L’émergence et la diffusion de la résistance aux antibiotiques au sein des bactéries à Gram négatif (BGN) sont aujourd’hui des enjeux de Santé Publique nationaux et internationaux. La multi-résistance aux antibiotiques concerne non seulement des espèces fréquemment responsables d’infections nosocomiales mais aussi des espèces hautement virulentes comme Yersinia pestis, agent de la peste et du bioterrorisme. Dans ce contexte, la mise au point de nouvelles molécules actives sur d’autres cibles bactériennes est primordiale. La métallo-enzyme LpxC catalyse la première étape irréversible de la biosynthèse du lipide A, constituant majeur de la membrane externe des bactéries à Gram négatif. Des inhibiteurs de LpxC sont ainsi développés depuis une vingtaine d’années mais leur spectre sur les BGN était initialement limité aux entérobactéries et leur activité partielle sur P. aeruginosa. Dans ce travail nous avons participé à l’optimisation de la structure chimique de ces molécules grâce à une approche dynamique des interactions enzymes/inhibiteurs utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN). Cette technique a permis l’élaboration d’un nouvel inhibiteur de LpxC, le LPC-058, caractérisé par une forte affinité pour l’enzyme (Ki = 3,5 ± 0,2 pM). Nous avons évalué in vitro l’activité antibiotique du LPC-058 et de trois autres composés (CHIR-090, LPC-011 et LPC-087) vis-à-vis de 369 souches cliniques responsables d’infections nosocomiales aux profils de résistance variés. Le LPC-058 présentait le plus large spectre d’activité en particulier sur A. baumannii et les valeurs de CMI les plus basses (CMI90 = 0,12 mg/L pour les entérobactéries et 0,5 mg/L pour P. aeruginosa). Il était bactéricide vis-à-vis de souches multi-résistantes et son action était synergique avec les C3G, l’imipénème, l’amikacine et la ciprofloxacine vis-à-vis de souches de K. pneumoniae, P. aeruginosa et A. baumannii productrice de carbapénémases, respectivement KPC-2, VIM-1 et OXA-23. Le LPC-058 présentait néanmoins une forte fixation protéique et, in vivo, son volume de distribution était limité au compartiment sanguin (Vd = 1,1 L/kg). Nous avons évalué son activité in vivo dans un modèle murin de peste bubonique car il s’agit de l’une des infections les plus virulentes pour l’homme. Nous avons obtenu une survie de 87 % après 5 jours de traitement à la posologie de 10 mg/kg q8h par voie veineuse. Le LPC-058 occasionnant des diarrhées chez le rongeur, nous avons évalué un de ses dérivés, le LPC-B, caractérisé par une moindre fixation protéique, un plus grand volume de distribution et l’absence d’effets secondaires chez la souris, même à fortes doses. Nous avons démontré qu’à la posologie de 200 mg/kg par voie veineuse, cet antibiotique était aussi efficace que la doxycycline (traitement de référence de la peste). L’ensemble de ces travaux souligne le rôle potentiel des inhibiteurs de LpxC dans la prise en charge des infections par des bactéries multi-résistantes ou hautement virulentes. / Antimicrobial resistance among Gram-negative bacteria (GNB) has become a national and international public health concern. Resistant strains are involved in nosocomial diseases and in highly virulent infections, such as plague caused by Yersinia pestis, a potential biological terrorism agent. In this context the development of new antimicrobial compounds efficient on new bacterial targets is critical. LpxC metallo-enzyme catalyzes the first commitment step of the lipid A biosynthesis, a major component of the Gram negative cell wall. LpxC inhibitors have been developed for twenty years but their activity was restricted to enterobacteria and weak against Pseudomonas aeruginosa. In this study, we have collaborated in the chemical optimization of the compounds thanks to a dynamic approach of enzyme/inhibitor interactions brought by nuclear magnetic resonance (NMR). This technology enabled the development of LPC-058, a new inhibitor, showing a high potency against LpxC (Ki = 3.5 ± 0.2 pM). We studied the in vitro efficacy of LPC-058 and three other compounds (CHIR-090, LPC-011 and LPC-087) against 369 clinical strains responsible for nosocomial infections with various antibiotic resistance profiles. In this part, LPC-058 displayed the broadest spectrum of efficacy, even on Acinetobacter baumannii with the lowest MIC values (MIC90 = 0.12 mg/L against enterobacteria and 0.5 mg/L against P. aeruginosa). It showed bactericidal activity against multi-resistant strains and synergistic activity in association with third generation cephalosporins, imipenem, amikacin and ciprofloxacin against carbapenemase producing Klebsiella pneumoniae, P. aeruginosa et A. baumannii strains (respectively KPC-2, VIM-1 and OXA-23). However, LPC-058 was constrained by strong protein interactions and a small volume of distribution (Vd = 1.1 L/kg). In vivo efficacy was studied in a murine model of bubonic plague. A 87% survival rate was obtained after five days of 10 mg/kg q8h intravenous administration. As LPC-058 treatment was associated to diarrheas in mice, we evaluated another derivate, LPC-B, characterized by a larger volume of distribution, minor protein fixation and less side effects, even for a high dose posology. We demonstrated a comparable efficacy between 200 mg/kg LPC-B treatment and doxycyclin administration (recommended in plague treatment). This work highlights the potential use of LpxC inhibitors in the management of infections caused by multi-resistant or highly virulent Gram-negative bacteria.

Les carbapénèmes, β-lactamines possédant le spectre d’activité le plus large, sont souvent la dernière option thérapeutique des infections sévères dues à des germes multi-résistants. Les entérobactéries résistantes aux carbapénèmes, bien que rares en France, sont épidémiques voir même endémiques dans de nombreux pays. Cette résistance est principalement due à la production d’enzymes, les carbapénèmases, comme les enzymes de type KPC (Klebsiella pneumoniae Carbapenemase) dont il existe plusieurs variants. Les souches produisant ces enzymes ont rapidement disséminé dans de nombreuses régions du monde. Les objectifs de ce travail étaient de comprendre les mécanismes moléculaires de la multi-résistance aux antibiotiques des souches productrices de KPC et de déterminer lesfacteurs génétiques responsables de leur diffusion. Nous avons montré que le gène blaKPC est associé à un transposon de type Tn3, le transposon Tn4401, dont il existe trois isoformes.Nous avons aussi montré que Tn4401 est un transposon actif, capable de mobiliser le gèneblaKPC, et qui participe également à l’expression de ce gène par apport de séquencespromotrices. Puis, nous avons étudié une collection de souches de Klebsiella pneumoniae et de Pseudomonas aeruginosa exprimant le gène blaKPC. Nous avons ainsi montré que plusieurs clones de K. pneumoniae diffusent actuellement dans différentes régions du monde, avec unclone majoritaire, le clone ST258. Ces clones se caractérisent par des plasmides différents etpar la présence constante de Tn4401. Nous avons montré que plusieurs clones de P.aeruginosa disséminent dans les hôpitaux de Colombie et sont associés à des structuresgénétiques variables encadrant le gène blaKPC. Enfin, nous avons évalué une nouvelle méthode de détection des souches productrices de BLSE et de carbapénèmases, basée sur une puce à ADN. Cet outil s’est révélé rapide, sensible et spécifique pour tous les gènes recherchés. / Carbapenems are β-lactams with the broadest spectrum of activity and are often the last therapeutic option for treating severe infections due to multi-resistant organisms.Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae remain rare in France, but are endemic in someareas. Carbapenem-resistance is mainly due to the production of carbapenemases, such as KPC (Klebsiella pneumoniae Carbapenemase). Several variants of KPC enzymes have beenidentified and KPC-producers are increasingly isolated worldwide. The aim of this study wasto determine the molecular mechanisms involved in multi-resistance of KPC-producers and tocharacterize the genetic elements involved in blaKPC gene mobilization and diffusion. Wehave described a new Tn3-based transposon, Tn4401, and characterized three isoforms. We have demonstrated that Tn4401 is an active transposon, capable of mobilizing blaKPC, and isinvolved in blaKPC gene expression. We have analysed several Klebsiella pneumoniae andPseudomonas aeruginosa isolates harboring the blaKPC-2 gene. We have assessed the spread ofseveral clones of K. pneumoniae isolates, including a major clone, ST258. These clones arecharacterized by different plasmids but an identical genetic structure, Tn4401. We havedemonstrated that several clones of P . aeruginosa are disseminating in Colombia, differingby MLST type, genetic support of blaKPC-2 and Tn4401-like structures. Finally, we have evaluated a new commercial system, based on microarray and dedicated to the identification of ESBL- and carbapenemase-producers. We found this method fast, sensitive and specific.

Les Acinetobacter sont des bactéries opportunistes impliquées dans les infections nosocomiales.Le but de ce travail était d’étudier leur épidémiologie et écologie au Liban.Tout d’abord, nous avons analysé 119 souches d’A.baumannii isolées de plusieurs hôpitaux. 76.5 % étaient résistantes aux carbapénèmes et le gène OXA-23 était le plus fréquemment trouvé. Le typage par Multilocus sequence typing a montré que le clone international II était majoritairement détecté. L’électrophorèse en champ pulsé a révélé que 72.6% des souches appartenant au ST2 ont été classées dans un même cluster qui semble être prédominant à Beirut et Tripoli. Ensuite, les réservoirs extrahospitaliers ont été investigués sur 2361 prélèvements collectés au Liban. Au total, 171 souches ont été isolées dans l’environnement, les produits alimentaires ainsi que chez l’homme et les animaux. La majorité de ces souches, globalement sensibles aux antibiotiques, était des Acinetobacter non baumannii, Seuls 15 A.baumannii, de 14 STs différents dont 10 nouveaux ont été isolés. Enfin, nous avons conduit une étude taxonomique approfondie sur plusieurs souches d’Acinetobacter non identifiées au rang d’espèce et retrouvées dans notre étude. Nous avons ainsi caractérisé une nouvelle espèce, nommée « Acinetobacter lebanonensis ».Ce travail a montré que le Liban était un pays à forte endémie d’A.baumannii résistants aux carbapénèmes. Nous n’avons toutefois pas mis en évidence de lien entre les souches cliniques et extrahospitalières, les clones correspondants étant globalement différents. D’autres études sont nécessaires pour élucider l’origine des souches multi-résistantes émergeant dans les hôpitaux. / Acinetobacter spp are opportunistic bacteria widely involved in nosocomial infections. The aim of this work was to study the epidemiology and the ecology of these bacteria in Lebanon. First, we have analyzed 119 clinical strains of A.baumannii. 76.5% of them were resistant to carbapenems and the production of OXA-23 was the main mechanism. Multi-locus sequence typing revealed the predominance of international clone II. Pulsed field gel electrophoresis showed that 72.6% of strains belonging to ST2 were classified in the same cluster which appeared to be predominant in Beirut and Tripoli. On the other hands, Acinetobacter reservoirs were investigated on 2361 samples collected in Lebanon. A total number of 171 strains have been isolated in the environment, food, humans and animals. The majority of these strains was identified as non baumannii Acinetobacter and was susceptible to antibiotics. Besides, typing of A.baumannii revealed the presence of 14 STs including 10 new ones. Finally, we have described a novel species called “Acinetobacter lebanonensis” by conducting a taxonomic study on several strains isolated in Lebanon and other countries. Although the data may be limited, this work has shown the endemic situation of carbapenem resistant A.baumannii circulating in the Lebanese hospitals while the extra hospital ones were different. However, further studies are needed to elucidate the origin of these emerging multidrug resistant strains.

La résistance aux antibiotiques est un enjeu de santé publique mondiale. L'alimentation est une des voies de contamination des bactéries résistantes aux antibiotiques entre l'environnement et l'Homme. Toutefois, les données concernant les bactéries résistantes aux antibiotiques dans les produits aquatiques sont rares. L'objectif de ces travaux a été d'étudier la flore bactérienne et sa résistance aux antibiotiques dans les produits de la pêche et de l'aquaculture. Dans un premier temps, la flore bactérienne mésophile cultivable a été isolée de 9 matrices différentes puis identifiée par la technique MALDI-TOF et/ou du séquençage de différents gènes de ménage. Au final, 1882 isolats bactériens ont été obtenus, et 150 espèces et 57 genres bactériens ont été identifiés. Dans un deuxième temps, nous avons étudié la résistance aux antibiotiques des genres bactériens les plus fréquemment isolés de ces produits. La résistance aux antibiotiques des genres Enterococcus, Staphylococcus, Exiguobacterium, Pseudomonas, Vibrio et Proteus a donc été étudiée. Au total, 46% des isolats étaient résistants aux antibiotiques et 3% étaient multi-résistants. Les crevettes étaient le produit dans lequel le plus de souches résistantes aux antibiotiques ont été identifiée. Et dans un troisième temps, la résistance aux antibiotiques d'une collection de souche de Vibrio parahaemolyticus, espèce bactérienne pathogène alimentaire pour l'homme, a été étudiée. Concernant V. parahaemolyticus, 15% des souches étaient résistantes et 3% des souches étaient multi-résistantes. Une souche, 16-B3PA-006, isolées de crevettes importées d'Asie du Sud-Est produisait une carbapénèmase NDM-1 et était résistante à 5 classes d'antibiotiques. / Antimicrobial resistance is a threat to global public health. Human can be contaminated by antibiotic resistant bacteria through food. However, data on antimicrobial resistant bacteria in seafood are scarce. The aim of this thesis was to study seafood bacterial flora and its antimicrobial resistance. First, mesophilic flora was obtained from 9 matrixes and MALDI-TOF and housekeeping genes sequencing technics were used to identify isolates. Antimicrobial resistance of most frequently bacteria were tested. In total, 1882 isolates were obtained and 150 bacterial species and 57 genera were identified. Enterococcus, Staphylococcus, Exiguobacterium, Pseudomonas, Vibrio and Proteus were most frequently isolated and their antimicrobial resistance was studied. Antibiotic resistant bacteria accounted for 46% of isolates and multidrug resistant bacteria accounted for 3% of isolates. Antimicrobial resistant bacteria were mostly isolated from shrimps. On a side study, antimicrobial resistance of a V.parahaemolyticus strain collection isolated from seafood was characterized. Antimicrobial resistant strains accounted for 15% and multi-drug resistant bacteria accounted for 3%. A NDM-1-producing multidrug resistant strain, 16-B3PA-006 was identified from shrimps imported from South-East Asia.

Les écosystèmes aquatiques soumis à des pressions anthropiques sont des lieux d'évolution rapide des communautés microbiennes. Cet environnement participe certainement à l'émergence d'agents infectieux résistants aux antibiotiques. La ville de Montpellier est située dans un petit bassin versant qui subit d’une part des épisodes de pluies brutales et d’autre part de fortes pressions démographiques. Le principal hôpital est situé dans une zone de ruissellement comprenant deux petites rivières urbaines provenant d'eaux souterraines karstiques à quelques kilomètres en amont. L’objectif de cette étude est d'explorer les communautés bactériennes dans les rivières urbaines qui coulent près du centre hospitalier afin d'évaluer l'influence des ruissellements sur la résistance aux antibiotiques dans les communautés bactériennes. Les communautés bactériennes sont également décrites dans les aquifères karstiques en amont. Une section introductive présente les méthodes disponibles pour l'étude de la résistance aux antimicrobiens dans l'environnement et une revue de la littérature expose les données actuelles sur la résistance aux antibiotiques dans l’eau de ruissellement urbain. Cette partie justifie les stratégies expérimentales. La méthode développée ici, appelée détermination de la concentration inhibitrice à l’échelle de la communauté bactérienne (c-IC, pour community inhibitory concentration), est combinée à une description de la richesse taxonomique pour donner une description instantanée des communautés bactériennes résistantes dans les environnements aquatiques. Une stratégie dérivée de l'approche c-IC permet d'explorer la résistance bactérienne dans le système hydrologique urbain près de l'hôpital et dans les aquifères karstiques. Les données microbiologiques recueillies sont complétées par des données hydrologiques, hydrogéologiques, climatiques et physico-chimiques.L'impact de très faibles concentrations d'antibiotiques sur la structure de la communauté bactérienne dans divers environnements hydriques a été démontré et apparaît comme un indicateur de la vulnérabilité des écosystèmes face aux pressions antimicrobiennes. Le répertoire taxonomique des communautés fluviales urbaines a été décrit et sa dynamique a été confrontée aux conditions environnementales. Le voisinage des hôpitaux augmente significativement la prévalence des bactéries résistantes par rapport à une zone urbaine similaire éloignée de l'hôpital. Des bactéries d’intérêt médical résistantes aux céphalosporines et aux carbapénèmes ont été isolées. De façon surprenante, un Escherichia coli producteur de NDM-5, pathogène émergeant hautement résistant, a été signalé pour la première fois dans une rivière française. Le clone a été détecté dans deux échantillons indépendants montrant sa persistance. Le gène blaNDM-5 et son environnement génétique ont été décrits sur un plasmide IncX3 transférable, indiquant un transfert génétique horizontal possible. La résistance aux antimicrobiens dans l'eau souterraine karstique a varié dans le temps et dans l'espace et est difficilement comparable à celle décrite dans les rivières associées. En milieu urbain, la qualité de l'eau et le risque infectieux sont généralement évalués sur les eaux usées et les effluents des stations d'épuration. Cette étude montre que les eaux de ruissellement dans des zones urbanisées contribuent à l'émergence et à la dissémination de la résistance aux antimicrobiens. Compte tenu de l'épidémiologie inquiétante des maladies infectieuses, cette étude invite à explorer les potentiels réservoirs environnementaux de bactéries résistantes afin de compléter les connaissances sur le cycle épidémiologique de la résistance aux antimicrobiens et essayer de l’interrompre ou de le ralentir. / Aquatic ecosystems subjected to anthropic pressures are places of rapid evolution of microbial communities. They are likely hotspots for emergence of infectious disease agents resistant to antibiotics. The city of Montpellier is located in a small watershed that undergoes brutal rainfall episodes and strong demographic pressures. A hospital is located in a runoff area including two small urban rivers originating from karstic groundwater few kilometers upstream. The aim of the study is to explore bacterial communities in urban rivers flowing near hospital settings in order to evaluate the influence of runoffs on antibiotics resistance in the bacterial communities. Bacterial communities are also described in upstream karstic aquifers.An introductive section presents the methods available for studying antimicrobial resistance in environment and then reviews comprehensively bibliography on antibiotics resistance in urban runoffs. This part supports the experimental strategies. The method developed herein, called community Inhibitory Concentration (c-IC) determination is combined to taxonomic richness description to provide a tool that gives a rapid snapshot of resistant bacterial communities in aquatic environments. A strategy derived from c-IC approach allows the exploration of bacterial resistance in the urban hydrologic system near the hospital and in karstic aquifers. The collected microbiological data has been completed by hydrological, hydrogeological, climatic and physico-chemical data.The impact of very low concentration of antibiotics on the bacterial community structure in various water bodies was demonstrated and appeared as an indicator of the vulnerability of ecosystems to antimicrobial pressures. The taxonomic repertory of the urban river communities was described and its dynamics was compared to environmental conditions. Hospital vicinity significantly increase the prevalence of resistant bacteria compared to a similar urban area remote from hospital. Diverse clinically relevant cephalosporins and carbapenems resistant bacteria have been isolated. Surprisingly, a NDM-producing Escherichia coli, which is a highly resistant and emerging pathogen was reported for the first time in a French River. The clone was detected in two independent sampling showing its persistence. The blaNDM-5 gene and its surrounding sequences were described on a transferable IncX3 plasmid, indicating possible genetic transfer to other bacteria. The antimicrobial resistance in karst groundwater varied in time and space and was hardly compared with that described in related rivers.In urban settings, water quality and infectious risk is generally assessed on sewers and wastewater treatment plants effluents. This study shows that runoff waters in urbanized area contribute to the emergence and dissemination of antimicrobial resistance. Considering the worrisome epidemiology of infectious diseases, it urges to decipher all environmental reservoirs for resistant bacteria in order to complete knowledges about the epidemiological cycle of antimicrobial resistance and try to break or slow down it.