8 Les Siderophores: Aérobactine et entérobactine Subdivision des E. coli pathogènes PATHOTYPES ou PATHOVARS Le concept de la pathogénicité bactérienne résulte d’un processus multifactoriel, impliquant une myriade de gènes, dont l’expression est gérée par des processus de régulation. L’expression de ces gènes permet une adhésion plus efficace, ou l’invasion des tissus de l’hôte. La plasticité du génome d’E. coli est à la base de ce processus. Ainsi, les gènes de virulence sont le plus souvent localisés sur des éléments génétiques transmissibles comme des transposons, des plasmides ou des bactériophages. De plus, ils peuvent être regroupés sur de grands blocs d’ADN chromosomique appelés « îlots de virulence ». Pour chaque pathotype, les souches sont divisées selon les virotypes ou les profils de gènes de virulence déterminés sur la présence des combinaisons de gènes de virulence. Six pathovars intestinaux ont été décrits en fonction des signes cliniques engendrés et des facteurs de virulence exprimés : 1-E. coli entéropathogènes (EPEC), 2-E. coli entéroinvasifs (EIEC), 3-E. coli entéroagrégatifs (EAggEC ou EAEC), 4-E. coli entérotoxinogènes (ETEC), 5-E. coli à adhésion diffuse (DAEC) 6-E. coli enterohémorragiques (EHEC). 9 1-Enterotoxigenic E. coli (ETEC) Les ECET sont une cause majeure de diarrhée aqueuse chronique avec déshydratation chez les enfants de bas âge (moins de 3 ans) dans les pays en voie de développement, et sont aussi responsables de la « diarrhée des voyageurs » (ou « turista »). Les ECET colonisent essentiellement la partie proximale de l’intestin grêle, grâce à leurs « facteurs de colonisation » (CFAx et CSx) qui sont des adhésines fimbriaires. Les ECET n’induisent pas d’altérations histologiques marquées de la muqueuse. Le pouvoir pathogène des ECET s’explique principalement par la sécrétion des toxines: Toxine thermolabile ou LT Toxine thermostable ou ST 10 Toxine thermolabile ou LT: Toxine type AB La sous-unité B se lie aux cellules cibles via le récepteur le GM1/ ganglioside. Après endocytose, la sous-unité activée A catalyse alors l'ADP-ribosylation (transfert d'ADP- ribose à partir de [NAD]) d'une sous- unité régulatrice de membrane- l'adénylate cyclase liée, l'enzyme qui convertit l'ATP en AMPc. Il s’ensuit l’hyper-activation de l’adénylate cyclase, l’augmentation de la concentration du second messager AMPc, et la phosphorylation de transporteurs membranaires le « CFTR ». Cette action se traduit par une sécrétion d’ions chlorure et une inhibition de l’absorption de Na par les cellules intestinales, ce qui provoque la diffusion osmotique d’eau vers la lumière intestinale. 11 Toxine thermostable (ST) 2 types: STa ou ST1 et STb ou ST2. Les gènes ST sont portés par des plasmides qui peuvent également porter d'autres gènes, comme la LT et la résistance aux antibiotiques. STa stimule la guanylate cyclase intestinale, l'enzyme qui convertit la guanosine 5'-triphosphate (GTP) en guanosine 5'-monophosphate cyclique (cGMP). L'augmentation du cGMP intracellulaire inhibe l'absorption du liquide intestinal. Ainsi, c’est l’action des toxines ST et LT qui explique le tableau clinique de l’infection : diarrhée aqueuse peu fébrile, nausées et crampes abdominales. 12 2-Les E. coli Entéroinvasifs (EIEC) Responsables de syndromes dysentériques/ shigellose caractérisés par une forte fièvre, des crampes abdominales et des nausées, accompagnées d’une diarrhée aqueuse qui évolue rapidement en dysenterie (selles contenant du sang et du mucus ou mucopurulente). Le processus d’invasion est complexe et multifactoriel dépendant de loci chromosomiques et d’un plasmide de virulence (~220 kb). Après endocytose au niveau des entérocytes du côlon, les bactéries sécrètent des « invasines » (Ipa), qui interagissent avec la surface cellulaire et provoquent un réarrangement localisé du cytosquelette aboutissant à la pénétration de la bactérie dans la cellule. Une fois en position intracellulaire, la membrane de la vacuole est rapidement lysée grâce à une hémolysine de contact, libérant les bactéries dans le cytoplasme où elles peuvent se multiplier. Puis, les bactéries induisent la polymérisation de l’actine cellulaire à un de leurs pôles pour se mouvoir et se disséminer de cellule en cellule. Déclenchement d’une intense réaction inflammatoire. 13 3-Enteropathogenic E. coli (EPEC) Responsables de diarrhées infantiles et touchent en particulier les enfants en bas âge (< 3 ans). Initialement, une pré-adhésion s’effectue via des fimbriaes: pili BFP (Bundle Forming Pili). Les gènes bfpA codant ces pili sont situés sur le plasmide EAF (EPC adhesion factor). Cette adhésion est suivie d’une fixation étroite de la bactérie à la bordure en brosse par l‘intimine, protéine de la membrane externe de 94 kDalton et codée par le gène eae. Les entérocytes s’accompagnant d'une destruction sans invasion cellulaire. L’expression des gènes du locus chromosomique appelé le LEE (locus of enterocyte effacement) aboutit à la polymérisation de filaments d’actine entraînant la formation d’un piédestal sur lequel viennent adhérer les bactéries. Donc c’est un mécanisme d’attachement et d’effacement (A/E) caractérisé par une adhésion intime des bactéries aux entérocytes de l’intestin grêle. Diarrhée aqueuse similaire à ETEC, une certaine inflammation, pas de fièvre 14 4-Enteroaggregative E. coli (EAggEC) ou EAEC Fortement associée à des maladies diarrhéiques persistantes 15 jours chez les enfants dans les pays en développement. vomissement peu de fièvre. Les EAEC colonisent les cellules de l'intestin grêle distal et le colon en produisant une adhésion dite « auto-aggrégative » en « briques empilées » à l’aide d’adhésines fimbriaires appelées « aggregative adherence fimbriae » (AAFs) et formant des biofilms épais provoquant des dommages à la muqueuse intestinale. Les EAEC sécrètent plusieurs toxines dont la Shiga enterotoxin 1 (ShET1) et la toxine EAST1 (« EnteroAggregative heat- Stable Toxin 1 ») homologue à l’entérotoxine TS des ETEC. Le biofilm en gobelet contient du mucus et une exfoliation des entérocytes. La dégradation de la fodrine (proteine de cytosquelette avec actine), pourrait expliquer les altérations cellulaires. Nécroses au pôle apical des villosités avec œdème inflammatoire et hémorragique de la sous-muqueuse. 15 Pet:plasmid encoded toxin 104kd 5-Enterohemorrhagic E. coli (EHEC) ou STEC A l’origine de troubles plus ou moins sévères allant d’une « simple » diarrhée à des colites hémorragiques, voire à un Syndrome Hémolytique et Urémique (SHU) chez l’enfant ou à un Purpura Thrombotique et Thrombocytopénique (PTT) chez l’adulte, pouvant conduire parfois à la mort du patient. Les EHEC possèdent au moins un gène stx (stx1 codant pour la Shiga-toxine 1 ou stx2), ainsi que la présence du gène eae, responsable des lésions d’attachement- effacement au niveau du côlon et du caecum. Colite hémorragique: crampes abdominales, selles sanguines, avec fièvre mineure ou sans fièvre. Les bovins constituent un important réservoir pour ces bactéries. Les EHEC sont considérés comme des pathogènes émergents en santé publique, à l’origine de nombreuses épidémies. Thrombocytopénie: diminution anormale du nombre de plaquettes dans le sang provoquant des ecchymoses voire un purpura. Anémie hémolytique: fragmentation des globules rouges. sérotype O157: H7 en 1983 Hamburgers insuffisamment cuits 16 La Shiga-toxine/vérotoxine Chez E. coli Codée par deux gènes stx (stxA et stxB), présents sur un prophage. Les toxines produites sont des hétéropolymères de 70 kDa composés d’une sous-unité A (Activité toxique) et de 5 sousunités B (Binding). Les sous-unités B se lient au récepteur glycolipidique : globotriaosylcéramide (Gb3), la toxine internalisée par endocytose, subit un transport rétrograde à travers l’appareil de Golgi, puis le réticulum endoplasmique. La sous-unité A est alors libérée des sous- unités B et clivée en deux parties A1 et A2 par réduction des ponts disulfures. La partie A1 ainsi clivée est transloquée dans le cytoplasme jusqu’à sa cible, La sous-unité A présente une activité de type N-glycosidase sur une adénosine de l’ARN ribosomique 28S bloquant la synthèse protéique. Ceci conduit à l’arrêt de la synthèse protéique et à la mort de la cellule. 17 18 6-E. coli à adhésion diffuse (ECDA) forment des lésions diffuses sur les cellules sans agrégats comme les ECEAgg (E.Coli entéroaggrégatives). Les ECDA sont essentiellement responsables de pathologies extra- intestinales: méningites, abcès, péritonites, sépticémie et surtout d’infections urinaires. Infection située entre 1 et 5 ans. Perturbation des villosités intestin grèle 19 EPEC: Adhésion entérocytaire intime, effacement microvillositaire/intestin grêle. Diarrhée aqueuse souvent prolongée, enfants moins de 3 ans/ pays en développement, fièvre, vomissements. EHEC/STEC: phénomène d'attachement-effacement, gros intestin. Diarrhée aqueuse puis hémorragique, colites fébriles, hématies et leucocytes dans les selles. Risque de syndrome urémique et hémolytique. SHIGATOXINE. ETEC: colonisation de l'intestin grêle, adhésine fimbriaire, diarrhée du voyageur/enfant moins de 3ans. Diarrhée aqueuse peu fébrile, nausées, crampes abdominales. Toxine ST ET LT. Les EAggEC: Intestin grêle distal et le colon, nécroses au pôle apical des villosités avec œdème inflammatoire et hémorragique de la sous-muqueuse. Diarrhée de longue durée plus de 15 jours, vomissement peu de fièvre. Agrégation en mur de briques sur les cellules. Biofilm. EIEC: Invasion et mort entérocytaire avec réaction inflammatoire. Gros intestin. Invasion, actine. Diarrhée mucopurulente type dysenterie. crampes abdominales, syndrome fébrile. DAEC: Diarrhée aqueuse, perturbation des villosités intestin grêle, enfant de 1à 5 ans 20 Prévention La prévention exige de prendre des mesures de lutte à tous les stades de la chaîne alimentaire, production, transformation, fabrication et préparation des aliments. L’application de bonnes pratiques d’hygiène à l’abattage diminue la contamination des carcasses par les matières fécales. Consommation de la viande hachée dans les 3 heures qui suivent le hachage ou congélation immédiate. Bien cuire la viande hachée s > 65 °C, les bactéries sont susceptibles d’être présentes en profondeur et non détruites par une cuisson rapide : une cuisson plus longue est indispensable. Bonne séparation de la viande crue des autres aliments dans le réfrigérateur. Enfin, les recommandations d’hygiène courantes doivent également être appliquées afin d’éviter la transmission de personne à personne et la contamination croisée des aliments : lavage soigneux des mains 21 Traitement Traitement symptomatologique: Réhydratation !!!!!!! L’utilisation des ATB n’est pas très recommandée en cas EHEC pour ne pas augmenter la lyse cellulaire et libération de shigatoxine. Escherichia coli peut être sensible à beaucoup d’antibiotiques; peut présenter: -une production d'une céphalosporinase chromosomique non inductible de type AmpC qui peut entraîner une réduction de la sensibilité aux aminopénicillines, à leurs associations au clavulanate et/ou au C1G. -Pénicillinase de haut niveau chez 50 % des E. coli. -Hyperproduction de céphalosporinase chez 5 % des E. coli. -Bêta-lactamase à spectre étendu chez 1 % des E. coli. E coli est sensible aux bactériophages comme les phages T4 et lambda (Phagothérapie) 22  Epidémie E coli 2011 Escherichia coli O104:H4 connue pour être la cause de l’épidémie de syndrome hémolytique et urémique de 2011 en Europe. 24 mai 2011 : les autorités sanitaires allemandes s'inquiètent de la propagation rapide de l’Escherichia coli entérohémorragique (ECEH), qui serait à l’origine de trois décès dans le nord du pays. L’épidémie touche également la Suède, le Danemark, le Royaume-Uni et les Pays-Bas. 27 mai 2011 : les concombres espagnols étant soupçonnés d'être à l’origine de l'infection qui sévit dans différents pays européens/ensuite graines germées. 3 255 cas de malades confirmés ou suspectés, répartis dans 16 pays : le quart des personnes contaminées étant atteintes de syndrome hémolytique et urémique. 25 juin 2011 – le bilan européen s’accroît : 43 décès. L’une des particularités de cette épidémie est qu’elle cible l’adulte, alors que le syndrome hémolytique et urémique atteint essentiellement le jeune enfant. L’autre particularité repose sur la source même de la contamination : végétale... et non animale comme pour le syndrome hémolytique et urémique classique. Le séquencage du génome de la souche réalisé au Beijing Genomics Institute,en Chine, a révélé que celle-ci était nouvelle souche hyper-toxique, un hybride, qui a acquis une partie de sa virulence de souches entéroaggrégatives d'E. coli (EAEC), par transfert horizontal de gène. 23 FIN 24