Depuis quelques décennies, les bactéries pathogènes multi-résistantes aux antibiotiques sont de plus en plus répandues dans le monde. Cette situation a suscité le besoin et l'intérêt de trouver des médicaments antibactériens avec de nouvelles cibles potentiels. La découverte des systèmes de communication de type quorum sensing (QS) régulant la virulence bactérienne représente une des cibles privilégiées pour contrôler les bactéries pathogènes autrement qu’en interférant avec leur croissance bactérienne. Dans l’écosystème naturel, un grand nombre d'organismes (Eucaryotes et Procaryotes) co-existent en synthétisant chacun de leur côté des métabolites secondaires. Les plantes, étant en permanence en contact avec des bactéries, synthétisent des métabolites secondaires capables d’inhiber l’expression des gènes de virulence chez les bactéries sans pour autant affecter ni leur croissance ni leur viabilité. Notre objectif a été de contribuer à la valorisation de la biodiversité malgache en identifiant des plantes et en y isolant les composés actifs présentant une capacité à perturber le mécanisme de QS chez P. aeruginosa PAO1, une bactérie pathogène opportuniste de l’homme, des animaux et des plantes. Dans ce but, nous avons tout d’abord réalisé un criblage d’activité anti-QS de différents flavonoïdes commerciaux. De ce criblage, la narigenine et la naringine ont été sélectionnées pour être les molécules de contrôle positif et négatif des tests d’activité anti-QS, respectivement. Par la suite, 4 espèces de Dalbergia endémique de Madagascar ont fait l’objet de criblage pour leur activité anti-QS. Ce travail a fait ressortir l’activité anti-QS très intéressante de l’écorce de D. trichocarpa à partir de laquelle nous avons isolée le composé actif nommé la coumarate de l’aldéhyde-oléanolique (OALC). Le contrôle naringénine et l’OALC ne présente aucun effets inhibiteurs sur la croissance bactérienne de P. aeruginosa PAO1 et sur l’expression du gène QS-indépendant aceA suggérant une activité d’inhibition spécifiquement liée au QS. Cependant, ces deux molécules présentent des spectres d’inhibition différente. En effet, les deux molécules diffèrent dans le sens que la naringenine n’inhibe pas l’expression du gène gacA et la motilité de type twitching contrairement à l’OALC. Ces résultats suggèrent que l’OALC et la naringénine représente des candidats potentiels pour des investigations in vivo quant à leur effet anti-QS et anti-biofilm sur des modèles infectieux d’organismes supérieurs. Par ailleurs, ils démontrent la richesse des plantes malgaches comme sources de nouvelles molécules anti-virulence ainsi que l’importance de telle investigation afin de renforcer notre arsenal thérapeutique en composé antibactérienne dans la lutte continuelle contre les bactéries pathogènes/Since few decades, multidrug resistant bacteria spread all over the world. This situation gives rise to the need and interest in finding antibacterial drugs with novel potent target. Discovery of communication system termed Quorum Sensing (QS) which regulate bacterial virulence factor represent privileged target in another way than interfering with bacterial growth. In natural ecosystem, many organisms (Eukaryotes and Prokaryotes) produce secondary metabolites. As plants are permanently in contact with bacteria, they have synthetized secondary metabolites which inhibit bacterial virulence gene expression without affecting bacterial viability. Our goal was to contribute to the valorization of Malagasy biodiversity and specifically to identify plants and isolate bioactive compound presenting ability to disrupt QS mechanism in P. aeruginosa, opportunistic pathogen bacteria in plants, animals and human. In this purpose, screening of commercial available flavonoids has been firstly carried out. From this screening, naringenin and naringin have been selected to be used as positive and negative QS inhibitor controls, respectively. Subsequently, Four Malagasy endemic Dalbergia species have been screened for their anti-QS activity. This work pointed out the interesting anti-QS activity of D. trichocarpa bark extract which led to the isolation of oleanolic aldehyde coumarate (OALC) as one major bioactive compound. At the concentration tested, naringenin and OALC did not affect P. aeruginosa PAO1 viability and didn’t reduce QS-independent aceA gene expression suggesting a specific anti-QS activity. However, these two compounds present different inhibition spectrum. Indeed, naringenin didn’t inhibit gacA gene expression and twitching motility contrarily to OALC. These results suggest that OALC and naringenin represent potent candidates for in vivo investigations in their anti-QS and anti-biofilm activity onto eukaryotes infectious model. Besides, this finding demonstrated the potent source for novel anti-virulence compounds of Malagasy flora and the importance of this kind of research to strengthen our antimicrobial therapeutic arsenal with the ongoing struggle against bacterial infection. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Tuberculosis (TB) is an infectious and fatal disease that ranks as the second leading killer worldwide. It is caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb) which is an obligate intracellular parasite that colonizes the alveolar macrophages of the immune system. The major health concern associated with TB is its co-infection with HIV and the development of strains with multi-drug resistance. The elimination of TB has been hindered due to the lack of understanding of the survival strategies used by this pathogen. Thus, research towards discovering new effective antibacterial drugs is necessary and a group of Mtb kinase enzymes were targeted in this study because these enzymes are crucial for metabolism, pathogenesis and, hence, the survival of Mtb. Kinases are a group of structurally distinct and diverse proteins that catalyze the transfer of the phosphate group from high energy donor molecules such as ATP (or GTP) to a substrate. The phosphorylation of proteins modifies the activity of specific proteins which is subsequently used to control complex cellular processes within Mtb. The starting point of this research targeted eight specific Mtb kinases namely; Nucleoside diphosphokinase, Homoserine kinase, Acetate kinase, Glycerol kinase, Thiamine monophosphate kinase, Ribokinase, Aspartokinase and Shikimate kinase. The aim of this project was to subclone the gene sequences for these eight recombinant Mtb kinases and express them in Escherichia coli, to purify the proteins and determine their activity. In the effort to find new lead compounds, the final stage of this study focused on the basic screening of the TB kinases against an extract prepared from Pelargonium sidoides, a medicinal plant, to identify any inhibitory effects. Although this traditional medicinal plant has been broadly researched and extensively used to treat TB, there is still a lack of understanding of this plant’s scientific curative effect. Various molecular and biochemical methods were used to achieve the aims of this project. The putative gene sequence was obtained from the annotated genome of H37Rv, deposited at NCBI as NC_000962.2. The genes encoding the kinases were successfully PCR-amplified from genomic DNA, cloned into an expression vector in-frame with a C- or N-terminal 6-histidine-tag and expressed in E. coli BL21 (DE3). The purification of the protein was complex, but various different methods and techniques were explored to obtain sufficient amounts of protein. The functional characterization of the kinases involved an HPLC enzyme assay that showed that the recombinant kinases were active. These enzymes were then screened against the potential inhibitory compounds in P. sidoides using enzyme assays to generate dose-response curves. This allowed an effective comparison not only of the Mtb kinases’ activity under normal conditions but also the kinases’ activity in the presence of a potential inhibitor. Overall, the inhibition of the enzymes required the presence of higher concentrations of the P. sidoides extract. However, the SK enzyme results presented a significantly higher inhibition and the lowest IC50 value, in comparison to the other kinases, which makes this kinase an attractive potential drug target against TB. In summation, cloning and purification of SK was successful, resulting in a concentration of 2030 μg/ml of purified enzyme and its activity analysis demonstrated enzyme functionality. This activity was reduced to zero in the presence of 1 x 102 mg/ml dilution of P. sidoides plant extract. This research conducted has extended the quality of information available in this field of study. These interesting results, proposing and identifying SK as a suitable potential target can be a starting point to significantly contribute and progress in this field of research, with the eventual goal of developing a drug to combat this fatal disease. / Life Sciences / M. Sc. (Life Sciences)

Plants are continuously confronted with a multitude attack either abiotic but also biotic in nature. Interestingly, despite the abundance of bacteria that plant has to face, only few are able to induce death or disease in the host plant. It is therefore likely that, in addition to secondary metabolites with antimicrobial properties, plants also synthesize secondary metabolites which are able to inhibit the expression of virulence genes in bacteria without affecting either growth or viability, which allows plants to host willingly or not bacterial populations. This work focuses on the identification of such metabolites in Malagasy plants (genera Dalbergia and Combretum) and the demonstration of their inhibitory effect on the expression of virulence genes in two different pathosystems: Rhodococcus fascians (a phytopathogen) and Pseudomonas aeruginosa (an opportunistic pathogen). Thus, two metabolites were isolated using a combination of chromatographic techniques coupled with tests that evaluate the expression of certain genes involved in the virulence mechanisms of these bacteria. The first is a new prenylated isoflavanone, named perbergin, isolated from the bark extract of D. pervillei. It was shown that the perbergin target attR gene expression, encoding a LysR-type transcriptional regulator that plays a key role in regulating the expression of virulence genes of R. fascians and the transition from an epiphytic to a pathogenic lifestyle. Therefore, we have also shown that the expression of all virulence genes known to date in R. fascians is also affected while the expression of genes involved in epiphytic fitness of the bacteria is not altered. In addition, the application of perbergin at the time of infection of plants susceptible to R. fascians shows that this molecule reduces in vivo the virulence of R. fascians, highlighting the potential of perbergin as an anti-infective agent. The second is a flavonoid known as catechin, isolated from the bark extract of C. albiflorum. Catechin significantly inhibits the expression of genes that regulate the mechanism of quorum sensing in P. aeruginosa such as lasI, LasR, rhlI and rhlR but also lasB and rhlA which expression depends on quorum sensing. Therefore, the production of virulence factors such as pyocyanin and elastase is significantly affected. Because of the limited number of our arsenal of antibiotics and their increasing ineffectiveness, the identification of these compounds create a path to an alternative in the fight against pathogenic bacteria and multidrug resistance of pathogenic bacteria to antibiotics. Our results also demonstrate the richness of Malagasy plants as (re)sources of new therapeutic molecules and the importance of widening the range of bacterial targets to be investigated to develop new strategies to fight within the endless war that we are waging against bacteria pathogens.<p><p>Les plantes sont continuellement confrontées à une multitude d’attaques qu’elles soient de nature abiotique ou surtout biotique. Il est intéressant de noter que malgré la multitude de bactéries auxquelles les plantes doivent faire face, seules quelques unes sont capables d’induire la mort ou une maladie chez la plante hôte. Il est dès lors fort probable que, outre les métabolites secondaires ayant des propriétés antimicrobiennes, les plantes synthétisent également des métabolites secondaires capables d’inhiber l’expression des gènes de virulence chez les bactéries sans toutefois affecter ni leur croissance ni leur viabilité, ce qui permet aux plantes de contenir les populations bactériennes qu’elles hébergent de gré ou de force. Ce travail porte sur l’identification de ce type de métabolites dans des plantes malgaches (genres Dalbergia et Combretum) et la démonstration de leurs effets inhibiteurs sur l’expression de gènes de virulence chez deux pathosystèmes différents: Rhodococcus fascians (un phytopathogène) et Pseudomonas aeruginosa (un pathogène opportuniste). Ainsi, deux métabolites ont été isolés en utilisant une combinaison de techniques chromatographiques couplées avec des tests qui évaluent l’expression de certains gènes impliqués dans les mécanismes de virulence de ces bactéries. Le premier est un nouvel isoflavanone prénylé, nommé perbergine, isolé à partir de l’extrait d’écorces de D. pervillei. Il a été montré que la perbergine cible l’expression du gène attR, codant un régulateur transcriptionnel de type LysR qui joue un rôle clé dans la régulation de l’expression des gènes de virulence de R. fascians et qui assure la transition entre un mode de vie épiphyte et le mode pathogène. En conséquence, nous avons également montré que l’expression de l’ensemble des gènes de virulence connu à ce jour chez R. fascians est également affectée alors que l’expression de gènes impliqués dans l’aptitude épiphyte de la bactérie n’est pas altérée. Par ailleurs, l’application de perbergine au moment de l’infection de plantes sensibles à R. fascians montre que cette molécule atténue la virulence de R. fascians in vivo, mettant en exergue le potentiel de la perbergine comme agent anti-infectieux. Le deuxième est un flavonoïde, connu sous le nom de catéchine, isolé de l’extrait d’écorces de C. albiflorum. La catéchine inhibe significativement l’expression des gènes régulateurs du mécanisme du quorum sensing chez P. aeruginosa tels que lasI, lasR, rhlI et rhlR et également lasB et rhlA dont l’expression dépend du quorum sensing. En conséquence, la production des facteurs de virulence tels que la pyocyanine et l’élastase est significativement affectée. Compte tenu de l’appauvrissement de notre arsenal d’antibiotiques et de leur inefficacité croissante, l’identification de ces composés ouvre une voie alternative de lutte contre les bactéries pathogènes et la multirésistance des bactéries pathogènes aux antibiotiques. Nos résultats démontrent également la richesse des plantes malgaches comme (res)sources de nouvelles molécules thérapeutiques et l’importance d’élargir le champ des cibles bactériennes à investiguer pour développer de nouvelles stratégies de lutte dans la guerre sans fin que nous menons contre les bactéries pathogènes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished