Un agent pathogène présente un tropisme pour un hôte spécifique s’il peut interagir avec les cellules de l’hôte d’une manière qui favorise la croissance et l’infection pathogènes. Divers facteurs affectent la capacité d’un agent pathogène à infecter une cellule particulière, notamment : la structure des récepteurs de surface de la cellule ; la disponibilité des facteurs de transcription qui peuvent identifier l’ADN ou l’ARN pathogène ; la capacité des cellules et des tissus à supporter la réplication virale ou bactérienne ; et la présence de barrières physiques ou chimiques à l’intérieur des cellules et dans tout le tissu environnant.
Récepteurs de surface cellulaireModifié
Les agents pathogènes pénètrent fréquemment dans les cellules ou les tissus hôtes ou y adhèrent avant de provoquer une infection. Pour que cette connexion ait lieu, l’agent pathogène doit reconnaître la surface de la cellule, puis s’y lier. Les virus, par exemple, doivent souvent se lier à des récepteurs spécifiques de la surface cellulaire pour pénétrer dans une cellule. De nombreuses membranes virales contiennent des protéines de surface du virion qui sont spécifiques à certains récepteurs de surface de la cellule hôte. Si une cellule hôte exprime le récepteur de surface complémentaire du virus, ce dernier peut se fixer et pénétrer dans la cellule. Si une cellule n’exprime pas ces récepteurs, le virus ne peut pas l’infecter normalement. Par conséquent, si le virus ne peut pas se lier à la cellule, il ne présente pas de tropisme pour cet hôte.
Les bactéries infectent les hôtes différemment des virus. Contrairement aux virus, les bactéries peuvent se répliquer et se diviser par elles-mêmes sans entrer dans une cellule hôte. Pourtant, pour se développer et se diviser, les bactéries ont besoin de certains nutriments de leur environnement. Ces nutriments peuvent souvent être fournis par les tissus de l’hôte, et c’est pourquoi certaines bactéries ont besoin d’un hôte pour survivre. Lorsqu’une bactérie reconnaît les récepteurs de la cellule hôte ou un environnement riche en nutriments, elle colonise la surface de la cellule. Les bactéries disposent de divers mécanismes pour coloniser les tissus de l’hôte. Par exemple, la production de biofilms permet aux bactéries d’adhérer à la surface du tissu hôte et fournit un environnement protecteur idéal pour la croissance bactérienne. Certaines bactéries, comme les spirochètes, sont capables de faire proliférer la cellule ou les tissus de l’hôte. Cela permet alors à la bactérie de s’entourer d’un environnement riche en nutriments qui la protège des réponses immunitaires et d’autres facteurs de stress.
Facteurs de transcription, nutriments et réplication pathogèneModifié
Pour que les virus puissent se répliquer dans une cellule hôte et que les bactéries puissent effectuer les processus métaboliques nécessaires à leur croissance et à leur division, elles doivent d’abord prendre les nutriments et les facteurs de transcription nécessaires dans leur environnement. Même si un virus est capable de se lier à une cellule hôte et de transférer son matériel génétique à travers la membrane cellulaire, la cellule peut ne pas contenir les polymérases et les enzymes nécessaires à la réplication virale et à la poursuite de la pathogenèse.
De nombreux agents pathogènes contiennent également d’importants facteurs de virulence au sein de leur génome. En particulier, les bactéries pathogènes sont capables de traduire les gènes de virulence situés dans leurs plasmides en différents facteurs de virulence afin d’aider la bactérie dans la pathogenèse. De nombreux types de facteurs de virulence existent au sein des agents pathogènes, notamment : les facteurs d’adhérence, les facteurs d’invasion, les capsules, les sidérophores, les endotoxines et les exotoxines. Tous ces facteurs de virulence aident soit directement à la colonisation de l’hôte, soit à l’endommagement des cellules et des tissus de l’hôte.
Mécanismes de défense des cellules de l’hôteModifié
Les organismes hôtes sont équipés d’une variété de mécanismes de défense différents utilisés pour protéger l’hôte contre les infections pathogènes. Les humains en particulier possèdent de multiples lignes de défense qui affectent la pathogenèse du début à la fin. Pour qu’un virus ou une bactérie affiche un tropisme pour un hôte spécifique, il doit d’abord avoir les moyens de franchir la ligne de défense de l’organisme hôte. La première ligne de défense, connue sous le nom de système immunitaire inné, a pour but d’empêcher l’entrée et l’établissement initiaux du pathogène. Le système immunitaire inné n’est que largement spécifique aux pathogènes et comprend : les barrières anatomiques, l’inflammation, la phagocytose et les inhibiteurs non spécifiques.
Une barrière anatomique est toute barrière physique ou chimique qui permet d’empêcher l’entrée des micro-organismes dans le corps. Cela comprend la peau, la sueur, la couche de mucus, la salive, les larmes, la paroi endothéliale et le microbiote humain naturel. L’épiderme de la peau constitue une barrière physique contre les agents pathogènes, mais il peut facilement être compromis par des piqûres d’insectes, des morsures d’animaux, des éraflures ou d’autres traumatismes cutanés mineurs. La sueur, la salive et les larmes sont toutes des barrières chimiques qui contiennent des enzymes, comme les lysozymes, capables de tuer les bactéries et les virus. La couche de mucus tapisse le nasopharynx et sert de barrière physique qui enferme les agents pathogènes étrangers et les évacue du corps par la morve et le flegme. Le microbiote d’un être humain, c’est-à-dire les autres micro-organismes vivant à l’intérieur et sur le corps, entre en compétition avec les organismes pathogènes et joue un rôle important dans la lutte contre ces derniers. Enfin, une membrane semi-perméable, appelée barrière hémato-encéphalique, est un revêtement de cellules endothéliales qui sépare le sang des tissus et des organes. Sans cette doublure, les virus et les bactéries pourraient facilement infecter les organes humains vitaux tels que le cerveau, les poumons et le placenta.
L’inflammation est l’une des premières réponses immunitaires à l’infection pathogène que possèdent de nombreux organismes hôtes. L’inflammation implique une température élevée autour du site de l’infection, une accumulation de CO2 et d’acides organiques, et une diminution de la tension d’oxygène du tissu infecté en réponse aux dommages cellulaires induits par l’agent pathogène. La coagulation du sang (coagulation) se produit également dans une zone enflammée, constituant une barrière physique contre l’infection pathogène. Ces changements finissent par créer des conditions de vie défavorables pour l’agent pathogène (c’est-à-dire des changements de pH, une diminution de l’ATP et des changements dans le métabolisme cellulaire) et empêchent toute nouvelle réplication et croissance.
Une fois qu’une bactérie ou un virus a surmonté le système immunitaire inné de l’organisme, le système immunitaire acquis de l’organisme hôte prend le relais. Cette réponse immunitaire est hautement spécifique aux agents pathogènes et confère à l’hôte une immunité durable contre toute infection future par cet agent pathogène spécifique. Lorsque les lymphocytes reconnaissent des antigènes à la surface d’un agent pathogène, ils sécrètent des anticorps qui se lient à l’agent pathogène et alertent les macrophages et les cellules tueuses naturelles. Ces cellules ciblent l’agent pathogène lui-même, le tuant ou le rendant inactif. Ce processus produit en outre des cellules B et des cellules T à mémoire qui permettent une immunité de longue durée.
En conclusion, si un agent pathogène est capable de surmonter diverses défenses de l’hôte, de reconnaître une cellule hôte pour l’infection et de se répliquer avec succès dans un tissu hôte, alors l’agent pathogène est susceptible de posséder un tropisme pour cet hôte spécifique.