LES ESCHERICHIA COLI

LES ESCHERICHIA COLI : ETUDE ET DIAGNOSTIC

PAR : Salim Djelouat


Bactérie isolée en 1885 par Theodor Von Escherich dans les selles de nourrissons.
Elle est communément appelée colibacille.
C’est une bactérie fécale très commune chez l’être humain et généralement commensal.
Certaines souches peuvent être ou devenir pathogènes et vont alors entrainer des gastro-entérites, des infections urinaires, des méningites et même des septicémies.


01 - Classification


- règne : Procaryotae
- domaine : Bacteria
- phylum : Proteobacteria
- classe : Gammaproteobacteria
- ordre : Enterobacteriales
- famille : Enterobacteriaceae
- genre : Escherichia
- espèce : Escherichia coli


L'on notera que les noms latins s'écrivent en italique et qu'au niveau de la dénomination d'une espèce, le nom du genre prend une majuscule : Escherichia, ce qui n'est pas le cas du nom de l'espèce : coli.
On emploi souvent la notation suivante E. coli, ou le nom du genre est représenté par l'initiale.


02 - Habitat
Hôte normal de l'intestin de l'homme et des animaux, c'est l'espèce aérobie la plus représentée dans le tube digestif.
La présence de colibacilles ou espèces voisines (les coliformes) dans l'eau est un témoin de contamination fécale (le dénombrement des coliformes dans l'eau est appelée "colimétrie»)


03- Pouvoir Pathogène Naturel :


Les Escherichia coli sont responsables de très nombreuses pathologies tant chez l’adulte, que chez l’enfant.

Les principales pathologies sont :
A - Les infections de l'arbre urinaire :
Il est connu que les infections urinaires à Escherichia coli (colibacille), sont dues à la migration de ces germes du tube digestif vers l'arbre urinaire par voie ascendante et externe.
Des raisons anatomiques constituant des facteurs favorisants, expliquent leur plus grande fréquence chez la femme, mais toutes les causes de stase telles que :

* lithiase
* prostatite
* compression
* grossesse
* malformations rénales

Cependant, la contamination vésicale par le colibacille ne donne une infection urinaire et surtout une atteinte du parenchyme rénal, qu'avec certaines souches particulières capables d'adhérer aux cellules de l'arbre urinaire.

Les souches uro-pathogènes appartiennent plus fréquemment aux :

1) sérotypes O : 1, 2, 4, 6, 7, 16, 18, 75
2) sérotypes K : 1, 2, 3, 12, 13 qui possèdent des adhésines


B - Les infections abdominales :

Escherichia coli est souvent responsable de :

* suppurations péritonéales
* biliaires,
* appendiculaires

Les souches en cause ont un pouvoir , cytotoxique sur les polynucléaires, opposent une résistance à la phagocytose et possèdent des systèmes de captation du fer


C - Les bactériémies :

Les pathovars des Escherichia coli incriminés dans les bactériémies sont caractérisés par un fort pouvoir invasif.
Les Escherichia coli dans se cas, possèdent , des systèmes de captation du fer, des cytotoxines qui, occasionnant des dégâts tissulaires en facilitant leur diffusion et des facteurs de résistance à la phagocytose (par la capsule) et à l'action bactéricide du complément (par les chaînes latérales du LPS)


D - Le choc endotoxinique :

Il est marqué par : la Fièvre, collapsus et les hémorragies qui sont les principaux symptômes du redoutable choc septique.
Ce choc engendre dans l'organisme une lyse massive d'entérobactéries qui vont libérés de grandes quantités de LPS.

E - Les méningites et les bactériémies du nouveau né et du nourrisson :

30% environ des méningites néonatales sont dues à Escherichia coli.
Elles s'accompagnent presque toujours d'un état bactériémique, voire septicémique.
L'infestation du nouveau-né est certainement d'origine maternelle.
Les souches exprimant l'antigène K1 sont largement prépondérantes dans ces infections.

Observation concernant l'adulte :
Chez l'adulte, la fréquence des méningites à Escherichia coli semble augmenter surtout en milieu neurochirurgical.


F - Les syndromes diarrhéiques :

Plusieurs mécanismes physiopathologiques sont en cause selon les souches responsables :

1. Les Souches entérotoxinogènes : - E T E C - (EnteroToxinogenic Escherichia Coli) - (O6, O8, O15, O20, O25, O63, O78 O80, O85, O115, O128, O139)
Ces souches sont responsables de la "diarrhée des voyageurs" ou "turista" et de syndromes diarrhéiques épidémiques dans les pays du tiers-monde.
Elles se fixent sur la muqueuse par des pili et élaborent les entérotoxines thermolabile (LT) et thermostable (ST).
Ces facteurs de virulence sont codés par les plasmides.
Cette infection se caractérise par une diarrhée très liquide, des nausées, des crampes abdominales associées ou non avec une légère fièvre.


2. souches entéroinvasives : - E I E C - (EntéroInvasive Escherichia Coli) - (O28, O112, O124, O136, O143, O144, O147, O152)
Ces souches (très voisines des Shigella par leurs caractères biochimiques et antigéniques) sont responsables de syndromes dysentériques avec invasion de la muqueuse intestinale.
Cette pathologie ressemble à celle causée par les Shigella (voir: les Shigella), avec fièvre élevée.
Les souches entéroinvasives touchent toutes les tranches d’âge.


3. souches entérohémorragiques : - E H E C - (EnteroHaemorragic Escherichia Coli) – (O157 mais aussi O26, O55, 0103 et O111)
Ces souches sont responsables de diarrhées sanglantes et de colites hémorragiques liées à la production de toxines SLT.
Le sérogroupe le plus impliqué est le 0157 et le sérotype 0157 : H7
Les EHEC, sont capables d’adhérer aux entérocytes et secrètent alors des exotoxines la SLT1-1 la SLT2-2.
Ces deux toxines appelées : Shiga-like toxins, sont proches de la toxine de Shigella dysenteriae.
Ces toxines sont responsables des syndromes hémolytiques et urémiques (anémie, thrombopénie et anémie hémolytique).


4. souches entéropathogènes : - E P E C - (EnteroPathogenic Escherichia Coli) (O26, O55, O86, O111, O119, O125, O126, O127, 0128, O142)
Ces souches sont responsables de gastro-entérites souvent sous formes d’épidémies chez l’enfant de moins de trois ans.
Leur mécanisme physiopathologique est du à la capacité
De ces souches à adhérer aux entérocytes et ensuite d’entrainer leur destruction.
Les Escherichia coli n’envahissent jamais les entérocytes.
Elles sont proches des souches entérohémorragiques (EHEC) car elles produisent les toxines SLT qui seraient responsable des lésions.
Leurs diarrhées sont caractérisées par des selles liquides et ne comportent ni hématies ni leucocytes.


5. Gastro-Enterites Infantiles : - G E I -
Les gastro-entérites infantiles, sont causes par un type particulier d’Escherichia coli (caractérisés surtout par leurs antigènes).
On admet cependant que ce type d’Escherichia coli n’est pathogène qu’en dessous de l’âge de 2 ans et c’est surtout les nouveau-nés et les prématurés qui sont le plus particulièrement pathogènes.
Les GEI, sont caractérisées par un syndrome entérique grave, avec toxicose et déshydratation.
L'allaitement maternel confère une certaine protection contre ces infections.
(voir : le lait maternel: un nouveau regard )


6. Les Escherichia Coli Entero-AGGregatives : - E A G G E C -
Les EAggEC sont des souches qui ne sécrètent pas les entérotoxines LT ou ST, leur pouvoir se fait par adhésion aux cellules (adhésion agrégative).
Il n’est pas impossible que les Escherichia coli EAggEC, incluent des souches non pathogènes.
Environ 40 % des souches d’EAggEC produisent l’entérotoxine EAST1 (pour « EAggEC ST-like toxin »), qui présente environ 50 % d’homologie avec la toxine ST des ETEC.
La contribution de ces toxines au pouvoir pathogène n’est pas encore établie.

Les EAggEC sont responsables :

* De diarrhées persistantes pratiquement dans tous les pays du monde
* De retard de croissance surtout chez les jeunes enfants.


7. Les Escherichia Coli à Adhésion Diffuse – E C A D – (ou Diffuse–Adhering Escherichia Coli)
Ces souches, tout d'abord classées avec les Escherichia coli entéro-pathogènes, forment maintenant un groupe à part, du fait de leur phénotype d'adhésion particulier qui n'implique pas d'agrégats microbiens.

Deux marqueurs caractérisent ces souches :

* l'antigène fibrillaire de surface F1845 associé à un fimbriae (pilus)
* la protéine adhesin involved in diffuse adhérence, AIDA-1



04 – Étude bactériologique :
Escherichia coli exprime les caractères généraux des entérobactéries.
(voir : les entérobactéries: généralités).


A - Caractères morphologiques :
Ceux sont des bacilles de 2µ à 3µ de long sur 0.7µ de large.
Ils se présentent soit seuls ou groupés le plus souvent par deux (diplobacilles), plus rarement ils sont rencontrés en amas.
Ils sont ont mobilité positive grâce à une ciliature péritriche, mais très réduite.
Le sérotype 0 :111 est immobile.
Des formes capsulées ont été rencontrées, présence de l’Antigène A.


B - Caractères culturaux :

* Aéro-anaérobie facultatif.
* pH optimum : 7.5
* température : 37°C (mais pousse entre 15°C à 45°C)


C - Caractères biochimiques :

Les Escherichia coli, sont désaminase (-), fermente le glucose par la voie des acides mixtes.
Ils sont :

* rouge de méthyle (+)
* VP (-)
* lactose (+)
* ONPG (+)
* mannitol (+)
* Indole (+++)
* uréase (-)
* acétoïne (-)
* citrate (-)
* H2S (-)
* gaz (+)
* réduit les nitrates en nitrites
* saccharose (+)
* salicine (+)
* LDC (+)


D - Caractères antigéniques :
Les principaux antigènes des Escherichia coli sont :

1 – Les antigènes O :
Possèdent une composition lipopolysaccharidiques,très complexe.
Ils comprennent 180 types antigéniques détectables par agglutination.
Les principales méthodes de détections des antigènes O, sont :

a – méthode classique :

La méthode classique de détection, utilisée actuellement par la plupart des laboratoires d’analyses est limitée :

* par la présence d’agglutinations croisées entre les antigènes O des Shigella et de certaines salmonella.
* Passage des colonies de la Forme S à la Forme R
* Par le nombre de plus en plus élevé de sérums à fabriquer


b – méthode nouvelle :
Des méthodes de sérotypage moléculaire sont actuellement développées.
Elles reposent sur l’analyse de la diversité des antigènes O, en mettant un profil d’électrophorèse par l’emplacement des sites de restriction.
Le profil trouvé, sera ensuite analysé à l’aide de logiciels et sera comparé à une base de données, en perpétuel développement.

2 – Les antigènes H:
Ils sont au nombre de 56, à noter qu'ils sont très difficiles à mettre en évidence.
Les antigènes H, ne servent pas à l'identification des Eschérichia Coli pathogènes, mais ne présentent qu'un intérêt du point de vue épidémiologique.
La diversité des antigènes H est due aux différents type de flagelline (la composante essentielle du flagelle).
Le typage de l’antigène H peut se faire par séro-agglutination, mais cette technique n’est pas très développée.
Des techniques moléculaires de sérotypages sont actuellement développées.
Elles reposent sur l’amplification et la restriction du gène fliC.


3 – Les antigènes K:
On distingue actuellement 93 antigènes K de structure polysaccharidique : les souches les plus pathogènes possèdent l'antigène K1.
Trois types d’antigènes K, méritent actuellement une étude à part et il s’agit plus spécialement des antigènes K, qui sont désignés par les lettres L, A et B.
a) l’antigène L, est le plus fréquent, c’est un antigène de surface.
Il est thermolabile (détruit en 30 minutes à 100°C).
Le chauffage par conséquent va provoquer une perte du pouvoir antigénique.
b) L'Antigène A, est beaucoup plus rare ; c’est un antigène capsulaire, rencontrés chez les Escherichia coli, responsables d’infections urinaires.
Il est thermostable et n’est détruit que par autoclavage.
c) L'Antigène B est rencontrés chez les souches d’Escherichia coli responsables de gastro-entérite infantile.
Il est thermolabile et détruit en 30 mn à 100°C.

Important :
Les antigènes K décrits par Kauffman et coll. Masquent les antigènes O et rendent certaines souches d’Escherichia coli inagglutinables.


05 – Étude des principaux facteurs de pathogénicité :

L'étude des facteurs de pathogénicité des Escherichia coli a montré que dans l'espèce, il existe de nombreux variants exprimant des potentialités pathogènes diverses : les pathovars.

Les facteurs de pathogénicité sont :

A. Une capsule , qui s'oppose à la phagocytose.
B. Des protéines de la membrane externe et le LPS donnant aux bactéries la capacité d'échapper à l'activité bactéricide du sérum de l'hôte en s'opposant à la fixation du complément.
C. Des systèmes de captation du fer (lessidérophores), fournissent aux bactéries le fer indispensable à leur multiplication et ce au détriment de la transferrine.
D. Des adhésines, qui confèrent aux souches qui les possèdent la propriété de se fixer aux cellules épithéliales.
De nature protéique, elles sont portées le plus souvent par des pili communs.
L'adhérence constitue une étape essentielle de la pathogenèse des infections dues aux bactéries entériques.
E. Des toxines aux nombres de trois :
E1 - l'endotoxine, commune aux entérobactéries
E2 - les entérotoxines : ST (thermostables) et LT (thermolabiles).
Ce sont des toxines cytotoniques qui agissent sur le contrôle entérocytaire de la sécrétion hydro-électrolytique. La toxine LT est proche de la toxine cholérique
E3 - les cytotoxines SLT1 et SLT2 (Shiga-like toxin).
Ce sont des toxines qui altèrent l'intégrité des entérocytes.
On les appelle encore des Véro-toxines (VT) à cause de leur effet toxique sur les cellules Véro en culture.


06 - Etude épidémiologique :
Les infections a Escherichia coli peuvent se transmettre par :

A - Les aliments, tes que :

* le bœuf haché insuffisamment cuit
* le jus de pomme
* le lait non pasteurisés
* le jambon
* la dinde
* les viandes à sandwich
* les légumes crus
* le fromage
* l'eau contaminée

B - Les mains sales :
En manipulant des aliments avec des mains sales ou après contact avec des animaux (ou leur déjection) porteurs, cette bactérie peut se transmettre de personne à personne.


C - Par contact :
Avec des personnes malades qui excrètent des bactéries dans leurs selles.

D - Les bovins :
Constituent un important réservoir des Escherichia coli.

Observations :
Eschérichia coli ne peut se transmettre ni par la toux, ni par les baisers, ni par l'interaction normale et quotidienne et ne peut se propager si on observe les régles d'hygiènes quotidiennes les plus élémentaires .


07 - Démarche de diagnostic des infections à Eschérichia Coli :
A partir de prélèvements divers, urines, selles, sang, L.C.R, pus, liquide d'ascite, on recherche le colibacille par des techniques bactériologiques :

A - L'examen microscopique révèle la présence de bacilles à Gram négatif mais il arrive que la morphologie soit atypique.

B - La culture sur milieux simples ou sur milieux lactoses avec indicateur coloré donne lieu au développement de bacilles à Gram négatif, fermentant le lactose et possédant les caractères biochimiques qui caractérisent l'espèce.

C - Un sérotypage n'est pratiqué couramment que pour les souches entéropathogènes (EPEC) et pour les sérotypes O157 (EHEC) pour lesquelles il existe des sérums agglutinants spécifiques.

D - La recherche de l'antigène K1 dans le sérum, le L.C.R ou les urines du malade par agglutination de particules de latex sensibilisées permet un diagnostic rapide en particulier chez le nourrisson ou le nouveau-né infecté mais on observe une réaction croisée avec l'antigène du groupe B des méningocoques.

E - Le sérodiagnostic des infections à colibacilles n'est utile que dans les infections urinaires de l'enfant où la découverte d'anticorps (par agglutination ou par hémagglutination passive) fait craindre une "infection haute".

F - On peut révéler la présence d'adhésines grâce à leur pouvoir hémagglutinant sur les globules rouges humains ou animaux.

G - Les souches EIEC qui ressemblent aux Shigella sont reconnues par leur pouvoir invasif mis en évidence par le test de Sereny (l'instillation de la souche sur l'œil d'un cobaye provoque une kérato-conjonctivite) ou par leur pouvoir envahissant sur cellule HeLa en culture.

H - Il est parfois demandé de rechercher sur les souches isolées d'infections urinaires des anticorps fixés sur les bactéries dont la présence signerait une infection haute, rénale ou pyélo-calicielle.


08 - Antibiogramme et Stratégie thérapeutique


A - Sensibilité :
Escherichia coli possède une sensibilité naturelle aux antibiotiques.
1 - ß-lactamines :
pénicillines A (ampicilline, amoxicilline), C1G, C2G, C3G, les carboxypénicillines, les acyluréido-pénicillines, les carbapénems et les monobactams.
2 - Les aminosides et les polypeptides sont également actifs
3 - autres : sulfamides et certains aminosides


B - Résistance :
On note actuellement un développement inquiétant des résistances des Escherichia coli, par modification de la production d’enzymes hydrolysant les bêtalactamines ou les aminosides, ou par mutation, affectant les porines.

* 50% de résistance à l’ampicilline, l’amoxicilline
* 15 - 20% de résistance à l’amoxicilline + l’acide clavulanique
* 5 - 10% de résistance aux fluoroquinolones (acide nalidixique, ofloxacine…)
* nombreuses souches Résistantes aux tétracyclines et aux sulfamides


Important :
Une percée importante vient d'être faite dans la lutte contre les bactéries responsables en particuliers des intoxications alimentaires.
Une équipe américaine de l'Université Harvard a créé une nouvelle classe d'agents expérimentaux qui seraient capables de neutraliser les toxines bactériennes comme celle qui est produite par l'Escherichia coli entérohémorragiques.
Cet inhibiteur, baptisé (S) - PolyBAIT, pourra être utilisé en combinaison avec des antibiotiques et sera efficace contre de nombreux types de bactéries qui produisent des toxines solubles.
L'un des auteurs des travaux, le Dr David Bundle, soutient que l'inhibiteur a protégé des souris contre les effets d'une dose toxique de la toxine Shiga, qui provoque le syndrome hémolytique et urémique (SHU), caractéristique des intoxications alimentaires dues à l'Escherichia coli.
Les antibiotiques ne peuvent pas être utilisés seuls pour traiter certains cas graves d'infection à l'Escherichia coli, car les bactéries détruites libèrent davantage de toxines en mourant.
Les chercheurs estiment que la combinaison de cet inhibiteur avec des antibiotiques sera très efficace.
Les résultats complets sont publiés dans les annales de l'Académie américaine des sciences (PNAS).



09 – Mesures d'hygiène :

* toute viande hachée et surtout celle venant du bœuf doit être bien cuite (température intérieure de la viande doit atteindre 70 à 80°C)
* les jus de pomme doivent être pasteurisés
* les laits frais émanant directement de l’animal sont à proscrire surtout chez les jeunes enfants
* les fruits et surtout les légumes doivent être lavés et ce avant consommation
* le lavage des mains doit être très soigneux et dois se faire avant de préparer les aliments et après être allés aux toilettes ou toutes manipulations douteuses et surtout celle des animaux domestiques
* les surfaces de travail au niveau de la cuisine doivent être lavés et ainsi que les ustensiles qui ont été en contact avec la viande crue ou surtout celle de la volaille.
* Les aliments doivent être conservés à une température de 4°C au moins.
* La conservation des aliments chauds doit se faire à une température avoisinant les 70°C ou plus
* Attention à la consommation d’eau provenant de certains cours d’eau, ou de certaines sources