Physiopathologie des infections à P. aeruginosa

DU AntibiothérapieSt Louis-Mars 2008

B. GueryEA 2689

La virulence de P.aeruginosa

Biofilm Alginate Lectines

SSTT Pili Flagelle

Mécanismes intriqués

QUORUM

SENSING

Infection aiguë Infection chronique

Infection invasive caractérisée par la sécrétion de nombreuses toxines (injectisome)

Infection inflammatoire associée à la capacité de P. aeruginosa à former une communauté appelée biofilm

Les deux modes de virulences de P. aeruginosa

Col

onis

atio

n in

itia

le

Étape infectieuse

Infection aiguë Infection chronique

Le choix

Les deux modes de virulences de P. aeruginosa

Lung infection model inLung infection model in Pseudomonas aeruginosaPseudomonas aeruginosa

TTSS switched off

Active TTSS

Toxiceffectors

Lung epithelium

TTSS switched on

Polack et al

Adhésion Adhésion

Reconnaissance de Reconnaissance de structures glycaniques structures glycaniques

épithéliales et muciniques épithéliales et muciniques via des lectines via des lectines

Colonisation pulmonaire Colonisation pulmonaire

Formation du biofilmFormation du biofilm

Étape d’adhésion initiale

- L’expression de LecA et LecB est régulée par le système du quorum sensing et par le facteur RpoS

(Cioci et al., 2003)(Cioci et al., 2003)

LecA (PA-IL)LecA (PA-IL)

(Loris et al., 2003)(Loris et al., 2003)

LecB (PA-IIL)LecB (PA-IIL)

Les lectines de P. aeruginosa

D-galactose L-fucose

Implication des lectines LecA et LecB dans la pathogénie de P. aeruginosa

Etudes in vitro LecA: activité cytotoxique (Bajolet-

Laudinat et al., 1994; Wu et al., 2003)

LecA et LecB: formation du biofilm (Tielker, al., 2005 ; Diggle et al., 2006)

LecA et LecB: inhibition des battements ciliaires (Mewe et al., 2005)

Etudes in vivo

Chemani et al, Soumis

Chemani et al, Soumis

Chemani et al, Soumis

Chemani et al, Soumis

Chemani et al, Soumis

Chemani et al, Soumis

Sonawane et al, Inf Imm 2006

Capacité à former un biofilm

Facteurs extracellulaires de virulence

Lazdunski Ann Fr Anesth Réanim 2003,22,523

ExoU

ExoY ExoT

ExoS

ExoU

ExoT

ExoS

PopBPopD

ExoY

PcrV

Membrane interne

Membrane externe

ExoS

Membrane cytoplasmique

Type I Type II Type III

P. aeruginosa

Cellule eucaryote

ToxAAprA

PcsC

Elastase et fonction pulmonaire

Alcorn et al, J Biol Chem 2004

The SP-D fragment fails to bind or aggregate bacteria that are aggregated by intact SP-D

Dose Time

T°

TTSS: a needle

Kubori Kubori et al.et al. Science 1998, Science 1998,280280,602,602

E. Kipnis et al., Med Mal Infect

Exo T

ExoT inhibe l’internalisation de PA103 par les cellules épithéliales polarisées et les macrophages

Action liée à une structure en doigt d’arginine, mutation: Diminue l’activité anti-internalisation Altération de la capacité à altérer le

squelette actino-myosique

Garrity-Ryan et al, Inf Imm 2000

Exo S et lésion alvéolaire

Percentage of alveolar tracerPercentage of alveolar tracer

Lung (% inst)Lung (% inst) Blood (% inst)Blood (% inst)

CtrCtr 93+/-293+/-2 3+/-23+/-2

PAK PAK (A+,S+)(A+,S+) 80+/-480+/-4 16+/-416+/-4

PAKexsA PAKexsA (A+,S-)(A+,S-) 91+/-291+/-2 6+/-16+/-1

PA103 PA103 (A+,S+)(A+,S+) 56+/-256+/-2 21+/-721+/-7

PA103exsA PA103exsA (A-,S-)(A-,S-) 89+/-389+/-3 5+/-35+/-3

PA103tox@ PA103tox@ (A+,S+)(A+,S+) 54+/-1254+/-12 27+/-1227+/-12

(Kudoh et al, Am J Physiol 1994)(Kudoh et al, Am J Physiol 1994)

Shaver & Hauser, Inf Imm 2004Mutation sur l’activité ADRBT

Phillips et al, JBC 2003CHO cell

Phillips et al, JBC 2003

(Sawa et al, Nature Med 1999)(Sawa et al, Nature Med 1999)

0

5

10

15

20

25

30

No Bac

teria

PA103

dPcrV

dPcr/p

UCPpcrV

dPcrV/p

UCP

*

*

Lung epithelial injuryLung epithelial injury(%(%131131I-Alb)I-Alb)

0102030405060708090

100

PA103

exoU

:Tn5T

c

dPcrV

dPcrV/p

UCPpcrV

dPcrV/p

UCP

**

Cytotoxicity (%)Cytotoxicity (%)

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

0 1 2 3 4 5 6 7

CtrPA103dUT

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

0 1 2 3 4 5 6 7

CtrPA103dUT

MAPMAP(mmHg)(mmHg)

Cardiac OutputCardiac Output(% baseline)(% baseline)

Time (hours)Time (hours) Time (hours)Time (hours)

(Kurahashi et al, J Clin Invest 1999)(Kurahashi et al, J Clin Invest 1999)

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

0 1 2 3 4 5 6 7

PA103

PA103+rhIL10

PA103+antiTNF

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 1 2 3 4 5 6 7

PA103

PA103+rhIL10

PA103+antiTNF

MAPMAP(mmHg)(mmHg)

Cardiac OutputCardiac Output(% baseline)(% baseline)

Time (hours)Time (hours) Time (hours)Time (hours)

(Kurahashi et al, J Clin Invest 1999)(Kurahashi et al, J Clin Invest 1999)

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6 7

CtrPA103dUT

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6 7

PA103

PA103+rhIL10

PA103+antiTNF

Time (hours)Time (hours) Time (hours)Time (hours)

125125I-alb in blood (%)I-alb in blood (%) 125125I-alb in blood (%)I-alb in blood (%)

(Kurahashi et al, J Clin Invest 1999)(Kurahashi et al, J Clin Invest 1999)

Surmortalité et SST III

SSTT [+] SSTT [-]

Mortalité

21% 3%

RR décès

PcrV seule 7,4

PcrV + toxine(s)

8,7

(Roy Burman et al, J Infect Dis. 2001 )(Roy Burman et al, J Infect Dis. 2001 )

Infection aiguë

Infection chronique

SSTT [+]

89% 41%

35 patients ventilés35 patients ventilésPneumonie à Pneumonie à P.aeruginosaP.aeruginosa

Production de ProtéinesProduction de ProtéinesIssues du système de sécrétionIssues du système de sécrétion

de type III de type III

++27/3527/35

--8/358/35

22 Sévère22 Sévère 5 Modérées5 Modérées 3 Sévères3 Sévères 5 Modérées5 Modérées(81%)(81%) (19%)(19%) (38%)(38%) (62%)(62%)

ExoU : 10/35 (29%) associée à 90% de formes sévèresExoU : 10/35 (29%) associée à 90% de formes sévères

(Hauser et al, Crit Care Med 2002)(Hauser et al, Crit Care Med 2002)

Flagelle et SSTT

Macnab Annu Rev Microbiol 2003,Macnab Annu Rev Microbiol 2003,5757:77:77

La flagelline (FliC)

Arora et al, Inf Imm 2005

PILI

Retraction des pilis

Tang H et al, Infect Immun 1995

infant BALB/cByJ

alginate

Alginate mAb humanisé

Strain MAb Survie Ctr Survie mAb

N13 F4291 0/6 6/6

N13 F4281 0/10 8/10

PAO1 F4291 0/6 4/6

PA14 F4291 0/6 5/5

PAO1 ExoU+

F4291 0/5 6/6

B312 F4291 0/6 6/6

Non mucoide

Pier et al, J Immunol 2004

Quorum Sensing

luxR luxI

LuxILuxR

AHL

Faible Concentration en AHL

AHL

Operon lux

RNA polymérase

luxR luxI

LuxILuxR

AHL

Forte Concentration en AHL

AHL

Operon lux

RNA polymérase

AHL

AHL

AHL

AHL

LuxRAHL

Transcription & translation

Luminescence

RhlR RhlI

lasR lasIRsaL

LasILasR

RhlIRhlR

C4

C12

C4

C12

RsaL

PQS

Vfr

QscR

pqsA pqsB pqsC pqsD pqsE

pqsR PqsR

pqsH

VqsR

ActivationInhibition

Mort

Pneumonie

Bactériémie

H18*

*

*

Pearson et al , Inf Imm 2000

109 CFU/souris

Modèle de souris brûlée

s/c : Injection 102 CFU

Rumbaugh et al, Inf Imm 1999

Souris BALBc

Instillation intratrachéale de bactérie + 125 I-Alb

125 I-Alb

125 I-Alb Trouble de

perméabilité

= 125 I-Alb plasmatique

Œdème pulmonaire

= mouillé/secH4

+ Hémocultures

Etude Pyopneumagen

5 souris/souche

(280 souris)

+ cytotoxicité sur A549

LeBerre et al

Le Berre et al, CMI 2008

0

2

4

6

8

10

12

14

16

% o

f I 1

25

0

1

2

3

4

5

6

7

8

W/D

*

*

*

58 isolats non clonaux

LeBerre et al

RESULTATS

% I125 W/D hémoc+ 50%

Ni UST 4,3 4,27

ExoST 6,6 * 4,44 OR= 2,19

ExoU 12,6 * 5,22 * OR= 9 *

* p< 0,05 versus ni USTLeBerre et al

Communication inter espèce

0

10

20

30

40

50

60

70

80

P. aeruginosa

Oral Flora

P.aeruginosa+Oral flora

0,E+001,E+052,E+053,E+054,E+055,E+05

6,E+057,E+058,E+059,E+051,E+06

P. ae

rugin

osa

Oral F

lora

P. ae

rugin

osa+

Oral fl

ora

PAOF

% c

on

solid

ati

on

Duan et al, Molec Microb 2003

4% des gènes de Pseudomonas répondent à OF Rôle de AI2

CFU

Super nertwork

Adenylate cyclase CyaB CyaA

AMPc

Régulateur transcriptionnel Vfr

Expression de plus de 100 gènes SSTT Pili type IV Exotoxin A via LasR/LasI …..

Cofacteur

Super régulateur

Smith et al, Inf Imm 2004

EA 2689 Karine Faure Rozen Le Berre Maud Pierre Chanez Chemani

IFR 14 Xavier Leroy

GREPI Grenoble Bertrand

Toussaint Olivier Epaulard Benoit Polack

Genève Christian

Vandelden

Lau et al, Inf Imm 2004

16h pi