Capsules, flagelles et fimbriae

Les microbiologistes décrivent les bactéries mobiles par l’emplacement de leurs flagelles, car cet arrangement est stable pour une espèce et aide à l’identification. Un seul flagelle à une extrémité : monotriche, comme chez Vibrio cholerae. Une touffe de flagelles à une extrémité : lophotriche, comme chez Pseudomonas fluorescens. Des flagelles aux deux extrémités : amphitriche. Des flagelles répartis sur toute la surface : péritriche, comme chez Escherichia coli, Salmonella et Proteus ; c’est cet arrangement qui produit le bord envahissant observé sur une boîte de gélose. Le filament est une hélice creuse de sous-unités de flagelline qui croît à son extrémité et qui est entraînée par un corps basal fixé dans la membrane ; celui-ci tourne très vite en utilisant le gradient de protons et non l’ATP. Ce moteur inverse son sens de rotation, et cette inversion modifie la nage : des phases de nage régulière alternent avec de brèves culbutes, et en allongeant les phases de nage lorsque la concentration d’une substance attractive augmente, la cellule remonte le gradient chimique. Ce déplacement orienté est le chimiotactisme ; c’est lui qui conduit un pathogène vers une plaie ou le long d’un uretère. La leçon clinique la plus importante ne porte pas sur le nombre, mais sur la variation. Les antigènes flagellaires peuvent être activés et désactivés, phénomène appelé variation de phase : l’anticorps fabriqué contre un type flagellaire peut donc ne pas reconnaître la génération suivante. Salmonella alterne entre deux gènes de flagelline, et la même ruse se retrouve dans les antigènes HA et NA du virus grippal et dans les gènes de piline de Neisseria gonorrhoeae. Les anticorps antiflagellaires peuvent aussi protéger autrement : ils pontent les filaments et immobilisent l’organisme, raison pour laquelle les vaccins tués anticolériques injectables reposaient en partie sur l’antigène flagellaire. Au laboratoire, le profil des antigènes flagellaires se lit avec celui des antigènes somatiques dans un schéma de sérotypage ; c’est cette combinaison, dans le schéma de Kauffmann–White, qui a d’abord permis aux équipes de santé publique de démontrer que des cas dispersés de fièvre typhoïde relevaient d’une seule épidémie et non de nombreuses infections sans lien. L’infirmière applique la même logique en signalant que trois patients d’un service partagent un sérotype : ce ne sont pas trois coïncidences, mais une seule source, et cela déclenche la recherche du véhicule commun.

Un pathogène qui atteint une muqueuse n’a encore rien infecté. Pour provoquer une maladie, il doit d’abord adhérer, puis se multiplier, puis envahir les tissus ou libérer une toxine ; chacune de ces étapes est une occasion distincte de l’arrêter. L’adhérence mérite une attention particulière parce qu’elle vient en premier et parce qu’elle est souvent la seule étape pour laquelle l’organisme possède un outil dédié. Escherichia coli uropathogène porte des fimbriae P qui se lient à un récepteur contenant du galactose sur la paroi des voies urinaires ; sans eux, la bactérie ne peut s’agripper, et les souches qui perdent ces gènes deviennent bien moins capables de provoquer une pyélonéphrite. Vibrio cholerae utilise un pilus corégulé par la toxine qui non seulement ancre l’organisme à la muqueuse du grêle, mais rapproche aussi les bactéries assez pour qu’elles servent de récepteur au bactériophage porteur des gènes de la toxine cholérique : adhérence et production de toxine sont donc physiquement liées. Neisseria gonorrhoeae fait varier ses pilines, ce qui explique qu’une personne puisse être réinfectée à plusieurs reprises. L’adhérence est aussi l’étape qui permet à une communauté de se former. Une fois fixées sur une surface, les bactéries sécrètent une matrice extracellulaire, deviennent un biofilm, et un biofilm résiste nettement mieux aux antibiotiques et au système immunitaire que les mêmes organismes cultivés librement en milieu liquide. C’est pourquoi un dispositif laissé en place est si dangereux et pourquoi le retirer est un traitement. L’idée vaccinale en découle directement. Parce que l’adhésine est exposée à la surface de la cellule, parce qu’elle est indispensable et non facultative, et parce qu’un anticorps dirigé contre elle peut bloquer physiquement la fixation, des vaccins ont été conçus pour induire des anticorps contre les protéines fimbriales. L’exemple classique est le vaccin oral contre le choléra, qui associe la sous-unité B de la toxine et des cellules entières tuées ; en médecine vétérinaire, les vaccins contre Escherichia coli entérotoxinogène induisant des anticorps anti-fimbriae K88 et K99 protègent les porcelets en empêchant l’adhérence dans l’intestin. Chez l’humain, les essais de vaccins fimbriaux ont été moins concluants, et les raisons sont instructives : les types fimbriaux sont nombreux, donc un vaccin doit être multivalent ; la réponse anticorps la plus utile doit être sécrétée sur la muqueuse, et pas seulement présente dans le sérum ; et certains pathogènes, comme le pneumocoque, se cachent derrière une capsule, si bien que la capsule, et non l’adhésine, devient la cible vaccinale. Pour l’infirmière, la leçon est préventive et pratique. Une bactérie qui ne peut pas adhérer ne peut pas coloniser : l’hygiène des mains, les soins de sonde, le retrait précoce des dispositifs et le maintien de l’intégrité cutanée et muqueuse ne sont donc pas des conseils d’hygiène généraux, mais des attaques précises contre la première étape de l’infection.

La conjugaison mérite un second regard, car elle explique une observation qui intrigue les étudiants : des espèces sans lien, dans le même hôpital, partagent le même profil de résistance, même lorsque l’antibiotique n’a jamais touché l’une d’elles. Le pilus conjugatif, étudié surtout comme pilus F d’Escherichia coli, est plus long qu’un fimbria ordinaire et il est codé par le plasmide même qu’il transfère. Il entre en contact avec une cellule receveuse, se rétracte pour rapprocher les deux enveloppes, et un pore de conjugaison s’assemble, à travers lequel un simple brin d’ADN plasmidique passe pendant que le brin complémentaire est synthétisé. La receveuse fabrique ensuite le second brin, le plasmide se circularise, et la cellule est désormais donneuse à son tour. Les gènes nécessaires à cette machinerie sont regroupés en un opéron, l’opéron tra, portés par le plasmide et non par le chromosome. Cette organisation compte, car un plasmide est de l’ADN accessoire : il peut être acquis, perdu et échangé sans tuer la cellule, et un même plasmide peut porter plusieurs gènes de résistance à la fois, si bien qu’un seul événement de conjugaison peut rendre une bactérie résistante à trois ou quatre familles de médicaments simultanément. La conjugaison est la voie la plus fréquente par laquelle les gènes de bêta-lactamase à spectre étendu (BLSE) et de carbapénémase circulent entre Klebsiella pneumoniae et Escherichia coli à l’hôpital, et le même mécanisme diffuse la résistance plasmidique chez Staphylococcus aureus et Enterococcus. D’autres voies de transfert horizontal existent et doivent en être distinguées. La transformation est l’incorporation d’ADN libre présent dans l’environnement, ce qui permet aux pneumocoques d’acquérir et d’échanger des gènes de capsule. La transduction est le transfert par un bactériophage, par lequel des gènes de toxine parviennent à Staphylococcus aureus et à Escherichia coli O157. La conjugaison est la seule des trois à exiger un contact direct entre cellules. Deux conséquences pratiques en découlent. D’abord, la diffusion de la résistance n’est pas toujours causée par l’antibiotique employé : un plasmide sélectionné chez un patient peut traverser le service sur les mains et le matériel et apparaître chez une autre espèce ; la lutte anti-infectieuse et le bon usage des antibiotiques sont donc les deux moitiés d’une même stratégie. Ensuite, l’ADN libre et les plasmides survivent dans l’environnement : le nettoyage, l’hygiène des mains, l’isolement des patients colonisés et l’élimination correcte des déchets agissent directement sur les conditions qui permettent la conjugaison. L’infirmière voit rarement un pilus, mais elle décide si le prochain contact aura lieu.