Dossier - La maladie du charbon ou anthrax : un exemple d'infection bactérienne

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1- Bacillus anthracis, un pathogène

Le bacille de l'anthrax et la définition d'agent infectieux par Koch.

C'est en utilisant Bacillus anthracis comme modèle biologique que Robert Koch a pu définir, en 1876, "l'agent infectieux d'une maladie".

Pour cela, Koch a émis quatre postulats :

1. L'agent infectieux est présent chez tous les individus présentant la pathologie.
2. L'agent infectieux peut être cultivé.
3. L'agent, lorsqu'il est introduit chez l'hôte, ou dans un modèle s'en rapprochant, induit le développement de la pathologie.
4. Il est possible d'isoler à nouveau l'agent infectieux à partir d'un animal présentant la pathologie.

Bacillus anthracis est un bacille immobile, toxinogène, sporulant en aérobiose, à Gram-positif.
Il est l'agent étiologique de la maladie du charbon ou anthrax. L'anthrax est une zoonose (maladie animale contagieuse) touchant principalement les mammifères. Bien que rare et sporadique dans la plupart des pays industrialisés, elle représente un problème de santé publique mais aussi un problème économique dans les pays en voie de développement. Enfin, B. anthracis constitue une menace sérieuse, étant potentiellement utilisable comme arme biologique.

B. anthracis, une bactérie dangereuse pour l'Homme

La découverte de la formation de spores (taille de 1 à 5 μm) par le bacille du charbon, formation résultant de conditions hostiles de l'environnement pour la bactérie, a été une découverte clé en microbiologie. Les spores peuvent persister dans le sol infecté pendant de longues périodes (les spores du genre Bacillus ont une demie-vie de l'ordre de 100 ans) assurant de fait la perpétuité de l'espèce. D'autre part, celles-ci sont hautement résistantes à une exposition prolongée à de nombreux stress : température, ultraviolet, dessiccation, présence de solvants, pH et radiation. La spore de B. anthracis est toujours la forme infectante et peut infecter l'hôte par voie cutanée, digestive ou respiratoire. De ce fait, il n'y a pas de transmission inter humaine. Parmi les différentes voies d'infection de B. anthracis, l'inhalation de spores est l'infection la plus sévère : celle-ci s'accompagne en effet d'une rapide évolution et présente toujours un caractère funeste (avec une période d'incubation estimée de 1 à 14 jours, et un maximum de 43 jours).

La pathogénicité de B. anthracis est en particulier due à la production par cette bactérie de deux toxines : la toxine oedématogène, et la toxine létale.

• La toxine oedématogène est ainsi nommée car induisant des oedèmes chez le cobaye. Elle possède une activité de type adénylate cyclase (formation d'AMP_cyclique).
• La toxine létale est nommée ainsi car directement responsable des symptômes du choc septique conduisant à la mort de l'individu infecté.

Ces deux toxines sont formées chacune de deux protéines secrétées. Une de ces deux protéines est commune aux deux toxines.

Protéine Structure Fonction EF Facteur oedématogène (767 acides aminés) Activité adénylate cyclase : hausse de l'AMPC intracellulaire, d'où une activation incontrôlée des kinases AMPC-dépendantes cellulaires. (cette activité est dépendante du Calcium, via la Calmoduline) PA Antigène Protecteur (735 acides aminés) Permet l'internalisation du facteur (EF ou LF) avec lequelle elle est associée LF Facteur létal (776 acides aminés) Métalloprotéase à Zinc qui conduit à la surexpression de cytokines par les macrophages

Toxine EF+PA Toxine oedématogène LF+PA Toxine létale

Fichiers   Structure 3D : 1K8T.pdb (362 Ko) Structure 3D : 1ACC.pdb (483 Ko) Structure 3D : 1JKY.pdb (521 Ko)

Les protéines des toxines de Bacillus anthracis.

B. anthracis, une arme biologique potentielle

Aussi, le caractère extrêmement résistant des spores suggère une possible utilisation de B. anthracis comme arme biologique. Le Département de la Défense des Etats-Unis estime que la dose de spores suffisante pour provoquer le décès de 50% des malades (LD50) est de 8000 à 10 000 spores inhalées. Une politique de vaccination animale existe depuis 1939, le premier vaccin humain n'ayant été développé qu'en 1954. Toutefois, il est clair qu'une politique de protection efficace à une menace bio terroriste ne peut être construite sur un plan de lutte basée sur la vaccination. En effet,

1. la vaccination ne répond pas à une prophylaxie de type post-exposition,
2. il est impossible d'évaluer les risques d'exposition humaine dans le cas d'une menace d'origine criminelle ou bio terroriste,
3. la vaccination massive des populations est irréalisable.

Aussi, face au défi émergent du bio terrorisme, il est d'importance de définir des stratégies de lutte contre B. anthracis, prophylaxie de type post-exposition. Afin d'élaborer de nouvelles molécules effectrices pharmacologiques, les chercheurs doivent tirer avantage de l'élucidation des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués lors des étapes précoces de l'infection et ainsi entreprendre la quête du "Talon d'Achille" de B. anthracis. Nous verrons ici comment la compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires de la virulence impliqués lors du processus d’invasion et de dissémination de B. anthracis permet l'identification de cibles moléculaires pour des thérapies de la maladie du charbon ou "anthrax".

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