Bacille pyocyanique

Pseudomonas aeruginosa

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Pseudomonas aeruginosa
 Pseudomonas aeruginosa au microscope électronique à balayage
Pseudomonas aeruginosa
au microscope électronique à balayage
Classification classique
Règne Bacteria
Division Proteobacteria
Classe Gammaproteobacteria
Ordre Pseudomonadales
Famille Pseudomonadaceae
Genre Pseudomonas
Nom binominal
Pseudomonas aeruginosa
(Schroeter, 1872) Migula, 1900
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Pseudomonas aeruginosa, autrement connue sous le nom de bacille pyocyanique, est une bactérie gram-négative du genre Pseudomonas. Les bacilles sont fins, droits et très mobiles grâce à un flagelle polaire : ciliature monotriche, dépourvus de spores et de capsules. Ils apparaissent la plupart du temps isolés ou en diplobacilles.

Elle est pathogène, très résistantes et - avec d'autres bactéries à gram-négatif - de plus en plus souvent responsable d'infections nosocomiales. C'est 'une des bactéries les plus difficiles à traiter cliniquement. Le taux de mortalité atteint 50% chez les patients vulnérables (immunodéprimés).

Germe ubiquitaire, vivant dans les sols et en milieu humide (nuages, robinets, bouchons), très résistant à de nombreux antiseptiques, fréquent en milieu hospitalier, entraînant l'apparition (du fait de sa résistance aux antibiotiques) de véritables souches d'hôpital. Elle se développe même dans de l'eau distillée ou salée, voire dans certaines solutions antiseptiques ou antibiotiques.

On pense qu’elle se renouvelle dans les hôpitaux via les fruits, plantes et légumes qui y entrent, ce pourquoi les fleurs et plantes vertes sont interdites dans les chambres d'hôpitaux.

Les formes de pathologie qu'elle engendre sont diverses : infection de l'œil, des plaies surtout brûlures et plaies opératoires, des urines (surtout après sondages), gastro-intestinales et des poumons (par exemple après bronchoscopie), des méningites d'inoculation, des septicémies comme stade terminal d'infections graves ou complication chez des malades soumis à un traitement immunodépresseur, des leucémiques, etc... Elle induit facilement des infections systémiques chez les immunodéprimés (par une chimiothérapie ou par le sida) et chez les victimes de brûlures et de fibrose cystique.

Sommaire

Étymologie

Le mot est composé du grec pseudo, 'simili' ou 'imitation', et monas, 'unité'. On l'a employé dans les débuts de la microbiologie pour désigner les « germes ». Aeruginosa, qui veut dire vert-de-gris en latin (le résultat de la corrosion du cuivre), réfère à un pigment que cette bactérie contient.

Identification

Comme d'autres Pseudomonas, P. aeruginosa sécrète un certain nombre de pigments : entre autres la pyocyanine (bleu-vert), la fluorescéine (jaune-vert fluorescent ) et la pyorubine (brun-rouge). In vivo elle sécrète aussi un biofilm, principal agent de sa résistance. C'est une bactérie lactose négative, c'est-à-dire dépourvue d'enzymes dégradant le lactose, pourvue d'une odeur de seringa (fleur de la famille des Philadelphacées encore appelée "jasmin des poètes")in vitro. Une reconnaissance préliminaire en laboratoire identifie ses colonies sur les géloses de type MacConkey (géloses contenant entre autres du lactose) à leur apparence de perles beiges, alors que les colonies de bactéries lactose positives sont roses. Pour une identification assurée on recherche la présence des enzymes de type oxydase (élastase et protéase parmi d'autres) que cette bactérie sécrète. La production des deux pigments pyocyanine et fluorescéine, et la température de croissance optimale de 42°C confirme l'identification. (! Parfois le germe n'a pas de pyocyanine ni même de fluorescéine caractéristique du groupe fluorescent ---> ne pas se baser uniquement sur l'aspect de la culture ; pour la croissance à 42°C, il faut toujours faire un bouillon témoin à 37°C car la souche peut être morte et, sans témoin, on pourrait croire que le test de croissance à 42°C est négatif alors qu'en fait le germe est mort).

Pseudomonas en culture sur gel d'agar

P. aeruginosa utilise des flagelles pour la mobilité, des systèmes introduisant des protéines effecteurs dans les cellules hôtes, et un lipopolysaccharide qui supprime les réponses immunitaires des hôtes en plus d'intervenir directement dans l'établissement d'infections persistantes[1]. Parmi les sécrétions de P. aeruginosa on trouve donc des protéines (élastase et protéase) qui détruisent l'intégrité des tissus de l'hôte en dégradant leurs protéines telles que l'élastine, la collagène et les transférines[2],[3]. On trouve aussi des toxines de poids moléculaire faible comme la pyocyanine, affectant différents types de sites dans la cellule hôte[4],[5].

P. aeruginosa cause également de la corrosion microbienne dans le diesel et le carburant d'aviation (microorganismes utilisant l'hydrocarbone). Il crée des masses gélatineuses sombres parfois appelées à tort « algues ».

Chez les plantes, P. aeruginosa induit des symptômes de pourriture molle (soft rot) chez l'arabette des dames (Arabidopsis thaliana) et la laitue (Lactuca sativa) [6],[7]. C'est un agent pathogène puissant chez Arabidopsis[8] et chez certains animaux: Caenorhabditis elegans[9],[10], Drosophila[11] et Galleria mellonella[12]. Les associations de facteurs de virulence sont les mêmes pour les infections végétales et animales[13],[6].

Antibiorésistance et traitements...

P. aeruginosa est une bactérie robuste, naturellement très résistante aux antibiotiques et s'adaptant rapidement aux attaques médicamenteuses.
sans sélection ni renforcement par des antibiothérapies antérieures, elle ne sera souvent sensible qu'à quelques antibiotiques : ticarcilline avec acide clavulanique, gentamicine, ciprofloxacine, ceftazidime, et pipéracilline seule ou avec ajout de tazobactam.En 2008, les fluoroquinolones, la gentamicine ou l'imipénem sont encore efficaces, mais uniquement sur quelques souches bactériennes[14].
Si le patient a récemment reçu plusieurs antibiotiques, la bactérie sera vraisemblablement encore plus résistante et d'autant plus dangereuse. Cette antibiorésistance a été partiellement attribuée à des « pompes de flux » dans son biofilm, expulsant activement les composants antimicrobiens[15],[16],[17].

Contagion

Cette bactérie semble pouvoir être facilement véhiculée par l'eau, par l'air et par des particules (poussières) ou surfaces contaminées (fomites). La facilité de la contagion s'explique par son caractère ubiquiste, et - en milieu hospitalier - par le fait qu'elle peut facilement transférer ou acquérir des gènes de «résistance antibiotique» avec d'autres bactéries de souches proches, mais aussi d'espèces plus éloignées[18].

Son milieu de développement : le biofilm

P. aeruginosa, comme certaines autres bactéries gram-négatives, sécrète des agrégats structurés, parfois appelés biofilms[19], ou matrice composée de polysaccharides complexes dans laquelle s'insèrent les bactéries. Ces biofilms forment une barrière physique contre l'entrée d'agents antimicrobiens[20],[19], et sont partiellement responsables des infections des poumons persistantes par P. aeruginosa chez les patients immunocompromis atteints de mucoviscidose[20],[21],[22],[23]. La formation du et par le biofilm est contrôlée par des signaux de cellule-à-cellule, et des mécanismes de quorum sensing[24],[21],[25],[26],[27] basés sur la notion de « perception du quota » (quorum sensing) et de « masse critique » : la nature et donc la fonction des molécules signalant les échanges de cellule-à-cellule changent à partir d'une concentration donnée des bactéries. Les bactéries entourées de biofilm sont moins actives métaboliquement donc moins réceptives aux agents antimicrobiens[28] et aux disruptions environnementales[19]. Le biofilm joue un rôle actif dans le processus de communication entre cellules bactériennes.

La lactoferrine, présente dans la muqueuse, diminue la formation de biofilm chez P. aeruginosa, ce qui peut protéger contre les infections persistentes[22]. Des recherches sont faites pour des traitements par la destructuration des biofilms, l'inhibition des facteurs de virulence connus par la dégradation des enzymes messagers, et la régulation de gènes guidant les signaux intercellulaires et les mécanismes de quorum sensing[29],[30],[31],[32],[33].

P. aeruginosa et acide salicylique

L'acide salicylique est un métabolite phénolique produit par les plantes. Il joue un rôle notamment dans l'induction de réponse de défense des plantes contre des attaques pathogènes. Travaillant avec les plantes Arabidopsis thaliana et Caenorhabditis elegans, Cryz et al. (1984)[1] ont montré que des Arabidopsis t. génétiquement modifiées (lox2 and cpr5-2) pour produire plus d'acide salicylique, réduisent la formation et l'attachement du biofilm fait par P. aeruginosa PA14 sur leurs racines. Le même effet a été démontré avec des Arabidopsis sauvages amendées avec de l'acide salicylique (ce qui augmente la concentration interne de cet acide dans la plante).

L'acide salicylique affecte trois facteurs de virulence connus de PA14 : la pyocyanine, la protéase, et l'élastase. P. aeruginosa produit plus de pyocyanine lorsque l'hôte est manipulé génétiquement (lignée transgénique NahG) pour accumuler moins d'acide salicylique que la plante naturelle. L'acide salycilique inhibe donc la synthèse et la sécrétion de la pyocyanin in vivo.

Des cellules de P. aeruginosa développées dans une culture de [peptone-tryptic soja] montrent une réduction par 50% de l'activité de l'élastase et de la protéase si on y ajoute de l'acide salicylique ou des dérivés : acide acétyl-salicylique, salicylamide, acide méthyl salicylique; ou encore de l'acide benzoïque, un précurseur métabolique de l'acide salicylique.

De l'acide salicylique ajouté à des pelouses infectées par P. aeruginosa a diminué de façon significative la capacité de ce dernier à tuer les vers, sans diminuer l'accumulation des bactéries dans l'intestin des nématodes. L'acide salicylique agirait donc directement sur P. aeruginosa, diminuant les facteurs de virulence de la bactérie.

Analysé par [microarray], on voit que l'acide salicylique affecte l'expression physiologique de 331 gènes chez P. aeruginosa, réprimant sélectivement la transcription d'exoprotéines et autres facteurs de virulence, diminuant ainsi sa virulence sans pour autant en affecter les gènes d'entretien. Ceci s'ajoute à son rôle connu comme molécule signal pour l'activation du système défensif de la plante.

Seuils ou valeurs limites

France France
L'arrêté[34] du 14 mars 2007 relatif aux critères de qualité des eaux conditionnées, aux traitements et mentions d'étiquetage particuliers des eaux minérales naturelles et de source conditionnées ainsi que de l'eau minérale naturelle distribuée en buvette publique impose pour Pseudomonas aeruginosa un nombre de zéro bactéries par 250 ml à l'émergence et au cours de la commercialisation (analyses à commencer au moins trois jours après le prélèvement au captage, le conditionnement, avec échantillons conservés à température) ambiante.

Infection à Pseudomonas aeruginosa

Il est possible de contracter une infection humaine à Pseudomonas aeruginosa. Il s'agit en général d'un germe hospitalier responsable d'infection nosocomiales, mais il se rencontre également en ambulatoire chez les patients malades de la mucoviscidose.

Recherche

Un projet AEROPATH [35] vise à développer des antibiotiques efficaces contre les « superbactéries » antibiorésistantes aux traitement multi-médicamenteux entretenant des épidémies nosocomiales, et Pseudomonas aeroginosa est au centre de ce travail qui se fera en étudiant et modélisant aussi les points faibles du métabolisme et des proétéines de P. aeroginosa et de souches nosocomiales de stenotrophomonas et d’acinetobacter, y compris via l’étude de leurs génomes.

D’autres cherchent des traitements alternatifs (ensemencement avec une souche microbienne peu dangereuse qui occuperait l’espace sans laisser la place aux pseudomonas, asticothérapie, etc.

Références

  1. a  et b [1], Cryz, S. J., Jr., T. L. Pitt, E. Furer, and R. Germanier, 1984, Role of lipopolysaccharide in virulence of Pseudomonas aeruginosa. Infect. Immun. 44:508-513
  2. Aumercier, M., D. M. Murray, and J. L. Rosner, 1990, Potentiation of susceptibility to aminoglycosides by salicylates in Escherichia coli. Antimicrob. Agents Chemother, 23:835-845
  3. Kawaharajo, K., J. Y. Homma, Y. Aoyama, K. Okada, K. Morihara, 1975, Effects of protease and elastase from Pseudomonas aeruginosa on skin. Jpn. J. Exp. Med. 45:79-88
  4. Lau, G. W., H. Ran, F. Kong, D. J. Hassett, and D. Mavrodi, 2004, Pseudomonas aeruginosa pyocyanin is critical for lung infection in mice. Infect. Immun. 72:4275-4278
  5. Ran, H., D. J. Hassett, and G. W. Lau, 2003, Human targets of Pseudomonas aeruginosa pyocyanin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:14315-14320
  6. a  et b Rahme, L., E. Stevens, S. Wolfort, J. Shao, R. Tompkins, and F. M. Ausubel. 1995. Common virulence factors for bacterial pathogenicity in plants and animals. Science 268:1899-1902
  7. Rahme, L. G., M-W. Tan, L. Le, S. M. Wong, R. G. Tompkins, S. B. Calderwood, and F. M. Ausubel, 1997, Use of model plant hosts to identify Pseudomonas aeruginosa virulence factors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94:13245-13250
  8. Walker, T. S., H. P. Bais, E. Déziel, H. P. Schweizer, L. G. Rahme, R. Fall, and J. M. Vivanco. 2004. Pseudomonas aeruginosa-plant root interactions. Pathogenicity, biofilm formation, and root exudation. Plant Physiol. 134:320-331
  9. Mahajan-Miklos, S., M. W. Tan, L. G. Rahme, and F. M. Ausubel. 1999. Molecular mechanisms of bacterial virulence elucidated using a Pseudomonas aeruginosa-Caenorhabdititis elegans pathogenesis model. Cell 96:47-56
  10. Martinez, C., E. Pons, G. Prats, and J. Leon. 2004. Salicylic acid regulates flowering time and links defense responses and reproductive development. Plant J. 37:209-217
  11. D'Argenio, D. A., L. A. Gallagher, C. A. Berg, and C. Manoil. 2001. Drosophila as a model host for Pseudomonas aeruginosa infection. J. Bacteriol. 183:1466-1471
  12. Miyata, S., M. Casey, D. W. Frank, F. M. Ausubel, and E. Drenkard.,2003, Use of the Galleria mellonella caterpillar as a model host to study the role of the type III secretion system in Pseudomonas aeruginosa pathogenesis. Infect. Immun. 71:2404-2413
  13. Rahme, L. G., F. M. Ausubel, H. Cao, E. Drenkard, B. C. Goumnerov, G. W. Lau, S. Mahajan-Miklos, J. Plotnikova, M. W. Tan, J. Tsongalis, C. L. Walendziewicz, and R. G. Tompkins, 2000, Plants and animals share functionally common bacterial virulence factors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97:8815-8821
  14. Communiqué Cordis, Europe, novembre 2008
  15. Aeschlimann, J. R. 2003, The role of multidrug efflux pumps in the antibiotic resistance of Pseudomonas aeruginosa and other Gram-negative bacteria: insights from the Society of Infectious Diseases Pharmacists. Pharmacotherapy 23:916-924
  16. De Kievit, T. R., M. D. Parkins, R. J. Gillis, R. Srikumar, H. Ceri, K. Poole, B. H. Iglewski, and D. G. Storey, 2001, Multidrug efflux pumps: expression patterns and contribution to antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa biofilms. Antimicrob. Agents Chemother. 45:1761-1770
  17. Poole, K. 2001, Multidrug efflux pumps and antimicrobial resistance in Pseudomonas aeruginosa and related organisms. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 3:255-264
  18. Pr Gunter Schneider, de l'institut Karolinska, dans le communiqué Cordis déjà cité de nov 2008
  19. a , b  et c O'Toole, G. A., L. A. Pratt, P. I. Watnick, D. K. Newman, V. B. Weaver, and R. Kolter, 1999, Genetic approaches to study of biofilms. Methods Enzymol. 310:91-109
  20. a  et b Costerton, J. W., 2001, Cystic fibrosis pathogenesis and the role of biofilms in persistent infection. Trends Microbiol. 9:50-52
  21. a  et b Hall-Stoodley, L., J. W. Costerton, and P. Stoodley, 2004, Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nat. Rev. Microbiol. 2:95-108
  22. a  et b Singh, P. K., M. R. Parsek, E. P. Greenberg, and M. J. Welsh, 2002, A component of innate immunity prevents bacterial biofilm development. Nature 417:552-555
  23. Singh, P. K., A. L. Schaefer, M. R. Parsek, T. O. Moninger, M. J. Welsh, and E. P. Greenberg. 2000. Quorum-sensing signals indicate that cystic fibrosis lungs are infected with bacterial biofilms. Nature 407:762-764
  24. Davies, D. G., M. R. Parsek, J. P. Pearson, B. H. Iglewski, J. W. Costerton, and E. P. Greenberg, 1998, The involvement of cell-to-cell signals in the development of a bacterial biofilm. Science 280:295-298
  25. Mah, T.-F., B. Pitts, B. Pellock, G. C. Walker, P. S. Stewart, and G. A. O'Toole, 2003, A genetic basis for Pseudomonas aeruginosa biofilm antibiotic resistance. Nature 426:306-310
  26. Parsek, M. R., and P. K. Singh, 2003, Bacterial biofilms: an emerging link to disease pathogenesis. Annu. Rev. Microbiol. 57:677-701
  27. Smith, R. S., and B. H. Iglewski, 2003, P. aeruginosa quorum sensing systems and virulence. Curr. Opin. Microbiol. 6:56-60
  28. Drenkard, E. 2003, Antimicrobial resistance of Pseudomonas aeruginosa biofilms. Microb. Infect. 5:1213-1219
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  30. Hentzer, M., L. Eberl, J. Nielsen, and M. Givskov. 2003. Quorum sensing: a novel target for the treatment of biofilm infections. BioDrugs 17:241-250
  31. Hentzer, M., M. Givskov, and L. Eberl. 2004. Quorum sensing in biofilms: gossip in slime city. Microb. Biofilms 1:118-140
  32. Hentzer, M., H. Wu, J. B. Andersen, K. Riedel, T. B. Rasmussen, N. Bagge, N. Kumar, M. A. Schembri, Z. Song, P. Kristoffersen, M. Manefield, J. W. Costerton, S. Molin, L. Eberl, P. Steinberg, S. Kjelleberg, N. Hoiby, and M. Givskov, 2003, Attenuation of Pseudomonas aeruginosa virulence by quorum sensing inhibitors. EMBO J. 22:3803-3815
  33. Wu, H., Z. Song, M. Hentzer, J. B. Andersen, S. Molin, M. Givskov, and N. Hoiby. 2004. Synthetic furanones inhibit quorum-sensing and enhance bacterial clearance in Pseudomonas aeruginosa lung infection in mice. J. Antimicrob. Chemother. 53:1054-1061
  34. Arrêté du 14 mars 2007 relatif aux critères de qualité des eaux conditionnées, aux traitements et mentions d'étiquetage particuliers des eaux minérales naturelles et de source conditionnées , ainsi que de l'eau minérale naturelle distribuée en buvette publique, J.O n° 81 du 5 avril 2007 page 6431
  35. Projet coordonné par l'université de Dundee (Royaume-Uni), avec des équipes allemandes, anglaises et suédoises, financé par l’UE à hauteur (en 2008) de 4,6 millions d'euros, via le septième programme-cadre (7e PC)
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