E. coli : Pathogenèse
- Facteurs de l’hôte et facteurs bactériens impliqués dans le développement des infections extraintestinales associées aux E. coli chez le porc et le poulet
- Caractérisation du mécanisme de type attachant et effaçant chez les E. coli d’origine animale
1. Facteurs de l’hôte et facteurs bactériens impliqués dans le développement des infections extraintestinales associées aux E. coli chez le porc et le poulet
Nous avons démontré que les fimbriae de type 1 (Figure 1) et P sont respectivement impliqués dans la colonisation initiale du tractus respiratoire supérieur et dans des étapes systémiques subséquentes durant le développement de la septicémie associée aux E. coli chez le poulet (Pourbakhsh et al., 1997a; Pourbakhsh et al., 1997b) . De plus, nous avons confirmé que le fimbriae P est impliqué dans l’adhésion de la bactérie aux polymorphonucléaires porcins, tout en inhibant la réponse oxydative de ces cellules, contribuant probablement ainsi à la survie de la bactérie (Ngeleka et Fairbrother, 1999). Nous avons aussi démontré que l’hémagglutinine thermosensible (temperature sensitive hemagglutinin; Tsh) contribue au développement des aérosacculites associées aux E. coli chez le poulet (Dozois et al, 2000). En utilisant les mutants appropriés, nous avons démontré que le lipopolysaccharide O78 et la capsule K1, en excluant les fimbriae curli de type 1 ou P, favorisent la résistance des E. coli pathogènes aviaires aux sérums et contribuent à leur colonisation des organes internes (Mellata et al, 2003a). En utilisant ces mêmes mutants, nous avons confirmé le rôle du fimbriae de type 1 dans l’induction de la phagocytose initiale, mais aussi dans la protection de la bactérie contre sa destruction éventuelle par les hétérophiles (Mellata et al, 2003b) (Figures 2a, 2b). Nos résultats suggèrent de plus un rôle de la capsule K1, de l’antigène O78 et du fimbriae P pour éviter les phagocytes, et un rôle supplémentaire pour l’antigène O78 et le fimbriae P quant à la protection contre les effets bactéricides subséquents des phagocytes. Des études supplémentaires suggèrent que la réponse immunitaire non-spécifique de l’hôte est importante dans les étapes initiales des infections associées aux E. coli pathogènes aviaires, tel que démontré par la production d’oxyde nitrique (NO), de stress oxydatif (oxidative burst) et par l’induction de cytokines inflammatoires dans les macrophages. Ces études suggèrent également que cette réponse immunitaire est modulée par certains facteurs de virulence bactériens, tels les LPS et les fimbriae de type 1 et P (Mellata et Fairbrother, 2003).
Figure 1. Expression du fimbriae F1 sur une bactérie APEC lors de la colonisation de la trachée d’un poulet
Référence
Dozois CM, Chanteloup N, Dho-Moulin M, Brée A, Deautels C et Fairbrother JM (1994). Bacterial colonization and in vivo expression of F1 (Type 1) fimbrial antigens in chickens experimentally infected with pathogenic Escherichia coli. Avian Diseases 38: 231-239.
Figures 2a, 2b. Association et viabilité de souches APEC et de différents mutants en contact avec des hétérophiles et des macrophages
Référence
Mellata et al., 2003b
Nous avons auparavant observé une augmentation de l’expression des cytokines inflammatoires II-1, II-12 et TNF dans les muqueuses intestinales de porcelets nouveaux-nés axéniques (germ-free) infectés oralement avec une souche d’E. coli opportuniste et manifestant une septicémie (Fournout et al., 2000). Nous avons maintenant démontré que l’administration orale de la mycotoxine fumonisine B1 augmente la susceptibilité des porcs sevrés à être infectés par des E. coli opportunistes, et abaisse l’expression des cytokines II-1, II-6, II-8 et II-12 au niveau des muqueuses intestinales (Oswald et al., 2003; Oswald et al., 2000). Nous avons donc mis en évidence un facteur environnemental pouvant accroître la susceptibilité de l’hôte aux infections associées aux E. coli opportunistes, probablement en modifiant la réponse cytokinaire locale.
Bibliographie
Dozois CM, Dho-Moulin M, Brée A, Fairbrother JM, Desautels C et Curtiss III R (2000). Relationship between the Tsh autotransporter and pathogenicity of avian Escherichia coli, and localization and analysis of the tsh genetic region. Infection and Immunity 68: 4145-4154.
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Fournout S, Dozois CM, Odin M, Desautels C, Peres S, Herault F, Daigle F, Segafredo C, Laffitte J, Oswald E, Fairbrother JM et Oswald IP (2000). Lack of a Role of cytotoxic necrotizing factor 1 toxin from Escherichia coli in bacterial pathogenicity and host cytokine response in infected germfree piglets. Infection and Immunity 68: 839-847.
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Mellata M et Fairbrother JM (2003). Phagocyte response to avian pathogenic E. coli infection in vitro. 103rd General Meeting of American Society for Microbiology, Washington D.C., Virginie, É.U. (Résumé).
Mellata M, Dho-Moulin M, Dozois CM, Curtiss III R, Brown PK, Arné P, Brée A, Desautels C et Fairbrother JM (2003a). Role of virulence factors in resistance of avian pathogenic Escherichia coli to serum and in pathogenicity. Infection and Immunity 71: 536-540.
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Mellata M, Dho-Moulin M, Dozois CM, Curtiss III R, Lehoux B et Fairbrother JM (2003b). Role of avian pathogenic Escherichia coli virulence factors in bacterial interaction with chicken heterophils and macrophages. Infection and Immunity 71: 494-503.
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Ngeleka M et Fairbrother JM (1999). F165 1 fimbriae of the P fimbrial family inhibit the oxidative response of porcine neutrophils. FEMS Immunology and Medical Microbiology 25: 265-274.
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Oswald IP, Desautels C, Laffitte J, Fournout S, Péres SY, Odin M, Le Bars P, Le Bars J et Fairbrother JM (2003). Mycotoxin fumonisin B1 increases intestinal colonization by pathogenic Escherichia coli in pigs. Applied Environmental Microbiology 69: 5870 – 5874.
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Pourbakhsh SA, Dho-Moulin M, Brée A, Desautels C, Martineau-Doizé B et Fairbrother JM (1997a). Localization of the in vivo expression of P and F1 fimbriae in chickens experimentally inoculated with pathogenic Escherichia coli. Microbial Pathogenesis 22: 331-341.
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Pourbakhsh SA, Boulianne M, Martineau-Doizé B, Dozois CM, Desautels C et Fairbrother JM (1997b). Dynamics of Escherichia coli infection in experimentally inoculated chickens. Avian Diseases 41: 221-233.
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Support financier
Le Conseil des recherches en pêche et en agroalimentaire du Québec (CORPAQ), le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et le Fonds Québécois de la Recherche sur la Nature et les Technologies (FQRNT) .
2. Caractérisation du mécanisme de type attachant et effaçant chez les E. coli d’origine animale
Nous avons dernièrement orienté nos recherches sur l’étude des facteurs de l’hôte et des facteurs bactériens impliqués dans la pathogenèse des infections associées aux E. coli de type attachant et effaçant (AEEC) chez le porc, volet de recherche en cours depuis les 10 dernières années au EcL (An et al., 1999; An et al., 2000; DesRosiers et al., 2001; Batisson et al., 2003; An et al., 1997; Zhu et al., 1996; Zhu et al., 1995a; Zhu et al., 1995b; Zhu et al., 1994). Nous avons caractérisé l’adhésine intimine des AEEC associés à la diarrhée post-sevrage chez le porc et démontré un rôle pour cette protéine dans le développement des lésions d’attachement et d’effacement (A/E), en utilisant des modèles de culture in vitro d’iléon de porc (in vitro organ culture, IVOC) (Zhu et al., 1995a; Zhu et al., 1995b; Zhu et al., 1994). Récemment, nous avons identifié un nouveau facteur bactérien, Paa, qui semble être impliqué dans les étapes initiales du mécanisme d’adhésion des AEEC (Batisson et al., 2003). En utilisant un modèle IVOC d’intestin de porc, nous avons démontré que les anticorps spécifiques à l’intimine, Tir (récepteur bactérien pour l’intimine) et Paa retrouvés dans les jaunes d’œufs de poules immunisées, réduisent de façon significative l’adhérence d’un grand nombre d’AEEC d’origines humaine et de diverses espèces animales (Batisson et al., 2003; Girard et al., 2003). Ceci vient appuyer l’hypothèse que ces facteurs auraient un rôle à jouer dans le processus d’attachement et d’effacement. Nous avons démontré par la suite que le sous-type de l’intimine influence l’adhérence intestinale et le tropisme des souches AEEC dans les modèles IVOC d’intestins de porcs. De plus, nous avons observé qu’un mutant tir d’une souche AEEC adhère de façon presque intime aux cellules épithéliales intestinales du modèle IVOC, produit un effacement des microvillis, mais sans évidence de polymérisation d’actine et de formation de piédestal (Figures 3 et 4) et que l’intimine et EspA, une protéine de l’appareil de sécrétion de type III, semblent être impliquées dans ce phénotype (Girard et al., 2005a). Cette étude fournit des évidences supplémentaires de l’existence d’un récepteur pour l’intimine encodé par la cellule hôte, en plus du récepteur Tir encodé par la bactérie.
Figure 3. Souche EPEC d’origine humaine E2348/69 sauvage adhérant aux cellules épithéliales du petit intestin et provoquant des lésions de type A/E dans des segments IVOC (in vitro organ culture) d’iléon de porc
Référence
Girard F, Batisson I, Frankel GM, Harel J et Fairbrother JM (2005). Interaction of enteropathogenic and Shiga-Toxin producing Escherichia coli with porcine intestinal mucosa: role of Intimin and Tir in adherence. Infection and Immunity 73: 6011 Fig. 5.
Figure 4. Souche mutante E2348/69 D tir démontrant une réduction de la capacité à adhérer aux cellules épithéliales du petit intestin sur des sections colorées au HPS (HPS : flèche), et une perte de la capacité à l’A/E, mais un attachement presque intime avec effacement de la bordure en brosse (SEM : **) sans évidence de polymérisation d’actine et de formation de piédestal (TEM : têtes de flèche) sur des sections en microscopie électronique à transmission et à balayage
Référence
Girard F, Batisson I, Frankel GM, Harel J et Fairbrother JM (2005). Interaction of enteropathogenic and Shiga-Toxin producing Escherichia coli with porcine intestinal mucosa: role of Intimin and Tir in adherence. Infection and Immunity 73: 6012 Fig. 6.
Quoique nous soyons capables depuis longtemps de reproduire les lésions A/E chez le porcelet nouveau-né (Zhu et al., 1994), nous avions jusqu’à tout récemment échoué à créer ces lésions chez le porc conventionnel plus âgé dont le système immunitaire est plus mature. Dernièrement, nous avons réussi à reproduire avec succès les lésions de type A/E chez le porc sevré traité avec la dexaméthasone, cette dernière étant utilisée avec des doses immunosuppressives (Girard et al., 2005b). Nous avons démontré que les cytokines IL-1, IL-6, IL-8 et IL-12 sont significativement modulées à la hausse dans l’iléon des porcs challengés mais non traités avec la dexaméthasone, cette dernière inhibant l’induction de ces cytokines. Nos résultats confirment que le statut immunitaire de l’hôte est déterminant pour empêcher le développement des lésions A/E chez le porc sevré et suggèrent que les cytokines IL-1, IL-6, IL-8 et IL-12 soient impliquées dans la résistance naturelle au développement de ces lésions.
Bibliographie
An H, Dubreuil JD, Fairbrother JM et Harel J (1997). Cloning and characterization of the Eae gene from a dog. FEMS Microbiology Letters 148: 239-245.
Plus de détails
An H, Fairbrother JM, Dubreuil JD et Harel J (1999). Cloning and characterization of the esp region from a dog attaching and effacing Escherichia coli strain 4221 and detection of EspB protein-binding to HEp-2 cells. FEMS Microbiology Letters 174: 215-223.
Plus de détails
An H, Fairbrother JM, Desautels C, Mabrouk T, Dezfulian H et Harel J (2000). Presence of the LEE (locus of enterocyte effacement) in pig attaching and effacing Escherichia coli and characterization of eae, espA, espB, and espD genes of PEPEC (pig EPEC) strain 1390. Microbial Pathogenesis 28: 291-300.
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Batisson I, Guimond MP, Girard F, An H, Zhu C, Oswald E, Fairbrother JM, Jacques M et Harel J (2003). Characterization of the novel factor paa involved in the early steps of the adhesion mechanism of attaching and effacing Escherichia coli. Infection and Immunity 71: 4516–4525.
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DesRosiers A, Fairbrother JM, Johnson R, Desautels C, Letellier A et Quessy S (2001). Phenotypic and genotypic characterisation of Escherichia coli verotoxin-producting isolates from humans and pigs. Journal of Food Protection 64: 1904-1911.
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Girard F, Batisson I, Frankel G, Harel J et Fairbrother JM (2005a). Interaction of enteropathogenic and Shiga-Toxin producing Escherichia coli with porcine intestinal mucosa: Role of Intimin and Tir in adherence. Infection and Immunity 73: 6005-6016.
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Zhu C, Harel J, Jacques M et Fairbrother JM (1995b). Interaction with pig ileal explants of Escherichia coli from swine with post weaning diarrhea. Canadian Journal of Veterinary Research 59: 118-123.
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Zhu C, Ménard S, Dubreuil JD et Fairbrother JM (1996). Detection and localization of the EaeA protein of attaching and effacing Escherichia coli O45 from pigs using a monoclonal antibody. Microbial Pathogenesis 21: 205-213.
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Support financier
Le Conseil médical de recherches du Canada (CMR), le Conseil des recherches en pêche et en agroalimentaire du Québec (CORPAQ), le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), le Fonds Québécois de la Recherche sur la Nature et les Technologies (FQRNT), le Programme de soutien aux initiatives internationales de recherche et d'innovation (PSIIRI) du Ministère du développement économique et régional et de la recherche (MDERR) du Québec, Gestion Univalor, le Fonds du Centenaire de la Faculté de médecine vétérinaire de l’Université de Montréal et de la Communauté européenne.
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