Traitement d’autres infections

1.2.2.1. Traitement des infections virales

La prise en charge des infections virales se fait suivant deux options. La première consiste en

une prévention par la vaccination ; c’est la meilleure option, elle permet de prévenir de

nombreuses viroses telles que la poliomyélite, la rougeole, la rubéole, la varicelle, les

hépatites A et B. Cependant il existe encore nombre de virus pour lesquels les vaccins ne sont

pas disponibles (VIH, hépatite C, Ebola, etc.). La deuxième option, moins efficace et plus

coûteuse, repose sur un traitement curatif faisant appel aux antiviraux notamment pour le VIH

ou la grippe. Cependant, pour de nombreuses maladies virales, une fois déclarées, il n’existe

pas de traitement ; c’est le cas de la rougeole et de la rubéole (Kayser et al., 2008).

Les maladies virales doivent être prises au sérieux car les virus sont susceptibles à tout

moment d’émerger (SARS), de muter (H5N1), de devenir résistants aux rares antiviraux

disponibles (VIH), de provoquer des épidémies potentiellement dévastatrices (VIH) ou de

franchir la barrière d’espèce (VIH) ; en outre les médicaments antiviraux sont en nombre très

limité (beaucoup moins nombreux que les antibiotiques). Il faut cependant remarquer que les

maladies virales sont parfois relativement bénignes, car nombre d’entre elles peuvent être

contrées par notre système immunitaire et sont accessibles à la vaccination (Kayser et al.,

2008 ; Murray et al., 2009).

1.2.2.2. Traitement des infections fongiques

Le traitement des infections fongiques fait appel à un nombre restreint d’antifongiques

pouvant être classés somme suit. (i) Les polyènes (Amphotéricine B, Nystatine) détruisent la

structure de la membrane en se fixant sur les stérols membranaires. (ii) Les azolés

(Kétoconazole, Fluconazole, Itraconazole, etc.) inhibent la synthèse de l’ergostérol dans la

membrane, action essentiellement fungistatique. (iii) Le 5-fluorocytosine (Flucytosine)

interfère avec la synthèse de l’ADN (analogue de bases). (iv) L’echinocandine inhibe la

synthèse du glucane de la paroi cellulaire. (v) L’allylamine inhibe la biosynthèse de

l’ergostérol. (vi) La griséofulvine inhibe la mitose des cellules fongiques (Walsh, 2003 ;

Murray et al., 2009).

Le développement de nouveaux antifongiques demeure nécessaire étant donné que les

champignons, comme les autres microorganismes pathogènes, développent des mécanismes

de résistance. Cette résistance repose notamment sur la modification de la perméabilité

membranaire (diminution de l’influx et augmentation de l’efflux) et sur des mutations

aboutissant à des produits géniques présentant une affinité moindre pour les antifongiques. La

recherche peut aussi s’orienter vers les inhibiteurs de la résistance, notamment les inhibiteurs

des pompes à efflux (Kayser et al., 2008).

1.2.2.3. Traitement du paludisme

La lutte contre le paludisme englobe deux aspects : (i) La lutte contre le moustique vecteur,

l’anophèle ; si cette lutte est une réussite dans les pays tempérés, il y subsiste néanmoins le

paludisme d’importation. La situation est tout à fait différente dans les régions tropicales où

on assiste en plus à l’apparition de la résistance des moustiques vis-à-vis des insecticides

après les échecs de tentatives d’éradication. (ii) La lutte contre l’agent pathogène, le

Plasmodium, rendue compliquée par le développement de la résistance du parasite à l’égard

des médicaments existants (Mims et al., 1993).

Mode d’action des médicaments antipaludiques majeurs

Le parasite au stade intra-érythrocytaire synthétise des protéines à partir des acides aminés

issus de la dégradation de l’hémoglobine, processus libérant l’hème qui est toxique pour le

parasite. Le parasite détoxifie l’hème en le polymérisant en hémozoïne qui lui est non

toxique. Les aminoquinoléines et les aminoalcools agissent principalement en inhibant cette

formation d’hémozoïne, restaurant ainsi l’effet toxique de l’hème sur les parasites (Kumar et

L’artémisinine et ses dérivés agissent grâce à leur pont endoperoxyde en libérant des espèces

réactives de l’oxygène qui sont toxiques pour le Plasmodium dans toutes les phases du cycle

schizogonique, en déclenchant un stress oxydatif (Meshnick et al., 1993). Il a également été

reporté que l’artémisinine et ses dérivés auraient un mode d’action multivarié, ils agiraient par

interférence avec le transport mitochondrial d’électrons, par modulation de l’effet du système

immunitaire et par interférence avec la calcium-ATPase sarcoplasmique / endoplasmique

(Golenser et al., 2006).

Les antimétabolites (ex : pyriméthamine) inhibent la dihydrofolate réductase, enzyme

nécessaire à la rédution du dihydrofolate, cofacteur essentiel à la biosynthèse du thymidilate,

des bases puriques et de nombreux acides aminés. Ils empêchent ainsi la division du noyau du

parasite (Warhurst et al., 1998).

Les naphtoquinones (ex : atovaquone) inhibent les fonctions mitochondriales du parasite par

le blocage du transfert d’électrons au niveau de la dihydroorotate déshydrogénase, ce qui

empêche la synthèse de l’orotate et par conséquent celle des bases pyrimidiques (Vaidya,

1998).

Les tétracyclines agiraient par blocage de la réplication du génome de l’apicoplaste,

empêchant ainsi le développement des parasites en mérozoïtes (Dahl et al., 2006).

Cependant, le Plasmodium falciparum développe des résistances vis-à-vis des antipaludiques

courants, notamment la chloroquine, ce qui cause des échecs thérapeutiques qui contribuent à

l’élévation des taux de mortalité (Trape, 2001). La chimiorésistance apparue dans les années

1950 en Asie, s’est étendue à d’autres parties du monde et touche toutes les zones tropicales

(OMS, 2005). Cette chimiorésistance est généralement due à des mutations qui induisent entre

autres une diminution de l’accumulation des médicaments dans la vacuole digestive du

parasite par un phénomène d’efflux, une modification de la cible des médicaments et une

inactivation des médicaments (Urso et al, 2001).

Pour faire face au développement de la chimiorésistance du Plasmodium falciparum, une des

solutions envisageables consiste à restaurer la sensibilité de Plasmodium en combinant les

médicaments auxquels il est devenu résistant à d’autres composés pouvant inhiber cette

résistance. Ainsi dans le cas de chloroquino-résistance, le vérapamil empêche l’efflux de la

chloroquine hors de la vacuole digestive du parasite, ce qui favorise son accumulation,

restaurant ainsi son effet (Martin et al., 1978). Un autre exemple est la modulation de la

résistance à la méfloquine par le penfluridol qui agit également en favorisant l’accumulation

1.3. LES RESISTANCES AUX ANTIBIOTIQUES

1.3.1. Définition

Une souche est dite résistante à un antibiotique si la concentration minimale inhibitrice de

celui-ci est supérieure à sa concentration plasmatique maximale (non toxique) obtenue lors du

traitement. La résistance à un antibiotique peut être naturelle ou innée ; certaines souches

sauvages résistent naturellement à certains antibiotiques. Elle peut également être acquise ;

elle apparaît chez les espèces bactériennes jusqu’alors sensibles à un antibiotique donné

(Walsh, 2003).

1.3.2. Déterminisme génétique de la résistance

La résistance acquise des microorganismes aux antibiotiques résulte de processus

biochimiques qui sont codés par les gènes des bactéries. Cette résistance provient de

mutations génétiques, de l’acquisition de gènes ainsi que de la mutation de gènes acquis

(Walsh, 2003).

1.3.2.1. Mutations chromosomiques

Les mutations chromosomiques peuvent modifier les cibles des antibiotiques telles que les

transpeptidases, l’ADN gyrase, les protéines ribosomales, l’ARN polymérase ou encore les

porines. Ces mutations peuvent entraîner une modification de certaines structures cellulaires,

par exemple de la paroi pour les PBPs, ou de certaines fonctions comme la perméabilité de la

membrane externe. Ce type de mutation est stable, transmis à la progénie, mais non

transmissible horizontalement à d’autres bactéries. Le plus souvent, une mutation entraîne la

résistance à un antibiotique donné ou à des antibiotiques appartenant à la même famille.

Cependant une mutation peut également entraîner la résistance à plusieurs antibiotiques par

imperméabilisation de la membrane cellulaire (Rice et al., 2003).

1.3.2.2. Acquisition des gènes de résistance

Cette résistance est due à l’acquisition d’informations génétiques exogènes portées par des

plasmides et des transposons. Elle concerne la quasi-totalité des antibiotiques et correspond à

la majorité des cas isolés en clinique. Cette résistance est due à l’expression par les bactéries

réceptrices de ce matériel génétique pour former des protéines nouvelles qui vont, soit,

modifier le système de transport de l’antibiotique, inactiver l’antibiotique, modifier la cible de

1.3.2.3. Mutation des gènes acquis

La réponse typique à l’apparition de la résistance a été un effort concerté à développer de

nouveaux agents antimicrobiens actifs sur les souches résistantes. L’émergence de la

résistance aux antibiotiques par la production des bétalactamases en est un exemple.

L’ampicilline a été développée comme la première pénicilline active sur les bacilles

gram-négatif, principalement E. coli. Quelques années après son introduction en clinique, il y a eu

apparition des souches de E. coli résistantes à l’ampicilline due à la production des β

-lactamases régulée par un plasmide TEM (Rice et al., 2003).

1.3.3. Mécanismes biochimiques de résistances

1.3.3.1. Modification de l’antibiotique

Plusieurs enzymes modifiant les antibiotiques ont été décrites, incluant les β-lactamases, les

enzymes modifiant les aminoglycosides ou les chloramphénicol acétyltransférases. Bien que

ces enzymes soient, dans beaucoup de cas, acquises, quelques-unes sont intrinsèques à

certaines espèces. En général, ces enzymes confèrent un niveau élevé de résistance aux

antibiotiques contre lesquels ils sont actifs. Ainsi, par exemple, l’expression de TEM-1 β

-lactamase par E. coli peut augmenter la concentration minimale inhibitrice de l’ampicilline de

8 µg/ml à 10.000 µg/ml (Rice et al., 2003).

1.3.3.2. Modification de la cible

Comme l’interaction entre l’antibiotique et la molécule cible est assez spécifique, de faibles

altérations de la cible peuvent avoir des effets importants sur la liaison de l’antibiotique. Un

exemple de ce mode de résistance est la modification des PBPs qui peut affecter l’affinité de

ces molécules pour les β-lactames. Alors que la modification des PBPs semble être le

mécanisme principal de résistance aux β-lactames chez les bactéries gram-positif, la

production de β-lactamases est surtout impliquée chez les gram-négatif (Walsh, 2003).

D’autres exemples de modification de cibles concernent l’altération des précurseurs de la

paroi cellulaire conférant la résistance aux glycopeptides, la mutation de l’ADN gyrase et de

la topoisomerase IV conférant la résistance aux fluoroquinolones, les mécanismes de

protection ribosomale conférant la résistance aux tétracyclines, les mutations de l’ARN

polymérase conférant la résistance à la rifampicine. Le degré de résistance conférée par les

modifications de cible est variable et dépend de la capacité de la cible mutée à accomplir ses

fonctions (Rice et al., 2003; Murray et al., 2009).

1.3.3.3. Accessibilité réduite de la cible

L’antibiotique doit atteindre la cible pour agir et, lorsqu’il doit traverser des barrières pour y

arriver, celles-ci constituent un mécanisme de résistance efficace. Toutes les bactéries

gram-négatif ont une membrane externe qui doit être franchie avant d’atteindre la membrane

cytoplasmique. Il a été reporté que la réduction des porines contribue à la résistance à certains

antibiotiques. Dans beaucoup de cas, cette accessibilité réduite doit être associée à la

production d’au moins une β-lactamase d’activité modérée pour obtenir un niveau élevé de

résistance aux β-lactames (Murray et al., 2009).

Les barrières d’entrée peuvent aussi exister dans la membrane cytoplasmique. Le mouvement

des aminoglycosides à travers la membrane cytoplasmique est un processus

oxygéno-dépendant, ainsi ces antibiotiques sont-ils inactifs dans un environnement anaérobie (Rice et

al., 2003).

1.3.3.4. Pompes à efflux

Parmi les domaines les plus actifs de la recherche sur la résistance aux antimicrobiens, il y a

l’identification et la caractérisation des pompes qui chassent une ou plusieurs classes

d’antibiotiques de la cellule bactérienne. Plusieurs classes de pompes ont été décrites dans les

bactéries gram-positif et gram-négatif. La majorité de ces pompes sont localisées au niveau de

la membrane cytoplasmique et utilisent la force motrice du proton pour chasser les

antibiotiques de la cellule (Walsh, 2003).

Les pompes à efflux existent en deux configurations chez les bactéries (Figure 1.3.1) (Rice et

al., 2003) :

(a) Le transporteur se trouve dans la membrane cytoplasmique. Dans les bactéries

gram-positif, les médicaments entrent sans obstacle et sont pompés vers le milieu extérieur.

Dans les bactéries gram-négatif, les molécules, qui sont entrées dans l’espace

périplasmique par les porines ou par passage direct à travers la double couche

lipidique de la membrane externe, arrivent au niveau de la double couche lipidique de

la membrane interne où elles sont expulsées par la pompe à efflux vers le milieu

extérieur en passant par l’espace périplasmique .

(b) Dans les bactéries gram-négatif, il existe aussi des pompes à efflux complexes. Ici les

ensemble contenant, en plus de la pompe, un canal dans la membrane externe et une

protéine de fusion membranaire.

(a) (a) (b)

Figure 1.3.1. Structure des pompes à efflux. LPS, lipopolysaccharide ; OM, membrane

extérieure ; IM, membrane intérieure (Rice et al., 2003)

1.3.4. Mécanismes de résistance à différentes classes d’antibiotiques

Les principaux mécanismes de résistance à différentes familles d’antibiotiques sont résumés

Tableau 1.3.1. Mécanismes de résistance aux principales familles d'antibiotiques

Classe d’antibiotiques Mécanismes de résistance Exemples

β-lactames Altération de la cible PBPs 2a

Inactivation enzymatique (β-lactamases) Réduction de la perméabilité

MRSA

Entérobactéries

Pseudomonas aeruginosa

Aminoglycosides Altération de la cible Inactivation enzymatique Réduction de la perméabilité

Entérocoques

Staphylococcus aureus Pseudomonas aeruginosa

Quinolones Altération de la cible (ADN gyrase)

Réduction de la perméabilité

Entérobactéries Entérobactéries

Macrolides Altération de la cible

Inactivation enzymatique Réduction de la perméabilité

Staphylococcus aureus Entérobactéries Bactéries gram-négatif

Chloramphénicol Altération de la cible Inactivation enzymatique Réduction de la perméabilité

Entérocoques

Pseudomonas aeruginosa

Tétracyclines Altération de cible

Pompe à efflux

Entérobactéries Entérobactéries

Rifampicine Altération de l’ARN polymérase Entérobactéries

Triméthoprime/ sulfamethoxazole

Altération des enzymes cibles

Réduction de la perméabilité Pseudomonas aeruginosa

1.4. PLACE DES PLANTES MEDICINALES DANS LA LUTTE CONTRE LES

RESISTANCES AUX ANTIBIOTIQUES

Après avoir abordé différents aspects des maladies infectieuses, des agents infectieux aux

mécanismes de résistance en passant par le traitement, nous nous sommes intéressé à l’apport

des plantes médicinales dans la lutte contre les agents pathogènes. Notre travail a en effet

pour objet l’étude d’une plante traditionnellement utilisée pour combattre diverses pathologies

dont les infections. C’est dans ce cadre que nous avons réalisé une revue bibliographique

traitant des plantes médicinales comme sources non seulement de composés antimicrobiens,

mais aussi d’inhibiteurs des mécanismes de résistances aux antibiotiques. Cette revue

bibliographique a été publiée en fin 2009, et depuis, plusieurs travaux sur les antimicrobiens

directs ou indirects ont été publiés. Nous présentons dans cette introduction à la revue, les

principaux éléments supplémentaires.

La résistance des microorganismes aux antibiotiques est devenue un sérieux problème de

santé publique qui concerne presque tous les antibiotiques et qui se manifeste dans tous leurs

champs d’application. D’où l’intérêt sans cesse croissant de chercher de nouveaux composés

pouvant agir soit directement sur les microorganismes, soit indirectement en inhibant un ou

plusieurs mécanismes de résistance. Cette recherche nécessite de disposer de méthodes

d’évaluation des propriétés antimicrobiennes des extraits de plantes et des composés purs. Les

méthodes les plus couramment utilisées sont la microdilution qui permet de déterminer la

CMI, la diffusion sur agar permettant de mesurer le diamètre d’inhibition, tandis que la CCM

-bioautographie permet la localisation des composés actifs sur une plaque chromatographique.

Si ces méthodes classiques permettent d’évaluer l’effet antimicrobien des composés testés,

une fois l’activité établie, des méthodes plus élaborées sont requises pour élucider le

mécanisme d’action de ces composés.

Les nouveaux composés actifs peuvent être recherchés dans les plantes médicinales, car

celles-ci constituent une source potentielle de composés antimicrobiens et/ou inhibiteurs des

mécanismes de résistances aux antibiotiques. En effet, de nombreux composés d’origine

végétale ont déjà démontré des propriétés antimicrobiennes ; ces composés agissent suivant

plusieurs mécanismes : (i) formation de complexes avec des macromolécules telles que les

protéines et les polysaccharides, inhibant ainsi leurs fonctions (polyphénols) ; (ii) rupture de

membranes microbiennes (flavonoïdes lipophiles, terpénoïdes, défensines) ; et (iii) inhibition

(polypeptides). Les plantes médicinales fournissent également des composés qui n’ont pas

nécessairement un effet direct sur les microorganismes, mais qui augmentent ou restaurent

l’activité des antibiotiques en inhibant les mécanismes de résistance. Ces composés

appartiennent à diverses classes phytochimiques et agissent comme inhibiteurs des pompes à

efflux (flavonoïdes, terpénoïdes, alcaloïdes), inhibiteurs des PBP 2a (quinones, terpénoïdes),

provoquant la perméabilité des membranes bactériennes (terpénoïdes) et inhibiteurs des

béta-lactamases (alkyls gallates).

En plus des mécanismes d’action et des classes phytochimiques auxquelles appartiennent les

composés actifs présentés ci-dessus, il y a lieu d’ajouter quelques résultats importants publiés

récemment et qui viennent enrichir la revue présentée ci-après. (i) La formation de biofilms

par les agents infectieux rend ces derniers inaccessibles aux antibiotiques, leur conférant ainsi

une résistance. Inhiber la formation des biofilms constitue donc une stratégie permettant aux

antimicrobiens d’atteindre les agents infectieux ; des métabolites secondaires de plantes

médicinales peuvent jouer ce rôle. Ainsi, les huiles essentielles de Cymbopogon citratus et

Syzygium aromaticum inhibent la formation des biofilms chez Candida albicans (Khan and

Ahmad, 2012). Le Tan Re Qing (TRQ), extrait aqueux d’un mélange de cinq drogues

(Scutellaria baicalensis Georgi, Bear Gall, Goral, Lonicera japonica Thunb et Forsythia

suspensa (Thunb.) Vahl.) présente une double action, d’une part il inhibe la formation des

biofilms chez Pseudomonas aeruginosa et d’autre part il tue les microorganismes se trouvant

dans la matrice (Wang et al., 2011). (ii) Une macrolactone contenant le D-xylose et le

L-rhamnose, la pescapréine, isolée de Ipomoea pes-caprae a montré un effet inhibiteur sur les

pompes à efflux des MRSA, augmentant ainsi l’action de la norfloxacine (Escobedo-Martinez

et al, 2010). (iii) L’effet antimicrobien indirect de deux triterpènes, l’acide oléanolique et

l’acide ursolique, a été décrit. Ces deux composés augmentent l’activité de β-lactames

vis-à-vis des souches de S.aureus, S. epidermidiset L. monocytogenes (Kurek et al., 2012).

Ces trois avancées sont exemplatives d’innombrables travaux traitant des plantes à propriétés

antimicrobiennes directes et/ou indirectes publiés depuis 2010 ; pour la plupart des autres

travaux, les classes phytochimiques et les propriétés biologiques qui leur sont associées ont

déjà été abordées dans notre revue.

Chapitre 13 du Livre « Medicinal Plants : Classification, Biosynthesis and Pharmacology » Editeurs : Alejandro Varela and Jasiah Ibañez, ©2009 Nova Science Publishers, Inc.

ISBN: 978-1-60876-027-5 Pages 315 - 336

In: Medicinal Plants Classification, Biosynthesis … ISBN: 978-1-60876-027-5 Editors: Alejandro Varela and Jasiah Ibañez ©2009 Nova Science Publishers, Inc.

Chapter 13

Medicinal Plants: A Tool to Overcome

Antibiotic Resistance?

Philippe N. Okusa

^*

, Caroline Stévigny and Pierre Duez

Université Libre de Bruxelles, Bruxelles, Belgique

Abstract

Bacterial antibiotic resistance has become a serious problem of public health that concerns almost all antibacterial agents and that manifests in all fields of their application. Consequently, there is an increasing interest in the search for new compounds which can act by a direct antimicrobial effect or by inhibiting resistance mechanisms of microorganisms of medical importance. Medicinal plants nowadays remain a valuable source for this kind of compounds. The direct antimicrobial properties of a number of natural compounds have indeed been reported; such compounds act by many mechanisms, including: (i) complexation with macromolecules such as proteins and polysaccharides, thus inhibiting their functions (polyphenols); (ii) disruption of microbial membranes (lipophilic flavonoids, terpenoids, plant defensins); and (iii) inhibition of adhesion of microbial proteins to host polysaccharide receptors (polypeptides). Medicinal plants also provide compounds which are not necessarily effective against microorganisms, but which enhance or restore the activity of antibiotics by inhibiting resistance mechanisms. These compounds belong to several phytochemical groups and act as inhibitors of efflux pumps (flavonoids, terpenoids, alkaloids); inhibitors of PBP 2a (quinones, terpenoids), enhancers of the permeability of bacterial membrane (terpenoids) and beta-lactamases inhibitors (alkyls gallates).

Philippe N. Okusa, Caroline Stevigny and Pierre Duez 316

1. Introduction

Infectious diseases caused by bacteria, fungi, viruses and parasites remain a major threat to public health due to the emergence of widespread antimicrobial resistance (WHO, 1996) increasing at an alarming rate (Hawkey, 2000). Thus, it is essential that resistance to currently used antimicrobial agents be prevented, limited or reversed. Antibiotic resistance is the ability of microorganisms to remain impervious to the inhibitory or lethal effect of antibiotics (Kaye et al., 2000). This resistance can be intrinsic, inherent to a particular species; for example gram-negative bacteria are intrinsically resistant to vancomycin because these organisms contain an additional protective outer membrane, absent in gram-positive cells, that prevents the agent from reaching the target site (Walsh, 2003). The resistance can also be acquired, when it refers to an attribute resulting from a change in the genetic composition of the bacteria, rendering a previously active drug ineffective (Rice et al., 2003).

If inappropriate prescribing and use of antibiotics are considered as the major factors in the emergence of the resistance phenomenon, education addressed to both prescribers and patients can help to reduce resistance (Yates, 1999). A further approach resides in the

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