J.P. Euzéby : Dictionnaire de Bactériologie Vétérinaire |
Dernière mise à jour le 24 février 1999
STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE
Autres dénominations :
"Micrococcus pneumoniae", "Diplococcus pneumoniae".
Nom vernaculaire : pneumocoque.
En raison de son important pouvoir pathogène pour l'homme, Streptococcus pneumoniae a fait l'objet de nombreux travaux depuis la fin du 19ème siècle. L'étude de cette bactérie a permis de nombreuses découvertes concernant les mécanismes de pathogénicité, la réponse immunitaire à médiation humorale, les transferts génétiques (découverte de la transformation bactérienne dont l'étude a permis de montrer que l'ADN est le support de l'information génétique), ... Ces aspects historiques, bien que passionnant, sortent de notre propos mais, le lecteur intéressé pourra se reporter à l'article publié en 1993 par Watson et al.
Systématique
Dans le "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology", Streptococcus pneumoniae est placé dans le groupe des "streptocoques pyogènes" ce qui peut se justifier compte tenu de la gravité des infections dont il est responsable. Toutefois, l'analyse de la séquence des gènes codant pour l'ARNr 16S montre une parenté (98,5 p. cent d'homologie) avec Streptococcus oralis ce qui permet de placer Streptococcus pneumoniae dans le groupe des "streptocoques oraux". Les homologies ADN - ADN et la composition chimique de la paroi avaient déjà permis à Kilpper-Bälz et al. (1983) d'arriver à une conclusion similaire.
Caractères bactériologiques
Les souches de Streptococcus pneumoniae sont constituées de coques ou de cocco-bacilles, à Gram positif (la coloration de Gram se perd dans les vieilles cultures et les bactéries peuvent alors apparaître comme des coques à Gram négatif), typiquement groupés par deux et d'allure lancéolée ou en huit mais pouvant se présenter de manière isolée ou en courtes chaînes (les repiquages favorisent la formation de chaînes), capsulés (fortement capsulés à l'isolement), aéro-anaérobies, à métabolisme fermentatif, catalase négative, VP négatif, hydrolysant l'esculine, acidifiant l'inuline, le fructose, le galactose, le glycogène, le glucose, le lactose, le maltose, le saccharose, le tréhalose et le raffinose, acidifiant lentement l'arabinose, l'érythritol, le glycérol et le xylose, n'acidifiant ni le cellobiose, ni le dulcitol, ni l'inuline, ni le mannitol, ni le ribose, ni la salicine, ni le sorbitol. Quelques souches produisent une pyrrolidonyl-arylamidase.
Deux caractères bactériologiques permettent de caractériser Streptococcus pneumoniae : la sensibilité à l'optochine1 et la lyse par la bile2.
. La croissance de Streptococcus pneumoniae est inhibée par l'optochine (éthylhydrocupréïne) et cette sensibilité est habituellement recherchée en utilisant un disque de papier imbibé d'une solution d'optochine à 0,05 p. cent.
. L'addition de bile ou de sels biliaires à une culture neutralisée, active une autolysine, impliquée dans la division cellulaire, qui clive la liaison entre l'acide N-acétyl-muramique et l'alanine. Le peptidoglycane est ainsi altéré et la bactérie apparaît soluble dans la bile.
En pratique, la recherche de la lyse par la bile est rarement effectuée car elle est de réalisation plus complexe que la recherche de la sensibilité à l'optochine.
La structure antigénique de la capsule permet de reconnaître des sérovars3 qui, sur la base de spécificités antigéniques communes, sont regroupés en 46 sérogroupes numérotés de 1 à 48 (les chiffres 26 et 30 ne sont pas attribués). Dans les formules antigéniques, la lettre "a" désigne la spécificité antigénique caractéristique du sérovar ou commune aux sérovars d'un même sérogroupe. Les lettres "b", "c", ... désignent les spécificités antigéniques additionnelles. Les sérovars d'un même sérogroupe sont désignés par des lettres capitales "A", "B", ... La lettre "F" (pour first) est parfois utilisée pour désigner le premier sérovar d'un sérogroupe. Dans le sérogroupe 9, les lettres "L", "N" et "V" sont également utilisées pour la désignation des sérovars (L pour Lederle, N pour Neufeld et V pour Valdemar). Les 90 sérovars identifiés sont présentés sur le tableau I.
En France, en 1996, les sérovars les plus fréquemment isolés de cas cliniques sont (par ordre décroissant de fréquence) les sérovars 14, 9, 23, 19, 6, 3, 4, 1, 18 et 7 qui représentent 73,6 p. cent des pneumocoques isolés.
La croissance, surtout à l'isolement, est favorisée par l'adjonction de sang, de sérum ou d'ascite et aucune culture ne se développe sur un milieu bile-esculine.
En bouillon, la culture se traduit par un trouble uniforme et, sur gélose au sang, l'aspect des cultures est variable. En aérobiose, les colonies sont fortement alpha-hémolytiques mais, en anaérobiose elles peuvent apparaître bêta-hémolytiques (rôle de la pneumolysine O). Dans la majorité des cas, les colonies ont un aspect lisse, elles sont bombées et brillantes et présentent des signes d'autolyse centrale4 lors d'une incubation prolongée (une incubation sous CO2 limite l'autolyse). Lorsque la capsule est de grande taille (ce qui est notamment le cas pour les sérovars 3 et 37), les colonies ont un aspect muqueux. Des colonies rugueuses, d'aspect ridé, sont rarement observées. Elles sont formées par des souches non capsulées.
Habitat et pouvoir pathogène
Streptococcus pneumoniae est un parasite obligatoire qui colonise les muqueuses de l'homme et de quelques mammifères. Son principal habitat est constitué par le rhino-pharynx de l'homme et pratiquement tout individu a été en contact avec des pneumocoques avant l'âge de 2 ans.
Chez l'homme, l'incidence de l'infection est plus importante chez les enfants âgés de moins de 2 ans et chez les sujets âgés de plus de 60 ans. En dépit des traitements antibiotiques, le taux de mortalité est élevé et, à titre d'exemple, il est d'environ 25 p. cent en cas de septicémie et de 15 p. cent en cas pneumonie.
Les infections les plus fréquentes sont des pneumonies (accompagnées ou non de septicémies), des otites moyennes, des sinusites, des conjonctivites, des méningites, des surinfections de bronchopathies chroniques, des arthrites, des endocardites et des septicémies. Les pneumocoques sont les principales bactéries responsables d'otites de l'enfant, de sinusites et de pneumopathies. Chez l'enfant âgé de plus de 3 mois, c'est un des principaux agents de méningites bactériennes. Chez les sujets âgés et/ou immunodéprimés, les septicémies ou les méningites sont fréquemment mortelles. Les infections à pneumocoques s'accompagnent d'intenses phénomènes inflammatoires qui augmentent la gravité des lésions.
Chez l'animal, l'importance des pneumocoques est mal connue et l'infection est certainement mal diagnostiquée. Des infections ont été décrites chez des primates (pneumonies, méningites, septicémies observées chez Macaca sp., Hylobates sp., Cercopithecus sp., Papio sp., Pan troglodytes), chez un chat (septicémie et arthrite dues au sérovar 23F), chez des bovins, des caprins, des ovins, des équins et chez diverses espèces de rongeurs.
. Chez les ruminants, le pourcentage de porteurs sains est évalué entre 15 et 20 p. cent en Allemagne, au Danemark et en Italie. Les principales formes cliniques sont des septicémies, des méningites, des troubles respiratoires. Les animaux le plus souvent affectés sont âgés de quelques jours à 3 mois et l'évolution est extrêmement rapide (la mort intervient en quelques heures). De telles infections ont été décrites dans plusieurs pays : Allemagne, Danemark, Écosse, France, Italie, Suisse, ... et plusieurs sérovars ont été incriminés (3, 6, 8, 14, 15B, 18, 19). Vaissaire et al. insistent sur le fait que les septicémies des jeunes ruminants sont trop souvent imputées aux colibacilles ou aux salmonelles et ces auteurs pensent que les pneumocoques sont insuffisamment recherchés.
. Streptococcus pneumoniae a été isolé de l'appareil respiratoire de chevaux sains, de chevaux adultes présentant des signes respiratoires divers (pneumonie, pleurésie, bronchite, toux chronique) et d'un cas de septicémie chez un poulain âgé de 3 jours. À l'exception d'une souche du sérovar 9, toutes les souches isolées chez le cheval appartiennent au sérovar 3. Expérimentalement, une souche du sérovar 3 isolée d'un cheval, inoculée par voie intratrachéale (1010 unités formant colonies) est apte à provoquer des signes cliniques (fièvre, toux, jetage, adénite des nœuds lymphatiques sous-mandibulaires) chez des poneys âgés de 18 à 24 mois. Chez des animaux sacrifiés, il est possible de mettre en évidence des foyers de pneumonie et le germe peut être isolé des poumons.
. Parmi les rongeurs, le cobaye, le rat et la souris sont les espèces les plus sensibles. Les animaux peuvent être porteurs sains au niveau des cavités nasales ou de l'oreille moyenne et l'infection sera déclenchée par des facteurs favorisant comme les transports, le froid, la manipulation des animaux, les carences en vitamine C chez le cobaye. Les principaux signes cliniques sont des troubles respiratoires importants suivis d'une mort rapide par septicémie.
La présence de Streptococcus pneumoniae à la fois chez l'homme et chez l'animal, suggère que cette bactérie puisse être l'agent de zoonoses. Aucun cas humain ne semble avoir eu pour origine la contamination des animaux (mais cette possibilité ne peut être écartée) alors que, à plusieurs occasions, il semble que l'homme soit à l'origine d'une contamination des animaux (anthropozoonose).
Facteurs de pathogénicité
Le pouvoir pathogène des pneumocoques a été attribué à de nombreux facteurs de pathogénicité et plus de 125 gènes pourraient être impliqués dans la virulence. Toutefois, les raisons permettant d'expliquer le taux élevé de mortalité sont encore mal comprises. Les principaux facteurs de virulence peuvent être divisés en deux groupes.
. Le premier groupe est constitué par des composants de surface (capsule, protéine A de surface, protéine liant le facteur H du système complémentaire, protéase active sur le composé C3 du complément) qui jouent un rôle important au début de l'infection en inhibant la phagocytose. Cette inhibition de la phagocytose est, en grande partie, due à une inhibition de l'activation du système complémentaire.
. Le deuxième groupe rassemble des composants (polysaccharide lié au peptidoglycane, pneumolysine) qui interviennent à un stade plus tardif de l'infection et qui sont libérés à la suite d'une désintégration des cellules bactériennes provoquée principalement par l'autolysine. Ces facteurs de virulence provoquent d'intenses manifestations inflammatoires notamment à la suite de l'activation du système complémentaire.
Les principaux facteurs de virulence figurent dans le tableau II.
Diagnostic bactériologique
En médecine vétérinaire, l'isolement et l'identification de Streptococcus pneumoniae ne sont pas toujours réalisés de façon optimale pour diverses raisons (voir les articles de Vaissaire et al.) :
. La survie du germe dans les prélèvements est courte et il est nécessaire d'utiliser des milieux de transport.
. Lors de septicémies chez les ruminants, les éleveurs ne sont pas enclins à demander des examens complémentaires qui accroissent les frais sauf si plusieurs cas sont observés dans un temps bref.
. Les prélèvements sont souvent contaminés.
. Le germe est souvent considéré comme un pathogène exclusif de l'homme et les colonies de streptocoques alpha-hémolytiques sont souvent considérées comme de simples contaminants. De plus, de nombreux laboratoires de bactériologie vétérinaire ne possèdent pas les disques d'optochine nécessaires à l'identification de Streptococcus pneumoniae.
L'examen bactérioscopique des prélèvements est une étape importante qui permet d'observer des diplocoques à Gram positif dont la morphologie est évocatrice de Streptococcus pneumoniae.
L'ensemencement doit être effectué sur une gélose Columbia contenant 5 p. cent de sang de cheval et incubée à 37 °C dans une atmosphère contenant 5 p. cent de CO2 pendant un temps ne dépassant pas 18 heures. Ces conditions de culture sont optimales pour observer l'aspect typique des colonies.
Lorsque l'incubation est réalisée en atmosphère normale, de grandes quantités d'eau oxygénée s'accumulent dans les cellules et peuvent être à l'origine d'une autostérilisation des cultures. L'utilisation d'une gélose de Wilkins-Chalgren contenant 5 p. cent de sang de cheval limiterait ce phénomène grâce à la présence de pyruvate de sodium et se révèle supérieure à d'autres géloses lorsque l'incubation est réalisée en atmosphère normale.
La culture en bouillon cœur-cervelle enrichi de 5 p. cent de sang de cheval et incubé 7 heures à 37 °C dans une atmosphère contenant 5 p. cent de CO2 offre les meilleures conditions pour observer la morphologie et caractériser la capsule (état frais en présence d'encre de Chine).
Après avoir vérifié le type respiratoire et l'absence de catalase, l'identification peut faire appel à une galerie API 20 STREP mais elle doit toujours être confirmée par un test à l'optochine.
Des tests d'agglutination de particules de latex sensibilisées par des anticorps dirigés contre les 90 sérovars permettent une identification simple de Streptococcus pneumoniae à condition d'avoir préalablement vérifié que la bactérie à tester est bien un coque à Gram positif (il existe des réactions croisées avec certains bacilles à gram négatif comme Klebsiella pneumoniae ou Haemophilus influenzae). Les anticorps utilisés dans les kits commerciaux sont fournis par le "Statens Seruminstitut de Copenhague" (Omniserum).
Un kit d'identification par hybridation ADN - ARN, AccuProbe Streptococcus pneumoniae (GenProbe), est utilisable pour confirmer l'identification.
L'identification précise du sérovar fait appel à des sérums polyvalents (9 sérums pools) puis à des sérums spécifiques. Le sérotypage est réalisé soit par agglutination soit par le test de gonflement de la capsule5 (ou réaction de Quellung). Le sérotypage est souvent confié à des laboratoires de référence.
Sensibilité aux antibiotiques
Streptococcus pneumoniae présente une résistance naturelle aux aminosides (résistance de bas niveau), à l'acide nalidixique, à l'acide fusidique (résistance de bas niveaux) et aux polymyxines. Parmi les nouvelles fluoroquinolones, la sparfloxacine est considérée comme active alors que la péfloxacine et la norfloxacine sont inactives. Les pneumocoques sont modérément sensibles à l'ofloxacine et à la ciprofloxacine et peu ou pas sensibles à la bacitracine.
En revanche, Streptococcus pneumoniae possède une sensibilité naturelle à de nombreux antibiotiques (bêta-lactamines à l'exception du mécillinam et de l'aztréonam, tétracyclines, chloramphénicol, macrolides, lincosamides, synergistines, sulfamides, triméthoprime, rifampicine, fosfomycine et glycopeptides) et la réalisation d'un antibiogramme a longtemps était considérée comme superflue car la pénicilline G était l'antibiotique de choix.
En fait, au cours des années, des souches de pneumocoques ont acquis une résistance vis-à-vis des tous les antibiotiques à l'exception des glycopeptides : sulfamides (1943), tétracyclines (1963), érythromycine (1967), pénicilline G (souches de sensibilité anormale aux bêta-lactamines6) (1967), chloramphénicol (1970), rifampicine (1977), streptomycine (résistance de haut niveau) (1977), kanamycine (résistance de haut niveau) (1977), pénicilline G + chloramphénicol (1977), pénicilline G + érythromycine + chloramphénicol + tétracycline + cotrimoxazole (1977), sulfamides + tétracyclines + érythromycine + chloramphénicol (1979), ...
En France, en 1997, 26,6 p. cent des souches résistaient au chloramphénicol, 34,4 aux tétracyclines, 37 p. cent au cotrimoxazole, 48 p. cent à la pénicilline G et 53,1 p. cent à l'érythromycine.
L'apparition en 1967 de souches présentant une sensibilité anormale à la pénicilline et l'augmentation progressive des CMI pose de graves problèmes thérapeutiques. La résistance à la pénicilline G est croisée avec les autres bêta-lactamines mais à des niveaux variables et elle est souvent associée à une résistance vis-à-vis d'autres familles d'antibiotiques (en particulier sulfamides, macrolides, tétracyclines et chloramphénicol). Chez les pneumocoques, l'acquisition d'une résistance aux bêta-lactamines ne résulte pas de la synthèse de bêta-lactamases mais d'une modification des PLP (protéines liant les pénicillines). Au moins quatre des PLP de haut poids moléculaire peuvent être modifiées et ces nouvelles PLP peuvent présenter jusqu'à 20 p. cent de divergence par rapport aux PLP des souches sensibles. La constitution de ces PLP "mosaïques" est certainement secondaire à des événements multiples de recombinaison avec des gènes provenant d'autres streptocoques. Le caractère naturellement transformable des pneumocoques aurait favorisé ces événements.
L'antibiogramme se réalise sur une gélose de Mueller Hinton additionnée de 5 p. cent de sang de cheval (ou de mouton) incubée 18 heures à 37 °C dans une atmosphère enrichie en CO2.
La sensibilité à la pénicilline G doit s'apprécier en utilisant un disque d'oxacilline chargé à 5 mg. Un diamètre de zone d'inhibition supérieur ou égal à 26 mm indique une souche sensible à la pénicilline G et cette interprétation est prédictive de la sensibilité aux autres bêta-lactamines. Un diamètre inférieur à 26 mm révèle une sensibilité intermédiaire ou une résistance. Ce test ne permet pas de différencier les souches possédant un bas niveau de résistance à la pénicilline G des souches possédant un haut niveau de résistance ni d'apprécier le niveau de la résistance croisée vis-à-vis des autres bêta-lactamines.
La méthode des disques est inutilisable pour déterminer l'activité in vitro des bêta-lactamines sur les souches présentant un diamètre de zone d'inhibition inférieur à 26 mm et la CMI devra être mesurée par une technique de dilution en gélose. La technique du E test peut s'avérer intéressante pour pallier les difficultés de réalisation pratique des méthodes de mesure des CMI par dilution mais elle a tendance à sous-estimer la CMI d'une à deux dilutions par rapport aux techniques de référence.
Prophylaxie
Les premiers vaccins à usage humain faisaient appel à des souches inactivées. Ces vaccins ont été abandonnés du fait de leur manque d'efficacité et de leurs effets secondaires. Dans les années 1930, l'immunogénicité des polyosides capsulaires a été démontrée et, l'immunité étant spécifique de sérovars, un vaccin hexavalent a été commercialisé. L'utilisation des antibiotiques et l'engouement pour l'antibiothérapie ont conduit à abandonner la pratique de la vaccination.
Le taux de mortalité important et l'apparition de souches résistantes ont relancé la prophylaxie vaccinale et, en 1978, un vaccin contenant 14 valences a été mis sur le marché. Actuellement, les vaccins disponibles en France, contiennent des polyosides capsulaires purifiés obtenus à partir de 23 sérovars (1, 2, 3, 4, 5, 6B, 7F, 8, 9N, 9V, 10A, 11A, 12F, 14, 15B, 17F, 18C, 19A, 19F, 20, 22F, 23F, 33F) choisis sur la base de données épidémiologiques et sur l'existence de communautés antigéniques croisées. Ces vaccins sont principalement utilisés pour éviter des infections à pneumocoques chez des sujets à risque âgés de plus de 2 ans (notamment les sujets drépanocytaires et les sujets aspléniques, splénectomisés ou devant subir une splénectomie, les patients atteints de syndrome néphrotique ou porteurs d'une brèche ostéo-méningée, sujets susceptibles d'être fréquemment hospitalisés). Pour certains auteurs, la vaccination devrait concerner un public plus large.
Aucun vaccin n'est disponible en médecine vétérinaire.
Orientation bibliographique
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Réaliser un ensemencement en stries sur une gélose au sang.
Déposer au début de l'isolement un disque d'optochine.
Incuber une nuit à 35 °C dans une atmosphère enrichie en CO2.
Mesurer le diamètre de la zone d'inhibition.
Pour un disque de 6 mm, le test est positif si la zone d'inhibition a un diamètre supérieur à 14 mm.
Pour un disque de 10 mm, le test est positif si la zone d'inhibition a un diamètre supérieur à 16 mm.
Si le diamètre de la zone d'inhibition est inférieur à 14 mm (disque de 6 mm) ou à16 mm (disque de 10 mm), l'identification doit être confirmée par des tests complémentaires (solubilité dans la bile ou agglutination de particules de latex recouvertes d'anticorps spécifiques des 90 sérovars).
Ce test n'est généralement pratiqué que lorsque l'interprétation du test à l'optochine est délicate.
Placer 0,5 ml d'une suspension en eau physiologique (opacité de 0,5 à 1 de l'échelle de McFarland) dans deux tubes (13 sur 100 mm).
ou :
Répartir dans deux tubes 0,5 ml d'une culture de 24 heures en bouillon de Todd-Hewitt ou en bouillon trypticase soja. Ajouter une ou deux gouttes de rouge de phénol et neutraliser à la soude 1 N.
Ajouter à l'un des tubes 0,5 ml de désoxycholate de sodium à 2 p. cent et ajouter dans l'autre tube 0,5 ml d'eau physiologique (tube témoin).
Incuber à 35 °C et examiner les tubes à partir de la deuxième heure. Une clarification du tube contenant le désoxycholate et une absence de clarification dans le tube témoin indique une réaction positive. Si la lyse est incomplète, il est nécessaire de recourir à des tests complémentaires.
3 : Il existe deux systèmes de nomenclature pour désigner les sérovars, le système américain et le système danois (ou de Kauffmann-Lund). Actuellement, la nomenclature danoise est très largement utilisée et c'est celle que nous suivrons dans la suite du texte.
4 : Des acides lipoteichoïques, insérés dans la membrane cytoplasmique, sont des inhibiteurs de l'autolysine. Durant la phase stationnaire de croissance, ces acides sont libérés ce qui permet à l'autolysine d'exercer son activité.
5 : Sérotypage des pneumocoques par le test de gonflement de la capsule
Réaliser, à partir d'une culture fraîche de pneumocoques, une suspension en eau distillée. La suspension ne doit pas être trop dense (opacité de 1 sur l'échelle de McFarland).
Déposer sur une lame de verre une goutte de suspension bactérienne et une goutte d'antisérum. Mélanger. Ajouter une goutte de bleu de méthylène et mélanger. Couvrir d'une lamelle.
Réaliser une lame témoin négatif en remplaçant l'antisérum par du sérum de lapin non immunisé.
Placer les lames dans une chambre humide pendant une heure (une réaction positive est souvent visible après 3 à 5 minutes mais, dans certains cas, une réaction positive n'apparaît qu'au bout d'une heure).
Examiner à l'objectif 40 ou 100 à immersion en commençant par la lame témoin afin d'apprécier la taille de la capsule de la souche à examiner. Une réaction positive se traduit par une augmentation du volume de la capsule en présence de l'antisérum.
Dans un premier temps, le sérotypage se réalise avec chacun des sérums polyvalents. Dans un deuxième temps, on teste individuellement chacun des sérums monovalents contenus dans le sérum polyvalent ayant donné un résultat positif.
6 : Les souches de sensibilité anormale aux bêta-lactamines sont classées en souches de moindre sensibilité (CMI comprise entre 0,1 et 1 mg/L) et en souches résistantes (CMI supérieure à 1 mg/L).