Contacter l'auteur / Contact the author

Recherche dans ce site / Search in this site

 

 

 

 

 

Bactéries et virus

Des bactéries Escherichia coli. Document Dennis Kunkel.

Les parasites des cellules (I)

L'univers des microbes car c'est bien de cela qu'il s'agit quand on parle des bactéries et des virus, est un monde inconnu de la plupart d'entre nous. Pourtant nous allons voir que ces créatures font partie intégrale de notre corps et de la planète depuis l'aube des temps.

Quand on parle de microbes, on les associe immédiatement aux infections et aux maladies. Médicalement parlant, les parasites cellulaires représentent un grand défi pour les chercheurs dans leurs combats quotidiens contre les maladies infectieuses. L’origine des maladies, la façon dont elles se développent et se propagent, ainsi que la diversité de leurs agents et leurs facultés mutagènes sont extraordinaires.

C'est tout cet univers résultat de dizaines et de centaines de millions d'années d'évolution que nous allons explorer.

Les bactéries

Les microbes ont peuplé tous les biotopes, de la haute atmosphère aux entrailles de la terre en passant par les abysses, qu'il fasse chaud, froid ou humide. Certaines bactéries sont actives dès leur naissance d'autres restent sous forme larvaire en état de stase parfois durant près d'un an, en attendant des conditions propices pour se développer et se reproduire.

On dénombre environ 1 million de bactéries dans une goutte d'eau de mer et environ 100 millions dans 1 gramme de terre et nous verrons que le corps humains en abritent des milliards. Ce monde comprend d'étonnantes créatures, utiles ou nuisibles, de toutes les tailles et de toutes les formes, toutes recherchant les conditions propices à leur développement et luttant pour survivre.

Grâce aux techniques de séquençage de l'ADN, les microbiologistes ont identifié plus de 10000 espèces de bactéries dont 95 % étaient encore inconnues avant 1990. Autrement dit, c'est tout un monde qu'ont découvert les chercheurs ! Sur base statistique, on estime qu'il existerait des centaines de milliers voire des millions d'espèces de bactéries. Dans le cadre du projet MetaHIT, entre 2008 et 2014 les chercheurs européens ont découvert pas moins de 500 nouvelles espèces de bactéries dans les intestins humains.

Les bactéries vivent en symbiose avec les animaux. A l'image de la population humaine qui s'est adaptée à différents biotopes, il existe des espèces de bactéries préférant vivre au frais à la surface de l'épiderme, les unes au sec les autres sur des surfaces plus grasses par exemple ou au contraire préférant les régions chaudes et humides ou chimiquement très actives comme le tube digestif.

Microbe, bactérie ou virus ?

On qualifie de microbe tout micro-organisme généralement unicellulaire, y compris les archeobactéries (archaea) et certains champignons (funji). La plupart sont capables de survivre dans des conditions extrêmes.

Une bactérie ou bacille est un organisme procaryote (sans noyau) mesurant entre 0.5 et 5 microns. Beaucoup ont une forme de bâtonnet, à l'origine de leur nom. Les bactéries seraient les plus anciens organismes vivants. La plupart sont des parasites mais certains sont inoffensifs et nous aident par exemple à digérer. Ils se reproduisent de manière asexuée ou sexuée. Ils ne peuvent être détruits que par des bactériophages comme les globules blancs, des virus bactériens (phages T4) ou des antibiotiques. La bactérie la plus connue est Escherichia Coli.

Un virus est organisme parasitaire intracellulaire qui s'attaque aux cellules eucaryotes (à noyau). Ils sont en général dix fois plus petits que les bactéries (18 nm à 400 nm). Les bactériophages sont des virus infectant les cellules procaryotes (bactéries ou pseudo). Ils disposent d'un acide nucléique de nature ADN (95 %) ou ARN (5 %). Du fait qu'ils utilisent la machinerie d'une cellule hôte pour se développer et se reproduire, ils sont difficiles à tuer. En général les antibiotiques sont inefficaces. Les vaccins peuvent les tuer sinon il faut que le malade produise ses propres anticorps. Le plus commun est le rhume, un rhinovirus qui compte plus de cent variétés.

Selon les microbiologistes, chaque centimètre carré de notre peau contient entre 1 million et 10 millions de bactéries. Même si nous nous lavons les mains et que la plupart d'entre elle disparaissent, du fait qu'elles sont omniprésentes et présentent un taux de reproduction élevé, leur population se reconstitue en une demi-heure.

Selon une étude publiée en 2016 par Ron Milo et ses collègues, sachant que 1 gramme d'excréments contient environ 100 milliards de bactéries, la majorité provenant de la flore intestinale, le corps d'un homme (de 70 kg, 1.7 m, 20-30 ans) abriterait en moyenne 39 mille milliards de bactéries (3.9x1013) contre 30 mille milliards de cellules humaines, soit un rapport de 1.3:1. Selon la biologiste Lynn Margulis[1] de l'Université du Massachusetts à Amherst, étant donné que les cellules humaines sont plus massives que les microbes et que le corps contient environ 60 % d'eau, "10 % du poids sec d'un être humain [soit plusieurs kilos] sont composés de bactéries".

Illustration de la flore intestinale. Doc Fotolia.

Mais ne soyez pas dégouté et ne vous inquiétez pas. Cette symbiose nous est généralement salutaire et même indispensable. Dès sa naissance le bébé né par les voies naturelles est déjà enduit de bactéries, il boit ensuite le lait maternel contenant des agents antimicrobiens et est au contact de la peau de ses parents qui le protègent des infections en renforçant son système immunitaire (ce qui expliquerait pourquoi les enfants nés par césarienne seraient plus sensibles aux maladies auto-immunes et à l'asthme notamment). Beaucoup parmi ces microbes sont essentiels à notre survie et nos défenses immunitaires veillent sur cette harmonie.

Ainsi la flore intestinale composée de bactéries, archées et autres protistes assure plus de 15000 fonctions. Ces microbes nous permettent d'assimiler les aliments et nous protègent des infections. Ils entretiennent nos muqueuses et synthétisent des vitamines, sans lesquels nous serions rapidement infectés par des bactéries pathogènes. Ces acteurs de l'ombre veillent à la bonne marche de notre système digestif et indirectement sur notre santé. Les études récentes indiquent même que la flore intestinale aurait des effets sur notre santé mentale. Nous verrons à propos du rôle des virus dans l'évolution que le placenta est également le résultat d'une interaction des organismes mais cette fois avec un rétrovirus. Bien sûr, comme toute chose, il ne faut pas en abuser et la prolifération de certains bactéries peut évidemment être à l'origine d'infections et de contagions. On y reviendra.

Sachant cela, si quelqu'un vous dit que l'évolution se résume à "la survie du plus apte" comme le disait Darwin, c'est une métaphore un peu dépassée et même fausse. En effet, s'il n'avait dû compter que sur lui-même, l'être humain ne se serait jamais hissé au "sommet de l'évolution". Comme tous les métazoaires et en particulier les mamifères placentaires, nous sommes en fait le résultat d'une coopération continue faite d'interactions fortes et de dépendances mutuelles entre les différentes formes de vie, y compris les bactéries et les rétrovirus. Ce n'est pas une lutte pour survivre comme le souligne Margulis : "la vie n'a pas conquis la planète par la force et le combat, elle y a tressé son réseau. Les formes de vie se sont multipliées et complexifiées en en cooptant d'autres, et non pas en se contentant de les tuer". On peut donc fièrement considérer les bactéries non seulement comme nos ancêtres mais, à part quelques exceptions que nous allons décrire, également comme des organismes "amis". Voyons donc de quoi elles sont constituées et quelles sont leurs fonctions.

Microbiologie

Les bactéries sont des êtres unicellulaires procaryotes, sans noyau individuel et sans structure interne mais portant un chromosome de nature ADN. La plupart des bactéries sont entourées d’une paroi solide qui entoure la membrane cellulaire, dite plasmique. Cette paroi peut-être sphérique chez les bactéries cocci, cylindrique chez les bacilles ou encore hélicoïdale chez les spirilles, donnant aux bactéries la forme de filaments, de bâtonnets, de sphérules, etc.

Anatomie d'une bactérie. Source anonyme (droits réservés).

Les bactéries vivent en colonies. Elles sont autonomes et capables de se reproduire. En moyenne une bactérie vit 20 minutes mais certaines vivent près d'une heure (Pseudomonas fluorescens se divise toutes les 52 minutes).

La bactérie la plus connue est Escherichia coli, déjà citée, un colibacille en forme de bâtonnet et couvert de poils, bien connue des laborantins. Elle réside en bonne intelligence dans notre tube digestif et notre intestin, fière représentante de la flore saprophyte (non pathogène ou non infectieuse).

Sa cousine Escherichia coli souche O157:H7 est par contre une tueuse. Vivant dans les aliments (hamburgers), elle provoque une diarrhée sanglante accompagnée de violentes douleurs abdominales. De plus, les toxines qu'elle sécrète sont susceptibles d’entraîner, en plus de la déshydratation, une anémie (perte de globules rouges), une thrombocytopénie (perte de plaquettes sanguines) et une insuffisance rénale aiguë (arrêt de la fonction rénale). L'issue fatale est heureusement rare.

Mais en comparant le matériel génétique de cette bactérie avec celui de sa cousine qui habite pacifiquement notre organisme, les scientifiques ont constaté qu’E.coli O157:H7 possède un millier de gènes de plus que les autres souches; un millier de gènes qui expliquent d’ailleurs le pouvoir destructeur du micro-organisme qui subit des mutations spontanées à un taux tellement rapide qu'il n’a jamais été observé chez un autre organisme vivant !

Il existe plusieurs mécanismes pour éliminer les bactéries :

- les défenses du système immunitaire, c'est-à-dire les différents types de globules blancs notamment que l'organisme peut produire. Ces défenses propres à chaque individu sont complétées chez les vertébrés par une immunité qui peut être innée (acquises à la naissance), adaptative ou spécifique et capable de fournir une réponse adaptée à l'intrus.

Les globules blancs sont des macrocellules dont la taille varie entre 6 et 20 microns (contre 7 microns pour un globule rouge et dix fois moins pour les virus) mais elle peut atteindre 200 microns soit 0.2 mm.

- les virus bactériophages. Il s'agit de virus bactériens qui infectent les bactéries en insérant leur matériel génétique dans l’ADN de leur hôte afin de détruire la cellule au cours de la réplication. La plupart des virus sont bactériophages. On en reparlera.

A gauche, les globules blancs sont les armes de défense de notre système immunitaire. Les plus connus sont les Lymphocytes T qui arrivent à maturité dans le thymus (d'où le T). Ces cellules luttent contre les bactéries et tous les agents infectieux, y compris les greffons étrangers. La taille moyenne des globules blancs est de 20 microns. Au centre, des bactériophages T4 attaquant une bactérie E.Coli. A droite, cycle de vie d'un T4. Documents Bruce Blaus, Eye of Science/Science Source et Gopixpic adaptés par l'auteur.

Dans l'éventualité où le système immunitaire de la personne contaminée est affaibli, ses agents antibactériens sont incapables de contenir une infection et la maladie s'installe. Aussi, la piste des virus bactériophages reste une solution performante très prometteuse.

Comment agit un bactériophage ? Soit le virus se sert des structures de son hôte pour se multiplier en le détruisant, soit son ADN, qui contient des fragments génétiques d’autres bactéries précédemment infectées, s’intègre à celui du germe qu’il a pris pour cible et se réplique avec lui, entraînant la mort de son hôte.

Dans des conditions qui leur sont favorables (environnement, pH, température, pression, potentiel d'oxydo-réduction), ainsi que nous l'avons dit la population des bactéries double toutes les 20 ou 30 minutes en moyenne. Ainsi, en l'espace de 1 heure une bactérie pour donner naissance à plus de 1 million d'individus !

Imaginez quand il y a des milliards de bactéries (et bien  plus) en incubation dans un malade en train de voyager et de contaminer les personnes qu'il croise. En 24 heures, ce sont des millions de milliards de vecteurs potentiels de maladie qui peuvent se disséminer dans la nature. C'est l'infection générale, l'épidémie.

Ce n'est donc pas sans raison que les pandémies sont des situations d'urgence, parfois catastrophiques quand elles entraînent la mort, et qu'on demande à chacun de se laver tous les jours et de se laver les mains plusieurs fois par jour. Nous verrons plus loin que la situation est encore plus dangereuse avec les virus.

Des bactéries aux deux visages

La plupart des bactéries vivent dans l’intestin et en particilier le colon des êtres humains et des animaux, sur la peau, sur le sol ou dans les aliments et sont inoffensives. Ce sont des agents biohimiques vecteurs de nombreuses transformations (ferments lactiques, etc) mais ils peuvent occasionnellement et par manque d’hygiène devenir infectieux. Ne prenons que deux exemples parmi les 75000 espèces connues sur les millions existantes.

Résultat de la mise en culture (quelques jours à 37°C ) de l'empreinte de la main d'un enfant de 8 ans qui était simplement sorti jouer dehors comme d'habitude. A moins d'avoir un système immunitaire déficient, ces batéries ne sont pas dangereuses mais cela prouve qu'il y a de bonnes raisons de se laver les mains régulièrement ! Document Tasha Sturm / Cabrillo College.

Le célèbre streptocoque est une bactérie arrondie que nous portons tous. On la retrouve dans la transpiration notamment (sous les aisselles, sur les bras, etc). Elle est généralement inoffensive et tous les sportifs en pleine action vivent très bien avec.

Bien sûr certaines souches sont porteuses de germes pathogènes à l'origine de maladies communes (méningite, angine, inflammation, etc). Toutefois, en de très rares occasions le streptocoque peut subir des mutations et devient un véritable tueur. En effet, s'infiltrant dans le bras ou la jambe par exemple par le biais d'une petite plaie, il s'attaque aux chairs au point de les détruire, les zones infectées progressant jusqu'à 2.5 cm par heure ! Ce streptocoque mutant est capable de tuer un homme de manière fulgurante en l'espace de 24 heures si la zone infectée n'est pas extraite ou le membre amputé. Heureusement on recence très peu de cas de cette gravité.

Une autre espèce à deux visages est le staphylocoque doré (S.aueus). C'est une bactérie opportuniste qui devient pathogène au contact des toxines et de facteurs virulents. Elle devient alors très invasive et peut devenir dangereuse. Ce n'est donc pas sans raison qu'elle a mauvaise réputation et qu'elle fait l'objet de beaucoup d'études.

S.aureus est présent en permanence dans 20 % de la population et jusqu'à 60 % de la population de manière temporaire. On peut parfois le trouver dans les cavités antérieures des fosses nasales, dans la gorge et le tube digestif notamment.

Tant qu'il y demeure il peut rester inoffensif. Mais si suite à une blessure ou un autre agent pathogène (l'ingestion de nourriture périmée par exemple contenant des entérotoxines produites par S.aureus) il se multiplie et se dissémine et monte vers le cerveau par exemple ou descend vers le tube digestif, les poumons, le périnée ou infecte la peau, il peut devenir toxique et provoquer de graves infections. Raison pour laquelle sa présence dans les hôpitaux est toujours redoutée.

Une colonie de staphylocoques dorés. Leur couleur est liée à la présence d'un pigment protecteur à base de caroténoïde, la staphyloxanthine.

Vu ses effets, il est fortement déconseillé de s'arracher les poils du nez par exemple car en cas de blessure ou d'infection cela peut offrir à cette bactérie une voie d'accès directe au sang, aux méninges, aux poumons ou aux os et entraîner de sérieuses infections, voire dans le cas extrême entraîner la mort si l'infection est généralisée (le cas d'une septicémie) et si la personne n'est pas prise en charge rapidement.

Les infections qu'il provoque (nosocomiale, panari, septicémie, etc) peuvent normalement se soigner avec des vaccins ou des produits antisceptiques et le traitement ne dure que quelques jours. Si les symptômes persistent ou s'aggravent, il faut prendre des antibiotiques à base de β-lactame telle la Pénicilline ou la Méthicilline (il existe une dizaine de familles), et le traitement peut durer 2 semaines.

Toutefois, le staphylocoque doré a développé une résistance à ces antibiotiques (la souche SARM ou MRSA) ce qui augmente la difficulté de le combattre avec les traitements traditionnels, ce qui explique parfois le recours à l'hospitalisation. Mais même dans un hôpital a priori à l'abri des microbes, cette bactérie peut se cacher et infecter des personnes saines d'où l'obligation de respecter à la lettre les consignes d'hygiène.

La résistance des bactéries

Malgré ce titre aux relents de scénario de science-fiction, la résistance des bactéries est une réalité bien concrète et qui devient alarmante. Ne prenons qu'un chiffre extrait de l'actualité récente.

Selon le webzine Wired, chaque année aux Etats-Unis deux millions de personnes contractent des maladies à cause de bactéries et de champignons qui sont devenus résistants à certains antibiotiques. Parmi ces malades, plus de 13 % soit 23000 d'entre eux en meurent. Indirectement, ces soins et ces décès augmentent les dépenses en soins médicaux de 20 milliards de dollars. L'Europe est également confrontée au même problème.

La résistance des bactéries devient donc un véritable problème de santé. En effet, il existe des centaines de formules chimiques pour créer des antibiotiques. Ils ont un spectre plus ou moins large et peuvent donc tuer différents types de bactéries, sauf si elles deviennent résistantes. Car à force de mutations suite à des erreurs de transcriptions lors de leur division, les bactéries peuvent devenir résistantes et même multirésistantes, c'est-à-dire capables de résister à plusieurs antibiotiques.

Les bactéries multirésistantes ou BMR sont 40 fois plus nombreuses qu'il y a 20 ans et le nombre d'épisodes (de personnes infectées) augmente chaque année. Cela signifie qu'en cas d'infection, les bactéries résistantes se multiplient au détriment des souches normales et peuvent, sous certaines conditions, créer une véritable pandémie.

Certaines bactéries deviennent même hautement résistantes, pour lesquelles il n'existe aucun remède. C'est le cas de la spasmonelle kentuki, qui sévit surtout en Asie du Sud-Est. Si elle se dissémine et débarque sur un autre continent, les scientifiques n'ont aucun moyen de l'arrêter, preuve que le combat contre les microbes pathogènes est une lutte au quotidien.

A consulter : EnsemblBacteria

Plus de 20000 génomes bactériens en ligne

De haut en bas et de gauche à droite : honneur au Penicillium, une bactérie qui vit sur un champignon, découverte en 1928 par le Pr. Alexander Fleming. On la retrouve sur le fromage bleu et le Roquefort; une bactérie Streptomyces coelicolor qui constitue les deux tiers des antibiotiques; la Salmonella typhimurium; Escherichia coli; des bactéries filamenteuses capables d'oxyder le fer et des bacilles. Documents Microbe Zoo/DLC-ME, Bioscinet, Agence Bsip, Microbe Zoo/DLC-ME, Dennis Kunkel et CNRI.

Les inconvénients de la promiscuité

Plus près de nous, dans notre vie quotidienne, le problème de la résistance des bactéries apparaît surtout dans l'élevage en batterie, où la densité des animaux est anormalement élevée comparée au milieu naturel (par exemple 1 poule sur la surface d'une feuille A4 !). Le risque d'infection y est élevé d'où l'emploi régulier d'antibiotiques. Mais revers de cette stratégie, elle donne naissance indirectement à des souches multirésistantes. Aussi depuis quelques années, on ne peut plus donner n'importe quels antibiotiques dans les élevages pour justement essayer d'enrayer la prolifération des bactéries résistantes.

Ce type d'élevage n'est donc pas une solution très saine et les médias s'en font régulièrement l'écho. C'est ici que la viande Bio et ses dérivés (les oeufs Bio, etc) prennent tout leur intérêt.

Nous pouvons citer un autre exemple où la promiscuité facilite le transport des agents infectieux. Tous les parents savent qu'en plaçant leur bébé dans une crèche, les bébés plus fragiles que les autres peuvent contracter des infections. Les soigner en les bombardant d'antibiotiques à titre préventif ou curatif est un réflexe qui peut protéger l'enfant contre des maladies bactériennes comme la scarlatine ou la méningite. Mais mieux vaut d'abord voir comment le système immunitaire de l'enfant peut lutter seul contre cette bactérie avant de lui prescrire des antibiotiques adaptés à son âge.

Ici encore, le meilleur traitement est la prévention : isoler le malade, retirer l'enfant sein temporairement de l'établissement et si ce n'est pas possible, de bien se laver tout le corps et en particulier les mains, premiers vecteurs de parasites.

A gauche, des bacilles anthracis sous forme de spores (vert) grossis 1020 X. Il s'agit de procaryotes rouges qui infectent les poumons. Au centre, des moisissures noires Aspergillus versicolor (la forme arborescente) grossies 425 X libérant des spores asexuées (vertes). A droite, une colonie de Streptocoques pyogenes, vecteurs de la scarlatine notamment, la "2eme maladie de l'enfant" disait-on à une époque, après la rougeole et devant la rubéole (deux infections virales). En vert, des neutrophiles (leucocytes de la famille de globules blancs du système de défense immunitaire) sont en train d'engloutir les bactéries par phagocytose. Documents Dennis Kunkel Microscopy, Inc.

Ceci dit, les parents ayant de petits enfants entendront parfois la responsable de leur crèche leur conseiller de laisser leur enfant malade dans l'établissement afin que leurs camarades acquièrent les anticorps pour lutter contre cet agent pathogène. Si effectivement la plupart des autres enfants se porteront bien, une fraction d'entre eux tomberont malade au grand dam de leurs parents. Ce n'est donc pas un conseil très sage que de laisser un enfant malade parmi des enfants sains.

Si le corps humain est parfaitement adapté peut lutter contre la plupart des bactéries, on ne peut pas en dire autant des virus face auxquels le corps humain est dépourvu de défenses. Même si nous pouvons les combattre avec des méthodes de bon sens (isolement, meilleure hygiène, incinération des victimes, etc.), les virus restent les maîtres du monde. C'est l'objet du prochain chapitre.

Prochain chapitre

Les virus

Page 1 - 2 - 3 -


[1] Lynn Margulis et Dorion Sagan, "L'Univers bactériel”, Albin Michel, 1989, p23. Dorion Sagan est auteur, le fils de Lynn Margulis et Carl Sagan.


Back to:

HOME

Copyright & FAQ