Microbiologie (Français)

L’immunité innée non spécifique peut être caractérisée comme un système de défenses à multiples facettes qui cible les agents pathogènes envahissants dans un environnement non spécifique manière. Dans ce chapitre, nous avons divisé les nombreuses défenses qui composent ce système en trois catégories: les défenses physiques, les défenses chimiques et les défenses cellulaires. Cependant, il est important de garder à l’esprit que ces défenses ne fonctionnent pas indépendamment et que les catégories se chevauchent souvent. Le tableau 1 donne un aperçu des défenses non spécifiques abordées dans ce chapitre.

Les défenses physiques fournissent la forme la plus élémentaire de défense non spécifique du corps. Ils comprennent des barrières physiques contre les microbes, comme la peau et les muqueuses, ainsi que des défenses mécaniques qui éliminent physiquement les microbes et les débris des zones du corps où ils pourraient causer des dommages ou des infections. De plus, le microbiome fournit une mesure de protection physique contre la maladie, car les microbes du microbiote normal entrent en compétition avec les agents pathogènes pour les nutriments et les sites de liaison cellulaire nécessaires pour provoquer une infection.

Barrières physiques

Les barrières physiques jouent un rôle important en empêchant les microbes d’atteindre les tissus sensibles à l’infection. Au niveau cellulaire, les barrières sont constituées de cellules étroitement jointes pour empêcher les envahisseurs de traverser les tissus plus profonds. Par exemple, les cellules endothéliales qui tapissent les vaisseaux sanguins ont des jonctions cellule à cellule très serrées, empêchant les microbes d’accéder à la circulation sanguine. Les jonctions cellulaires sont généralement composées de protéines membranaires cellulaires qui peuvent se connecter à la matrice extracellulaire ou à des protéines complémentaires de cellules voisines. Les tissus de diverses parties du corps ont différents types de jonctions cellulaires. Ceux-ci incluent des jonctions serrées, des desmosomes et des jonctions lacunaires, comme illustré dans la figure 1. Les micro-organismes envahisseurs peuvent tenter de décomposer ces substances chimiquement, en utilisant des enzymes telles que les protéases qui peuvent causer des dommages structurels pour créer un point d’entrée pour les agents pathogènes.

Figure 1. Il existe plusieurs types de jonctions cellulaires dans les tissus humains, dont trois sont illustrés ici. Des jonctions serrées rivettent ensemble deux cellules adjacentes, empêchant ou limitant l’échange de matière à travers les espaces entre elles. Les desmosomes ont des fibres intermédiaires qui agissent comme des lacets, liant deux cellules ensemble, permettant à de petits matériaux de passer à travers les espaces résultants. Les jonctions espacées sont des canaux entre deux cellules qui permettent leur communication via des signaux. (crédit: modification de l’oeuvre de Mariana Ruiz Villareal)

The Skin Barrier

Figure 2. Cliquez pour agrandir l’image. La peau humaine a trois couches, l’épiderme, le derme et l’hypoderme, qui fournissent une barrière épaisse entre les microbes à l’extérieur du corps et les tissus plus profonds. Les cellules mortes de la peau à la surface de l’épiderme sont continuellement éliminées, entraînant avec elles des microbes à la surface de la peau. (crédit: modification des travaux des National Institutes of Health)

L’une des barrières physiques les plus importantes du corps est la barrière cutanée, qui est composée de trois couches de cellules étroitement compactées. La fine couche supérieure s’appelle l’épiderme. Une deuxième couche plus épaisse, appelée derme, contient des follicules pileux, des glandes sudoripares, des nerfs et des vaisseaux sanguins. Une couche de tissu adipeux appelée hypoderme se trouve sous le derme et contient des vaisseaux sanguins et lymphatiques (Figure 2).

La couche supérieure de la peau, l’épiderme, est constituée de cellules remplies de kératine. Ces cellules mortes restent sous la forme d’une couche dense et étroitement connectée de coques de cellules remplies de protéines à la surface de la peau. La kératine rend la surface de la peau mécaniquement résistante et résistante à la dégradation par les enzymes bactériennes.Les acides gras à la surface de la peau créent un environnement sec, salé et acide qui inhibe la croissance de certains microbes et est très résistant à la dégradation par les enzymes bactériennes. De plus, les cellules mortes de l’épiderme sont fréquemment éliminées, ainsi que les microbes qui pourraient s’y accrocher. Les cellules de la peau perdues sont continuellement remplacées par de nouvelles cellules par le bas, offrant une nouvelle barrière qui sera bientôt éliminée de la même manière.

Des infections peuvent survenir lorsque la barrière cutanée est compromise ou brisée. Une plaie peut servir de point d’entrée à des agents pathogènes opportunistes, qui peuvent infecter les tissus cutanés entourant la plaie et éventuellement se propager aux tissus plus profonds.

Chaque rose a son épine

Mike, un jardinier du sud de la Californie, a récemment remarqué une petite bosse rouge sur son avant-bras gauche. Au départ, il n’y pensait pas grand-chose, mais bientôt elle s’est agrandie puis s’est ulcérée (s’est ouverte), devenant une lésion douloureuse qui s’étendait sur une grande partie de son avant-bras (Figure 3). Il s’est rendu dans un établissement de soins d’urgence, où un médecin a posé des questions sur son occupation. Lorsqu’il a dit qu’il était paysagiste, le médecin a immédiatement soupçonné un cas de sporotrichose, un type d’infection fongique connue sous le nom de maladie du rosier, car elle affecte souvent les paysagistes et les amateurs de jardinage.

Figure 3. La maladie du rosier peut survenir lorsque le champignon Sporothrix schenkii perce la peau par de petites coupures, comme celles qui pourraient être infligées par des épines. (crédit à gauche: modification du travail par Elisa Self; crédit à droite: modification du travail par les Centers for Disease Control and Prevention)

Dans la plupart des conditions, les champignons ne peuvent pas produire d’infections cutanées chez les individus en bonne santé. Les champignons développent des filaments appelés hyphes, qui ne sont pas particulièrement invasifs et peuvent être facilement tenus à distance par les barrières physiques de la peau et des muqueuses. Cependant, de petites blessures cutanées, telles que celles causées par des épines, peuvent ouvrir la voie à des agents pathogènes opportunistes comme Sporothrix schenkii, un champignon du sol et l’agent causal de la maladie du rosier. Une fois qu’il a franchi la barrière cutanée, S. schenkii peut infecter la peau et les tissus sous-jacents, produisant des lésions ulcérées comme celles de Mike. En plus, d’autres agents pathogènes peuvent pénétrer dans les tissus infectés, provoquant des infections bactériennes secondaires.

Heureusement, la maladie du rosier est traitable. Le médecin de Mike lui a écrit une ordonnance pour certains médicaments antifongiques ainsi qu’une cure d’antibiotiques pour lutter contre les infections bactériennes secondaires. Ses lésions ont finalement guéri et Mike est retourné au travail avec une nouvelle appréciation pour les gants et les vêtements de protection.

Membranes muqueuses

Les muqueuses tapissant le nez, la bouche et les poumons et les voies urinaire et digestive constituent une autre barrière non spécifique contre les agents pathogènes potentiels. Les membranes muqueuses sont constituées d’une couche de cellules épithéliales liées par des jonctions serrées. Les cellules épithéliales sécrètent une substance humide et collante appelée mucus, qui recouvre et protège les couches cellulaires les plus fragiles situées en dessous et emprisonne les débris et les particules, y compris les microbes. Les sécrétions de mucus contiennent également des peptides antimicrobiens.

Figure 4. Cette micrographie électronique à balayage montre des épithéliaux ciliés et non ciliés cellules de la trachée humaine. L’escalator mucociliaire pousse le mucus loin des poumons, ainsi que tous les débris ou micro-organismes qui peuvent être piégés dans le mucus collant, et le mucus se déplace jusqu’à l’œsophage où il peut être éliminé en avalant.

Dans de nombreuses régions du corps, des actions mécaniques servent à éliminer le mucus (ainsi que les microbes piégés ou morts) du corps ou des sites potentiels d’infection. Par exemple, dans le système respiratoire, l’inhalation peut amener des microbes, de la poussière, des spores de moisissure et d’autres petits débris aéroportés dans le corps. Ces débris sont emprisonnés dans le mucus tapissant les voies respiratoires, une couche connue sous le nom de couverture mucociliaire. Les cellules épithéliales qui tapissent les parties supérieures des voies respiratoires sont appelées cellules épithéliales ciliées car elles ont des appendices en forme de poils appelés cils. Le mouvement des cils propulse le mucus chargé de débris hors des poumons. Le mucus expulsé est ensuite avalé et détruit dans l’estomac, ou craché ou éternué (Figure 4). Ce système d’élimination est souvent appelé escalator mucociliaire.

L’escalator mucociliaire est une barrière si efficace contre les microbes que les poumons, la partie la plus basse (et la plus sensible) des voies respiratoires, ont longtemps été considérés comme un environnement stérile chez des individus sains. Ce n’est que récemment que des recherches ont suggéré que des poumons sains peuvent avoir un petit microbiote normal.La perturbation de l’escalator mucociliaire par les effets néfastes du tabagisme ou de maladies telles que la fibrose kystique peut entraîner une colonisation accrue des bactéries dans les voies respiratoires inférieures et des infections fréquentes, ce qui souligne l’importance de cette barrière physique pour les défenses de l’hôte.

Comme les voies respiratoires, le tube digestif est une porte d’entrée par laquelle les microbes pénètrent dans le corps et les muqueuses qui tapissent le tube digestif constituent une barrière physique non spécifique contre les microbes ingérés. Le tractus intestinal est tapissé de cellules épithéliales, entrecoupées de cellules caliciformes sécrétant du mucus (figure 5). Ce mucus se mélange avec le matériel reçu de l’estomac, piégeant les microbes et les débris d’origine alimentaire. L’action mécanique du péristaltisme, une série de contractions musculaires dans le tube digestif, déplace le mucus moussé et d’autres matériaux à travers les intestins, le rectum et l’anus, excrétant le matériau dans les selles.

Figure 5. Les cellules de la coupe produisent et sécrètent du mucus. Les flèches de cette micrographie indiquent les cellules de gobelet sécrétant du mucus (grossissement de 1 600 °) dans l’épithélium intestinal. (micrographie de crédit: micrographie fournie par la Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

Endothelia

Les cellules épithéliales tapissant le tractus urogénital, les vaisseaux sanguins, les vaisseaux lymphatiques , et certains autres tissus sont connus sous le nom d’endothélie. Ces cellules compactes constituent une barrière de première ligne particulièrement efficace contre les envahisseurs. L’endothélie de la barrière hémato-encéphalique, par exemple, protège le système nerveux central (SNC), qui comprend le cerveau et la moelle épinière. Le SNC est l’une des zones les plus sensibles et les plus importantes du corps, car une infection microbienne du SNC peut rapidement entraîner une inflammation grave et souvent mortelle. Les jonctions cellulaires dans les vaisseaux sanguins traversant le SNC sont parmi les plus serrées et les plus résistantes du corps, empêchant tout microbe transitoire dans la circulation sanguine de pénétrer dans le SNC. Cela maintient le liquide céphalo-rachidien qui entoure et baigne le cerveau et la moelle épinière stérile dans des conditions normales.

Défenses mécaniques

En plus des barrières physiques qui empêchent les microbes d’entrer, le corps possède un certain nombre de défenses mécaniques qui éliminent physiquement les agents pathogènes du corps, les empêchant de s’installer. Nous avons déjà discuté de plusieurs exemples de défenses mécaniques, y compris l’excrétion de cellules cutanées, l’expulsion de mucus via l’escalator mucociliaire et l’excrétion de matières fécales par péristaltisme intestinal. D’autres exemples importants de défenses mécaniques comprennent l’action de rinçage de l’urine et des larmes, qui servent toutes deux à éloigner les microbes du corps. L’action de rinçage de l’urine est en grande partie responsable de l’environnement normalement stérile des voies urinaires, qui comprend les reins, les uretères et la vessie. L’urine qui sort du corps élimine les micro-organismes transitoires, les empêchant de s’installer. Les yeux ont également des barrières physiques et des mécanismes mécaniques pour prévenir les infections. Les cils et les paupières empêchent la poussière et les micro-organismes en suspension d’atteindre la surface de l’œil. Tous les microbes ou débris qui franchissent ces barrières physiques peuvent être évacués par l’action mécanique du clignement des yeux, qui baigne l’œil dans les larmes, éliminant les débris (Figure 6).

Figure 6. Les larmes chassent les microbes de la surface de l’œil. L’urine élimine les microbes des voies urinaires lors de leur passage; en conséquence, le système urinaire est normalement stérile.

Microbiome

Dans diverses régions du corps, le microbiote résident constitue une défense de première ligne importante contre les agents pathogènes envahissants. Grâce à leur occupation des sites de liaison cellulaire et à la compétition pour les nutriments disponibles, le microbiote résident empêche les étapes précoces critiques de l’attachement et de la prolifération des agents pathogènes nécessaires à l’établissement d’une infection. Par exemple, dans le vagin, les membres du microbiote résident entrent en concurrence avec des agents pathogènes opportunistes comme la levure Candida. Cette compétition empêche les infections en limitant la disponibilité des nutriments, inhibant ainsi la croissance de Candida, gardant sa population sous contrôle. Des compétitions similaires se produisent entre le microbiote et les agents pathogènes potentiels sur la peau, dans les voies respiratoires supérieures et dans le tractus gastro-intestinal. Comme nous le verrons plus loin dans ce chapitre, le microbiote résident contribue également aux défenses chimiques des défenses innées non spécifiques de l’hôte.

L’importance du microbiote normal dans les défenses de l’hôte est soulignée par la sensibilité accrue aux maladies infectieuses lorsque le microbiote est perturbé ou éliminé. Le traitement avec des antibiotiques peut considérablement épuiser le microbiote normal du tractus gastro-intestinal, ce qui permet aux bactéries pathogènes de coloniser et de provoquer une infection diarrhéique. Dans le cas de la diarrhée causée par Clostridium difficile, l’infection peut être sévère et potentiellement mortelle. Une stratégie de traitement des infections à C. difficile est la transplantation fécale, qui implique le transfert de matières fécales d’un donneur (dépisté pour des agents pathogènes potentiels) dans les intestins du patient receveur comme méthode de restauration du microbiote normal et de lutte contre les infections à C. difficile.

Le tableau 2 résume les défenses physiques décrites dans cette section.