Escherichia coli O 157 H 7 et les

Escherichia coli O 157: H 7 et les Escherichia producteurs de Shigatoxines (STEC) dans la viande Bien comprendre le mécanisme d’infection pour mieux combattre la maladie Pr Christine VERNOZY-ROZAND Journées « STEC Experts » 25 -26 juin 2008 1

Infections à E. coli producteurs de Shigatoxines n n Préoccupation de santé publique dans les pays industrialisés Formes cliniques variées : n n n Diarrhée parfois sanglante SHU : principale cause IRA chez l’enfant < 3 ans PTT chez les adultes Complications neurologiques et séquelles rénales Létalité : 1 à 6 % Potentiel épidémique 2

E. COLI : POUVOIR PATHOGENE Escherichia coli E. coli intestinaux ETEC Toxines LT, ST EPEC eae, bfp EHEC eae, VT EIEC Invasion EAgg. EC afa, LT DAEC afa { 173 Ag O 80 Ag K 56 Ag H ~ 700. 000 E. coli extra-intestinaux Infections urinaires UPEC hly pap sfa fimbriae type 1 Méningites néonatales K 1, O 7, O 16, O 18 H 7 sfa Omp. A ibe 10 3

Définitions Escherichia coli VTEC=STEC (stx gene) E. coli O 157: H 7, O 103, O 26, O 111. . ) EHEC = STEC isolé des malades 4

VIRULENCE DES EHEC 5

Facteurs de virulence Adhésion à la muqueuse digestive n Production de verotoxine ou shigatoxine n Autres facteurs de pathogénicité n 6

Lésions d’attachement et d’effacement - Au niveau du colon et du caecum - Effacement et / ou destruction des microvillosités de l'épithélium intestinal - Condensation de l'actine cellulaire piédestal -Adhésion étroite par l'intermédiaire de l’intimine produit du gène eae (Knutton et al, Infect. Immun. 1987) Locus d’effacement des Entérocytes (LEE) Système de sécrétion de Type III Récepteur tir Intimine eae Protéines effectrices esp. A, esp. B, esp. D = Seringue moléculaire 7

Piédestal 8

n n Multiplication des EHEC au niveau du colon sans invasion Synthèse de Shiga toxines diffusant dans tout l'organisme 9

Verotoxines ou Shiga like toxines Ø Exotoxines protéiques ØEffet cytopathogène sur cellules Vero, He. La ØSynthèse codée par des phages tempérés (transfert horizontal du gène stx de Shigella dysenteriae type 1 vers E. coli par des bactériophages… passage vers d’autres coliformes) ØRécepteurs Gb 3 (cellules intestinales , capillaires sanguins) mort par arrêt de la synthèse protéique n 10

Verotoxine ou shigatoxine Nouvelle dénomination Ancienne dénomination Toxine de Shiga gène stx protéine Stx 99 % d'homologie Toxine Shiga-like de type I ou (SLT-I) ou vérotoxine 1(VT 1) stx 1 SLT-II ou VT 2 stx 2 SLT-IIc/d ou VT 2 c/d SLT-II/f ou VT 2 e/f stx 2 c/d stx 2 e/f Stx 2 c/d Stx 2 e/f 55 % d'homologie 90% d'homologie Autres variants décrits très récemment : stx 2 g, . stx 2 -NV 206 11

Gènes codant les facteurs de virulence Système de sécrétion de type III Tir eae Protéines esp. A, esp. B, esp. D LEE esp. P stx 1 Kat. P ehx Plasmide 90 Kb Chromosome stx 2 12

Récepteurs Recepteurs glycolipidiques Globotriosylcéramide (Gb 3) � � à la surface des entérocytes, capillaires du TD � � sur les cellules endothéliales du rein humain � � � dans les glomérules des enfants < 2 ans Masqué chez l'adulte sur les cellules endothéliales du pancréas et du système nerveux central Lingwood, Nephron, 1994 13

LES SHIGATOXINES B B B A 32 k. Da B B Gb 3 14 (globotriosyl céramide)

Mécanisme d ’action de la toxine ENDOCYTOSE Pénétration dans l ’entérocyte Protéolyse ARNm Inhibition de la sous unité 60 S du ribosome Libération des fragments actifs A Mort cellulaire 15

Autres facteurs de pathogénicité • Hémolysine: gène ehx. A (plasmides) • Système de transport du fer : gène chu. A (chromosome) n n n Résistance à l'acidité gastrique : gène rpo. S codant pour un facteur permettant la survie du germe à un p. H <2, 5 Serine protéase (Esp. P) plasmidique : clivage du facteur V Enterotoxine thermostable EAST 1: diarrhée aqueuse Catalase (Kat. P) plasmidique : burst oxydatif des PNN et des macrophages Toxine Clostridium difficile like Law, J Applied Microb, 2000 • 16

Pathogénie Infection intestinale Diarrhée Colite hémorragique Stx Passage dans le sang et transport par les PNN Organes cibles 17

CLINIQUE 18

Ingestion de EHEC 3 - 4 jours Crampes abdominales, diarrhée non sanglante 10% Résolution 90% Diarrhée sanglante 90% Résolution 7 jours 10% SHU 5% décès 5% IRC ~ 30% Protéinurie ~ 60% Résolution Complications tardives ? Heuvelink, 2000 19

SHU Caractéristiques cliniques à la phase aiguë www. invs. sante. fr; Gerber 2002 ; Loirat 2004 ; Noris 2005 ; Lynn 2005 Diarrhée prodromique sanglante 90 -95 % 60 -70 % Intervalle entre diarrhée et SHU 5 -6 jours (1 à 35 j) Transfusion à la phase aiguë ≃ 70 % Dialyse à la phase aiguë 50 %-60 % Complications neurologiques ≃ 20 % Complications intestinales/pancréatiques ≃ 10 % Cardiomyopathie Décès à la phase aiguë ≃2% 1 %-2 % en France 20

SHU POST-DIARRHEE (D+) SHU défini par la triade anémie hémolytique (Hb<10 g/dl) + schizocytes thrombopénie (< 150 000/mm 3) insuffisance rénale aiguë SHU D+ 90 -95 % des SHU du à une infection à E. coli producteurs de shiga toxine (Stx) 21

22

Surveillance du SHU chez les enfants de moins de 15 ans n n n Recherche des STEC non réalisée en routine dans les laboratoires d'analyses médicales Mise en place en 1996 Volontariat de néphrologues pédiatres de 31 centres hospitaliers (Société de Néphrologie Pédiatrique) Coordination par l’Institut de veille sanitaire Collaboration avec le Centre National de Référence des Escherichia coli et Shigella et le laboratoire associé 23

Objectifs de la surveillance du SHU ü Suivre les tendances spatio-temporelles du SHU ü Identifier les sérogroupes de STEC responsables du SHU ü Détecter les foyers de cas groupés de SHU ou d’infections à STEC 24

Modalités de la surveillance du SHU Données collectées n Informations cliniques et biologiques n Expositions à des facteurs de risque connus : n n n Consommation de viande bovine, de produits laitiers, Cas de diarrhée dans l’entourage, Contact avec des animaux de ferme, Baignade Confirmation microbiologique : n n n détection d’anticorps sériques dirigés contre 7 STEC détection de gènes codant les Shigatoxines isolement de souches de STEC dans les selles 25

Résultats de la surveillance du SHU 19962005 n n Participation constante de 31 néphrologues pédiatres 859 cas de SHU notifiés pour 1996 -2005 Incidence annuelle 0, 7 / 100 000 stable depuis 1996 : < 1 / 100 000 enfants de moins de 15 ans 26

n n n Italie (1988 -2000) 0, 28/100 000 enfants de moins de 15 ans (Tozzi, Caprioli et al. 2003) ; Danemark (1997 -2000) 0, 67/100 000 enfants de moins de 5 ans (Scheutz, Olesen et al. 2001); Allemagne et Autriche (1997 -2000) respectivement 0, 71/100 000 et 0, 36/100 000 enfants de moins de 15 ans (Gerber, Karch et al. 2002), Fischer et al. , 2001) ; Belgique (1996) 0, 42/100 000 enfants de moins de 15 ans (Pierard et al. , 1999) ; Angleterre, Écosse, Pays de Galles et Irlande du Nord (1997 -2001) respectivement 0, 71, 1, 56, 0, 71 et 0, 97/100 000 enfants de moins de 16 ans (Lynn et al. , 2005). 27

SHU D+ INCIDENCE ANNUELLE CHEZ L’ENFANT (< 15 ans) EN France 1996 -2006 Réseau de Surveillance, Institut de Veille Sanitaire (In. VS) et Société de Néphrologie Pédiatrique www. invs. sante. fr Année Nombre de cas de SHU Incidence annuelle (pour 105 enfants < 15 ans) 1996 81 0, 66 1997 92 0, 75 1998 76 0, 59 1999 93 0, 76 2000 79 0, 64 2001 74 0, 61 2002 73 0, 60 2003 80 0, 66 2004 87 0, 72 2005 122 1, 01 2006 104 0, 87 Total 961 0, 71 28

2007 - 2008 n n 2007 : 72 cas ont été déclarés En 2008 : 31 jusqu’au 18 juin 2008 – Plusieurs retraits des produits alimentaires, concernant principalement la viande de bœuf hachée, ont été effectués depuis mars 2008 – 31 cas de SHU ont été identifiés jusqu’au 18 juin 2008, ce que ne représente pas une augmentation dans le nombre de cas habituel – Un épisode de cas groupés du SHU en cours d’investigation – Aucun cas identifié n’a rapporté la consommation des aliments concernés par les retraits effectués en 2008 29

SHU : AGE DE SURVENUE France, 1996 -2006 ▪ Les 2/3 des enfants ont moins de 3 ans → incidence annuelle avant 3 ans : 2. 3/105 ▪ 15 % des enfants ont moins de 1 an, dont 5 % ont moins de 6 mois ▪ ge minimum : 7 jours 30

Résultats de la surveillance du SHU Caractéristiques des cas de SHU n Age médian : 27 mois [extrêmes : 15 jours-15 ans] n Incidence la plus élevée chez ≤ 2 ans : 2, 3 / 100 000 – <= 1 ans : 40 % (344) – <= 3 ans : 71% (609) – <= 5 ans : 83 % (718) – <= 10 ans : 96, 5 % (829) n 53% de filles n Durée hospitalisation moyenne : 10 jours (1 -93) n 9 décès (létalité = 1%) 31

SHU (D+)INCIDENCE ANNUELLE MOYENNE DEPARTEMENTALE France, 1996 -2006 Incidence annuelle la plus élevée : Régions : Départements : Franche Comté 1. 6/105 Bretagne 1. 3/105 Finistère 2. 2/105 Territoire de Belfort 1. 9/105 32

Recrudescence estivale : 51% des SHU entre juin et septembre 33

Sérogroupes d’EHEC impliqués dans ces SHU Confirmation d’infection à STEC : 64% (798 testés) Infection O 157 : 84% (433/514) sérologies positives ou isolement Parmi ces infections à STEC confirmées. O 26 (6%), O 103 (3%), O 145 (2%), O 91, O 111 et O 55 (1%). 34

– Proportion de sérogroupes non O 157 identifiée parmi les souches STEC 10% (1996 -2001) n 23% (2002 -2006). n – Forte prédominance du sérogroupe O 157 très probablement liée à une sous estimation du nombre réel d’infections à STEC non O 157, due à l’absence de stratégies d’isolement efficaces pour ces souches à ce jour 35

Facteurs de risque de survenue du SHU sporadiques chez l’enfant Étude 2000 -2001 : 105 cas de SHU / 196 témoins ü consommation de steak haché de bœuf peu cuit ü existence de cas de diarrhée dans le foyer familial ou dans la collectivité ü consommation d’eau de puits non traitée ü contact avec des bovins en été (SHU à STEC) 36

Résultats de la surveillance du SHU Epidémies Majorité de cas sporadiques n 5 épidémies depuis 1996 n – – – E. coli O 157, merguez (2000), 10 cas infection STEC dont 2 SHU adultes, Tiac familiale E. coli O 148, viande de mouton mal cuite (2002) , Tiac familiale E. coli O 157 fromage de chèvre frais (2004), 2 cas SHU famille E. coli O 157 , steak haché congelé (2005), 69 cas d’infection à STEC dont 17 SHU (16 enfants) E coli O 26, camembert au lait cru (2005), 17 enfants avec SHU 37

Diagnostic bactériologique 38

Diagnostic bactériologique des infections à STEC Recueil des selles STEC : portage bref 4 à 7 jours maximum après le début des symptômes Tarr, CID, 1995 39

Diagnostic bactériologique des infections à STEC Selles ou écouvillonnage rectal Culture Sérologie Anticorps anti LPS gènes de virulence 40

METHODES DE DETECTION DES STEC non O 157 Isolement - Drigalski, Hektoen - Gélose au sang - enterohemolysin agar Agglutination des sérotypes « EPEC » classiques Mise en évidence des gènes de virulence 41

Mise en évidence des gènes de virulence Directement dans les selles après enrichissement (4 à 6 h en eau peptonée) n Sur les colonies suspectes n Sur une primoculture de la selle n PCR 42

PCR MULTIPLEX Sur les selles de patients atteints de SHU 43

PCR POSITIVE Isolement de la bactérie indispensable Etudes épidémiologiques moléculaires (Ribotypie, pulsotypie) 44

M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 M Epidémie du Sud Ouest - 2005 E. coli O 157 H 7 PFGE après digestion par Xba. I 1 –profil 2 2 - profil 3 3 – profil 4 4 -12 : profil 1 retrouvé chez - 38 souches humaines - 34 souches de steaks 13 = souche non reliée 1 14 = souche non reliée 2 M : marqueur de poids moléculaire profil 1 45

Diagnostic sérologique des infections à STEC Sérum précoce et sérum tardif • Mise en évidence des anticorps anti LPS de 25 serogroupes d' E. coli dont O 157 : H 7 • Ac de classe Ig. A, Ig. M, et Ig. G • Techniques : ELISA, immunoblotting, hémagglutination • Indispensable - pour les études épidémiologiques lorsque la mise en évidence des STEC dans les selles est négative ou impossible - l ’identification des autres sérogroupes STEC 46

Conclusion n n Incidence stable depuis 1996 (< 1/ 100 000) Incidence du SHU en France comparable à celle d'autres pays européens Forte prévalence du sérogroupe O 157 Infection par d'autres sérogroupes non O 157 en augmentation 47