Cours 1 : introduction

LUCA

• last universal common ancestor

• dernier ancêtre universel commun

• il y a 3,5-4 milliards d’années

• environnement extrême

• structure procaryote

Microbiote

ensemble des flores microbiennes de l’organisme

Microbiome

ensemble des génomes de l’organisme

Quand se forme le microbiote ?

• naissance : nouveau-né stérile

• après quelques heures : colonisation de la peau et des muqueuses

Rôles du microbiote

• acquisition des nutriments

• régulation du métabolisme intermédiaire et des gaz

• détoxification des substances toxiques, xénobiotiques, génotoxiques, mutagènes

• stimulation des réponses immunitaires

• développement postnatal de la structure et de la fonction des muqueuses

• protection par compétition pour les ressources et par résistance à la colonisation

Effet barrière

protection de l’organisme grâce au microbiote par compétition pour l’espace et les ressources

Citer 3 mécanismes et des exemples (bactéries, région du corps, etc) du rôle protecteur du microbiote

• effet barrière : les bactéries de la flore intestinale empêchent la colonisation de bactéries pathogènes / opportunistes (Salmonella) par compétition pour l’espace et les ressources.

• effet sur le pH : Lactobacillus produit de l’acide lactique et du H2O2 pour maintenir un pH vaginal acide, ce qui prévient des infections (pH acide inhibe croissance, H2O2 est antimicrobien => équilibre flore vaginale).

• production de bactériocines : Pseudomonas fluorescens produit la mupirocine, ce qui empêche l’installation du S. aureus.

Composants du microbiotes (généraux, pas de noms)

• bactéries

• virus et phages

• champignons

• protozoaires

Quels sont les principaux groupes de bactéries du microbiote ? Donner leurs localisations principales.

• firmicutes : narines, vagin, cavité orale, oesophage, colon

• protéobactéries : estomac

• bactéroïdètes : colon, cavité orale, oesophage

• actinobactéries : cheveux, narines, peau

Comment varie la composition microbienne ?

• âge

• alimentation : si elle est plus restreinte (ex : peu de fibres, peu de nutriments essentiels), les bactéries sont privées de leurs substrats (souvent chez la personne âgée car l’appétit diminue)

• état de santé (obésité, maladies chroniques) : elles créent de l’inflammation, ce qui nuit aux bactéries

• antibiothérapie : les AB détruisent les bactéries du microbiote

Dysbiose

altération / déséquilibre du microbiote

Causes de dysbiose

• utilisation de dispositifs médicaux (KT, implants, etc) => ruptures des barrières

• plaies => rupture des barrières

• antibiotiques => déséquilibre la flore

Citer des pathologies associées à la dysbiose.

• troubles digestifs

• maladies inflammatoires de l’intestin

• obésité

• diabètes

Infection endogène

Infection causée par la flore du microbiote (ex : passage de la flore intestinale / anale vers l’appareil urinaire => infection urinaire)

Infection exogène

• infection causée par une flore externe

• pouvoir pathogène accru car facteurs de virulence

Théorie du germe

Théorie de Friedrich Henle selon laquelle les microorganismes sont responsables des maladies.

Postulats de Koch

4 conditions pour établir la relation entre un microorganisme et une maladie

• le pathogène doit être présent chez tous les malades et absent chez les sains.

• le pathogène doit être cultivable en culture pure hors de l’organisme malade pendant plusieurs générations.

• le pathogène obtenu en culture doit reproduire la maladie quand on l’inocule chez un individu sain.

• le pathogène doit être isolé chez le nouveau malade et être identique au premier.

Limites actuelles des postulats de Koch

• Génétique de l’hôte : influence la maladie

• Infections sous-cliniques / asymptomatiques : la présence du pathogène ne cause pas toujours la maladie

• Pathogènes pas cultivables : Treponema pallidum (syphilis), Mycobacterium leprae (lèpre), etc.

• Infections polymicrobiennes et co-infections : résulte de l’interaction de plusieurs microorganismes (ex : gangrène)

• Patients ID : certaines maladies n’affectent que les patients ID (microbes opportunistes)

• Interactions complexes : certaines maladies résultent d’interactions complexes (ex : dysbiose)

• Pathogènes porteurs sains : ne provoquent pas la maladie (ex : portage fréquent de Neisseria meningitidis)

Expliquer simplement la PCR

1. Dénaturation : on chauffe l’ADN pour séparer ses brins.

2. Hybridation : on refroidit l’ADN et on ajoute des amorces qui se fixent sur les parties d’ADN qu’on veut copier / amplifier.

3. Elongation : l’ADN polymérase synthétise un nouveau brin d’ADN à partir de chaque brin dénaturé (synthèse à partir des amorces), ce qui double le nombre de copies à chaque cycle.

Commensalisme

• Le microbe tire un bénéfice de l’hôte sans apporter d’avantage ni causer de dommages.

• Ex: certains staphylocoques cutanés

Mutualisme

• L’interaction entre le microbe et l’Homme est mutuellement bénéfique.

• Ex: microbiote intestinal

Parasitisme

• Le microbe profite de l’hôte en lui nuisant.

• Ex: bactéries pathogènes, virus, protozoaires

Bactérie saprophyte

• bactérie qui vit dans la nature (sol, eaux, surfaces, etc) et qui se nourrit de déchets organiques

• Ex: Pseudomonas aeruginosa, Clostridium tetani

Bactérie pathogène opportuniste

• bactérie qui appartient ou non au microbiote

• sa présence ne cause pas forcément une maladie

• la maladie apparait en cas d’opportunité (patient ID, rupture des barrières, antibiothérapie)

• Ex : P. aeruginosa, E. Coli, Staphylococcus epidermidis

Bactérie pathogène obligatoire

• bactérie absente chez le sujet sain (n’appartient pas au microbiote)

• sa présence provoque une maladie même chez le sujet sain grâce à des facteurs de virulence puissants.

• Ex: Mycobacterium tuberculosis, Neisseria gonorrheae, Treponema pallidum

Bactérie pathogène accidentelle

• bactérie absente chez le sujet sain (l’Homme n’est pas son réservoir naturel, ni sa cible)

• infection liée à un contact avec l’environnement ou les animaux (zoonoses)

• pas de transmission interhumaine

• Ex : Borrelia (maladie de Lyme), Leptospirose

Les maladies infectieuses sont la résultante entre ___ et ___.

• pouvoir agressif du germe pathogène

• réactions de l’hôte contre cette agression

Citer les différentes transmissions possibles d’un germe pathogène.

• transmission par vecteurs

• transmission interhumaine directe (toux, mains, oral, fécal, sexuelle) ou indirecte (objet contaminé, eaux, aliments, sol, air)

• zoonoses (< animaux)

• transmission par l’environnement

Germe endémique

Germe continuellement présent dans la population d’une zone géographique donnée

Epidémie

Augmentation rapide et soudaine de l’incidence d’une maladie dans une population (par rapport à son incidence normale)

Pandémie

épidémie répandue dans le monde entier

Incidence

nombre de nouveaux cas sur une période donnée

Prévalence

nombre total de cas (ici de personnes infectées) dans la population à tout moment

Expliquer comment les maladies infectieuses ne sont plus la principale cause de mortalité dans les pays industrialisés.

• Amélioration de l’hygiène et des conditions de vie (eau potable, habitation, revenus, alimentation) => raisons principales !!

• Antibiotiques

• Vaccination (ex: éradication de la variole)

Expliquer pourquoi les maladies infectieuses restent des défis de santé publique.

• émergence de nouveaux pathogènes

• réémergence d’anciens pathogènes (tuberculose)

• extension géographique des maladies => risque d’épidémie

• antibiorésistance

• bioterrorisme

Expliquer la réémergence des maladies infectieuses.

Expliquer comment l’élargissement de l’écart socio-économique influence la santé.

• pays développés : causes principales de mortalité = maladies chroniques

• pays en développement : causes principales de mortalité = maladies infectieuses

Comment utilisons-nous les antibiotiques ?

• santé humaine : >90% en médecine générale

• santé animale : certains AB sont les mêmes que ceux destinés à la santé humaine.

• agriculture : des centaines de tonnes d’AB sont destinés à l’agriculture (croissance et prévention des maladies) => 80% excrété sous forme active

• usage domestique : détergents, shampoings, etc.

ESKAPE

Bactéries multirésistantes pour lesquelles on doit urgemment développer de nouveaux antibiotiques :

• Enterococcus faecium

• Staphylococcus aureus

• Klebsiella pneumoniae

• Acinetobacter baumanii

• Pseudomonas aeruginosa

• Enterobacter species

Expliquer comment les politiques de santé augmentent le nombre de cas infectés.

• baisse de la couverture vaccinale (ex: rougeole aux USA)

• capacités de surveillance limitées => risque d’épidémies alimentaires augmente (ex: cyclospora aux USA)

Expliquer en quoi les zoonoses sont des enjeux sanitaires.

• 60% des infections humaines auraient une origine animale

• 75% des nouvelles maladies infectieuses humaines sautent des animaux à l’Homme

• 80% des pathogènes infectant les animaux peuvent infecter les humains

• 80% des agents bioterroristes ont une origine zoonotique

• elles coûtent plusieurs centaines voire milliers de milliards d’euros

Comment classe-t-on les bactéries ?

• forme microscopique et macroscopique

• croissance et métabolisme

• antigènes

• génotype

Caractéristiques des bactéries

• procaryote

• paroi

• membrane plasmique

• chromosome bactérien

• ribosomes

• capsule (structure inconstante)

• flagelle (structure inconstante)

• fimbriae (structure inconstante)

• spore (structure inconstante)

• plasmides (structure inconstante)

Rôles de la paroi bactérienne

• PG = exosquelette poreux

• structure / forme de la bactérie

• réplication

• survie dans des milieux hostiles

• régulation de la pression osmotique (sinon flux massif d’eau dans la bactérie => lyse cellulaire)

Différences entre les bactéries G+ et G-

• bactéries G+ :

  • paroi de PG épaisse

  • acides téichoïques et lipotéichoïques

  • Gram : bleu / violet

• bactéries G- :

  • paroi de PG très fine

  • membrane externe autour du PG

  • LPS et lipoprotéine de Braun

  • Gram : rouge / rose

Synthèse du peptidoglycane

• précurseurs : NAM et NAG

• pentapeptide sur NAM

• une transpeptidase lie le 4e AA du pentapeptide (D-Ala) au 3e AA d’un autre pentapeptide (MDAP G- ; Lys-(Gly)₅ G+)

• une carboxylase élimine le 5e AA (D-Ala)

PBP

• penicillin-binding protein

• transpeptidases de la synthèse du PG

• cible des béta-lactames (pénicillines, etc)

Autolysines

• enzymes hydrolytiques produites par les bactéries

• dégradent localement le PG pour permettre son renouvellement (remodelage constant du PG)

Comment les béta-lactamines tuent les bactéries ?

• inhibition des PBP (transpeptidases)

• inhibition de la synthèse du PG

• action des autolysines => dégradation du PG sans renouvellement

• fragilisation et déformation de la paroi

• lyse bactérienne

Comment une carence en nutriments affecte la bactérie ? Quel impact cela a-t-il en microbiologie ?

• carence en nutriments = diminution de la synthèse et du renouvellement du PG

• coloration Gram moins fiable (ex : cultures âgées)

Particularités de la paroi des mycobactéries

• couche très épaisse car beaucoup d’acides mycoliques

• couche très liée aux sucres complexes et au PG

• résistance aux désinfectants, aux AB, à la dessication

• coloration acido-résistante

Formes des bactéries

• coques

• bacilles

• fusiformes

• vibrio

• spirochètes

Disposition des bactéries

• seule

• paire (diplo)

• amas

• chainette

Expliquer la coloration Gram.

1. Application du cristal violet => colore toutes les cellules

2. Solution d’iode (lugol) => fixe le colorant

3. Décoloration à l’alcool => décolore les G- ; les G+ sont violettes

4. Contre-coloration (safranine) => colore les G- en roses (G+ restent violettes)

Limites de la coloration de Gram

• limite de détection élevée (min 10⁴ CFU/mL)

• ne colorent pas les mycobactéries, les bactéries de petite taille, les bactéries sans paroi

Expliquer les différentes phases de la multiplication bactérienne.

• phase de latence : pas de division => période d’adaptation métabolique

• phase de croissance exponentielle : période de multiplication rapide (atteint un max)

• phase stationnaire : taux de croissance nul car autant de divisions que de morts, raréfaction des ressources

• phase de déclin : taux de croissance qui diminue car moins de divisions que de morts (épuisement des ressources, accumulation de substances toxiques)

Quelles enzymes sont importantes dans la réplication de l’ADN ?

• gyrase

• topoisomérase I

• gestion de la tension de l’ADN bactérien en introduisant ou en éliminant des tours de superenroulement => essentiel à la réplication de l’ADN

• cibles d’AB (car spécifiques aux bactéries)

Temps de division des bactéries

• majorité : toutes les 20 min => colonie visible après 12h (si conditions optimales en culture solide)

• bactéries à croissance lente : M. tuberculosis se divise toutes les 18h => colonie visible après > 1 semaine

Pourquoi l’oxygène peut-il être toxique pour la bactérie ? Comment s’en protège-t-elle ?

• production de ROS (peroxyde d’hydrogène, radicaux hydroxyles, superoxyde)

• peroxydase, catalase, superoxyde dismutase

Aérobes stricts

• bactéries qui ont besoin d’O2

• peroxydase, catalase, superoxyde dismutase

• ex : P. aeruginosa

Anaérobes facultatifs

• bactéries qui peuvent vivre avec et sans O2

• catalase, superoxyde dismutase

• ex : E. Coli (majorité des bactéries)

Microaérophiles

• bactéries qui supportent une petite quantité d’O2

• superoxyde dismutase

• ex : Campylobacter

Anaérobes stricts

• bactéries qui ne supportent pas l’O2

• pas d’enzymes contre les ROS

• nécessite un envoi rapide au labo (sinon elles meurent par contamination à l’O2 et ne peuvent pas être cultivées)

• ex : Clostridium, Bacteroides

Bactérie planctonique

bactérie qui vit sous forme libre dans un milieu liquide

Biofilms

Communauté de bactéries qui adhèrent et poussent sur des surfaces submergées et dans des environnements aquatiques

Importance des biofilms en santé

• résistants aux AB

• à l’origine de nombreuses infections chroniques

• à l’origine des IAS (60-70% des IAS liées à un dispositif)

Formation du biofilm

1. Adhésion de bactéries planctonique

2. Sécrétion d’une MEC (slime) et croissance des bactéries

3. Maturation et colonisation par d’autres microorganismes

4. Dispersion

Echanges génétiques des bactéries

• transformation : capture de l’ADN libre dans l’environnement à partir d’une bactérie morte ou lysée

• transduction : transfert de gènes par un bactériophage (le phage a intégré de l’ADN bactérien dans son ADN puis injecte ce gène bactérien dans une bactérie donneuse)

• conjugaison : transfert direct d’ADN (plasmides) entre bactéries par contact cellulaire (via un pilus sexuel)

Transfert horizontal de gènes vs transfert vertical

• transfert vertical : transmission de l’ADN de la bactérie-mère aux bactéries-filles

• transfert horizontal : transmission de l’ADN vers une bactérie qui n’est pas la descendante

Plasmide

• ADN circulaire extra-chromosomique capable de se répliquer de façon autonome

• pas indispensable

• contient souvent des gènes de résistance aux AB, facteurs de virulence

Transposons

séquence d’ADN capable de se déplacer et de s’insérer dans un autre endroit du génome ou dans un autre plasmide

Intégrons

• système génétique qui permet de capturer, d’intégrer, d’exprimer et de disséminer des gènes

• pas de réplication autonome

• portés par des plasmides, transposons, chromosomes