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Le sucre comme défense contre les bactéries ?


Une réponse sur un autre site SE mentionne que le sucre "à un certain niveau agit comme un conservateur". On m'a toujours appris que les micro-organismes mangent du sucre et expulsent les acides, c'est pourquoi les aliments sucrés endommagent les dents. Comment se fait-il que le sucre agisse comme un conservateur, alors ?

En cherchant sur Google, j'ai trouvé des réponses contradictoires, bien que je ne considère pas les sources comme particulièrement réputées. Quelle est la vraie raison pour laquelle le sucre peut agir comme conservateur ?


Le sucre à haute concentration agit osmotique. Cela signifie que l'eau disponible dans les cellules est attirée vers la forte concentration d'un soluté (sucre), comme sur l'image ci-dessous (ceci est démontré avec une cellule végétale, mais le principe est le même pour les bactéries et autres micro-organismes) :

Étant donné que les micro-organismes ne peuvent pas survivre sans eau, ils ne sont pas capables de se développer ou de se reproduire. Cela sécurise efficacement les aliments. Le même mécanisme fonctionne lorsque le sel est utilisé pour conserver la viande ou le poisson.


Le sucre ne participe à la conservation des aliments qu'à des concentrations élevées. Lorsque des microbes sont introduits dans un environnement à forte concentration de sucre, l'eau à l'intérieur de la cellule microbienne se diffuse vers le soluté à forte concentration de sucre en raison du phénomène appelé osmose. Comme l'eau est indispensable au fonctionnement et au métabolisme des cellules, les cellules déshydratées ne remplissent pas leur fonction et finissent par mourir. C'est appelé durcissement du sucre, une technique de conservation des aliments. De plus, le sucre doux est moins sensible aux microbes que le sucre doux en raison de sa teneur élevée en sucre qui le rend intolérant à la croissance microbienne et également de l'absence d'humidité (facteur important pour la croissance microbienne) dans le bonbon dur par rapport au bonbon doux le rend moins sensible aux attaques microbiennes.


Une douce défense contre les bactéries mortelles

Il existe désormais un candidat vaccin prometteur pour lutter contre l'agent pathogène qui cause l'une des infections hospitalières les plus courantes et les plus dangereuses. Une équipe internationale de scientifiques du Max Planck Institute of Colloids and Interfaces de Potsdam a développé un vaccin basé sur un glucide contre le Clostridium difficile bactérie connue pour causer de graves maladies gastro-intestinales principalement dans les hôpitaux. Le vaccin à base de sucre a suscité une réponse immunitaire spécifique et efficace chez la souris. De plus, les scientifiques ont également découvert de fortes indications que la substance peut stimuler le système immunitaire humain pour former des anticorps contre la bactérie.

Stimuler le système immunitaire : à base d'un hexasaccharide, des chimistes de Potsdam ont mis au point un vaccin contre la bactérie Clostridium difficile, responsable de graves maladies gastro-intestinales en milieu hospitalier.

&copier le MPI des colloïdes et des interfaces

Clostridium difficile la bactérie peut se transformer en une maladie potentiellement mortelle : une souche hautement virulente et résistante aux antibiotiques de l'agent pathogène sporulé Clostridium difficile bactérie est apparue aux Etats-Unis et dans certains pays d'Europe occidentale il y a environ huit ans. Depuis lors, il présente un risque majeur pour les patients hospitalisés, en particulier, qui sont traités avec des antibiotiques ou qui ont un système immunitaire affaibli, comme les patients atteints de cancer ou de VIH. Alors que pas plus de quatre pour cent des humains en bonne santé ont C. difficile dans leur système gastro-intestinal, la bactérie colonise les intestins de 20 à 40 % des patients hospitalisés. Si d'autres bactéries de la flore intestinale sont réprimées par les antibiotiques, la bactérie en forme de bâtonnet peut se reproduire extrêmement rapidement. Il produit des toxines qui provoquent des diarrhées et des inflammations gastro-intestinales, souvent avec une issue fatale. Les patients survivants nécessitent un suivi très coûteux. Ce nouvel agent pathogène hautement virulent peut produire environ 20 fois plus de toxines et significativement plus de spores que les agents pathogènes précédemment identifiés.

Cependant, un glucide dans la paroi cellulaire bactérienne fournit désormais à l'équipe de scientifiques dirigée par Peter H. Seeberger du Max Planck Institute of Colloids and Interfaces à Potsdam un «point d'attaque» pour un vaccin potentiel. « Les premiers tests de l'antigène à base de sucre synthétisé par l'équipe ont déjà produit des résultats très prometteurs », déclare Peter H. Seeberger, directeur du Max Planck Institute de Potsdam.

Les chimistes de l'équipe ont d'abord développé une synthèse du composant essentiel de l'antigène : l'hexasaccharide. Pour assembler l'oligosaccharide, ils ont utilisé quatre blocs de construction monosaccharidiques différents. Une approche efficace et convergente a créé la molécule exacte avec l'arrangement requis des monosaccharides. « La synthèse de polysaccharides complexes est toujours un défi, notamment parce que les molécules de sucre peuvent se lier à plusieurs endroits différents », explique Peter H. Seeberger. Cependant, les chimistes ont pu bloquer d'autres sites de réaction afin de pouvoir contrôler exactement où les saccharides d'origine se sont liés.

Les scientifiques ont ensuite conjugué l'hexasaccharide à la protéine CRM 197, qui est utilisée dans de nombreux vaccins, car le sucre seul, en tant qu'antigène, ne provoque pas de réponse immunitaire efficace. Afin de se défendre avec succès contre une C. difficile infection, le système immunitaire doit également utiliser un autre antigène. Le conjugué de glycoprotéine chimique a déclenché une réponse immunitaire très efficace chez deux souris auxquelles la substance a été injectée trois fois, à des intervalles de 2 semaines. « Le fait que les souris produisent des anticorps contre les glucides est en soi un succès », déclare Peter H. Seeberger. "Tous les glucides ne déclenchent pas la production d'anticorps." De plus, les anticorps produits par les souris se liaient exclusivement au sucre. Ainsi, l'antigène ne peut pas provoquer une maladie auto-immune.

De plus, les scientifiques ont prouvé que les anticorps développés contre l'hexasaccharide font également partie de la réponse immunitaire humaine dans les selles des patients hospitalisés infectés par C. difficile, ils ont trouvé des anticorps contre le sucre. « On peut donc s'attendre à voir le système immunitaire humain produire des anticorps contre le sucre lorsqu'il est vacciné », conclut Seeberger. De plus, « étant donné que le sucre naturel provoque déjà la production d'un petit nombre d'anticorps, nous espérons que le conjugué de glycoprotéine synthétique déclenchera une réponse plus efficace ».

Le candidat vaccin doit maintenant être soumis à d'autres tests. Premièrement, il faut établir s'il peut prévenir efficacement l'infection chez les animaux. « Si ces tests sont concluants, il faudra probablement encore un ou deux ans avant que le vaccin ne soit testé sur des humains », explique Peter H. Seeberger.

Le candidat vaccin contre C. difficile ne contient pas le seul sucre immunologiquement efficace du laboratoire Seeberger&aposs. Avec ses collègues, le chimiste développe des vaccins à base de sucre contre de nombreux agents pathogènes. « Les travaux en cours sont donc aussi une preuve des progrès réalisés en glycochimie et en glycobiologie », selon Seeberger, qui a reçu le Körber European Science Award 2007 pour son développement d'un synthétiseur de sucre. Le nombre de molécules biologiques de sucre pouvant être produites par les chimistes en laboratoire est en augmentation, ce qui donne aux biologistes et aux scientifiques médicaux l'opportunité d'étudier leurs impacts spécifiques. Cela remplit Peter H. Seeberger d'optimisme : « Ces avancées conduiront à des sauts quantiques dans des domaines de recherche connexes, tels que l'immunologie, la biologie et la médecine. »


La mort cellulaire programmée comme défense contre l'infection

Les cellules eucaryotes peuvent mourir d'un traumatisme physique, ce qui entraîne une nécrose. Alternativement, ils peuvent mourir par mort cellulaire programmée lors de la stimulation de voies de signalisation spécifiques. Dans cette revue, nous discutons du rôle de différentes voies de mort cellulaire dans la défense immunitaire innée contre les infections bactériennes et virales : apoptose, nécroptose, pyroptose et NETose. Nous décrivons les interactions qui entremêlent différentes voies de mort cellulaire programmées, qui créent des réseaux de signalisation complexes qui se protègent mutuellement dans la « course aux armements » évolutive avec les agents pathogènes. Enfin, nous décrivons comment les cadavres cellulaires résultants - corps apoptotiques, pièges intracellulaires induits par les pores (PIT) et pièges extracellulaires neutrophiles (NET) - favorisent l'élimination de l'infection.

Déclaration de conflit d'intérêts

Déclaration d'intérêts concurrents

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Les figures

La pyroptose est initiée par…

La pyroptose est initiée par les caspases 1 ou 11. La caspase 1 est…

Figure 2. Apoptose et nécroptose

Figure 2. Apoptose et nécroptose

(À gauche) L'apoptose peut être déclenchée par des voies intrinsèques ou extrinsèques,…

Figure 3. Corps apoptotiques, pièges extracellulaires de neutrophiles…

Figure 3. Corps apoptotiques, pièges extracellulaires neutrophiles et pièges intracellulaires induits par les pores

Figure 4. Interactions entre apoptotique, nécroptotique et…

Figure 4. Interactions entre les voies apoptotiques, nécroptotiques et pyroptotiques


Les molécules dérivées du sucre tuent les virus dans un nouveau traitement révolutionnaire

Les virus sont étonnamment difficiles à tuer – la plupart des médicaments et des produits chimiques qui font le travail sont également nocifs pour la santé humaine. Mais maintenant, les scientifiques ont développé une nouvelle substance virucide dérivée du sucre, ce qui la rend mortelle pour un large éventail de virus mais sans danger pour nous.

La grande majorité des traitements antiviraux existants ne tuent pas réellement les insectes - ils ralentissent plutôt leur croissance ou réduisent leur capacité à infecter les cellules. Bien que cela puisse être une méthode efficace pour éviter la maladie, les virus évoluent rapidement, de sorte qu'ils mutent souvent de nouvelles défenses contre ces médicaments.

Ce qu'il faut, ce sont de nouveaux traitements virucides qui élimineront correctement les virus et fonctionneront idéalement contre différents types. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Manchester, de l'Université de Genève (UNIGE) et de l'EPFL sont parvenus à créer un nouveau médicament virucide prometteur.

L'équipe a commencé avec des molécules appelées cyclodextrines, qui sont des dérivés naturels du glucose. Ils ont conçu ces molécules pour attirer les virus, puis s'accrocher à leur surface et déchirer leurs membranes externes, les détruisant efficacement.

Une image au microscope d'un virus avant et après traitement par les molécules antivirales

Les chercheurs ont testé le nouveau traitement sur plusieurs types de virus, notamment l'herpès, le VIH, l'hépatite C, le Zika et le virus respiratoire syncytial, et ont constaté de solides résultats dans tous les domaines. Les molécules ont été testées dans des boîtes de laboratoire de virus et de cultures tissulaires, ainsi que sur des souris, et se sont avérées efficaces. Surtout, ils n'ont pas endommagé les cellules des cultures de tissus ou des souris, et d'autres tests ont montré que les virus n'étaient pas capables de muter la résistance au médicament.

« Nous avons réussi à mettre au point une nouvelle molécule, qui est un sucre modifié qui présente des propriétés antivirales à large spectre », déclare Samuel Jones et Valeria Cagno, chercheurs principaux de l'étude. « Le mécanisme antiviral est virucide, ce qui signifie que les virus luttent pour développer une résistance. Comme il s'agit d'un nouveau type d'antiviral et l'un des premiers à montrer une efficacité à large spectre, il a le potentiel de changer la donne dans le traitement des infections virales.

L'équipe affirme que cette molécule pourrait être utile contre les virus qui ont développé une résistance contre d'autres traitements, et même contre des menaces futures similaires au coronavirus émergent. Les molécules ont été brevetées et l'équipe est en train de créer une entreprise dérivée afin de la commercialiser. L'objectif final est de les développer en onguents, sprays nasaux et autres traitements.


Mécanismes de défense et immunité innée

Les points suivants mettent en évidence les six principaux mécanismes de défense impliqués dans l'immunité innée. Les mécanismes de défense sont : 1. Barrières physiques (ou mécaniques) et chimiques 2. Inflammation 3. Phagocytose 4. Le système du complément 5. Substances antibactériennes 6. Substances antivirales.

Mécanisme n° 1. Barrières physiques (ou mécaniques) et chimiques:

Les barrières physiques (ou mécaniques) de l'hôte en coopération avec les barrières chimiques (sécrétions) agissent comme la première ligne de défense contre les micro-organismes pathogènes et les matières étrangères. Ces barrières comprennent la peau, les muqueuses, le système respiratoire, le tractus gastro-intestinal, le tractus génito-urinaire, les yeux, les bactériocines et la bêta-lysine et d'autres polypeptides.

La peau, les muqueuses, le système respiratoire, le tractus gastro-intestinal, le tractus génito-urinaire et les yeux sont les barrières qui assurent la défense à la fois physique et chimique (par exemple, sucs gastriques, lysozyme, lactoferrine, glycoprotéines, urée, etc.) en coopération. De plus, les bactériocines et la bêta-lysine et d'autres polypeptides sont les produits chimiques défensifs contre les micro-organismes.

La peau intacte est une barrière physique ou mécanique très efficace pour bloquer l'entrée d'agents pathogènes microbiens dans le corps. À quelques exceptions près, les micro-organismes ne parviennent pas à pénétrer dans la peau car sa couche externe est constituée de cellules épaisses et étroitement entassées appelées kératinocytes qui produisent des kératines.

Les kératines sont des scléroprotéines comprenant les principaux composants des cheveux, des ongles et des cellules externes de la peau. Ces scléroprotéines ne sont pas facilement dégradables enzymatiquement par les microorganismes. Ils résistent à l'entrée d'eau contenant des microbes et fonctionnent ainsi comme une barrière physique aux micro-organismes.

En plus de la prévention directe de la pénétration, l'excrétion continue des cellules épithéliales externes de la peau élimine bon nombre de ces agents pathogènes microbiens qui parviennent à adhérer à la surface de la peau.

2. Muqueuses:

Les muqueuses de divers systèmes corporels tels que respiratoire, gastro-intestinal, génito-urinaire et oculaire empêchent l'invasion de micro-organismes à l'aide de leur épithélium pavimenteux stratifié intact et de leurs sécrétions muqueuses, qui forment une enveloppe protectrice qui résiste à la pénétration et piège de nombreux micro-organismes.

3. Système respiratoire:

Une personne moyenne inhale environ 10 000 micro-organismes par jour, généralement à raison de huit micro-organismes par minute. Ces micro-organismes se déposent sur les surfaces muqueuses humides et collantes des voies respiratoires. La couverture mucociliaire de l'épithélium respiratoire emprisonne le microorganisme de moins de 10 µm de diamètre et le transporte par action ciliaire loin des poumons.

Les micro-organismes de plus de 10 µm sont normalement piégés par les poils et les cils tapissant la cavité nasale qui battent vers le pharynx de sorte que le mucus avec ses micro-organismes piégés est déplacé vers la bouche et expulsé. La toux et les éternuements aident également à éliminer les micro-organismes des voies respiratoires.

Ils éclaircissent le système respiratoire des micro-organismes en expulsant avec force l'air des poumons par la bouche et le nez, respectivement. La salivation lave également les micro-organismes de la bouche et des zones nasopharyngées dans l'estomac.

4. Système digestif:

Des micro-organismes peuvent parvenir à atteindre l'estomac. Beaucoup d'entre eux sont détruits par le suc gastrique de l'estomac. Le suc gastrique est un mélange d'acide chlorhydrique, d'enzymes protéolytiques et de mucus, et est très acide avec un pH de 2 à 3. Ce suc est normalement suffisant pour tuer la plupart des micro-organismes et détruire leurs toxines.

De plus, la population microbienne normale du gros intestin est extrêmement importante pour ne pas permettre l'établissement de microorganismes pathogènes dans celui-ci.

Pour plus de commodité, de nombreux micro-organismes commensalistes dans le tractus intestinal sécrètent des produits métaboliques (par exemple, des acides gras) qui empêchent les micro-organismes « indésirables » de s'établir dans le tractus. Dans l'intestin grêle, cependant, les agents pathogènes microbiens sont souvent tués par diverses enzymes pancréatiques, la bile et les enzymes des sécrétions intestinales.

5. Système génito-urinaire:

Les reins, les uretères et la vessie sont stériles dans des conditions normales. La moelle du rein est tellement hypertonique qu'elle ne permet qu'à quelques micro-organismes de survivre.

L'urine détruit certains micro-organismes en raison de son faible pH et de la présence d'urée et d'autres produits finaux métaboliques comme l'acide urique, l'acide hippurique, la mucine, les acides gras, les enzymes, etc. Les voies urinaires inférieures sont rincées avec de l'urine, éliminant ainsi les agents pathogènes microbiens potentiels. L'environnement acide (pH 3 à 5) du vagin confère également une défense car il est défavorable à la plupart des micro-organismes à s'établir.

La conjonctive de l'œil tapisse la surface intérieure de chaque paupière et la surface exposée du globe oculaire. C'est une membrane épithéliale spécialisée sécrétant du mucus et est maintenue humide par l'action de rinçage continue des larmes sécrétées par les glandes lacrymales. Les larmes contiennent du lysozyme et de la lactoferrine et agissent ainsi comme barrières physiques et chimiques.

Les surfaces de la peau et des muqueuses sont habitées par une flore microbienne normale. Parmi celles-ci, de nombreuses bactéries synthétisent et libèrent des protéines toxiques (par exemple, la colicine, la staphylococcine) sous la direction de leurs plasmides. Ces protéines toxiques sont appelées bactériocines, qui tuent d'autres espèces apparentées et offrent ainsi un avantage adaptatif contre d'autres bactéries.

8. Bêta-lysine et autres polypeptides :

Les plaquettes sanguines libèrent un polypeptide cationique appelé bêta-lysine, qui perturbe la membrane plasmique de certaines bactéries à Gram positif et les tue. La leukine, les cécropines, les plakines et la phagocytine sont d'autres polypeptides cationiques qui tuent des bactéries gram-positives spécifiques. Le facteur antibactérien prostatique, un polypeptide contenant du zinc, est un important produit chimique antimicrobien sécrété par les glandes prostatiques chez les mâles.

Mécanisme # 2. Inflammation (réponse inflammatoire):

L'inflammation (L. inflammatio = mettre le feu) est une réponse de défense innée (non spécifique) du corps à une infection pathogène ou à une lésion tissulaire et aide à localiser l'infection ou la lésion dans sa zone locale. Bon nombre des caractéristiques classiques de l'inflammation ont été décrites dès 1600 av. J.-C. dans les écrits égyptiens sur papyrus.

Au premier siècle de notre ère, le médecin romain Celsus a décrit les quatre signes cardinaux de l'inflammation comme la rougeur (rubeur), l'enflure (tumeur), la chaleur (couleur) et la douleur (douleur). Au IIe siècle après JC, un autre médecin, Galien, ajouta un cinquième signe : la fonction altérée (functio laesa).

1. Événements majeurs qui se traduisent par des signes cardinaux :

Voici les principaux événements qui entraînent les signes cardinaux de l'inflammation :

(i) La rougeur et la chaleur (augmentation de la température) de la zone localisée sont dues à la vasodilatation (augmentation du diamètre des vaisseaux sanguins) des capillaires voisins qui se produit lorsque le vaisseau qui transporte le sang de la zone touchée se contracte, entraînant un engorgement du réseau capillaire.

(ii) Le gonflement des tissus se produit en raison de l'accumulation d'exsudats dans la zone d'infection ou de blessure. Une augmentation de la perméabilité capillaire facilite un afflux de fluide et de cellules des capillaires engorgés dans le tissu. Le liquide qui s'accumule (exsudat) possède une teneur en protéines beaucoup plus élevée que le liquide normalement libéré du système vasculaire.

(iii) La douleur est due à la lyse des cellules sanguines. La lyse déclenche la production de prostaglandines et de bradykinine, les substances chimiques qui modifient le seuil et l'intensité de la réponse du système nerveux à la douleur. La douleur joue probablement un rôle protecteur car elle amène normalement l'individu à protéger la zone infectée ou blessée.

2. Mécanisme de défense :

La réponse inflammatoire est un terme collectif représentant la séquence complexe d'événements au cours de l'inflammation. Il se déclenche lorsque les cellules tissulaires lésées libèrent des médiateurs inflammatoires
(produits chimiques). Parmi les médiateurs inflammatoires se trouvent diverses protéines sériques appelées protéines de phase aiguë. Les principales protéines de phase aiguë sont l'histamine et les kinines.

Les protéines de la phase aiguë se lient aux récepteurs des capillaires et des veinules avoisinants, provoquant une vasodilatation et une perméabilité accrue, ce qui entraîne un afflux de phagocytes (par exemple, des neutrophiles, des lymphocytes, des monocytes et des macrophages) du sang dans les tissus.

L'émigration des phagocytes est un processus en plusieurs étapes (Fig. 44.14) qui comprend l'adhérence des cellules à la paroi endothéliale des vaisseaux sanguins (margination), suivie de leur émigration entre les cellules endothéliales vers les tissus (diapédèse ou extravasation), et enfin , leur migration à travers les tissus jusqu'au site de l'invasion (chimiotaxie).

Au fur et à mesure que les cellules phagocytaires s'accumulent sur le site de la lésion et commencent à phagocyter les agents pathogènes microbiens, au cours de ce processus, elles libèrent des enzymes lytiques qui endommagent normalement les cellules saines voisines. Les cellules hôtes mortes, les cellules phagocytaires mortes, les agents pathogènes microbiens morts et le liquide corporel forment collectivement une substance appelée pus (l'exsudat inflammatoire).

Lorsque les protéines de la phase aiguë se lient aux récepteurs des capillaires et des veinules avoisinants et provoquent une vasodilatation et une perméabilité accrue, ces dernières permettent aux enzymes du système de coagulation du sang de pénétrer dans le tissu. Ces enzymes activent une cascade enzymatique qui entraîne le dépôt de brins insolubles de fibrine, un constituant principal d'un caillot sanguin.

Les brins de fibrine séparent la zone blessée du reste du corps et servent à empêcher la propagation de l'infection. Une fois la réponse inflammatoire apaisée et le pus éliminé, la zone infectée ou blessée est remplie de nouveaux tissus qui reprennent une fonction normale.

Mécanisme # 3. Phagocytose:

La phagocytose (Gk. Phagein = manger cyte = cellule et osis = un processus) est un processus au cours duquel de grosses particules et des cellules microbiennes sont enfermées dans une vacuole phagocytaire ou phagosome et englouties. Il agit comme une barrière cellulaire très efficace contre les micro-organismes pathogènes et est éliminé par l'absorption et la digestion des micro-organismes par une variété de cellules du système de défense du corps.

Outre sa contribution à la défense, la phagocytose aide certaines cellules et même certains organismes (les protozoaires par exemple) à obtenir leurs nutriments. Cependant, la phagocytose était une découverte fortuite par E. Metchnikoff (originaire d'Ukraine) en 1884 qui suggéra que les cellules mobiles des larves d'étoiles de mer recherchaient activement et engloutissaient les particules étrangères présentes dans leur environnement.

Les lignes suivantes sont consacrées dans le contexte du rôle de la phagocytose dans la défense innée (non spécifique) de l'hôte :

1. Reconnaissance et adhérence des micro-organismes :

Les cellules phagocytaires (neutrophiles, macrophages monocytes et cellules dendritiques) utilisent deux mécanismes moléculaires fondamentaux pour la reconnaissance des agents pathogènes microbiens et leur adhérence sur la membrane plasmique des phgocytes :

(i) Reconnaissance (opsonique) dépendante de l'opsonine (appelée opsonisation) et

(ii) Reconnaissance indépendante de l'opsonine (non opsonique).

La reconnaissance ou l'opsonisation dépendante de l'opsonine (Gk. opson = préparer la victime pour) est un processus dans lequel les cellules phagocytaires reconnaissent facilement les agents pathogènes microbiens recouverts par les composants du sérum (anticorps en particulier lgG1 et lgG3, complément C3b, et à la fois anticorps et complément C3b) appelées opsonines.

Les opsonines fonctionnent comme un pont entre le micro-organisme et le phagocyte en se liant à la surface du micro-organisme à une extrémité et à des récepteurs spécifiques sur la surface du phagocyte à l'autre (Fig. 44.15) et améliorent la phagocytose à plusieurs reprises. Dans une étude pour plus de commodité, le taux de phagocytose d'un micro-organisme était 4000 fois plus élevé en présence d'opsonine qu'en son absence.

La reconnaissance indépendante des opsonines implique le mécanisme qui n'implique pas les opsonines et emploie d'autres récepteurs sur les cellules phagocytaires qui reconnaissent les structures (adhésines) exprimées à la surface de différents agents pathogènes microbiens (Fig. 44.16). Les plus importants de ces récepteurs sont les lectines, les polysaccharides, les glycolipides, les protéolycanes, les lipopolysaccharides (LPS), la flagelline, etc.

Il est important de noter que lors de la reconnaissance indépendante de l'opsonine, une espèce microbienne particulière peut présenter plusieurs adhésines, chacune reconnue par un récepteur distinct présent sur les cellules phagocytaires.

2. Ingestion et digestion de micro-organismes :

L'adhésion des micro-organismes à la membrane plasmique des phagocytes est suivie de leur ingestion et de leur digestion. L'adhérence induit des saillies de la membrane plasmique, appelées pseudopodes, qui s'étendent autour des micro-organismes adhérés.

La fusion des pseudopodes enferme les micro-organismes dans une structure délimitée par une membrane appelée phagosome, qui se déplace vers l'intérieur de la cellule et fusionne avec un lysosome pour former un phagolysosome (Fig. 44.17) Les lysomes contribuent au phagolysosome une variété d'enzymes hydrolytiques telles que le lysozyme , phospholipase A2, la ribonucléase désoxyribonucléase et les protéases.

Un pH vacuolaire acide favorise l'activité des enzymes hydrolytiques. Les enzymes hydrolytiques digèrent les micro-organismes piégés. Le contenu résiduel après digestion à l'intérieur du phagolysosome est ensuite éliminé par un processus appelé exocytose.

Mécanisme # 4. Le système du complément:

Le sérum du sang contient un grand nombre (plus de 30) de protéines sériques qui circulent à l'état inactif et, suite à leur activation initiale par des mécanismes immunogènes spécifiques (adaptatifs) et non spécifiques (innés), interagissent en cascade hautement régulée dans laquelle l'activation d'un composant entraîne l'activation du suivant dans la cascade. Cette cascade de protéines de la mêlée est appelée collectivement le système du complément et les protéines sériques du système du complément sont appelées protéines du complément.

Lorsque les formes inactives des protéines du complément sont converties en formes actives par divers mécanismes immunologiques spécifiques (adaptatifs) et non spécifiques (innés), elles endommagent les membranes des agents pathogènes microbiens, soit en les détruisant, soit en facilitant leur élimination.

Le système du complément peut agir comme un système effecteur qui est déclenché par la liaison d'anticorps à certaines surfaces cellulaires, ou il peut être activé par des réactions entre les protéines du complément et les récepteurs des parois cellulaires microbiennes. Les réactions entre les protéines du complément et les récepteurs cellulaires déclenchent l'activation des cellules de l'immunité innée ou adaptative.

Il existe trois voies d'activation du complément :

(i) Voie classique du complément,

(ii) Voie alternative du complément, et

(iii) Voie du complément de la lectine.

Bien que ces voies emploient des mécanismes similaires, des protéines spécifiques sont propres à la première partie de chaque voie. La voie classique est impliquée dans l'immunité spécifique ou acquise (adaptative), tandis que les voies alternatives et les voies des lectines jouent un rôle important dans l'immunité innée (non spécifique).

Mécanisme # 5. Substances antibactériennes:

Les hôtes humains possèdent des substances antibactériennes avec lesquelles ils combattent l'assaut continu des agents pathogènes bactériens. Ces substances antibactériennes sont produites soit par l'hôte lui-même, soit par certaines bactéries indigènes. Les substances antibactériennes importantes sont le lysozyme, les bactériocines, la bêta-lysine et d'autres polypeptides.

Le lysozyme est l'enzyme qui rompt les liaisons β-1, 4-glycosidiques entre la N-acétylglucosamine et l'acide N-acétylmuramique dans le peptidoglycane, la molécule signature de la paroi cellulaire bactérienne. Cette rupture de liaison affaiblit la paroi cellulaire bactérienne.

L'eau pénètre alors dans la cellule, et la cellule gonfle et finit par éclater, un processus appelé lyse (Fig. 44.18). Le lysozyme est présent dans les sécrétions corporelles, notamment les larmes, la salive et d'autres fluides corporels, et fonctionne vraisemblablement comme une ligne majeure de défense non spécifique contre les infections bactériennes.

De nombreuses flores bactériennes normales du corps de l'hôte synthétisent et libèrent des protéines toxiques codées par des plasmides (par exemple, les colicines, la staphylocoque) collectivement appelées bactériosines qui inhibent ou tuent des espèces bactériennes étroitement apparentées ou même différentes et peuvent donner à leurs producteurs et un avantage adaptatif contre d'autres bactéries .

Ces protéines toxiques sont appelées bactériocines pour les distinguer des antibiotiques car elles possèdent un spectre d'activité plus étroit que les antibiotiques. Les gènes producteurs de bactériocines sont souvent présents sur un plasmide ou un transposon.

La plupart des bactériocines sont produites par des bactéries à Gram négatif et sont généralement nommées d'après les espèces des genres bactériens qui les produisent. La bactériocine produite par E. coli est la colicine, par Bacillus subtilis est la substilicine.

E. coli synthétise les colicines. Certaines colicines se lient à des récepteurs spécifiques à la surface des cellules sensibles et les tuent en perturbant certaines fonctions cellulaires critiques. Par exemple, de nombreuses colicines forment des canaux dans la membrane plasmique qui permettent aux ions potassium et aux protons de s'échapper, entraînant une perte de la capacité de formation d'énergie de la cellule. La colicine E2 (codée par le plasmide col E2) est une endonucléase d'ADN et clive l'ADN. La colicine E3 (codée par le plasmide Col E3) est une nucléase qui coupe à un site spécifique dans l'ARNr 16S et inactive les ribosomes.

Récemment, il a été découvert que certaines bactéries à grains positifs produisent des peptides de type bactériocine. Par exemple, les bactéries lactiques produisent de la nisine A, qui inhibe fortement la croissance d'un large éventail de bactéries gram-positives.

Bêta-lysine et autres polypeptides:

La bêta-lysine est un polypeptide cationique synthétisé et libéré par les plaquettes sanguines, et tue certaines bactéries à Gram positif en perturbant leurs membranes plasmiques. D'autres polypeptides cationiques produits dans le corps de l'hôte comprennent les leukines, les plakines, les cécropines et la phagocytine. Un polypeptide contenant du zinc nommé « facteur antibactérien prostatique » est sécrété par la prostate chez les mâles et agit comme une substance antibactérienne importante.

Mécanisme # 6. Substances antivirales:

L'issue d'une infection virale est influencée par la virulence de la souche infectante et la résistance conférée par l'hôte. Les mécanismes de résistance de l'hôte peuvent être immunologiques ou non spécifiques. Ces derniers comprennent divers facteurs génétiques et physiologiques tels que les interférons, les intermédiaires azotés réactifs (RNI), les défensines et la fièvre.

Les interférons sont une famille de protéines codées par l'hôte produites par les cellules lors de l'induction par des inducteurs viraux, et sont considérés comme la première ligne de défense contre les attaques virales. L'interféron en lui-même n'a pas d'effet direct sur les virus mais il agit sur d'autres cellules de la même espèce les rendant réfractaires à l'infection virale.

Lors de l'exposition à l'interféron, les cellules produisent une protéine (protéine inhibitrice de la traduction, TIP) qui inhibe sélectivement la traduction de l'ARNm viral sans affecter l'ARNm cellulaire. La protéine inhibant la traduction (TIP) est en fait un mélange d'au moins trois enzymes différentes, à savoir la protéine kinase, l'oligonucléotide synthétase et la ribonucléase (RNAse).

Ces enzymes bloquent ensemble la traduction de l'ARNm viral en protéines virales. Il a également été suggéré que l'inhibition de la transcription virale pourrait également être responsable de l'activité antivirale de l'interféron.

Intermédiaires azotés réactifs:

Des macrophages (également des neutrophiles et des mastocytes) ont récemment été trouvés produisant des intermédiaires azotés réactifs (RNI). Ces molécules comprennent l'oxyde nitrique (NO) et ses formes oxydées, le nitrite (NO2 – ) et les nitrites (NO3 –) et sont des agents cytotoxiques très puissants.

Les RNI peuvent être soit libérés des cellules, soit générés dans les vacuoles cellulaires. Les macrophages produisent des RNI à partir de l'acide aminé arginine. Il a été découvert que les macrophages détruisent le virus de l'herpès simplex à l'aide des RNI qu'ils produisent.

Les définsines sont des peptides antimicrobiens à large spectre synthétisés par les cellules précurseurs myéloïdes au cours de leur séjour dans la moelle osseuse, puis stockés dans les granules cytoplasmiques des neutrophiles matures.

Outre les bactéries gram-positives et gram-négatives, les levures et les moisissures, les défensines ciblent certains virus. Antiviral activity of defensins involves direct neutralization of enveloped viruses non-enveloped viruses are not affected by defensins.

Fever (Elevated Body Temperature):

Fever is a physiological factor and results from disturbance in hypothalamic thermoregulatory activity leading to an increase in normal body temperature. In adult humans fever is defined as an oral temperature above 98°F (37°C) or a rectal temperature above 99.5°F (37.5°C).

In almost every instance there is a specific constituent called ‘endogenous pyrogen’ that directly triggers fever production. These pyrogens include interleukin 1 (IL-1), interleukin (IL-6), and tissue necrosis factor that are synthesized and released by host macrophages in response to pathogenic factors that include viruses, bacteria, and bacterial toxins. It has been found that fever may act as natural defence mechanism against viral infections because most viruses are inhibited by temperatures above 39°C.


Starting Points

Connecting and Relating

  • If you cut yourself, what things can you do to help prevent an infection? What part of your immune system are you helping through these actions?
  • Which cells in the immune system can you name? In what context have you heard about them before?
  • Why does a doctor feel your lymph nodes during a physical examination? Have you ever felt that your lymph nodes were sore or swollen? When have you noticed this?

Connecting and Relating

  • If you cut yourself, what things can you do to help prevent an infection? What part of your immune system are you helping through these actions?
  • Which cells in the immune system can you name? In what context have you heard about them before?
  • Why does a doctor feel your lymph nodes during a physical examination? Have you ever felt that your lymph nodes were sore or swollen? When have you noticed this?

Relating Science and Technology to Society and the Environment

  • During surgery, how is a person’s immune system exposed to pathogens? What steps do surgical teams take to avoid spreading infections during surgery?

Relating Science and Technology to Society and the Environment

  • During surgery, how is a person’s immune system exposed to pathogens? What steps do surgical teams take to avoid spreading infections during surgery?

Exploring Concepts

  • What physical barriers in the human body play an important role in the immune system?
  • What is phagocytosis? At which stage of the immune response does phagocytosis take place?
  • Where do dendritic cells originate? What is their role in the immune system?

Exploring Concepts

  • What physical barriers in the human body play an important role in the immune system?
  • What is phagocytosis? At which stage of the immune response does phagocytosis take place?
  • Where do dendritic cells originate? What is their role in the immune system?

Nature of Science/Nature of Technology

  • What do you know about how T cells were discovered? (Note: This question will require additional research.)

Nature of Science/Nature of Technology

  • What do you know about how T cells were discovered? (Note: This question will require additional research.)

Media Literacy

  • Have you heard media stories about infection outbreaks at hospitals? (e.g., MRSA, Clostridium difficile, pneumonia, influenza.) What types of infections have been reported? Why are these instances usually reported as a serious problem?

Media Literacy

  • Have you heard media stories about infection outbreaks at hospitals? (e.g., MRSA, Clostridium difficile, pneumonia, influenza.) What types of infections have been reported? Why are these instances usually reported as a serious problem?

Teaching Suggestions

  • This article supports teaching and learning in Biology and Human Health related to the immune system, structure and function of the immune system, and the immune response. Concepts introduced include pathogens, macrophages, phagocytosis, innate immunity, adaptive immunity, dendritic cells and T cells.
  • Before reading this article, teachers could provide students with a Vocabulary Preview to help engage prior knowledge and introduce new terms. Ready-to-use Vocabulary Preview learning strategy reproducibles are available in [Google doc] and [PDF] formats.
  • To help consolidate and extend learning, teachers could have students watch one or more of the videos from the Learn More section. To organize and compare the information from these resources, students could complete a Print-Video Venn Diagram learning strategy. Ready-to-use Print-Video Venn Diagram reproducibles for this article are available in [Google doc] and [PDF] formats.
  • In addition, after reading this article and/or viewing the videos, teachers could have students create a graphic organizer that clearly illustrates the levels of defence of the immune system and the structures and cellular processes involved at each level. Students could use an online infographic creator to convey this information in a creative and unique digital format.

Teaching Suggestions

  • This article supports teaching and learning in Biology and Human Health related to the immune system, structure and function of the immune system, and the immune response. Concepts introduced include pathogens, macrophages, phagocytosis, innate immunity, adaptive immunity, dendritic cells and T cells.
  • Before reading this article, teachers could provide students with a Vocabulary Preview to help engage prior knowledge and introduce new terms. Ready-to-use Vocabulary Preview learning strategy reproducibles are available in [Google doc] and [PDF] formats.
  • To help consolidate and extend learning, teachers could have students watch one or more of the videos from the Learn More section. To organize and compare the information from these resources, students could complete a Print-Video Venn Diagram learning strategy. Ready-to-use Print-Video Venn Diagram reproducibles for this article are available in [Google doc] and [PDF] formats.
  • In addition, after reading this article and/or viewing the videos, teachers could have students create a graphic organizer that clearly illustrates the levels of defence of the immune system and the structures and cellular processes involved at each level. Students could use an online infographic creator to convey this information in a creative and unique digital format.

Bony encasements

Bony encasements, such as the skull and the thoracic cage, protect vital organs from injury and entry of microbes.

Mechanical removal is the process of physically flushing microbes from the body. Methods include:

  1. Mucus and cilia: Mucus traps microorganisms and prevents them from reaching and colonizing the mucosal epithelium. Mucus also contains lysozyme to degrade bacterial peptidoglycan, an antibody called secretory IgA that prevents microbes from attaching to mucosal cells and traps them in the mucus, lactoferrin to bind iron and keep it from from being used by microbes, and lactoperoxidase to generate toxic superoxide radicals that kill microbes. Cilia on the surface of the epithelial cells propel mucus and trapped microbes upwards towards the throat where it is swallowed and the microbes are killed in the stomach. This is sometimes called the tracheal toilet.
  2. The cough and sneeze reflex: Coughing and sneezing removes mucus and trapped microbes.
  3. Vomiting and diarrhea: These processes remove pathogens and toxins in the gastrointestinal tract.
  4. he physical flushing action of body fluids: Fluids such as urine, tears, saliva, perspiration, and blood from injured blood vessels also flush microbes from the body.

Bacterial Antagonism by Normal Microbiota

Approximately 100 trillion bacteria and other microorganisms reside in or on the human body. The normal body microbiota keeps potentially harmful opportunistic pathogens in check and also inhibits the colonization of pathogens by:

  1. Producing metabolic products (fatty acids, bacteriocins, etc.) that inhibit the growth of many pathogens
  2. Adhering to target host cells so as to cover them and preventing pathogens from colonizing
  3. Depleting nutrients essential for the growth of pathogens and
  4. Non-specifically stimulating the immune system.

Destruction of normal bacterial microbiota by the use of broad spectrum antibiotics may result in superinfections or overgrowth by antibiotic-resistant opportunistic microbiota. For example, the yeast Candidose, that causes infections such as vaginitis and thrush, and the bacterium Clostridium difficile, that causes potentially severe antibiotic-associated colitis, are opportunistic microorganisms normally held in check by the normal microbiota.

Dans le cas d Candidose infections, the Candidose resists the antibacterial antibiotics because being a yeast, it is eukaryotic, not prokaryotic like the bacteria. Once the bacteria are eliminated by the antibiotics, the Candidose has no competition and can overgrow the area.

Clostridium difficile is an opportunistic Gram-positive, endospore-producing bacillus transmitted by the fecal-oral route that causes severe antibiotic-associated colitis. C. difficile is a common healthcare-associated infection (HAIs) and is the most frequent cause of health-care-associated diarrhea. C. difficile infection often recurs and can progress to sepsis and death. CDC has estimated that there are about 500,000 C. difficile infections (CDI) in health-care associated patients each year and is linked to 15,000 American deaths each year.

Antibiotic-associated colitis is especially common in older adults. On pense que C. difficile survives the exposure to the antibiotic by sporulation. After the antibiotic is no longer in the body, the endospores germinate and C. difficile overgrows the intestinal tract and secretes toxin A and toxin B that have a cytotoxic effect on the epithelial cells of the colon. C. difficile has become increasingly resistant to antibiotics in recent years making treatment often difficult. There has been a great deal of success in treating the infection with fecal transplants, still primarily an experimental procedure. Polymerase chain reaction (PCRs) assays, which test for the bacterial gene encoding toxin B, are highly sensitive and specific for the presence of a toxin-producing Clostridium difficile organisme. The most successful technique in restricting C. difficile infections has been the restriction of the use of antimicrobial agents.

  1. A patient is given large doses of broad spectrum antibiotics and subsequently develops a Candida albicans infection of the vagina. Discuss why this might happen in terms of immediate innate immunity. Why didn't the antibiotic kill the Candida albicans too?
  2. Often during intestinal infections drugs are given to suppress diarrhea. Discuss why this may not always be a good idea, especially with microbial infections that cause ulceration of the intestines.

Des questions

Étudiez le matériel de cette section, puis écrivez les réponses à ces questions. Ne vous contentez pas de cliquer sur les réponses et de les écrire. Cela ne testera pas votre compréhension de ce tutoriel.

  1. State what color Gram-positive bacteria appear after the Gram stain procedure. (et)
  2. Describe the structure and appearance of a Gram-positive cell wall. (et)
  3. State the beneficial function to the bacterium of the following components of the gram-positive cell wall:
    1. peptidoglycane (et)
    2. acides teichoïques (et)
    3. adhesins (et)
    4. invasins (et)

    Notes de lecture

    6.3.1 Define agent pathogène: an organism or virus that causes disease

    6.3.2 Explain why antibiotics are effective against bacteria but not viruses

    • antibiotics block specific metabolic pathways found in bacteria, but not eukaryotic cells
    • because viruses reproduce using the host cell (eukaryotic) metabolic pathways, they are unaffected by antibiotics
    • antibiotics have produced great benefits world-wide in the control of bacterial diseases
      • Staphylocoque infections controlled
      • STD's, such as gonorrhea and syphilis controlled

      6.3.3 Outline the role of skin and mucous membranes in defense against pathogens

      • 1st line of defense = nonspecific
      • skin:
        • tightly bound barrier of dead, keratin-rich epidermal cells
          • tough, elastic, waterproof surface
          • linings of intestinal tract, respiratory tract, eyes, genitals
          • mucous traps microbes
          • lysozymes: antibacterial enzymes
          • cilia: clear respiratory tract
          • acidité:
            • stomach: pH = 2
            • vagina pH = 5-6

            6.3.4 Outline how phagocytic leucocytes ingest pathogens in the blood and in body tissues:

            • damage to tissues allows invasion across 1st line of defense
              • microbes successfully invade body fluids or tissues
              • damaged cells release histamine and other chemicals initiating inflammation
              • phagocytes recognize microbes as foreign by antigen recognition
              • variety of phagocytic cells: neutrophils (65% of WBCs), monocytes (4% of WBCs, macrophages (derived from monocytes))
              • digested microbe fragments are displayed on cell membrane
              • phagocytes with microbe fragments displayed = antigen-presenting cells: APCs

              6.3.5 Distinguish between antigènes et anticorps

              • antigène: a molecule recognized as foreign by the immune system it elicits an immune response
              • anticorps: =immunoglobulin
                • a globular protein
                • recognizes an antigen by its complementary shape and charge
                • thus allowing it to attach to the antigen specifically
                • marking it for attack by the immune system

                6.3.6 Explain antibody production = Humoral response:

                • macrophages:
                  • following phagocytotic digestion, display antigen on surface
                  • becoming antigen-presenting cells = APCs
                  • only T-lymphocytes with receptor proteins specifically matching the antigen of the APCs
                  • only those B-lymphocytes with antibodies specifically matching helper T-lymphocytes receptor proteins are activated
                  • produces a large population of B-lymphocytes
                    • plasma cells
                    • cellules de mémoire
                    • by protein synthesis
                    • releasing antibodies by exocytosis
                    • into the surrounding humors
                      • blood
                      • tissue fluids
                      • lymphe
                      • marking them for phagocytosis by macrophages
                      • B-lymphocytes & helper T-lymphocytes
                      • reside in the lymph nodes
                      • upon subsequent exposure to the antigen
                        • produce a rapid and intense response
                        • = secondary response

                        6.3.7 Outline the effects of HIV on the immune system

                        • reduction in the number of active lymphocytes
                        • loss of the ability to produce antibodies

                        6.3.8 Discuss the cause, transmission and social implications of AIDS


                        Les références

                        (1) Westra, E. R. et al. The CRISPRs, they are a-changin’: how prokaryotes generate adaptive immunity. Annu. le révérend Genet. 46, 311–39 (2012). (2) Marcó, M. B., Moineau, S. & Quiberoni, A. Bacteriophages and dairy fermentations. Bacteriophage 2, 149–158 (2012). (3) Samson, J. E., Magadán, A. H., Sabri, M. & Moineau, S. Revenge of the phages: defeating bacterial defences. Nat. Rév. Microbiol. 11, 675–87 (2013). (4) Szalay, A. A., Mackey, C. J. & Langridge, W. H. R. Restriction endonucleases and their applications JlJIIEIE. 1, 154–164 (1979). (5) Types of Restriction Endonucleases. (6) Williams, R. J. Restriction Endonucleases. 23, (2003). (7) Barrangou, R. et al. CRISPR fournit une résistance acquise contre les virus chez les procaryotes. Science 315, 1709–12 (2007). (8) Jinek, M. et al. Une endonucléase d'ADN guidée à double ARN programmable dans l'immunité bactérienne adaptative. Science 337, 816–21 (2012). (9) Jiang, W., Bikard, D., Cox, D., Zhang, F. & Marraffini, L. a. RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems. Nat. Biotechnologie. 31, 233–9 (2013). (10) Brüssow, H. Phages of Dairy bacteria. 283–303 (2001).