L'endocardite infectieuse (EI) est une complication rare mais gravissime de la bactériémie à Staphylococcus aureus. Bien que certains facteurs de risque liés à l'hôte aient été décrits, l'implication de facteurs bactériens dans la survenue de l'EI est encore inconnue. Ces travaux de thèse ont visé à chercher tout élément bactérien associé à l'EI. Les facteurs phénotypiques décrits ou supposés comme potentiellement impliqués dans l'EI ont été testés. En parallèle, les profils génotypiques des souches obtenus par puces ADN ont été analysés par différents outils statistiques. L'analyse statistique univariée n'a montré aucune différence significative entre souches d'EI et souches de bactériémie, suggérant un processus complexe et multifactoriel. En effet, l'analyse discriminante en composante principale appliquée sur les données de puces ADN a permis de mettre en évidence une distinction entre les deux groupes de souches, confirmée sur une collection indépendante de souches. De plus, une fonction linéaire simplifiée, basée sur seulement 8 marqueurs génétiques, a permis d'obtenir des performances similaires, sur la collection de souches initiale ainsi que la collection indépendante de validation. En dernier lieu, les souches d'EI et de bactériémie ont été comparées à partir de séquences du génome complet (n = 40 (20 EI, 20 bactériémies)). L'analyse statistique par analyse discriminante en composante principale réalisée sur ces données génomiques confirme une distinction possible entre les deux groupes de souches. Au total, ces travaux de thèse apportent la preuve de concept que les facteurs bactériens sont impliqués dans la survenue de l'EI au cours de bactériémie à S. aureus / Infective endocarditis (IE) is a severe condition complicating 10-25% of Staphylococcus aureus bacteremia. Although host-related IE risk factors have been identified, the involvement of bacterial features in IE complication is still unclear. This PhD work aimed to characterize strictly defined IE and bacteremia isolates and searched for discriminant features. Phenotypic traits previously reported or hypothesized to be involved in staphylococcal IE pathogenesis were tested. In parallel, the genotypic profiles of all isolates, obtained by microarray, were analyzed. No significant difference was observed between IE and bacteremia strains, regarding either phenotypic or genotypic univariate analyses, suggesting a multifactorial process. However, the discriminant analysis of principal components (DAPC), applied on microarray data, segregated IE and bacteremia isolates. The performance of this model was confirmed with an independent collection of IE and bacteremia isolates. Finally, a simple linear discriminant function based on a subset of 8 genetic markers retained valuable performance both in study collection and in the independent validation collection. At last, IE and bacteremia isolates were compared based on whole genome sequence data from a subset of 40 isolates. When applied to this dataset, DAPC confirmed a possible segregation between the two groups of isolates. All in all, this PhD work provides the proof of concept that bacterial characteristics may contribute to the occurrence of IE in patients with S. aureus bacteremia

La présence de bactéries dans le sang, un milieu normalement stérile, peut avoir des conséquences graves voire fatales pour l’organisme atteint. Afin de diagnostiquer au plus tôt cette infection, appelée bactériémie, et ainsi administrer le traitement adéquat, il est nécessaire d’identifier les microorganismes isolés à partir du sang. Mais, la nature complexe de ce fluide biologique, associée à la faible charge bactérienne, parfois inférieure à 1 UFC par millilitre de sang ont des conséquences sur les méthodes pouvant être utilisées pour l’identification des bactéries. La plupart d’entre elles ont donc recours à une première étape, l’hémoculture, au cours de laquelle les microorganismes présents dans le prélèvement sanguin de volume important (20-30 mL) vont se multiplier. Leur croissance est facilitée par la dilution du sang dans des milieux de culture dédiés à cette étape particulière. C’est seulement ensuite que l’identification peut débuter. Elle nécessite encore entre 2 et 48 heures et parfois plus, selon les moyens à disposition et les microorganismes impliqués. Réduire considérablement le temps nécessaire à l’identification aurait pourtant des retombées bénéfiques à l’échelle du patient mais aussi plus globalement en réduisant les coûts associés à cette infection et en limitant la pression de sélection exercée par l’emploi d’antibiotiques à large spectre.Au cours de ce travail, l’évaluation d’une stratégie basée sur l’identification des bactéries lors de leur multiplication dans le milieu d’hémoculture est donc proposée. Elle repose sur l’observation en temps réel et sans marquage par Résonance Plasmonique de Surface par imagerie (SPRi) des interactions entre les bactéries et des ligands déposés à la surface d’un capteur. Dans un premier temps, des ligands alternatifs aux anticorps parmi lesquels figurent les aptamères, des protéines de l’immunité innée et la vancomycine sont testés. Suite à cette étude, les anticorps ont été retenus pour poursuivre ce travail. Leur emploi n’est cependant pas dénué de difficultés lorsqu’il s’agit de détecter spécifiquement Staphylococcus aureus, choisi comme l’un des modèles expérimentaux. En effet, la présence de protéine A chez cette bactérie est à l’origine d’interférences sur les immunoglobulines. Différentes stratégies pour s’affranchir de ces effets ont été évaluées, comme le clivage enzymatique des anticorps ou l’emploi d’anticorps de poule pour lesquels la protéine A n’a pas d’affinité. Ces essais aboutissent à des résultats encourageants en milieu de culture simple. L’ajout de sérum humain au milieu a soulevé de nouveaux problèmes pour la détection de cette bactérie. Les résultats montrent qu’en interagissant avec des constituants de l’échantillon sanguin, dont les anticorps, S. aureus devient indétectable par une biopuce à anticorps. Une discussion des moyens possibles pour lever cette inhibition est ensuite proposée. Des expériences de détection d’une autre bactérie, Salmonella enterica sérovar Enteritidis pour laquelle nous disposons d’un anticorps hautement affin et spécifique ont alors été entreprises afin de conclure sur l’employabilité du dispositif dans des conditions proches d’une hémoculture. Des interférences affectant différentiellement les anticorps selon leur point isoélectrique ont ainsi été mises en évidences et l’implication de l’anticoagulant (polyanéthole sulfonate de sodium, SPS) présent dans les milieux d’hémoculture a été démontrée. La résolution partielle de ce problème a finalement permis la détection de 1 UFC.mL-1 de sang dans 32 mL au total démontrant ainsi la possibilité de détecter spécifiquement une bactérie dans des conditions proches d’une hémoculture. / The presence of bacteria in the blood, a normally sterile environment, can cause dramatic consequences for an organism. In order to diagnose this infection, called bacteremia, the identification of the microorganism present in blood must be performed. Furthermore, proper diagnosis enables the administration of a suitable antibiotic therapy. Blood complexity as well as the low bacterial load, usually lower than 1 CFU.mL-1, make the diagnosis of this infection quite challenging. Indeed, most identification methods begin only after the blood culture turns positive due to their insufficient sensitivity. For this they require incubation of a large blood sample volume (20 – 30 mL) in specific culture media that allows bacterial growth above their detection limit. Therefore, its increases considerably the time of diagnosis, which usually takes between 2 and 48 hours and sometimes even more time after blood culture positivity depending on the method and the microorganism present in blood. A reduction of the time required for identification would have a positive impact for both the patient and the healthcare systems by reducing selective pressure on resistant bacteria and hospitalization costs by giving proper treatment faster.In this work, the evaluation of a new strategy based on the identification of bacteria during their multiplication in the blood culture is presented. This method is based on Surface Plasmon Resonance imaging (SPRi) which enables real time and label-free measurements of interactions occurring between bacteria and specific probes. Alternative ligands like aptamers, innate immune proteins and vancomycin have been tested. Following this study antibodies have been chosen as the major specific probes in this work. Nonetheless, the presence of the staphylococcal protein A leads to false-positive results in all immunoglobulin G (IgG). Enzymatic cleavage to remove the constant fragment of antibody where protein A interacts and the use of chicken antibodies (IgY) for which protein A has no affinity have been evaluated. Both methods allow to get rid of protein A interactions in pure culture media. But the presence of human serum in the media results in the total loss of signal. Our results show that interactions between blood components and staphylococcal proteins exposed at the bacterial surface, including the interactions between protein A and circulating antibodies, are responsible for this phenomenon. Solutions to alleviate this inhibition are discussed and tested. Detection experiments of another bacterial model, Salmonella enterica serovar Enteritidis in blood culture media are presented. The crucial role played by the anticoagulant Sodium Polyanethole Sulfonate in non-specific interactions on antibodies is demonstrated. These interactions leading to a total loss of specificity for some antibodies are influenced by the isoelectric point (pI) of the probes which interact with this anionic compound and then attract blood components. After the partial resolution of this issue, we show the feasibility of detecting less than one bacteria per blood milliliter in a total volume of 32 milliliters, conditions close to real blood culture.