Legionella pneumophila est une bactérie à Gram négatif, intracellulaire facultative, responsable de la légionellose (ou maladie des Légionnaires) chez l'Homme. Les fluoroquinolones et les macrolides sont utilisés en première intention dans le traitement antibiotique de cette maladie. Cependant, les échecs thérapeutiques sont fréquents, et le taux de mortalité demeure élevé (10-15% des cas, plus de 30% chez le patient immunodéprimé). Bien qu'aucune souche de L. pneumophila résistante à ces antibiotiques n'ait été isolée à ce jour, ces échecs peuvent faire évoquer la possibilité d'une sélection in vivo de mutants résistants. Le mécanisme génétique principal d'acquisition de la résistance aux fluoroquinolones correspond à l'accumulation de mutations au niveau des gènes codant pour l'ADN gyrase et la topoisomérase IV ; en particulier celles affectant les codons en positions 83 et 87 du QRDR (quinolone resistance determining region) du gène gyrA entrainent une résistance de haut niveau à ces antibiotiques. Le première aspect de notre projet était d'élaborer un test de PCR en temps réel permettant de détecter chez L. pneumophila des mutants gyrA résistants aux fluoroquinolones et de les différencier des souches sauvages par analyse des températures de fusion des amplifias obtenus. Après optimisation, ce test nommé qPCRgyrALp amplifie spécifiquement une portion du QRDR du gène gyrA de l'espèce L. pneumophila et permet de détecter et de différencier les mutations gyrA83 et gyrA87. Nous avons ensuite utilisé ce test pour la recherche de mutants gyrA directement dans divers prélèvements respiratoires provenant de 82 patients atteints de légionellose, certains en échec thérapeutique après traitement par une fluoroquinolone. Les résultats ont montré pour quatre patients un profil de courbe de fusion semblable à celui du mutant gyrA83. Le séquençage du QRDR de gyrA à partir de ces prélèvements respiratoires a confirmé cette mutation chez deux patients. L'utilisation de la technique de séquençage à haut débit a permis de quantifier ces mutants gyrA83 chez ces deux patients, permettant de montrer un remplacement progressif in vivo de la population de L. pneumophila sensible aux fluoroquinolones par une population résistante à ces antibiotiques. Le deuxième aspect de notre travail a été de développer des tests de PCR quantitative en temps réel (qPCR) permettant de quantifier la charge bactérienne à L. pneumophila dans les prélèvements cliniques des patients infectés, avant et au cours du traitement antibiotique, dans la but de prédire l'évolution clinique et le pronostic final de ces patients. Nous avons utilisé deux tests de qPCR, ciblant soit le gène codant pour l'ARNr16s (qPCR16S) soit le gène mip (qPCRmip) dans des prélèvements respiratoires de 116 patients atteints de légionellose. Chez certains patients, nous avons pu déterminer la cinétique de la charge bactérienne au cours du temps, alors que les patients recevaient une antibiothérapie adaptée. Les premières cinétiques recueillies montrent la possibilité de différencier les patients qui répondent rapidement au traitement antibiotique et évoluent favorablement au cours de la 1ère semaine d'hospitalisation, de ceux qui présentent une réponse modeste au traitement et nécessitent une hospitalisation prolongée, voire décèdent. La PCR en temps réel semble donc représenter un outil pronostique d'intérêt au cours de la légionellose. Le type de cinétique observé chez un patient donné semble pouvoir prédire l'évolution des patients et la nécessité d'ajuster le traitement antibiotique. / Legionella pneumophila is a Gram- negative, facultative intracellular bacterium responsible for legionellosis (or Legionnaires' disease ) in humans. The fluoroquinolones and the macrolides are used as first-line antibiotic treatment of this disease. However, treatment failures are common, and the mortality rates remain high (10-15 % of cases, more than 30% in immunocompromised patients). Although L. pneumophila strain resistant to these antibiotics have never been isolated, treatment failures may suggest the possibility of in vivo selection of resistant mutants. The main genetic mechanisms associated with acquired resistance to fluoroquinolones correspond to the accumulation of mutations in the genes encoding DNA gyrase and topoisomerase IV, especially those affecting codons 83 and 87 of the QRDR (quinolone resistance determining region) of the gyrA gene, which are associated with high level resistance to these antibiotics. The first aspect of our project was to develop a real-time PCR test to detect gyrA QRDR mutants and differentiate them from wild-type strains of L. pneumophila by analysis of melting temperatures of the amplified DNA. After optimization, the qPCRgyrALp test specifically amplified a portion of the gyrA QRDR of L. pneumophila and could detect and differentiate gyrA83 and gyrA87 mutations. Then, we checked the presence of gyrA mutants directly in respiratory samples collected in 82 legionellosis patients, including some after treatment failure with a fluoroquinolone. For four patients, results corresponded to a melting curve profile similar to that of the gyrA83 mutant. Amplification and sequencing of the gyrA QRDR directly from these respiratory samples confirmed this mutation in two patients. The use of high-throughput sequencing technology allowed us to quantify the gyrA83 mutants in these two patients, allowing demonstration of in vivo gradual replacement of the fluoroquinolones susceptible population of L. pneumophila by a resistant one. The second aspect of our work was to develop quantitative real-time PCR tests offering the possibility to quantify the L. pneumophila bacterial load in respiratory specimens before and during antibiotic treatment, in order to predict the clinical course and the final prognosis of these patients. We used two qPCR tests, either targeting the gene encoding 16S rRNA (qPCR16S ) or the mip gene (qPCRmip ) in respiratory samples from 116 patients with Legionnaires' disease. In some patients, we determined the kinetics of bacterial loads over time, while patients received appropriate antibiotic therapy. The kinetics we observed allowed differentiation of patients who respond quickly to antibiotic treatment and were released from hospital within the first week following admission, from those with a modest response to treatment and requiring prolonged hospitalization or finally died. Thus, our real-time PCR tests seem to be good prognostic tools for evaluation of legionellosis prognosis. The type of kinetics observed in a given patient may allow the clinician to predict the evolution of patients and the need to adjust the antibiotic treatment.

De nos jours, l'émergence de produits pharmaceutiques dans l'environnement aquatique et terrestre a été une préoccupation majeure. Ils ont été détectés dans les stations d'épuration, les sédiments et les sols ainsi qu'à la surface et dans l'eau potable. Jusqu'à présent, il y a peu d'informations dans la littérature sur le devenir de ces composés lorsqu'ils sont exposés à la lumière solaire dans les différents compartiments environnementaux. Dans le cadre de ce travail, notre objectif est l’étude de comportement des antibiotiques de la famille des Sulfonamides : Sulfaméthoxazole (STZ), Sulfathiazole (STL), Sulfamethazine (STN) et Hydrochlorothiazide (HCD) dans des solutions aqueuses lorsqu'ils sont exposés à la lumière solaire. Nous nous sommes principalement intéressés à l’étude cinétique en évaluant le rendement quantique de dégradation ainsi que l'effet de divers paramètres tels que la concentration en oxygène, le pH et la présence d'ions inorganiques. Nous nous sommes également intéressés à l'élucidation des principaux sous-produits intermédiaires. De nombreuses informations sont disponibles sur la stabilité et le devenir des composés d'origine et beaucoup moins sur leurs produits de transformation. Ces derniers peuvent présenter un niveau de toxicité plus élevé que le substrat précurseur et doivent ainsi être identifiés et analysés. L'élucidation de la structure a été obtenue en utilisant les techniques HPLC / ESI / MS et HPLC / ESI / MS2 en modes négatif et positif et par l'étude complète des différentes voies de fragmentation. Les principaux processus photochimiques impliqués sont : i) la scission du pont par photohydrolyse, ii) l'hydroxylation sélective de la partie aromatique iii) le processus de désulfonation et iiii) dans le cas de HCD une réaction de déchloration. Un mécanisme photochimique a été proposé sur la base des études cinétiques et analytiques. / Nowaday the emergence of pharmaceuticals in the aquatic and terrestrial environment have been a major concern. They have been detected in sewage-treatment plants, sediments, and soils as well as at surface and drinking water. So far, there is limited information in the literature on the fate of these compounds once they are exposed to solar light in the various environmental compartments. In the present work we have been interested in studying the behavior of antibiotics from Sulfonamide family: Sulfamethoxazole (STZ), Sulfathiazole (STL), Sulfamethazine (STN) and Hydrochlorothiazide (HCD) in aqueous solutions upon exposure to simulated solar light. We mainly concentrate our effort on the kinetic studies by evaluating the degradation quantum yield as well as the effect of various parameters such as oxygen concentration, pH and the presence of inorganic ions. The main effect was observed by molecular oxygen parameter. We also make an important effort in the elucidation of the main intermediate and stable by-products. A lot of information is available on the stability and fate of parent compounds and not so many on their transformation products. These may present a toxicity level higher than the precursor substrate and should be identified and analysed. The chemical structure elucidation was obtained by using the HPLC/ESI/MS and HPLC/ESI/MS2 techniques in negative as well as positive modes and through the complete study of the various fragmentation pathways. The main involved photochemical processes were identified as i) the scission of the bridge through a photohydrolysis process, ii) selective hydroxylation of the aromatic moiety iii) Desulfonation process and iiii) in the case of HCD to dechloration reaction. A mechanism was then proposed in the light of the kinetics and analytical studies.

L'étape finale de biosynthèse du peptidoglycane est catalysée par les D,D-transpeptidases (PBPs), l'une des cibles principales des antibiotiques de type beta-lactame. Récemment, il a été montré qu'une nouvelle classe d'enzymes, les L,D-transpeptidases (LDts), permet de contourner l'inhibition des PBPs. Ces LDts ont été identifiées tant dans des bactéries résistantes aux beta-lactames que dans des formes dormantes de Mycobacterium tuberculosis. Les seuls beta-lactames capables de les inhiber, les carbapénèmes, forment une liaison covalente avec la cystéine catalytique des LDts. Ni le mécanisme de cette inactivation, ni la spécificité de ces enzymes pour les carbapénèmes ne sont toutefois expliqués à ce jour. Le but du présent travail consiste en l'investigation par RMN du mécanisme d'acylation des LDts par ces antibiotiques. Dans ce contexte, la première partie de cette thèse s'intéresse à la compréhension actuelle de l'émergence de ce phénomène de résistance. La seconde partie traite des principes de la RMN et des implémentations développées pour étudier la structure, la thermodynamique et la dynamique des LDts. La troisième et dernière partie démontre le succès de l'approche RMN dans l'étude des diverses étapes de la réaction d'acylation, à travers une étude détaillée de l'apoenzyme, de complexes non covalents avec différents beta-lactames, et de l'enzyme acylée par un carbapénème. Au cours de cette étude, la structure du site actif de l'apoenzyme de Bacillus subtilis a été affinée par rapport à une étude cristallographique antérieure. Pour cette enzyme et son pendant chez Enterococcus faecium, nous avons démontré que la spécificité pour les carbapénèmes n'intervient pas au stade de la formation du complexe non covalent. Pour finir, la formation de la liaison covalente entre LDt et carbapénème induit un réarrangement conformationnel substantiel et une augmentation de la flexibilité de l'enzyme. / The final cross-linking step of the peptidoglycan synthesis is usually catalyzed by D,D-transpeptidases (PBPs), one of the main targets of beta-lactam antibiotics. Recently, it was shown that these PBPs can be by-passed by a novel class of enzymes, the L,D-transpeptidases (LDts), identified in beta-lactam-resistant bacteria as well as in dormant forms of Mycobacterium tuberculosis. The only beta-lactams enable to inactivate these enzymes belong to the carbapenem class. The beta-lactam ring of this antibiotic family then covalently binds the catalytic cysteine of the LDt. Neither the mechanism of this reaction nor the specificity for carbapenems are yet understood. The aim of the present work is to investigate the acylation mechanism of LDts with carbapenems by NMR. In this context, the first part of this thesis focuses on the current biological understanding of the emergence of this resistance pathway. The second part deals with the NMR principles and the implementations developed to study the structure, thermodynamics and dynamics of LDts. The third part demonstrates that NMR is successful in studying all the steps of the acylation reaction. For this purpose, the LDt apoenzyme, the non-covalent complex with various beta-lactams, and the LDt-carbapenem acylenzyme were thoroughly investigated. The structure of the active site of the Bacillus subtilis apoenzyme was refined with respect to a previous crystallographic study. For the latter and the Enterococcus faecium enzymes, we showed that the carbapenem specificity does not occur at the stage of the non-covalent binding. In contrast to non-covalent interactions, the formation of the covalent bond between LDts and carbapenems induces substantial conformational rearrangement and increased flexibility in the enzyme.

Les porines sont des protéines « canal » qui assurent la diffusion non-spécifique des ions et nutriments au sein des bactéries à Gram-négatif. Elles sont également la voie d'entrée des antibiotiques hydrophiles, en particulier les β-lactames. Des mutations au sein des porines, ou leur sous-expression, ont été rapportées dans de nombreux cas d'infections multi-résistantes au cours de la dernière décade, soulignant le rôle de ces protéines dans la résistance aux antibiotiques.La première partie de ma thèse a porté sur l'étude des relations structure fonction au sein des deux porines non spécifiques de Providencia stuartii, Omp-Pst1 et Omp-Pst2. Il a été montré qu'Omp-Pst1 est majoritairement responsable de l'entrée des antibiotiques. Afin de comprendre comment évolue cette porine in situ, nous avons réalisé une étude comparative sur les variantes d'Omp-Pst1 issues de la souche sauvage et de deux isolats cliniques. Globalement, ces structures pointent vers un consensus dans l'adaptation des porines in situ, lequel repose sur l'accumulation de résidus chargés positivement dans les boucles extracellulaires et dans le canal. Cette observation est en accord avec les mesures de translocation effectuées à l'échelle de la porine unique, lesquelles montrent une diffusion ralentie des antibiotiques chargés négativement au travers des porines issues des isolats cliniques. Mis ensemble, nos résultats démontrent le rôle critique joué par les porines dans la résistance aux antibiotiques, lequel vise à diminuer l'influx de ces derniers tout en conservant l'habilité pour la bactérie de se nourrir.La deuxième partie de ma thèse s'est focalisée sur une fonction inédite des porines, à savoir leur rôle dans l'association intercellulaire et la genèse de biofilms bactériens. Les porines sont généralement exprimées sous la forme de trimères fonctionnels enchâssés dans la membrane externe des bactéries à Gram-négatif. Le mécanisme d'adhésion mis en évidence par mes travaux de thèse repose sur la formation de dimères de trimères de porines, associées face à face par leurs boucles externes, grâce à une interaction de type steric zipper. En exploitant un large panel de méthodologies biophysiques et d'imageries, nous avons caractérisé les propriétés adhésives d'Omp-Pst1 et Omp-Pst2, à la fois in vitro et in vivo. Nous avons également investigué le transport de petites molécules fluorescentes au travers de ces dimères de porines, afin de vérifier leur putative implication dans la communication intercellulaire. Nos résultats démontrent la capacité des porines Omp-Pst1 et Omp-Pst2 à former des jonctions intercellulaires et les suggèrent donc comme des cibles thérapeutiques prometteuses dans la lutte contre les infections bactériennes. / Present in the outer membrane of bacteria, porins are the main gateway for soluble molecules, such as nutrients and ions, into the bacteria. They are also the way taken by hydrophilic antibiotics to reach their targets and kill the cell. Under the strong selective pressure caused by antibiotic overuse, bacteria have evolved modified porins that are less permeable to antibiotics. Although not the only strategy developed by bacteria to survive drug treatment, it is an important factor in the spreading phenomenon of multidrug resistant infections.In order to gain further insights into the molecular determinants of antibiotic translocation, the first part of my thesis work aimed at resolving the crystallographic structures of Omp-Pst1 and Omp-Pst2, two non-specific porins encoded in the genome of Providencia stuartii. This bacterial species is not very invasive and, therefore, causes endemic rather than epidemic infections. However, these infections are often fatal given the intrinsically stringent MDR phenotype of this species. It has been shown that Omp-Pst1 is the main entrance for β-lactam antibiotics. To provide structural and functional insights into the contribution of P. stuartii porins to antibiotic resistance phenotypes, structural analysis was undertaken, not only from the wild type strain but also from two clinical mutant strains i.e. Omp-Pst1-99645 and Omp-Pst1-Nea16. Mutations result in more pronounced anion selectivity due to an increased number of positively charged amino acids lining the pore and mostly in the extracellular loops in both mutants compared to the wild type. To further determine whether these mutations contributed to a decrease in antibiotic uptake, we undertook the characterization of β-lactam antibiotics transport kinetics using electrophysiology studies at the single protein level. For the zwitterionic β-lactam tested, single-molecule conductance measurements evidenced a decrease in the association rate constant, in both mutants compared to the wild type. However, we observed instead an increase in these values for the negatively charged β-lactam, which is in good agreement with our structure-based analysis. All together, our results point towards porins playing a major role in the antibiotic resistance mechanism by reducing drug uptake.In the second part of my thesis work, we discovered that porins could self-associate to form adhesive junctions between two cells and could provide the initial scaffold for the establishment of biofilms at early stages of their developpement. The self-matching interaction is mediated by a steric zipper interaction and involves their extracellular loops. In order to confirm the adhesive proprieties of porins, we exploited a large panel of biophysical and imaging methods both in vitro and in vivo. Furthermore, we studied their diffusive proprieties in reconstituted liposomes, to explore whether these self-matching interactions between porins could play a role in cell-to-cell communication. Our results point at a major role of P. stuartii porins, Omp-Pst1 and Omp-Pst2, in cell-to-cell adhesion and make them promising targets to disrupt bacterial biofilm infections.

Ce travail avait pour objectif principal l’étude par spectroscopie vibrationnelle Raman et IR, couplée à l’analyse statistique de type ACP, la détection des changements moléculaires induits par différentesclasses d’antibiotiques (ampicilline, céfotaxime,tétracycline et ciprofloxacine) vis-à-vis de deux bactéries modèles (E. coli et V. parahaemolyticus). Dans le cas d’E. coli, l’ampicilline et le céfotaxime ont provoqué une baisse des bandes protéiques en Raman et IR, une augmentation des carbohydrates en IR.L’addition de la tétracycline a entraîné une augmentation des acides nucléiques, une forte baisse de la phénylalanine en Raman, une diminution des bandes protéiques et une augmentation de l’ADN en Raman et IR. Concernant la ciprofloxacine, une augmentation des acides nucléiques en Raman, une augmentation des bandes protéiques et de l’ADN en IR ont été observées. Chez V. parahaemolyticus, le céfotaxime a provoqué une baisse des protéines en Raman et Infra-rouge, une augmentation des polysaccharides en Infra-rouge. L’addition de la tétracycline a entraîné une baisse de la phénylalanine en Raman, une baisse des protéines en Raman et Infra-rouge, une augmentation des polysaccharides en Infra-rouge. Concernant la ciprofloxacine, une augmentation des polysaccharides et une diminution des bandes protéiques en Raman et IR ont été détectées. Une nette discrimination entre les échantillons traités aux antibiotiques et le témoin a été enregistrée chez E. coli et V. parahaemolyticus. Pour cette dernière, le profil de résistance à l’ampicilline a aussi été observé. Ce travail jette les bases d’une compréhension des mécanismes d’antibio-résistance dans les systèmes bactériens. / The present study aimed to explore Raman and IR in combination with PCA to detect molecularchanges induced by different classes of antibiotics(ampicillin, cefotaxime, tetracycline and ciprofloxacin) against two bacterial models (E.coli and V. parahaemolyticus) In E. coli,ampicillin and cefotaxime treatments led to a decrease of protein bands in both Raman and IR,an increase of carbohydrates in IR. Tetracycline addition caused an increase of nucleic acids, a sharp decrease of phenylalanine in Raman, a decrease of protein bands and an increase of DNA in both Raman and IR. For ciprofloxacin, an increase of nuleic acids in Raman, an increase of protein bands and DNA in IR were observed. In V. parahaemolyticus, cefotaxime resulted in a decrease of protein bands in both Raman and IR,an increase of polysaccharides in IR. Tetracycline increase of polysaccharides and a decrease of proteins in both Raman and Infra-red were noticed. Clear discrimination of antibiotic-treated samples compared to the control was recorded for the three antibiotic classes in both E. coli and V. parahaemolyticus. For the latter, resistance pattern has also been observed for ampicillin. This work lays the foundations for an understanding of the mechanisms of antibiotic resistance in the bacterial systems.

Le bon usage des antibiotiques en réanimation est un véritable défi. Le sepsis et l’épuration extra-rénale peuvent modifier le comportement des anti-infectieux exposant le patient au risque de sous ou de surdosage. Une meilleure compréhension des altérations liées au sepsis et aux défaillances d’organe permet d’adapter les posologies d’antibiotiques. L’augmentation des posologies d’antibiotiques est nécessaire à la phase initiale du sepsis en raison d’un volume de distribution augmenté. Les adaptations posologiques vont ensuite dépendre des propriétés physico-chimiques de l’anti-infectieux plus que du type d’épuration extra-rénale appliquée. La modélisation pharmacocinétique de population couplée à des simulations de Monte Carlo est une approche pharmaco-statistique élaborée permettant de définir pour une population spécifique les paramètres influençant la PK de l’antibiotique et de prendre en considération la variabilité inter-individuelle. Cette analyse permet également de tester différents schémas posologiques pour un antibiotique donné afin de déterminer la posologie optimale en fonction de différentes fonctions d’organe et selon la susceptibilité des germes traités. La prescription individualisée faisant appel à des logiciels de modélisation PK/PD pourrait permettre à l’avenir d’optimiser l’utilisation des antibiotiques tant en terme d’efficacité que de toxicité tout en limitant l’émergence de résistance. / Prescribing antibiotics in an appropriate way is a massive challenge for the intensivists. Sepsis and renal replacement therapy may alter antibiotics pharmacokinetics exposing critically ill patients to under or overdosing. A better understanding of sepsis and organ failure related alterations could help optimizing antibiotic drug dosing. Increased dosing regimens are often necessary at the early phase of sepsis due to increased volume of distribution. Dosing adjustment will then depend on the physicochemical properties of the anti-infective agent rather than renal replacement therapy modalities. A population pharmacokinetic analysis coupled to Monte Carlo simulations consists in a pharmaco-statistic approach aiming to identify covariates influencing antibiotics PK and to consider inter-individual variability. This analysis allows testing different dosing scenarios to determine the optimal dosing regimen according to different levels of organ dysfunction and according to pathogen susceptibility. Individual drug dosing optimisation, using PK/PD modelling software could improve antibiotic efficacy while limiting antibiotic-related toxicity and antimicrobial resistance.

La résistance aux antibiotiques chez les bactéries est un problème majeur mondial du fait de son augmentation. Récemment, la transmission des bactéries résistantes aux humains, aux animaux et à l’environnement sont de plus en plus décrits dans la littérature. Ces dernières années, les voyages internationaux ont augmenté massivement ce qui a permis aux bactéries résistantes de se propager d’un lieu à un autre. Les voyageurs internationaux sont les principaux acteurs de l’acquisition et de la propagation des gènes de résistance aux antibiotiques. Le plus grand rassemblement annuel de personnes comme le pèlerinage à la Mecque est connu pour être un réservoir pour la transmission des maladies infectieuses telles que la grippe, les épidémies méningococciques ou la tuberculose. Par conséquent, les voyageurs en particulier les pèlerins représentent une source importante de propagation de bactéries multi-résistantes. Les études sur la transmission et l'acquisition de gènes de résistance pendant le Hajj sont rares. Par conséquent, ce projet de thèse a trois objectifs principaux permettant de mieux comprendre la prévalence des gènes de résistance et des bactéries multi-résistantes au cours du Hajj:(i)l’étude de la surveillance épidémiologique des gènes de résistance chez les pèlerins avant et après le Hajj,(ii)l’étude des facteurs de risque d'acquisition de gènes de résistance aux antibiotiques chez les pèlerins,(iii)les études épidémiologiques moléculaires des bactéries résistantes chez les pèlerins et d'autres sources, tels que les patients, les animaux et l’environnement en utilisant des techniques comme le typage des séquences multi-locus et le séquençage du génome complet. / Antibiotic resistance in bacteria is increasing and become a worldwide problem. Newresistance bacteria or mechanisms are emerging and spreading rapidly. Recently, thetransmission of antibiotic-resistant (AR) bacteria among humans, animals, and the variousenvironments are vastly recognized. With the growth of international travels over the pastdecades, this provides opportunities for AR bacteria to be spread rapidly from one geographiclocation to another. During trips, travelers changed diets, lifestyles, and their environmentsresulting in the alteration of AR patterns of bacteria residing in the gut. Thus, internationaltravelers are one of the most important modes for the acquisition and spread of AR genes.The largest annual mass gathering, the Hajj (pilgrimage to Mecca) is well known as a sourcefor infectious diseases transmission such as influenza, meningococcal outbreaks ortuberculosis. Thus, travelers, especially pilgrims, are one of the most significant sources forspreading AR bacteria. However, studies of the transmission and acquisition of AR genesduring Hajj in pilgrims are scarce. Therefore, this research thesis was carried out with threemain objectives to better understanding the prevalence of AR genes and bacteria during Hajj:(i) epidemiological surveillance of AR genes in pilgrims before and after Hajj, (ii) risk factorsanalysis concerning AR genes acquisition in pilgrims, (iii) molecular epidemiological studiesof AR bacteria in pilgrims, including patients, animals, and environment with the use ofmulti-locus sequence typing and whole genome sequencing.

Les bactéries Gram-négatif possèdent une structure d'enveloppe, ainsi que des pompes d'efflux (i.e., systèmes de transport actif permettant de détoxifier la cellule bactérienne) qui les rendent naturellement résistantes aux antibiotiques. Ces deux caractéristiques constituent de véritables barrières qui s'opposent à l'accumulation d'une grande variété d'antibiotiques près de leur cible, à l'intérieur de la bactérie. La perturbation des mécanismes s’opposant à l’accumulation d’antibiotiques par des agents chimiosensibilisants représente une stratégie prometteuse.L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre les mécanismes d'inhibition de la résistance qui s’oppose à l’accumulation d’antibiotiques chez les bactéries Gram- négatif.Dans un premier temps l'activité de divers agents chimiosensibilisants synthétiques a été caractérisée. Trois dérivés ont été identifiés pour augmenter significativement l'activité synergique avec les antibiotiques, préalablement observée avec le géraniol. Ces dérivés ont montré une activité inhibitrice des pompes d'efflux ou perméabilisatrice de la membrane externe, pouvant être à l'origine des synergies observées.Dans un second temps, une méthode de criblage a été mise au point, en permettant la détection spécifique des agents chimiosensibilisants tout en décrivant leur mécanisme d'action.Ces travaux de thèse ont participé à proposer une solution thérapeutique brevetée au stade pré-clinique. Ils ont en outre permis de mettre en place des outils originaux pour identifier de nouveaux chimiosensibilisants, mais aussi pour mieux comprendre comment perturber les barrières s'opposant à l'accumulation d'antibiotiques. / Gram-negative bacteria are naturally resistant to many classes of antibiotics thanks to their ability to control the accumulation of drugs. Decreasing membrane barrier permeability and producing efflux pumps that expel drugs outside bacteria, represent the prevalent mechanisms of this resistance. One of the most promising solutions consists in restoring antibiotic activity by targeting such barriers to accumulation, with chemosensitizers.The purpose of my PhD was to better understand the inhibition of resistance that opposes the accumulation of antibiotics in Gram-negative bacteria.In the first stage of the study, the activity of various synthetic chemosensitizers has been characterized. Three compounds were identified to significantly increase the synergistic activity with antibiotics, that was previously observed with geraniol. These derivatives showed an efflux pump inhibition or an outer membrane permeabilization effect, that could be related to the observed synergy.In the second stage of the study, a screening method has been developed for the specific detection of chemosensitizers, while describing their mechanism of action.This work participated in proposing a patented therapeutic solution in the preclinical stage. This study has led to new tools to identify novel chemosensitizers, but also to better understand how to impair the barriers opposing the accumulation of antibiotics.

Le ribosome bactérien (70S) catalyse la formation de la liaison peptidique et représente une cible majeure pour les antibiotiques. Le peptide synthétisé passe à travers le tunnel de sortie de la sous-unité 50S du ribosome avant d’être libéré dans le cytoplasme. Des peptides spécifiques peuvent inhiber la traduction en agissant en cis (peptides naissants) ou en trans (peptides antimicrobiens riches en proline, PrAMPs) sur ce tunnel. Il a été montré que les PrAMPs inhibent la synthèse des protéines en se liant au ribosome 70S. Au cours de ma thèse, j’ai résolu les structures cristallines de quatre PrAMPs en complexe avec le ribosome 70S. J’ai ainsi pu révéler que tous ces peptides recouvrent le centre peptidyl transferase (PTC) et se lient avec le tunnel dans une orientation inverse par rapport au peptide naissant. J’ai aussi pu conclure que les PrAMPs inhibent la traduction en bloquant la transition de la phase d’initiation vers l'élongation. L'arrêt de la traduction induit par le peptide naissant se produit lorsqu'un peptide naissant interagit avec le tunnel, entraînant l'inactivation du PTC. L'arrêt peut être uniquement dû à la séquence du peptide ou peut nécessiter un co-inducteur, tel un antibiotique. Les mécanismes d'action des peptides d'arrêt courts (motifs polyproline ou M+X(+)) restent inconnus. Afin d'étudier ces peptides de manière biochimique et structurale, j’ai formé des complexes ribosomaux bloqués avec un peptidyl-ARNt d'arrêt préparé à l'aide d'un ribozyme appelé flexizyme. J’ai ainsi pu obtenir une structure par cryo-EM d’un 70S bloqué par un motif M+X(+) en présence d'érythromycine et de formuler un modèle expliquant l'inactivation allostérique du PTC. / The bacterial (70S) ribosome catalyzes peptide bond formation and represents a major target for antibiotics. The synthesized peptide passes through the exit tunnel of the large ribosomal subunit before it is released into the cytoplasm. Specific peptides can inhibit translation by acting in cis (nascent peptide) or in trans (proline-rich antimicrobial peptides; PrAMPs) due to interactions with the tunnel. PrAMPs were reported to inhibit protein biosynthesis and bind to the 70S ribosome. During my thesis, I solved the crystal structures of four different PrAMPs in complex with the bacterial ribosome, revealing that all peptides cover the peptidyl transferase center (PTC) and bind in a reverse orientation within the exit tunnel relative to a nascent chain. From this, I concluded that PrAMP binding inhibits the transition from initiation towards elongation. Nascent chain-mediated translational arrest occurs when a nascent peptide interacts with the exit tunnel, leading to the rearrangement and inactivation of the PTC. Arrest can be solely due to the peptide’s sequence or may require a small molecule co-inducer, such as a drug. The underlying mechanisms of action for short arrest peptides (polyproline or M+X(+) motifs) remain unknown. In order to study these short arrest peptides biochemically and structurally, I adopted a strategy to form arrested ribosomal complexes through the direct addition of the arrest peptidyl moiety to tRNAiMet with the help of a small ribozyme known as flexizyme. I was able to solve the cryo-EM structure of a ribosome arrested by an M+X(+) motif in the presence of erythromycin and to propose a model for the allosteric inactivation of the PTC.

Face à l’apparition alarmante et continue de résistance massive des bactéries à l’arsenal actuel d’antibiotiques, la recherche de nouveaux agents antibactériens est actuellement un enjeu sociétal de tout premier ordre. Bien que connus depuis plus de 50 ans, les thiopeptides antibiotiques suscitent actuellement un très fort regain d’intérêt de la communauté scientifique internationale en raison de leurs propriétés antibactériennes remarquables, notamment contre les staphylococcus areus résistants à la méthiciline et les enterococci résistants à la vancomycine, impliquées dans de nombreuses infections qui engagent la vie des patients, et qui s’exercent de façon très intéressante selon deux modes d’action d’inhibition de la synthèse protéique originaux et encore inexploités en thérapie antibiotique humaine. Le travail développé s’inscrit dans ce programme international de valorisation pharmacologique qui repose pour une grande part sur le développement d’approches synthétiques rapides et modulables. Le projet a été centré en particulier sur la conception et la mise en oeuvre de nouveaux plans de synthèse des unités centrales di- ou trithiazolylpyridines, appelées coeurs hétérocycliques, communs à de nombreux thiopeptides de la série d et qui représentent les principaux défis synthétiques. Dans le cadre d’un programme de recherche du laboratoire ciblé sur l’étude de nouvelles méthodes de fonctionnalisation directe d’aromatiques et d’hétérocyclique, un premier travail méthodologique d’étude de la fonctionnalisation directe dans deux séries structurellement représentatives, thiazole-4-carboxylate et 2-cétothiazole, a été réalisé. Ainsi, une nouvelle méthodologie originale d’hétéroarylation directe pallado-catalysée régioselective du thiazole-4-carboxylate de tert-butyle avec une large gamme d’halogéno(hétéro)aromatiques a été développée avec succès. Une seconde méthodologie originale d’hétéroarylation directe de 4-bromo-2-cétothiazoles selon une séquence réactionnelle de boroylation pallado-catalysée suivie d’un couplage de Suzuki-Miyaura (BSC) a également été développée. Un second travail a porté sur l’exploitation des deux méthodologies de fonctionnalisation directe en série thiazolique développées et associées à la méthodologie de construction thiazolique de Hantzsch pour proposer et mettre en oeuvre un nouveau plan de synthèse expéditif et général d’accès aux coeurs hétérocycliques communs à une grande majorité des thiopeptides de la série d basé sur la fonctionnalisation séquencée d’un précurseur pyridinique aisément accessible. En particulier, la stratégie envisagée a permis, à partir des esters 5-bromopicolinates, la préparation tout d’abord d’un analogue thiazolique du coeur hétérocyclique des sulfomycines puis celle des coeurs hétérocycliques des micrococcines et des amithiamicynes. / Facing the alarmist and constant emergence of novel resistances of bacteria to the current arsenal of antibiotics, the research of novel antibacterial agents is of main importance in our modern society. Though being well-known since 50 years, the thiopeptide family display a high renewed of interest due to their high antibacterial properties against the Gram-positive bacteria, including the multi-drugs resistant staphylococcus areus strains (MRSA) and vancomycinresistant enterococci (VRE), through interestingly two original modes of action of the inhibition of the protein synthesis, yet unexploited by human therapeutics. The present work takes part of the current active international research program of pharmalogical valorisation of thiopeptides as novel human antibacterial therapeutics and one of the major points is the development of innovative and versatile synthetic approaches. Toward this direction, the project is mainly based upon the design of original synthetic strategy to the most synthetically challenging di- or trithiazolypyridines heterocyle cores of thiopeptide of serie d. In the course of a current research program on the development of metallo-catalyzed direct C-H(X) functionnalization in heteroaromatics series, the first part of this work had been focused on the setting of two innovative direct C-H(X) functionnalization methodologies in two structurally representative scaffolds, thiazole-4-carboxylate and 2- ketothiazoles. Thus, the direct regioselective C-H heteroarylation of thiazole-4-carboxylate as well as the direct C-Br heteroarylation of 4-bromo-2-ketothiazole through a boroylation Suzuki coupling sequence (BSC) have been examined. The last part of the work has been focused on the use of both novel direct C-H(Br) functionalization methodologies in thiazole series combined with the Hantzsch thiazole synthesis to propose a novel general and versatile synthetic approach toward the common heterocyclic cores of several thiopeptides of serie d through a pyridine modulation strategy from a ready available pyridine precursor. In particular, the novel developed strategy has been sucessfully applied to the preparation of the sulfomycinamate thio-analog as well as the heterocyclic cores of micrococcins and amithiamycins.