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Bactériologie
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.

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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.

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