Pathogène

En biologie , un pathogène ( du grec πάθος , pathos « souffrance », « passion » et -γενής , -genēs « producteur de »), au sens le plus ancien et le plus large, est tout organisme , agent ou micro-organisme capable de provoquer une maladie . Un pathogène peut également être appelé agent infectieux , ou simplement germe .

Le terme « pathogène » est apparu dans les années 1880. Il est généralement utilisé pour décrire un micro-organisme ou un agent infectieux , tel qu'un virus , une bactérie , un protozoaire , un prion , un viroïde ou un champignon . De petits animaux, comme les helminthes et les insectes, peuvent également causer ou transmettre des maladies. Cependant, on les qualifie généralement de parasites plutôt que de pathogènes. L'étude scientifique des organismes microscopiques, y compris les organismes pathogènes microscopiques, est appelée microbiologie , tandis que la parasitologie désigne l'étude scientifique des parasites et des organismes qui les hébergent.

Il existe plusieurs voies d'invasion d'un hôte par des agents pathogènes. Les principales voies présentent des durées d'infection différentes, mais le sol offre le potentiel le plus long et le plus persistant pour abriter un agent pathogène.

Les maladies humaines causées par des agents infectieux sont appelées maladies pathogènes. Toutes les maladies ne sont pas causées par des agents pathogènes ; c’est le cas, par exemple, de la silicose due à l’exposition à la poussière de charbon , des maladies génétiques comme la drépanocytose et des maladies auto-immunes comme le lupus .

La pathogénicité est le potentiel pathogène d'un agent pathogène à causer une maladie. Elle repose sur la combinaison de l'infectiosité (capacité de l'agent pathogène à infecter son hôte) et de la virulence (gravité de la maladie chez l'hôte). Les postulats de Koch permettent d'établir des relations causales entre les agents pathogènes microbiens et les maladies. Alors que la méningite peut être causée par divers agents pathogènes bactériens, viraux, fongiques et parasitaires, le choléra est uniquement causé par certaines souches de Vibrio cholerae . De plus, certains agents pathogènes ne provoquent de maladie que chez les hôtes immunodéprimés . Ces infections opportunistes sont souvent des infections nosocomiales contractées chez des patients déjà atteints d'une autre pathologie.

L’infectiosité implique la transmission d’un agent pathogène par contact direct avec les fluides corporels ou les gouttelettes en suspension dans l’air d’hôtes infectés, par contact indirect avec des surfaces ou des objets contaminés, ou par transmission par des vecteurs vivants comme les moustiques et les tiques . Le taux de reproduction de base d’une infection correspond au nombre attendu de cas ultérieurs qu’elle est susceptible de provoquer par transmission.

La virulence implique que les pathogènes extraient les nutriments de l'hôte pour leur survie, échappent au système immunitaire de l'hôte en produisant des toxines microbiennes et provoquent une immunosuppression . La virulence optimale décrit un équilibre théorique entre la propagation du pathogène à d'autres hôtes pour parasiter ses ressources, et la réduction de sa virulence afin de maintenir la survie des hôtes et d'assurer la transmission verticale à leur descendance.

Les algues comprennent des eucaryotes unicellulaires généralement non pathogènes. Les algues vertes du genre Prototheca sont dépourvues de chlorophylle et sont connues pour provoquer la protothécose chez l'homme, le chien, le chat et le bétail, généralement due à l'espèce tellurique Prototheca wickerhamii .

Les bactéries sont des procaryotes unicellulaires dont la taille varie de 0,15 à 700 μm . Si la grande majorité est inoffensive ou bénéfique à son hôte, comme les membres du microbiote intestinal humain qui contribuent à la digestion, un faible pourcentage est pathogène et responsable de maladies infectieuses. Les facteurs de virulence bactériens comprennent des facteurs d'adhérence permettant la fixation aux cellules hôtes, des facteurs d'invasion facilitant la pénétration dans ces cellules, des capsules empêchant l'opsonisation et la phagocytose , des toxines et des sidérophores permettant l'acquisition du fer

La tuberculose , maladie bactérienne principalement causée par Mycobacterium tuberculosis , représente l'une des morbidités les plus importantes , ayant causé 1,6 million de décès en 2021, principalement en Afrique et en Asie du Sud-Est . La pneumonie bactérienne est principalement causée par Streptococcus pneumoniae , Staphylococcus aureus , Klebsiella pneumoniae et Haemophilus influenzae . Les intoxications alimentaires impliquent généralement Campylobacter , Clostridium perfringens , Escherichia coli , Listeria monocytogenes et Salmonella . Parmi les autres maladies infectieuses causées par des bactéries pathogènes, on peut citer le tétanos , la fièvre typhoïde , la diphtérie et la lèpre .

Les champignons sont des organismes eucaryotes qui peuvent être pathogènes. On connaît environ 300 champignons pathogènes pour l'homme, dont Candida albicans , la cause la plus fréquente de muguet , et Cryptococcus neoformans , qui peut provoquer une forme grave de méningite . Les spores fongiques typiques mesurent 4,7 μm de long ou moins.

Les prions sont des protéines mal repliées qui transmettent leur structure anormale à d'autres copies de la protéine sans recourir aux acides nucléiques . Outre l'acquisition de prions auprès d'autres organismes, ces protéines mal repliées résultent de différences génétiques, qu'elles soient dues à des antécédents familiaux ou à des mutations sporadiques . Les plantes absorbent les prions présents dans les sols contaminés et les transportent dans leurs tiges et leurs feuilles, ce qui peut potentiellement les transmettre aux animaux herbivores . De plus, il a été démontré que le bois, les roches, le plastique, le verre, le ciment, l'acier inoxydable et l'aluminium fixent, retiennent et libèrent les prions, ce qui prouve que ces protéines résistent à la dégradation environnementale

Les prions sont surtout connus pour provoquer des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) comme la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ), la variante de la maladie de Creutzfeldt-Jakob (vMCJ), le syndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), l'insomnie fatale familiale (IFF) et le kuru chez l'homme.

Alors que les prions sont généralement considérés comme des agents pathogènes qui provoquent l'accumulation de fibres amyloïdes protéiques dans des plaques neurodégénératives, Susan Lindquist a mené des recherches montrant que les levures utilisent les prions pour transmettre des traits bénéfiques sur le plan évolutif.

À ne pas confondre avec les virus ou les viroïdes, les viroïdes sont les plus petits agents pathogènes infectieux connus. Ce sont de petits ARN monocaténaires circulaires qui provoquent des maladies chez les plantes, comme le viroïde de la tubérosité fusiforme de la pomme de terre , qui affecte diverses cultures agricoles. L'ARN viroïde n'est pas protégé par une capside protéique et ne code pour aucune protéine ; il agit uniquement comme un ribozyme pour catalyser d'autres réactions biochimiques.

Les virus ont généralement un diamètre compris entre 20 et 200 nm. Pour survivre et se répliquer, les virus injectent leur génome dans les cellules hôtes, y insèrent leurs gènes et détournent la machinerie cellulaire pour produire des centaines de nouveaux virus jusqu'à ce que la cellule éclate et les libère pour de nouvelles infections. Le cycle lytique décrit cette phase active de destruction rapide des hôtes, tandis que le cycle lysogénique décrit une dormance pouvant durer des centaines d'années, pendant laquelle le virus est intégré au génome de l'hôte. Parallèlement à la taxonomie établie par le Comité international de taxonomie des virus (ICTV), la classification de Baltimore répartit les virus en sept classes de production d'ARNm :

• I : Les virus à ADN double brin (par exemple, les adénovirus , les herpèsvirus et les poxvirus ) causent l'herpès , la varicelle et la variole.
• II : Les virus à ADN simple brin (brin + ou « sens ») (par exemple, les parvovirus ) comprennent le parvovirus B19
• III : Les virus à ARN double brin (par exemple, les réovirus ) comprennent les rotavirus
• IV : Les virus à ARN simple brin positif (+) (par exemple, les coronavirus , les picornavirus et les togavirus ) sont responsables de la COVID-19 , de la dengue , des hépatites A et C, de la rubéole et de la fièvre jaune.
• V : Les virus à ARN simple brin négatif (ARN antisens) (par exemple, les orthomyxovirus et les rhabdovirus ) sont responsables d'Ebola , de la grippe , de la rougeole , des oreillons et de la rage.
• VI : Les virus à ARN simple brin (brin positif ou sens) contenant de l'ADN comme intermédiaire dans leur cycle de vie (par exemple, les rétrovirus ) sont responsables du VIH/SIDA.
• VII : Les virus à ADN double brin (dsDNA-RT), dont l'ADN comporte un ARN intermédiaire dans leur cycle de vie (par exemple, les hépadnavirus ), provoquent l'hépatite B.

Les protozoaires sont des eucaryotes unicellulaires qui se nourrissent de micro-organismes et de tissus organiques. De nombreux protozoaires agissent comme des parasites pathogènes et provoquent des maladies telles que le paludisme , l'amibiase , la giardiase , la toxoplasmose , la cryptosporidiose , la trichomonase , la maladie de Chagas , la leishmaniose , la trypanosomiase africaine (maladie du sommeil), la kératite à Acanthamoeba et la méningo-encéphalite amibienne primitive (naegleriasis).

Les vers parasites (helminthes) sont des macroparasites visibles à l'œil nu. Ils vivent et se nourrissent dans leur hôte vivant, puisant nutriments et abri dans son tube digestif ou sa circulation sanguine. Ils manipulent également le système immunitaire de l'hôte en sécrétant des substances immunomodulatrices, ce qui leur permet de survivre plusieurs années chez lui. L'helminthiase est le terme générique désignant les infections par des vers parasites, généralement des nématodes , des ténias et des plathelminthes .

Bien que les bactéries soient généralement considérées comme des agents pathogènes, elles servent d'hôtes aux bactériophages (communément appelés phages). Le cycle de vie des bactériophages implique l'injection de leur génome dans les cellules bactériennes, l'insertion de ces gènes dans le génome bactérien et le détournement de la machinerie bactérienne pour produire des centaines de nouveaux phages jusqu'à ce que la cellule éclate et les libère pour de nouvelles infections. En général, les bactériophages ne peuvent infecter qu'une espèce ou une souche spécifique.

Streptococcus pyogenes utilise une nucléase Cas9 pour cliver l'ADN étranger correspondant aux séquences CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats ) associées aux bactériophages, éliminant ainsi les gènes viraux et évitant l'infection. Ce mécanisme a été modifié pour l'édition génique artificielle par CRISPR .

Les plantes peuvent héberger une grande variété d'agents pathogènes, notamment des virus, des bactéries, des champignons, des nématodes et même d'autres plantes. Parmi les virus végétaux notables, on peut citer le virus des taches annulaires du papayer , responsable de millions de dollars de dégâts pour les agriculteurs d'Hawaï et d'Asie du Sud-Est, et le virus de la mosaïque du tabac, à l'origine du terme « virus » inventé par le scientifique Martinus Beijerinck en 1898. Les bactéries pathogènes des plantes provoquent des taches foliaires, le mildiou et la pourriture chez de nombreuses espèces végétales. Les bactéries pathogènes les plus courantes chez les plantes sont Pseudomonas syringae et Ralstonia solanacearum , qui causent le brunissement des feuilles et d'autres problèmes chez les pommes de terre, les tomates et les bananes.

Les champignons constituent un autre type majeur d'agents pathogènes pour les plantes. Ils peuvent provoquer une grande variété de problèmes, tels qu'une réduction de la hauteur des plantes, des excroissances ou des piqûres sur les troncs d'arbres, la pourriture des racines ou des semences et des taches foliaires. Parmi les champignons phytopathogènes courants et graves, on peut citer la pyriculariose du riz , la graphiose de l'orme , le chancre du châtaignier et la pourriture brune et la pourriture noire des cerisiers, des pruniers et des pêchers. On estime que les champignons pathogènes à eux seuls peuvent entraîner une réduction du rendement des cultures allant jusqu'à 65 %.

Globalement, les plantes sont sujettes à une grande variété d’agents pathogènes et on estime que seulement 3 % des maladies causées par ces agents pathogènes peuvent être maîtrisées.

Les animaux sont souvent infectés par de nombreux agents pathogènes identiques ou similaires à ceux des humains, notamment les prions, les virus, les bactéries et les champignons. Si les animaux sauvages sont fréquemment touchés, le plus grand danger concerne le bétail. On estime qu'en milieu rural, 90 % des décès de bétail, voire plus, sont attribuables à des agents pathogènes. Les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) animales impliquant des prions comprennent l'encéphalopathie spongiforme bovine (maladie de la vache folle), la maladie débilitante chronique , la tremblante du mouton , l'encéphalopathie spongiforme transmissible du vison , l'encéphalopathie spongiforme féline et l'encéphalopathie spongiforme des ongulés. Parmi les autres maladies animales figurent diverses immunodéficiences causées par des virus apparentés au VIH, tels que le BIV et le FIV .

L’être humain peut être infecté par de nombreux types d’agents pathogènes, notamment des prions, des virus, des bactéries et des champignons, ce qui provoque des symptômes tels que des éternuements, de la toux, de la fièvre, des vomissements et une défaillance multiviscérale potentiellement mortelle . Si certains symptômes sont causés par l’infection pathogène elle-même, d’autres résultent des efforts du système immunitaire pour éliminer l’agent pathogène, comme une forte fièvre destinée à dénaturer les cellules pathogènes.

Malgré de nombreuses tentatives, aucune thérapie n’a démontré sa capacité à stopper la progression des maladies à prions .

Il existe diverses options de prévention et de traitement pour certains agents pathogènes viraux. La vaccination est une mesure préventive courante et efficace contre de nombreux agents pathogènes viraux. Les vaccins préparent le système immunitaire de l'hôte, de sorte que, lorsqu'il est exposé au virus dans la nature, son système immunitaire puisse se défendre rapidement contre l'infection. Parmi les vaccins conçus contre les virus, on trouve le vaccin antigrippal annuel et le vaccin ROR ( rougeole , oreillons , rubéole) à deux doses . Il n'existe pas de vaccins contre les virus responsables du VIH /SIDA , de la dengue et du chikungunya .

Le traitement des infections virales consiste souvent à soulager les symptômes plutôt qu'à administrer des médicaments pour combattre directement l'agent pathogène viral. Le traitement symptomatique d'une infection virale donne au système immunitaire de l'hôte le temps de développer des anticorps contre l'agent pathogène viral. Cependant, dans le cas du VIH, une thérapie antirétrovirale hautement active (HAART) est mise en œuvre pour empêcher la progression de la maladie virale vers le SIDA, à mesure que les cellules immunitaires disparaissent.

À l'instar des virus, l'infection par certains agents pathogènes bactériens peut être prévenue par la vaccination. Parmi les vaccins contre les agents pathogènes bactériens figurent le vaccin contre l'anthrax et le vaccin antipneumococcique . Pour de nombreux autres agents pathogènes bactériens, il n'existe pas de vaccin préventif, mais l'infection peut souvent être traitée ou prévenue par des antibiotiques . L'amoxicilline , la ciprofloxacine et la doxycycline sont des antibiotiques courants . Chaque antibiotique est efficace contre des bactéries spécifiques et possède un mécanisme d'action différent. Par exemple, la doxycycline inhibe la synthèse de nouvelles protéines chez les bactéries Gram négatif et Gram positif , ce qui en fait un antibiotique à large spectre capable d'éliminer la plupart des espèces bactériennes.

En raison d'un usage inapproprié des antibiotiques, comme l'arrêt prématuré des traitements qui expose les bactéries à une pression évolutive à des doses sublétales, certains agents pathogènes bactériens ont développé une résistance aux antibiotiques . Par exemple, une souche génétiquement distincte de Staphylococcus aureus, appelée SARM, est résistante aux antibiotiques bêta-lactamines couramment prescrits . Un rapport de 2013 des Centres pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC) estimait qu'aux États-Unis, au moins 2 millions de personnes contractent chaque année une infection bactérienne résistante aux antibiotiques, et qu'au moins 23 000 d'entre elles en décèdent

Du fait de leur rôle indispensable dans la lutte contre les bactéries, de nouveaux antibiotiques sont nécessaires aux soins médicaux. L'une des cibles des nouveaux médicaments antimicrobiens consiste à inhiber les ADN méthyltransférases , car ces protéines contrôlent les niveaux d'expression d'autres gènes, tels que ceux codant pour les facteurs de virulence.

Les infections fongiques sont traitées par des médicaments antifongiques. Le pied d'athlète , l'eczéma marginé de Hebra et la teigne sont des mycoses cutanées traitées par des antifongiques topiques comme le clotrimazole . Les infections à levures Candida albicans provoquent le muguet buccal et les mycoses vaginales . Ces infections internes peuvent être traitées par des crèmes antifongiques ou par voie orale. Parmi les antifongiques couramment utilisés pour les infections internes figurent les échinocandines et le fluconazole .

Bien que les algues ne soient généralement pas considérées comme pathogènes, le genre Prototheca provoque des maladies chez l'homme . Le traitement de la protothécose est actuellement à l'étude et il n'existe pas de consensus sur les pratiques cliniques.

De nombreux pathogènes sont capables d'interactions sexuelles. Chez les bactéries pathogènes , ces interactions se produisent entre cellules de la même espèce par le biais de la transformation génétique . La transformation implique le transfert d' ADN d'une cellule donneuse à une cellule réceptrice et l'intégration de cet ADN dans le génome de la cellule réceptrice par recombinaison génétique . Les bactéries pathogènes Helicobacter pylori , Haemophilus influenzae , Legionella pneumophila , Neisseria gonorrhoeae et Streptococcus pneumoniae subissent fréquemment des transformations pour modifier leur génome et acquérir de nouvelles caractéristiques, leur permettant ainsi d'échapper aux cellules immunitaires de l'hôte.

Les agents pathogènes eucaryotes sont souvent capables de se reproduire sexuellement par un processus impliquant la méiose et la fécondation . La méiose consiste en l'appariement étroit des chromosomes homologues et leur recombinaison. Parmi les exemples d'agents pathogènes eucaryotes capables de reproduction sexuée, on peut citer les parasites protozoaires Plasmodium falciparum , Toxoplasma gondii , Trypanosoma brucei et Giardia intestinalis , ainsi que les champignons Aspergillus fumigatus , Candida albicans et Cryptococcus neoformans .

Les virus peuvent également interagir sexuellement lorsque deux ou plusieurs génomes viraux pénètrent dans la même cellule hôte. Ce processus implique l'appariement de génomes homologues et leur recombinaison par un mécanisme appelé réactivation de la multiplicité. Le virus de l'herpès simplex , le virus de l'immunodéficience humaine et le virus de la vaccine participent à cette forme d'interaction sexuelle.

Ces processus de recombinaison sexuelle entre génomes homologues soutiennent les réparations des dommages génétiques causés par les facteurs de stress environnementaux et les systèmes immunitaires de l'hôte.