Diagnostic de l’infection à Legionella

Abstract

Les légionelles, qui sont des causes importantes de pneumonie chez l’homme, continuent d’être étiquetées à tort comme des agents pathogènes exotiques. La capacité à diagnostiquer une infection à Legionella est limitée par la nature non spécifique des caractéristiques cliniques et les lacunes des tests de diagnostic. Malgré des améliorations récentes, les tests de diagnostic existants pour l’infection par Legionella manquent de sensibilité pour détecter toutes les légionelles cliniquement importantes ou sont incapables de fournir des résultats dans un délai cliniquement utile. Il est important de comprendre l’épidémiologie locale de Legionella pour décider s’il faut tester l’infection à Legionella et quels tests de diagnostic utiliser. Dans la plupart des situations, l’utilisation du test de l’antigène urinaire et de la culture des expectorations est la meilleure combinaison diagnostique. La réaction en chaîne par polymérase (PCR) est un outil prometteur, mais les tests standardisés ne sont pas disponibles dans le commerce. Les travaux futurs doivent se concentrer sur le développement de tests d’antigènes urinaires qui détectent un plus large éventail de légionelles pathogènes et sur le développement de tests PCR standardisés.

La maladie du légionnaire continue d’avoir la réputation d’être une infection exotique. Au contraire, lorsqu’elles sont systématiquement recherchées, les espèces de Legionella sont systématiquement reconnues comme l’une des causes courantes de pneumonie. En dehors du cadre de la recherche, cependant, les diagnostics confirmés de légionellose sont peu fréquents. Cette incapacité à diagnostiquer la maladie du légionnaire dans la pratique courante est en grande partie le résultat de 3 facteurs : l’incapacité à distinguer cliniquement et radiographiquement la maladie du légionnaire des autres causes de pneumonie, l’incapacité à prescrire des tests de diagnostic de l’infection par Legionella et les lacunes des tests de diagnostic disponibles. La maladie du légionnaire est plus justement décrite comme un diagnostic insaisissable plutôt que comme une infection exotique.

Bien que les méthodes de diagnostic se soient améliorées au cours des 25 années qui ont suivi la première description de Legionella pneumophila, aucun test actuellement disponible ne permet de diagnostiquer la maladie du légionnaire en temps opportun avec un degré élevé de sensibilité et de spécificité. En effet, certains auteurs ont remis en question la prescription systématique de tout test microbiologique pour les patients atteints de pneumonie, étayée par des données suggérant que ces tests n’influencent pas de manière significative le choix de l’antibiothérapie et le résultat du patient . Récemment, Marrie a soutenu que cette approche du diagnostic de la maladie du légionnaire était erronée. Le fait de ne pas tester l’infection par Legionella peut retarder la reconnaissance des épidémies de maladie du légionnaire, peut manquer les changements dans l’épidémiologie de la maladie (y compris le développement de la résistance aux antimicrobiens) et peut empêcher les personnes de demander une indemnisation pour une infection acquise dans le cadre de leur travail. Il est important de noter qu’il est possible de sélectionner un sous-ensemble de patients pour lesquels le rendement des tests de diagnostic de l’infection à Legionella est élevé et qui bénéficieraient d’un diagnostic spécifique.

Cette revue se concentre sur les tests de diagnostic actuels de l’infection à Legionella, avec un accent particulier sur les tests qui fournissent un diagnostic dans un délai qui affectera la gestion initiale de l’infection. En passant en revue les différents tests de diagnostic de l’infection à Legionella, il est important de garder à l’esprit plusieurs facteurs. Tout d’abord, des tests spécialisés sont nécessaires pour diagnostiquer une infection à Legionella, et ils doivent être spécifiquement demandés par le clinicien. Deuxièmement, il est important d’apprécier la distinction entre la performance d’un test dans un laboratoire de recherche et ce qui peut être réalisé de manière réaliste dans un laboratoire de diagnostic local. Des variations interlaboratoires considérables ont été documentées pour la capacité à cultiver les légionelles, et il est probable que cela s’applique également à d’autres tests. Troisièmement, l’interprétation des performances des tests de diagnostic est entravée par l’absence d’un « étalon-or » approprié. Les données de sensibilité et de spécificité calculées varieront en fonction des différents standards de comparaison. Quatrièmement, l’utilité des tests de diagnostic est influencée par l’épidémiologie locale de Legionella. Le sérogroupe 1 de L. pneumophila est la cause prédominante de légionellose dans de nombreuses régions du monde, sinon dans la plupart, et l’infection par cet organisme est plus facile à diagnostiquer que l’infection par d’autres espèces et sérogroupes de Legionella. Dans certaines régions, d’autres espèces et sérogroupes sont plus importants. Par exemple, Legionella longbeachae est une cause majeure de légionellose en Australie et en Nouvelle-Zélande, où elle est souvent associée à une exposition à des mélanges pour pots. L’infection par cette espèce ne sera pas détectée par les tests antigéniques urinaires actuels et sera manquée par les laboratoires qui effectuent des tests sérologiques uniquement pour L. pneumophila.

Culture

Le diagnostic par culture nécessite des milieux spéciaux, un traitement adéquat des spécimens et une expertise technique (tableau 1). Plusieurs jours sont nécessaires pour obtenir un résultat positif, la plupart des colonies de Legionella étant détectées dans les 3 à 5 jours. Le milieu standard utilisé pour la culture des légionelles est la gélose au charbon de bois tamponné et à l’extrait de levure (BCYE) complétée par de l’α-cétoglutarate, avec ou sans agents antimicrobiens. Ce milieu apporte du fer et de la L-cystéine, tous deux essentiels à la croissance des légionelles. La croissance de certaines espèces de Legionella (par exemple, Legionella micdadei et Legionella bozemanii) est favorisée par l’ajout de sérum-albumine bovine à la gélose BCYE, et l’ajout de colorants indicateurs au milieu peut faciliter l’identification. Les milieux de culture contenant du céfamandole inhiberont la croissance des espèces de Legionella qui ne produisent pas de β-lactamase, telles que L. micdadei et L. bozemanii .

Les légionelles peuvent être isolées à partir de divers types d’échantillons, bien que les sécrétions des voies respiratoires inférieures (par ex, expectorations et échantillons de bronchoscopie) sont les échantillons de choix. La principale limite de la culture des expectorations est que moins de la moitié des patients atteints de la maladie du légionnaire produisent des expectorations. D’autres facteurs influencent la sensibilité de la culture une fois qu’un échantillon d’expectoration est obtenu. Les bactéries Legionella peuvent survivre difficilement dans les sécrétions respiratoires, et ces échantillons doivent être traités rapidement. Certains patients atteints de légionellose produisent des expectorations relativement peu purulentes ; ces échantillons peuvent être rejetés par les laboratoires qui rejettent les échantillons d’expectoration contenant peu de leucocytes polymorphonucléaires. Par conséquent, les critères de rejet ne doivent pas être appliqués aux échantillons d’expectoration envoyés pour la culture de Legionella. L’expérience du personnel de laboratoire est également importante, et les laboratoires expérimentés dans la culture de Legionella sont plus susceptibles de récupérer l’organisme.

Les sensibilités estimées de la culture d’expectoration vont de <10% à ∼80% et varient en fonction des différentes normes de comparaison et par laboratoire individuel . Dans la pratique, les meilleurs résultats sont susceptibles d’être obtenus uniquement par les laboratoires qui s’intéressent particulièrement à l’infection par Legionella, et les sensibilités sont généralement <50% lorsque les résultats sérologiques sont utilisés comme norme. Les échantillons bronchoscopiques sont susceptibles de produire un meilleur rendement diagnostique que les échantillons de crachats expectorés.

Les espèces de Legionella peuvent être isolées à partir d’hémocultures, mais le rendement est faible. La croissance des légionelles est maintenue par les milieux d’hémoculture de routine mais peut ne pas activer l’alarme des machines d’hémoculture commerciales . Par conséquent, des sous-cultures aveugles sur des milieux solides sont nécessaires. Dans l’ensemble, le rendement des hémocultures est faible et il est peu probable qu’il influence la gestion clinique.

La coloration par anticorps fluorescent direct (Dfa)

La coloration Dfa peut détecter les légionelles dans les sécrétions respiratoires et les échantillons de tissus. Cette technique a l’avantage de fournir un résultat en 2-4 h, mais elle est techniquement exigeante et doit être réalisée par un personnel de laboratoire expérimenté. Les sensibilités rapportées de la coloration DFA varient, sont systématiquement inférieures à celles de la culture, et sont moins précisément connues pour les espèces autres que L. pneumophila. Pour les sécrétions des voies respiratoires inférieures, les sensibilités sont généralement comprises entre 25 % et 66 %, les échantillons de liquide de lavage broncho-alvéolaire ayant un rendement plus élevé que les échantillons transtrachéaux ou les expectorations. La spécificité de la coloration DFA a été estimée à ∼94% , bien que le test soit susceptible d’être moins spécifique dans des mains inexpérimentées. Des résultats faussement positifs peuvent être obtenus en raison de réactions croisées avec d’autres bactéries, notamment Bacteroides fragilis, Pseudomonas species, Stenotrophomonas species et Flavobacterium species. Les réactions croisées peuvent être moins problématiques lorsque des agents DFA à anticorps monoclonaux sont utilisés. Des problèmes de sensibilité et de spécificité ont limité l’utilisation de la coloration DFA, et un résultat DFA positif en l’absence d’autres preuves à l’appui n’est maintenant généralement pas accepté comme suffisant pour le diagnostic de l’infection à Legionella.

Détection de l’antigène urinaire

La détection de l’antigène soluble de Legionella dans les échantillons d’urine est une méthode rapide qui fournit un diagnostic précoce de l’infection à Legionella et a été un outil utile pour l’enquête sur les épidémies de légionellose . Des kits commerciaux utilisant à la fois les méthodologies RIA et EIA sont disponibles depuis plusieurs années et présentent des caractéristiques de performance similaires. Récemment, un test immunochromatographique (NOW Legionella Urinary Antigen Test ; Binax) a été développé et présente une sensibilité et une spécificité similaires à celles de l’EIA . Ce test est facile à réaliser et peut fournir un résultat en 15 min.

Pour la détection de L. pneumophila sérogroupe 1, les tests d’antigènes urinaires ont des sensibilités de l’ordre de 70 % à 100 % et des spécificités proches de 100 % . Les sensibilités peuvent être augmentées jusqu’à 20 % par une concentration de 25 fois des échantillons d’urine avant le test. Le principal inconvénient de ces tests est leur incapacité à détecter de manière fiable des organismes autres que le sérogroupe 1 de L. pneumophila. Des tests à large spectre qui détectent les antigènes solubles d’une grande variété d’espèces de Legionella ont été développés mais ne sont pas disponibles dans le commerce. Le Biotest Legionella Urine Antigen EIA (Biotest) est destiné à détecter les légionelles autres que L. pneumophila sérogroupe 1, mais il le fait de manière moins fiable qu’il ne détecte L. pneumophila sérogroupe 1. Des résultats faussement positifs pour l’antigène urinaire sont apparus chez des patients atteints de la maladie sérique .

L’antigénurie de Legionella peut être détectée dès le premier jour après l’apparition des symptômes et persiste pendant des jours à des semaines. Dans un cas, l’excrétion d’antigènes a été documentée pendant >300 jours . Des antigènes solubles de Legionella ont également été détectés dans des échantillons autres que l’urine, y compris des échantillons de crachats, de tissus pulmonaires, de sérum et de liquide pleural, bien que l’utilisation de ces échantillons n’ait pas été complètement évaluée.

La recherche d’antigènes urinaires est maintenant un outil établi et précieux pour le diagnostic de la maladie du légionnaire, en particulier dans les régions où le sérogroupe 1 de L. pneumophila est la cause la plus fréquente de la maladie. Dans les endroits où seule une minorité d’infections est causée par le sérogroupe 1 de L. pneumophila, les tests d’antigènes urinaires actuellement disponibles contribuent moins aux tests de laboratoire existants.

Tests sérologiques

Les tests sérologiques pour l’infection par Legionella sont un outil épidémiologique précieux mais ont peu d’impact sur la prise de décision clinique en raison du délai avant qu’un résultat soit disponible. Les anticorps produits en réponse à l’infection sont généralement un mélange d’IgA, IgM et IgG, et les tests doivent détecter tous les types pour une sensibilité optimale. La mesure des IgM spécifiques est un marqueur peu fiable de l’infection aiguë, car les anticorps IgM peuvent persister pendant de longues périodes. La séroconversion peut prendre plusieurs semaines, ce qui constitue une limite majeure des tests sérologiques. Dans la plupart des cas, une multiplication par 4 du titre d’anticorps est détectée en 3 à 4 semaines, mais dans certains cas, cela peut prendre >10 semaines . L’obtention trop précoce d’échantillons de sérum en phase de convalescence entraîne sans aucun doute de nombreux résultats faussement négatifs et explique probablement en partie les 20 à 30 % de patients atteints de la maladie du légionnaire qui ne développent pas de réponse anticorps détectable. Cependant, il est clair qu’une proportion de personnes ayant une infection avérée par Legionella ne présente pas de séroconversion détectable . En pratique, les cliniciens devraient être encouragés à obtenir des échantillons de sérum en phase de convalescence 3 semaines après le début de la maladie pour les tester en parallèle avec le sérum obtenu pendant la phase aiguë. S’il n’y a pas de séroconversion après cette période et que l’on soupçonne toujours une infection à Legionella, un échantillon supplémentaire en phase de convalescence doit être obtenu.

Parmi les différentes méthodes de détection des anticorps qui sont disponibles, l’immunofluorescence indirecte est le test de référence standard. Une augmentation de 4 fois ou plus du titre d’anticorps réciproque à ⩾128 est considérée comme diagnostique. Des titres d’anticorps réciproques en phase aiguë de ⩾256 en présence d’une pneumonie étaient autrefois considérés comme suffisants pour un diagnostic présomptif, mais il a été démontré que cela n’était pas fiable , notamment en raison de la prévalence élevée de la positivité des anticorps anti-Legionella chez certaines personnes sans preuve clinique de légionellose. Il n’y a pratiquement aucun rôle pour tester des échantillons de sérum uniques.

Un autre inconvénient des tests sérologiques est l’incapacité à détecter avec précision toutes les espèces et tous les sérogroupes de Legionella. Bien que la séroconversion à L. pneumophila sérogroupe 1 soit généralement considérée comme hautement prédictive de la maladie, la sensibilité et la spécificité de la séroconversion à d’autres espèces et sérogroupes n’ont pas été rigoureusement confirmées. En outre, la formation d’anticorps à réaction croisée entre les membres de la famille des Legionellaceae peut rendre difficile la détermination de l’espèce ou du sérogroupe infectant. Certains patients présentant une infection non liée au sérogroupe 1 de L. pneumophila présentent une séroconversion vers le sérogroupe 1 de L. pneumophila. Inversement, l’identification basée sur la séquence des produits PCR de Legionella provenant de patients qui ont eu une séroconversion vers des espèces de Legionella autres que L. pneumophila indique que certains étaient probablement infectés par L. pneumophila (observations non publiées). Des anticorps à réaction croisée sont également trouvés occasionnellement chez des patients présentant des infections causées par des bactéries autres que Legionella, notamment des pseudomonades, des mycobactéries, des espèces de Bacteroides et des espèces de Campylobacter. Une réaction croisée intéressante se produit entre L. bozemanii et Rickettsia typhi en raison d’un antigène partagé .

Amplification de l’acide nucléique

Récemment, les techniques de détection de l’ADN se sont révélées prometteuses pour le diagnostic rapide de l’infection par Legionella. La PCR permet l’amplification spécifique de quantités infimes d’ADN de Legionella, fournit des résultats dans un délai court et a le potentiel de détecter les infections causées par n’importe quelle espèce et sérogroupe de Legionella. Actuellement, la PCR de Legionella n’est disponible que dans un nombre limité de laboratoires qui utilisent une variété de tests internes.

La PCR a été utilisée avec succès pour détecter l’ADN de Legionella dans une gamme d’échantillons environnementaux et cliniques. Lors de l’analyse d’échantillons provenant des voies respiratoires inférieures, il a été démontré à plusieurs reprises que la PCR avait une sensibilité égale ou supérieure à la culture. En effet, la PCR pourrait être considérée comme le test de choix pour les patients qui produisent des expectorations. Le rôle de la PCR pour tester d’autres types d’échantillons est moins clair. L’ADN de Legionella peut être détecté dans les échantillons d’urine, de sérum et de leucocytes prélevés chez des patients atteints de la maladie du légionnaire, avec une sensibilité de 30 à 86 % . La sensibilité de la PCR est susceptible d’augmenter lorsque l’on teste des échantillons obtenus au début de la maladie et que l’on teste >1 type d’échantillon de chaque patient . Les écouvillons de gorge peuvent également être un échantillon approprié pour le test PCR, mais cette application n’a été évaluée que dans une seule étude .

Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour établir une méthode PCR standard qui sera suffisamment robuste pour être utilisée en dehors du cadre d’un laboratoire de recherche. Son application à des échantillons non respiratoires est particulièrement intéressante, car elle permettra de contourner le problème des patients qui ne produisent pas d’échantillons d’expectoration. Le développement d’un test PCR optimal a été compliqué par la contamination intermittente de certains kits commerciaux d’extraction d’ADN par de l’ADN de Legionella. L’utilisation de ces kits pour traiter les échantillons peut entraîner des résultats faussement positifs et souligne l’importance d’inclure des contrôles appropriés dans chaque série de tests.

Stratégie de test

Parce que la maladie des légionnaires ne peut pas être distinguée cliniquement ou radiographiquement des autres causes de pneumonie, la décision de tester l’infection à Legionella peut être difficile et est souvent prise de manière erratique. Il est important de connaître l’épidémiologie locale. Dans les régions où les espèces de Legionella sont une cause fréquente de pneumonie, certains laboratoires ont choisi de mettre systématiquement en culture sur milieu Legionella tous les échantillons d’expectoration obtenus chez les patients atteints de pneumonie. Cependant, peu de laboratoires sont en mesure de justifier le coût supplémentaire associé à la culture systématique de Legionella. Dans la plupart des endroits, l’incidence de l’infection à Legionella est inconnue, et la décision de prescrire des tests de diagnostic de l’infection à Legionella est généralement limitée aux patients à risque, aux patients atteints de pneumonie grave et aux scénarios d’épidémie. Il est certainement possible de sélectionner un sous-ensemble de patients pour lesquels le rendement des tests de diagnostic de Legionella est susceptible d’être relativement élevé. Ce groupe comprend les personnes âgées, les fumeurs, les personnes immunodéprimées, les personnes souffrant d’une maladie pulmonaire chronique, les patients résidant dans des hôpitaux dont les réserves d’eau sont colonisées par Legionella et les personnes exposées à des mélanges de potting. L’incidence de la maladie du légionnaire est plus élevée chez les patients atteints de pneumonie grave, et tous les patients atteints de pneumonie qui sont admis dans une unité de soins intensifs devraient être testés pour cette infection.

Dans les endroits où le sérogroupe 1 de L. pneumophila est la cause prédominante de l’infection par Legionella, ou lors d’une épidémie d’infection par le sérogroupe 1 de L. pneumophila, le test de l’antigène urinaire est un outil de diagnostic particulièrement précieux. La mise au point d’un test commercial d’antigène urinaire qui détecte également de manière fiable d’autres agents pathogènes humains de Legionella constituerait une avancée majeure et en ferait probablement le test de diagnostic de choix dans presque tous les contextes. Dans les zones géographiques où les légionelles autres que L. pneumophila sérogroupe 1 sont des agents pathogènes numériquement importants, les tests actuels d’antigènes urinaires sont encore utiles mais ne doivent pas être utilisés comme seul outil de diagnostic. Si elle est disponible, la PCR Legionella associée à la recherche d’antigènes urinaires est probablement la meilleure stratégie de test initial qui permettra de détecter toutes les espèces de Legionella et de fournir des résultats dans un délai qui aura une incidence sur la gestion clinique.

Lorsque la PCR n’est pas disponible, la recherche d’antigènes urinaires associée à la culture d’échantillons des voies respiratoires inférieures est la meilleure combinaison de tests. La culture reste un outil de diagnostic important, mais sa sensibilité relativement faible et la dépendance à l’égard de la disponibilité d’un échantillon des voies respiratoires inférieures la rendent inadéquate en tant que test de diagnostic unique. Bien que les tests sérologiques n’aient aucun impact sur la prise en charge initiale, ils peuvent être utiles si un diagnostic spécifique n’est pas posé pendant la phase aiguë de l’infection, mais les échantillons de la phase aiguë et de la phase de convalescence doivent être testés en parallèle. Lors d’une suspicion de légionellose, une approche agressive du diagnostic est justifiée, ce qui impliquerait l’utilisation d’une combinaison de méthodes de test.

Les espèces de Légionella peuvent occasionnellement causer la fièvre de Pontiac, une maladie aiguë, fébrile et non pneumonique caractérisée par un taux d’attaque élevé, une courte période d’incubation et une récupération rapide. Le diagnostic de la fièvre de Pontiac repose généralement sur la reconnaissance des caractéristiques cliniques typiques lors d’une épidémie, et le diagnostic est confirmé par des tests sérologiques sur les personnes affectées. L’utilisation de la culture est largement limitée à l’analyse d’échantillons environnementaux pour déterminer la source de l’épidémie, bien que L. pneumophila sérogroupe 1 ait été isolé d’un aspirat trachéal d’un enfant atteint de la fièvre de Pontiac .

Conclusions

L’infection à Legionella est sans aucun doute sous-reconnue. Le diagnostic repose sur l’utilisation de tests spécialisés, souvent en combinaison. Les tests d’antigènes urinaires, la culture des expectorations et les tests PCR des échantillons des voies respiratoires inférieures sont les outils diagnostiques les plus importants pour la détection de l’infection à Legionella au début de la maladie. La mise au point de tests d’antigènes urinaires permettant de détecter un plus large éventail de légionelles pathogènes et le développement de tests PCR standardisés constitueront des avancées majeures dans le diagnostic des légionelles. La disponibilité et l’utilisation accrues de tests de diagnostic améliorés aideront à mieux caractériser l’épidémiologie de la maladie des légionnaires, y compris l’incidence réelle et la variation géographique.

Remerciements

Je suis reconnaissant à Steve Chambers pour ses commentaires utiles sur l’article en manuscrit.

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