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Dernière mise à jour le 03 octobre 2000
PROTEUS
Autres dénominations :
Systématique
Six espèces du genre Proteus sont citées dans les Approved Lists of Bacterial Names : Proteus inconstans, Proteus mirabilis, Proteus morganii, Proteus myxofaciens, Proteus rettgeri et Proteus vulgaris.
Au sein de l'espèce Proteus vulgaris il était possible de distinguer trois biovars : le biovar 1 regroupant des souches indole négative, salicine négative et n'hydrolysant pas l'esculine ; le biovar 2 rassemblant les souches indologènes, fermentant la salicine et hydrolysant l'esculine et le biovar 3 dont les souches indologènes donnent une réponse négative aux tests fermentation de la salicine et hydrolyse de l'esculine.
Le genre ¤ Plesiomonas a été rapproché du genre Proteus sur la base d'études phylogénétiques (séquence des ARNr 16S et des ARNr 5S). En 1985, MacDonell et Colwell ont même proposé de donner le nom de "Proteus shigelloides" à l'unique espèce du genre Plesiomonas (Plesiomonas shigelloides). Toutefois, cette nouvelle nomenclature n'a jamais été validement publiée. Actuellement, le genre Proteus rassemble donc cinq espèces, Proteus hauseri, Proteus mirabilis, Proteus myxofaciens, Proteus penneri et Proteus vulgaris (espèce restreinte à l'ancien biovar 2) ainsi que trois genomospecies non encore baptisées. Le genre Proteus est classiquement placé dans la tribu des Proteeae (famille des Enterobacteriaceae) qui regroupe également les genres ¤ Morganella et Providencia.
Caractères bactériologiques
Le genre Proteus présente les caractères de la famille des Enterobacteriaceae* et les caractères de la tribu des Proteeae**. Caractères morphologiques et structuraux : Les Proteus sp. sont des bacilles à Gram négatif, très généralement mobiles, polymorphes, mesurant de 0,4 à 0,8 µm de diamètre sur 1,0 mm à 80 mm de longueur. De nombreuses souches de Proteus sp. et, notamment celles de Proteus myxofaciens, produisent une couche visqueuse ou slime dont la composition est parfois identique à celle des chaînes latérales du LPS.
L'analyse antigénique des Proteus sp. permet d'identifier 49 antigènes O et 19 antigènes H (schéma de Kauffmann et Perch) mais, de nombreuses souches, notamment celles de Proteus penneri, ne sont pas typables. Les antigènes OX19 et OX2 de Proteus vulgaris ainsi que l'antigène OXK de Proteus mirabilis présentent des communautés antigéniques avec, respectivement, Rickettsia prowazekii, Rickettsia conorii et Orientia tsutsugamushi. Ces communautés antigéniques étaient mises à profit dans le diagnostic sérologique des rickettsioses par agglutination selon la réaction de Weil-Félix (actuellement abandonné) dans laquelle les antigènes utilisés étaient constitués de souches de Proteus.
Étude de la mobilité : La mobilité des Proteus sp. s'effectue soit par le mécanisme classique de la nage soit par essaimage. La nage est observée après culture dans un milieu liquide. Les bactéries se présentent alors sous la forme de courts bacilles (de 1,0 à 3,0 µm) pourvus de 6 à 10 flagelles.
L'essaimage (ou "swarming") est une alternative à la nage observée lorsque les bactéries sont cultivées en milieu solide. Ensemencées au centre d'une boîte de milieu gélosé, les bactéries se multiplient pour donner une colonie. Lorsque le milieu s'épuise, on voit apparaître des formes longues, fortement mobiles, aptes à se déplacer à la surface du milieu afin de coloniser un endroit de la gélose riche en nutriments. Elles donnent alors naissance à des formes courtes et faiblement mobiles mais, l'appauvrissement progressif du milieu provoquera à nouveau l'apparition de formes longues qui repartiront vers des zones de milieu neuf. Ces cycles périodiques de migration, dus à la transcription d’une série de gènes (40 à 60 gènes seraient impliqués) se traduisent par la formation de halos de culture concentriques.
Caractères biochimiques des espèces validement publiées :
Un caractère positif, pour 90 p. cent des souches ou plus, est observé pour les tests tryptophane désaminase, phénylalanine désaminase, uréase, rouge de méthyl, croissance dans un bouillon au KCN et acidification du glucose.
Une réponse négative, pour 90 p. cent des souches ou plus, est obtenue avec les tests ONPG, LDC, ADH, fermentation de l'adonitol, du L-arabinose, du D-arabitol, du cellobiose, du dulcitol, de l'érythritol, du myo-inositol, du lactose, du D-mannitol, du D-mannose, du mélibiose, du mucate, du D-sorbitol, du raffinose et du L-rhamnose.
Les principaux caractères permettant de différencier les genres Proteus, ¤ Morganella et Providencia figurent dans le tableau I et ceux permettant de différencier les espèces du genre Proteus sont données dans le tableau II.
Caractères culturaux : Sur des géloses nutritives ou sur des géloses au sang incubées à 37 °C, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris et parfois Proteus penneri peuvent envahir la surface des milieux en formant soit des halos de culture en ondes concentriques soit, lorsque l'envahissement est moins important, en donnant des images en hérisson ou en fil de fer barbelé. Les techniques permettant d'inhiber l'envahissement des milieux de cultures sont données dans le paragraphe consacré au diagnostic.
Sur les milieux d'isolement classiquement utilisés pour les entérobactéries, les colonies sont proches de celles du genre Salmonella. Ces milieux contiennent des substances destinées à inhiber l'envahissement par les Proteus sp. qui empêcherait l'isolement des autres bactéries.
En milieu liquide, la croissance se traduit par un trouble abondant avec parfois un voile en surface et un dépôt.
Habitat et pouvoir pathogène
À l'exception de Proteus myxofaciens et de Proteus hauseri, les espèces du genre Proteus sont largement répandues dans la nature et elles sont isolées du sol, de l’eau, de l’intestin de l’homme et de l'intestin de nombreuses espèces animales (souris, rats, chiens, chats, bovins, porcins, oiseaux, reptiles...). Dans le milieu extérieur, ces bactéries jouent un rôle important dans la dégradation des matières organiques d'origine animale.
Proteus myxofaciens n’a été isolé que des adultes et de larves du papillon zigzag (Porthetrica dispar) lors d'épidémies observées aux États-Unis (notamment dans les états de New York et du Connecticut).
Les autres espèces du genre (y compris les souches des genomospecies 4, 5 et 6) peuvent se comporter comme des pathogènes opportunistes notamment chez les individus hospitalisés, immunodéprimés, cathétérisés ou présentant des anomalies des voies urinaires. Proteus mirabilis est l’espèce la plus fréquemment isolée de prélèvements cliniques suivie de Proteus vulgaris et de Proteus penneri.
Chez l’homme, les infections les plus fréquentes concernent l’appareil urinaire. Elles résultent soit d'une infection systémique soit d'une infection ascendante au cours de laquelle la bactérie colonise, étape par étape, l'urètre, la vessie, l'uretère et finalement les reins. Après Escherichia coli, Proteus mirabilis est la bactérie la plus souvent isolée des urines et elle est à l’origine d’infections graves (urolithiases, obstruction des voies urinaires, formation de cristaux de struvite [cristaux de phosphate ammoniaco-magnésien], formation de calculs vésicaux ou rénaux, pyélonéphrites aiguës) et parfois mortelles. Ces infections sont fréquentes en milieu hospitalier et chez les patients âgés. Les infections extra-hospitalières sont souvent liées à une malformation des voies urinaires ou à une pathologie associée comme le diabète.
Chez l’animal, les Proteus sp. sont responsables d’infections urinaires (chevaux, porcs, carnivores), d’endométrites (chevaux et bovins), de mammites (vaches), de diarrhées (veaux, porcs), d’arthrites (veaux), de surinfections des plaies, d’otites externes (notamment chez les carnivores où ils sont fréquemment isolés en association avec Pseudomonas aeruginosa ou avec des staphylocoques à coagulase positive).
Facteurs de pathogénicité
La présence de fimbriae permet une adhésion aux cellules épithéliales des voies urinaires. Expérimentalement, les souches portant de nombreuses fimbriae sont aptes à provoquer des pyélonéphrites ascendantes alors que ces dernières sont rarement observées avec des souches portant un nombre de fimbriae réduit. Inversement, les souches portant de nombreuses fimbriae sont handicapées pour coloniser le parenchyme rénal par voie hématogène car les fimbriae favorisent la phagocytose (une souche privée artificiellement de ses fimbriae devient résistante à la phagocytose). De nombreux types de fimbriae ont été identifiés :
La mobilité constitue un facteur de virulence en facilitant la colonisation et la dissémination des bactéries. Le phénomène de l'essaimage mis en évidence in vitro se produit également in vivo mais son importance fait l'objet de discussions. L'étude de mutants incapables d'assembler leurs flagelles montre que la mobilité est impliquée dans la virulence des souches de Proteus mirabilis.
Proteus mirabilis synthétise trois protéines majeures de membrane externe de 39, 36 et 17 kDa dont le rôle dans le pouvoir pathogène est mal connu. La protéine de 39 kDa inhibe la synthèse des radicaux oxygénés et d'interleukine 1 par les macrophages et elle augmente la synthèse de TNF. Le LPS des Proteus sp. possède les propriétés biologiques classiques des endotoxines : fièvre, hypotension, coagulation intravasculaire disséminée, choc... Expérimentalement, l'injection de lipide A dans le bassinet rénal du chien provoque une pyélonéphrite. La couche visqueuse ou slime facilite l'adhésion aux tissus et participe à la formation d'un biofilm qui protège les bactéries des agents antimicrobiens et des leucocytes. Au sein de ces biofilms, les bactéries se multiplient et forment des microcolonies. La couche visqueuse intervient également dans la formation des calculs et des cristaux de struvite car sa composition acide (présence d'acide uronique, d'acide pyruvique...) permet une fixation électrostatique de cations tels que Mg2+.
L'uréase est un facteur de virulence important. Elle catalyse l'hydrolyse de l'urée en ammoniac et dioxyde de carbone ce qui a pour résultat d'entraîner une alcalinisation des urines. L'alcalinisation provoque la précipitation des ions Mg2+ et Ca2+ et la formation de cristaux de struvite et de calculs.
Des souches de Proteus vulgaris et de Proteus penneri excrètent une hémolysine appartenant à la famille des toxines RTX*** et des souches de Proteus mirabilis, de Proteus penneri et de Proteus vulgaris synthétisent une hémolysine associée aux cellules bactériennes. Cette dernière hémolysine, appelée HpmA (Haemolysin Proteus mirabilis), d'un poids moléculaire de 166 kDa, localisée dans l'espace périplasmique, est activée par une protéine HpmB d'un poids moléculaire de 63 kDa. L'hémolysine HpmA est cytotoxique pour différentes lignées cellulaires et, dans un modèle expérimental d'infection urinaire, la dose létale 50 p. cent d'un mutant incapable de synthétiser cette protéine est six fois supérieure à celle de la souche parentale. De nombreuses souches de Proteus mirabilis, de Proteus penneri et de Proteus vulgaris produisent une IgA protéase et des souches de Proteus mirabilis produisent également une enzyme protéolytique capable de détruire les IgA, les IgG et diverses autres protéines comme la gélatine, l'albumine, la caséine... La destruction des IgA et des IgG serait un facteur de virulence important lors d'infections urinaires car les cellules phagocytaires portent un récepteur pour le fragment Fc des IgG et, au moins pour les neutrophiles humains, un récepteur pour le fragment Fc des IgA (la possession de ces récepteurs est à l'origine d'un phénomène d'opsonisation). In vitro et in vivo, des souches de Proteus mirabilis, de Proteus penneri et de Proteus vulgaris sont capables de pénétrer dans diverses cellules. Il existe une corrélation positive entre, d'une part, le pouvoir invasif et, d'autre part, la production d'hémolysines, la production d'une uréase et le phénomène d'essaimage. Les Proteus sp. semblent incapables de synthétiser des sidérophores mais, la culture de Proteus mirabilis dans un milieu dépourvu de fer augmente la synthèse de trois protéines de membrane externe d'un poids moléculaire compris entre 66 et 75 kDa et déclenche la synthèse d'une protéine de 64 kDa. Ces protéines sont capables de fixer l'hème et, en collaboration avec les hémolysines, elles permettraient à la bactérie de capter le fer contenu dans les cellules de l'organisme.
Diagnostic bactériologique
L'isolement et l'identification des Proteus sp. ne pose pas de problème majeur mais il faut toujours soumettre leur isolement à une interprétation critique compte tenu de leur saprophytisme. L’identification devra montrer qu’il s’agit d’une entérobactérie possédant une tryptophane désaminase ou une phénylalanine désaminase puis l’identification du genre et de l’espèce sera réalisée par l’étude des caractères biochimiques présentés sur les tableaux I, II et III. Pour des études épidémiologiques, il est possible de mettre à profit l’étude des antigènes O, des antigènes H et la sensibilité à divers bactériophages. Toutefois, pour un laboratoire non spécialisé, seul le phénomène de Dienes peut être mis à profit. Le phénomène de Dienes se traduit par l’existence d’une zone de démarcation, vierge de toute culture, observée lorsque deux souches sont ensemencées en deux points différents d’une gélose trypticase soja contenant 5 p. cent de sang de mouton. Cet antagonisme qui résulte de l’élaboration de bactériocines, traduit une différence entre deux souches. Inversement, un test de Dienes négatif (interpénétration des cultures) reflète une identité des souches. Toutefois, les cultures de deux souches différentes pouvant éventuellement se mélanger, un test négatif a moins de valeur qu’un test positif.
La présence des Proteus sp., compte tenu de leur faculté à envahir les milieux de culture, rend difficile l’isolement des autres bactéries présentes dans un prélèvement et plusieurs procédés sont mis en œuvre pour limiter ce phénomène :
L'utilisation d'une gélose contenant 5 p. 100 d'alcool éthylique est largement utilisée car elle inhibe l'envahissement tout en permettant la croissance de nombreux coques à Gram positif ainsi que la croissance des espèces appartenant à la famille des Enterobacteriaceae et des Pseudomonadaceae. Ce milieu présente l'inconvénient de ne pas être commercialisé et, lorsqu'il est enrichi en sang, de perturber l'aspect des hémolyses.
Les milieux couramment utilisés pour l’isolement des entérobactéries (gélose Salmonella-Shigella, gélose désoxycholate-citrate-lactose, gélose de Drigalski additionné de sels biliaires, gélose Hektoen...) inhibent l'envahissement grâce à l'adjonction de sels biliaires ou de désoxycholate.
Sensibilité aux antibiotiques
La majorité des souches de Proteus mirabilis et de Proteus vulgaris résiste naturellement aux polymyxines, à la tétracycline et à la nitrofurantoïne. De plus, la majorité des souches Proteus vulgaris possède une résistance intrinsèque à l'ampicilline et à la céfalotine (synthèse d'une céphalosporinase inductible). Proteus penneri se caractérise par sa résistance naturelle au chloramphénicol (ce caractère de résistance peut être mis à profit pour le diagnostic), à l'ampicilline, à la céfalotine, à la céfazoline et à la cefsulodine. D’une manière générale, les Proteus sp. sont capables d'acquérir des résistances ce qui impose le recours à un antibiogramme. Les antibiotiques les plus souvent actifs sont les quinolones, les aminosides et l’association triméthoprime-sulfaméthoxazole.
Orientation bibliographique
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* : Caractères bactériologiques de la famille des Enterobacteriaceae : voir le fichier Enterobacteriaceae, "Enterobacteriales".
** : Caractères bactériologiques de la tribu des Proteeae :
La majorité des souches de la tribu des Proteeae donne une réponse positive aux tests suivants :
D'autres caractères phénotypiques, présentés ci-dessous, sont caractéristiques des membres de cette tribu ou sont rarement observés chez les autres entérobactéries :
1) La possession d’enzymes permettant la désamination oxydative des acides aminés en acides cétoniques. Dans un but diagnostic, deux de ces enzymes sont couramment recherchées : la tryptophane désaminase qui catalyse la désamination du tryptophane en acide indolpyruvique et la phénylalanine désaminase qui catalyse la désamination de la phénylalanine en acide phénylpyruvique. La formation de ces acides est facilement révélée par l’adjonction de sels ferriques qui en réagissant avec l’acide indolpyruvique donne une coloration brune très foncée et qui en réagissant avec l’acide phénylpyruvique donne une coloration vert foncé.
2) La production d'un pigment brun lorsque la croissance est effectuée sur un milieu nutritif contenant 5 p. cent de tryptophane. 3) La dégradation de la tyrosine ce qui se traduit par l'éclaircissement d'un milieu contenant des cristaux de tyrosine (la réaction est négative pour la souche type de Proteus myxofaciens).
Voir le fichier ¤ "Les toxines RTX".
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