1

Escherichia coliEscherichia coli O157:H7 et les O157:H7 et les EscherichiaEscherichia producteurs de producteurs de

Shigatoxines (STEC)Shigatoxines (STEC)dans la viande dans la viande

Bien comprendre le mécanisme Bien comprendre le mécanisme d’infection pour mieux combattre la d’infection pour mieux combattre la

maladiemaladie

Pr Christine VERNOZY-Pr Christine VERNOZY-ROZANDROZAND

Journées  « STEC Experts » Journées  « STEC Experts » 25-26 juin 200825-26 juin 2008

2

Infections à Infections à E. coliE. coli producteurs de producteurs de

ShigatoxinesShigatoxines

Préoccupation de santé publique dans lesPréoccupation de santé publique dans les pays industrialiséspays industrialisés

Formes cliniques variées : Formes cliniques variées : Diarrhée parfois sanglante Diarrhée parfois sanglante SHU : principale cause IRA chez l’enfant < 3 ansSHU : principale cause IRA chez l’enfant < 3 ans PTT chez les adultesPTT chez les adultes Complications neurologiques et séquelles rénalesComplications neurologiques et séquelles rénales Létalité : 1 à 6 %Létalité : 1 à 6 %

Potentiel épidémiquePotentiel épidémique

3

E.coli extra-intestinauxE.coli intestinaux

ETEC Toxines LT, STEPEC eae, bfpEHEC eae, VT

EIEC Invasion EAggEC afa, LTDAEC afa

Infections urinaires Méningitesnéonatales

hlypapsfafimbriae type 1

K1,O1,O7, O16,O18H7

sfaOmpAibe 10

Escherichia coli

173 Ag O 80 Ag K 56 Ag H

~ 700.000{E.COLI : POUVOIR PATHOGENE

UPEC

4

DéfinitionsDéfinitions

Escherichia coli

VTEC=STEC(stx gene)

EHEC = STEC isolé desmalades

E. coli O157:H7, O103, O26, O111..)

5

VIRULENCE DES EHECVIRULENCE DES EHEC

6

Facteurs de virulenceFacteurs de virulence

Adhésion à la muqueuse Adhésion à la muqueuse digestivedigestive

Production de verotoxine ou Production de verotoxine ou shigatoxineshigatoxine

Autres facteurs de Autres facteurs de pathogénicitépathogénicité

7

- Au niveau du colon et du caecum

- Effacement et / ou destruction des microvillosités de l'épithélium intestinal - Condensation de l'actine cellulaire piédestal

-Adhésion étroite par l'intermédiaire de l’intimine produit du gène eae

(Knutton et al, Infect. Immun. 1987)

Locus d’effacement des Entérocytes (LEE)

Récepteur Intimine tir eae

Protéines effectricesespA, espB, espD

Système de sécrétion de Type III

= Seringue moléculaire

Lésions d’attachement et d’effacement

8

Piédestal

9

Multiplication des EHEC au Multiplication des EHEC au niveau du colon sans invasionniveau du colon sans invasion

Synthèse de Shiga toxines Synthèse de Shiga toxines diffusant dans tout l'organismediffusant dans tout l'organisme

10

Verotoxines ou Shiga like toxines

Exotoxines protéiquesEffet cytopathogène sur cellules Vero, HeLaSynthèse codée par des phages tempérés(transfert horizontal du gène stx de Shigella dysenteriae type 1 vers E. coli par des bactériophages… passage vers d’autres coliformes)Récepteurs Gb3 (cellules intestinales , capillaires sanguins) mort par arrêt de la synthèse protéique

11

Ancienne dénomination

Nouvelle dénomination

gène protéine

Toxine de Shiga stx Stx

Toxine Shiga-like de type I ou(SLT-I) ou vérotoxine 1(VT1)

stx1 Stx1

SLT-II ou VT2 stx2 Stx2

SLT-IIc/d ou VT2c/d stx2c/d

SLT-II/f ou VT2e/f stx 2e/f

99 % d'homologie

55 % d'homologie

90% d'homologie

Verotoxine ou shigatoxine

Stx2c/dStx2e/f

Autres variants décrits très récemment : stx2 g, . stx2-

NV206

12

ChromosomeChromosome

Système de sécrétionde type III

Tir eaeProtéines

espA, espB, espD

stx1

stx2

LEE

Plasmide

90 Kb

espP

KatP

ehx

Gènes codant les facteurs de virulence

13

Recepteurs glycolipidiquesRécepteurs glycolipidiques

Globotriosylcéramide (Gb3)

à la surface des entérocytes, capillaires du TD

sur les cellules endothéliales du rein humain

dans les glomérules des enfants < 2 ans

Masqué chez l'adulte

sur les cellules endothéliales du pancréas et du système nerveux central

Lingwood, Nephron, 1994

14

AA32kDa32kDa

BB

BBBB

BB

BB

Gb3Gb3 (globotriosyl céramide)(globotriosyl céramide)

AA32kDa32kDa BB

BB

BB

BB BB

LES SHIGATOXINES

15

Inhibition de la Inhibition de la sous unité 60S sous unité 60S du ribosomedu ribosome

ENDOCYTOSEENDOCYTOSEPénétration Pénétration dans dans l ’entérocytel ’entérocyte

ProtéolyseProtéolyse Libération des Libération des fragments actifs Afragments actifs A

ARNmARNm Mort Mort cellulairecellulaire

Mécanisme d ’action de la toxine

16

•

• Hémolysine: gène ehxA (plasmides)

•Système de transport du fer : gène chuA (chromosome)

Résistance à l'acidité gastrique : gène Résistance à l'acidité gastrique : gène rporpoSS codant codant pour un facteur permettant la survie du germe à un pour un facteur permettant la survie du germe à un pH <2,5pH <2,5

Serine protéase (Serine protéase (EspPEspP) plasmidique : clivage du ) plasmidique : clivage du facteur Vfacteur V

Enterotoxine thermostable Enterotoxine thermostable EAST1EAST1: diarrhée aqueuse: diarrhée aqueuse Catalase (Catalase (KatPKatP) plasmidique : burst oxydatif des PNN ) plasmidique : burst oxydatif des PNN

et des macrophageset des macrophages Toxine Toxine Clostridium difficileClostridium difficile like like

Law, J Applied Microb, 2000Law, J Applied Microb, 2000

Autres facteurs de pathogénicité

17

PathogéniePathogéniePathogéniePathogénieInfection intestinale

DiarrhéeColite hémorragique

Passage dans le sanget transport par les PNN

Stx

Organes cibles

18

CLINIQUECLINIQUE

19

~ 30% Protéinurie

~ 60% Résolution

Complications tardives?Heuvelink,2000

3- 4 jours

90%

90%

10%7 jours

10%

Ingestion de EHEC

Crampes abdominales, diarrhée non sanglante

Résolution

RésolutionDiarrhée sanglante

SHU

5% décès

5% IRC

20

SHU SHU Caractéristiques cliniques à la phase aiguëCaractéristiques cliniques à la phase aiguë

www.invs.sante.frwww.invs.sante.fr; Gerber 2002 ; Loirat 2004 ; Noris 2005 ; ; Gerber 2002 ; Loirat 2004 ; Noris 2005 ; Lynn 2005Lynn 2005

Diarrhée prodromiqueDiarrhée prodromique 90-95 %90-95 %sanglantesanglante 60-70 %60-70 %

Intervalle entre diarrhée et SHUIntervalle entre diarrhée et SHU 5-6 jours (1 à 35 5-6 jours (1 à 35 j)j)

Transfusion à la phase aiguëTransfusion à la phase aiguë ≃ 70 %≃ 70 %

Dialyse à la phase aiguëDialyse à la phase aiguë 50 %-60 %50 %-60 %

Complications neurologiquesComplications neurologiques ≃ 20 %≃ 20 %

Complications intestinales/pancréatiquesComplications intestinales/pancréatiques ≃ 10 % ≃ 10 %

CardiomyopathieCardiomyopathie ≃ 2 % ≃ 2 %

Décès à la phase aiguëDécès à la phase aiguë 1 %-2 % en France1 %-2 % en France

21

SHU POST-DIARRHEE (D+)SHU POST-DIARRHEE (D+)

SHU défini par la triadeSHU défini par la triade

anémie hémolytique (Hb<10 g/dl) + schizocytesanémie hémolytique (Hb<10 g/dl) + schizocytes

thrombopénie (< 150 000/mmthrombopénie (< 150 000/mm33))

insuffisance rénale aiguëinsuffisance rénale aiguë

SHU D+SHU D+ 90-95 % des SHU90-95 % des SHU

du à une infection à du à une infection à E.coliE.coli producteurs de shiga producteurs de shiga

toxine (Stx)toxine (Stx)

22

23

Surveillance du SHUSurveillance du SHUchez les enfants de moins de 15 chez les enfants de moins de 15

ansans Recherche des STEC non réalisée en Recherche des STEC non réalisée en

routine dans les laboratoires d'analyses routine dans les laboratoires d'analyses médicalesmédicales

Mise en place en 1996Mise en place en 1996 Volontariat de néphrologues pédiatres de Volontariat de néphrologues pédiatres de

31 centres hospitaliers (Société de 31 centres hospitaliers (Société de Néphrologie Pédiatrique) Néphrologie Pédiatrique)

Coordination par l’Institut de veille Coordination par l’Institut de veille sanitairesanitaire

Collaboration avec le Centre National de Collaboration avec le Centre National de Référence des Référence des Escherichia coliEscherichia coli et et Shigella Shigella et le laboratoire associéet le laboratoire associé

24

Objectifs de la surveillance Objectifs de la surveillance du SHUdu SHU

Suivre les tendances spatio-Suivre les tendances spatio-temporelles du SHUtemporelles du SHU

Identifier les sérogroupes de STEC Identifier les sérogroupes de STEC responsables du SHUresponsables du SHU

Détecter les foyers de cas groupés Détecter les foyers de cas groupés de SHU ou d’infections à STECde SHU ou d’infections à STEC

25

Modalités de la surveillance du Modalités de la surveillance du SHUSHU

Données collectées Données collectées

Informations cliniques et biologiquesInformations cliniques et biologiques

Expositions à des facteurs de risque Expositions à des facteurs de risque connus : connus :

Consommation de viande bovine, de produits laitiers,Consommation de viande bovine, de produits laitiers, Cas de diarrhée dans l’entourage, Cas de diarrhée dans l’entourage, Contact avec des animaux de ferme, Contact avec des animaux de ferme, BaignadeBaignade

Confirmation microbiologique : Confirmation microbiologique : détection d’anticorps sériques dirigés contre 7 STEC détection d’anticorps sériques dirigés contre 7 STEC détection de gènes codant les Shigatoxines détection de gènes codant les Shigatoxines isolement de souches de STEC dans les sellesisolement de souches de STEC dans les selles

26

Résultats de la surveillance du SHU Résultats de la surveillance du SHU 1996-20051996-2005

Participation constante de 31 Participation constante de 31 néphrologues pédiatresnéphrologues pédiatres

859 cas de SHU notifiés pour 1996-2005859 cas de SHU notifiés pour 1996-2005 Incidence annuelle 0,7 / 100 000 Incidence annuelle 0,7 / 100 000 stable depuis 1996 : stable depuis 1996 :

< 1 / 100 000 enfants de moins de 15 < 1 / 100 000 enfants de moins de 15 ans ans

27

ItalieItalie (1988-2000) (1988-2000) 0,28/100 0000,28/100 000 enfants enfants de moins de 15 ans (Tozzi, Caprioli et al. de moins de 15 ans (Tozzi, Caprioli et al. 2003) ;2003) ;

DanemarkDanemark (1997-2000) (1997-2000) 0,67/100 0000,67/100 000 enfants de moins de 5 ans (Scheutz, enfants de moins de 5 ans (Scheutz, Olesen et al. 2001);Olesen et al. 2001);

Allemagne et AutricheAllemagne et Autriche (1997-2000) (1997-2000) respectivement respectivement 0,71/100 0000,71/100 000 et et 0,36/100 0,36/100 000000 enfants de moins de 15 ans (Gerber, enfants de moins de 15 ans (Gerber, Karch et al. 2002), Fischer et al., 2001) ;Karch et al. 2002), Fischer et al., 2001) ;

Belgique Belgique (1996) (1996) 0,42/100 0000,42/100 000 enfants de enfants de moins de 15 ans (Pierard et al., 1999) ;moins de 15 ans (Pierard et al., 1999) ;

Angleterre, Écosse, Pays de Galles et Angleterre, Écosse, Pays de Galles et Irlande du Nord (1997-2001Irlande du Nord (1997-2001) ) respectivement respectivement 0,71, 1,56, 0,71 et 0,71, 1,56, 0,71 et 0,97/100 0000,97/100 000 enfants de moins de 16 ans enfants de moins de 16 ans (Lynn et al., 2005).(Lynn et al., 2005).

28

SHU D+SHU D+INCIDENCE ANNUELLE CHEZ L’ENFANT (< 15 ans) INCIDENCE ANNUELLE CHEZ L’ENFANT (< 15 ans)

EN France 1996-2006EN France 1996-2006

Année Année

Nombre de cas de SHUNombre de cas de SHU Incidence annuelleIncidence annuelle(pour 10(pour 1055 enfants < 15 ans) enfants < 15 ans)

19961996 8181 0,660,66

19971997 9292 0,750,75

19981998 7676 0,590,59

19991999 9393 0,760,76

20002000 7979 0,640,64

20012001 7474 0,610,61

20022002 7373 0,600,60

20032003 8080 0,660,66

20042004 8787 0,720,72

20052005 122122 1,011,01

20062006 104104 0,870,87

TotalTotal 961961 0,710,71

Réseau de Surveillance, Institut de Veille Sanitaire (InVS) et Société de Néphrologie Pédiatriquewww.invs.sante.fr

29

2007 - 20082007 - 2008 2007 : 72 cas ont été déclarés 2007 : 72 cas ont été déclarés En 2008 : 31 jusqu’au 18 juin 2008 En 2008 : 31 jusqu’au 18 juin 2008 

– Plusieurs retraits des produits alimentaires, Plusieurs retraits des produits alimentaires, concernant principalement la viande de bœuf concernant principalement la viande de bœuf hachée, ont été effectués depuis mars 2008hachée, ont été effectués depuis mars 2008

– 31 cas de SHU ont été identifiés jusqu’au 18 juin 31 cas de SHU ont été identifiés jusqu’au 18 juin 2008, ce que ne représente pas une augmentation 2008, ce que ne représente pas une augmentation dans le nombre de cas habitueldans le nombre de cas habituel

– Un épisode de cas groupés du SHU en cours Un épisode de cas groupés du SHU en cours d’investigation d’investigation

– Aucun cas identifié n’a rapporté la consommation Aucun cas identifié n’a rapporté la consommation des aliments concernés par les retraits effectués en des aliments concernés par les retraits effectués en 20082008

30

SHU :AGE DE SURVENUESHU :AGE DE SURVENUEFrance, 1996-2006France, 1996-2006

▪ Les 2/3 des enfants ont moins de 3 ans → incidence annuelle avant 3 ans : 2.3/105

▪ 15 % des enfants ont moins de 1 an, dont 5 % ont moins de 6 mois

▪ Âge minimum : 7 jours

31

Résultats de la surveillance du SHURésultats de la surveillance du SHUCaractéristiques des cas de SHUCaractéristiques des cas de SHU

Age médian : 27 mois [extrêmes : 15 jours-15 ans]Age médian : 27 mois [extrêmes : 15 jours-15 ans]

Incidence la plus élevée chez Incidence la plus élevée chez ≤≤ 2 ans : 2,3 / 100 000 2 ans : 2,3 / 100 000

– <= 1ans : 40 % (344)<= 1ans : 40 % (344)

– <= 3 ans : 71% (609)<= 3 ans : 71% (609)

– <= 5 ans : 83 % (718)<= 5 ans : 83 % (718)

– <= 10 ans : 96,5 % (829)<= 10 ans : 96,5 % (829)

53% de filles53% de filles

Durée hospitalisation moyenne : 10 jours (1-93)Durée hospitalisation moyenne : 10 jours (1-93)

9 décès (létalité = 1%)9 décès (létalité = 1%)

32

SHU (D+)INCIDENCE ANNUELLE MOYENNE SHU (D+)INCIDENCE ANNUELLE MOYENNE DEPARTEMENTALEDEPARTEMENTALEFrance, 1996-2006France, 1996-2006

Incidence annuelle la plus élevée :

Régions : Franche Comté 1.6/105

Bretagne 1.3/105

Départements : Finistère 2.2/105

Territoire de Belfort1.9/105

33

Recrudescence estivale :Recrudescence estivale :51% des SHU entre juin et septembre51% des SHU entre juin et septembre

0

5

10

15

20

25

JFMAMJJA SONDJFMAMJJA SONDJFMAMJJA SONDJFMAMJJA SONDJFMAMJJA SONDJFMAMJJA SONDJFMAMJJA SONDJFMAMJJA SONDJFMAMJJA SOND

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Mois du diagnostic

Nombre de cas

34

Sérogroupes d’EHEC impliqués Sérogroupes d’EHEC impliqués dans ces SHUdans ces SHU

ConfirmationConfirmation d’infection à STEC : d’infection à STEC : 64%64% (798 testés)(798 testés)Infection O157 : 84%Infection O157 : 84% (433/514) (433/514) sérologies positives ou isolementsérologies positives ou isolement

Parmi ces infections à STEC Parmi ces infections à STEC confirmées.confirmées.

O26 (6%), O26 (6%), O103 (3%),O103 (3%),O145 (2%),O145 (2%),O91, O111 et O55 (1%).O91, O111 et O55 (1%).

35

– Proportion de sérogroupes non Proportion de sérogroupes non O157O157 identifiée parmi les souches identifiée parmi les souches STEC STEC

10% (1996-2001) 10% (1996-2001) 23% (2002-2006).23% (2002-2006).

– Forte prédominance du sérogroupe Forte prédominance du sérogroupe O157O157 très probablement liée à une très probablement liée à une sous estimation du nombre réel sous estimation du nombre réel d’infections à STEC non O157, due d’infections à STEC non O157, due à l’absence de stratégies à l’absence de stratégies d’isolement efficaces pour ces d’isolement efficaces pour ces souches à ce joursouches à ce jour

36

Facteurs de risque de survenue Facteurs de risque de survenue

du SHU sporadiques chez du SHU sporadiques chez l’enfantl’enfant

Étude 2000-2001Étude 2000-2001 : : 105 cas de SHU / 196 témoins105 cas de SHU / 196 témoins

consommation de steak haché de bœuf peu consommation de steak haché de bœuf peu cuitcuit

existence de cas de diarrhée dans le foyer existence de cas de diarrhée dans le foyer familial ou dans la collectivité familial ou dans la collectivité

consommation d’eau de puits non traitée consommation d’eau de puits non traitée

contact avec des bovins en été (SHU à STEC) contact avec des bovins en été (SHU à STEC)

37

Résultats de la surveillance du SHU Résultats de la surveillance du SHU EpidémiesEpidémies

Majorité de cas sporadiques Majorité de cas sporadiques 5 épidémies depuis 19965 épidémies depuis 1996

– E. coli E. coli O157O157, merguez (2000), 10 cas infection , merguez (2000), 10 cas infection STEC dont 2 SHU adultes, Tiac familialeSTEC dont 2 SHU adultes, Tiac familiale

– E. coli O148E. coli O148, viande de mouton mal cuite , viande de mouton mal cuite (2002) , Tiac familiale(2002) , Tiac familiale

– E. coliE. coli O157 O157 fromage de chèvre frais (2004), 2 fromage de chèvre frais (2004), 2 cas SHU famillecas SHU famille

– E. coliE. coli O157 O157 , steak haché congelé (2005), 69 cas , steak haché congelé (2005), 69 cas d’infection à STEC dont 17 SHU (16 enfants)d’infection à STEC dont 17 SHU (16 enfants)

– E coliE coli O26 O26, camembert au lait cru (2005), 17 , camembert au lait cru (2005), 17

enfants avec SHUenfants avec SHU

38

Diagnostic Diagnostic bactériologiquebactériologique

39

Diagnostic Diagnostic bactériologique bactériologique

des infections à STECdes infections à STEC

Diagnostic Diagnostic bactériologique bactériologique

des infections à STECdes infections à STEC Recueil des sellesRecueil des selles

STEC : portage brefSTEC : portage bref

4 à 7 jours maximum 4 à 7 jours maximum après le début des symptômesaprès le début des symptômes

Tarr, CID, 1995Tarr, CID, 1995

Recueil des sellesRecueil des selles STEC : portage brefSTEC : portage bref

4 à 7 jours maximum 4 à 7 jours maximum après le début des symptômesaprès le début des symptômes

Tarr, CID, 1995Tarr, CID, 1995

40

Culture

Selles ou écouvillonnage rectal

gènes de virulence

Diagnostic bactériologique des infections à STEC

Diagnostic bactériologique des infections à STEC

SérologieAnticorps anti LPS

41

IsolementIsolement- Drigalski, Hektoen- Drigalski, Hektoen

- Gélose au sang - enterohemolysin agar- Gélose au sang - enterohemolysin agar

Agglutination des sérotypes « EPEC » Agglutination des sérotypes « EPEC » classiquesclassiques

METHODES DE DETECTION METHODES DE DETECTION DES STEC non O157DES STEC non O157

Mise en évidence des gènes de virulence

42

Mise en évidence des gènes Mise en évidence des gènes de virulencede virulence

Directement dans les selles après Directement dans les selles après enrichissement (4 à 6h en eau peptonée)enrichissement (4 à 6h en eau peptonée)

Sur les colonies suspectesSur les colonies suspectes Sur une primoculture de la selleSur une primoculture de la selle

PCR

43

PCR MULTIPLEX Sur les selles de patients atteints de SHU

44

PCR POSITIVEPCR POSITIVEIsolement de la bactérie indispensableIsolement de la bactérie indispensable

Etudes épidémiologiques moléculaires (Ribotypie, pulsotypie)

45

Epidémie du Sud Ouest - 2005E.coli O157 H7

PFGE après digestion par XbaI

M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 M

1 –profil 22 - profil 33 – profil 44-12 : profil 1 retrouvé chez

- 38 souches humaines - 34 souches de steaks

13 = souche non reliée 114 = souche non reliée 2M : marqueur de poids moléculaire

profil 1

46

Sérum précoce et sérum tardif

•Mise en évidence des anticorps anti LPS de 25 serogroupes d' E.coli dont O157 : H7

•

Ac de classe IgA, IgM, et IgG•

Techniques :  ELISA, immunoblotting, hémagglutination

Diagnostic sérologique des infections à STEC

Diagnostic sérologique des infections à STEC

Indispensable - pour les études épidémiologiques lorsque la mise en évidence des STEC dans les selles est négative ou impossible - l ’identification des autres sérogroupes STEC

•

47

ConclusionConclusion

Incidence stable depuis 1996 (< 1/ 100 Incidence stable depuis 1996 (< 1/ 100 000)000)

Incidence du SHU en France comparable Incidence du SHU en France comparable à celle d'autres pays européensà celle d'autres pays européens

Forte prévalence du sérogroupe O157Forte prévalence du sérogroupe O157

Infection par d'autres sérogroupes non Infection par d'autres sérogroupes non O157 en augmentationO157 en augmentation