Définition de l’endotoxine
L’endotoxine est une forme de sucre. C’est une structure composée de complexes de lipides et de sucres. Cette structure est appelée lipopolysaccharide ou LPS.
Cette structure est un composant nécessaire aux bactéries gram négatives pour maintenir l’intégrité de leur paroi cellulaire. C’est un composant majeur de leur paroi cellulaire et il est important pour leur survie. La classification des bactéries en gram négatif ou gram positif est basée sur une méthode de coloration microscopique appelée coloration de Gram. Deux colorants sont appliqués. Le premier colorant est bleu ou violet. Il est suivi d’un agent décolorant, puis du second colorant, qui est rouge. Les bactéries qui conservent la couleur de la première teinture sont dites gram positives. Les bactéries qui perdent la couleur du premier colorant mais conservent la couleur du second colorant sont dites gram négatives.
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Le LPS est également appelé endotoxine car c’est une toxine située à l’intérieur de la cellule bactérienne. La théorie initiale était que l’endotoxine est libérée lorsque la bactérie meurt. On sait maintenant que les bactéries libèrent de petites quantités d’endotoxine dans le cadre de leur métabolisme normal, bien que la majorité soit toujours retenue à l’intérieur de la cellule.
LPS est structurellement divisé en trois parties principales, l’antigène O, l’oligosaccharide de noyau et le lipide-A. La structure la plus externe est le O-antigène. Il est appelé antigène car il constitue la cible de reconnaissance de la réponse immunitaire de l’hôte ou de l’homme. L’antigène O est une séquence répétitive de glycanes. Cette séquence est variable et produit différents types d’antigènes O. Il en existe 160 types connus dans la seule bactérie E. coli. De telles différences biologiques contribuent à la variabilité globale des tests de LAL.
Le domaine central contient simplement plusieurs chaînes de sucre ainsi que certains composants non glucidiques tandis que la molécule de lipide-A est le composant le moins variable du LPS. Elle ancre le LPS à la paroi cellulaire. Une fois la paroi cellulaire dégradée, le Lipide-A est libéré de la cellule bactérienne et est le composant responsable des effets toxiques du LPS sur le corps humain.
La réponse immunitaire
Une fois à l’intérieur du corps, les cellules de défense naturelle comme les macrophages et les monocytes reconnaissent la bactérie comme étrangère. Ce processus de reconnaissance est médié par les antigènes des bactéries, dont l’antigène O du LPS. Les bactéries peuvent parfois échapper à la destruction mais sont normalement dégradées par nos cellules de défense. Les endotoxines situées dans la bactérie sont alors libérées dans la circulation et exercent leurs effets délétères. Les cellules de défense de notre organisme libèrent également des substances susceptibles de stimuler des voies qui aggravent les effets négatifs des endotoxines.
La cascade du complément, par le biais des substances C3a et C5a, provoque la libération d’histamine, un effecteur majeur de la réponse allergique. La cascade du complément provoque généralement une vasodilatation et une inflammation.
La réponse inflammatoire est médiée par la libération de substances qui incluent les cytokines interleukines, les prostaglandines et le facteur de nécrose tumorale. Les interleukines sont pyrogènes, elles provoquent la réponse fébrile. En dehors de l’inflammation, ces substances sont également les médiateurs de la réaction de choc.
La voie de la coagulation est également activée. On observe généralement une agrégation des plaquettes, une dilatation des vaisseaux sanguins et une augmentation de la fuite des parois des vaisseaux. Les substrats nécessaires à la formation d’un caillot sanguin peuvent être diminués ou épuisés en cas d’endotoxémie. Cette déplétion, ainsi que la dilatation des vaisseaux et l’augmentation des fuites contribuent à la survenue d’hémorragies lors d’une infection bactérienne.
Bactéries à endotoxine
Il existe de nombreuses bactéries gram négatives cliniquement significatives. Une compréhension de leur biologie et de leur pathogénicité nous permettra de mieux comprendre l’importance du LAL dans la sécurité et la prévention des maladies.
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Bordetella pertussis est l’agent responsable de la maladie, la coqueluche. Avant le développement de son vaccin, cette bactérie avait un taux d’infection et de mortalité élevé. B. pertussis produit la toxine de la coqueluche qui a la capacité d’inhiber le système immunitaire. Il s’agit principalement d’une infection des voies respiratoires qui peut produire des symptômes similaires à ceux du rhume. Elle se caractérise par un bruit de coqueluche lorsque la personne infectée respire.
Neisseria meningitides est une bactérie qui provoque la méningite et la méningococcémie. La méningite est l’infection des méninges ou de la paroi du cerveau et de la moelle épinière. Les méninges s’enflamment et peuvent augmenter la pression sur le cerveau. Les symptômes de la méningite peuvent inclure une raideur de la nuque, de la fièvre, des maux de tête, une altération de l’état mental et des convulsions. La méningococcémie est l’infection de cette bactérie dans la circulation sanguine. Les symptômes de la méningococcémie peuvent comprendre de la fièvre, des douleurs articulaires, des frissons et même une coagulation intravasculaire disséminée (CIVD), caractérisée par la formation de petits caillots de sang à l’intérieur des vaisseaux sanguins qui peuvent obstruer la circulation sanguine. La personne infectée peut présenter des pétéchies ou de petites hémorragies multiples sous la peau, des ecchymoses et des hémorragies graves et incontrôlées.
Une autre espèce de Neisseria, N. gonorrhea est connue pour provoquer la maladie sexuellement transmissible, la gonorrhée. Les symptômes de la gonorrhée peuvent varier en fonction de l’organe infecté. Elle peut provoquer la cécité dans les infections oculaires, des écoulements purulents au niveau des organes génitaux et une infection systémique grave. N. gonorrhea libère des boursouflures ou des bulles contenant du LPS pendant sa croissance. Selon la théorie, le LPS est à l’origine du processus pathologique de la gonorrhée.
La toxine de Shiga a été décrite dans la pire épidémie d’E. coli de 2011 en Allemagne. La souche d’E. coli était O104:H4 qui produisait une endotoxine provoquant des diarrhées sanglantes. La toxine de Shiga est également la toxine connue de la bactérie qui cause la dysenterie, Shigella dysenteriae. Les symptômes peuvent inclure une diarrhée qui peut devenir sanglante, des douleurs abdominales et des urines sanguinolentes. S. dysenteriae provoque l’une des pires formes de dysenterie. La bactérie et l’endotoxine peuvent se propager par le biais d’aliments et d’eau contaminés et sont souvent liées à un manque de lavage des mains lors de la préparation des aliments. La bactérie S. dysenteriae et son endotoxine est donc une cible importante de la détection LAL, en particulier dans l’industrie alimentaire et de l’eau.
Le choléra est une maladie qui provoque une diarrhée aqueuse. La bactérie à l’origine de cette maladie est Vibrio cholerae. V. cholerae sécrète une toxine qui entraîne la progression de la maladie chez l’homme. La maladie peut se manifester par une diarrhée aqueuse brutale accompagnée de douleurs abdominales et de vomissements. Le pire spectre de la maladie est appelé choléra grave et peut même être fatal pour les patients non traités, en particulier les enfants. La bactérie et sa toxine peuvent être propagées par de l’eau contaminée. Les autres modes de propagation sont les poissons, les crustacés et autres aliments contaminés qui n’ont pas été correctement traités. Les personnes sont également des porteurs naturels de V. choléra, de sorte que la transmission peut également être causée par un lavage des mains et une manipulation des aliments inappropriés.
Les contaminants les plus connus des aliments sont Salmonella typhi, l’agent responsable de la maladie de la fièvre typhoïde et Escherichia coli. S. typhi est un parasite naturel de l’homme. E. coli est un habitant naturel de l’appareil digestif humain. Les souches inoffensives d’E. coli sont nécessaires à la production de la vitamine K ; cependant, certaines souches d’E. coli peuvent nuire à l’organisme, comme la souche O104:H4 qui produit la toxine de Shiga. La plupart des maladies qui se développent dans ces bactéries productrices de toxines doivent être transmises par des produits commerciaux contaminés, notamment les aliments et l’eau. Les effets indésirables de l’infection peuvent être assez graves. Ils peuvent être aggravés à un degré encore plus grand par une distribution de masse affectant plusieurs individus à un moment donné.
La compréhension de ce processus pathologique conduit au bénéfice évident apporté par le test d’endotoxine LAL avant l’étape de distribution des produits préparés commercialement qui interagissent avec le corps humain.