Le développement de nouveaux antibiotiques est un enjeu majeur de santé publique. Etant donné, le fort potentiel des aminoglycosides en tant qu’antibiotique, ces composés ont attisé l’intérêt de plusieurs groupes de recherche. Cependant, leur usage est encore très limité, malgré leur ancienneté, du fait de leur toxicité et du développement toujours croissant des mécanismes de résistances aux aminoglycosides. Afin de mieux appréhender les problèmes inhérents à leur utilisation, il est crucial de mieux comprendre leur action sur les différentes cibles cellulaires, et d’étudier leur interaction avec leur cible moléculaire (ARN et protéine). En plus de leur pouvoir antibiotique, les aminoglycosides sont également des ligands universels pour des ARN, capables d’interagir spécifiquement avec notamment les ARN du VIH-1 suivants : DIS, TAR, RRE. L’élaboration d’aminoglycosides modifiés présente un énorme avantage car le domaine d’application, et en conséquence les retombées, sont grandes. Néanmoins, la complexité structurale de ces molécules est un frein majeur, la fonctionnalisation chimiosélective est indispensable mais malheureusement peu décrite dans la littérature. Dans le cadre de ce travail, nous avons développé deux types d’approches pour cibler le DIS et/ou le site A du ribosome bactérien. La première originale, mais risquée se base sur le concept de click in situ. La seconde approche est traditionnelle et est basée sur la fonctionnalisation sélective de certaines positions clés des aminoglycosides. / The development of new antibiotics is a major public health issue. Given the high potential of aminoglycosides as antibiotics, these compounds have aroused great interest in many research groups. However, despite their maturity, their use is still limited because of their toxicity and the increasing development of resistance mechanisms to aminoglycosides. To better understand the problems inherent to their use, it is crucial to understand their action a cellular level, and to study the interactions with their molecular targets (RNA and protein). In addition to their antibiotic power, aminoglycosides are also universal ligands for several RNAs, capable of specific interactions with RNAs of HIV-1: DIS, TAR and RRE. The elaboration of modified aminoglycosides presents a huge advantage because the domain of application, and therefore the benefits, are important. Nevertheless, the structural complexity of these molecules is a major constraint, chemoselective functionalization is essential but unfortunately poorly described in the literature.In this work, we developed two approaches to target the DIS and/or the A site of the bacterialribosome. The first one, unique but challenging is based on the concept of in situ click chemistry. The second approach is conventional and is based on the selective functionalization of some keypositions of aminoglycosides.

Suite à la découverte des antibiotiques, les succès thérapeutiques ont laissé présager un avenir où les maladies infectieuses d’origine bactérienne seraient éradiquées. Cependant, en moins d’un siècle, l’utilisation massive des antibiotiques à large spectre a conduit à l’émergence de résistances réduisant ainsi les options thérapeutiques. Mon projet de recherche vise à comprendre les altérations métaboliques et morphologiques bactériennes induites précocement par les antibiotiques et à contribuer au développement de tests diagnostiques rapides et fiables pour favoriser la mise en place d’antibiothérapies plus ciblées. Grâce au suivi des modifications des divers paramètres métaboliques et morphologiques des bactéries après traitement aux antibiotiques, nous avons montré l’intérêt des marqueurs de viabilité tels que le DiBAC4(3), le TOPRO®-3 ou encore l’Alexa FluorTM Hydrazide pour la détection rapide (<3h) de la sensibilité des bactéries aux antibiotiques. Nous avons notamment montré, pour la première fois, que la carbonylation des protéines, qui est induite dans des conditions de stress oxydatif et de vieillissement cellulaire, est un marqueur précoce universel de la sensibilité aux antibiotiques bactéricides. Suite à cette première partie de l’étude, nous avons souhaité comprendre les mécanismes mis en jeu par les bactéries en réponse au stress létal causé pas les antibiotiques. Au cours de nos expériences, il a été observé que lorsque les conditions ne permettaient plus la survie de l’organisme, un signal de fluorescence intrinsèquement lié à la bactérie permettait de prédire l’issue fatale après seulement 2 heures d’incubation avec l’antibiotique. En effet, suite à un traitement avec un antibiotique bactéricide ciblant la synthèse du peptidoglycane bactérien (ampicilline), nous avons observé une fluorescence maximale des cellules à la dose d’antibiotique correspondant à la Concentration Minimale Inhibitrice (CMI). L’augmentation de la fluorescence des cellules bactériennes a aussi été observé lors du traitement létal avec un agent biocide (hypochlorite de sodium). Cependant, ce phénomène n’est plus observable avec des antibiotiques bactériostatiques ou bactéricides qui inhibent la synthèse protéique indiquant l’importance d’un métabolisme bactérien actif. Les corrélations de propriétés spectrales nous ont permis de suspecter les molécules de flavines comme étant responsables du phénomène d’autofluorescence observé. De plus, nous avons montré une suractivation de la voie de biosynthèse des cofacteurs de type flavines et des flavoprotéines en présence d’ampicilline. Finalement, nous avons effectué des expériences de tri et de survie cellulaire de populations bactériennes traitées à l’ampicilline. Nos résultats ont montré que les cellules très fluorescentes ont une survie moyenne 5 fois supérieure aux cellules peu fluorescentes. Ceci suggère que le signal de fluorescence observé est une réponse cellulaire médiée par les composés flavonoïdes pour tenter de survivre au traitement antibiotique. Des travaux exploratoires suggèrent que le phénomène étudié chez les bactéries est conservé chez les levures et chez les cellules humaines. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension de la physiologie bactérienne, l’étude de la réponse bactérienne face à un stress exogène et la surveillance rapide de la viabilité des cellules. / Following the discovery of antibiotics, the therapeutic successes foreshadowed a future where infectious diseases of bacterial origin would be eradicated. However, in less than a century, the massive use of broad-spectrum antibiotics led to the emergence of resistance thus reducing therapeutic options. My research project aims to understand early bacterial metabolic and morphological changes induced by antibiotics and to contribute to the development of rapid and reliable diagnostic tests to promote the implementation of more targeted antibiotic treatments. By monitoring changes in various metabolic and morphological parameters of bacteria after antibiotic treatment, we have shown the interest of viability markers such as DiBAC4(3), TOPRO®-3 or Alexa FluorTM Hydrazide for rapid detection (<3h) of bacterial susceptibility to antibiotics. In particular, we have shown for the first time that protein carbonylation, which is induced under conditions of oxidative stress and cellular aging, is a universal early marker of bactericidal antibiotic susceptibility. Following this first part of the study, we wanted to understand the mechanisms involved in bacterial response to lethal stress caused by antibiotics. Following this first part of the study, we wanted to understand the bacterial mechanisms involved in response to lethal stress caused by antibiotics. In our experiments, it was observed that when the conditions no longer allowed the organism survival, a fluorescence signal intrinsically linked to the bacterium allowed to predict the fatal outcome after only 2 hours of incubation. Indeed, following a treatment with a bactericidal antibiotic targeting the synthesis of bacterial peptidoglycan (ampicillin), we observed a maximum fluorescence of the cells at the dose of antibiotic corresponding to the Minimum Inhibitory Concentration (MIC). The fluorescence increase of bacterial cells was also observed during the lethal treatment with a biocidal agent (sodium hypochlorite). However, this phenomenon is no longer observable with bacteriostatic or bactericidal antibiotics that inhibit protein synthesis indicating active bacterial metabolism importance. The correlations of spectral properties allowed us to suspect the flavin molecules as responsible for the observed autofluorescence phenomenon. In addition, we showed an overactivation of the biosynthesis pathway of flavin-type cofactors and flavoproteins occurring during ampicillin treatment. Finally, we performed cell sorting and cell survival experiments of ampicillin-treated bacterial populations. Our results showed that highly fluorescent cells have an average survival 5 times higher than low fluorescent cells. This suggests that the fluorescence signal observed is a cellular response mediated by flavonoid compounds in an attempt to survive to antibiotic treatment. Exploratory work suggests that the phenomenon studied in bacteria is conserved among yeasts and human cells. These results open new perspectives in bacterial physiology understanding, the study of bacterial response to exogenous stress and the rapid monitoring of cell viability.

La première partie décrit une approche synthétique de la macrolactine A, molécule naturelle à l'activité antibiotique. La stratégie de synthèse est basée sur deux réactions originales pour construire les systèmes diéniques. Une séquence réactionnelle Johnson- Claisen / isomérisation sur alumine a permis de construire le motif diénique (E)-8,(Z)-11. L'isomérisation d'une cétone propargylique en présence de triphénylphosphine a permis d'obtenir le diène (E)-16,(Z)-19. Les centres asymétriques C-13 et C-23 ont été construits grâce à deux réductions énantiosélectives de Noyori, tandis qu'une allylation asymétrique a permis de former le centre C-7. Le fragment C7-C24 a ainsi été synthétisé en 21 étapes. La deuxième partie de la thèse concerne le développement d'une nouvelle application pour le complexe NaAuCl4.2H2O en catalyse. Dix huit exemples de substitution nucléophile d'alcools propargyliques sont décrits. Ce projet a donné lieu à une collaboration avec une équipe américaine sur la synthèse et le réarrrangement sigmatropique de 6-vinylbicyclo[3.1.0]-hex-2-ènes.

La dissémination mondiale de la résistance aux β-lactamines est un problème de santé publique majeur. Les voies de transmission de la résistance sont mal connues, néanmoins de nombreux arguments attestent du potentiel transfert de bactéries résistantes et de gènes de résistance entre l'animal et l'homme. L'objectif du présent travail est d'évaluer le transfert du gène de résistance blaCTX-M-9 entre une souche d'origine animale, Salmonella enterica Virchow et les entérobactéries de la flore humaine, et l'impact d'un traitement à une β- lactamine sur ce transfert. Dans un modèle de rat associé à une flore humaine, le transfert du gène de résistance n'est pas détectable entre S. enterica Virchow et les entérobactéries de la flore. Pourtant l'inoculation concomitante d'une souche d'Escherichia coli suffit à observer la diffusion du gène de résistance. La pression de sélection ne permet pas d'augmenter le transfert de gène mais contribue largement à la sélection et à la colonisation de salmonelles résistantes dans le tractus digestif. L'analyse des paramètres pharmacocinétiques et pharmacodynamiques confirme également la pertinence des critères de substitution dans la prédiction de l'efficacité d'un traitement au céfixime en présence de telles souches. L'une des stratégies thérapeutiques proposée consiste à utiliser une combinaison de β-lactamines et d'inhibiteurs de β-lactamases.

Les fullerènes natifs sont reconnus pour leur faible solubilité dans l'eau et par conséquent pour former des agrégats insolubles (nano-C60) dans les fluides biologiques. Au contraire, les hydroxyfullerènes (C60(OH)n) sont très solubles dans les milieux aqueux. Ils sont biocompatibles et démontrent une toxicité in vivo très faible sur les lignées cellulaires humaines. Les mécanismes d'interaction entre ces nanoparticules solubles dans l'eau et les membranes biologiques ne sont pas très connus et pourraient constituer un nouveau mode d'action pour lutter contre les bactéries résistantes aux médicaments et permettre le développement de nouveaux agents antibiotiques plus efficaces. Les buts principaux de cette recherche sont de vérifier l'effet des fullerénols, C60(OH)24, sur les membranes cellulaires modèles à l'aide de la spectroscopie de RMN-ÉS et d'IRTF et de synthétiser des nanoparticules (NPs) à base de fullerène au pouvoir potentiellement antibiotique. Les membranes cellulaires sont composées majoritairement de phospholipides, et des mélanges de dipalmitoyl-phosphatidylcholine et –phosphatidylglycérol (DPPC/DPPG) et de DPPC/Cholestérol sont utilisés pour imiter respectivement les membranes de bactéries et d'eucaryotes. Les résultats de spectroscopie de RMN (31P et 2H) de l'état solide et d'IRTF présentés dans ce travail démontrent une affinité spécifique des fullerénols pour les membranes bactériennes composées du phospholipide anionique DPPG. Selon nos observations, les fullerénols sont solubles dans l'eau et interagiraient sélectivement avec les têtes polaires de la DPPG à l'interface eau/bicouche via des ponts-H. Aucun effet similaire n'a été observé pour les membranes modèles de type eucaryotes composées de DPPC/Cholestérol. Dans une autre section, une méthodologie de synthèse permettant d'introduire en une étape des unités propargyle ou azoture en périphérie du fullerène est détaillée, ainsi que la méthode pour en évaluer le nombre à l'aide de la TGA, de la RMN et de I'ATR. Ensuite, à l'aide de la méthode de réduction de Staudinger sur un précurseur polyazidofullerène, le composé polycationique C60(OH)n(OCH2CH2NH3+CI-)10 est synthétisé. Aussi, l'exploration de la "Click chemistry" nous permet de synthétiser un fulléroglyco "cluster" D-mannosylé contenant sept unités de carbohydrates en périphérie du fullerène. La haute solubilité de ces composés dans les milieux aqueux est démontrée. En conclusion, à l'aide de la spectroscopie de RMN-ÉS et d'IRTF, nous avons démontré l'effet spécifique des fullerénols sur les membranes modèles de bactéries. Aussi en deuxième partie, nous avons synthétisé des molécules nouvelles à base de fullerène contenant des fonctions ammonium ou des sucres en périphérie du C60. Ces molécules sont fortement solubles dans l'eau. L'ensemble de nos travaux suggère une piste intéressante dans le développement de nouveaux antibiotiques à base de fullerène ayant une spécificité pour les membranes bactériennes de type E. coli. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Fullerénol, interactions membrane/nanoparticule, DPPC, DPPG, cholestérol, RMN de l'état solide, phosphore, deutérium, IRTF, bactérie, eucaryote, ponts-H, fulléroglyco "cluster", polyazidofullerène, fullerène polycationique, TGA, ATR.

I) Définition du problèmeL’infection urinaire (IU) est une maladie infectieuse fréquente chez l’enfant, nécessitant un diagnostic rapide et une antibiothérapie efficace parce qu’elle peut être associée à un risque avéré de complications graves. Une étude préliminaire en 2010-2012 chez l’enfant Vietnamien atteint d’une IU fébrile a mis en évidence les difficultés liées au diagnostic et à sa prise en charge :l’absence de dépistage de l’IU chez l’enfant fébrile sans foyer clinique, l’émergence de bactéries Gram-négatifs multirésistantes et le traitement antibiotique empirique inapproprié. Dans le cadre de la coopération Belgo-Vietnamienne, nous avons dès lors réalisé trois études prospectives en Belgique concernant le diagnostic et le traitement des IU chez l’enfant. A partir des résultats de ces études, nous voudrions voir quels sont les attitudes thérapeutiques potentiellement transposables en termes coût-bénéfice chez l’enfant Vietnamien atteint d’une IU fébrile.II) ObjectifsA partir d’une étude préliminaire sur les difficultés liées à la prise en charge de l’enfant Vietnamien fébrile avec IU dans un hôpital tertiaire d’Ho Chi Minh Ville (HCMV) et l’analyse du taux de résistance des germes uropathogènes rencontrés, nous avons mené à l’hôpital des enfants Reine Fabiola (HUDERF) en Belgique trois études cliniques impossibles à réaliser au Vietnam à cause des difficultés logistiques.- La première a été de comparer la performance de deux méthodes de dépistage de l’IU :la tigette et l’examen cytologique de l’urine par cytométrie de flux chez les enfants fébriles se présentant au service des urgences.- La deuxième a évalué le changement du profil de la résistance en 10 ans aux antibiotiques des germes uropathogènes chez les enfants Belges présentant une IU fébrile.- La troisième a testé l’efficacité et la faisabilité d’un traitement antibiotique par voie orale des IU fébriles chez l’enfant.III) MéthodologieL’étude préliminaire au Vietnam est réalisée à l’hôpital pédiatrique Nhi dong 2, HCMV de Juillet 2010 à Novembre 2012 chez 216 enfants hospitalisés pour une IU fébrile.Les trois études belges ont concerné deux cohortes d’enfants traités pour une IU fébrile à l’HUDERF pendant deux périodes :2006-2008 et 2013-2015 :- La première cohorte comprend 1106 enfants fébriles (1246 épisodes) dépistés pour une IU par tigette et cytomètre au service des urgences de l’HUDERF de Juillet 2006 à Juillet 2008. Parmi ces enfants, 198 enfants (221 épisodes) ont été diagnostiqués avec une IU fébrile. - La deuxième cohorte comprend 196 enfants (208 épisodes) traités pour IU fébrile à l’HUDERF d’Octobre 2013 à Octobre 2015. L’évolution des données cliniques et biologiques des enfants traités oralement a été évaluée.IV) Résultatsa) Étude préliminaire au VietnamParmi les 216 enfants fébriles (âge médian :11 mois, extrêmes :3 mois–15 ans) traités pour suspicion d’IU à l’hôpital Nhi Dong 2, HCMV, une IU a été prouvée par culture urinaire chez 143 enfants (66%). L’Escherichia coli (E. coli) était responsable de 80% des IU, avec un taux de résistance de 91% à l’ampicilline et de 74% au co-trimoxazole. Des entérobactéries productrices de β lactamases à spectre étendu (BLSE) ont été isolées dans 52% des cultures. En se basant sur l’antibiogramme, le traitement initial par ceftriaxone était inapproprié dans 63% des cas.b) Étude sur la performance de deux méthodes de dépistage de l’IU en BelgiqueLa prévalence de l’IU chez l’enfant fébrile à l’HUDERF en 2006-2008 était de 17,7% (IC 95%: 15,6 à 19,8%). La sensibilté de la tigette urinaire (contenant les leucocytes estérases et/ou nitrites) était de 93% et la spécificité de 90%. La présence d’une leucocyturie ≥ 35 globule blancs/µl détectée par cytométrie de flux avait une meilleure sensibilité (99,5% ;IC 95% :99-100%) et une spécificité de 80,6% (IC 95%: 78-83%). La surface sous la courbe ROC de la leucocyturie détectée par cytomètre (0,98 ;IC 95% :0,98-0,99) était significativement plus élevée que celle de la positivité de la tigette aux leucocytes estérases et/ou nitrites (0,91; IC 95%: 0,89 à 0,93) (P <0,001). La performance diagnostique du cytomètre est supérieure à celle de la tigette mais son coût est plus élevé. En terme de coût-bénéfice, la tigette urinaire reste un excellent test de dépistage de l’IU.c) Étude sur l’évolution de la résistance aux antibiotiques des germes uropathogènes en BelgiqueDurant la première période (2006-2008) et la deuxième période (2013-2015), 394 enfants ont été traités pour une IU fébrile à l’HUDERF. L’E. coli était isolé dans 87% des cas. La résistance d’E. coli à l’ampicilline et au co-trimoxazole était élevée lors des deux périodes :63% contre 59 % et 40 % contre 33% (p=ns), respectivement. La fréquence d’E. coli productrice BLSE est restée basse lors des deux périodes (3% et 4%, respectivement). Le profil de résistance d’E. coli chez les enfants Belges est resté stable durant cette période de 10 ans.d) Étude sur l’efficacité et la faisabilité d’un traitement antibiotique par voie orale des IU fébriles chez l’enfant en BelgiqueChez 196 enfants diagnostiqués d’IU fébrile en 2013-2015 à l’HUDERF, 82 enfants (42%) ont été traités par céfuroxime 50 mg/kg/jour par voie orale en ambulatoire. Leur âge médian était de 8 mois (EIQ :3-33) et 65 patients (79%) étaient des filles. Les bactéries Gram-négatifs ont été isolées chez 81 enfants (99%) et deux bactéries (2%) étaient résistante au céfuroxime. Parmi les 82 enfants traités par voie orale, 51 enfants (62%; IC 95%: 52 à 73%) ont eu une cure complète de 14 jours de traitement, 14 enfants (17%; IC 95%: 9 à 25%) ne sont pas revenus aux consultations de suivi (3 patients à jour 2 et 11 patients à jour 14) et 17 enfants (21%, IC 95%: 12-29%) ont dû être hospitalisés pour un traitement par voie intraveineuse pour les raisons suivantes :vomissements chez 9 patients, persistance de la fièvre chez 5 patients, bactériémie chez 1 patient et bactérie multirésistante chez 2 patients. V) ConclusionLa tigette urinaire reste un bon test de dépistage des IU chez l’enfant fébrile. Ce test pourrait être utilisé largement au Vietnam en terme de coût-bénéfice. L’émergence des entérobactéries multirésistantes responsables d’IU chez l’enfant Vietnamien nécessite un changement de protocole du traitement antibiotique empirique et le contrôle de la consommation des antibiotiques. Le traitement per os semble difficilement envisageable au Vietnam au vu des risques potentiels d’intolérance et de perte de suivi observés dans l’étude belge. / Doctorat en Santé Publique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'émergence de la résistance des cellules tumorales, bactéries et parasites aux médicaments peut être prévenue par l'utilisation d'association médicamenteuse. L'objectif de ce travail est de décrire de manière formelle avec des modèles mathématiques, les phénomènes de résistance rencontrés en oncologie, infectiologie et parasitologie. Plusieurs modèles ont été développés à partir des données cliniques de patients atteints de cancer colorectaux, de patients infectés par le Plasmodium falciparum, ou à partir de données expérimentales obtenues à partir d'un système in vitro PK/PD. Les différents paramètres de ces modèles ont été estimés en utilisant une approche individuelle avec MATLAB® et/ou une approche de population avec NONMEM®. En oncologie, on montre que le « mixture » modèle développé est apte à décrire les cinétiques de 5FU et de son métabolite. Néanmoins ce modèle ne peut pas être utilisé en prospectif en utilisant l'approche Bayesienne, pour adapter les chimiothérapies à base de 5FU. En infectiologie un modèle PK/PD complet et unique a été développé pour décrire la dynamique des sous-populations bactériennes et l'émergence de la résistance. Le modèle permet de caractériser de manière réaliste l'interaction antibiotique-bactérie en comparaison à un modèle de référence. En parasitologie, un outil simple a été développé, en complément des méthodes génotypiques, pour identifier les infections polyclonales, support de la résistance. La flexibilité des modèles développés peut aider à concevoir des protocoles d'administration de médicaments optimisés et aider au choix des combinaisons thérapeutiques les plus efficaces pour freiner l'émergence de la résistance. / The emergence of drug-resistant, tumor cell, bacteria and parasite could be prevented with drug combination therapy. The aim of this work is to describe drug resistance with developed mathematical models, in oncology, infectiology and parasitology. Several models were developed based on clinical data from colorectal cancer patients, Plasmodium falciparum infected patients, or from experimental data provided by an in vitro PK/PD system. Model parameters were estimated using an individual approach with MATLAB® and/or a population approach with NONMEM®. In oncology, a "mixture"model was developed to describe 5FU and its metabolite kinetics. However this model couldn't be used in a prospective Bayesian approach for 5FU based chemotherapy. In infectiology, a complete and a unique PK/PD model was developed to characterize bacterial sub-population dynamics and resistance emergence. The model provides a more realistic description of the inter-relation between antibiotic effect and the targeted bacteria compared to a reference model. In parasitology a simple tool was developed, in addition to genotyping techniques, to detect polyclonal infection. Flexibility of the model developed could help to design drug optimized protocol or in the choice of the most effective combination therapy to slow down resistance emergence.

Les antibiotiques sont actuellement parmi les médicaments les plus utilisés, mais les schémas thérapeutiques optimaux ne sont pas toujours bien définis. Le but de cette thèse était de développer des modèles pharmacocinétiques (PK) et pharmacodynamiques (PK/PD) décrivant les profils de concentrations des antibiotiques ainsi que leurs effets et le développement de résistances bactériennes afin d’optimiser les schémas thérapeutiques.<br/>Un modèle PK de population sur la colistine et sa prodrogue, le colistine methanesulfonate (CMS), a été développé chez les patients recevant la colistine par voie aérosol et/ou sous hémodialyse (HD). Les résultats ont montré un net avantage de la voie aérosol pour le traitement des infections pulmonaires avec une dose de 2 MUI de CMS. Pour les patients sous HD une dose de 1.5 MUI de CMS 2 fois par jour est recommandée avec une dose supplémentaire de 1.5 MUI de CMS après chaque séance de HD.<br/>L’évaluation des performances de différents modèles PK/PD via à une approche par simulation a montré l’importance d’effectuer des études suffisamment longues ainsi que d’obtenir des données microbiologiques complémentaires afin de décrire le développement de la résistance bactérienne.<br/>Un modèle PK/PD incluant taux de mutation et résistance adaptative à la colistine d’une souche bioluminescente de Pseudomonas aeruginosa a été développé à partir de données in-vitro. Une résistance rapide, importante et partiellement réversible a été décrite. Ces résultats confirment l’importance des 24 premières heures dans le traitement des infections, que la colistine seule ne peut pas complétement éliminer les mutants de Pseudomonas aeruginosa et que des associations semblent nécessaires. / Antibiotics are among the most commonly prescribed drugs, however optimal dosages are not yet well defined. The aim of this thesis was to develop pharmacokinetic (PK) and pharmacokinetic-pharmacodynamics (PK/PD) models that characterize the course of antimicrobial drug concentrations and effects over time, with an emphasis on the development of resistance. These models were applied to optimize dosing regimens of antimicrobial therapies.<br/>A population PK model for colistin and its prodrug, colistin methanesulfonate (CMS) was developed in critically ill patients receiving colistin by nebulization and/or undergoing an intermittent hemodialysis (HD). Results predicted clear benefits of using aerosol delivery of 2MIU CMS dose for the treatment of pulmonary infections. For patients with HD session dosing regimen of CMS should be 1.5 MIU twice daily with an additional dose of 1.5 MIU after each HD session.<br/>An assessment of the performances of different PK-PD models by using a simulation approach have shown the importance of longer study designs and of complementary microbiological data to predict accurately bacterial resistance development.<br/> A semi-mechanistic PK/PD model that incorporates mutation rate and adaptive resistance development of a bioluminescent strain of Pseudomonas aeruginosa against colistin was developed based on in-vitro data. A high, quick and partially reversible resistance was described. These results confirm that the first 24 h of treatment are critical in the management of infections, that colistin alone cannot eradicate completely the mutants of Pseudomonas aeruginosa that were selected during the experiments and that combination therapies seem necessary.

Staphylococcus aureus est une bactérie pathogène de l'homme impliquée dans de nombreuses infections nosocomiales et communautaires. Comme elle acquiert régulièrement de nouvelles résistances à diverses classes d'antibiotiques, il devient urgent de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques. Certains ARN régulateurs (ARNrég) sont importants dans le contrôle de la virulence et de la pathogénie de la bactérie. Au cours de ma thèse, nous avons étudié la fonction d'un ARNrég, appelé SprX (alias RsaOR), exprimé par Staphylococcus aureus. Dans un premier temps, nous avons montré que, dans les souches N315 et HG001, l'expression de SprX varie au cours de la croissance et lors de différentes conditions expérimentales. Dans un second temps, nous avons identifié, par une analyse comparative du protéome, plusieurs protéines dont l'expression est dépendante de SprX et découvert le mécanisme de régulation de l'une de ces protéines par SprX. En effet, SprX interagit avec l'ARNm yabJ-spoVG au niveau des signaux d'initiation de la traduction de SpoVG par un mécanisme antisens qui conduit à la répression de sa traduction. Une boucle accessible de SprX, qui contient un motif riche en C, est impliquée dans la régulation de l'expression de SpoVG et est nécessaire à la modulation de la résistance aux antibiotiques de S. aureus. Nous avons également étudié l'effet des modifications dans la séquence des différentes copies de SprX sur la régulation de l'expression de SpoVG. Ainsi, parmi les deux copies de SprX dans la souche HG001, SprX2 possède une meilleure affinité pour l'ARNm yabJ-spoVG que la copie SprX1. L'ensemble de ces résultats suggèrent que les ARNrég peuvent altérer la résistance des bactéries aux antibiotiques et il est a prévoir que d'autres exemples seront découverts prochainement. / Staphylococcus aureus is a serious human pathogen responsible for both hospital and community-acquired infections. As it becomes alarmingly and increasingly resistant to antibiotics, studies on the mechanisms involved in its virulence is a promising path to develop new treatments. Some, small regulatory RNAs (sRNAs) are important actors in bacterial virulence and pathogenicity. During my thesis, we investigated the functions and the mechanisms of action of a sRNA, named SprX (also known as RsaOR), expressed by the Staphylococcus aureus. First, we demonstrated that, in strains N315 and HG001, SprX expression varies through the growth and among numerous environmental conditions. By a comparative proteomic study, we identified several proteins whose expressions are ‘SprX-dependent’ and elucidated the mechanism of SprX action on one of those proteins. Indeed, SprX interacts specifically with the SpoVG translational initiation site of the yabJ-spoVG mRNA by an antisense mechanism inhibiting its expression. An accessible loop within SprX structure contains a C-rich domain involved in SpoVG regulation and is required and sufficient to modulate bacterial antibiotic resistance. We also studied whether the nucleotides changes between SprX sequence copies could influence SpoVG regulation triggered by SprX. Therefore, among the two copies of SprX in strain HG001, SprX2 has a higher affinity for yabJ-spoVG mRNA than SprX1. Altogether, our results showed that a regulatory RNA can alter bacterial resistance to antibiotics, and additional examples will probably be detected in the near future for more sRNAs and antibiotics.

L’objectif de cette thèse a consisté à étudier in vitro des phénomènes d’auto-assemblage de molécules de collagène de type I natif, dénaturé ou modifié. Dans une première partie, nous avons analysé des solutions denses en milieu acide de collagène I et de gélatine A par microscopie à lumière polarisée et microscopie SHG résolue en polarisation (P-SHG). Nous avons ainsi mis en évidence la première mésophase obtenue à partir de gélatine. Nous avons ensuite étudié l’impact de la gélatine sur des mésophases en contre-plaqué de collagène I et montré que le collagène pouvait être subtilisé par la gélatine à hauteur de 20% sans en affecter la formation des phases en contre-plaqué. Les matrices collagène/gélatine obtenues après fibrillogenèse ont été caractérisées à différentes échelles en ayant recours à la calorimétrie différentielle (DSC), à la microscopie électronique à transmission (MET), au P-SHG et l’imagerie par résonnance magnétique (IRM). Nous avons montré que ces matrices présentent une structuration hiérarchique de type fractal et que la gélatine stabilise le collagène.Dans la seconde partie, nous nous sommes intéressés aux propriétés d’auto-assemblage de molécules de collagène I modifié avec de la rifamycine SV pour la synthèse de gels à délivrance contrôlée. Nous avons utilisé différents modes d’assemblage afin d’arriver à notre but et avons caractériser les propriétés chimiques, rhéologiques et antibiotiques des gels obtenues. Pour mieux comprendre le système, nous avons étudié la structure des assemblages de collagène modifié au sein d’un système dilué à l’aide du cryo-MET et de la microscopie à force atomique couplé à la spectroscopie infrarouge (AFMIR). / The object of this thesis was to study the in vitro self-assembly phenomena of native, denatured or modified collagen type I.In the first part, we analysed dense solutions of collagen I and gelatin A (in acidic medium) by polarized light microscopy and polarization resolved SHG microscopy (P-SHG). We have thus observed the first mesophase obtained from gelatin. We then studied the impact of gelatin on collagen I plywood mesophases and showed that collagen could be replaced by gelatin up to 20% without affecting the formation of the plywood phases.Collagen/gelatin matrices obtained after fibrillogenesis were characterized at different scales by using Differential Scanning Calorimetry (DSC), Transmission Electron Microscopy (TEM), P-SHG and Magnetic Resonance Imaging (MRI). We showed that these matrices have a hierarchical structure of fractal type and that gelatin stabilizes collagen.In the second part, we studied the self-assembly of collagen I modified with rifamycin SV for the synthesis of controlled delivery gels.We used different methods of assembly in order to reach our goal and we characterized the chemical, rheological and antibiotic properties of the obtained gels. To better understand the system, we studied the structure of modified collagen assemblies in a diluted systems with cryo-TEM and atomic force microscopy coupled with infrared spectroscopy (AFMIR).