Pseudomonas aeruginosa

Le mot est composé des mots grecs ψεῦδος (pseũdos), 'simili' ou 'imitation', et μόνας (mónas), 'unité'. On l'a employé dans les débuts de la microbiologie pour désigner les « germes ». Aeruginosa, qui veut dire vert-de-gris en latin (le résultat de la corrosion du cuivre), réfère à un pigment que cette bactérie contient.

Comme d'autres Pseudomonas, P. aeruginosa sécrète un certain nombre de pigments : entre autres la pyocyanine (bleu-vert), la pyoverdine (jaune-vert fluorescent) et la pyorubine (brun-rouge). In vivo elle forme un biofilm, principale source de sa résistance. C'est une bactérie lactose négative, c'est-à-dire dépourvue d'enzymes dégradant le lactose, pourvue d'une odeur de seringa (fleur de la famille des Philadelphacées encore appelée "jasmin des poètes") in vitro. Une reconnaissance préliminaire en laboratoire identifie ses colonies sur les géloses de type MacConkey (géloses contenant entre autres du lactose) à leur apparence de perles beiges, alors que les colonies de bactéries lactose positives sont roses. Pour une identification assurée, on recherche la présence des enzymes de type hydrolase (élastase et protéase parmi d'autres) que cette bactérie sécrète. La production des deux pigments pyocyanine et pyoverdine, et la température de croissance optimale de 42 °C confirme l'identification[2].

Pseudomonas en culture sur gel d'agar

P. aeruginosa utilise des flagelles pour la mobilité, des systèmes introduisant des protéines effecteurs dans les cellules hôtes, et un lipopolysaccharide qui supprime les réponses immunitaires des hôtes en plus d'intervenir directement dans l'établissement d'infections persistantes[3]. Parmi les sécrétions de P. aeruginosa, on trouve donc des protéines (élastase et protéase) qui détruisent l'intégrité des tissus de l'hôte en dégradant leurs protéines telles que l'élastine, le collagène et les transferrines[4] - [5]. On trouve aussi des toxines de poids moléculaire faible comme la pyocyanine, affectant différents types de sites dans la cellule hôte[6] - [7].

Tout comme chez Serratia marcescens, il existe des souches de P. aeruginosa (ex : souches GS9–119, LBI, DS10–129... notamment trouvées dans les sols pollués et les déchets liquides de l'industrie pétrolière[8]) capables de sécréter un surfactant émulsifiant (glycolipide)[9] et de se nourrir d'hydrocarbures, et est pour cette raison source de dégradation microbienne du diesel, de l'essence, du kérosène, voire d'huiles lubrifiantes[10], contribuant probablement à l'épuration de sols pollués par des hydrocarbures[11].

Chez les plantes, P. aeruginosa induit des symptômes de pourriture molle (soft rot) chez l'arabette des dames (Arabidopsis thaliana) et la laitue (Lactuca sativa) [12] - [13]. C'est un agent pathogène puissant chez Arabidopsis[14] et chez certains animaux : Caenorhabditis elegans[15] - [16], Drosophila[17] et Galleria mellonella[18]. Les associations de facteurs de virulence sont les mêmes pour les infections végétales et animales[19] - [12].

Ce sont des bacilles Gram -, souvent isolés à ciliature polaire. Cette bactérie possède l'oxydase.

• Elle est de type respiratoire A.S.
• VAG oxydative.
• Elle est nitrate réductase +++.
• Glucose -.
• Elle ne produit pas d'H₂S.
• Elle utilise le mannitol[20].
• Elle utilise l'ion citrate comme seule source de carbone.
• Elle est gélatinase +.
• ADH+, Uréase+, Indole-, TDA-.

Des milieux d'isolements comme Muller-Hinton ou Cetrimide, sont aussi utilisés. Sur Muller-Hinton, la production de fluorescéine (pigment coloré diffusible de couleur verte) par la bactérie est observable. Sur Cetrimide, la production de la pyocyanine (pigment coloré diffusible de couleur bleu) par la bactérie peut être vue, comme la résistance au cétrimide (antiseptique) et à l'acide nalidixique (antibiotique).

Des tests King A et King B peuvent être également pratiqués pour voir la production de pyocyanine et de fluorescéine respectivement.

Cette bactérie semble pouvoir être facilement véhiculée par l'eau, par l'air et par des particules (poussières) ou surfaces contaminées (fomites). La facilité de la contagion s'explique par son caractère ubiquiste, et — en milieu hospitalier — par le fait qu'elle peut facilement transférer ou acquérir des gènes de « résistance antibiotique » à partir d'autres bactéries de souches proches, mais aussi d'espèces plus éloignées[39].

Production de pyoverdine, soluble dans l'eau, pigment fluorescent vert-jaune de Pseudomonas aeruginosa. Ps. aeruginosa en culture sur milieu gélose CNA doux. Les bactéries aérobies ne poussent que sur la surface du milieu (formation de biofilm blanchâtre), et le pigment fluorescent diffuse vers le bas (observé sous lumière noire).

Les espèces du genre Pseudomonas sont largement distribuées et peuvent être retrouvées dans une grande majorité des écosystèmes terrestres, à l’exception de certains milieux extrêmes tels que des milieux à températures très élevées. P. aeruginosa est l’espèce la plus étudiée notamment en termes de répartition géographique.

Lorsqu’elle est sous sa forme libre, elle est peu compétitive dans les sols mais montre une certaine attirance pour les milieux hydriques. En effet,  elle a un fort potentiel de colonisation des surfaces humides de par ses capacités à survivre en milieu oligotrophe c’est-à-dire pauvre en nutriment et à résister à de nombreux biocides, produits destinés à détruire, repousser ou rendre inoffensifs les organismes nuisibles.

P. aeruginosa, comme certaines autres bactéries gram-négatives, se développe sous forme d'agrégats structurés appelés biofilms[40], où ses cellules sont enrobées d'une matrice composée de polymères extracellulaires complexes. Ces biofilms forment une barrière physique contre l'entrée d'agents antimicrobiens[41] - [40], et sont partiellement responsables des infections des poumons persistantes par P. aeruginosa chez les patients immunocompromis atteints de mucoviscidose[41] - [42] - [43] - [44]. La formation du et par le biofilm est contrôlée par des signaux de cellule-à-cellule, et des mécanismes contrôlés par le quorum sensing[45] - [42] - [46] - [47] - [48] basés sur la notion de « perception du quota » (quorum sensing) et de « masse critique » : la nature et donc la fonction des molécules signalant les échanges de cellule-à-cellule changent à partir d'une concentration donnée des bactéries. Les bactéries présentes dans un biofilm sont moins actives métaboliquement donc moins réceptives aux agents antimicrobiens[49] et aux disruptions environnementales[40]. Le biofilm joue un rôle actif dans le processus de communication entre cellules bactériennes.

Une fois ces biofilms fixés, ils relarguent des bactéries dans l’organisme à des fréquences plus ou moins espacées, par conséquent le patient infecté est difficilement soignable du fait de l’omniprésence de P. aeruginosa.

On peut ainsi retrouver P. aeruginosa dans les canalisations, les réseaux d’eaux de distribution publique (EDP), les eaux usées, la robinetterie, les siphons, ainsi que les objets et linges de toilette des environnements hospitaliers ou encore dans les dispositifs médicaux contenant des liquides (humidificateurs des respirateurs artificiels). De cette manière, ce genre bactérien est apte à coloniser notamment les eaux minérales présentes dans les industries d’embouteillage provoquant une contamination chez plusieurs consommateurs. Elle peut également contaminer certains produits alimentaires tels que le lait cru ou le fromage, et parfois les légumes notamment les salades et les champignons lavés à l’eau.

La lactoferrine, présente dans la muqueuse, diminue la formation de biofilm chez P. aeruginosa, ce qui peut protéger contre les infections persistantes[43]. Des recherches sont faites pour des traitements par la déstructuration des biofilms, l'inhibition des facteurs de virulence connus par la dégradation des enzymes messagers, et la régulation de gènes guidant les signaux intercellulaires et les mécanismes de quorum sensing[50] - [51] - [52] - [53] - [54].

L'acide salicylique est un métabolite phénolique produit par les plantes. Il joue un rôle notamment dans l'induction de réponse de défense des plantes contre des attaques pathogènes. Travaillant avec les plantes Arabidopsis thaliana et avec les animaux Caenorhabditis elegans, Cryz et al. (1984)[3] ont montré que des Arabidopsis t. génétiquement modifiées (lox2 et cpr5-2) pour produire plus d'acide salicylique, réduisent la formation et l'attachement du biofilm fait par P. aeruginosa PA14 sur leurs racines. Le même effet a été démontré avec des Arabidopsis sauvages amendées avec de l'acide salicylique (ce qui augmente la concentration interne de cet acide dans la plante).

L'acide salicylique affecte trois facteurs de virulence connus de PA14 : la pyocyanine, la protéase, et l'élastase. P. aeruginosa produit plus de pyocyanine lorsque l'hôte est manipulé génétiquement (lignée transgénique NahG) pour accumuler moins d'acide salicylique que la plante naturelle. L'acide salycilique inhibe donc la synthèse et la sécrétion de la pyocyanine in vivo.

Des cellules de P. aeruginosa développées dans une culture de peptone-tryptic soja montrent une réduction par 50 % de l'activité de l'élastase et de la protéase si on y ajoute de l'acide salicylique ou des dérivés : acide acétyl-salicylique, salicylamide, acide méthyl salicylique; ou encore de l'acide benzoïque, un précurseur métabolique de l'acide salicylique.

De l'acide salicylique ajouté à des pelouses infectées par P. aeruginosa a diminué de façon significative la capacité de ce dernier à tuer les vers, sans diminuer l'accumulation des bactéries dans l'intestin des nématodes. L'acide salicylique agirait donc directement sur P. aeruginosa, diminuant les facteurs de virulence de la bactérie.

Analysé par microarray, on voit que l'acide salicylique affecte l'expression physiologique de 331 gènes chez P. aeruginosa, réprimant sélectivement la transcription d'exoprotéines et autres facteurs de virulence, diminuant ainsi sa virulence sans pour autant en affecter les gènes d'entretien. Ceci s'ajoute à son rôle connu comme molécule signal pour l'activation du système défensif de la plante.

France

L'arrêté[55] du 14 mars 2007 relatif aux critères de qualité des eaux conditionnées, aux traitements et mentions d'étiquetage particuliers des eaux minérales naturelles et de source conditionnées ainsi que de l'eau minérale naturelle distribuée en buvette publique impose pour Pseudomonas aeruginosa un nombre de zéro bactéries par 250 ml à l'émergence et au cours de la commercialisation (analyses à commencer au moins trois jours après le prélèvement au captage, le conditionnement, avec échantillons conservés à température) ambiante.

Il est possible de contracter une infection humaine à Pseudomonas aeruginosa. Il s'agit en général d'un germe hospitalier responsable d'infections nosocomiales, mais il se rencontre également en ambulatoire chez les patients atteints de mucoviscidose. Il peut aussi être isolé du conduit auditif externe lors d'otites externe.

Pseudomonas aeruginosa est résistant à un grand nombre d'antibiotiques. Il ne faut donc jamais les traiter en monothérapie. Les antibiotiques actifs contre P. aeruginosa[56] sont les carbapénèmes, certaines fluoroquinolones (la ciprofloxacine à forte dose en est un exemple), certaines pénicillines (piperacilline-tazobactam) ainsi que des céphalosporines de troisième génération (par exemple la ceftazidime)

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Un projet AEROPATH [57] vise à développer des antibiotiques efficaces contre les « superbactéries » antibiorésistantes aux traitements multi-médicamenteux entretenant des épidémies nosocomiales, et Pseudomonas aeruginosa est au centre de ce travail qui se fera en étudiant et modélisant aussi les points faibles du métabolisme et des protéines de P. aeruginosa et de souches nosocomiales de stenotrophomonas et d’acinetobacter, y compris via l’étude de leurs génomes.

D’autres cherchent des traitements alternatifs (ensemencement avec une souche microbienne peu dangereuse qui occuperait l’espace sans laisser la place aux pseudomonas, soit de l'écologie microbienne). Enfin, il existe d'autres approches du type de l'asticothérapie, phytothérapie, etc. Une thèse soutenue à l'Université de Johannesburg a montré (2020) que l'extrait de goyave (Psidium guajava) L. inhibe la croissance de P. aeruginosa in vitro [58].