LA SENSIBILITE DES SOUCHES
D’ESCHERICHIA COLI SECRETRICES DE BLSE

GENERALITES SUR ESCHERICHIA COLI I.

Taxonomie Escherichia coli est l’espèce-type du genre Escherichia appartenant à l’embranchement des Proteobacteria, à la classe des Gamma Proteobacteria et à la famille des Enterobacteriaceae. Cette bactérie, qui à fait l’objet de plusieurs études, est responsable aux côtés de Klebsiella pneumoniae et de Proteus mirabilis de plus de 80 % des infections humaines dues à des entérobactéries [10]. Le genre Escherichia comprend d’autres espèces décrites, dont l’incidence est faible (environ 1 %) : il s’agit de E. hermanii, E. vulneris et E. furguso. Ces espèces qui ont leur propres caractères génotypiques (hybridation ADN/ADN) et phénotypiques, peuvent donc être bien différenciées [11]. L’espèce E. blattae, isolée en 1973 [12] dans le tube digestif d’un cafard (blatte), est maintenue à l’intérieur du genre Escherichia dans le Manuel de Systématique Bactérienne de Bergey. En revanche E. adecarboxylata est reclassée dans le genre Leclercia et devient Leclercia adecarboxylata 

Caractères bactériologiques 

 Caractères morphologiques

 Escherichia coli est un bacille à Gram négatif de 2 à 3 μm de long sur 0,6 μm de large, mobile grâce à sa ciliature péritriche. Cependant, il existe des exceptions, certains E. coli sont immobiles et agazogènes (dénommés Alcalescens dispar) 

Caractères culturaux 

Escherichia coli se développe rapidement in vitro sur des milieux « ordinaires ». La température optimale de croissance est de 37°C. En culture sur milieu solide ordinaire elle donne des colonies lisses (smooth « S ») de 2 à 3 mm de diamètre. 

 Caractères biochimiques  

Souches typiques d’Escherichia coli

 Escherichia coli est caractérisée sur le plan biochimique par l’absence d’uréase et la production de H2S (sulfure d’hydrogène). Elle fermente le glucose (en général avec production de gaz) et le lactose (95 % de souches), produit de l’indole à partir du tryptophane, n’utilise pas le citrate (Simmons) comme source d’énergie et de carbone et présente une réaction VP (Voges-Proskauer) négative ; concernant les décarboxylases, elle possède une lysine décarboxylase (LDC : plus de 90 % de souches), et une ornithine décarboxylase 6 (ODC : environ 50 % de souches), par contre elle ne possède pas d’arginine dihydrolase (ADH) [15].  Souches atypiques d’Escherichia coli Il n’est pas exceptionnel d’isoler des souches de E. coli ne présentant pas tous les caractères habituels mentionnées ci-dessus. Ces souches atypiques peuvent revêtir deux aspects principaux [16] :  E. coli ayant acquis des caractères métaboliques : Il s’agit de souches hébergeant un (ou plusieurs) plasmide(s) dont les gènes peuvent coder des propriétés métaboliques n’existant pas normalement. Les expressions phénotypiques les plus courantes sont le caractère « H2S-positif » associé ou non à d’autres caractères (fermentation du raffinose) ou le caractère « uréase-positive » (dans ce cas les souches peuvent être confondues avec les souches de Yersinia enterocolitica produisant de l’indole) [16].  E. coli ayant perdu des caractères métaboliques : Il n’est pas rare d’isoler des souches de E. coli ne présentant pas certains caractères considérés comme fondamentaux : souches ne produisant pas d’indole, ne fermentant pas le lactose…Bien plus, il existe des souches immobiles, agazogènes, ne pouvant fermenter le lactose en 24 heures, présentant en majorité un test à l’ONPG négatif, et ayant souvent une activité LDC faible ou négative. Parmi ces souches certaines constituent actuellement une sous-espèce de E. coli : E. coli subsp. Alkalescens-dispar. Elles ne doivent pas être confondues avec une bactérie du genre Shigella 

 Caractères antigéniques 

Trois antigènes ont été mis en évidence chez E. coli : les antigènes O, H et K. L’antigènes O ou somatique, constitué de lipopolysaccharidiques (LPS) thermostable, comprennent 180 types antigéniques détectables par agglutination ; grâce à l’antigène O, il a été possible de classer les souches de E. coli en utilisant la sérologie. Ce sérogroupage est utilisé pour détecter les souches de E. coli entéropathogènes. L’antigène H ou antigène flagellaire (protéique), constitué de flagelline thermolabile, au nombre de 56, sont difficiles à mettre en évidence. Ils ne sont présents que chez les souches mobiles. Les antigènes K ou capsulaires sont de nature polysaccharidiques. On distingue actuellement 93 antigènes K de structure polysaccharidique : les souches les plus pathogènes possèdent l’antigène K1. Il existe d’autres antigènes : antigène de Kunin ou Enterobacteriaceae Common Antigen (ECA), antigènes d’adhesines (pili, fimbriae)

Epidémiologie et pouvoir pathogène 

1. coli est une bactérie commensale de l’intestin de l’homme et des animaux représentant l’espèce aérobie quantitativement la plus importante de la flore digestive. La présence de colibacilles ou des espèces voisines dans l’eau est un témoin de contamination fécale. Mais c’est aussi le premier germe responsable d’infections associées aux soins et communautaires. Les infections à E. coli sont de deux types : infections intestinales à type de diarrhées et infection extra-intestinales. Les méthodes d’analyses génomiques ont montré que l’espèce E. coli pouvait être divisée en plusieurs groupes phylogénétiques dont quatre principaux (A, B1, B2 et D) regroupent la majorité des souches. Les souches d’E. coli commensales et celles responsables de diarrhées appartiennent majoritairement aux groupes A et B1, alors que celles responsables de pathologie extra-intestinales appartiennent majoritairement aux groupes D et B2 [17]. Les souches responsables de diarrhées appartiennent de plus à des sérotypes particuliers et possèdent des facteurs de virulences spécifiques de support plasmidique, chromosomique, ou porté par des phages. On distingue six pathovars entérovirulents : ECEP, ECEI, ECET, ECEH, ECEA, ECAD. Le tableau I résume les différents pathovars responsables de diarrhées ainsi que les sérotypes et les gènes de virulences qui leur sont associés[17]. Les souches responsables d’infections extra-intestinales sont isolées principalement d’infection urinaire. E. coli est de loin le premier germe responsable d’infection urinaire. En l’absence de malformations ou de reflux vésico-uréthral, les souches dites « uropathogènes » parviennent à coloniser l’arbre urinaire grâce à des adhésines (pili ou fimbriae). E. coli est également responsable d’infections maternofœtales, de prostatites et de suppurations diverses à partir de la flore digestive (infections des voies biliaires, péritonites, salpingites, infections postopératoires). Toutes ces infections peuvent se compliquer de septicémies. Chez le nouveau-né, la complication la plus redoutable est la méningite associée à la présence de l’antigène capsulaire K1 similaire à celui de Neisseria meningitidis du groupe B .

GENERALITES SUR LES BETALACTAMINES

 Les β-lactamines ont un effet bactéricide sur les bactéries en voie de croissance. Il existe de nombreuses variétés de β-lactamines, ayant toutes en commun le cycle β-lactame, constituent la famille la plus fréquemment utilisée dans le monde, pour leur large spectre antibactérien, leur activité bactéricide temps-dépendant, leur faible toxicité et le vaste choix de molécules disponibles [19]. Les antibiotiques formant la famille des β-lactamines, sont utilisés pour le traitement d’environ 55 % de toutes les infections bactériennes, en raison de leur grande efficacité et au peu d’effets secondaires qui leur sont attribués [20]. I. Structure : Les β-lactamines ont en commun une structure appelée l’anneau β-lactame, qui est formée de quatre membres : trois atomes de carbone et un atome d’azote. Cet anneau constitue la portion responsable de l’activité de ces molécules [20]. La structure de base des pénicillines, l’acide 6-aminopénicillanique, est constituée d’un cycle thiazolidine lié au cycle β-lactame. Par contre, les céphalosporines se distinguent chimiquement des pénicillines par le remplacement du cycle thiazolidine par un cycle dihydrothiazine (noyau « céphème ») avec un atome de soufre en position 1 [21]. Leur noyau céphème est beaucoup plus stable que le noyau péname des pénicillines, ce qui permet aux céphalosporines de mieux résister globalement à l’action diverse des β-lactamases bactériennes.

Mécanisme d’action des β-lactamines

Les cibles des bêta-lactamines sont des protéines membranaires appelées « Protéines de Liaison aux Pénicillines » (PLP). Les bêta-lactamines présentent une analogie structurale avec le dipeptide D-Ala-D-Ala qui constitue le substrat naturel des PLP. Elles se comportent comme des substrats suicides de ces enzymes. L’antibiotique en se fixant au site actif des PLP va former un complexe pré-covalent, puis le cycle bêta-lactame des bêta-lactamines s’ouvre pour former une liaison covalente avec la sérine active de la poche catalytique des PLP. L’inhibition des PLP induit un arrêt de la synthèse du peptidoglycane et par conséquent de la croissance bactérienne. 10 L’effet bactéricide des bêta-lactamines résulte de phénomènes secondaires mal compris, déclenchés par l’inhibition des PLP. Il est initié par une altération du peptidoglycane qui induirait une activation dérégulée d’autolysines pariétales conduisant à la lyse bactérienne [22] 

 Résistance aux β-lactamines 

Types de résistance

 Les entérobactéries sont soit naturellement sensibles aux β-lactamines (exemple : Escherichia coli), soit elles sont naturellement résistantes (exemple : les Klebsiella sp sont toujours résistantes à l’ampicilline), soit elles ont une résistance acquise

Résistance naturelle 

La résistance naturelle ou intrinsèque à un antibiotique est commune à toutes les bactéries d’une même espèce. Elle est due à la présence de gènes chromosomiques communs à toutes les bactéries d’une même espèce et transmise à la descendance. La résistance naturelle détermine les phénotypes « Sauvages » des espèces bactériennes vis-à-vis des antibiotiques [24].
Chez les entérobactéries, la plupart des espèces produisent naturellement des β-lactamases chromosomiques soit de classe A (Klebsiella spp, Citrobacter koseri, Escherichia hermanii…), soit de classe C (Escherichia coli, Citrobacter freundii, Serratia marcescens…), voire les deux types d’enzymes (Yersinia enterocolitica) [25]. L’expression phénotypique de ces enzymes peut être constitutive ou inductible par les β-lactamines ellesmêmes. On constate un phénotype de résistance de pénicillinase de bas niveau inclut les espèces possédant une pénicillinase chromosomique constitutive [26], exprimée à bas niveau chez K. pneumoniae, K. oxytoca, Citrobacter koseri, Raoultella planticola, R. ornithinolytica, R. terrigena, Escherichia hermanii, C. gillenii, qui est caractérisé par une résistance aux aminopénicillines et aux carboxypénicillines. Les espèces E. coli et Shigella possèdent un gène ampC codant pour une céphalosporinase de la classe C d’Ambler donc résistante aux inhibiteurs. Elle est exprimée de manière constitutive à très bas niveau, avec une sensibilité à toutes les β-lactamines testées ou une sensibilité intermédiaire aux céphalosporines de première génération et/ou aux aminopénicillines avec et sans inhibiteurs. Des espèces d’entérobactéries, comme par exemple Proteus vulgaris, P. penneri possèdent une céfuroximase inductible. D’autres comme Enterobacter cloacae, E. aerogenes, E. asburiae, Serratia marcescens, C. freundii, C. braakii, C. youngae, Morganella morganii, 11 Providencia rettgeri, P. stuartii, Hafnia alvei et Pantoea agglomerans possèdent une céphalosporinase inductible, leur conférant une résistance aux aminopénicillines, aux céphalosporines de première génération et à l’action de l’acide clavulanique 

Résistance acquise 

 Ce terme est utilisé pour désigner des processus permettant à des bactéries appartenant à une espèce originellement sensible de devenir résistante à un ou plusieurs antibiotiques. Cette résistance acquise peut provenir par une mutation chromosomique (plutôt rare) [28] ou par l’acquisition d’ADN étranger par le biais de plasmides (plutôt fréquent), de bactériophages ou de transposons [29]. On parle de transfert horizontal de gènes de résistance et les mécanismes utilisés sont la conjugaison, la transduction et la transformation. Les plasmides et les transposons déterminent la résistance aux antibiotiques de nombreuses bêta-lactamases. Une β-lactamase spécifique à une bactérie peut apparaître chez d’autres espèces par la suite, au vu de ces mécanismes de transfert relativement facile de matériel génétique. Comme l’acquisition des nouvelles familles de BLSE qui ont été décrites plus récemment à différentes espèces d’entérobactéries : CTX-M, OXA, SFO-1, GES-1…. [30], et sont distribuées de façon inégale dans le monde. En 1988, une étude a permis d’isoler 267 espèces d’entérobactéries productrices de BLSE dérivées de TEM (CTX-1 ; TEM-3 et CAZ-6) ou SHV (CAZ-5). Les épidémies d’espèce et la dissémination plasmidique sont associées à CTX-1 et CAZ-5 pour les Klebsiella pneumoniae, et à la CAZ-6 pour les Enterobacter aerogenes. Cette étude a permis de suggérer que le gène bla (CTX-1) a diffusé parmi les différents plasmides présents dans le même écosystème 

 Mécanismes de résistance aux β-lactamines

De manière générale, les entérobactéries utilisent différents mécanismes pour développer une résistance aux β-lactamines : il peut s’agir de troubles de perméabilité pour les antibiotiques, ce qui empêche la pénétration de l’antibiotique dans la bactérie, de systèmes d’efflux qui permettent d’évacuer les antibiotiques qui auraient pénétré dans la bactérie, ou de modification de la cible bactérienne de l’antibiotique (exemples : les sites de liaison des pénicillines, les penicillin binding proteins (PBP), ce qui empêche la fabrication de la paroi de la bactérie). Mais le plus fréquemment, il s’agit d’enzymes détruisant les β-lactamines, les βlactamases .

 Diminution de la perméabilité 

La pénétration des β-lactamines, molécules hydrophiles, à travers la membrane externe s’effectue à travers les porines qui sont des canaux protéiques remplis d’eau. Ainsi, la sensibilité aux β-lactamines dépend du nombre de porines fonctionnelles. L’altération des porines par mutation est à l’origine de résistances acquises aux β-lactamines, soit par une modification structurale d’une porine essentielle, ce qui a été décrit chez E. coli, soit par une diminution quantitative des porines, qui est la situation la plus fréquente [32]. Différents isolats cliniques d’E. coli caractérisés par une altération ou expression réduite de porines de type OmpC et/ou OmpF ont démontré une susceptibilité réduite aux βlactamines [33]. Bien que plus rare, La disparition de porine provoque l’augmentation des concentrations minimales inhibitrices de certaines β-lactamines comme cela a été mis en évidence chez certaines entérobactéries (Enterobacter aerogenes, Klebsiella pneumoniae, Serratia marcescens, Enterobacter cloacae, Salmonella typhimurium et Escherichia coli) et chez P. aeruginosa 

 Hyperproduction de système d’efflux 

 Le système d’efflux actif est efficace grâce aux protéines transmembranaires ancrées dans la membrane plasmique mais également dans la membrane externe des bactéries à Gram négatif. Des mutations dans les régions régulatrices des opérons des systèmes d’efflux multidrogues peuvent conduire à une surexpression des systèmes d’efflux constitutifs, associée ou non à une perte des porines, et conférer une multirésistance aux antibiotiques

Modification des PLP 

La résistance aux β-lactamines, conférée par les PLPs, chez les bactéries à Gram négatif joue un rôle mineur dans la résistance comparativement aux bactéries à Gram positif [36]. Différents cas dont l’altération des PLP l et 2 chez Neisseria gonorrhoeae ont été décrits [37]. Cette résistance peut avoir lieu par des mutations dans les gènes chromosomiques codant pour les PLPs ou par l’acquisition de gènes étrangers codant pour des nouveaux PLPs ayant une affinité différente aux β-lactamines [38]. Chez les entérobactéries, des souches de Proteus mirabilis résistantes à l’imipenème et au mécillinam ont été observées suite à une perte d’affinité de la PLP2 et à une diminution de la quantité de PLP1. Cependant, ce type de mécanisme reste très rare chez ce groupe bactérien.