Institut Pasteur Rapport d'activité de l'unité Laboratoire des Bordetella


Responsable : GUISO Nicole (nguiso@pasteur.fr)

Résumé du rapport

Les Bordetelles sont des bactéries responsables d’infections respiratoires chez l’homme (Bordetella pertussis et Bordetella parapertussis sont les agents de la coqueluche) et chez l’animal (Bordetella bronchiseptica est l’agent de la rhinite atrophique du porc et de la toux des chenils, entre autres). Les thèmes de recherches de ce laboratoire portent sur les déterminants bactériens impliqués dans la pathogénicité de ces bactéries, les réponses immunes induites chez l’hôte après infection et vaccination, la variabilité des isolats cliniques et sur la mise au point de nouveaux moyens de prévention contre ces bactéries et de nouveaux diagnostics.

Abstract

Bacteria from the genus bordetella are responsible for respiratory infections in humans (Bordetella pertussis and Bordetella parapertussis and whooping cough) and in animals (Bordetella bronchiseptica and atrophic rhinitis and kennel cough). The researches developped in our laboratory are aimed to characterize the determinants involved in the pathogenicity of the Bordetella species, immune responses induced in the host after infection and after vaccination, surveillance of Bordetella species antigenic variations and setting up of new prevention and new diagnosis for whooping cough and other bordetellosis.

Texte du rapport

Interactions de Bordetella pertussis avec les cellules trachéales humaines (Pascale Gueirard)
Au cours de l’infection, les Bordetelles synthétisent un certain nombre de protéines, telles des adhésines leur permettant d’adhérer à la surface des cellules de l’appareil respiratoire (hémagglutinine filamenteuse et pertactine) et des toxines leur permettant de coloniser cet appareil respiratoire et de se multiplier (toxine de pertussis et adényl cyclase-hémolysine). Nous avons pu confirmer cette année que B. pertussis peut pénétrer dans les cellules eucaryotes, et que l’expression de l’hémagglutinine filamenteuse est indispensable à cette entrée. La bactérie est capable de survivre à l’interieur de cer cellules, mais, à la différence de Bordetella bronchiseptica, n’est pas capable de se multiplier. Par ailleurs, l’expression de l’autre adhésine, la pertactine, et celle de l’adényl cyclase-hémolysine inhibent l’entrée de la bactérie. Les résultats indiquent que la signification biologique de la capacité qu’a B. pertussis d’envahir les cellules épithéliales in vitro doit être analysée plus précisément avant d’envisager un rôle de cette propriété de B. pertussis au cours de la maladie.

Interactions de Bordetella pertussis avec les monocytes humains (Elisabeth Njamkepo)
Lorsque B. pertussis est mis en contact avec des monocytes humains, on observe une augmentation considérable de la concentration intracellulaire en AMPc inversement corrélée à la réponse des cellules au stress. Cette réponse au stress observée avec les souches de B. pertussis, en comparaison avec un mutant déficient dans l’expression de l’adényl cyclase-hémolysine, concerne l’expression de la protéine de choc thermique Hsp 70 et du TNFa. Les expériences réalisées avec de l’adényl cyclase-hémolysine purifiée indique que l’inhibition de la réponse au stress est due principalement à l’expression de l’adényl cyclase-hémolysine par la bactérie. Ces résultats corrèlent avec ceux obtenus in vivo sur le rôle important de l’adényl cyclase-hémolysine en tant que toxine altérant les défenses de l’hôte.

Interactions de l‘adényl cyclase-hémolysine avec les macrophages (Nadia Khelef)
B. pertussis synthétise deux toxines, l’adényl cyclase-hémolysine et la toxine de pertussis, qui agissent en synergie pour provoquer la réaction inflammatoire observée au cours de l’infection. L’adényl cyclase-hémolysine induit spécifiquement in vitro et in vivo l’apoptose des macrophages alvéolaires. Nous avons entrepris cette année une analyse de ce dernier phénomène, à savoir la recherche des signaux induits par la toxine pour induire l’apoptose du macrophage alvéolaire et des protéines avec lesquelles elle interagit pour entrer dans cette cellule.

Analyse de la variabilité des isolats de Bordetella pertussis (Caroline Boursaux-Eude, François Rimlinger, Christian Weber) B. pertussis est une bactérie clonale. Cependant, à l’aide de la technique de typage d’électrophorèse en champs pulsé, nous avons, cependant, analysé l’ensemble des isolats collectés par notre Centre National de Référence et l’avons comparé avec les isolats collectés avant l’utilisation de la vaccination généralisée en France. Il s’avère que ces isolats peuvent être divisés en quatre grands groupes. Un groupe est composé d’isolats qui ne circulent plus aujourd’hui, un groupe est composé d’isolats actuels mais que l’on pouvait aussi collecter avant la vaccination et deux groupes d’isolats circulant actuellement. Le gène de structure de représentants de chacun de ces groupes a été séquencé. Il s’avère que la séquence de ce gène varie au niveau de régions répétées chez les isolats circulant actuellement. Des variations ont aussi été observées au niveau du gène de structure de la sous-unité S1 de la toxine de pertussis. Ces différences entre la pertactine et la toxine de pertussis exprimées par les isolats circulant actuellement avec les protéines exprimées par les souches vaccinales ont-elles une conséquence sur l’efficacité du vaccin ? Cela ne semble pas le cas en France pour le moment avec le vaccin utilisé qui est composé de germes entiers inactivés à la chaleur. Une surveillance s’impose, cependant, puisque de nouveaux vaccins sont mis sur le marché.

Etude de l’immunité induite par différents vaccins coquelucheux dans un modèle murin d’infection respiratoire (Sabine Thiberge, Anne Le Flèche)
Le modèle murin d’infection respiratoire, que nous avons mis au point au laboratoire, est un modèle qui reproduit un certain nombre de paramètres de la maladie humaine. Ce modèle a été validé car nous avons pu reproduire les résultats obtenus avec les enfants, c’est-à-dire que le vaccin, composé de deux protéines bactériennes purifiées (toxine de pertussis et hémagglutinine filamenteuse) est moins efficace que le vaccin composé de trois protéines bactériennes purifiées (les deux précédentes additionnées de la pertactine) pour inhiber la multiplication des bactéries au niveau des poumons des souris infectées. Ce modèle étant validé, nous l’avons utilisé pour tester l’immunité induite par le vaccin trois composants contre une infection due à ces isolats exprimant des pertactines différentes. Il s’avère que l’immunité induite par ce vaccin est efficace quelque soit l’isolat utilisé pour réaliser l’infection. Par ailleurs, l’analyse de l’adényl cyclase-hémolysine en tant qu’antigène induisant une immunité protectrice a été poursuivie.

Analyse de la variabilité des isolats de Bordetella bronchiseptica (Pascale Gueirard)
L’analyse de cas d’infections humaines nous a permis d’observer que le lipopolysaccharide (LPS) exprimé par ces bactéries varie d’un isolat à l’autre. Les isolats d’origine animale ont un LPS à longue chaîne, alors que les isolats humains ont soit un LPS à longue chaîne, soit un LPS à chaîne courte. L’analyse d’isolats collectés chez des patients atteints d’infections chroniques sur des périodes de 4 à 5 ans confirment nos premiers résultats. Chez certains patients, il y a évolution de la structure du LPS au cours de l’infection, suggérant un rôle de ce constituant bactérien dans la persistance de la bactérie chez l’hôte.

Centre National de Référence des Bordetella (coqueluche) (Françoise Fouque, Gilberte Coralie, Sabine Thiberge, Pascale Gueirard) L’activité du Centre a consisté à expertiser des isolats collectés dans le monde entier, mais aussi à en isoler au cours des études épidémiologiques, à entretenir la collection, et à assurer la formation de bactériologistes hospitaliers. L’analyse des différents isolats cliniques de Bordetelles comporte outre l’identification des caractères biologiques, la détection des toxines et adhésines exprimées à l’aide d’immunsérums spécifiques, et de la technique d’immunoempreinte ou de la technique d’agglutination, et l’analyse du chromosome en électrophorèse en champs pulsé. Le Réseau RENACOQ dont nous faisons partie continue à surveiller le nombre de cas de coqueluche en France, en particulier, les échecs vaccinaux qui pourraient être dûs à la circulation de nouveaux variants. Ceci ne semble pas être le cas en 1998. Notre Centre a continué à évaluer différentes techniques de détection de la bactérie par la réaction de polymérisation en chaîne dans les prélèvements biologiques et de détection des anticorps anti-B. pertussis dans les sérums des patients.

Personnel de l'unité

Secrétariat de l'unité

Jacqueline Badella, IP

Chercheurs de l'unité

Nicole GUISO, IP
Nadia Khelef, IP
Pascale Gueirard, IP

Stagiaires de l'unité

Elisabeth Njamkepo, Etudiante en Thèse
Caroline Boursaux-Eude, Chercheur post-doctoral

Autre personnel de l'unité

Gilberte Coralie, IP
Françoise Fouque, IP
Anne Le Flèche, IP
François Rimlinger, IP
Sabine Thiberge, IP
Christian Weber, IP

Publications de l'unité

1998

GUEIRARD G., A. DRUILHE, M. PRETOLANI & N. GUISO. Bordetella pertussis infection induces apoptotic death of bronchopulmonary cells in vitro. Inf. Immun. (1998) 66: 1718-25.

BARON S., E. NJAMKEPO, E. GRIMPREL, P. BEGUE, J.-C. DESENCLOS, J. DRUCKER & N. GUISO. Epidemiology of Pertussis in France in 1993-1994: Bordetella pertussis is still circulating in a country with a high level of coverage by an effective whole-cell pertussis vaccine. Ped. Inf. Dis. J. (1998) 17: 412-418.

WOOD G.E., N. KHELEF, N. GUISO & R.L. FRIEDMAN. Identification of Btr-regulated genes using a titration assay. Search for a role for this transcriptional regulator in the growth and virulence of Bordetella pertussis. Gene (1998) 209: 51-58.

SIMONDON S., I. ITEMAN, M.-P. PREZIOSI, A. YAM & N. GUISO. Evaluation of serology based on IgG ELISA for pertussis toxin and filamentous hemagglutinin in the diagnosis of pertussis cases. A case study from Senegal. Clin. Diag. Lab. Immunol. (1998) 5: 130-134.

PRADEL P., N. GUISO & C. LOCHT
Identification of AlcR, and AraC-Type Regulator of Alcaligin Siderophore Synthesis in Bordetella bronchiseptica and Bordetella pertussis. J. Bacteriol. (1998) 180: 871-880.

GUEIRARD P., K. LEBLAY, A. LE COUSTUMIER, R. CHABY & N. GUISO. Variation in Bordetella bronchiseptica lipopolysaccharides structure during human infection. FEMS Microbiol. Lett. (1998) 162: 331-337.

GUISO N. Bordetella. In: “Traité de Microbiologie clinique”. A. Eyquem, J. Alouf, L. Montagnier, eds. Piccin, Padova, Italia (1998) pp. 473-479.

GUISO N. Vaccination anticoquelucheuse. In: “Manuel des Vaccinations et d'Immunoprévention”. A. Eyquem, J. Alouf, A. Chippaux, eds. Piccin, Padova, Italia (1998) pp. 130-137.

GUISO N.. La coqueluche en 1998 : nouvelle épidémiologie, nouveaux outils diagnostics. Publication des “4èmes Franciliennes de Pédiatrie” (1998) 7-9.

BARON S., S. HAEGHEBAERT & N. GUISO. RENACOQ : surveillance de la coqueluche à l’hôpital en 1997. BEH 15 décembre 1998.

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