Les bactériesEscherichia coli ont été observées pour la première fois dans des fèces de nourrissons en 1885 par l’allemandTheodore Escherich et ont été nommées en hommage à ce dernier en 1919 par Castellani et Chambert[3]. C'est uncoliformethermotolérant (fécal) généralementcommensal.
La plupart dessouches sont inoffensives, voire bénéfiques pour l'être humain, produisant de la vitamine K[4] ou empêchant la colonisation de l'intestin par des bactéries pathogènes, établissant alors une relation de typemutualiste.
Cependant, certainssérotypes d’E. coli peuvent êtrepathogènes, entraînant alors des gastro-entérites, infections urinaires,méningites ousepsis.
Les analyses génétiques ont montré que le genreShigella devrait être inclus dans l'espèceEscherichiacoli. Les pathotypes desShigella sont très proches des pathotypes d'Escherichia.
Escherichia coli est unbacilleGram négatifradiorésistant de la famille desEnterobacteriaceae[5]. Sa taille varie en fonction des conditions de croissance (de 0,5 à 3 µm), pesant de0,5 à 5 picogrammes[6]. les bactéries en croissance rapide étant plus allongées et donc plus grandes que les bactéries quiescentes. La largeur d'E. coli est de 0,5 µm en moyenne[5].
L'étymologie du nom d'espèceEscherichia coli est la suivante :co’li. L. neut. n.colon, le colon; L. gen. neut. n.coli, isolée du colon[7].
C’est un hôte commun dumicrobiote intestinal (anciennement appelé microflore commensale intestinale) de l’humain et des animauxhoméothermes[8]. Son établissement dans letractus digestif s’effectue durant les premières heures ou journées qui suivent l’accouchement[9].Escherichia coli constitue alors tout au long de la vie de l’hôte l’espèce bactérienne dominante de la flore aérobie facultative intestinale.E. coli est sans doute l’organisme vivant le plus étudié à ce jour : en effet, l'ancienneté de sa découverte et sa culture aisée (division cellulaire toutes les vingt minutes à37°C dans un milieu riche) en font un outil d'étude de choix. La profusion de publications scientifiques qui la mentionnent en témoigne, et elle joue le rôle de « cheval de labour » dans tous les laboratoires debiologie moléculaire.
Theodor Escherich, en observant la fréquence des diarrhées néonatales, avait déjà posé la question de l’implication du colibacille dans les entérites. Après la Seconde Guerre mondiale, les connaissances ont convergé pour établir le concept devirulence de certaines souches deE. coli. Dans les années 1950, de nombreuses souches d’E. coli ont été incriminées en tant qu’agentétiologique de diarrhées infantiles[10]. Les infections du tractus urinaire sont très souvent dues à E. coli. On sait maintenant que certaines souches « spécialisées » d’E. coli sont associées à des pathologies très diverses (y compris extra-intestinales), tant chez l’humain que chez l’animal ;diarrhées,gastro-entérites,infections urinaires,méningites,septicémies,syndrome hémolytique et urémique (SHU oumaladie des hamburgers), etc.
Depuis les années 1950, les bactériologistes ont essayé, grâce aux différences antigéniques deE. coli, de subdiviser l’espèce ensérotypes en immunisant des lapins avec des antigènessomatiques etflagellaires. Lesérogroupage était la méthode la plus utilisée avant l'identification par biologie moléculaire des gènes des sérovars et des toxines.
Le sérotype est la combinaison des deux antigènes, somatique O et flagellaire H, (exemples :O157:H7 etO111:H8), alors que lesérogroupe n'est déterminé que par l’antigène O (exemple : O157, O111). Le terme sérovar peut remplacer les deux précédents. Cependant le sérotype n’est pas suffisant pour caractériser lesE. coli pathogènes. Chaque sérotype n’est pas nécessairement corrélé à la pathogénicité.
L’antigène somatique O, définissant le sérogroupe, est contenu dans leslipopolysaccharides (LPS) présents sur laparoi bactérienne des souches à Gram négatif. L’antigène flagellaire H est de nature protéique entrant dans la structure duflagelle (cilliature péritriche) permettant la mobilité de la bactérie. L'antigène K de surface n'est pas toujours présent mais s'il est présent, il peut bloquer l'agglutinabilité de l'antigène O.
Les techniques classiquement utilisées utilisent une réaction antigène-anticorps. Mais aujourd'hui, les progrès de la biologie moléculaire permettent la détection directe des gènes responsables du sérovar ainsi que ceux des facteurs de pathogénicité.
Il en existe plus de 150. Les antigènes somatiques sont composés delipopolysaccharides complexes. Les laboratoires d'analyses médicales utilisent l'agglutination avec des sérums pour déterminer le sérogroupe, mais cette technique est limitée par le nombre de plus en plus élevé de sérums à fabriquer, par la présence d'agglutinations croisées entre les antigènes O deE. coli,Shigella et ceux deSalmonella, et par le passage de la consistance crémeuse de la colonie à une consistance rugueuse ayant pour conséquence l’absence de synthèse de l'antigène O. C'est pour cette raison qu'une technique de sérotypage moléculaire, par identification des gènes concernés, a été développée.
L'antigène O fait partie dulipopolysaccharide (LPS) de la membrane externe de la paroi cellulaire des bactéries à Gram négatif. Il contient un grand nombre d’unités répétées d’oligosides (oligosaccharides) de trois à six oses dont la combinaison détermine la diversité des antigènes O. Les gènes codant les enzymes impliquées dans la synthèse de l’antigène O sont regroupés dans le groupe de gènes rfb.
Ce groupe rfb peut être amplifié spécifiquement grâce à un système d’amorces puis, après restriction par l’endonucléase MboII, un profil noté « R » peut être obtenu par électrophorèse, correspondant à un sérovar deE. coli[12]. Un profil d'électrophorèse est fonction de l’emplacement des sites de restriction propre à MboII. Ainsi tous les groupes de gènes correspondant à un antigène somatique auront un profil de restriction qui lui est propre. Ce profil R sera ensuite analysé avec le logiciel Taxotron puis comparé à une base de données, en perpétuel développement. Par exemple, le profil R aura un numéro R111, correspondant au sérogroupe O111 obtenu avec le sérum.
Lesantigènes H ne servent pas à l'identification desE. coli pathogènes mais présentent un grand intérêt au point de vue épidémiologique : l'identité de l'antigène H constitue un élément pour assurer qu'il s'agit d'une même souche.
La diversité des antigènes H est due aux différents types deflagelline composant la structure du flagelle. C'est leflagelle qui permet la mobilité bactérienne. Le typage s'effectue également par séroagglutination, mais n’est développé que dans de très rares laboratoires dans le monde. Cependant, certaines souches perdent leur mobilité et sont classées comme non mobiles (NM ou H-). Une technique de sérotypage moléculaire a donc été également développée pour déterminer le ou les antigènes H.
L'antigène H est codé par le gène fliC. Les parties N et C terminales de la flagelline sont très conservés et c'est la partie médiane, plus variable, qui donne la spécificité de l'antigène H. LesE. coli immobiles et lesShigella peuvent possèdert également le gène fliC mais sont incapables de synthétiser un flagelle fonctionnel. Après amplification et restriction du gène fliC, il est possible de typer l'antigène H en comparant le profil obtenu à une base de données de profil-type[13]. Par exemple, le profil fliC (noté F) aura un numéro F8, correspondant au type H8 obtenu avec le sérum.
l'antigène A est rare ; c'est un antigène capsulaire (lesE. coli encapsulés sont relativement fréquents dans les infections urinaires). L'Ag A est très thermostable (il faut un autoclavage pour le détruire) ;
Différence entre l'antigène B et les antigènes A ou L, dans une population homogène sur boîte de Petri :
80 % de colonies + et 20 % de colonies - pour A ou L ;
répartition homogène dans toute la population pour B.
Les souches isolées de méningites chez les nourrissons possèdent très souvent un antigène K1[14] (sans précision de son type). Cet antigène est commun avec un antigène capsulaire deNeisseriameningitidis B. L' AgK1 est unpolyoside, homopolymère d'acide N-Acétylneuraminique (acide sialique)
Le patrimoine génétique de la soucheE. coli de laboratoire non pathogène a été entièrementséquencé en 1997. Songénome comprend4,6 millions depaires de bases codant environ 4 200 protéines[15].
En 2001, le génome d'une souche d’E. coli entérohémorragique[16] (provoquant lamaladie du hamburger) a été séquencé. Il comprend5,5 millions de paires de bases codant 5 400 protéines. L'année suivante, le génome d'une souche d'E. coli provoquant des infections urinaires (cystite,pyélonéphrite) et des méningites néonatales, a été séquencé. Il comprend5,2 millions de paires de bases codant 5 300 protéines.
La comparaison des génomes de ces trois souches d’E. coli révèle que seulement 40 % de leurs gènes sont communs — à titre de comparaison, 99 % des gènes de l'humain et des grands singes sont communs. Ceci témoigne du remarquable potentiel évolutif et de la versatilité de cetaxon bactérien. En effet, les souches d’E. coli pathogènes ont acquis au cours de l’évolution un répertoire de gènes de virulence (pathogénicité), qui leur permettent de coloniser de nouvelles niches écologiques en contournant les mécanismes de défense de l’hôte. L’expression d’un répertoire spécifique de facteurs de virulence est corrélée à une pathologie particulière et permet de définir différentspathovars (voirinfra).
Le concept de la pathogénicité bactérienne résultant d’un processus multifactoriel, impliquant une myriade de gènes, dont l’expression est chorégraphiée par des processus de régulation est maintenant bien accepté. L’expression de ces gènes permet une adhésion plus efficace, ou l’invasion des tissus de l’hôte, et permet ainsi la colonisation de niches inaccessibles ou inhospitalières pour lesE. coli commensaux. En ce sens, la pathogénicité peut être considérée comme un avantage sélectif, et le succès d’une souche d'E. coli en tant que pathogène requiert probablement l’acquisition et la sélection de gènes de virulence, envers des recombinaisons et des transferts génétiques non spécifiques. La plasticité du génome d’E. coli est à la base de ce processus. La séquence complète du génome de plusieurs souches d’E. coli montre la présence de nombreusesSéquence d'insertion (IS), de séquences bactériophagiques, ainsi que d'autres plages de séquences inusuelles qui témoignent de l’extraordinaire plasticité du génome de ce genre bactérien. Ce sont les isolats cliniques d’E. coli qui possèdent les plus grands génomes, alors que celui de l’E. coli de laboratoire, non pathogène, fait 4,63 Mb. Il apparaît ainsi que le fossé qui sépare lesE. coli commensales desE. coli pathogènes est lié à l'acquisition de répertoires de gènes de virulence. Il se pourrait que l’acquisition de ces gènes soit facilitée par une importante aptitude à muter. En effet, plus d'1 % des isolats d’E. coli ou deSalmonella impliqués dans des infections alimentaires sont des « mutateurs » qui présentent une forte tendance à muter, un phénomène corrélé à une déficience dans certains systèmes de réparation de l’ADN. 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 » ou «îlots de pathogénicité».
Les recherches génétiques sur la bactérie ont permis la découverte de l'ARNI ou ARN I[17] (à ne pas confondre avec l'ARN interférent, ARNi). C'est unARN non codant qui est unrépresseur antisens de la réplication de certains plasmides d'Escherichia coli, dont ColEl[18]. Celui-ci explique la neutralisation de certains gènes.
Certaines souches sont pathogènes pour l'homme mais d'autres animaux peuvent être atteints comme le porc[19]. De nombreux facteurs de pathogénicité interviennent (facteurs d'adhésion, d'internalisation, toxines,…).
Ces souches sont désignées par des sigles sous deux formes : anglaise (EHEC) ou française (ECEH), EC désignantEscherichiaColi.
Certaines souches spécialisées d’E. coli sont associées à despathologies très diverses tant chez l’être humain que chez l’animal ;diarrhées,gastro-entérites,infections urinaires,méningites,septicémies, etc[20],[21]. Les techniques modernes de la biochimie, de la génétique, de la biologie moléculaire et de la microbiologie cellulaire ont permis d’identifier et d’analyser les mécanismes impliqués dans l’interaction desE. coli pathogènes avec leur hôte. Malgré la diversité des affections provoquées par les souches d’E. coli pathogènes, toutes ces souches utilisent une stratégie classique d’infection, commune à de nombreux autres agents pathogènes.
Comme la plupart des pathogènes des muqueuses, les souches d’E. coli responsables de diarrhées et d'infections extra-intestinales utilisent une stratégie d'infection dont les points clés sont les suivants: colonisation des muqueuses, éventuellement invasion des cellules, multiplication, évasion des défenses de l’hôte, dommages à l’hôte[22].
Pour survivre et se multiplier dans le tractus intestinal, les colibacilles doivent surmonter les premières lignes de défense de l’organisme hôte, à savoir lepéristaltisme et l’effet de barrière dumicrobiote commensal. Ce microbiote accapare lesnutriments, produit des inhibiteurs et occupe les surfaces des muqueuses. L’effet de barrière est surmonté par lesE. coli pathogènes grâce à des mécanismes qui sont connus en termes généraux : la compétition pour les sources de carbone, de fer, d’énergie sous des conditionsanaérobies, la production debactériocines, ainsi qu’un fort taux de croissance. L’étape de colonisation implique aussi la capacité à adhérer à la surface de la muqueuse intestinale. Virtuellement toutes les souches d’entérobactéries pathogènes ou non possèdent des systèmes d’adhésion, et il est bien établi que ce pouvoir d’adhésion est la caractéristique la plus conservée chez lesE. coli pathogènes. Les structures bactériennes responsables de l’adhésion aux cellules épithéliales sont desadhésines fimbriaires (fimbriae ou pili) ou afimbriaires. Exposées à la surface des bactéries, ces adhésines interagissent avec des récepteurs de la membrane des cellules cibles. C’est ainsi que des souches d'E. coli pathogènes sont capables en partie grâce à leurs adhésines de coloniser desbiotopes qui ne sont normalement peu ou pas colonisés par lesE. coli commensales. Par exemple, lesE. coli responsables d'infections urinaires déploient des pili « P » (pili associés auxpyélonéphrites) qui reconnaissent des glycolipides à la surface des cellules épithéliales dutractus urinaire.
La multiplication est essentielle dans le processus de pathogénicité ; on conçoit en effet qu’une multiplication rapide est un avantage pour la colonisation, ainsi que pour causer des dommages avant que le système immunitaire n'entre en action. Une multiplication lente, voire son arrêt, peut aussi constituer un avantage dans la persistance des pathogènes qui causent des maladies chroniques.
Un autre point essentiel dans le processus de pathogénicité est l’interférence desE. coli pathogènes avec le système immunitaire de l’hôte. On sait par exemple que certains types de lipo-polysaccharides (LPS ; antigène « O ») présents à la surface des bactéries les protègent de l’action lytique du complément, de la fixation des anticorps et de laphagocytose. Les capsules polysaccharidiques (antigènes « K ») qui sont sécrétées à la surface de certaines souches d’E. coli pathogènes (principalement celles causant des affections extra-intestinales) peuvent participer à l’évasion des défenses de l’hôte. Les capsules K1 et K5, qui comportent des homologies avec des molécules eucaryotes (les adhésines n-CAM et les héparanes), présentent ainsi une faible immunogénicité. Les variations antigéniques de certaines molécules protéiques de surface (comme les pili), peuvent également participer à l’évitement des défenses immunitaires.
La première étape de colonisation effectuée, certaines souches pathogènes produisent de puissantes toxines, ces dernières pouvant être responsables à elles seules des dommages infligés à l’hôte. D’autres souches pathogènes détournent à leur avantage des fonctions cellulaires essentielles, afin de survivre et persister. Ainsi, en altérant le cytosquelette cellulaire, elles peuvent adhérer très fortement à la surface cellulaire (on parle d’adhésion « intime »), voire pénétrer dans les cellules des muqueuses et s’y multiplier, tellesShigella flexneri ouSalmonella typhimurium.
Sur la base de ces modes d’interaction et des signes cliniques de l’infection, les souches d’E. coli inductrices de diarrhées peuvent être actuellement classées en cinq pathovars :E. coli entérotoxigéniques (ETEC),E. coli entéroinvasives (EIEC),E. coli entéropathogènes (EPEC),E. coli entérohémorragiques[16] (EHEC) etE. coli entéroaggrégatives (EAggEC). Outre lesE. coli induisant des diarrhées, on distingue aussi le pathovar desE. coli pathogènes extraintestinales (ExPEC) impliquées dans des affections non-intestinales: infections urinaires, méningites, septicémies, mammites...
Mécanismes d’interaction des différents pathovars d’E. coli responsables de diarrhées. Après l’étape initiale d’adhésion et de colonisation, les colibacilles développent différentes stratégies ; les ETEC, EAggEC et EHEC produisent des toxines. Les EIEC envahissent la muqueuse colique et induisent une réponse inflammatoire destructrice. Les EPEC et EHEC remanient localement le cytosquelette en adhérant intimement à la membrane cellulaire et détruisent les microvillosités environnantes.
Une dizaine de types particuliers d'E. coli, caractérisés par leurs antigènes, peuvent causer un syndrome entéritique grave avec toxicose et déshydratation chez les jeunes enfants. On admet généralement que ces colibacilles ne sont pathogènes qu'en dessous de l'âge de2 ans mais c'est surtout chez les nouveau-nés et plus particulièrement chez les prématurés que ces germes se manifestent de la façon la plus sévère.L'allaitement maternel confère une certaine protection contre ces infections[réf. souhaitée] (rôle desbifides du microbiote intestinal).
Dans les collectivités de nourrissons (maternités, services pédiatriques), la maladie prend généralement une allure épidémique : il s'agit dans ces cas de souches à la fois virulentes et multirésistantes réalisant le tableau d'une véritableinfection nosocomiale.
Les ETEC sont une cause majeure de diarrhée aqueuse chronique avec déshydratation chez les enfants de bas âge (moins de3 ans) dans les pays en voie de développement, et sont aussi responsables de la « diarrhée des voyageurs » (ou « turista »)[23]. Des ECET sont également une cause fréquente de diarrhées néonatales souvent fatales chez les animaux d’élevage (veau, agneau, porcelet).
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 thermostables (ST) et/ou thermolabiles (LT). La toxine LT, après endocytose, ADP-ribosyle la sous-unité alpha de la protéine hétérotrimérique Gs. 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 - particulièrement le « CFTR », le régulateur de la conductance membranaire impliqué dans la mucoviscidose. Cette action se traduit par une sécrétion d’ions chlorure et une inhibition de l’absorption de chlorure de sodium par les cellules intestinales, ce qui provoque la diffusion osmotique d’eau vers la lumière intestinale. L’action des toxines ST est moins connue. En se fixant à leur récepteur à la surface des cellules intestinales (une guanylate cyclase), elles induisent des concentrations accrues en GMPc, ce qui résulte également en l’activation du CFTR, l’altération de l’homéostasie intestinale, et une diarrhée osmotique. 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.
Les ECEI sont responsables de syndromes dysentériques caractérisés par une forte fièvre, des crampes abdominales et des nausées, accompagnés d’une diarrhée aqueuse qui évolue rapidement en une dysenterie (selles contenant du sang et du mucus). Les ECEI ont des caractères biochimiques, antigéniques, génétiques et fonctionnels très proches de ceux desShigella, et mettent en œuvre un mécanisme de pathogénicité similaire. Les ECEI et lesShigella envahissent la muqueuse intestinale au niveau du côlon, s’y multiplient, provoquent la mort cellulaire et déclenchent une intense réaction inflammatoire. Le processus d’invasion est complexe et multifactoriel, sous la dépendance de loci chromosomiques et d’un plasmide de virulence (pInv ; ~220 kb). En ce qui concerneShigella, le processus d’invasion peut être résumé ainsi : lors du contact avec les cellules épithéliales, 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 (grâce à IcsA) pour se mouvoir et se disséminer de cellule en cellule. Le processus d’invasion mis en jeu par les EIEC reste à être élucidé, mais les données actuelles indiquent qu’il est probablement identique à celui deShigella. Les ECEI et lesShigella élaborent également une ou plusieurs entérotoxines qui seraient impliquées dans l'épisode de diarrhée aqueuse qui précède la dysenterie.
Les EPEC sont responsables degastro-entérites infantiles (GEI). On admet généralement que ces colibacilles ne sont pathogènes qu'en dessous de l'âge de deux ans. Les principaux sérotypes impliqués sont O111 B4 et O119 B14. Le plus fréquent dans l'UE ces dernières années est l'O111 B4 mais on commence à parler d'autres types (O55 et O26). Chez l'adulte, en principe, lesE. coli de GEI ne sont pas pathogènes. Certains avancent que certaines diarrhées du voyageur seraient dues à des types d'E. coli particuliers inconnus dans la région où vit le voyageur.
Sérogroupage de ECEP O26.
Ce n'est que chez les nourrissons en bas âge que la maladie prend une allure grave et épidémique (surtout et presque uniquement en milieu hospitalier). Il s'agit de diarrhées avec déséquilibre de la balance ionique ; d'où le plus important est de rétablir la balance ionique ; l'antibiothérapie interviendra secondairement.
Les EHEC sont responsables de colites hémorragiques[24]. Ils sont aussi nommés STEC pourshigatoxigenic escherichia coli. Le principal réservoir de ces bactéries est le tube digestif des bovins ; la contamination humaine se fait par l'intermédiaire d'aliments, principalement la viande de bœuf hachée et le lait cru. Le sérotype O157 est le plus fréquent (ex :sérotype O157:H7 pour la « maladie du hamburger »[25]). Il est responsable d'épidémies. Les EHEC produisent une vérotoxine (ouShiga-toxine) qui peut entraîner un syndrome hémolytique et urémique (SHU). Des intoxications à EHEC se sont déclarées à la suite de l'ingestion de viande contaminée et insuffisamment cuite (hamburger). Une intoxication a eu lieu enFrance en 2005.
Lescytotoxines (vérotoxines) sont à l'origine de la destruction des cellules intestinales. Les symptômes peuvent aller de la diarrhée simple à une diarrhée sanglante et abondante. Les manifestations sont plus graves chez les enfants de moins de8 ans et chez les personnes de plus de65 ans.
Lesyndrome hémolytique et urémique (SHU) se manifeste entre autres par uneanémie hémolytique, unethrombopénie et une insuffisance rénale aiguë. C'est l'action de la toxine seule qui est responsable des troubles après son absorption intestinale. Une surveillance des SHU a lieu au Centre National de Référence desE. coli[26], situé dans l’unité de Biodiversité des Bactéries Pathogènes Émergentes à l’Institut Pasteur (France), qui est chargé d’étudier les souches pathogènes.
Jusqu’au début des années 1980, les souches d’E. coli inductrices de diarrhées étaient classées en trois catégories ; les ECET, les ECEI et les ECEP, ces dernières étant alors caractérisées essentiellement par leur appartenance à des sérotypes distinctifs. Au début des années 1980, il a été constaté que la plupart des souches classées dans les ECEP adhèrent sur des cellules de lignée. Par la suite, trois modes distincts d’adhésion aux cellules ont été décrits : l’adhésion « localisée », l’adhésion « diffuse », et l’adhésion « agrégative », ce qui a permis de différencier un nouveau pathovar d’E. coli diarrhégéniques, les EAggEC. Les ECEAgg sont actuellement définies comme des souches qui ne sécrètent pas les entérotoxines LT ou ST, et qui adhèrent aux cellules de culture en formant des images « d’amas de briques » (adhésion agrégative). Il est probable que cette définition inclut des souches non pathogènes ; l’hétérogénéité de ce groupe a d’ailleurs été confirmée par des études épidémiologiques et des infections expérimentales d’adultes volontaires. Néanmoins, les ECEAgg sont de plus en plus reconnues comme étant responsables de retards de croissance et de diarrhées persistantes dans les pays en voie de développement ainsi que dans les pays industrialisés. Des fimbriae (AAF/I et AAF/II) responsables de l’adhésion agrégative ont été décrits, mais ils sont présents dans une minorité d’isolats d’ECEAgg. Ceci suggère que la colonisation du tractus digestif serait due à un ou plusieurs fimbriae, comme dans le cas des ECET. Les ECEAgg adhèrent sur la muqueuse intestinale, enchâssées dans un biofilm de mucus produit par les cellules en gobelets de la muqueuse. Environ 40 % des souches d’ECEAgg produisent l’entérotoxine EAST1 (pour « EAggEC ST-like toxin »), qui présente environ 50 % d’homologie avec la toxine ST des ECET et 30 % avec les toxines amnésiantes de guanylate cyclase de coquilles STJ. La contribution de ces toxines au pouvoir pathogène n’est pas encore établie. Le gène codant la toxine EAST1 ou ses variants a été trouvé dans des souches ECEP et ECET, ainsi que dans des souches d’E. coli pathogènes ou non, qui ne possèdent pas les gènes marqueurs des pathovars classiques.
Les DAEC ont initialement été classées avec lesE. coli entéro-pathogènes du fait de leur adhésion aux cellules Hep-2 (lignée cellulaire d'origine tumorale) mais forment actuellement un groupe à part. En effet, avec la découverte des ECEAgg (E.coli entéroaggrégatives) les ECDA ont été différenciées par leur phénotype d'adhésion n'impliquant pas d'agrégats microbiens et formant des lésions diffuses sur les cellules Hep-2. Les ECDA sont essentiellement responsables de pathologies extra-intestinales (infections urinaires : cystites, pyélonephrites). Cependant, les études menées ont démontré que selon la tranche d'âge les ECDA pourraient également induire des signes cliniques intestinaux (diarrhée) - la sensibilité aux ECDA serait étroite, située entre un et cinq ans.
La colibactine est unetoxine produite parE. coli.génotoxique, elle provoque des dommages à l'ADN, par cassures du double brin et par des mutations. Elle serait à l'origine de l'émergence de tumeurs intestinales induisant uncancer colorectal[27]. La présence intratumorale d’Escherichia coli productrices de colibactine (CoPEc pourColibactin producing Escherichia coli) est défavorable. En effet, les cellules tumorales à leur contact sont plus riches englycérophospholipides qui ont un rôleimmunosuppressif. Et cela a aussi pour effet de les rendre pluschimiorésistantes[28].
LesE. coli sont pathogènes dans des localisations extra-intestinales : méningites, abcès, péritonites, septicémies et surtout infections urinaires (UPEC).
Infections du tractus urinaire (infections urinaires)
Cette origine est la plus fréquente. Des germes d'origine fécale en provenance de la région périanale remontent dans la vessie, surtout chez les femmes. L'origine explique la fréquence des infections urinaires par germes fécaux surtout les entérobactéries : colibacilles,Klebsiella,Proteus mais aussi lesentérocoques.
Les germes charriés par la circulation (bactériémie) viennent se fixer au niveau de tractus urinaire si une cause favorisante permet leur implantation : rétrécissement, malformation, calcul. Ces causes entraînent une stagnation.
LesE. coli responsable d'infections du tractus urinaire sont le plus souvent des UPEC (Uropathogènes E. Coli). Leurs sérovars sont O1, O2, O4, O6, O7, O18, O75 en combinaison avec K1, K2, K3, K5, K12, K13.
Ces UPEC sont souvent présents dans la flore intestinale de la patiente atteinte.
Diagnostic bactériologique des infections urinaires
Le prélèvement devrait idéalement se faire par ponction sus-pubienne ou par sondage. Comme la première méthode n'est pas toujours réalisable en pratique et qu'il est déconseillé d'effectuer systématiquement la seconde (risque d'infections iatrogènes), on se contente généralement d'utiliser un échantillon récolté à la miction (partie moyenne du jet) après toilette des organes génitaux externes. Cette façon de procéder n'empêche cependant pas l'urine d'être souillée par des germes des orifices externes, gênants pour l'interprétation des résultats. De ce fait, ce prélèvement n'est valable que moyennant une analyse bactériologique quantitative. On admet généralement que la présence de moins de 10 000 germes par ml d'urine correspond à une contamination externe, alors que plus de 100 000 germes traduisent unebactériurie significative. Entre ces deux nombres, le résultat est plus difficile à interpréter. Pour que cette analyse quantitative soit faite dans de bonnes conditions, il faut que l'échantillon soit frais. Une méthode simple de triage quantitatif est la culture sur lames gélosées (lame de verre tapissée de gélose) plongées dans l'urine : le nombre de colonies apparaissant après incubation reflète le nombre de germes par ml d'urine. Cette méthode doit être complétée par l'identification des germes et la réalisation de l'antibiogramme. Des méthodes plus rigoureuses peuvent être appliquées au laboratoire par l'ensemencement d'un volume déterminé d'urine diluée sur uneboîte de Petri et par la numération des colonies obtenues.
Chez lesnouveau-nés, particulièrement sensibles àE. coli, on observe des manifestations graves (méningites, septicémies).
Certains types de colibacilles sont spécifiquement entéro-pathogènes pour lesnourrissons.
LesE. 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.
La présence d'E. coli dans un lait pasteurisé peut indiquer un degré insuffisant depasteurisation.
Pour une pièce de viande non hachée, les bactéries, présentes uniquement à la surface, sont facilement détruites lors de la cuisson par un passage, même rapide, à la poêle. Mais, dans le cas de la viande hachée, des bactéries sont susceptibles d’être présentes en profondeur et ces dernières ne seraient pas détruites par une cuisson rapide (viande bleue ou saignante) : une cuisson plus longue est indispensable.
Pour que la cuisson des steaks hachés surgelés destinés aux enfants permette d’atteindre en quelques minutes une température à cœur suffisante pour détruire les bactéries, il est recommandé de décongeler les steaks avant leur cuisson. La décongélation doit alors être faite soit en conservant les steaks le temps nécessaire dans la partie la plus froide du réfrigérateur dans leur conditionnement protecteur d’origine, soit dans un four à micro-ondes. La décongélation ne doit jamais être faite à température ambiante.
De plus, les légumes, mais aussi les fruits et les herbes aromatiques, en particulier ceux qui vont être consommés crus, doivent être soigneusement lavés puis épluchés si nécessaire avant leur préparation et leur consommation.
Les aliments crus doivent être conservés séparément des aliments cuits ou prêts à être consommés pour éviter les contaminations croisées (bonne séparation de la viande crue des autres aliments dans le réfrigérateur[31]).
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 et séchage avec un torchon propre avant de préparer le repas, plus particulièrement pour les jeunes enfants ; lavage soigneux des couteaux, planches à découper et autres ustensiles avant de cuisiner ; et lavage soigneux des mains après être allé aux toilettes[32].
Escherichia coli est sensible à toutes les β-lactamines (sauf la pénicilline G) malgré la production d'une céphalosporinase chromosomique non inductible de type AmpC qui peut entraîner chez certaines souches une réduction de la sensibilité aux aminopénicillines, à leurs associations au clavulanate et/ou au C1G.
La pression de sélection de l'antibiothérapie mal conduite, et les échanges entre espèces conduisent à l'apparition de nombreuses souches d'E. coli résistantes à de nombreuses β-lactamines et autres antibiotiques :
Pénicillinase de haut niveau chez 50 % desE. coli.
Hyperproduction de céphalosporinase chez 5 % desE. coli.
Escherichia coli est sensible auxbactériophages comme les phages T4 et lambda. Ces phages peuvent être utilisés en thérapeutique : laphagothérapie est utilisée chez l'humain dans certains payscomme la Russie et la Géorgie[réf. nécessaire].Eschericchia coli est généralement une des cibles des cocktails de phages à large spectre bactérien disponibles dans ces pays (Pyobactériophage,Intestibactériophage)[35]. Il existe aussi d'autres cocktails spécifiques à cette bactérie. Tous se présentent sous forme de cocktail liquide de suspension dephages propres à attaquer la bactérie.
Le traitement en France dans un cadre compassionnel est autorisé par l'ANSM à condition d'utiliser des bactériophagiques fabriqués selon les normes européennes de fabrication de médicaments[36]. Des traitements compassionnels ont lieu dans la plupart des pays occidentaux[37].
Des données regroupant différents petits tests cliniques montreraient une éradication du pathogène dans 40 % des cas, avec un taux de récupération des patients de 18 %. Globalement, ce secteur de la recherche souffre d'un manque d'essais contrôlés et du désintérêt de l'industrie pharmaceutique, seule l'industrie alimentaire ayant déposé des brevets de phages qualifiés d'additifs alimentaires, sans doute pour contourner une réglementation contraignante. L'autre contrainte est le manque de connaissances sur les mécanismes d'action[38].
E. coli est une bactérie constante dans les matières fécales des mammifères. Sa présence dans un aliment signe la contamination de l'aliment par des matières fécales. Un dénombrement permet d'apprécier le risque sanitaire en fonction de l'aliment. Dans l'eau de consommation par exemple,E. coli n'est pas toléré (0 dans 100 mL) alors que dans l'eau d'une baignade naturelle on tolère 10 000E. coli par mL.
Le dénombrement d'E. coli utilise les caractères lactose + à 44 °C, en gélose pour désoxycholate par exemple où les colonies seront rouges. Une confirmation par mise en évidence de l'idole, ou par une galerie appropriée, peut être réalisée. L'utilisation du caractèreβ-glucuronidase + est aussi possible avec des colonies bleues sur un milieu chromogène.
Ces dénombrements sont liés à celui des coliformes, E. coli étant uncoliforme thermotolérant, c'est-à-dire un coliforme cultivant à 44 °C.
Productions biotechnologiques et utilisation commerciale
Escherichia coli étant une bactérie particulièrement étudiée, elle est très utilisée pour sa capacité à produire des protéines, naturelles comme l'enzyme de restrictionEcoRI, ou d'autres après insertion de gènes d'intérêt (hôte hétérologue produisant de nombreuses protéines[39].).
Elle est aussi utilisée pour la production de substrats. Par exemple, en 2008, après un premier pilote industriel (installé en 2007 dans la raffinerie dePomacle-Bazancourt près deReims),E. coli est utilisée pour produire de l'acide succinique à partir de sucres et résidus lignocellulosiques fermentés en atmosphère enrichie en CO2[40]. Cette raffinerie dispose d'une capacité de production de 2 000 t/an. L'acide succinique est notamment utilisé commeexcipient dans le vaccin Prevenar13 de Wyeth Lederle Vaccines SA (Pfizer)[41].
Un clone est utilisée depuis plus d’un siècle pour traiter les troubles gastro-intestinaux. La soucheE. coli "Nissle 1917" fut isolée par un médecin allemand, durant lapremière Guerre mondiale, dans les fèces d'un soldat ne souffrant pas, contrairement aux autres, dedysenterie. Cette souche est depuis, "un incontournable en matière deprobiotique"[42].E. coli "Nissle 1917" a pour effet probable de protéger les organismes contreSalmonella Typhimurium, responsable de lasalmonellose et plus généralement de la dysenterie[43]. Pourtant son utilisation semble limitée aux malades atteints de maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI)[44]. La souche est commercialisée sous le nom "Capsule ECN 20". Elle ne semble pas disponible en France.
↑MARION GARDETTE, 2019. Virulence desEscherichia coli entérohémorragiques : rôle central du monoxyde d'azote dans le devenir de l'infection et identification de nouveaux déterminants impliqués dans l'adaptation du pathogène à l'environnement digestif. Thèse de L’université Clermont-Auvergne Clermont-Ferrand, France, 215p.
↑P. Raibaud et R. Ducluzeau, « Étude de la colonisation bactérienne du tractus gastro-intestinal à l'aide de modèles expérimentaux »,Rev.sci.tech. Off. int. Ep,.
↑Khadija CHEDAD & Omar ASSOBHEI, « Etude de la survie des bactéries de contamination fécale (coliformes fécaux) dans les eaux de la zone ostréicole de la lagune de Oualidia (Maroc). »,Bulletin de l’Institut Scientifique, Rabat, section Sciences de la Vie,,p. 29 : 71-79(lire en ligne[PDF])
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