Habitat des Coccidioides spp.
Les régions qui sont endémiques pour la coccidioidomycose sont généralement caractérisées par un climat semi-aride qui facilite la propagation des spores de Coccidioides dans l’air. Les hivers doux typiques des régions endémiques offrent des conditions optimales pour la croissance du champignon, et les étés secs et chauds facilitent la dispersion des arthroconidies. Cependant, la distribution des Coccidioides spp. dans le sol des régions endémiques est irrégulière, même dans les régions où l’incidence de l’infection est élevée.
Les premières études à décrire l’habitat des Coccidioides ont été celles d’Egebert et al. et d’Elconin et al. et de Lacy et Swatek ; ces chercheurs ont obtenu des isolats fongiques à partir d’échantillons de sol à forte salinité et ont suggéré qu’une salinité élevée du sol pouvait être une condition nécessaire au développement du champignon. Les spores de Coccidioides sont également connues pour se développer dans les sols alcalins sableux riches en matière organique et en sels. Fisher et al. ont confirmé que l’habitat des Coccidioides dans les régions endémiques est également caractérisé par des sols présentant des niveaux élevés de nutriments essentiels tels que le fer, le calcium et le magnésium. En outre, d’autres résultats de Fisher et al. confirment la capacité de ce champignon à se développer dans presque tous les types de sols désertiques, y compris ceux dont le pH est faible ; ce champignon peut également tolérer des températures extrêmes de l’air allant de -40,0 à 48,8 °C et des températures du sol allant de -6,5 à 60,5 °C. Les auteurs soulignent également que les facteurs abiotiques dans les zones endémiques peuvent fournir des conditions favorables à la croissance des Coccidioides. Un contenu organique plus important dans le sol peut conduire à une plus grande disponibilité des nutriments pour la croissance fongique, tandis qu’une salinité accrue et des températures élevées peuvent diminuer la compétition avec d’autres micro-organismes. Par exemple, de fortes concentrations de borate de sodium dans le sol peuvent être antiseptiques pour certains microorganismes mais pas nécessairement pour les Coccidioides . Plus récemment, les travaux de De Macedo et al. ont confirmé les caractéristiques environnementales décrites précédemment pour l’habitat des Coccidioides spp. par l’identification positive d’isolats de Coccidioides dans des échantillons de sol obtenus dans des régions semi-arides de l’État de Piauí, dans la région nord-est du Brésil.
Dabrowa et al. ont déterminé la présence de champignons potentiellement pathogènes dans les zones intertidales. Bien que les auteurs n’aient pas été en mesure de confirmer les isolats positifs de C. immitis, il est possible que ce champignon soit présent dans les zones intertidales compte tenu de la présence endémique de Coccidioides dans tout le sud-ouest des États-Unis. De plus, il a été démontré précédemment que C. immitis est capable de survivre dans l’eau de mer et l’eau salée saturée jusqu’à 6 semaines en laboratoire. Il est important de noter que même dans ces conditions, C. immitis conserve la capacité d’infecter diverses espèces aquatiques telles que les crabes de rivière, les poissons rouges, les dauphins à nez de bouteille et les poissons lions. La concentration de C. immitis dans ces sédiments est naturellement élevée pendant la saison des pluies en raison de l’écoulement de l’océan ou des rivières. Au Mexique, malgré des isolations cliniques réussies de Coccidioides spp, le dépistage des échantillons environnementaux a été peu efficace, de sorte que Catalán-Dibene et al. ont exploré une zone hautement endémique près de la frontière entre les États-Unis et le Mexique, où des Coccidioides avaient déjà été détectés par des méthodes moléculaires. Dans cette étude, ils ont testé le sérum de 40 rongeurs piégés en utilisant ELISA, et ont détecté des anticorps contre le Coccidioides dans deux espèces : Peromyscus maniculatus et Neotoma lepida. Cette étude pose les bases de l’analyse de cet agent pathogène dans son environnement naturel.
Baptista-Rosas et al. ont généré un modèle de distribution des espèces de Coccidioides en utilisant une combinaison de plusieurs variables environnementales et de points de référence géospatiaux aux États-Unis et au Mexique, qui sont des lieux avec des isolats positifs de Coccidioides. Ce modèle suggère que les sols arides des déserts d’Amérique du Nord sont susceptibles de servir de niches écologiques pour les Coccidioides, en accord avec l’incidence plus importante de la maladie dans ces régions et les conclusions d’autres études.
À l’heure actuelle, les conclusions de diverses études s’accordent sur les traits écologiques qui définissent l’habitat des Coccidioides. Ce type de champignon est associé aux sols des régions arides, semi-arides et alcalines qui ont une végétation xérophile clairsemée, des températures moyennes élevées et une faible pluviométrie annuelle moyenne. Par conséquent, la capacité des Coccidioides à survivre dans des conditions aussi extrêmes représente un avantage par rapport aux autres micro-organismes, comme le suggère Baumgardner . D’après les travaux de De Hoog , le genre Coccidioides est constitué de champignons xérotolérants car ils peuvent se développer dans des conditions hostiles extrêmes. En outre, les Coccidioides peuvent être considérés comme des organismes halotolérants, car les deux espèces de ce genre tolèrent des concentrations élevées de sel, jusqu’à 8 %. Néanmoins, on sait peu de choses sur les mécanismes que les espèces de Coccidioides utilisent pour survivre dans des conditions de salinité élevée. Certaines stratégies que les Coccidioides peuvent utiliser pour survivre dans ces conditions peuvent inclure : (1) le maintien de concentrations salines intracellulaires élevées, osmotiquement ou au moins équivalentes à sa concentration externe (stratégie « salt-in ») lui permettant de s’adapter à un environnement alcalin. Toutefois, cela nécessite une adaptation particulière de ses systèmes intracellulaires ; et (2) le maintien de faibles concentrations en sel dans son cytoplasme (stratégie « compatible-solute »). La pression osmotique du milieu est équilibrée par des solutés compatibles (2-sulfotrehalose, tréhalose, saccharose, glycérol, bétaïne glycine, ectoïne et glycosilglycérol). Ces solutés n’affectent pas l’activité enzymatique car les concentrations élevées de sels inorganiques ne nécessitent pas une adaptation particulière des systèmes intracellulaires. Cependant, il reste à déterminer quelles stratégies sont utilisées par les Coccidioides pour survivre dans des conditions de salinité élevée.
Rôle des animaux comme réservoirs
Il a été suggéré que les animaux peuvent jouer un rôle dans l’enrichissement du sol en servant de substrat ou de facteur de croissance pour certains pathogènes . Par exemple, la croissance d’Histoplasma capsulatum ou de Cryptococcus neoformans est favorisée dans les sols riches en excréments et en matière organique d’origine animale .
Des auteurs ont proposé depuis plus de cinq décennies que les carcasses d’animaux puissent servir de support à la croissance de Coccidioides dans le sol . Cela a été soutenu par la découverte d’isolats positifs pour le champignon près des terriers des animaux , en revanche, les isolats du sol sans contact avec les animaux étaient négatifs pour le champignon . Il est important de souligner que, bien que certains travaux suggèrent l’existence de « points chauds » dans les zones endémiques ou les zones où la présence de Coccidioides est hautement probable, les tentatives d’isoler le champignon du sol ont été infructueuses. Néanmoins, la coccidioïdomycose a généralement été considérée comme une infection « classique » acquise dans le sol. Cependant, des travaux ont mis en évidence le rôle des animaux dans le cycle de vie du Coccidioides, avec la découverte d’isolats positifs au champignon dans des échantillons prélevés dans des terriers d’animaux dans la ville de Solonolpoles, dans l’État de Ceara, au nord-est du Brésil. Cette ville est située à une altitude de 155. 38 mètres au-dessus du niveau de la mer, a une température moyenne de 26-28,8 °C, connaît une saison des pluies de janvier à avril avec des précipitations annuelles moyennes de 700 mm et contient une végétation xérophile. Solonolpoles est situé dans une région semi-aride du Brésil et se caractérise par des températures élevées, des sécheresses fréquentes et un sol friable. Ces caractéristiques sont en accord avec celles décrites précédemment pour l’habitat des Coccidioides spp. et apportent un soutien supplémentaire à l’idée que les animaux peuvent enrichir le sol et agir comme un facteur de croissance important pour ce champignon. En outre, il a été proposé que les animaux infectés, tels que les chauves-souris et les tatous, puissent faire partie du cycle de vie des Coccidioides et donc agir comme des réservoirs du champignon .
Les résultats récents des analyses génomiques comparatives suggèrent que les Coccidioides spp. contiennent un nombre significatif de gènes qui sont importants pour les interactions avec les hôtes, et le nombre de gènes impliqués dans les interactions avec les hôtes est plus important que ceux qui sont importants pour la survie dans leur habitat naturel . Cette tendance est renforcée par la découverte de nombreux changements dans la composition génétique des Coccidioides, le plus grand changement se produisant dans le nombre de gènes qui sont importants pour la survie dans les habitats naturels. Par exemple, la diminution des gènes impliqués dans la dégradation de la paroi cellulaire (cellulase, tannase, cutinase et pectine lyase) se produit en même temps qu’une expansion du nombre de gènes impliqués dans l’utilisation des carcasses comme source d’énergie (protéase et kératinase). Certains de ces gènes codent pour des familles de protéases, comme les protéases à sérine extracellulaire, les protéases aspartiques et les Meps. Au moins dix gènes Mep (désignés comme Mep1 à Mep10) ont été trouvés dans Coccidioides posadasii, et la plupart d’entre eux ont été classés dans les familles M35 (deutérolysine) et M36 (fongysine). En somme, ces changements suggèrent que les Coccidioides spp. ne sont pas des champignons du sol typiques en ce qu’ils maintiennent une association étroite avec les animaux riches en kératine à la fois pendant l’infection d’un hôte vivant et après la mort de l’hôte en se développant dans la carcasse sous forme de mycélium .
Dans l’ensemble, ces résultats peuvent suggérer que la localisation des Coccidiodes spp. dans l’environnement est intimement liée aux activités de leur hôte. Le faible nombre d’isolats de champignons provenant d’échantillons de sol semble être en accord avec l’observation selon laquelle les Coccidiodes sont mieux adaptés à un cycle de vie qui inclut un hôte animal. En plus du faible nombre d’isolats de champignons qui peuvent être obtenus à partir d’échantillons de sol, le fait que la plupart des isolats de sol positifs sont trouvés en association avec de la matière organique provenant de carcasses d’animaux confirme les interactions complexes entre les hôtes. Par conséquent, sur la base de ces résultats, nous proposons que le cycle de vie des Coccidioides spp. dans l’habitat naturel du sol soit bref. Une fois que les Coccidioides spp. ont infecté un hôte, la maladie peut progresser, conduisant finalement à la mort de l’hôte et fournissant une nouvelle matière organique ensemencée de particules fongiques. Les températures élevées dans ces zones endémiques, combinées aux niveaux élevés de dioxyde de carbone qui résultent du processus de décomposition, fournissent un environnement optimal pour la transformation dimorphique des structures parasites (sphérules) des Coccidioides, donnant naissance aux formes infectieuses (arthroconidies). A la fin de ce cycle de vie, de nouveaux champignons infectieux sont disponibles pour la dispersion par des mécanismes établis (Fig. 1), permettant ainsi aux champignons d’infecter rapidement de nouveaux hôtes et de recommencer le cycle. Par conséquent, le temps passé par le champignon sans interaction avec l’hôte est bref, ce qui explique en partie la difficulté d’obtenir des isolats positifs pour le champignon à partir d’échantillons de sol (Fig. 1). La brève existence des Coccidioides spp. en l’absence d’un hôte peut être liée aux conditions environnementales extrêmes de la niche écologique. Les concentrations élevées de sel dans le sol ou l’eau représentent un défi énergétiquement coûteux pour la vie. Dans des conditions de salinité élevée, le champignon doit maintenir des gradients de concentration ionique pour assurer l’équilibre osmotique. Les conditions environnementales extrêmes ont entraîné des changements adaptatifs dans le génome des Coccidioides spp, conduisant à l’acquisition d’un petit nombre de nouveaux gènes qui sont principalement associés aux interactions entre le champignon et ses hôtes animaux. Par conséquent, ces changements génétiques assurent l’utilisation des animaux comme réservoirs par les Coccidioides spp. qui semblent fournir un environnement favorable au développement du champignon.
Les champignons appartenant au genre Coccidioides habitent des zones arides et semi-arides avec des sols alcalins et des températures extrêmes. Dans ces conditions, ils se développent sous forme mycélienne et développent des structures reproductives asexuées. (1) Ces structures peuvent être dispersées par le vent et trouver un hôte, principalement des mammifères, y compris l’homme, où des changements dimorphiques se produisent, donnant lieu à une forme parasitaire qui a des sphérules et des endospores. (2), Des centaines d’endospores sont libérées, et chaque endospore a la capacité de donner naissance à une autre sphérule, répétant le cycle de vie dans l’hôte. Chez l’homme, l’infection peut évoluer vers une maladie ou être éradiquée par le système immunitaire. De même, chez les animaux, l’infection peut ou non entraîner une maladie. En cas de maladie et de mort éventuelle de l’hôte, les Coccidioides sont exposés à l’environnement et retournent à une forme mycélienne (3), s’intégrant ainsi à nouveau dans leur habitat
Les conditions environnementales extrêmes présentes dans l’habitat naturel du sol des Coccidioides spp. ne sont pas favorables à la reproduction sexuée du champignon car ce processus nécessite une plus grande dépense énergétique . Nous suggérons que les Coccidioides spp. ont tendance à se reproduire de manière asexuée dans leur habitat naturel ; en revanche, lorsque le champignon rencontre un hôte animal approprié, la reproduction sexuelle peut reprendre, bien que la reproduction sexuelle n’ait pas été démontrée chez les Coccidioides spp. Ces changements dans les modalités de reproduction en fonction de l’habitat peuvent expliquer en partie la variabilité génétique des Coccidioides spp. .
Mécanismes de dissémination des Coccidioides spp.
La coccidioïdomycose a été rapportée chez un certain nombre d’espèces animales (tableau 1) ; cependant, à ce jour, le rôle des animaux dans l’épidémiologie de la maladie humaine n’a pas été pleinement pris en compte.
Il a été suggéré que les espèces animales terrestres domestiques et les espèces animales sauvages peuvent agir comme des disséminateurs de Coccidioides dans l’environnement, par exemple, en raison de mauvaises pratiques d’élimination des carcasses. Les champignons pathogènes, y compris les Coccidioides spp, peuvent se développer « in vitro » dans les composants inorganiques des os. Par conséquent, les carcasses d’animaux infectés peuvent héberger des Coccidioides spp. pathogènes et servir de niche écologique ou de réservoir à partir duquel le champignon pathogène peut être facilement dispersé par le vent et rapidement transporté sur de longues distances (Fig. 1). Le vent se déplaçant sur des carcasses ou des os infectés peut générer des bioaérosols, ce qui est un mécanisme probable de dispersion. Une autre caractéristique importante des Coccidioides spp. qui assure leur survie dans des conditions environnementales extrêmes est leur capacité à déposer de la mélanine dans leur paroi cellulaire et dans le cytoplasme des arthroconidies, des sphérules et des endospores, à l’exclusion des hyphes fongiques. Le dépôt de mélanine assure une protection contre les températures extrêmes et le rayonnement ultraviolet (UV) et, en général, contre le rayonnement solaire . Gostinčar et al. ont proposé un mécanisme par lequel la mélanine peut protéger le champignon Hortae werneckii d’une salinité élevée. Ce champignon est capable de synthétiser de la 1, 8-dihydroxy-mélanine pour se protéger du stress osmotique, ce qui suggère que les Coccidioides spp. qui sont également capables de synthétiser de la mélanine peuvent utiliser des mécanismes de protection similaires contre l’hypersalinité. De plus, les Coccidioides produisent des hydrophobines qui aident ce champignon à s’adapter et à survivre dans leur environnement. Il est intéressant de se demander comment ces composants structurels fongiques sont liés aux différents phénomènes qui se produisent sur les surfaces qu’ils rencontrent. Au niveau des micro-organismes, les phénomènes ou conditions de surface deviennent la force dominante, alors que des facteurs tels que la gravité sont généralement insignifiants. L’une des fonctions des hydrophobines est de contrôler les forces de surface. Lorsque les hyphes rencontrent des surfaces aqueuses, les hydrophobines qui les entourent fournissent une surface hydrophobe qui aide à rompre la tension superficielle, permettant ainsi la formation de micelles qui se séparent des milieux aqueux et se déplacent dans l’air, augmentant l’efficacité par laquelle les conidies diffusent dans l’air .
Le mouvement des humains et la migration d’autres mammifères peuvent servir d’autre mécanisme de dispersion fongique dans l’environnement . Un excellent exemple est la migration sur de longues distances des chauves-souris . Les travaux de Cordeiro et al ont démontré que ces mammifères sont infectés par les Coccidioides spp, ce qui peut appuyer l’idée que les chauves-souris sont des réservoirs et des disséminateurs de ce champignon. Le transfert d’espèces animales en captivité, par exemple des mammifères marins ou terrestres provenant de zones endémiques et pouvant être infectés par Coccidioides (Tableau 1), peut servir de mécanisme de dispersion de la maladie dans des régions non endémiques. Ces deux formes de dispersion fongique peuvent expliquer comment la transmission se produit dans les cas cliniques au sein des zones non endémiques, comme celles décrites dans l’état de Washington, où divers cas de coccidioidomycose ont été rapportés, y compris un cas de coccidioidomycose cutanée primaire, deux cas de pneumonie et un cas qui a évolué vers la méningite . En outre, Litvintseva et al. ont démontré la colonisation persistante des sols par C. immitis dans l’État de Washington à des infections humaines récentes et ont confirmé l’identité génétique entre les isolats provenant du sol et l’un des cas-patients.
Cette méthode de dispersion fournirait également une explication pour un isolat positif de C. posadasii qui a été obtenu à partir d’un patient qui a acquis la maladie à partir d’une région non endémique (Campeche, Mexique) et qui a signalé aucune excursion hors de son site de résidence . Une autre observation rarement citée mais d’une grande pertinence pour l’épidémiologie de la coccidioidomycose est un rapport du Nigeria sur deux poulets qui ont été analysés post-mortem et ont montré des isolats positifs de Coccidioides spp. La pertinence de ce rapport réside dans deux éléments spécifiques : premièrement, il représente le premier rapport de coccidioidomycose dans la région non endémique du Nigeria ; deuxièmement, il s’agit du premier rapport de l’infection chez les oiseaux, confirmant que les Coccidioides spp. sont capables d’infecter les non-mammifères. Un autre cas intéressant est celui d’un garçon chinois de 14 ans qui n’avait jamais visité ou été exposé à des matériaux importés de zones endémiques pour le Coccidioides et qui a pourtant été infecté et a souffert de coccidioidomycose. Pourtant, le garçon aurait été victime d’un épisode de noyade en mer. Bien que l’origine de l’infection ne soit pas claire, on sait que les Coccidioides peuvent survivre dans l’eau salée et qu’ils sont présents chez les mammifères marins. On suppose que les courants marins pourraient être en mesure d’entraîner les arthroconidies vers des zones non endémiques. Ces faits suggèrent que la zone de distribution géographique des Coccidioides est en expansion et que les champignons responsables de la coccidioidomycose s’adaptent à de nouveaux habitats qui peuvent avoir des caractéristiques différentes de celles décrites précédemment .
La transmission d’animal à animal nécessite un contact direct, comme la manipulation d’animaux infectés à la clinique ou l’inoculation directe de matériel infecté , qui se produit lors d’une morsure d’animal . Ce concept est soutenu par le travail de Lacy et Swatek qui ont rapporté la découverte de sphérules viables dans les tissus et les sécrétions des animaux.
Il existe divers rapports de coccidioidomycose chez les animaux domestiques qui ont été confirmés par des preuves sérologiques . Cela pose un problème de santé publique car la présence de Coccidioides spp. chez ces animaux suggère qu’ils peuvent servir de disséminateurs du champignon et donc constituer un danger possible pour la santé humaine.