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II ‐ Eléments généraux sur la malaria et Plasmodium falciparum  A ‐ Histoire de la découverte de Plasmodium

Les symptômes de la maladie sont connus depuis plus de 3000 ans (dans les  écrits égyptiens, puis chinois ou grecs), mais on a longtemps cru que la maladie était  associée  à  des  miasmes  présents  aux  environs  des  zones  marécageuses,  d’où  ses  noms :  malaria  provenant  de  l’italien  mala  aria  (littéralement  « mauvais  air »)  ou  paludisme en français, du latin paludis, marais.  

En  1880,  le  français  Charles  Louis  Alphonse  Laveran  découvre  l’agent  pathogène responsable du paludisme en observant au microscope, dans du sang de  soldats  souffrant  de  fièvres  intermittentes,  des  filaments  mobiles  s’agitant  autour  d’un globule rouge (il s’agit de microgamètes mâles après exflagellation). La preuve  de  la  transmission  par  le  moustique  a  été  apportée  en  1897  par  les  travaux  de  l’anglais Ronald Ross. Il observa le développement du parasite dans les moustiques,  et  réussit  la  transmission  expérimentale  chez  les  oiseaux.  Les  travaux  de  ces  deux  chercheurs ont été récompensés par les prix Nobel de médecine de 1902 pour Ross et  1907  pour  Laveran.  En  1948,  Short  et  Garnham  décrivirent  pour  la  première  fois  l’infection  hépatique  de  Plasmodium  vivax.  Il  faudra  cependant  attendre  1966  pour  que  cette  étape  soit  démontrée  chez  P.  falciparum,  et  donc  que  son  cycle  de  développement complet soit connu.  

La maladie est donc causée par un parasite du genre Plasmodium (protiste de  l’embranchement  des  Apicomplexes)  qui  se  transmet  par  l’intermédiaire  de  moustiques  femelles  du  genre  Anopheles  (une  soixantaine  d’espèces  peuvent  être  vecteurs).  Il  existe  environ  150  espèces  différentes  de  Plasmodium,  qui  infectent  de  nombreuses  espèces  de  vertébrés.  Quatre  d’entre  elles  sont  capables  d’infecter  l’homme : P. vivax, P. ovale, P. malariae et P. falciparum, ce dernier étant responsable de  l’essentiel de la morbidité et de la mortalité liée au paludisme.  

Figure 2 : Cycle de développement de Plasmodium falciparum 

Lors du repas sanguin de l’anophèle, un sporozoïte est introduit dans la circulation sanguine et gagne  le  foie.  Il  pénètre  dans  un  hépatocyte  et  s’y  multiplie  par  schizogonie,  ce  processus  aboutissant  à  la  formation  de  milliers  de  mérozoïtes  libérés  par  éclatement  de  la  cellule  hôte.  Ces  mérozoïtes  envahissent  à  leur  tour  des  érythrocytes,  amorçant  la  deuxième  phase  de  multiplication  asexuée :  le  cycle érythrocytaire. 

Trois stades successifs peuvent alors être observés : anneau, trophozoïte puis schizonte. Les schizontes  donneront de nouveau mérozoïtes infectant, libérés par éclatement du globule rouge.  

A  partir  de  certains  stades  trophozoïtes  se  forment  des  gamétocytes  males  et  femelles,  qui  pourront  être  ingérés  par  un  nouveau  moustique  dans  lequel  aura  lieu  la  fécondation  (d’après  S.  Bonnefoy,  Institut Pasteur). 

B ‐ Données épidémiologique 

Le  paludisme  est  la  maladie  parasitaire  la  plus  fréquente  au  monde.  La  maladie  se  rencontre  dans  plus  d’une  centaine  de  pays,  et  la  récolte  de  données  fiables  reste  difficile.  L’Organisation  Mondiale  de  la  Santé  (OMS)  a  estimé  à  247  millions  le  nombre  d’épisodes  palustres  en  2006.  Toujours  selon  les  estimations  de  l’OMS pour 2006, entre 610 000 et 1 212 000 personnes en sont décédées, dont 91 % en  Afrique,  et  85  %  sont  des  enfants  de  moins  de  5  ans  (World  Malaria  Report  2008,  OMS).  Le  paludisme  touche  essentiellement  des  régions  pauvres  et  fortement  peuplées, facteurs accentuant l’impact de la maladie. Environ 50 % de la population  mondiale vit dans des zones impaludées. L’Afrique sub‐saharienne est la principale  zone  touchée,  concentrant  60  %  des  cas  de  paludisme  et  75  %  des  infections  à  P. 

falciparum.   

L’impact de la malaria a progressé dans le monde durant les années 80 et 90,  mais le partenariat Roll Back Malaria, lancé conjointement en 1998 par l’Organisation  Mondiale  de  la  Santé  (OMS),  le  Programme  des  Nations‐Unies  pour  le  Développement (PNUD), le Fond des Nations‐Unies pour l’Enfance (UNICEF) et la  Banque  Mondiale  a  pour  objectif    de  faire  reculer  de  moitié  la    mortalité  et  la  morbidité  imputables  au  paludisme  d’ici  à  2010  (rapport  mondial  sur  le  paludisme  2005, http://www.rollbackmalaria.org/wmr2005/).  

 

C ‐ Cycle de développement de Plasmodium falciparum 

Le  cycle  de  développement  du  parasite  est  complexe  et  comporte  plusieurs  étapes  dans  chacun  de  ses  hôtes  (figure  2).  La  fécondation  a  lieu  dans  l’intestin  du  moustique, après un repas sanguin, par la rencontre du microgamète mâle, flagellé,  et du macrogamète femelle. Le zygote diploïde devient un ookinète mobile, traverse  la  paroi  du  tube  digestif  et  forme  à  sa  face  interne  un  oocyste.  Après  méiose  et  multiplication,  de  nombreux  sporozoïtes  sont  libérés  et  migrent  vers  les  glandes 

salivaires,  où  ils  pourront  être  inoculés  à  l’homme  au  cours  d’un  nouveau  repas  sanguin.  

Chez l’homme, deux phases de multiplication asexuée ont lieu. La première a  lieu dans les cellules du foie (cycle intra‐hépatique), directement après l’infection par  un  moustique.  Les  sporozoïtes  introduits  dans  la  circulation  sanguine  lors  de  la  piqûre  gagnent  en  environ  30  minutes  le  foie,  pénètrent  dans  les  hépatocytes  et  s’y  multiplient    par  schizogonie,  formant  à  la  fin  de  ce  cycle  2  000  à  40  000  mérozoïtes  (Mikolajczak  and  Kappe,  2006).  A  la  suite  de  cette  multiplication  végétative  d’au  moins  7  jours,  les  mérozoïtes  sont  libérés  par  éclatement  de  la  cellule  hôte.  Cette  période correspond chez le malade à la phase d’incubation. Les mérozoïtes gagnent   alors  la  circulation  sanguine  et  vont  à  leur  tour  infecter  les  érythrocytes.  C’est  la  seconde phase de multiplication asexuée, le cycle érythrocytaire, qui est responsable  des effets cliniques du paludisme.  

En pénétrant dans l’érythrocyte, le parasite s’entoure d’une membrane, qui va  délimiter la vacuole parasitophore dans laquelle il va se développer. Il prend d’abord  la forme d’un anneau (stade ring, durant une douzaine d’heures) ; puis se différencie  en  trophozoïte  dans  lequel  le  métabolisme  devient  plus  intense.  Enfin,  à  40h  post‐ invasion, le parasite arrive au stade schizonte, correspondant à une phase rapide de  synthèse  d’ADN/ARN,  pour  former  de  8  à  32  nouveaux  mérozoïtes.  Environ  48h  post‐invasion,  l’érythrocyte  infecté  finit  par  éclater,  libérant  ces  mérozoïtes  prêts  à  infecter  de  nouveaux  globules  rouges.  Sous  certaines  conditions  de  stress,  les  mérozoïtes  peuvent  se  différencier  dans  le  globule  rouge  en  gamétocytes  mâles  ou  femelles, qui resteront dans la circulation et pourront être ingérés par un moustique  femelle au cours d’un repas sanguin.  

En pénétrant dans l’érythrocyte, Plasmodium se met à l’abri des mécanismes de  défense humains, et peut accomplir son cycle de développement à l’abri des réactions  du  système  immunitaire.  En  contrepartie,  son  environnement  extracellulaire  direct  devient très particulier. Les concentrations ioniques et protéiques dans l’érythrocyte,  tout  comme  le  pH,  sont  différents  de  ceux  du  plasma.  Le  parasite  est  également 

Figure  3  :  Prévision  de  l’évolution  des  concentrations  ioniques  (Na+,  K+)  et  du  volume de l’érythrocyte au cours de l’infection d’après (Lew et al., 2003) 

Ces  prévisions  sont  issues  du  modèle  Lew‐Bookchin.  En  haut,  évolution  des  concentrations  cytoplasmiques  Na+  et  K+ de  l’érythrocyte  au  cours de  l’infection.  En  Bas,  évolution  des  volumes  de  l’érythrocyte infecté (IRBC), du cytoplasme de la cellule‐hôte (Host) et du parasite. Les volumes sont  donnés par rapport au volume de l’érythrocyte au moment de l’invasion.

nécéssairement  dépendant  des  flux  traversant  la  membrane  de  sa  cellule  hôte,  l’érythrocyte.  Ceux‐ci  doivent  pouvoir  lui  apporter  tous  les  éléments  nécessaires  à  son développement, et permettre l’évacuation des déchets issus de son métabolisme. 

Plasmodium  doit  donc  interagir  avec  la  cellule‐hôte  pour  que  son  environnement 

extracellulaire direct lui permette de mener à terme son cycle de développement.    

III  ‐  Modifications  des  propriétés  membranaires  de  l’érythrocyte  lors