Qu’est-ce que la Shigella ?

Découvertes pour la première fois en 1896 par Kiyoshi Shiga, un microbiologiste japonais, les Shigella sont un genre composé de bactéries Gram-négatives qui provoquent des diarrhées bactériennes chez les êtres humains et certains primates.

Les membres de ce groupe auraient évolué entre 35 000 et environ 170 000 ans, ce qui en fait les premiers agents pathogènes humains. On les trouve partout dans le monde et ils sont responsables de 5 à 15 % de tous les cas de diarrhée (environ 165 millions de cas de dysenterie).

Tous les membres de ce groupe sont en forme de bâtonnet et non mobiles. Bien qu’elles soient également non encapsulées, les espèces de Shigella se sont révélées capables de survivre à des conditions difficiles comme la congélation et des niveaux de pH relativement élevés. Cependant, elles peuvent être facilement détruites par des traitements thermiques.

Le genre Shigella est constitué de quatre groupes sérologiques qui comprennent :

• Shigella dysenteriae (groupe A et constitué de 15 sérotypes)
• Shigella flexneri (groupe B et constitué de 6 sérotypes)
• Shigella boydii. (Groupe C et consiste en 18 sérotypes)
• Shigella sonnei (Groupe D et consiste en 1 sérotype)

Classification

– Royaume : Bactéries – Procaryotes unicellulaires

– Phylum : Protéobactéries – Bactéries à Gram négatif dont la plupart sont de nature pathogène. Certaines des espèces font partie du microbiote humain normal tandis que d’autres vivent librement.

– Classe : Gammaproteobacteria – Bactéries à Gram négatif, dont la plupart sont en forme de bâtonnets. Si un bon nombre d’espèces de ce groupe sont pathogènes, d’autres, comme les bactéries sulfureuses pourpres utilisent l’énergie lumineuse pour produire des molécules organiques.

– Ordre : Enterobacterales – Les membres de ce groupe sont des bactéries Gram-négatives en forme de bâtonnets. Ils sont également non sporulés et existent en tant qu’anaérobies facultatifs.

– Famille : Enterobacteriaceae – Bactéries gram-négatives en forme de bâtonnet, non mobiles et non sporulées. Ce sont également des bactéries anaérobies facultatives dont la plupart des espèces sont pathogènes.

– Genre : Shigella

Les caractéristiques du genre Shigella sont décrites ci-dessous :

Caractéristiques des Shigella

Les espèces de Shigella sont de petits organismes unicellulaires avec une morphologie en forme de bâtonnet. Selon les espèces, leur longueur peut varier de 1 à 6 um et leur diamètre de 0,3 à 1 um. Shigella dysenteriae, par exemple, peut avoir une longueur de 2 à 4um et un diamètre de 0,4 à 0,6um.

Comme beaucoup d’autres bactéries Gram-négatives, les espèces de Shigella ont une membrane interne et externe avec une seule couche de peptidoglycane séparant les deux. Alors que les deux membranes sont constituées d’une bicouche lipidique, la membrane externe a tendance à être asymétrique et est caractérisée par des molécules de lipopolysaccharide (LPS) et d’autres protéines.

La membrane interne, quant à elle, est principalement composée de phospholipides comme de nombreuses autres membranes cellulaires.

* Les espèces de Shigella possèdent l’antigène O dans leur lipopolysaccharide. C’est un composant important du LPS qui sert de base à la subdivision des sérotypes de Shigella. L’antigène O est constitué d’unités O (unités répétitives d’oligosaccharides) qui contiennent à leur tour entre deux (2) et huit (8) résidus de sucres à large spectre

Comme c’est le cas pour de nombreuses autres bactéries Gram-négatives, les espèces de Shigella ont également une fine paroi cellulaire constituée d’une seule couche de peptidoglycane. Cette couche est constituée de N-acétylglucosamine et d’acide N-acétylmuramique. En raison de l’épaisseur de la couche de peptidoglycane (qui est mince), les cellules de Shigella ne peuvent pas retenir la coloration primaire pendant la coloration de Gram.

* Les espèces de Shigella sont non capsulées et n’ont donc pas la couche de polysaccharide qui entoure l’enveloppe cellulaire chez certaines bactéries.

En tant que procaryotes, les Shigella ont une structure très simple par rapport aux cellules eucaryotes – Elles n’ont pas d’organites liés à une membrane. Cependant, elles possèdent un certain nombre d’organites importants dont le ribosome et le matériel génétique sous la forme d’un seul chromosome circulaire ainsi qu’un plasmide.

Caractéristiques des quatre groupes sérologiques

Comme mentionné, le genre Shigella est divisé en quatre grands groupes sérologiques.

En tant que membres du genre Shigella, les quatre groupes présentent un certain nombre de similitudes, notamment le fait qu’ils sont tous Gram-négatifs et non mobiles, etc. Cependant, ils présentent également un certain nombre de différences qui permettent de les distinguer les uns des autres.

Sur la base de la physiologie, des études ont montré que les sérogroupes A, B et C sont très similaires. Pour cette raison, des réactions positives à la β-D-galactosidase et à l’ornithine décarboxylase sont utilisées pour différencier S. sonnei (sérogroupe D) des autres groupes.

La majorité des sérotypes des groupes B, C et D peuvent être identifiés par leur capacité à fermenter le mannitol. Ce test peut donc être utilisé pour différencier Shigella flexneri, Shigella boydii, et Shigella Sonnei de Shigella dysenteriae.

Certaines des autres caractéristiques utilisées pour différencier les quatre sérogroupes comprennent :

– A l’exception du sérogroupe D (Shigella sonnei), tous les autres sérogroupes sont Ornithine décarboxylase (ODC) négatifs

– Tous les sérogroupes (à l’exception de Shigella sonnei) ne fermentent pas le lactose et le saccharose

– Fermentent le glucose sans production de gaz

Identification des espèces de Shigella : Test d’agglutination

A part certaines des caractéristiques décrites ci-dessus, les espèces de Shigella peuvent être identifiées en utilisant un antisérum polyvalent de Shigella. Essentiellement, ce test consiste à mélanger les bactéries avec un antisérum qui contient des anticorps spécifiques de Shigella.

Ici, les bactéries vont s’agglutiner en présence d’un antisérum homologue ce qui permet d’identifier l’espèce.

Voici quelques-unes des étapes de cette procédure :

– A l’aide d’un compte-gouttes, déposer deux gouttes distinctes de solution saline sur une lame de verre propre – S’assurer qu’il y a une certaine distance entre les deux gouttes

– A l’aide d’une boucle métallique stérile, obtenir et émulsionner une colonie de la bactérie issue de la culture avec les deux gouttes de solution saline pour obtenir une suspension lisse – Il s’agit simplement de mélanger la colonie de bactéries avec les deux solutions salines (indépendamment l’une de l’autre) pour obtenir une suspension lisse

– A l’une des suspensions (utilisée comme contrôle), ajouter une goutte de solution saline et mélanger

– A la seconde suspension, ajoutez une goutte de l’antisérum et mélangez

– Pendant environ une minute, balancez doucement la lame d’avant en arrière et vérifiez si une agglutination se produit

* Si une agglutination se produit dans la deuxième suspension (celle à laquelle l’antisérum a été ajouté), il est alors possible d’identifier l’espèce en fonction de l’antisérum utilisé.

Où trouve-t-on les Shigella ?

Les espèces de Shigella ne sont pas communément trouvées vivant librement dans l’environnement. Cependant, elles sont des parasites intracellulaires facultatifs et peuvent donc survivre en dehors du corps de l’hôte. Une fois qu’elles sont libérées dans l’environnement (avec les matières fécales), les espèces Shigella peuvent survivre sans hôte pendant environ 50 jours.

A part les matières fécales et les eaux usées, on peut également les trouver dans des sources d’eau et des matières alimentaires contaminées. Pour cette raison, un individu peut être infecté s’il ingère du matériel alimentaire contaminé ou boit de l’eau contaminée.

Selon les études, les aliments qui nécessitent beaucoup de manipulation lors de la préparation sont ceux qui sont les plus susceptibles d’être contaminés. Il s’agit notamment des pommes de terre, du lait et du fromage, du poulet, du poisson et des salades. Si l’eau et les aliments contaminés peuvent tous deux être à l’origine d’infections, les infections à Shigella d’origine alimentaire sont plus fréquentes selon les données de santé publique.

En ce qui concerne la distribution, les espèces de Shigella peuvent être trouvées partout dans le monde. Certaines espèces sont plus abondantes dans certaines régions que d’autres. Par exemple, Shigella dysenteriae (sérogroupe A) qui se compose de 15 sérotypes est communément trouvé dans certaines parties de l’Afrique, de l’Amérique centrale ainsi que dans le sous-continent indien.

Dans ces régions, la bactérie Shigella dysenteriae de type 1 a été associée à des épidémies mortelles si elle n’est pas contrôlée. Le sérogroupe B (Shigella flexneri), lui aussi, est communément présent dans la plupart des pays en développement. Dans ces régions, cependant, l’espèce provoque une dysenterie moins grave par rapport à Shigella dysenteriae.

Par rapport au sérogroupe A, le sérogroupe C (Shigella boydii) est communément trouvé dans le sous-continent indien et rarement dans les nations industrialisées. Enfin, le sérotype D est commun dans la plupart des nations développées mais les infections sont généralement bénignes.

* Les mouches jouent également un rôle important dans la transmission de la bactérie des matières fécales aux matières alimentaires ou à l’eau potable.

Infection

L’infection à Shigella est connue sous le nom de shigellose et est fréquente dans le monde entier. Dans les pays du tiers monde, ces infections ont été associées à un taux de mortalité relativement élevé par rapport aux épidémies dans les nations développées, en particulier chez les enfants.

Comme mentionné, les espèces de Shigella peuvent survivre dans l’environnement pendant une période donnée. Une infection survient donc lorsqu’un individu ingère des aliments contaminés (notamment des légumes crus ou frais, du poulet et des produits de boulangerie, etc.) ou boit de l’eau contaminée.

Une infection peut résulter des doigts souillés d’un individu (par exemple un patient ou un enfant, etc) ou suite à un transfert par des mouches qui se sont reproduites sur des matières fécales contaminées. C’est pourquoi il est important de bien cuire les aliments, de se laver les mains à l’eau et au savon, et de nettoyer correctement les fruits et légumes afin de contrôler la propagation de cette infection.

A part la voie de transmission fécale-orale, des études ont montré que les infections se produisent par contact oral-anal.

* Ces infections ont également été observées chez les gorilles ainsi que chez certains singes. Cependant, cela n’a été démontré que dans les zones où ces primates sont à proximité de l’homme et non à l’état sauvage.

Après ingestion, Shigella est, pour la plupart, capable de survivre aux conditions acides de l’estomac, ce qui est l’une des principales adaptations de la bactérie. Afin d’établir une infection productive ou réussie, la bactérie doit envahir les cellules épithéliales du côlon et ensuite se propager à d’autres cellules.

Avant d’envahir réellement les cellules épithéliales qui tapissent le gros intestin, les bactéries Shigella sont d’abord prises en charge par des cellules épithéliales spécialisées de l’intestin grêle appelées cellules Microfold (cellules M).

Localisées dans le tissu lymphoïde associé à l’intestin des plaques de Peyer dans l’intestin grêle, les cellules M jouent un rôle important dans la prise en charge des antigènes microbiens dans l’intestin et leur transport vers le tissu lymphoïde associé à l’intestin (GALT) pour ensuite déclencher une réponse immunitaire.

Dans le tissu lymphoïde associé à l’intestin, ces bactéries sont englouties par les macrophages. Dans le macrophage, la bactérie perturbe la vacuole du phagosome où elle est contenue et passe dans le cytosol où elle prolifère et provoque par conséquent la mort de ces cellules (macrophages).

Avant même que Shigella ne soit libérée des macrophages mourants, des études ont montré que les cellules de Shigella commencent à libérer des effecteurs T3SS qui sont impliqués dans l’invasion cellulaire. Cependant, avant d’envahir les cellules épithéliales du gros intestin, elles adhèrent d’abord à ces cellules (à la surface basolatérale des cellules épithéliales) en utilisant l’IcsA (protéines de surface de Shigella) qui agit comme une adhésine.

Après l’attachement de ces cellules aux cellules hôtes, elles activent leur propre internalisation dans les cellules par la production du système de sécrétion de type III (T3SS).

Dans les cellules hôtes (cellules épithéliales du gros intestin), les Shigella continuent à se multiplier et à augmenter en nombre. Dans ce processus, elles causent des dommages à l’ADN ainsi que des dommages mitochondriaux qui déclenchent la nécrose et la mort associée à l’apoptose.

Pour se propager du côté basolatéral de la cellule dans la sous-muqueuse du côlon, Shigella se déplace d’une cellule à l’autre par un processus connu sous le nom de Paracytophagie. Il s’agit d’une motilité basée sur l’actine qui implique l’utilisation de la machinerie d’actine de la cellule hôte pour que le parasite se déplace d’une cellule à l’autre.

Ici, les protéines de surface de Shigella (IcsA) interagissent d’abord avec la protéine neuronale du syndrome de Wiskott – Aldrich et l’activent. A son tour, la protéine neuronale du syndrome de Wiskott – Aldrich recrute un complexe protéique à sept sous-unités connu sous le nom d’Arp2/3 qui est impliqué dans la polymérisation de l’actine.

L’actine produite ici favorise la motilité de Shigella d’une cellule à l’autre par la formation de protubérances dans la membrane des cellules hôtes.

* Par rapport à certains des autres agents pathogènes qui provoquent la diarrhée chez l’homme, la Shigella est très contagieuse et il suffit de quelques cellules individuelles (environ 200) pour provoquer une infection réussie.

Toxine de la Shigella

En plus d’envahir les cellules et d’affecter divers processus cellulaires, les bactéries Shigella produisent des toxines qui ont un impact sur les fonctions cellulaires. Le lipopolysaccharide de Shigella (situé sur la membrane externe), est constitué de lipide A et il a été démontré qu’il présente des activités endotoxiques.

Il a été démontré que cette toxine thermostable provoque une fièvre après une infection réussie par la bactérie. En général, l’endotoxine n’est pas très spécifique et a un degré de puissance relativement faible. Néanmoins, elle provoque de la fièvre qui est l’un des symptômes de l’infection.

A part l’endotoxine, la Shigella produit également une exotoxine connue sous le nom de toxine de Shiga. L’une des toxines de Shiga les plus courantes est la toxine de Shiga (Stx) produite par Shigella dysenteriae 1. Cependant, il a été démontré que certaines des autres espèces de Shigella produisent également ces toxines.

Par exemple, Shigella flexneri produit la Stx 1. Par rapport à l’endotoxine, l’exotoxine est extrêmement puissante et inhibe la synthèse des protéines par les cellules infectées. De plus, elle est constituée de sous-unités enzymatiques et de liaison qui renforcent ses fonctions.

Alors que la composante de liaison de la toxine lui permet de se lier aux cellules cibles, les composantes enzymatiques contribuent à son entrée dans la cellule.

Chez les personnes infectées, la toxine de Shiga a les effets suivants :

Effet entérotoxine – En tant qu’entérotoxine, la toxine de Shiga bloque l’absorption de diverses substances (glucose, acides aminés et électrolytes, etc.) par les cellules épithéliales de la lumière intestinale. Elles y parviennent en adhérant aux récepteurs de l’intestin, empêchant ainsi l’absorption – Dans le processus, cela entraîne également une accumulation de liquide car l’absorption est inhibée.

Effets cytotoxiques – Dans le gros intestin, la sous-unité de liaison de la toxine (sous-unités B) se lie au glycolipide situé dans la cellule hôte. Il s’ensuit l’entrée de la sous-unité enzymatique qui inactive la sous-unité 60S du ribosome, affectant ainsi la synthèse des protéines. En inhibant la synthèse des protéines, la toxine provoque la mort des cellules.

Effet neurotoxique – Les effets neurotoxiques de la toxine de Shiga impliquent le blocage des impulsions nerveuses. Par conséquent, cela contribue à la paralysie. Certains des signes de neurotoxicité comprennent la fièvre et les crampes abdominales.

* La bactérie Shigella est libérée dans l’environnement pendant la défécation et le cycle se poursuit lorsque les matières fécales contaminent l’eau potable ou les matières alimentaires.

Symptômes

En général, les patients commencent à présenter des symptômes de shigellose 3 jours après le premier contact avec l’agent pathogène. Cependant, dans certains cas, cela peut se produire une semaine après le contact.

L’un des symptômes les plus courants de la shigellose est une diarrhée aqueuse qui peut être associée à des vomissements et à une déshydratation modérée. Comme mentionné, l’un des effets de la toxine de Shigella est qu’elle empêche l’absorption de diverses substances, ce qui entraîne une accumulation de liquide.

Dans le processus, cela contribue à la diarrhée aqueuse. Outre la diarrhée aqueuse, la dysenterie est l’autre présentation clinique de cette infection. Celle-ci peut également être caractérisée par des selles mucoïdes et légèrement sanguinolentes.

Certains des autres symptômes de la shigellose peuvent inclure :

• Crampes abdominales
• Nausea
• Fièvre
• Tendresse de l’estomac

Coloration de Gram

Exigences

• Échantillon – Les échantillons qui peuvent être utilisés comprennent le mucus des selles, des selles ou un échantillon de colonie provenant d’une culture
• Réactifs de coloration graphique
• Porte-objet
• Lame de verre
• Eau
• Chaleur
• Brûleur deunsen
• Boucle de fil

Procédure

– En utilisant une boucle de fil stérile, prélever une petite quantité de l’échantillon et créer un mince frottis sur une lame de verre propre – Il est toujours important de s’assurer que la lame et la boucle métallique sont toutes deux stériles afin d’éviter toute contamination.

– Passez délicatement la lame sur la flamme du bec Bunsen pour chauffer la fixation – La lame peut être passée sur la flamme environ 3 fois tout en évitant la surchauffe.

– Laissez la diapositive sécher à l’air libre puis inondez-la de cristal violet pendant environ 1 minute.

– Lavez délicatement la lame avec un courant d’eau (environ 2 secondes).

– Inondez la lame avec de l’iode de Gram (mordant) et laissez-la reposer pendant environ 1 minute.

– Lavez à nouveau doucement la lame avec un courant d’eau (environ 2 secondes).

– Ajoutez quelques gouttes (goutte à goutte) de l’agent décolorant (alcool éthylique à 95% ou acétone) jusqu’à ce qu’il coule clair.

– Inonder la lame avec le contre-colorant/tache secondaire (par exemple Safranin) et laisser reposer pendant environ 1 minute

– Laver doucement la lame dans un courant d’eau courante.

– Observer la lame sous immersion dans l’huile.

Observation

Lorsqu’on les observe au microscope, les espèces de Shigella apparaissent comme des bâtonnets dont la longueur peut varier entre 1 et 6um selon les espèces. Ils sont également de couleur rose rougeâtre étant donné qu’ils prennent la couleur de la contre-coloration.

Différence entre Shigella et Salmonella

Salmonella et Shigella (membres de la famille des Enterobacteriaceae) sont parmi les causes les plus courantes de maladies bactériennes d’origine alimentaire dans différentes parties du monde.

Bien qu’elles présentent plusieurs similitudes (par ex. ce sont toutes deux des bactéries Gram-négatives en forme de bâtonnet), les deux types de bactéries présentent un certain nombre de différences qui peuvent être utilisées pour les distinguer.

Ces dernières comprennent :

Motilité – Contrairement à la Salmonelle qui possède plusieurs flagelles utilisés pour l’adhésion, la formation d’un biofilm et le mouvement, les Shigella ne possèdent pas cette structure. Pour cette raison, elles sont souvent décrites comme étant non-moteur.

Résistance à l’acide – Après l’ingestion de Shigella, des études ont montré que la bactérie était plus résistante à l’acide gastrique par rapport à certaines autres bactéries intestinales (Salmonella, etc). Cela a été attribué à l’expression de protéines comme GadA/B qui permettent à la bactérie de survivre assez longtemps pour envahir les cellules intestinales.

Parce que Salmonella n’est pas résistante à l’acide gastrique, il a été démontré que la bactérie dépend des matières alimentaires pour sa survie ainsi que pour abaisser son propre pH.

Dose d’infection – Dans la shigellose, seul un petit nombre de cellules bactériennes est nécessaire pour provoquer une infection (environ 200 cellules). Cependant, un grand inoculum de Salmonella est nécessaire pour qu’une infection se produise. Par exemple, au moins 100000 cellules de Salmonella typhi sont nécessaires pour provoquer la typhoïde.

Sulfure d’hydrogène – Contrairement aux Shigella, les Salmonella (S. enterica) produisent du sulfure d’hydrogène qui est l’une des caractéristiques utilisées pour leur identification.

Infection – Les Shigella affectent principalement le gros intestin alors que les Salmonella affectent à la fois l’intestin grêle et le gros intestin.

Maladie – Alors que les Shigella provoquent la Shigellose chez les êtres humains et certains primates, les Salmonella provoquent la Salmonellose chez les êtres humains et certains animaux. Ici, cependant, les symptômes peuvent être similaires (par exemple, fièvre, diarrhée et douleurs abdominales, etc.).

* Alors que Salmonella et Shigella ont toutes deux la forme d’un bâtonnet, les espèces de Shigella sont généralement minces (0,3 à 1um de diamètre) par rapport à Salmonella dont le diamètre varie entre 0,7 et 1,5um. De plus, les Shigella n’ont que des fimbriae à leur surface alors que les Salmonella ont à la fois des fimbriae et des flagelles à leur surface.

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Identification des espèces de Shigella.