Soutenance mémoire
La tuberculose demeure un problème de santé publique mondial. Environ 2 millions de décès dus à la maladie sont recensés chaque année dans le monde. La plupart des cas de tuberculose est retrouvée dans les pays en voie de développement. Malgré l’existence d’un traitement efficace et d’un vaccin largement utilisé, l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) estime que le tiers de la population mondiale est infecté par M. tuberculosis (Mtb), l’agent pathogène de la maladie. L’ampleur de la maladie est aujourd’hui aggravée par l’émergence de maladies touchant le système immunitaire de l’hôte comme le VIH-SIDA, ainsi que par l’apparition de souches bactériennes multirésistantes aux antibiotiques utilisés pour contrôler la maladie. Les stratégies de lutte contre la tuberculose se sont de ce fait orientées vers l’amélioration des traitements, des moyens de diagnostic et la recherche de vaccins plus efficaces. Aujourd’hui, par exemple, de nouveaux candidats vaccins contre la tuberculose ont ainsi été développés et nombre d’entre eux sont en cours d’essais cliniques chez l’homme.
Chez l’homme, la réponse immunitaire contre la maladie peut être évaluée selon la production d’IFNγ et/ou la prolifération des lymphocytes T chez les individus immunisés. Ces techniques sont notamment utilisées lors des essais cliniques vaccinaux. Il existe cependant une grande diversité génétique au sein des bactéries du complexe M. tuberculosis. Cette diversité génétique semble influer sur les phénotypes bactériens et sur la présentation de la tuberculose. Par ailleurs, la réponse immune contre l’infection des bactéries du complexe Mtb (MTBC) semble varier selon le génotype de ces dernières.
GENERALITES SUR LA TUBERCULOSE
Historique de la tuberculose
La tuberculose est une maladie infectieuse que l’être humain semble avoir côtoyé depuis des milliers d’années. En effet, les premières traces de la maladie chez l’homme ont été retrouvées chez des momies égyptiennes humaines, datant d’environ 5400 avant Jésus-Christ. Les ossements de ces momies présentent en effet des lésions et des déformations caractéristiques de la tuberculose osseuse plus connue comme étant la « maladie de Pott » (Crubezy et al. 1998). Avec le développement de la science, plusieurs milliers d’années plus tard, les études sur l’ADN isolé de ces momies égyptiennes confirmeront une infection bactérienne tuberculeuse (Zink et al. 2003). Le caractère contagieux de la tuberculose n’a été décrit qu’en 1865 par JeanAntoine Villemin. Et, ce n’est qu’en 1882 que l’agent pathogène responsable de la maladie, Mycobacterium tuberculosis, a été identifié et cultivé par Robert Koch qui a donné une origine bactériologique à la tuberculose. La bactérie porte aussi le nom de Bacille de Koch ou BK. Robert Koch a reçu le prix Nobel de Médecine et de Physiologie pour ses travaux (Sakula 1982). D’autres études montrent des traces d’ADN de bacilles tuberculeux sur des os d’une espèce éteinte de bisons vieille d’environ 17.000 ans de l’époque Pléistocène (Rothschild et al. 2001). Les bactéries de la tuberculose et d’autres mycobactéries affiliées seront regroupées dans le Complexe Mycobacterium tuberculosis (MTBC) qui peuvent être à l’origine de pathologies, touchant aussi bien les animaux que l’homme et qui auraient émergées il y a environ 3 millions d’années (Wirth et al. 2008).
Epidémiologie mondiale actuelle de la tuberculose
La tuberculose, dont l’agent pathogène est principalement Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis), figure aujourd’hui aux premiers rangs mondiaux des infections d’origine bactérienne chez l’homme (Parry and Davies 1996). Environ le tiers de la population mondiale est infecté par la bactérie.
En 2007, d’après l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), le nombre de nouveaux cas de tuberculose a été estimé à 9,27 millions d’individus dans le monde, soit 139 nouveaux cas pour 100.000 habitants. Le nombre de morts dus à la tuberculose dans le monde en 2007 est estimé à environ 1,8 millions d’individus. La tuberculose reste un problème de santé publique majeur dans les pays en développement où l’on recense chaque année plus de 90% des nouveaux cas dans le monde (WHO 2009). Toujours en 2007, 13 des pays avec le plus grand nombre de nouveaux cas de tuberculose sont des pays africains (Figure 1 et Figure 2). Plus de la moitié des cas recensés surviennent chez des sujets âgés de 15 à 49 ans, c’est-à dire, les années les plus productives de la vie, causant de graves impacts socio économiques pour les pays touchés. La tuberculose occupe, le 7ème rang mondial des causes de mortalité dans le monde avec environ 3 millions de décès par an et est responsable d’une morbidité importante (Raviglione 2003 , Dye 2006).
La tuberculose à Madagascar
A Madagascar, un Etat insulaire peuplé par environ 18 millions d’habitants, la tuberculose est une maladie endémique. On y compte 18.000 à 20.000 nouveaux cas de tuberculose recensés par an, avec un taux de mortalité des malades de la tuberculose estimé à 6% (Auregan et al. 1995). De l’autre côté, le taux de prévalence du VIH dans le pays est très faible, estimé à 0,14% en 2007. Antananarivo, la capitale de Madagascar, est une mégalopole de 1,1 millions d’habitants et une superficie de 90 km2 . C’est la ville avec la plus grande densité de population dans toute l’île avec 8687 habitants/km2 . L’incidence de la tuberculose pulmonaire dans la ville d’Antananarivo en 2004 serait la plus élevée de tout le pays avec 141 cas pour 100.000 personnes (données du Ministère de la Santé Malgache).
LE COMPLEXE Mycobacterium tuberculosis (MTBC)
Systématique des bactéries MTBC
Les bactéries du complexe M. tuberculosis appartiennent à la classe des Actinobactéries (Tableau 1). Les Actinobactéries regroupent des bactéries Gram-positif possédant un taux en guanine plus cytosine (G+C %) élevé. Les MTBC ont la capacité de former des colonies en forme de champignons (mycoses) avec des filaments qui irradient par croissance centrifuge. Les bactéries ayant cette caractéristique sont regroupées dans l’ordre des Actinomycétales (signifiant « Champignons à rayons »). D’autre part, les MTBC sont classées parmi les bactéries du Sous-ordre des Corynebacterineae. Le sousordre des Corynebacterineae regroupe la plupart des bactéries acido-alcoolo résistantes (BAAR). La Famille des Mycobacteriaceae, possède un genre unique, le genre Mycobacterium regroupant les mycobactéries où l’on retrouve les bactéries MTBC (Ventura et al. 2007 pour revue).
Le genre Mycobacterium
Les mycobactéries sont des bactéries aérobies et immobiles. Elles ont une longueur de 1 à 10µm et un diamètre 0,2 à 0,6 µm. Bien que la plupart des mycobactéries soient non sporulées, de récentes observations sur Mycobacterium marinum et Mycobacterium bovis (M. bovis) semblent indiquer un « état de sporulation » après une étape d’adaptation suite à un changement brutal des conditions du milieu environnant (Ghosh et al. 2009). Ces observations sont cependant remises en question par d’autres chercheurs qui n’ont pas observé d’endospores chez ces mycobactéries (Traag et al. 2010). Ce qui est admis, c’est que les mycobactéries sont caractérisées par i) une paroi bactérienne particulièrement épaisse. Cette paroi est hydrophobe et riche en acides gras ∝-ramifiés et ß-hydroxylés avec 60 à 90 atomes de carbones appelés acides mycoliques ou mycolates. Ces acides mycoliques sont à l’origine des formes mycéliennes observées chez les mycobactéries (Besra et al. 1994 , Leite et al. 2005). ii) la séquence des génomes avec un taux en G+C % élevé, allant de 61 à 71%.
Le genre Mycobacterium regroupe près d’une centaine d’espèces. Ces différentes espèces de mycobactéries sont classées en mycobactéries à croissance rapide ou à croissance lente selon les temps de génération sur milieu optimal (Tortoli 2003). Les colonies de mycobactéries à croissance rapide peuvent être visibles sur le milieu adéquat après quelques heures à 7 jours d’incubation. On y retrouve notamment des bactéries environnementales et des espèces saprophytes (Figure 3). Par contre, les mycobactéries à croissance lente poussent plus longtemps avant que les premières colonies ne soient nettement visibles. Ces mycobactéries à croissance lente sont souvent pathogènes, avec une étape intracellulaire obligatoire. Sur le plan phylogénétique, l’alignement de séquences de gènes codant pour l’ARNr 16S de mycobactéries (rrnA et rrnB) a permis de corréler l’apparition des mycobactéries à croissance lente à la délétion d’une portion du gène rrnB (Stahl and Urbance 1990 , Ji et al. 1994). En effet, il existe une corrélation entre le temps de croissance d’une bactérie et le nombre de ribosomes qu’elle produit. La production de ces ribosomes est elle même liée à la production d’ARNr dépendant du nombre d’opérons ARNr (rrn). Chez les bactéries à croissance rapide, deux opérons rrn (rrnA et rrnB) ont été observés alors qu’un seul opéron est observé chez les bactéries à croissance lente (Ji et al. 1994). Ces observations ont servi de bases génétiques à la phylogénie des mycobactéries (Devulder et al. 2005).
Le Complexe Mycobacterium tuberculosis (MTBC)
Les bactéries MTBC sont groupées dans les bactéries à croissance lente. On y retrouve notamment le genre M. tuberculosis qui a un temps de génération de 15 à 20 heures. Ce complexe regroupe 7 espèces : M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum, M. microti, M. caprae, M. pinnipedii et M. canettii. Les espèces bactériennes retrouvées chez les MTBC sont toutes pathogènes ou potentiellement pathogènes pour l’homme et les animaux (Tortoli 2003). Certaines propriétés des bactéries du complexe sont dues à la concentration élevée en lipides dans leurs parois bactériennes. Ces propriétés concernent non seulement les caractéristiques tinctoriales qui leur sont associées (ce sont des bacilles acido-alcoolo résistants ou BAAR visibles par microscopie), mais permettent aussi la survie des bactéries dans leur environnement (résistance naturelle aux antibiotiques, résistance à la destruction par les macrophages,…) (Morris et al. 2005).
Caractéristiques du génome des bactéries MTBC
Caractéristiques du génome de M. tuberculosis H37Rv
L’une des avancées les plus notables en mycobactériologie fut le premier séquençage en 1998 par l’équipe menée par Stewart Cole du génome complet d’une souche virulente de laboratoire de M. tuberculosis, la souche H37Rv. La séquence de ce génome a ensuite été ré annotée en 2002 (Cole et al. 1998 , Camus et al. 2002). La disponibilité de cette séquence H37Rv, qui sert encore aujourd’hui de référence en mycobactériologie, permet de comprendre certains phénotypes de M. tuberculosis. La séquence de ce génome a aussi ouvert de nouveaux débats sur les différents caractères du pathogène, en particulier sur ses origines et son évolution. Les données relatives au génome de H37Rv sont disponibles sur la base de données en ligne de l’Institut Pasteur, http://genolist.pasteur.fr/tuberculist. La souche H37Rv possède 4.411.532 nucléotides répartis en 3995 phases de lectures pouvant coder pour des protéines dont plus de 52% ont des fonctions potentiellement connues (Cole et al. 1998). Ce génome est aussi caractérisé par l’utilisation de Guanine-Thyrosine-Guanine (GTG) comme codon d’initiation dans plus de 35% des gènes. Par comparaison, ce taux d’utilisation de GTG comme codon d’initiation est de 9% chez Escherichia Coli et de 14% chez Bacillus subtilis. Le taux élevé en codon d’initiation GTG explique en partie le taux élevé du G+C chez les MTBC qui tourne autour de 65,5%. Bien que ce taux de G+C soit au premier abord uniforme sur tout le génome de la souche H37Rv, pour certaines régions particulières du génome, codant notamment pour des PE/PPE (voir page 21), ce taux de G+C peut passer à 80%. Ce taux G+C % est cependant inférieur à 50% pour d’autres régions codant pour des protéines transmembranaires ou des polykétides synthétases. Unes des caractéristiques notables du génome de H37Rv est le nombre particulièrement élevé de gènes codant pour des protéines impliquées dans le métabolisme des acides gras. Le nombre élevé de ces gènes liés aux acides gras souligne l’importance des lipides dans le mode de vie pathogène des mycobactéries (Dubnau et al. 2005). Le génome de M. tuberculosis H37Rv est par ailleurs caractérisé par la présence de séquences nucléotidiques répétées comme les éléments d’insertion (IS ou « insertion séquences ») du type « IS6110» ainsi que les 32 séquences répétées de la famille des séquences nucléotidiques répétées REP13E12 décrites plus bas (Cole et al. 1998 , Gordon et al. 1999a).
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Table des matières
INTRODUCTION
I. GÉNÉRALITÉS SUR LA TUBERCULOSE
I.1. Historique de la tuberculose
I.2. Epidémiologie mondiale actuelle de la tuberculose
I.3 La tuberculose à Madagascar
II. LE COMPLEXE MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS (MTBC)
II.1. Systématique des bactéries MTBC
II.1.1. Le genre Mycobacterium
II.1.2. Le Complexe Mycobacterium tuberculosis (MTBC)
II.2. Caractéristiques du génome des bactéries MTBC
II.2.1. Caractéristiques du génome de M. tuberculosis H37Rv
II.2.2. Les séquences répétées du génome de M. tuberculosis H37Rv
II.3. Epidémiologie Moléculaire et Evolution
II.3.1. Utilisation des marqueurs génétiques dans le typage des MTBC
II.3.2. Evolution et phylogénie des souches MTBC
II.3.3. Les familles de souches de M. tuberculosis
III. TRANSFERT HORIZONTAL DE MATÉRIEL GÉNÉTIQUE CHEZ LES BACTÉRIES
III.1. Les Transferts horizontaux
III.2. Les îlots génomiques (GEI ou « Genomic Islands »)
III.2.1. Caractéristiques des îlots génomiques
III.2.2. Détections de régions potentiellement acquises par transferts horizontaux
III.3. Les Transferts Horizontaux et les bactéries MTBC
IV. LA TUBERCULOSE : DE L’INFECTION À LA MALADIE
IV.1. La primo-infection à la bactérie de la tuberculose
IV.1.1. La Réponse immunitaire à médiation cellulaire contre la tuberculose
IV.1.2. Le granulome tuberculeux
IV.1.3. La réponse Th1
IV.1.4. La réponse Th17 et Th2 dans l’immunité anti-tuberculeuse
IV.2. Progression d’une infection tuberculeuse
IV.2.1 Les facteurs génétiques liés à la susceptibilité de l’hôte à une tuberculose active
IV.2.2. Dynamique de la production de l’IFNγ de l’infection à une tuberculose active
IV.3. Diagnostic de la tuberculose
IV.3.1. Le diagnostic de la tuberculose active
IV.3.2. Le diagnostic de la tuberculose latente
IV.4. Le traitement de la tuberculose et la stratégie DOTS
IV.5. La Prévention de la tuberculose
V. LA DIVERSITÉ GENETIQUE DES BACTERIES ET LES PHÉNOTYPES
V.1. Diversité génétique et virulence des souches M. tuberculosis
V.2. Diversité génétique des souches M. tuberculosis et variations de la réponse immunitaire chez l’hôte
V.3. Diversité génétique des souches M. tuberculosis et variation des signes cliniques de la tuberculose
V.4. Corrélation entre génotype de la bactérie et celui de l’hôte
VI. PROBLEMATIQUE ET OBJECTIFS DE L’ÉTUDE
CONCLUSION
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