Les circuits et réseaux d’eau subissent épisodiquement des problèmes de contamination par des microorganismes tels que Legionella pneumophila, conduisant à la dégradation de la qualité microbiologique de l’eau circulante. De nouveaux moyens de traitements doivent être mis en place de façon notamment à limiter l’usage de biocides chimiques. Ce travail de thèse s’inscrit dans cette problématique et a pour objectif d’identifier de nouveaux composés actifs contre L. pneumophila en tenant compte de son comportement et de ses interactions au sein de son microenvironnement. De manière à obtenir des composés produits par des souches bactériennes appartenant à la même niche écologique que L. pneumophila, une campagne de prélèvement d’eau a été réalisée. Un total de 273 isolats environnementaux ont été isolés et testés contre L. pneumophila. Les résultats obtenus indiquent que 178 de ces isolats (65%) présentent une activité anti-Legionella. Quatre souches ont ensuite été sélectionnées (Aeromonas bestiarum SW257, Rahnella aquatilis SW265, Flavobacterium spp. PW52 et Pseudomonas spp PW329) et les composés actifs produits ont été caractérisés. A. bestiarum SW257 produit un peptide anti-Legionella. Flavobacterium sp. PW52 produit un mélange de composés anti-Legionella ayant des propriétés tensioactives, les flavolipides. Pseudomonas sp. PW329 produit des composés organiques volatiles, identifiés par SPME-GC-MS, actifs contre L. pneumophila. Enfin, R. aquatilis SW265 produit un sidérophore à activité anti-Legionella. / Water is essential to sustain life and water sources used for human consumption must be biologically safe, to avoid any risk for health. Indeed, the most common and widespread health risk associated with drinking water are infectious diseases caused by pathogenic microorganisms such as Legionella pneumophila. However, more efforts are needed to control disinfection by-products and minimize people exposure to potentially hazardous chemicals while maintaining adequate disinfection to ensure good water quality. Thus, this work aimed to find natural antibacterial compounds to control L. pneumophila growth using bacteria from freshwater environments. Environmental aquatic bacteria were sampled from five freshwater sources to get a large culturable bacterial collection. A total of 273 bacterial isolates were recovered and screened for their ability to produce anti-Legionella compounds. Among those, 178 (65%) were shown to be active against L. pneumophila. Four strains (Aeromonas bestiarum SW257, Rahnella aquatilis SW265, Flavobacterium spp. PW52, and Pseudomonas spp PW329) were next selected for the characterization of their active compounds. A. bestiarum SW257 produces an anti-Legionella peptide, and Flavobacterium spp PW52 produces a mixture of anti-Legionella compounds with surface active properties, named flavolipids. Finally Pseudomonas sp. PW329 delivers many volatile organic compounds, and R. aquatilis SW26 produces a anti-Legionella siderophore.

Les pompes d'efflux sont des complexes macromoléculaires qui permettent l'efflux des antibiotiques à travers les deux membranes (interne et externe). Ces pompes, spécifiques des bactéries Gram négatif, constituent l'un des acteurs majeurs du phénomène de résistance aux antibiotiques, en contribuant ainsi à la résistance intrinsèque et acquise de ces bactéries à de nombreuses molécules utilisées en antibiothérapie. Chez P. aeruginosa, ces pompes appartiennent pour la plupart à la famille des transporteurs RND. Ce sont des complexes tripartites constitués d'un transporteur de la membrane interne (RND), d'un adaptateur périplasmique (MFP) et d'un canal de la membrane externe (OMF). Ces composants ont été caractérisés individuellement chez de nombreuses bactéries. Cependant, les mécanismes qui régissent l'assemblage et la dissociation de la pompe, essentiels pour son fonctionnement, demeurent mal compris. Nous nous sommes donc intéressés au cours de ce travail aux pompes à efflux de Pseudomonas aeruginosa. Nous avons notamment procédé à la caractérisation structurale du canal OprN de la pompe MexEF-OprN impliquée dans la résistance aux fluoroquinolones et à la caractérisation biophysique du transporteur RND MexY de la pompe MexXY-OprM, spécifique des aminoglycosides. Nous avons étudié en parallèle le mécanisme d'ouverture du canal OprM seul in vitro (aspects structuraux) et in vivo (aspects fonctionnels) au sein de la pompe assemblée. Nos résultats montrent que les OMFs de P. aeruginosa présentent des similitudes avec les OMFs d'autres bactéries Gram négatif, mais également des différences, notamment pour OprN et OprM au niveau de l'interaction avec leurs partenaires ou encore pour OprM concernant l'ouverture du canal. Nous avons par ailleurs participé à l'étude in vitro de l'assemblage et du transport à travers la pompe MexAB-OprM, reconstituée au sein de protéoliposomes, confirmant l'importance de l'acylation de la MFP dans la formation du complexe et montrant l'importance de la force proto-motrice dans l'assemblage de la pompe mais pas dans sa dissociation. En parallèle de l'étude des pompes à efflux, nous nous sommes intéressés à un autre système de résistance, impliqué dans la dégradation des antibiotiques. Nous avons donc réalisé, en collaboration avec le Pr Patrick Plésiat (laboratoire de Bactériologie de Besançon), la modélisation de mutants de la beta-lactamase AmpC de P. aeruginosa, permettant de lier les effets fonctionnels observés à des hypothèses de modifications conformationnelles. / Multidrug efflux systems are membrane transport proteins that are used to translocate a wide variety of drugs across the inner and the outer membranes of Gram-negative bacteria, leading to natural and acquired antimicrobial resistances.Most of the multidrug transporters of P. aeruginosa belong to the resistance-nodulation-cell division (RND) superfamily.They function as three-component assemblies made of an inner membrane transporter (RND), a periplasmic membrane fusion protein (MFP) and an outer membrane factor channel (OMF). Along with functional studies, many crystal structures of the individual components of the pump have been solved but the interactions underlying the complex assembly and the opening mechanism of the outer channel remain unclear. In this study, we investigated structural and functional insights of P. aeruginosa efflux pumps. We solved the crystal structure of the MexEF-OprN efflux pump outer membrane channel OprN mainly involved in fluoroquinolones resistance. Our new structure highlights the differences between P. aeruginosa and other Gram-negative bacteria OMFs that could explain their specific interaction with the cognate MFP partners. We also purified and characterized the inner membrane transporter MexY from the MexXY-OprM efflux pump, which is the major determinant of aminoglycosides resistance in P. aeruginosa. Besides, we solved the crystal structure of a mutatedform of the outer membrane channel OprM in order to understand its opening mechanism. We also investigated in vivo effect of the OprM mutants in antibiotics resistance by MIC measurements and tried to correlate with the observed structural modifications leading to the open state. Moreover, we set up a new in vitro test allowing the investigation of the assembly of the MexAB-OprM efflux pump. Our results showed the importance of MexA and its lipid anchor in promoting and stabilizing the complex assembly. In addition, as a side project with the group of Pr Plésiat (laboratoire de Bactériologie de Besançon), we built different structural models of AmpC mutants from overproducing clinical isolates,showing the possible conformational changes that lead to the resistance increase.

Τρεις ευρέως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι τυποποίησης, μια βιοχημική (API20NE), μια φαινοτυπική (SDS-PAGE) και μια μοριακή (RAPD) χρησιμοποιήθηκαν για την ταυτοποίηση και ταξινόμηση 160 περιβαλλοντικών ψευδομονάδων που απομονώθηκαν από το υδάτινο περιβάλλον της Νοτιοδυτικής Ελλάδας και συγκεκριμένα από εμφιαλωμένα νερά (46%), νερά δικτύου ύδρευσης (16%), κολυμβητικών δεξαμενών (9%) και θαλασσών (29%). Οι ψευδομονάδες ταυτοποιήθηκαν με βάση το βιοχημικό τους αποτύπωμα δια μέσου του συστήματος ΑΡΙ20ΝΕ, και στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε ηλεκτροφόρηση των ολικών πρωτεϊνών τους (SDS-PAGE) και σε ανάλυση του γενετικού τους υλικού με τη μέθοδο RAPD (Random Amplified Polymorphic DNAs) με χρήση δύο διαφορετικών δεκαμερών εκκινητών (primers). Το σύστημα API20NE ταυτοποίησε το 88% των στελεχών διακρίνοντας 14 ομάδες-είδη, ενώ η SDS-PAGE ταξινόμησε το 98.1% σε 20 ομάδες και η RAPD το 94% των στελεχών σε 22 και 34 ομάδες, με εκκινητή τον OPA-13 και τον OPD-13 αντίστοιχα. Η ταξινόμηση προέκυψε με εφαρμογή της ανάλυσης κατά συστάδες (cluster analysis) των αποτυπωμάτων (πρωτεϊνικών και γενετικών) που παρήγαγαν τα στελέχη. Τα 20 στελέχη που δεν ταυτοποιήθηκαν σε επίπεδο είδους με το API20NE, ταξινομήθηκαν με την SDS-PAGE σε ποσοστό 100%, ενώ με την RAPD σε ποσοστό 90%. Οι τρεις μέθοδοι συγκρίθηκαν ως προς την επαναληψιμότητα (reproducibility), την ικανότητα τυποποίησης (typeability) και τη διακριτική ικανότητα (discriminatory power). Την μεγαλύτερη επαναληψιμότητα έδωσαν το API20NE και η RAPD με τον εκκινητή OPA-13, την μεγαλύτερη ικανότητα τυποποίησης η SDS-PAGE, ενώ τη μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα έδωσε η RAPD με τον εκκινητή OPD-13. Η πλέον σωστή ταξινόμηση, όπως προέκυψε από τη διακριτή ανάλυση, επιτεύχθη με τη μέθοδο SDS-PAGE. Η παρούσα εργασία αποδεικνύει ότι τα βιοχημικά συστήματα ταυτοποίησης (όπως το API20NE) μπορούν να χρησιμοποιηθούν με αξιοπιστία μόνο για αδρή αναγνώριση των περιβαλλοντικών ψευδομονάδων. Πληροφορίες σε βάθος για την ταυτότητα και τη φύση τους μπορούν να εξαχθούν με τη περαιτέρω εφαρμογή ηλεκτροφορητικών και μοριακών μεθόδων. Δεδομένης της ευρείας διασποράς, της ετερογένειας και της, έστω και δυνητικής, παθογόνου δράσης των ψευδομονάδων, είναι σημαντικό, από πλευράς δημόσιας υγείας, ο προσδιορισμός της ταυτότητάς τους να γίνεται με συνδυασμένη εφαρμογή βιοχημικών, ηλεκτροφορητικών και μοριακών μεθόδων ώστε να καθίσταται δυνατή η αναγνώριση στελεχών που μπορούν να αποτελέσουν αιτιολογικούς παράγοντες ασθενειών, ιδιαίτερα σε ομάδες υψηλού κινδύνου. / Three broadly used typing techniques, one biochemical (API20NE), one phenotypic (SDS-PAGE) and one molecular (RAPD), were employed for the identification and taxonomy of 160 environmental pseudomonas isolated from the aquatic environment in Southwestern Greece. In particular, the isolates were obtained from bottled waters (46%), potable waters (16%), waters from swimming pools (9%) and seawaters (29%). The isolates were identified by the system API20NE and then subjected to whole-cell protein electrophoresis (SDS-PAGE) and Random Amplified Polymorphic DNAs (RAPD) using two 10-mer primers. The API20NE system identified 88% of the whole bacterial population and classified them in 14 species, while SDS-PAGE classified 98.1% of the isolates in 20 groups and RAPD classified 94% of the strains in 22 groups using the primer OPA-13 and 34 groups using the primer OPD-13. The classification was achieved by applying cluster analysis in the protein or RAPD fingerprints of the isolates. Twenty isolates that could not be identified by the API20NE system, at least to the species level, were classified by the SDS-PAGE and the RAPD in a percentage of 100% and 90%, respectively. The reproducibility, typeability and discriminatory power of the three methods were compared to evaluate their application. The API20NE and the RAPD assay with primer OPA-13 showed better reproducibility in comparison with the other methods; the higher typeability was achieved by the SDS-PAGE assay while the higher discriminatory power was that obtained by the RAPD method with the primer OPD-13. The SDS-PAGE gave the higher percentage of “correctly classified” isolates, as it was assessed by discriminant analysis. This study shows that the rapid identification systems, such as the API20NE, may be reliable only for a rough characterization of environmental Pseudomonas. In order to acquire further information about their identities, other phenotypic and molecular techniques have to be applied. Given the ubiquity, heterogeneity and pathogenicity, either established or potential, of the environmental pseudomonas it is important, from a public health point of view, to monitor the identities of environmental Pseudomonas isolates using the combination of specific methods, so as to be possible for strains, which can serve as causative agents of diseases, especially in high risk population, to be recognizable.