Interaction avec des protozoaires

Les protozoaires sont des microorganismes eucaryotes se nourrissant par phagocytose de bactéries, d’algues et de levures présentes à la surface des biofilms. En 1980, Rowbotham fut le premier à montrer la prolifération intracellulaire de L. pneumophila environnementales à l’intérieur de protozoaires et plus particulièrement, à l’intérieur d’amibes appartenant aux genres Acanthamoeba et Naegleria (Rowbotham, 1980). L’étude de Holden en 1984 montre que L. pneumophila croît rapidement lors d’une co-culture avec A. castellanii dans un milieu qui ne permet pas sa multiplication ni sa survie (Holden et al., 1984).

A l’heure actuelle, plus de 20 espèces d’amibes, 2 espèces de protozoaires ciliés et Dictyostelium discoideum permettent le développement intracellulaire de Legionella (Lau & Ashbolt, 2009). Les amibes sont fréquemment isolées au niveau des réseaux d’eau chaude sanitaire et d’installation de climatisation (Nahapetian et al., 1991). Elles constituent vraisemblablement la principale niche de multiplication de Legionella.

La multiplication intracellulaire de Legionella à l’intérieur de protozoaires comme les amibes se fait en plusieures étapes (Figure 17).

Caractérisation et mode d’action de la warnéricine RK, un peptide anti-Legionella 67 Figure 17 : Cycle de vie et d’infection de L. pneumophila (Molmeret et al., 2004). Phagocytose (1), formation de la vacuole réplicative (2), multiplication intracellulaire (3a), reprogramation génétique (3b), dissémination environnementale (4), contamination humaine (5), infection d’un nouvel hôte (6).

Tout d’abord, les bactéries libres sont ingérées par l’amibe (Figure 17-1), et se retrouvent à l’intérieur de phagosomes qui recrutent rapidement des organites tels que des mitochondries et du réticulum endoplasmique rugueux (Figure 17-2). Ceci conduit à la formation d’une vacuole réplicative. La clef de la virulence de L. pneumophila réside dans sa capacité à prévenir la maturation du phagosome et la fusion phagosome/lysosome. Elle peut ainsi se multiplier dans la vacuole réplicative jusqu’à atteindre une population assez nombreuse avant de sortir de la cellule (Figure 17-3a).

Ce mécanisme de survie est dû notamment à l’expression de gènes particuliers présents dans deux locus distincts : dot (defective for organelle trafficking) et icm (intracellular multiplication) codant pour un système de sécrétion de type IV. Ce système est une machinerie de translocation qui permet à la bactérie d’injecter des molécules effectrices dans la cellule hôte durant l’infection. Actuellement, plus de 80 substrats ont été identifiés (Ensminger & Isberg, 2009). L’inactivation des gènes des locus dot/icm (Figure 17-3b) entraîne une incapacité pour la bactérie d’inhiber la fusion phagosome/lysosome et de se multiplier (Horwitz, 1987; Marra et al., 1992; Roy et al., 1998). Ensuite, lorsque l’environnement devient carencé en acides aminés, il y a synthèse de l’alarmone guanosine

Caractérisation et mode d’action de la warnéricine RK, un peptide anti-Legionella 68 3’-5’-bispyrophosphate (ppGpp) par la synthase RelA et accumulation, ce qui augmente le taux de facteur sigma de phase stationnaire RpoS. RpoS va alors coordonner l’entrée de L. pneumophila en phase stationnaire, lui permettant ainsi d’exprimer ses caractères de virulence et de promouvoir sa transmission vers un nouvel hôte (Bachman & Swanson, 2001). Les Legionella intra-amibiennes sont retrouvées sous 2 formes :

- un forme réplicative, qui n’est pas mobile et apparaît comme très peu infectieuse, - une forme transmissive, qui est mobile et très infectieuse

On parle alors de cycle biphasique (Bruggemann et al., 2006). Les deux formes de Legionella lors de sa croissance intra-amibienne peuvent être simulées in vitro par les bactéries en phase exponentielle et stationnaire de croissance. En effet, les bactéries en phase exponentielle de croissance, qui sont non flagellées, correspondent à la forme réplicative tandis que les bactéries en phase post-exponentielles de croissance, qui sont flagellées, fortement mobiles et virulentes, correspondent à la forme transmissive (Byrne & Swanson, 1998).

L. pneumophila tue la cellule hôte soit par apoptose soit par nécrose en utilisant un système de formation de pore grâce notamment à la toxine Rib. Legionella se retrouvent ensuite dans l’environnement à l’intérieur de vésicules ou sous forme libre si les vésicules ne sont plus intègres (Figure 17-4) (Bouyer et al., 2007; Molmeret et al., 2004). En effet, Berk et al. ont montré qu’après ingestion de Legionella, les amibes expulsaient des vésicules de quelques µm de diamètre contenant des centaines de bactéries, confirmant ainsi les premières observations faites par Rowbotham en 1980. Une étude récente a montré que L. pneumophila était capable de survivre 6 mois dans des vésicules expulsées par des amibes et d’être encore cultivables (Bouyer et al., 2007). A l’intérieur des vésicules, les bactéries sont plus résistantes à un traitement de type biocide que les bactéries libres (Berk et al., 1998; Bouyer et al., 2007). De même, comparé aux cellules cultivées in vitro, L. pneumophila s’étant multipliée dans les amibes est beaucoup plus résistante aux traitements par des désinfectants et des biocides, à l’osmolarité, la fluctuation de température, au pH…(Abu Kwaik et al., 1998; Barker et al., 1993). Les vésicules restent libres dans le milieu et pourraient être des vecteurs de transmission de la légionellose via les aérosols (Berk et al., 1998) (Figure 17-5).

Des données de biologie cellulaire et de génétique ont permis de mettre en évidence que les mécanismes de survie de Legionella à l’intérieur des amibes étaient similaires à ceux

Caractérisation et mode d’action de la warnéricine RK, un peptide anti-Legionella 69 développés chez les macrophages alvéolaires. La virulence de L. pneumophila vis-à-vis des macrophages alvéolaires est une conséquence de l’évolution de la bactérie comme parasite naturel des amibes (Swanson & Hammer, 2000). L. pneumophila pénètre dans les voies respiratoires via des aérosols contaminés et se loge à l’intérieur des macrophages alvéolaires où elle peut se multiplier de la même façon que dans les amibes (Swanson & Sturgill- Koszycki, 2000). Beaucoup de facteurs permettant la multiplication de L. pneumophila chez les macrophages sont également requis pour la multiplication chez les amibes. Par exemple, la protéine Mip (macrophage infectivity potentiator) augmente le taux d’infection de la bactérie aussi bien chez les macrophages humains que chez les amibes des genres Hartmannella et Tetrahymena (Cianciotto & Fields, 1992). Ainsi, les amibes peuvent être considérées comme un terrain d’entraînement pour la virulence de Legionella.

III.3 La légionellose