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Amuategi Aulestiarte, Jone Alonso Estrada, Rocio Ostolaza Etxabe, Helena

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Coqueluche: un regard de près

La coqueluche est une infection contagieuse des voies respiratoires causée par la bactérie Bordetella pertussis qui peut être mortelle pour certaines populations. Bien que les campagnes de vaccination à l'échelle mondiale aient contribué à améliorer la situation, des augmentations sont enregistrées tous les 3 à 5 ans. Sans aller plus loin, Osaquidación a signalé une épidémie à Guipúzcoa en juin 2023. Dans cette revue, nous avons traité la maladie, la bactérie et ses facteurs de virulence.

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en 2019, les infections des voies respiratoires inférieures ont tué 2,4 millions de personnes dans le monde [38], les enfants de moins de 5 ans et les personnes âgées étant les plus touchés [43]. Les responsables de ces infections sont généralement des virus et/ou des bactéries pathogènes, et les bactéries de pneumonie, par exemple, sont responsables de près de la moitié des décès [29, 43]. On ne saurait omettre de mentionner les virus de la famille des coronaviridae, responsables du rhume commun et des maladies SRAS, MERS et/ou COVID-19. Dans le cadre de cette révision, nous avons en tout cas été confrontés à une coqueluche, provoquée par Bordetella pertussis...

Le retour d'une vieille maladie

La coqueluche ou coqueluche est une maladie qui a un nom curieux. Cependant, le bruit que font les personnes infectées en respirant entre un épisode de toux et le suivant est bien compris. Bien qu'il puisse ressembler à une toux classique au début, les symptômes peuvent durer des semaines, voire des mois. Il peut causer des difficultés respiratoires, des épisodes de toux et de la fièvre, entre autres. L'apnée chez les nouveau-nés est également fréquente. Si la maladie n'est pas surmontée à un stade précoce, elle peut entraîner la mort dans les cas les plus graves et 90 % des patients meurent de pneumonie [23].

Cette infection rend encore beaucoup d'enfants malades et meurent dans le monde, mais elle ne peut être évitée par des vaccins [16]. Selon le dernier rapport publié par l'Organisation mondiale de la santé (OMS), avant que les vaccins contre la coqueluche ne soient disponibles, il s'agissait de l'une des maladies les plus courantes de l'enfance. dans les années 1950 et 1960, les campagnes de vaccination à grande échelle ont entraîné une baisse de 90 % de l'incidence et de la mortalité, du moins dans les pays industrialisés (OMS, 2021).

Chaque pays peut avoir sa propre campagne de vaccination. Par exemple, le site web du Centre européen de contrôle et de prévention des maladies (ECDC) contient des informations sur les programmes européens. Cependant, à l'heure actuelle, le plus commun est de recevoir simultanément un triple vaccin contre la diphtérie, le tétanos et la coqueluche. Il est administré pendant l'enfance en trois doses. D'après les estimations mondiales, le taux de couverture vaccinale au niveau du mue de ce vaccin était de 81 % en 2021, soit le plus bas depuis 2008 [35].

Comme on l'a déjà dit, les vaccins reçus pendant l'enfance présentent pour la plupart des symptômes très légers chez les adultes. En outre, les vaccins reçus par les mères pendant la grossesse ont également contribué à prévenir l'hospitalisation et la mort des enfants. Dans ce cas, la mère transmettra les anticorps de la conception à l'enfant par l'intermédiaire du placenta et lui assurera ainsi une protection [23].

La coqueluche est causée par une bactérie appelée Bordetella pertussis... qui peut être contaminée par contact avec des sécrétions des voies respiratoires ou des gouttes de salive. Elle a été identifiée, isolée et semée pour la première fois par Jules Bordet et Octave Gengou en 1906[4]. Cela, ainsi que d'autres découvertes liées à l'immunité, a permis à Bordet de recevoir le prix Nobel de médecine et de physiologie en 1919.

Image schématique de la bactérie Bordetella pertussis et de ses facteurs de virulence. ARG Créé par Biorender.com.

Bien que la maladie soit connue depuis longtemps, nous ne pouvons plus la surmonter, car le nombre de personnes infectées augmente tous les 3 à 5 ans. Il s'agit aujourd'hui d'un problème de services de santé publique dans plusieurs pays. Par exemple, l'ensemble de l'Europe se trouve dans une situation épineuse depuis 2011 (ECDC), alors que dans notre pays, l'Osaquidade a signalé une flambée au Japon en juin 2023.

En fait, il y a quelques années que l’OMS a exprimé sa préoccupation et reconnu que l’augmentation de la maladie se produit à l’échelle mondiale. Contrairement à d'autres infections des voies respiratoires, dans ce cas, les manifestations ne sont généralement pas uniformes, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas liées à certains endroits et/ou à certaines saisons. Des études épidémiologiques ont indiqué que l’augmentation est susceptible d’être liée à la perte de l’immunité [22, 20, 34]. En d'autres termes, l'immunité contre la coqueluche est provisoire et a donc une date d'expiration. Selon les estimations, l'immunité naturelle dure jusqu'à 3,5-30 ans et celle obtenue par la vaccination jusqu'à 4-14 ans. Une fois la maladie transmise, il est très fréquent de la contracter à nouveau. Toutefois, la gravité des symptômes est liée au temps écoulé depuis l’acquisition de l’immunité [46].

À travers les membranes cellulaires

B... la bactérie Pertussis... a une affinité spécifique pour la muqueuse des voies respiratoires humaines. Cela signifie qu'il a la capacité de s'y coller. Pour pouvoir envahir et habiter les voies respiratoires supérieures et inférieures, il utilise différents facteurs de virulence. Certains l'aident à adhérer aux cellules hôtes, tandis que d'autres l'utilisent pour enrayer la couche épithéliale et contourner le système immunitaire. Si le lecteur souhaite en savoir plus sur ces facteurs de virulence, nous l'invitons à lire les révisions utiles [15, 9].

La liste des molécules utilisées par cette bactérie pour l'attaque est longue. Parmi eux se trouve la toxine poreuse Adenilate Cyclase, une protéine qui attaque les cellules du système immunitaire. De cette façon, il affaiblit les défenses humaines et la bactérie peut facilement se propager dans le corps [25, 7].

Les toxines poreuses (en anglais: Pore-forming toxins) peuvent sans aucun doute être décrites comme des foreuses biologiques, car elles forment des canaux aqueux qui font tourner la membrane d'un côté à l'autre [8, 30]. Les membranes biologiques sont des échafaudages solides et dynamiques pour maintenir l'intégrité et l'architecture de la cellule. Elles sont composées de lipides, de protéines et de sucres qui distinguent l’environnement interne et externe des cellules [45]. Ils régulent également ce qui peut entrer ou sortir de la cellule. Ainsi, leur détérioration peut entraîner la mort de la cellule [3, 24, 47]. Dans tous les royaumes de la vie, nous pouvons trouver un organisme qui produit une sorte de toxine poreuse: il peut s’agir de bactéries pathogènes, de nématodes, de champignons, de parasites protozoaires, de grenouilles, de plantes et d’organismes plus développés [19]. Cependant, les mécanismes moléculaires utilisés par toutes ces toxines pour attaquer les cellules sont similaires.

L'action des protéines poreuses dans la membrane cellulaire. ARG Créé par Biorender.com.

La toxine Adénylate Cyclase, comme d'autres protéines poreuses, agit d'une manière très particulière. Au début, lorsque la bactérie produit et s'écoule dans l'environnement extérieur, elle est soluble dans l'eau et les régions hydrophobes sont cachées. En revanche, lorsqu’il rencontre la cellule hôte, il change d’apparence: il visualise ces régions qui étaient protégées de l’eau et s’insère dans la membrane [8, 17, 32, 42]. Ensuite, pour que le pore puisse se former, certaines protéines se lient et forment une structure plus complexe. C’est ainsi que fonctionnent les colipides, les cytolisines, les hémolyses, la toxine de diphtérie, les antigènes protecteurs de la toxine anthrax et/ou les toxines poro-agents de la famille Repeats in ToXins... (RTX) [28]. La formation même des pores est un processus très dynamique et donc difficile à observer. C'est un défi pour les chercheurs.

Lipides et protéines, quelle paire !

Les toxines poro-agents, pour une insertion correcte dans la membrane cellulaire, sont souvent soutenues par des lipides de membrane. Les lipides peuvent ajuster le processus directement et indirectement. D'une part, ils peuvent interagir spécifiquement avec les protéines [26, 36, 4o]; d'autre part, les caractéristiques biophysiques de la membrane (fluidité, séparation de phase, épaisseur, tension, etc.) ils peuvent moduler [10, 21, 39]. Par conséquent, ils peuvent modifier la structure et la fonction de la protéine.

Le cholestérol membranaire, par exemple, contrôle l'activité de divers types de récepteurs membranaires grâce à des interactions spécifiques. Certaines protéines peuvent également contenir des régions qui connaissent spécifiquement le cholestérol: les récepteurs des neurotransmetteurs et les transporteurs ABC (ATP-Binding Casse...), par exemple. Ces régions sont nommées CRAC (Cholesterol Recognition Amino acid Consensus) ou CARC inverse et, bien qu’elles aient des structures variées, elles utilisent des mécanismes similaires pour se lier au cholestérol. Comme on peut le lire dans la littérature, certains acides aminés apparaissent souvent dans ces segments, suivant un schéma déjà connu et décrit [14, 13].

De nombreux chercheurs se sont concentrés précisément sur l'interaction entre les lipides de la membrane et les protéines. Il s'agit aujourd'hui d'un sujet d'un grand intérêt qui combine diverses disciplines scientifiques, telles que la biochimie, la biophysique, la biologie cellulaire et la bioinformatique. Ces dernières années, notre équipe a étudié l'interaction entre l'adénylate cyclase et la membrane, en combinant principalement la biophysique et la biochimie. Nous avons récemment démontré que l’activité toxique de la protéine dépend du cholestérol membranaire [18] et qu’il s’agit d’une interaction spécifique entre la protéine et le cholestérol [1].

Pourquoi la recherche fondamentale ?

L’homme a appris à cohabiter avec la coqueluche et la situation s’est considérablement améliorée depuis que les vaccins sont disponibles pour tous. Nous le devons sans aucun doute à la recherche fondamentale et à la recherche appliquée. L'identification, la description et la compréhension des outils utilisés par la bactérie pour nuire à l'homme ont été essentielles pour expliquer les mécanismes moléculaires de la maladie et pour lutter contre la coqueluche.  

En ce qui concerne les toxines poreuses, leur nature varie selon l'environnement. Ils changent d'apparence très rapidement, ce qui rend très difficile l'observation de processus aussi dynamiques. Cependant, ces mécanismes ne sont pas rares, ils se produisent aussi dans la nature en d’autres protéines, comme certaines protéines du système immunitaire des vertébrés et/ou des protéines amyloïdes [27, 37]. L'effort pour comprendre ces protéines peut donc être utile dans d'autres domaines.

Nous avons déjà mentionné que les toxines poreuses peuvent être vraiment nocives pour la santé humaine. Au contraire, elles ont fait l'objet de recherches de longue haleine et nous montrent aujourd'hui qu'elles pourraient être utiles pour certaines applications biotechnologiques et thérapeutiques prometteuses: pour attaquer les cellules cancéreuses [31], pour tuer les bactéries pathogènes [5], pour réaliser des biocapteurs de détection [2]. Elles ont également montré que la toxine Adenilate Ciclase peut être utilisée comme vaccin transporteur [6]. Pour le développement de toutes ces applications, il a fallu d'abord comprendre les règles physico-chimiques qui sous-tendent ces processus, ce qui nécessite une recherche fondamentale. En outre, la collaboration et la communication entre les chercheurs dans de nombreuses disciplines ouvriront certainement la voie et l'accélérera.

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