DIAGNOSTIC BIOLOGIQUE D’UNE INFECTION A ESCHERICHIA COLI

Hortense GONSUMédecin BiologisteFMSB/ CHUY

PLAN

• Introduction et historique• Taxonomie• Epidémiologie• Caractères bactériologiques• Facteurs de pathogénicité • Pouvoir pathogène • Diagnostic biologique• Sensibilité aux antibiotiques • Résistance aux antibiotiques• Traitement • Mesures d’hygiène

INTRODUCTION ET HISTORIQUE• Escherichia coli encore appelée colibacille

(bacille du colon)est un bacille gram négatif découvert en 1885 par le pédiatre allemand Theodor Escherich dans les selles de nourrissons

• Dans les années 1950, de nombreuses souches d’E. coli ont été incriminées en tant qu’agents étiologiques de diarrhées infantiles

• On a découvert par la suite que certaines souches spécialisées d’E. coli sont associées à des pathologies très diverses y compris extra intestinales tant chez l’homme que chez l’animal

TAXONOMIE

Règne Bacteria

Embranchement Proteobacteria

Classe Gamma proteobacteria

Ordre Enterobacteriales

Famille Enterobacteriaceae

Genre Escherichia

Espèces E. coliE. fergusoniiE. hermanniiE. vulnerisE. blattae

EPIDEMIOLOGIE• Les E. coli sont des hôtes normaux du tube digestif, de la

partie distale de l’iléon et du colon de l’homme et de la plupart des animaux à sang chaud qu’ils colonisent dès les premières heures après la naissance.

• Ils constituent l’espèce dominante de la flore aérobie (106 à 108 bactéries par gramme de selles chez l’adulte = 1000 fois moins importante que la flore anaérobie).

• Une dizaine de sérotypes coexistent normalement chez un même individu mais cette flore n’est pas fixée et subit fréquemment des fluctuations dans sa composition.

• La plupart des souches sont sans danger mais certains gènes peuvent donner à des E. coli commensaux des potentialités pathogènes.

EPIDEMIOLOGIE• Les E. coli n’existent pas normalement dans

l’eau et le sol. Leur présence est un indicateur de contamination fécale. Le dénombrement des coliformes dans l’eau est appelé “colimétrie”.

• Les infections à E. coli peuvent se transmettre par les aliments souillés, les mains sales souillées par le contact avec des animaux porteurs ou leurs déjections, par contact avec une personne malade qui excrète des bactéries dans ses selles

CARACTERES BACTERIOLOGIQUES CARACTERES MORPHOLOGIQUES

• BG -

• 2-3 µ de long sur 0,7 µ de large

• Isolé ou groupé en diplobacille ou en amas (rares)

• Mobilité positive réduite

• Ciliature péritriche sauf sérotypes O:111 qui est immobile

• Des formes capsulées ont été rencontrées (présence de l’Antigène A)

CARACTERES BACTERIOLOGIQUES CARACTERES CULTURAUX

•Aero-anaerobie facultatif

•pH optimum : 7,5

•Temperature : 37° (pousse entre 15° et 45° )

CARACTERES BACTERIOLOGIQUES •CARACTERES BIOCHIMIQUES

Rouge de méthyleVPLactoseONPGMannitolIndoleUréaseAcétoineCitrateH2SGazRéduit les nitrates en nitritesSaccharoseSalicineLDC

(+)(-)(+)(+)(+)

(+++)(-)(-)(-)(-)(+)

(+)(+)(+)

CARACTERES BACTERIOLOGIQUES • On peut rencontrer des variants négatifs pour un

caractère habituellement positif (par exemple indole). Ceci est consécutif à une mutation.

• A l’inverse, on peut exceptionnellement rencontrer des variants positifs pour un caractère habituellement négatif (par exemple la production de H2S). Ce caractère est dans de tels cas souvent code par un plasmide.

• Les variants immobiles et agazogènes d’E. coli peuvent causer des problèmes de diagnostic différentiels avec les Shigella et avaient reçu un nom particulier : Alkalescens-Dispar

CARACTERES BACTERIOLOGIQUES CARACTERES ANTIGENIQUES

• Les composants antigéniques de E. coli sont varies et appartiennent à 3 types de structures.

• Leur identification permet de définir le sérotypes c’est- à -dire l’association des spécificités des antigènes O, H et si possible K.

• Cette sérotypie permet de caractériser une souche, en particulier les souches pathogènes et endémiques.

• Ex: ▫ sérotypes O111:K4:H2 de souches enteropathogènes ▫ Sérotypes O157:H7 de souches enterohémorragiques

CARACTERES BACTERIOLOGIQUES • Antigène somatique O

▫ Correspond au lipopolysaccharide de surface avec une composition très complexe

▫ 181 types antigéniques détectables par agglutination

▫ Des méthodes de sérotypage moléculaires sont actuellement développées

▫ La méthode classique de détection est limitée par : la présence d’agglutinations croisées entre les antigènes O

des Shigella et de certains Salmonella Le passage de certaines colonies de la forme S à la forme R

avec pour conséquence l’absence de synthèse de l’antigène O

Le nombre de plus en plus élevé de sérum à fabriquer

CARACTERES BACTERIOLOGIQUES • Antigène H

▫ Il correspond aux protéines flagellaires

▫ La diversité des antigènes est du aux différents types de flagelline (composante essentielle du flagelle)

▫ 56 sérotypes difficiles à mettre en évidence en raison de leur fragilité et de la faible mobilité de la plupart des souches lors de leur isolement

▫ Intérêt épidémiologique pour la confirmation à l’appartenance d’E. coli à la même souche bactérienne

▫ Le typage de l’Antigène H peut se faire par séro-agglutination ou encore par des techniques moléculaires de sérotypage

CARACTERES BACTERIOLOGIQUES • Antigène K

▫93 Antigènes K

▫Ce sont des antigènes de surface de nature polysaccharidique qui constituent soit:

une enveloppe d’importance variable antigène K de type B . Sa mise en évidence est difficile; c’est pourquoi ces antigènes n’apparaissent plus dans les formules antigéniques

soit une véritable capsuleantigène K de type A de Kaufmann. Dans ce cas, les colonies bactériennes sont alors mucoides et l’antigène O est masqué. Il ne peut être révélé qu’après chauffage

FACTEURS DE PATHOGENICITEL'étude des facteurs de pathogénicité des Escherichia coli  a montré que dans l'espèce, il existe des facteurs de virulence spécifiques permettant de regrouper les souches dans des variétés pathogènes : les pathovars.

Les facteurs de pathogénicité sont :

• Une capsule qui s'oppose à la phagocytose

• Des protéines de la membrane externe et le LPS donnant aux bactéries la capacité d'échapper à l'activité bactéricide du sérum de l'hôte en s'opposant à la fixation du complément

• Des systèmes de captation du fer - les sidérophores - fournissant  aux bactéries le fer indispensable à leur multiplication, au détriment de la transferrine.        

FACTEURS DE PATHOGENICITE• Des adhésines : conférant aux souches qui les possèdent la propriété

de se fixer aux cellules épithéliales. De nature protéique, elles sont portées le plus souvent par des pili communs.  L'adhérence constitue une étape essentielle de la pathogenèse des infections dues aux bactéries entériques.

• Des toxines▫ l'endotoxine, commune aux entérobactéries▫ les entérotoxines : ST (thermostables) et LT (thermolabiles)

Ce sont des toxines cytotoniques qui agissent sur le contrôle entérocytaire de la sécrétion hydro-électrolytique.  Ces facteurs de virulence sont codés par les plasmides.  La toxine LT est proche de la toxine cholérique

▫ les cytotoxines SLT1 et SLT2 (Shiga-like toxin) Ce sont des toxines qui altèrent l'intégrité des entérocytes On les appelle encore des Véro-toxines (VT) à cause de leur effet toxique sur

les cellules Véro en culture

POUVOIR PATHOGENELES INFECTIONS DE L'ARBRE URINAIRE :

• Mécanisme ▫ La migration des germes du tube digestif vers l'arbre urinaire par

voie ascendante et externe▫ Contamination par voie lymphatique

• Facteurs favorisants :▫ Urèthre féminin plus court que celui de l’homme plus fréquent

chez la femme▫ Toutes les causes de stase telles que : lithiase, prostatite,

compression, grossesse, malformation. En effet, le pH acide et les vidanges périodiques de la vessie jouent un rôle important pour empêcher la prolifération intra vésicale des bactéries                              

• E. Coli est impliqués dans 90% des infections communautaires du tractus urinaire survenant sur un arbre urinaire anatomiquement normal.

• Il s’agit essentiellement des cystites, pyélites et pyélonéphrites.

POUVOIR PATHOGENE• Cependant, la contamination vésicale par le colibacille ne

donne une infection urinaire et surtout une atteinte du parenchyme rénal, qu'avec certaines souches particulières Souches uro pathogènes (UPEC = uropathogenic E. coli)

• Facteurs de pathogenicite : ▫ adhésion aux cellules uroépitheliales grâce aux

pili de type P ou pili PAP (pyelonephritis Associated Pili) Pili de type 1 et F1C

▫ Les adhésines S, M et Afa/Dr▫ Induction de la sécrétion de cytokines pro-inflammatoire▫ Synthèse des sidérophores▫ Capsule

• Les souches uro-pathogènes appartiennent plus fréquemment aux :▫ sérotypes  O : 1,  2,  4,  6,  7,  16,  18,  25, 50, 75 ▫ sérotypes  K : 1, 2, 3, 5, 12, qui possèdent des adhésines

POUVOIR PATHOGENELES INFECTIONS ABDOMINALES

• Suppurations (péritonéales, biliaires, appendiculaires, génitales) et maladies inflammatoires (maladie de Crohn)

• Les souches en cause

▫ Colonisent la muqueuse grâce aux pili de type 1, pénètrent à l’intérieur de la cellule épithéliales s’y multiplient

▫ Appartiennent au pathovar AIEC = Adherent-invasive E. coli

▫ ont un pouvoir cytotoxique sur les polynucléaires,

▫ opposent une résistance à la phagocytose

▫ Survivent et se multiplient à l’intérieur des macrophages

▫ possèdent des systèmes de captation du fer

POUVOIR PATHOGENELES BACTÉRIÉMIES

• Les pathovars des Escherichia coli  incriminés dans les bactériémies sont caractérisés par un fort pouvoir invasif. Ils possèdent dans ce cas :▫ des systèmes de captation du fer, ▫ des cytotoxines qui, occasionnent des dégâts tissulaires en

 facilitant leur diffusion ▫ des facteurs de résistance à la phagocytose (par la capsule) et à

l'action bactéricide du complément (par les chaînes latérales du LPS)

LE CHOC ENDOTOXINIQUE

• Fièvre, collapsus et hémorragies sont les symptômes principaux du redoutable choc septique qu'engendre la lyse massive dans l'organisme d'entérobactéries (ou de bactéries à Gram négatif) qui libèrent de grandes quantités de LPS.

POUVOIR PATHOGENELES MÉNINGITES ET LES BACTÉRIÉMIES DU NOUVEAU NE   ET DU

NOURRISSON

• 30% environ des méningites néonatales sont dues à Escherichia coli. Elles s'accompagnent presque toujours d'un état bactériémique, voire septicémique.

• L'infestation du nouveau-né est certainement d'origine maternelle.

• Les souches exprimant l'antigène K1 sont largement prépondérantes dans ces infections. L’antigène K1 a une composition chimique et la spécificité immunologique identiques à celle de l’antigène B de N. meningitidis. Cet antigène augmente la résistance à la phagocytose et au pouvoir bactéricide du complément

• Il existe d’autres parentés immunologiques entre des antigènes K de E. coli et ceux d’autres bactéries agents des méningites:▫ K92/méningocoque du groupe C▫ K7/Streptococcus pneumoniae de type capsulaire 3▫ K100/Haemophilus influenzae de type capsulaire b

• Autres facteurs de virulence impliqués:▫ Systèmes de captation du fer▫ Adhésines fimbriale SfaA

POUVOIR PATHOGENE

LES INFECTIONS INTESTINALES•Les souches de E. coli responsables

d’infections intestinales sont actuellement classées dans 6 pathovars définis sur la base des facteurs de pathogénicite et des signes cliniques engendrés

Caractéristiques des E. coli enterovirulents

Sérogroupes O les plus fréquents Principaux facteurs de pathogénicité

EPEC 18-44-55-86-111-112-114-119-125-126-127-128ab -142

•Facteurs d’adhesion: Bfp (adhesion localisee)•Attachement effacement : gène eae

ETEC 6-8-15-20-25-27-63-78-80-85-115-128ac -139-148-153-159-167

•Facteurs d’adhesion CFA/I,CS… (plasmide)•Enterotoxines LT et ST (plasmide)

ECEI 28ac -29-124-136-143-144-152-164-167 •Pouvoir invasif (plasmide pINV)

EHEC 157-26-91-103-111-128 •Cytokines : Stx1 et Stx2 (bacteriophage)•Attachement-effacement : gène eae

EAEC 3-4-7-9ab-15-21-51-55-77-86-91-92-106-111-126-127

•Facteurs d’adhesion aggregative •Enterotoxine EAST-1

DAEC 4-15-28-44-50-55-69-75-86-125-126-127-128

•Facteurs d’adhesion AIDA/1 et Afa/Dr (adhesion diffuse)

POUVOIR PATHOGENE• Souches entérotoxinogènes

▫ E T E C (EnteroToxinogenic Escherichia Coli)

▫ Ces souches sont responsables de la "diarrhée des voyageurs" ou "turista" et de syndromes diarrhéiques épidémiques chez les enfants de moins de 2 ans dans les pays du tiers-monde.

▫ L’infection se produit apres absorption d’eau ou d’aliments contaminés et se manifeste par une diarrhée très aqueuse, cholériforme, des nausées, des crampes abdominales associées ou non avec une légère fièvre

▫ Les ETEC se fixent sur la muqueuse par l’intermediaire des facteurs d’adhesion CFA/1, CS et élaborent les entérotoxines thermolabile (LT) et thermostable (ST).

POUVOIR PATHOGENE• souches entéroinvasives

▫ E I E C (EntéroInvasive Escherichia Coli)

▫ Ces souches (très voisines des Shigella par leurs caractères biochimiques et antigéniques) sont responsables de syndromes dysentériques avec invasion de  la muqueuse intestinale.

▫ Cette pathologie ressemble à celle causée par les Shigella, avec fièvre élevée.

▫ Les souches entéroinvasives touchent toutes les tranches d’âge.

▫ Invasion de l’epithelium colique et reaction inflammatoire intense avec liberation massive d’interleukine

POUVOIR PATHOGENE• souches entérohémorragiques

▫ E H E C  (EnteroHaemorragic Escherichia Coli) .

▫ Le sérogroupe le plus impliqué est le 0157 et le sérotype 0157 : H7

▫ Les EHEC, sont capables d’adhérer aux entérocytes et secrètent alors des exotoxines la SLT1-1 la SLT2-2. Ces deux toxines appelées : Shiga-like toxins, sont proches de la toxine  de Shigella dysenteriae.

▫ Ces souches sont responsables de diarrhées sanglantes accompagnées de douleurs abdominales sans fièvre.

▫ Cette colites hémorragiques dure 2 à 10 jours et est liées à la production de toxines SLT.

▫ Complication= syndromes hémolytiques et urémiques (insuffisance rénale aigue, thrombopénie et anémie hémolytique).

POUVOIR PATHOGENE• souches entéropathogènes

▫ E P E C  (Enteropathogenic Escherichia coli)

▫ Leur mécanisme physiopathologique est du à la  capacité de ces souches à adhérer aux entérocytes et ensuite d’entrainer leur destruction sans jamais envahir les entérocytes. Ils créent des lésions d’attachement-effacement caractérisées par un effacement des microvillosités de la bordure en brosse des entérocytes et par une adhésion intime des bactéries à la cellule hôte

▫ Elles sont proches des souches entérohémorragiques (EHEC) car elles produisent les toxines SLT qui seraient responsable des lésions.

▫ Ces souches sont responsables de gastro-entérites souvent sous formes d’épidémies  chez l’enfant de moins de trois ans.

▫ Leurs diarrhées sont caractérisées par des selles aqueuses avec du mucus et ne comportent ni hématies ni leucocytes. Elles s’accompagnent de fièvre, de malaise, de vomissement.

POUVOIR PATHOGENE• Les Escherichia coli entero-aggregatives   E A G G E C  

▫ Les EAggEC sont des souches qui ne sécrètent pas les entérotoxines LT ou ST

▫ Leur pouvoir pathogène se fait par

adhésion aux cellules (adhésion agrégative). Sécrétion de mucus par les entérocytesles bactéries sont piégées

la surface de la muqueuse persistance de la colonisation Production de l’entérotoxine EAST1 (pour « EAggEC ST-like toxin

»), qui présente environ 50 % d’homologie avec la toxine ST des ETEC. La contribution de ces toxines au pouvoir pathogène n’est pas encore établie.

     ▫ Les EAggEC sont responsables :

De diarrhées persistantes pratiquement dans tous les pays du monde

De retard de croissance surtout chez les jeunes enfants.

POUVOIR PATHOGENE• Les Escherichia Coli à Adhésion Diffuse – E C A D –

(ou diffuse –adhering Escherichia coli =DAEC)

▫ Ces souches, tout d'abord classées avec les Escherichia coli entéro-pathogènes, forment maintenant un groupe à part, du fait de leur phénotype d'adhésion particulier qui n'implique pas d'agrégats microbiens.

▫ Responsables de diarrhées chez l’enfant

▫ Deux marqueurs caractérisent ces souches : l'antigène fibrillaire de surface F1845 associé à un

fimbriae (pilus) la protéine adhesin involved in diffuse adhérence, AIDA-1

DIAGNOSTIC BIOLOGIQUEPRELEVEMENT• 2eme jet d’urine chez l’adulte • Urine dans un collecteur chez le nourrisson• LCR• Hémoculture• Selles dans un flacon stérile• Pus• Liquide d’ épanchement

EXAMEN MICROSCOPIQUE

• Numération des leucocytes par mm³ à la cellule de Malassez

• Coloration de Gram BG –• Permet d’orienter sur le choix du milieu

DIAGNOSTIC BIOLOGIQUECULTURE

• Sur gélose ordinaire

• Milieu non chromogène avec un indicateur de l’attaque du lactose permettant une différentiation des colonies ▫ Non sélectif (CLED, milieu lactose au bromocresol

pourpre)▫ Sélectif (milieu de Mac Conkey, milieu de Drigalski)

• Milieu chromogène

développement de bacilles à gram négatif, fermentant le lactose et présentant les caractères biochimiques qui caractérisent l’espèce

DIAGNOSTIC BIOLOGIQUE• Quel que soit le milieu utilisé, les colonies sont

obtenues après 18 heures d’incubation à 37°C.

• Colonies rondes , lisses, à bord réguliers et de 2-3 mm de diamètre.

• Sur milieux de culture usuels, les mutants déficients en facteurs de croissance produisent des colonies naines très peu visibles.

• En milieu liquide, la culture confère un trouble homogène.

DIAGNOSTIC BIOLOGIQUE• Identification de l’espèce

▫Elle repose sur l’ étude de l’ensemble des caractères biochimiques (galeries classiques, Api 20E)

• Identification des sérotypes ou des sérogroupes▫Réalisable par agglutination d’une colonie sur lame ▫Intérêt épidémiologique

• Identification des pathovars▫Par des test génétiques, PCR, étude de

l’expression phénotypique

DIAGNOSTIC BIOLOGIQUE• Recherche de l'antigène K1 dans le sérum, le L.C.R ou les

urines du malade par agglutination de particules de latex sensibilisées mais réaction croisée avec l'antigène du groupe B des méningocoques.

• Révélation de la présence d'adhésines grâce à leur pouvoir hémagglutinant sur les globules rouges humains ou animaux.

• Mise en evidence du pouvoir invasif par :▫ le test de Sereny (l'instillation de la souche sur l'œil d'un cobaye

provoque une kérato-conjonctivite) ▫ leur pouvoir envahissant sur cellule HeLa en culture.

• Recherche sur les souches isolées d'infections urinaires des anticorps fixés sur les bactéries dont la présence signerait une infection haute, rénale ou pyélo-calicielle.

SENSIBILITE AUX ANTIBIOTIQUESEscherichia coli possède une sensibilité

naturelle aux antibiotiques actifs sur les BG-

• ß-lactamines : pénicillines A (ampicilline, amoxicilline), C1G, C2G, C3G, les carboxypénicillines, les acyluréido-pénicillines, les carbapénems et les monobactams.

     • Les aminosides et les polypeptides sont

également actifs

• Autres : sulfamides, aminosides, quinolones

RESISTANCE AUX ANTIBIOTIQUESOn note actuellement un développement inquiétant des résistances

des Escherichia coli.

• 50% de résistance à l’ampicilline, l’amoxicilline par production de pénicillinases plasmidique

• 15 - 20% de résistance à l’amoxicilline + l’acide clavulanique

• 2-4% de résistance aux C3G par production de β-lactamases à spectre étendu

• 5 - 10% de résistance aux fluoroquinolones (acide nalidixique, ofloxacine…)

• Nombreuses souches Résistantes aux tétracyclines et aux sulfamides. Origine plasmidique par acquisition de réplicons par transfert horizontal

TRAITEMENTIl est fonction de la localisation de l’infection et de l’antibiogramme

INFECTIONS URINAIRES antibiotiques ayant une bonne diffusion urinaire et non néphrotoxiques

• Cystites ▫ Traitements courts

dose unique pour pefloxacine, ciprofloxacine, ofloxacinefosfomycine-trometadol

3 jours pour cotrimoxazole 7 à 10 jours pour C3G, Amoxiciline-Acide clavulanique

• Cystites récidivantes▫ Mesures d’hygiene générale▫ Antibioprévention continue ou discontinue au long cours

(nitrofurantoine, cotrimoxazole, acide nalidixique, acide pipemidique, norfloxacine)

• Pyélonéphrites aigues ▫ Traitement de 10 à 20 jours avec C3G orale, fluoroquinolone,

association G3G parentérale-aminoside

TRAITEMENTINFECTIONS EXTRA-INTESTINALES LOCALISEES

▫ Monothérapie choisie en fonction de l’antibiogramme

MENINGITES ET BACTERIEMIES▫ Association β-lactamine –aminoside ou fluoroquinolone

INFECTIONS INTESTINALES▫ Réhydratation hydroélectrolytique▫ Antibiotique dans les cas graves : prise orale d’un seul

antiseptique ou antibiotique non résorbable par la muqueuse intestinale

▫ La voie générale peut être utilisée dans le cas des souches invasives

▫ Utilisation des antibiotiques controversée car ils auraient un effet négatif en augmentant la quantité de toxines libérées

MESURES D’HYGIENE• Toute viande hachée doit être bien cuite (température intérieure

de la viande doit atteindre 70 à 80°C)• Les jus doivent être pasteurisés • Les laits frais émanant directement de l’animal sont à proscrire

surtout chez les jeunes enfants• Les fruits et surtout les légumes doivent être lavés et ce avant

consommation• Le lavage des mains doit être très soigneux et doit se faire:

▫ avant de préparer les aliments ▫ après être allés aux toilettes ou toutes manipulations

douteuses et surtout celle des animaux domestiques• Les surfaces de travail au niveau de la cuisine doivent être lavées

et ainsi que les ustensiles qui ont été en contact avec la viande crue ou surtout celle de la volaille.

• Les aliments doivent être conservés à une température de 4°C au moins.

• Attention à la consommation d’eau provenant de certains cours d’eau, ou de certaines sources