Parasitisme intracellulaire des bactéries Cours de Bactériologie
Définition du parasitisme
intracellulaire
:
Les microorganismes pathogènes, au cours
de l'évolution, ont élaboré à des mécanismes
très sophistiqués qui leur permettent de
survivre dans les tissus au formidable
système de défenses immunitaires mis en oeuvre dés qu'un microorganisme pénètre
dans les tissus.
Les
principales stratégies de survie sont :
1)
La production de toxines qui détruisent les cellules du système
immunitaire et éventuellement les tissus permettant ainsi la
dissémination des microorganismes.
2)
Le camouflage, c'est-à-dire le mimétisme
moléculaire qui permet aux microorganismes
de ne pas être reconnu
facilement par les défenses immunitaires.
3) La métamorphose c'est à dire un
changement brutal des antigènes exposés
en surface des germes (variation antigénique
qui permet la survie « itérative » du
microorganisme dans le microenvironnement
de l'hôte).
4) La recherche d'un sanctuaire c'est à dire
la quête d'un lieu où le système immunitaire
ne « verra « pas le microorganisme qui survit
dans même de l'hôte et parfois même dans
les cellules du système immunitaire.
Le parasitisme intracellulaire est défini par la
capacité d'un germe pathogène de trouver
sa source de nutriments et sa niche
écologique à l'intérieur même des cellules de
l'organisme, restant ainsi à l'abri des
défenses immunitaires de l'hôte.
Lors de leur
vie intracellulaire, ces microorganismes vont
de plus être difficilement accessibles aux
drogues telles que les antibiotiques.
Le
système immunitaire, pour se déloger de leur
niche écologique, devra mettre en oeuvre
une immunité cellulaire T souvent difficile à
induire, expliquant la difficulté de la
vaccination contre les pathogènes
intracellulaires.
Lors du contact avec les macrophages, la
plupart des bactéries que nous rencontrons
sont rapidement phagocytées et détruites
grâce aux mécanismes bactéricides des phagosomes ( burst oxydatif et nitré et
enzymes lysosomiaux).
Il existe une très grande diversité
phylogénique des pathogènes à croissance intra-cellulaires.
Certains sont devenus des
parasites intracellulaires obligatoires
totalement adaptés à la vie intracellulaire,
incapable de survivre à l'extérieur des
cellules.
Outre les virus, ces parasites sont
habituellement des protozoaires ou des
bactéries qui ont eu une longue vie
commensale au contact de l'hôte auquel ils
se sont parfaitement adaptés.
Souvent ils ne
donnent que des lésions minimes chez l'hôte
qui assure en définitif leur survie.
D'autres
microorganismes à croissance
intracellulaires, retrouvés dans
l'environnement comme saprophytes, ont
élaborés des mécanismes moléculaires leur
permettant de lutter contre leurs prédateurs
naturels dans l'environnement.
Leur
parasitisme intracellulaire chez l'hôte infecté
apparaît donc comme un accident plutôt que
comme une finalité.
C'est le cas par
exemple, de Listeria monocytogenes ou
Legionella pneumophila qui ont élaborées
des mécanismes de survie intracellulaire
pour lutter contre les amibes de
l'environnement.
Les étapes du parasitisme
intracellulaire sont l'entrée, la survie dans les phagosomes, la multiplication intracellulaire,
la dissémination et la sortie de pathogènes
intracellulaires.
Enfin, les pathogènes intracellulaires ont un
impact considérable en santé publique
puisque outre les virus, dans les grandes
causes de mortalité de la population
mondiale, actuellement figure les
Mycobactéries, les Plasmodium, les
Trypanosomes, les Leishmanies.
Mécanismes du parasitisme
intracellulaire
:
L’entrée :
L'entrée dans les cellules d'un
microorganisme pathogène implique une
première étape très spécifique où
interagissent une molécule réceptrice de la
membrane cytoplasmique de la cellule hôte
(glycolipides, glycoprotéines...) et une
structure moléculaire exprimée à la surface
du parasite.
Dans certains cas, cette
interaction est indirecte, impliquant une opsonisation préalable des germes par des
molécules libres dans les tissus (C3,
fibronectine, anticorps...).
Ces opsonines recopnnaissent leurs propres récepteurs à la
surface des cellules ( CR3 pour le C3, RFc
pour les Ig...).
Ces
interactions ligands récepteurs vont cibler les germes vers certains
types de cellules exprimant ces récepteurs : macrophages, cellules
épithéliales, endothéliales, parenchymateuses.
Ceci
explique la spécificité d'hôte et de tissus des germes pathogènes.
Interactions directe et indirecte entre les bactéries et les
cellules
Cette interaction moléculaire spécifique entraîne une phagocytose
induite, c'est-à-dire la capacité pour la cellule-hôte, qu'il
s'agisse de macrophages professionnels
(monocytes, polynucléaires, macrophages
fixes des tissus...) ou non professionnels
(cellules épithéliales, endothéliales,
parenchymateuses) de phagocyter
activement le microorganisme.
Ce processus peut en effet être bloqué par
un poison de cytosquelette, la cytochalasine
D.
L'étape d'interaction moléculaire
permettant l'adhésion de microorganisme à
la cellule-hôte ne suffit pas toujours à
l'entrée, et il est probable que la multiplicité
de l'interaction (par un mécanisme de
fermeture-éclair ou zipper-mechanism) induit
la polymérisation de l'actine et la
phagocytose.
Quelques microorganisme échappent à ce
mécanisme très général de phagocytose
induite, soit parce qu'il s'attache directement
à la membrane cytoplasmique sans être de
réels parasites à croissance intracellulaire
(mycoplasme), soit parce qu'ils sont
directement injectés à l'intérieur du
cytoplasme par le microorganisme
(microsporidies), soit parce qu'ils sont
partiellement intra-cellulaire comme c'est le
cas des cryptosporidies, ou enfin parce qu'ils
entrent activement dans la cellule hôte
(toxoplasme).
Seuls seront traitées ici les
bactéries.
La survie intracellulaire :
Dès que les bactéries sont phagocytées,
elles sont séquestrées dans des phagosomes où sont déclenchés des
mécanismes microbicides puissants liés à
des enzymes de la membrane de ces
vacuoles (production de métabolites
toxiques, O2, NO2...) et à fusion phagolysosomale qui déversent dans les
phagosomes des enzymes lysosomiaux.
Schématiquement, on peut opposer les
microorganismes qui survivent dans le phagosome à ceux qui survivent dans le
cytoplasme.
Survie dans le phagosome
:
Certains pathogènes peuvent résister dans
le phagolysosome, donc après fusion entre
les lysosomes et le phagosome, survivant
dans un environnement fortement acide
(Coxiella).
Coxiella dans une cellule endothéliale
D'autres bactéries inhibent la fusion phagolysosomale (Chlamydia, Legionnella,
Mycobacterium).
Le mécanisme de cette
inhibition de fusion est mal connu.
Dans tous
les cas, ces microorganismes sont
résistantes aux métabolites toxiques et ne
sont pas digérés par les enzymes lysosomiales du fait de l'inhibition de fusion.
Survie dans le cytoplasme
:
Certaines bactéries échappent au phagosome après leur entrée en détruisant
la membrane vacuolaire qui les entoure.
Cet
l'échappement du phagosome permet aux
bactéries de se retrouver libres dans le
cytoplasme où elles sont à l'abri des
mécanismes bactéricides mis en oeuvre dans
les cellules.
C'est le cas de Listeria monocytogenes qui détruit la vacuole de
phagocytose par son exotoxine (la
listériolysine O et des phospholipases, des
Shigelles par une hémolysine et des
Rickettsies par une phospholipase.
Ces
bactéries intracytoplasmiques polymérisent
l'actine et se meuvent dans le cytoplasme,
formant des évaginations cellulaires
permettant aux bactéries de gagner les
cellules adjacentes sans exposition au milieu
extracellulaire.
Multiplication intracellulaire :
Quelque soit le mécanisme de survie dans
les phagosomes ou le cytoplasme, les
bactéries font se multiplier et éventuellement
disséminer d'une cellule à l'autre avant de
détruire la cellule qui les a hébergés.
La
plupart des parasites intracellulaires
obligatoires (excepté les virus) ne dépendent
habituellement pas de la cellule-hôte pour la
synthèse de leurs macromolécules mais en
dépendent pour la génération d'énergie
(ATP) et, dans certains cas, pour la synthèse
de certains précurseurs (aminoacides,
sucres, nucléotides, vitamines).
Au contraire,
les bactéries intracellulaires facultatives ne
dépendent pas de la cellule-hôte pour la
synthèse des macromolécules ou de leurs
précurseurs, ni pour la génération d'énergie.
La multiplication intracellulaire est plus ou
moins importante suivant la cellule
considérée et le microorganisme considéré.
A titre d'exemple, Certaines bactéries
atteignent des titres intracellulaires très
élevés de 100 à 1000 bactéries par cellule:
les Rickettsia à multiplication cytoplasmique,
les Coxiella ou les Chlamydia à multiplication
intraphagosomale.
D'autres atteignent des
titres plus faibles de 5 à tout au plus
quelques dizaines bactéries par cellule
(Listeria mono-cyrogenes, M tuberculosis...).
La conséquence de cette réplication
intracellulaire est variable.
Dans certains cas
la parasitisme intracellulaire n'entraîne que
peu de conséquences pour la cellule qui
continue à survivre et même à se diviser
(Chlamydia).
Certaines cellules infectées
peuvent véhiculer les bactéries pathogènes
contribuant à la dissémination des bactéries
dans les tissus.
Dans d'autres cas,
apparaissent des dysfonctionnements
cellulaires par modification des membranes phagosomales et cytoplasmiques avec
expression d'antigènes microbiens.
Enfin
souvent, la multiplication rapide des
bactéries à l'intérieur des cellules entraîne la
lyse des cellules et donc la dissémination
des micro-organismes.
Dissémination des parasites dans l’hôte du
microorganisme
Certains pathogènes à multiplication
cytoplasmique ( Listeria, Shigella, Rickettsia)
sont capables de disséminer de cellules à
cellules à l'instar des virus, en utilisant leur
capacité de polymériser l'actine et de se
mouvoir à l'intérieur de la cellule-hôte.
Ces
bactéries sont propulsées au sein
d'évaginations et passent de cellules à
cellules sans être exposées au milieu
extracellulaire.
Dans les cellules adjacentes
ainsi infectées, les bactéries sont encloses
dans une double membrane d'où elles
sortiront à nouveau pour recommencer leur
cycle de multiplication.
D'autres bactéries
vont diffuser de cellules à cellules du fait de
la multiplication cellulaire infectées elle même.
Ainsi les Chlamydia ou les Coxiellae
qui se multiplient dans plusieurs vacuoles
différentes dans une même cellule vont au
cours de la division cellulaire parasiter les
cellules-filles et ainsi contribuer la
pérénisation de l'infection.
Enfin la plupart
des microorganismes vont être libérés dans
l'espace extracellulaire par éclatement de la
cellule ou par libération à partir des cellules
en apparence intactes.
Réponse immunitaire contre les
microorganismes intracellulaires :
Les cellules ou les microorganismes
intracellulaires induisent la présentation de
peptides antigénique selon un mode de
présentation cytoplasmique (classe I
dépendante) ou lysosomiale (classe II
dépendante).
Ainsi les bactéries
intracellulaires vont-elles induire une réponse
immunitaire avec expansion clonale des
lymphocytes B et T, notamment les
lymphocytes CD4+, et production des
cytokines, (IL-1, IL-2 , TNF..).
Ce mécanisme
inducteur est à l'origine d'un recrutement
cellulaire et d'une activation de macrophages
liés à la production des lymphokines, et
d'autre part à la production lymphocytes
CD8+ cytotoxiques qui ont détruisent les
cellules exprimant à leur surface des
antigènes microbiens.
Ceci arrête pour un
temps la croissance intracellulaire des
bactéries qui sont ainsi exposés notamment
aux anticorps et aux polynucléaires du
système immunitaire.
La production
d'anticorps au cours des infections par des
microorganismes à croissance intracellulaire
peut contribuer pour une part à l'élimination
des tissus de ces bactéries en particulier par
leur rôle opsonisant qui cible les bactéries
vers les macrophages et les polynucléaires
où ils seront détruit.