Microbiote et Pollution : Trahison au Coeur des Poumons

Par Selen Ay, Diane Saindrenan, Tanguy Pieplu et Lucie Guichard

Mots clés : Bionum

Embouteillages, pics de pollution… ça fout un coup au moral ! Pas qu’au moral d’ailleurs, les poumons aussi en prennent un coup. Les bactéries souvent inoffensives qui peuplent nos voies respiratoires en profitent alors pour se retourner contre nous. Suivons le destin de l’une de ces bactéries, Axella, et de son hôte, Roger lorsque ce dernier déménage en ville et contracte une infection des voies respiratoires.

Prologue

Lundi 6 janvier – 8h15 – Dans la voiture de Roger – Sur l’A4 direction Porte de Bercy

*Klaxon + radio qui annonce un pic de pollution*

“Elle va avancer cette twingo couleur pisse, ou quoi !?” Roger, la quarantaine entamée, essaya de se détendre en fumant une cigarette. Seul point positif de sa séparation avec sa femme cinq mois plus tôt : elle ne pouvait plus l’empêcher de fumer dans la voiture ! Suite à ce divorce, Roger avait laissé sa petite bourgade creusoise derrière lui et avait déménagé à Paris. Mais les nerfs de Roger étaient constamment mis à l’épreuve depuis son arrivée dans la capitale et particulièrement dans les embouteillages. Une cigarette ne suffisait plus à le détendre. Il descendit donc la fenêtre de sa voiture pour insulter copieusement le conducteur de cette twingo particulièrement laide quand un motard surgit dans un nuage de gaz d’échappement. Roger, stoppé dans son élan se répandit alors en toux et crachât ses poumons par la fenêtre.

Chapitre 1

Lundi 6 janvier – 8h30 – Dans le nasopharynx de Roger

Alors qu’elle dormait paisiblement au sein du nasopharynx de Roger, la bactérie Axella fut soudain réveillée par une forte odeur inconnue et aperçut alors un menaçant nuage noir se diriger droit sur elle. En 40 ans de cohabitation avec Roger, elle n’avait jamais assisté à pareil phénomène.

Axella, de son nom complet Moraxella catarrhalis [1], vivait dans le nasopharynx de Roger, plus précisément entre la cavité nasale et le pharynx, dans les voies respiratoires supérieures [2].

Elle y avait développé un biofilm, une communauté de bactéries coopératives adhérant entre elles et à une surface. Ce biofilm était formé, en plus des bactéries, d’une couche adhésive et protectrice qui procurait à ses occupantes un habitat paisible et fixe, à l’abri des conditions environnementales hostiles [3].

Axella partageait son biofilm avec ses voisins : Haemophilus influenzae, alias Théophilus [4], et Streptococcus pneumoniae, alias Strella [5].

Mais Axella et ses amis n’étaient pas des squatteurs, ils participaient au bon fonctionnement du corps de Roger en lui apportant des vitamines et des nutriments. De plus, elles le protégeaient des microbes mal intentionnés en formant une barrière de défense entre les cellules de Roger et l’extérieur. Mais leur relation était fragile car en effet il arrivait parfois que certaines bactéries passent du côté obscur du microbiote suite à un stress causé par l’environnement (antibiotiques, pollution, etc.). Elles devenaient alors pathogènes et infiltraient les défenses de Roger, provoquant ainsi des infections bactériennes.

Chapitre 2

Mardi 14 janvier – 19h – Dans l’immeuble de Roger

Roger se vautra sur son canapé, une bière à la main, et alluma la télévision. Il se remémora l’échange qu’il venait d’avoir avec sa jolie voisine dans le hall. “La honte, est-ce que j’suis vraiment si mal en point ?” Sa voisine l’ayant vu entrer dans l’immeuble tout essoufflé, avait innocemment demandé s’il rentrait du sport, mais ce n’était pas le cas. Il alluma une cigarette pour se changer les idées bien que cela fut mauvais pour ses bronches fragilisées par son asthme infantile. La blague de mauvais goût du commentateur télé le fit rire mais il fut soudain pris d’une violente quinte de toux. Ce n’était pas la première de la journée et il se dit qu’il serait sans doute nécessaire de consulter un médecin.

Chapitre 3

Mardi 14 janvier – 21h – Dans le nasopharynx de Roger

Des tremblements, le sol qui vibre, des cris affolés, tel fut le réveil agité d’Axella. Une étrange ambiance régnait au sein de sa communauté du microbiote respiratoire. Depuis que le nuage noir avait posé bagages dans leur quartier, Axella et ses voisins se comportaient bizarrement. Mais quel était donc ce nuage qui rendait tout le monde fou ? Certaines vieilles bactéries du biofilm prétendaient que ce nuage noir était du monoxyde de carbone dû à la pollution atmosphérique. Le nuage avait poussé Strella à coloniser les voies respiratoires basses de Roger. De plus, le monoxyde de carbone qui le composait fragilisait le biofilm d’Axella et Théophilus qui s’effritait peu à peu sous les vibrations. Axella sentait son accroche aux parois du nasopharynx de Roger diminuer. Il ne lui restait ainsi plus qu’une seule solution : s’engager elle aussi vers l’inconnu et coloniser les cellules de Roger, ou risquer à tout instant de se faire emporter par une vague de mucus.

Suivie de Théophilus, Axella s’accrocha alors aux cellules de Roger à l’aide de ses protéines membranaires, de petites ancres présentes à sa surface. Ces petites ancres s’emboitèrent dans les récepteurs des cellules de Roger, telle une clé dans une serrure, et Axella et Theophilus furent aussitôt avalées par les cellules du nasopharynx. Ce processus, appelé endocytose [6], ne manqua pas de traumatiser Axella et Theophilus qui n’avait jamais été avalés auparavant mais ils étaient parvenu à entrer dans les cellules de Roger et c’est tout ce qui comptait.

Axella et Théophilus poursuivirent donc leur exploration en direction des voies respiratoires inférieures de Roger en passant de cellule en cellule. Elles se firent recracher puis à nouveau avaler tant de fois par les cellules de Roger que cet étrange processus devint presque banal. Cependant, leur entrée ne passa pas inaperçue : les gardiens de Roger, les cellules de son système immunitaire, détectèrent le comportement pathogène de ces bactéries jusque-là inoffensives. “Qui les a autorisés à entrer dans les cellules ? Ces inconscientes se rendent elles compte des dégâts qu’elles pourraient causer ?!” Le système immunitaire réagit en conséquence et lança une réaction inflammatoire en réponse à cette invasion. Il augmenta la température du corps de Roger en espérant ralentir la descente d’Axella et Théophilus vers les tissus respiratoires plus profonds. “Est-ce qu’il ne ferait pas plus chaud ?” pensa Axella. Mais peu importe, l’énergie nouvelle qui la parcourut lui permit de continuer son avancée malgré la hausse de température.

Chapitre 4

Mercredi 15 janvier – 1h – Dans le studio de Roger

Roger se réveilla en sursaut. Il était en sueur et la douleur au fond de sa gorge le tiraillait. Il essaya de se rendormir mais en vain. Il se leva et se mit à faire les cent pas dans son appartement avant de se résigner à prendre rendez-vous avec un médecin. Aucune disponibilité avant la semaine suivante. Roger se dirigea vers la salle de bain et crachat un gros glaire dans son lavabo avant d’être pris d’une nouvelle quinte toux. Il resta ainsi, debout dans sa salle de bain, une bonne heure durant.

Chapitre 5

Mercredi 15 janvier – 1h15 – Dans la trachée de Roger

Un tsunami avait bien failli emporter Axella ! Elle était encore sous le choc d’avoir vu ses voisines disparaître dans cette épaisse vague de mucus. Mais Axella se sentait de plus en plus énergique. Depuis l’arrivée du nuage de monoxyde de carbone, elle était plus vivante, elle n’arrêtait pas de se multiplier. Qu’importe que son biofilm se soit effrité ! Après tout, la vie en communauté est overrated se disait-elle. Elle continua donc son périple plus bas dans les voies respiratoires de Roger, dans les cellules de la trachée. Les tremblements et les tsunamis fréquents ainsi que la température de plus en plus élevée inquiétaient légèrement Axella, qui se demandait bien ce qui pouvait en être la cause mais rien ne pouvait l’arrêter. Le nuage de carbone était également descendu plus bas dans les voies respiratoires de Roger. Les microparticules qui le constituaient étaient tellement petites que le nuage avait déjà atteint les alvéoles pulmonaires. Axella savait que c’était un mauvais présage car ces alvéoles permettaient à Roger d’absorber l’oxygène.

Axella et Théophillus s’inquiétaient également pour leur ami Strella, pour qui le monoxyde de carbone avait facilité la migration vers les voies respiratoires inférieures de Roger encore plus rapidement. Peut-être était-ce Strella qui avait provoqué ce tsunami qu’elles venaient d’affronter, ou encore cette hausse de température importante qui sévissait depuis plusieurs heures ?

Chapitre 6

Mercredi 22 janvier – 10h – Chez le médecin

Roger lâcha son exemplaire d’Auto-Moto sur la table de la salle d’attente et épongea son front avant d’entrer dans le cabinet du médecin. Après quelques questions sur sa venue, Roger dû souffler dans un spiromètre pour mesurer ses capacités respiratoires. Le médecin gribouilla quelques chiffres sur son calepin, s’assit, posa ses lunettes et annonça alors à Roger :

• “Monsieur Bernard, vous avez très probablement une Bronchopneumopathie Chronique Obstructive…
• Une Bronchoquoi ?
• La BPCO, Monsieur Bernard. C’est une inflammation des voies respiratoires qui cause un rétrécissement voire une obstruction des voies respiratoires, c’est pour cela que vous avez du mal à respirer [8]. On observe aussi généralement une forte sécrétion de mucus et une destruction des alvéoles pulmonaires qui permettent en temps normal les échanges gazeux lors de la respiration.

Lillie Purser, PhD, University of Leicester8 : Schéma explicatif de la BPCO

Vous l’aviez déjà contracté à cause de votre statut de fumeur de longue date et d’asthmatique, mais cela n’a fait que s’aggraver, sûrement à cause de l’importante pollution de l’air en ville. Ainsi, à cause de la forte hausse du monoxyde de carbone dans l’air ambiant, vous êtes désormais en phase d’exacerbation de la BPCO [9], et cela peut être très dangereux pour vous et votre santé. Mais ne vous inquiétez pas Monsieur Bernard je vais vous prescrire des médicaments qui vont vous soulager.

• Ouf j’ai eu peur un instant ! Vous pensez que je serais guéri en combien de temps ?
• Attention ne vous méprenez pas Monsieur Bernard, la BPCO ne peut pas être guérie mais si vous suivez mes indications vous pourrez ralentir voire même inverser les symptomes.
• Hein ? Mais je vais jamais aller mieux ???
• Votre état devrait s’améliorer si vous prenez des bronchodilatateurs qui vont dilater vos bronches. Mais vous devez également arrêter de fumer c’est évident.
• Oui évidemment docteur j’vais arrêter la clope !
• J’aimerais également que vous alliez faire des analyses pour mesurer les niveaux de bactéries dans vos voies respiratoires. Des études récentes ont en effet démontré que le monoxyde de carbone pourrait rendre certaines bactéries du microbiote respiratoire pathogènes, et ces bactéries seraient la raison de cette exacerbation aiguë de la BPCO. Cela expliquerait également votre fièvre car elle me semble élevée pour une simple inflammation des bronches. Vous avez peut-être une infection bactérienne dans la trachée.
• Donc j’ai une BPCO et une infection bactérienne ???
• Doucement ! En fonction des résultats de vos analyses et de votre réponse aux médicaments, je pourrais poser un diagnostic final.
• D’accord bah merci beaucoup Docteur !”

Le médecin tendit à Roger son ordonnance puis le raccompagna à la porte.

Une semaine après, les bronchodilatateurs commençaient à faire effet, il était moins essoufflé que d’habitude. Cependant ses maux de gorge et sa fièvre étaient toujours là. Lorsque Roger reçu ses résultats d’analyse il apprit qu’il avait effectivement une infection bactérienne. La bactérie Moraxella catarrhalis pour laquelle il était jusque-là porteur sain était devenue pathogène suite à son exposition au monoxyde de carbone. Le médecin lui fit alors une ordonnance pour des antibiotiques qu’il prit immédiatement.

Chapitre 7

Mercredi 29 janvier – 15h – Dans les profondeurs des bronches infectées de Roger

Axella se relaxait avec ses camarades de voyage lorsqu’une onde de choc traversa la cellule dans laquelle ces dernières avaient monté le camp. Des sirènes retentirent alors et des cris se firent entendre. “C’est une attaque antibiotique !!!” s’exclama une bactérie paniquée. “Cela n’a aucun sens” rétorqua Axella, “Pourquoi Roger, prendrait-il des antibiotiques ? Il sait à quel point nous -son microbiote- sommes importantes pour sa santé ! Jamais il ne nous trahirait ainsi !” La suite se passa très vite. Axella eu à peine le temps de se mettre à l’abri qu’elle vit sa voisine exploser sous ses yeux. La pluie d’antibiotiques faucha ses camarades en une fraction de seconde et elle sentit leurs corps lui tomber dessus. Elle suffoqua sous leur poids et se sentit perdre connaissance.

C’est alors que, dans un dernier instant de lucidité, Axella comprit : depuis le début, tout était de sa faute. Les tremblements alias la toux, les tsunamis alias les sécrétions de mucus, les changements de température alias la fièvre ; tout cela c’est elle qui l’avait causé. Ce nuage de monoxyde de carbone l’avait poussé à commettre des atrocités, à faire du mal à Roger. Elle sentit la rage bouillonner en elle, mais c’est surtout un sentiment de culpabilité qui l’envahit. Certes, de par son statut de bactérie opportuniste, elle ne pouvait pas culpabiliser d’avoir sauté sur l’occasion d’envahir son hôte. Mais cela faisait bien longtemps que ce désir autodestructeur avait disparu. Au contraire, ces dernières années, elle avait vécu en parfaite symbiose avec Roger, elle l’avait vu traverser nombre d’épreuves, elle l’avait soutenu pour surmonter chacunes d’entre elles : la plus tragique, la perte de sa femme, avait été très dure pour Axella également. C’est pourquoi elle se sentit bafouée dans sa dignité en réalisant que cette pollution de l’air l’avait poussé à se retourner contre son meilleur ami. Ainsi, Axella, tel Jack sauvant Rose, tel Horatius face aux Étrusques, décida de se sacrifier afin de laisser Roger en paix. Elle utilisa ses dernières forces pour se relever et poussa le corps de ses amies défuntes de côté.

Axella se tenait debout, seule, au milieu d’un champ de bataille jonché des corps de ses camarades. Elle leva les yeux vers la membrane de la cellule et une molécule antibiotique se déposa sur sa paroi. Elle sentit des fissures parcourir son corps, le recouvrir, puis plus rien. C’en était fini d’Axella.

Fin au choix : Happy Ending ou Less Happy Ending

Happy Ending

Mercredi 5 février – 7h – Chez Roger

Une semaine après le début de son traitement aux antibiotiques, Roger se réveilla paisiblement. Il n’avait plus de fièvre, plus de mal de gorge et il avait désormais moins de mal à respirer. Il regarda son vieux paquet de clopes avec envie en se préparant mais se retint d’en prendre une. En sortant de chez lui, Roger croisa sa charmante voisine qui lui fit remarquer qu’il avait bonne mine. Ce compliment le mit de bonne humeur. Alors qu’il rentrait dans sa voiture, Roger se surprit à siffloter. Il alluma son GPS car aujourd’hui il n’allait pas au travail mais chez le kiné pour sa première séance de kinésithérapie respiratoire. C’est le médecin qui lui avait prescrit ces séances qui étaient censées l’aider à contrôler ses quintes de toux. Roger avait espoir que s’il continuait sur la voie de la guérison il pourrait un jour se prendre un abonnement à la salle de sport et pourquoi pas trouver le courage d’inviter sa jolie voisine au restaurant.

Less Happy Ending

Mercredi 5 février – 19h – En bas de chez Roger

Après avoir affronté sa journée de travail et les embouteillages du périph, Roger arriva enfin en bas de son immeuble. Il sortit de sa voiture et décida de se griller une clope. Le médecin l’avait mis en garde, mais cela faisait déjà une semaine qu’il résistait, il ne tenait plus. Qu’importe, ce n’était jamais qu’une clope se disait-il, cela ne pourrait guère lui faire de mal.

Il inspira une bouffée de fumée lorsqu’il fut pris d’une violente quinte de toux. Il cracha un mucus noirâtre dans le caniveau et le regarda disparaître dans la bouche d’égout, accompagné par l’urine du chien de la voisine. Et c’est ainsi, chers lecteurs, que les cadavres d’Axella et ses camarades finirent dans les égouts de la banlieue parisienne, sans même une cérémonie d’enterrement.

Bibliographie

Pour en savoir plus sur :

→ Le rôle du microbiome pulmonaire dans le développement de certaines pathologies pulmonaires chroniques :

Andréjak et Delhaes, « Le microbiome pulmonaire en 2015: Une fenêtre ouverte sur les pathologies pulmonaires chroniques », médecine/sciences, Novembre 2015 https://doi.org/10.1051/medsci/20153111011

→ La pollution et son impact sur la santé :

Prévention des risques majeurs “Pollution de l’air” https://www.gouvernement.fr/risques/pollution-de-l-air

Définition “Monoxyde de carbone”, futura sciences

Pour les plus curieux :

→ L’impact de la pollution sur les bactéries :

Hussey et al., « Air Pollution Alters Staphylococcus Aureus and Streptococcus Pneumoniae Biofilms, Antibiotic Tolerance and Colonisation », Environmental Microbiology, 2017 https://doi.org/10.1111/1462-2920.13686

→ L’infection par Moraxella catarrhalis :

Spaniol et al., « Outer Membrane Protein UspA1 and Lipooligosaccharide Are Involved in Invasion of Human Epithelial Cells by Moraxella Catarrhalis », Microbes and Infection, Janvier 2008 https://doi.org/10.1016/j.micinf.2007.09.014

Blakeway et al., « Virulence Determinants of Moraxella Catarrhalis », Microbiology, Octobre 2017 https://doi.org/10.1099/mic.0.000523

→ L’exacerbation de la BPCO par des facteurs bactériens :

Dy et Sethi, « The Lung Microbiome and Exacerbations of COPD », Current Opinion in Pulmonary Medicine, Mai 2016 https://doi.org/10.1097/MCP.0000000000000268.

Haldar et al., « Microbiome Balance in Sputum Determined by PCR Stratifies COPD Exacerbations and Shows Potential for Selective Use of Antibiotics », PloS One, 2017 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182833

Dickson, Martinez, et Huffnagle, « The Role of the Microbiome in Exacerbations of Chronic Lung Diseases », Lancet, Août 2014 https://doi.org/10.1016/S0140-6736(14)61136-3.

→ Les antibiotiques contre les infections intracellulaires

Kamaruzzaman, N. F., Kendall, S., & Good, L. (2017). Targeting the hard to reach: Challenges and novel strategies in the treatment of intracellular bacterial infections. British Journal of Pharmacology, 174(14), 2225–2236. https://doi.org/10.1111/bph.13664