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     Neisseria


  Responsable : Jean-Michel ALONSO (jmalonso@pasteur.fr)


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L'unité des Neisseria, Centre National de Référence des Méningocoques, réalise des recherches sur la l'épidémiologie et la pathogénie moléculaires des infections invasives à Neisseria meningitidis. Les recherches expérimentales sont centrées sur la caractérisation des facteurs de virulence et d'immunogénicité, grâce au développement de modèles cellulaires et murins.



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1.Contexte épidémiologique global. Dans les pays industrialisés, les méningococcies sévissent sous forme de cas sporadiques et sont dues à des génotypes variés, parmi lesquels dominent les sérogroupes B, C et W135. Dans ce contexte, l'immaturité immunitaire ou des facteurs d'immunosuppression sont fortement suspectés chez le patient victime d'une infection méningococcique invasive, alors que la simple acquisition d'un méningocoque aboutit le plus souvent à un portage asymptomatique et immunisant. En Afrique sub-saharienne, "la ceinture de la méningite cérébro-spinale" (du Sénégal à l'Ethiopie), les méningococcies sévissent périodiquement sous forme d'épidémies dues à des génotypes homogènes, majoritairement des souches des sérogroupes A et W135. La virulence du clone épidémique est ici déterminante pour la transmissibilité et la gravité de l'infection parmi des populations immunologiquement naïves.

1.1. Surveillance des infections meningococciques par le Centre National de Référence des Méningocoques (CNRM). Le CNRM expertise en moyenne 1000 souches de Neisseria meningitidis par an. La moitié des souches correspond à des infections invasives (méningites, méningococcémies). Les cas sporadiques surviennent avec une incidence annuelle inférieure à 1 pour 100000 habitants. Le sérogroupe B est majoritaire (>55%). Une augmentation d'incidence du sérogroupe C, atteignant 38.2%, a été observée en 2002, mais une décroissance à 31% en 2003 se confirme en 2004 (30.85%). L'incidence du sérogroupe W135 atteignait 9.8% in 2002, mais elle a décru à 5,9% en 2003 et à 4% en 2004. Le sérogroupe Y connaît une incidence stable à 2-4%, et est essentiellement isolé chez l'hôte immunocompromis.

1.2. Diagnostic et typage moléculaire de N. meningitidis. L'identification et la caractérisation de N. meningitidis peuvent être réalisées par amplification du gène crgA, suivie par celle de siaD, codant la biosynthèse de la capsule des sérogroupes B, C, Y et W135 ou mynB codant la capsule du sérogroupe A. Cette technique de diagnostic moléculaire est désormais retenue comme un des critères de déclaration obligatoire d'une infection méningococcique invasive (circulaire DGS/SD5C/2002/400). Diverses techniques de caractérisation de loci chromosomiques polymorphes, analysés par "multilocus DNA fingerprinting", "multilocus sequence typing" et électrophorèse en champs pulsé, permettent d'identifier un éventuel lien épidémiologique entre les souches de N. meningitidis.

1.2.1. La surveillance des épidémies dans la "ceinture africaine de la méningite". L'émergence du sérogroupe W135 (ET-37/ST11) en tant que nouveau clone épidémique, échappant à la vaccination A&C, en Afrique fut détectée en 2001 au Burkina Faso et au Niger par notre laboratoire, puis confirmée en 2002 au Burkina Faso où plus de 84% des isolats étaient du sérogroupe W135. Une surveillance biologique des méningites été instaurée pour la surveillance des méningites en conditions épidémiques, pour le choix des valences vaccinales appropriées, grâce à un projet collaboratif initié par notre unité, "le projet méningite au Sahel", au Burkina Faso au Centre Muraz de Bobo Dioulasso et au Niger au CERMES de Niamey. Le développement de méthodes de diagnostic direct par PCR multiplex permet ainsi désormais d'établir le diagnostic rapide et fiable des méningites bactériennes aiguës à méningocoque, pneumocoque et Haemophilus, même dans les foyers éloignés de tout laboratoire de bactériologie.

2. Physiopathologie et pathogénie moléculaire des infections méningococciques invasives.

N. meningitidis est un commensal du rhinopharynx de l'homme, mais capable de provoquer des infections invasives (septicémie, méningite). Certains facteurs de virulence exprimés par le méningocoque déterminent l'invasion sanguine, sous arachnoïdienne ou synoviale ou péricardique. Cependant, l'infection de ces sites profonds ne participe pas au cycle de transmission de N. meningitidis d'hôte infecté à hôte réceptif, la transmission s'effectuant par voie aérogène à partir des sécrétions pharyngées. La variabilité génétique des méningocoques, par de fréquents échanges horizontaux de gènes entre les souches, contribue à la génération de nouveaux variants qui peuvent être modifiés dans leur virulence et/ou leur transmissibilité.

2.1. Modèle expérimental de méningococcémie. Sur la base d'études épidémiologiques démontrant l'association entre des pics d'épidémies de grippe et les méningococcies, nous avons développé un modèle murin d'infections séquentielles par le virus influenza A (IAV) puis N. meningitidis. La primo-infection IAV déclenche une phase transitoire de susceptibilité des souris à une surinfection par N. meningitidis qui provoque une pneumonie et une bactériémie. Ce modèle d'infection méningococcique chez la souris reproduit les principales étapes de la méningococcémie humaine et permet d'analyser les fonctions de gènes connus ou récemment identifiés d'après les études génomiques.

2.2. Modulation des facteurs de virulence et de transmissibilité du méningocoque. Deux facteurs de virulence majeurs interviennent dans le processus infectieux et invasif, les pili et la capsule. Les pili sont des structures de la surface de la bactérie, responsables de l'attachement aux cellules de l'hôte. La capsule protège les bactéries contre la phagocytose et facilite leur dissémination sanguine. Les pili et la capsule influencent également la transmissibilité. En effet, les structures de surface que sont les pili et la capsule de N. meningitidis sont nécessaires à la colonisation et la survie extra-cellulaire, mais créent un empêchement stérique lors du processus d'invasion cellulaire et de translocation trans-épithéliale et trans-endothéliale. La persistance de ces structures pourrait alors faciliter le détachement des bactéries et leurs transmission à d‘autres hôtes. La modulation de ces structures par leur régulation transcriptionnelle est donc un mécanisme essentiel dans la virulence/transmissibilité de N. meningitidis. Nous avons ainsi montré, grâce au modèle murin cité ci-dessus qu'un mutant dépourvu de capsule est rapidement éliminé des poumons, alors qu'un mutant du régulateur transcriptionnelcrgA est de virulence augmentée.

2.3.Variabilité génétique chez N. meningitidis. Les transferts horizontaux d'ADN, par transformation et recombinaison, chez N. meningitidis influencent l'évolution de la virulence/transmissibilité des souches invasives, par la génération de deux types de variants. Les variants à court terme représentent, au sein d'un même génotype, des souches portant une mutation sur un épitope antigénique, qui leur confère temporairement un avantage sélectif d'échappement à l'immunité de l'hôte. Les variants à long terme correspondent, au contraire, à l'emergence et à l'expansion d'un nouveau clone épidémique. Celui-ci peut apparaître à la suite du remplacement d'une population bactérienne d'un sérogroupe donné par une autre population d'un sérogroupe différent. Les deux populations sont souvent distinctes génétiquement. Il peut être le résultat d'une commutation (switch) de sérogroupe, lorsqu'une souche épidémique change sa capsule par transformation et recombinaison aboutissant au remplacement du gène siaD codant la spécificité de capsule. Ce simple changement du gène codant la biosynthèse de la capsule ne modifie pas l'appartenance de la population bactérienne au complexe clonal d'origine. Nous avons ainsi pu comparer la virulence de souches appartenant aux complexes clonaux épidémiques majeurs en fonction du type de capsule.

2.4. Impact de la variation génique du méningocoque sur les stratégies vaccinales.

Les vaccins méningococciques sont composés des antigènes capsulaires qui déterminent le sérogroupe de la quatre sérogroupes invasifs majeurs, A, C, W135, Y, (mais pas le sérogroupe B). L'apparition de variants antigéniques (changement de sérogroupe) leur permet d'échapper à l'immunité vaccinale. Le risque d'apparition de variants antigéniques échappant à la vaccination est illustré par l'émergence du sérogroupe W135 lors du retour des pèlerins de La Mecque en 2000, dûment vaccinés contre les sérogroupes A et C, puis au Burkina Faso et au Niger en 2001 au décours de campagnes de vaccination également contre les sérogroupes A et C. Ce risque est élevé pour des bactéries génétiquement transformables comme les méningocoques et impose une surveillance attentive de toutes les souches d'infections invasives par des approches d'épidémiologie moléculaire pour dépister toute survenue d'une commutation antigénique.

2.5. Polymorphisme du gène penA et sensibilité des souches à la pénicilline. La proportion de souches de N. meningitidis de sensibilité diminuée à la pénicilline G atteint 30%.Les souches pour lesquelles la CMI de la pénicilline est <0.125mg/L (penS) portent des allèles de penA identiques, alors que les souches pour lesquelles la CMI est >0.125mg/L (penI) portent des séquences de penA remaniées. La transformation de penS en penI est obtenue in vitro ou par co-culture des deux génotypes, suggérant une corrélation directe entre les altérations de penA et l'expression d'une sensibilité diminuée à la pénicilline.

2.5.1. La structure du peptidoglycane de N. meningitidis et ses modifications dans les souches penI. Du fait du rôle des PBPs dans la synthèse du peptidoglycane, nous avons analysé sa structure en spectrométrie de masse et chromatographie et caractérisé 28 muropeptides différents. Des souches penI, ainsi que des mutants de penA d'une souche penS, portent un peptidoglycane de structure altérée avec une augmentation en muropeptides portant le pentapeptide GlcNac et MurNac. Ces changements structuraux du peptidoglycane sont directement liés aux changements de structure de la PBP2 dans les souches penI, suggérant que les souches de sensibilité diminuée à la pénicilline G subissent d'importantes altérations de paroi. Des expériences sur le modèle murin montrent qu'un mutant penI (porteur d'altérations de penA), de la souche sauvage penS, perd de sa virulence. Ceci suggère que les altérations structurales du peptidoglycane, associées aux modifications de la PBP2, peuvent aboutir à une virulence atténuée des souches de sensibilité diminuée à la pénicilline.

2.5.2. Détection intracellulaire du peptidoglycane de N. meningitidis par Nod1. Des muropeptides porteurs d'une chaîne GlcNac-MurNac-tripeptide du peptidoglycane des bactéries Gram-négatives, incluant N. meningitidis, sont détectés par la molécule intracellulaire Nod1 qui active la transcription de molécules impliquées dans l'immunité innée via NFΚB dans les cellules épithéliales. Ce muropeptide particulier peut constituer un nouveau "pathogen-associated recognition pattern" (PAMP) et une nouvelle cible thérapeutique.

Mots-clés: méningocoque, épidémiologie, pathogénie moléculaire, surveillance, prévention



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TAHA Muhamed-Kheir, Institut Pasteur (Chef de Laboratoire, mktaha@pasteur.fr)

GUEIRARD Pascale, Institut Pasteur (Chargée de Recherches, pgueirar@pasteur.fr)

LARRIBE Mireille, Université Paris 7 (Maître de Conférences, larribe@pasteur.fr)

ZARANTONELLI Maria Leticia (Post-Doctorant, lzaranto@pasteur.fr)

LANCELOTTI Marcelo (Doctorant Paris 5, mlancell@pasteur.fr)

GIORGINI Dario, Institut Pasteur,(Technicien Supérieur, dgiorgin@pasteur.fr)

GUIYOULE Annie, Institut Pasteur,(Technicienne Supérieure, aguiyoul@pasteur.fr)

PIRES René, Institut Pasteur,(Technicien Supérieur, rpires@pasteur.fr)

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