L’ostréiculture constitue l'une des principales composantes de l’aquaculture. Cependant, ce secteur est confronté à des épisodes de mortalités anormales survenant aussi bien en écloseries que dans le milieu naturel, affectant les huîtres diploïdes et triploïdes et à différents stades de leur vie. Pendant les épisodes de mortalité des mollusques bivalves en France, des bactéries, initialement classées dans le groupe de V. harveyi, ont été régulièrement isolées à coté des virus de type herpès, V. splendidus ou de V. aestuarianus. Afin d'affiner l’affiliation taxonomique de ces isolats, une caractérisation génotypique et phénotypique a été réalisée. Les isolats bactériens, initialement classés dans le groupe de V. harveyi, se sont révélés génétiquement plus proches de souches du groupe V. tubiashii, reconnues comme agents pathogènes affectant larves et juvéniles de mollusques aux Etats-Unis et en Angleterre. Des outils de diagnostic ont été élaborés pour évaluer la propagation de cette espèce lors des périodes de mortalité depuis 2007, supportant cette première description de V. tubiashii en France. La virulence des isolats et la toxicité de leurs produits extracellulaires (ECPs) ont été confirmés par infections expérimentales sur des larves et des juvéniles de C. gigas. Les essais in vitro ont révélé la capacité des ECPs de V. tubiashii à perturber des fonctions immunitaires hémocytaires probablement via la dégradation de certaines protéines structurales. Finalement, des analyses protéomiques et transcriptomiques ont révélé la conjonction de multiples facteurs de virulence, y compris les métalloprotéases dans la virulence des souches françaises de V. tubiashii. / The oyster farming constitutes one of the major components of the global aquaculture. However, this sector is facing abnormal mortalities outbreaks that affect diploid and triploid oyster at their different life stages, in the hatcheries and in the field. During bivalve molluscs mortality events in France, bacteria initially classified into Harveyi group, were regularly isolated along with herpes virus, V. splendidus or V. aestuarianus. In order to fine tune the taxonomic affiliation of those isolates, a genotypic and phenotypic approach was used. The bacterial isolates, initially misclassified into the Harveyi clade, were shown to be genetically closed to V. tubiashii strains already recognized as the main causative agents of larvae and juvenile mollusc mortalities in America and in England. A diagnostic tool was developed to evaluate its spread in mortality events since 2007, supporting this first description of V. tubiashii in France. Moreover, the virulence of isolates and the toxicity of their extracellular products (ECPs) were confirmed on C. gigas larvae and juveniles by experimental infections. Using in vitro assays, French V. tubiashii ECPs revealed their ability to alter some hemocytes immune defense probably through the degradation of matrix structural proteins. Finally, proteomic and transcriptomic analyses revealed the conjunction of multiples virulence factors including metalloproteases in the virulence of the French V. tubiashii strains.

Nach den Ergebnissen der zweiten Nationalen Verzehrsstudie sind in Deutschland bereits 66 % der Männer und 51 % der Frauen übergewichtig (BMI > 25) oder adipös (BMI > 30) [BMELV, 2008]. Bisher auf dem Markt befindliche „Light-Lebensmittel“ mit Fettaustausch- bzw. Fettersatzstoffen weisen jedoch häufig sensorische Mängel auf. Im Kooperationsprojekt „Pflanzliche Fettaustauschstoffe aus sphärischen Proteinmizellen“ (Universität Leipzig: Institut für Lebensmittelhygiene; Freising: Fraunhofer IVV) wurde ein Lupinenproteinisolat entwickelt, welches micellare Strukturen mit hydrophober Oberfläche ausbilden kann und sich aufgrund seiner fettähnlichen Eigenschaften als neuer proteinbasierter Fettaustauschstoff in Lebensmitteln eignet. Aufgrund der geringen mikrobiologischen Stabilität und einer hohen Belastung mit sporenbildenden Bakterien, z. T. Bacillus cereus, waren jedoch Maßnahmen zur Entkeimung der Rohstoffe sowie des Proteinisolats notwendig. Die Arbeit stellt diese Maßnahmen und deren Einfluss auf die mikrobiologische Beschaffenheit sowie sensorische, technofunktionelle und ausgewählte ernährungsphysiologische Eigenschaften dar. In der vorliegenden Arbeit wurde eine physikalische Methode der Saatgutentkeimung etabliert (130 °C/60 min), welche die mikrobielle Stabilisierung des lupinenproteinbasierten Fettaustauschstoffes sicherstellte, wobei die sensorische Qualität (Geschmack, Cremigkeit, Farbe) nur minimal, die ernährungsphysiologische (in-vitro-Verdaubarkeit, Maillard-Produkte, Polyphenolgehalt) jedoch nicht beeinflusst wurde. Starke Veränderungen der technofunktionellen Eigenschaften (z. B. Gelbildung, Wasserbindung, Emulgierbarkeit, Schaumbildung etc.) konnten sowohl im positiven als auch im negativen Sinne nicht beschrieben werden. Lichtmikroskopische Aufnahmen und Untersuchungen der Proteine mittels SDS-PAGE und DSC bestätigten eine nur geringfügige Beeinflussung der micellaren Struktur und Proteinzusammensetzung. Die Anwendung als Fettaustauschstoff in Lebensmitteln würde somit nicht beeinträchtigt. Der Einfluss der Saatgutbehandlung auf das Protein war wesentlich geringer als eine direkte thermische Behandlung des Proteinisolats. Im Hinblick auf den Gesamtprozess sollte eine Pasteurisierung der feuchten Proteinisolate im nichtproteinschädigenden Temperaturbereich (75 °C/5 min) dennoch durchgeführt werden, um während des Prozesses eingetragene Mikroorganismen zu inaktivieren.

Cette étude a été menée dans le but d’explorer les nouvelles sources de protéines à valeur nutraceutique. Les graines de Ricinodendron heudelotii (Bail. Pierre ex Pax) et de Tetracarpidium conophorum (Müll. Arg) ont d’abord été cuites dans de l’eau bouillante pendant 90 et 30 min qui sont respectivement leurs temps optimums de cuisson. Après délipidation et tamisage des tourteaux, la fraction 400 - 500 µm s’est révélée la plus représentative avec plus de 70 % et riche en azote protéique (6–7% MS). Les concentrats et les isolats protéiques ont été préparés à partir des tourteaux respectivement dans l’eau distillée à pH 4,5 et dans une solution de NaOH à 0,2 % (R. heudelotii), une solution de NaCl 0,6 M (T. conophorum) à pH 11. Ces concentrats (65 – 75 % MS de protéines) et ces isolats protéiques (81 – 92 % MS de protéines) ont une composition physico-chimique différente (P < 0,05) de celle des tourteaux. Pour les deux Euphorbiacées, les capacités de rétention d’eau (367 – 467 g / 100 g d’échantillon), de rétention d’huile (256 – 410 g / 100 g d’échantillon) et moussante (68 – 71 %) sont maximales dans les isolats protéiques tandis que les capacités gélifiante (6 – 14 %) et émulsifiante (63 – 87 %) le sont dans les concentrats protéiques. Les teneurs en acides aminés essentiels des tourteaux de R. heudelotii et de T. conophorum sont comparables à celle de la protéine de référence. L’étude de la digestibilité enzymatique in vitro a montré que l’azote libéré après 6 h est supérieur à 90 % dans les concentrats et les isolats protéiques. La digestibilité protéique in vivo indique que le gain de poids des rats mâles âgés de 21 ± 3 jours durant 15 jours d’expérimentation ainsi que les paramètres de rétention azotée sont plus importants avec les régimes à base de l’aliment de référence (caséine) et du tourteau de T. conophorum. Les valeurs corrigées des paramètres de digestibilité par l’indice chimique des acides aminés laissent apparaître que le tourteau de T. conophorum renferme les protéines de très bonne qualité nutritionnelle, autant que la caséine / This study was conducted in order to look for alternative sources of proteins having nutraceutic value. The grains of Ricinodendron heudelotii (Bail.) and Tetracarpidium conophorum (Müll. Arg) were first cooked in boiled water at their optimal cooking time for 90 and 30 min respectively. After defating, sieving of the defatted cakes showed that samples with a granulometry of 400 - 500 µm were most representative (more than 70%), containing more proteic nitrogen (6–7 %). Protein concentrates and protein isolates were prepared from defatted cakes respectively in distilled water at pH 4.5 and in NaOH 0.2% (R. heudelotii) and NaCl 0.6M (T. conophorum) at pH 11. Physico-chemical properties of protein concentrates (65 – 75 % of proteins) and protein isolates (81–92 % of proteins) were different from those of the defatted cakes. Water holding (367 – 467 g / 100 g of sample), oil holding (256 – 410 g / 100 g of sample) and foaming capacities (68 – 71 %) were highest with protein isolates whereas gelling (6 – 14 %) and emulsion capacities (63 – 87 %) were highest with concentrates. The amounts of essential amino acids in both defatted flours were comparable to the value in FAO / WHO (2007) scoring pattern. Nitrogen liberated after 6 h of enzymatic digestibility was more than 90 % both in the proteins concentrates and isolates. In vivo studies carried out on 21 ± 3 days old Sprague Dawley male rats for 15 days showed that gain of weight and nitrogen retention parameters were higher for rats that consumed casein and T. conophorum defatted cake. Corrected values of nitrogen digestibility of the analysed samples showed that T. conophorum defatted cake contains protein source with good nutritional quality

PhD (Microbiology) / Department of Microbiology

Nach den Ergebnissen der zweiten Nationalen Verzehrsstudie sind in Deutschland bereits 66 % der Männer und 51 % der Frauen übergewichtig (BMI > 25) oder adipös (BMI > 30) [BMELV, 2008]. Bisher auf dem Markt befindliche „Light-Lebensmittel“ mit Fettaustausch- bzw. Fettersatzstoffen weisen jedoch häufig sensorische Mängel auf. Im Kooperationsprojekt „Pflanzliche Fettaustauschstoffe aus sphärischen Proteinmizellen“ (Universität Leipzig: Institut für Lebensmittelhygiene; Freising: Fraunhofer IVV) wurde ein Lupinenproteinisolat entwickelt, welches micellare Strukturen mit hydrophober Oberfläche ausbilden kann und sich aufgrund seiner fettähnlichen Eigenschaften als neuer proteinbasierter Fettaustauschstoff in Lebensmitteln eignet. Aufgrund der geringen mikrobiologischen Stabilität und einer hohen Belastung mit sporenbildenden Bakterien, z. T. Bacillus cereus, waren jedoch Maßnahmen zur Entkeimung der Rohstoffe sowie des Proteinisolats notwendig. Die Arbeit stellt diese Maßnahmen und deren Einfluss auf die mikrobiologische Beschaffenheit sowie sensorische, technofunktionelle und ausgewählte ernährungsphysiologische Eigenschaften dar. In der vorliegenden Arbeit wurde eine physikalische Methode der Saatgutentkeimung etabliert (130 °C/60 min), welche die mikrobielle Stabilisierung des lupinenproteinbasierten Fettaustauschstoffes sicherstellte, wobei die sensorische Qualität (Geschmack, Cremigkeit, Farbe) nur minimal, die ernährungsphysiologische (in-vitro-Verdaubarkeit, Maillard-Produkte, Polyphenolgehalt) jedoch nicht beeinflusst wurde. Starke Veränderungen der technofunktionellen Eigenschaften (z. B. Gelbildung, Wasserbindung, Emulgierbarkeit, Schaumbildung etc.) konnten sowohl im positiven als auch im negativen Sinne nicht beschrieben werden. Lichtmikroskopische Aufnahmen und Untersuchungen der Proteine mittels SDS-PAGE und DSC bestätigten eine nur geringfügige Beeinflussung der micellaren Struktur und Proteinzusammensetzung. Die Anwendung als Fettaustauschstoff in Lebensmitteln würde somit nicht beeinträchtigt. Der Einfluss der Saatgutbehandlung auf das Protein war wesentlich geringer als eine direkte thermische Behandlung des Proteinisolats. Im Hinblick auf den Gesamtprozess sollte eine Pasteurisierung der feuchten Proteinisolate im nichtproteinschädigenden Temperaturbereich (75 °C/5 min) dennoch durchgeführt werden, um während des Prozesses eingetragene Mikroorganismen zu inaktivieren.:1 Einleitung und Zielstellung 1 2 Stand des Wissens 4 2.1 Die Lupine 4 2.1.1 Anbau und Verbreitung 4 2.1.2 Einsatz von Lupinenprodukten und -proteinen in der Humanernährung 5 2.1.3 Inhaltsstoffe und deren Verteilung 5 2.1.4 Lupinenproteine 10 2.1.4.1 Einteilung und Struktur der Lupinenproteine 10 2.1.4.2 Lupinenproteine und Allergenität 12 2.1.5 Eigenschaften der verschiedenen Lupinenproteinfraktionen 13 2.1.5.1 Ernährungsphysiologische Eigenschaften 13 2.1.5.2 Funktionelle Eigenschaften 15 2.1.5.3 Modifikation der Proteinstruktur 15 2.1.5.4 Herstellung verschiedener Lupinenproteinpräparate 16 2.1.5.5 Micellare Proteine 17 2.2 Möglichkeiten der Fettreduktion in Lebensmitteln 18 2.2.1 Fettaustauschstoffe 18 2.2.1.1 Fettaustauschstoffe auf Proteinbasis (Mikropartikulierte Proteine) 18 2.2.1.2 Fettaustauschstoffe auf Kohlenhydratbasis 19 2.2.1.3 Quellstoffe 19 2.2.2 Fettersatzstoffe 19 2.2.2.1 Spezielle Triglyceride 20 2.2.2.2 Kohlenhydratpolyester 20 2.2.2.3 Retrofette 20 2.3 Herstellung des lupinenproteinbasierten Fettaustauschstoffes 20 2.4 Saatgutbehandlung 21 2.4.1 Methoden der Lebensmittelkonservierung 22 2.5 Proteinfunktionalität 25 2.5.1 Definition und Zusammenhang zu Proteinen 25 2.5.2 Ausgewählte funktionelle Eigenschaften 26 2.5.2.1 Wasserbindevermögen 26 2.5.2.2 Ölbindevermögen 26 2.5.2.3 Löslichkeit 27 2.5.2.4 Emulgiervermögen 27 2.5.2.5 Schaumbildungsvermögen 28 2.5.2.6 Gelbildungsvermögen 29 2.5.2.7 Oberflächenhydrophobität 30 2.5.2.8 Bedeutung für die Lebensmittelentwicklung 30 3 Material und Methoden 32 3.1 Material 32 3.1.1 Saatgut 32 3.1.2 Geräte, Chemikalien, Verbrauchsmaterial, Software 32 3.1.3 Pufferlösungen 39 3.1.4 Herstellung Bradford-Reagenz, 5-fach 39 3.1.5 Auswahl der Vergleichssubstanzen 39 3.2 Methoden 40 3.2.1 Herstellung der Proteinisolate 40 3.2.2 Mikrobiologische Analysen 41 3.2.3 Bestimmung der Trockenmasse 41 3.2.4 Bestimmung des Proteingehalts 42 3.2.5 Thermische Behandlungsmethoden im Prozess 42 3.2.5.1 UHT-Erhitzung des Extraktes 42 3.2.5.2 Pasteurisierung des Isolats 44 3.2.6 Saatgutentkeimung 44 3.2.6.1 UVC-Bestrahlung 44 3.2.6.2 Trockene Erhitzung 45 3.2.6.3 Autoklavieren 46 3.2.7 Sensorische Untersuchungen 46 3.2.8 Proteinfunktionalität 47 3.2.8.1 Ölbindevermögen 47 3.2.8.2 Wasserbindevermögen 47 3.2.8.3 Gelbildungsvermögen 47 3.2.8.4 Emulgiereigenschaften 47 3.2.8.5 Schaumbildungsvermögen 48 3.2.8.6 Proteinlöslichkeit 48 3.2.8.7 Oberflächenhydrophobität 49 3.2.9 Ernährungsphysiologische Eigenschaften 50 3.2.9.1 in-vitro-Verdaubarkeit 50 3.2.9.2 Maillard-Produkte 50 3.2.9.3 Nachweis reduzierender Zucker .50 3.2.9.4 Nachweis von Glykoproteinen 50 3.2.9.5 Polyphenolgehalt der Lupinenflocken und Proteinisolate 51 3.2.10 Proteincharakterisierung 51 3.2.10.1 Lichtmikroskopie 51 3.2.10.2 Dynamische Differenzkalorimetrie 51 3.2.10.3 Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamidgelelektrophorese 52 4 Ergebnisse und Diskussion 54 4.1 Thermische Behandlungsmethoden im Prozess 54 4.1.1 UHT-Erhitzung des Extraktes: Einfluss auf Mikrobiologie und Proteinausbeute 54 4.1.2 Pasteurisierungsversuche: Einfluss auf Mikrobiologie und Proteinqualität 55 4.2 Saatgutentkeimung - Mikrobiologie und Proteinausbeute 56 4.2.1 Versuchsreihe I 56 4.2.2 Versuchsreihe II 61 4.3 Sensorische Untersuchungen 63 4.3.1 Verkostungen 64 4.3.2 Farbmessung der Proteinisolate und Flocken 65 4.4 Proteinfunktionalität 69 4.4.1 Wasser- und Ölbindevermögen 69 4.4.2 Gelbildungsvermögen 72 4.4.3 Emulgiereigenschaften 74 4.4.4 Schaumbildungsvermögen 78 4.4.5 Proteinlöslichkeit 81 4.4.6 Oberflächenhydrophobität 83 4.5 Ernährungsphysiologische Eigenschaften 86 4.5.1 Maillard-Produkte 86 4.5.2 Nachweis reduzierender Zucker 87 4.5.3 Nachweis von Glykoproteinen 87 4.5.4 Verdaubarkeit 88 4.5.5 Polyphenolgehalte 89 4.6 Proteincharakterisierung 91 4.6.1 Lichtmikroskopie 91 4.6.2 Dynamische Differenzkalorimetrie 95 4.6.3 Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamidgelelektrophorese 98 5 Zusammenfassung 105 Anhang 109

Obwohl seit der Einführung des Penicillins ein wirksames Medikament gegen Streptokokken der Lancefield Gruppe A (GAS) existiert, bei welchem bislang keine Resistenzen beschrieben wurden, bleiben GAS-Infektionen auch heute noch ein großes gesundheitspolitisches Problem, das sowohl die Morbidität als auch die Mortalität der Menschen weltweit beeinflusst. GAS können ein breites Spektrum an Erkrankungen beim Menschen verursachen. Dazu zählen nicht nur unkomplizierte Racheninfektionen mit und ohne Scharlach oder Hautinfektionen wie Erysipel oder Impetigo, sondern auch invasive sowie Folgeerkrankungen. 1928 wurde als Typ-spezifische, Antikörperbildung-induzierende Substanz das M-Protein beschrieben, welches durch das emm-Gen kodiert und seither zur Beschreibung der Epidemiologie von GAS verwendet wird. Eine der Hauptfunktionen des auf der Oberfläche von GAS verankerten M-Proteins besteht darin, die Phagozytose durch polymorphkernige Leukozyten zu verhindern, was zu den wichtigsten Abwehrmechanismen von Infektionen mit GAS gezählt wird. Obwohl seit einigen Jahrzehnten große Anstrengungen unternommen wurden, bleibt ein sicherer und effektiver Impfstoff bisher ein unerreichtes Ziel. In der hier vorliegenden Studie wurde, anhand der über den Zeitraum vom 11.03.2006 bis 19.05.2012 am Universitätsklinikum Freiburg gesammelten Daten und Isolaten, die regionale Epidemiologie von Infektionen pädiatrischer Patienten durch GAS retrospektiv untersucht. Mit insgesamt 566 Isolaten und zugehörigen klinischen Daten stellt diese Studie die bisher größte unizentrische epidemiologische Untersuchung von pädiatrischen Erkrankungen mit emm-Typisierung von GAS in Deutschland dar. Dabei wurde besonders auf Zusammenhänge zwischen den molekularepidemiologischen Daten, basierend auf der emm-Typisierung, und den anonymisierten klinischen Informationen eingegangen. In die Kohorte konnten insgesamt 566 Fälle eingeschlossen werden. Bei 405 Fällen wurde eine Racheninfektion festgestellt, wovon bei wiederum 75 Fällen zusätzlich die Diagnose Scharlach gestellt wurde, 34 Kinder stellten sich mit einer Hautinfektion vor, 21 mit einer akuten Otitis media, 19 mit einer anogenitalen Infektion, acht mit einer invasiven Infektion und zwei mit einer Harnwegsinfektion. Als Kolonisation durch GAS ohne Krankheitswert wurden 77 Fälle gewertet, davon 48 mit pharyngealer Kolonisation. In der molekularepidemiologischen Untersuchung konnten drei neue emm-subtypen entdeckt werden, welche als emm29.13, emm36.7 sowie emm75.5 erstbeschrieben und deren Sequenzen in der Datenbank des CDC hinterlegt wurden. Über die gesamte Kohorte hinweg wurde Typ emm12 bei 19% aller Fälle gefunden und lag somit am häufigsten vor, gefolgt von emm1 und emm4 mit je 14% sowie emm28 und emm89 mit je 11%. Bei Betrachtung der emm-Cluster zeigte sich E4 mit 31% am häufigsten, danach folgten Cluster A-C4 mit 19%, A-C3 und E1 mit jeweils 14%. Unter den 405 Fällen mit GAS-Tonsillopharyngitis lag emm12 mit knapp 20% am häufigsten vor, gefolgt von emm4 mit 15%, emm1 mit 14%, emm89 mit 13% und emm28 sowie emm3 mit je 9%. Hinsichtlich der Cluster wurde E4 dort mit knapp 30% am häufigsten festgestellt, gefolgt von A-C4 mit 20%, E1 mit 15%und A-C3 mit 14%. In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass sich die emm-Typ- sowie die emm-Cluster-Epidemiologie in Abhängigkeit von der klinischen Manifestation unterscheidet. Auch wenn sich die Verteilungen grundsätzlich ähnelten, traten emm4 bzw. die Cluster A-C5 und E1 bei Patienten mit Tonsillopharyngitis mit Scharlach auch nach Bonferroni-Korrektur signifikant häufiger auf als bei solchen mit Tonsillopharyngitis ohne Scharlach. Erste Hinweise hierfür wurden im Rahmen dieser Arbeit in einer Vorabauswertung zu dieser Kohorte 2013 erstmals beschrieben und durch Ergebnisse folgender, internationaler Studien gestützt. Bei anogenitalen Infektionen wurde in knapp 80% der Fälle Cluster E4 und in 58% emm28 festgestellt, so-dass hier ein deutlich eingeengtes Erregerspektrum vorlag. Verglichen zu allen Fällen mit Tonsillopharyngitis wurden bei anogenitaler Infektion Typ emm28 und Cluster E4 signifikant häufiger isoliert. Für Hautinfektionen konnte kein signifikanter Unterschied der emm-Typ-Verteilung im Vergleich zu Racheninfektionen insgesamt gefunden werden. Es zeigte sich jedoch Cluster E4 signifikant häufiger bei Patienten mit einer Hautinfektion als bei solchen mit Scharlach. Insgesamt zeigte sich im konkreten Vergleich zu einer französischen Studie eine weitgehende Übereinstimmung hinsichtlich der Epidemiologie der emm-Typen und -Cluster, jedoch auch einzelne Differenzen. Diese Unterschiede waren signifikant für emm6 und emm22, ebenso wie für Cluster M6. Weiterhin bestätigte unter anderen die Studie von d´Humieres et al. die Häufung von emm4 bei Scharlach-Patienten, was die Aussage der vorgelegten Ergebnisse unter-streicht. Weiterhin wurde zur Untersuchung der longitudinalen Entwicklung der emm-Typen und emm-Cluster die Verteilung des Zeitraumes vom 01.04.2006 und 31.03.2007 mit dem vom 01.05.2011 bis 30.04.2012 verglichen. Zumindest für den vergleichsweise kurzen zeitlichen Abstand konnten nach Adjustierung keine signifikanten Veränderungen der Epidemiologie hinsichtlich einzelner emm-Typen bzw. -Cluster beobachtet werden. In bisherigen Studien wurde die Pathogenität eines Stammes meist anhand des klinischen Erscheinungsbildes bestimmt. In dieser Studie wurde weiterführend untersucht, inwiefern sich einzelne emm-Typen bzw. emm-Cluster auch in quantitativ messbaren Parametern wie u.a. dem C-reaktiven Protein (CRP) sowie der Leukozytenzahl im Blut unterscheiden. Bei Patienten mit Tonsillopharyngitis zeigte sich lediglich Cluster E4 signifikant häufiger mit einem CRP-Wert über 35 mg/l assoziiert. Für die Leukozytenzahl war ein solcher Zusammenhang dagegen nicht nachweisbar. Da die verwendeten Analysen jedoch Störfaktoren unterlagen und ein Kausalzusammenhang zwischen der Pathogenität des Erregers und der Auslenkung der ge-nannten Parameter im Rahmen des Studiendesigns nicht bewiesen werden konnte, lassen diese Ergebnisse keine abschließende Beurteilung zu. Der bereits entwickelte 30-valente Impfstoff zeigte anhand der enthaltenen M-Antigene eine gute Übereinstimmung mit den in dieser Studie gefundenen emm-Typen. Dabei waren die Antigene von 19 der 25 in dieser Studie registrierten emm-Typen in dem Impfstoff enthalten, was jedoch unter Berücksichtigung der Kreuzreaktivitäts-Hypothese für emm-Cluster zu einem Deckungsgrad von 99,8% aller untersuchten Fälle (565 von 566) führt. Insgesamt erwies sich der unizentrische Charakter der hier vorgelegten Studie in gewisser Hinsicht als Vorteil gegenüber multizentrischen Studien, da hierdurch zu bestimmten Fragen Informationen ohne den Einfluss regionaler Besonderheiten ausgewertet werden konnten. Inwiefern regionale Prävalenzen einzelner emm-Typen oder deren Pathogenitätspotential ent-scheidend für die Epidemiologie insbesondere invasiver Infektionen sind, kann anhand dieser Studie nicht abschließend beurteilt werden. Zur näheren Untersuchung dieses Sachverhaltes wären weiterführende Studien in größerem Maßstab notwendig. Zusammenfassend wurde mit dieser Arbeit eine umfassende epidemiologische Untersuchung anhand der molekularepidemiologischen Erregeranalyse unter Einschluss klinischer Aspekte an einer großen pädiatrischen Kohorte durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse leisten einen Beitrag zur Aufklärung der regionalen wie auch internationalen Epidemiologie von GAS und bieten wichtige Grundlagen sowie Ansätze für nachfolgende Untersuchungen, insbesondere für die Impfstoffentwicklung gegen GAS.:1 Einleitung 7 2 Theoretische Grundlagen 8 2.1 Epidemiologie 8 2.2 Taxonomie 10 2.3 Infektionspathologie 11 2.4 Aufbau des M-Proteins 14 2.5 Die Bedeutung des M-Proteins 16 2.6 emm-Genetik 18 2.7 Therapie und Prophylaxe 20 3 Ziele der Studie 22 4 Patienten, Material und Methoden 23 4.1 Mikrobiologische Isolate und klinische Daten 23 4.1.1 „Klinische Krankheitsbilder“ 25 4.1.2 Modifizierter Centor-Score 26 4.1.3 Grunderkrankungen 27 4.1.4 Paraklinik 27 4.2 Geräte und Materialien 29 4.2.1 Geräte und Hilfsmittel 29 4.2.2 Verbrauchsmaterialien 30 4.2.3 Molekulare Diagnostiksysteme 31 4.2.4 Primer für PCR und Sequenzierung 31 4.2.5 Medien und Lösungen 31 4.3 Mikrobiologische Methoden 32 4.3.1 Mikrobiologische Proben 32 4.3.2 Kultur von GAS 32 4.3.3 Latex-Agglutinationstest auf Gruppe A Antigen 33 4.3.4 Kryokonservierung der Isolate 34 4.4 Molekulargenetische Methoden 35 4.4.1 DNA-Isolierung 35 4.4.2 Photometrische Bestimmung der DNS-Konzentration und Einstellung 36 4.4.3 Polymerase-Kettenreaktion (PCR) 37 4.4.4 Agarose-Gelelektrophorese 37 4.4.5 DNA Sequenzierung 39 4.4.6 Sequenz-basierte Typisierung 41 4.5 Statistische Auswertung 42 5 Ergebnisse 43 5.1 Ausgewertete mikrobiologische Proben und retrospektive Daten 43 5.2 Analyse der Kohorte 45 5.2.1 Analyse der Altersverteilung 45 5.2.2 Analyse der Geschlechtsverteilung 48 5.2.3 Analyse der saisonalen Verteilung 49 5.2.4 Analyse der klinischen Symptome 51 5.2.5 Analyse von Vorerkrankungen und Versorgungsform 55 5.3 Laborbefunde 58 5.3.1 Analyse der semiquantitativen Wachstumsdichte der Abstrich-Kulturen 58 5.3.2 Blutparameter: C-Reaktives Protein (CRP) 59 5.3.3 Blutparameter: Leukozytenzahl 59 5.4 Molekulare Epidemiologie des emm-Typs 60 5.5 Erstbeschreibung neuer emm-Subtypen 60 5.6 emm-Typ- bzw. Cluster-Verteilung und klinische Manifestation 61 5.6.1 emm-Verteilung bei Tonsillopharyngitis 61 5.6.2 emm-Verteilung bei akuter Otitis media (AOM) 63 5.6.3 emm-Verteilung bei Hautinfektionen 64 5.6.4 emm-Verteilung bei anogenitalen Infektionen 65 5.6.5 emm-Verteilung bei invasiven Infektionen 68 5.6.6 emm-Verteilung bei asymptomatischer Rachen-Kolonisierung 68 5.7 Analyse der Altersverteilung für emm-Typen und -Cluster 70 5.8 Infektionsparameter und Korrelation zur molekularen Epidemiologie 71 5.8.1 Temperatur: 71 5.8.2 CRP: 72 5.8.3 Leukozytenzahl: 73 5.9 Patienten mit wiederholten Vorstellungen 73 5.9.1 Antibiotische Therapie 75 5.10 Resistenzlage 76 5.11 Analyse der molekularen Epidemiologie über der Zeit 78 6 Diskussion 80 6.1 Vorbemerkung 80 6.2 Kohorte 81 6.2.1 Alter 81 6.2.2 Geschlecht 82 6.2.3 Jahreszeit 82 6.2.4 Vorerkrankungen 83 6.2.5 Klinische Symptome 84 6.2.6 Diagnostischer Wert der semiquantitativen Wachstumsdichte 85 6.2.7 Rezidive 85 6.3 emm-Typ und –Cluster-Epidemiologie 86 6.3.1 emm-Typen und -Cluster bei Tonsillopharyngitis 86 6.3.2 emm-Typen und –Cluster bei Anogenitalinfektionen 86 6.3.3 emm-Typen und -Cluster bei invasiven Infektionen 87 6.3.4 emm-Typ und -Cluster-Epidemiologie im Vergleich zu anderen Studien 87 6.3.5 Longitudinale Betrachtung der emm-Typ-Epidemiologie 91 6.3.6 Vergleich der emm-Typen und Cluster-hinsichtlich des Alters der Patienten 92 6.3.7 emm-Typen und -Cluster hinsichtlich Infektionsparametern 92 6.3.8 Deckungsgrad mit 30-valentem M-Protein-basiertem GAS-Impfstoff 95 6.3.9 emm-Typ / -Cluster – Antibiotika-Resistenz 96 6.4 Ausblick 97 7 Zusammenfassung 98 8 Summary 101 9 Anhang 104 10 Abbildungsverzeichnis 112 11 Tabellenverzeichnis 114 12 Abkürzungsverzeichnis 116 13 Literaturverzeichnis 118 14 Anlage 1 127 15 Anlage 2 129 16 Danksagung 131 / Although - since the introduction of penicillin - there has been an effective drug against strep-tococci of Lancefield Group A (GAS), in which no resistance has been described so far, GAS infections remain a major healthcare policy problem, which affects both morbidity and mortality of people worldwide. GAS can cause a wide range of disorders in humans. These include un-complicated pharyngeal infections with and without scarlet fever as well as skin infections such as erysipelas or impetigo but also invasive as well as secondary complications. In 1928, the M-protein encoded by the emm gene was described as a type-specific, antibody -inducing substance and has since been used to characterize the epidemiology of GAS. One of the main functions of the M protein, anchored on the surface of GAS, is to evade phagocytosis by polymorphonuclear leukocytes, which is one of the most important defense mechanisms against infections by GAS. Although major efforts have been made for several decades, a safe and effective vaccine remains an unreached goal. In this study, the regional epidemiology of infections of pediatric patients by GAS was retro-spectively investigated on the basis of data and isolates collected from 11.03.2006 to 19.05.2012 at the University Medical Center in Freiburg. With a total of 566 isolates and asso-ciated clinical data, the present study provides the largest uni-centric epidemiological study of pediatric diseases with emm-typing of GAS so far in Germany. Particular attention was paid to associations between molecular epidemiology, based on emm-typing, and anonymized clinical data. The total cohort included 566 cases, thereof 405 cases of pharyngeal infection, 75 of which were additionally diagnosed with scarlet fever, 34 children presented with a skin infection, 21 with an acute otitis media, 19 with an anogenital infection, eight with an invasive infection and two with an urinary tract infection. In 77 cases colonization by GAS was estimated as having no clinical relevance of those 48 isolates were isolated from pharyngeal swabs. In the molecular investigation, three new emm subtypes were discovered which were first de-scribed as emm29.13, emm36.7 as well as emm75.5. These sequences were entered into the database of the CDC. Over the entire cohort, emm12 was found in 19% of all cases and was thus the most frequent, followed by emm1 and emm4, with 14% each, emm28 and emm89, with 11% each. When considering emm-clusters, E4 was the most frequent with 31%, followed by cluster A-C4 with 19%, A-C3 and E1 with 14%. Among the 405 cases with GAS-related pharyngeal infection, emm12 was the most common with almost 20%, followed by emm4 with 15%, emm1 with 14%, emm89 with 13% and emm28 as well as emm3 with 9% each. With respect to the clus-ters, E4 was found to be the most common with around 30%, followed by A-C4 with 20%, E1 with 15% and A-C3 with 14%. In the present study it was shown that emm-types as well as emm-clusters differed depending on the clinical manifestation. Although the distributions were basically similar, emm4 as well as clusters A-C5 and E1 were significantly more common in patients with tonsillopharyngitis and scarlet fever, even after Bonferroni correction, than those with tonsillopharyngitis but without the diagnosis of scarlet fever. These findings were first described in a preliminary evaluation of this cohort in 2013 and supported by the results of consecutively published international stud-ies. In anogenital infections, cluster E4 was found in almost 80% and emm28 in 58%, indicat-ing a clearly narrowed spectrum. Compared to cases with tonsillopharygitis, emm28 and clus-ter E4 were significantly more frequently isolated in anogenital infections. For skin infections no significant difference could be found in the emm-distribution compared to tonsillopharyngi-tis. However, cluster E4 was found to be significantly more common in patients with a skin infection than in those with scarlet fever. Overall, in a direct comparison to a French study, there was a wide agreement regarding the epidemiology of emm-types and -clusters, but also some differences. These differences were significant for emm6, emm22, as well as for cluster M6. Furthermore, among others, the study by d´Humieres et al. confirmed the accumulation of emm4 in scarlet fever patients, which un-derlines the statement of the presented results. Furthermore, in order to investigate the longitudinal development of emm-types and emm-clusters, the distribution in the period from 01.04.2006 to 31.03.2007 was compared to that from 01.05.2011 to 30.04.2012. At least for the comparatively short period, no significant changes in the epidemiology of individual emm-types or -clusters could have been observed after adjusting the p-values. In previous studies, the pathogenicity of a strain was determined by its association to the clini-cal picture. In addition, this study investigated the extent to which individual emm-types or emm-clusters also differed in quantitatively measurable parameters such as the C-reactive protein (CRP) and the leukocyte count in the blood. In cases of tonsillopharyngitis, cluster E4 was found significantly associated with a CRP value above 35 mg/l. For the leukocyte count such a difference was not detectable. However, since the values were subject to confounding factors, a causal link between pathogenicity of certain emm-types and the deflection of the mentioned parameters could not be proved within the framework of this study. Therefore, these results do not allow to draw final conclusions. The existing 30-valent M-protein based vaccine would show a good agreement with the corre-sponding emm-types of the cohort used here. The antigens of 19 of the 25 different emm-types registered in this study were included in the vaccination model, which corresponds to a vaccine coverage of 99.8% (565 of 566) of all strains examined here, if cross-reactivity of GAS strains within an emm-cluster was taken into consideration. Overall, the uni-centric character of the study presented here provided in certain aspects an advantage over multi-centric studies, as differences and similarities between different clinical pictures, excluding regional differences as well as comprehensive clinical information on the cases, could be emphasized. The extent to which regional prevalence of individual emm-types or their pathogenicity potential are decisive for the epidemiology of invasive infections could not be conclusively assessed by this study. For a closer look at this issue, further studies on a larger scale would be necessary. In summary, this work presents a comprehensive epidemiological investigation on molecular epidemiologic pathogen analysis including clinical aspects in a large pediatric cohort. The find-ings contribute to the elucidation of the regional an international epidemiology of GAS and pro-vide important basics as well as approaches for subsequent investigations, especially for vac-cine development against GAS.:1 Einleitung 7 2 Theoretische Grundlagen 8 2.1 Epidemiologie 8 2.2 Taxonomie 10 2.3 Infektionspathologie 11 2.4 Aufbau des M-Proteins 14 2.5 Die Bedeutung des M-Proteins 16 2.6 emm-Genetik 18 2.7 Therapie und Prophylaxe 20 3 Ziele der Studie 22 4 Patienten, Material und Methoden 23 4.1 Mikrobiologische Isolate und klinische Daten 23 4.1.1 „Klinische Krankheitsbilder“ 25 4.1.2 Modifizierter Centor-Score 26 4.1.3 Grunderkrankungen 27 4.1.4 Paraklinik 27 4.2 Geräte und Materialien 29 4.2.1 Geräte und Hilfsmittel 29 4.2.2 Verbrauchsmaterialien 30 4.2.3 Molekulare Diagnostiksysteme 31 4.2.4 Primer für PCR und Sequenzierung 31 4.2.5 Medien und Lösungen 31 4.3 Mikrobiologische Methoden 32 4.3.1 Mikrobiologische Proben 32 4.3.2 Kultur von GAS 32 4.3.3 Latex-Agglutinationstest auf Gruppe A Antigen 33 4.3.4 Kryokonservierung der Isolate 34 4.4 Molekulargenetische Methoden 35 4.4.1 DNA-Isolierung 35 4.4.2 Photometrische Bestimmung der DNS-Konzentration und Einstellung 36 4.4.3 Polymerase-Kettenreaktion (PCR) 37 4.4.4 Agarose-Gelelektrophorese 37 4.4.5 DNA Sequenzierung 39 4.4.6 Sequenz-basierte Typisierung 41 4.5 Statistische Auswertung 42 5 Ergebnisse 43 5.1 Ausgewertete mikrobiologische Proben und retrospektive Daten 43 5.2 Analyse der Kohorte 45 5.2.1 Analyse der Altersverteilung 45 5.2.2 Analyse der Geschlechtsverteilung 48 5.2.3 Analyse der saisonalen Verteilung 49 5.2.4 Analyse der klinischen Symptome 51 5.2.5 Analyse von Vorerkrankungen und Versorgungsform 55 5.3 Laborbefunde 58 5.3.1 Analyse der semiquantitativen Wachstumsdichte der Abstrich-Kulturen 58 5.3.2 Blutparameter: C-Reaktives Protein (CRP) 59 5.3.3 Blutparameter: Leukozytenzahl 59 5.4 Molekulare Epidemiologie des emm-Typs 60 5.5 Erstbeschreibung neuer emm-Subtypen 60 5.6 emm-Typ- bzw. Cluster-Verteilung und klinische Manifestation 61 5.6.1 emm-Verteilung bei Tonsillopharyngitis 61 5.6.2 emm-Verteilung bei akuter Otitis media (AOM) 63 5.6.3 emm-Verteilung bei Hautinfektionen 64 5.6.4 emm-Verteilung bei anogenitalen Infektionen 65 5.6.5 emm-Verteilung bei invasiven Infektionen 68 5.6.6 emm-Verteilung bei asymptomatischer Rachen-Kolonisierung 68 5.7 Analyse der Altersverteilung für emm-Typen und -Cluster 70 5.8 Infektionsparameter und Korrelation zur molekularen Epidemiologie 71 5.8.1 Temperatur: 71 5.8.2 CRP: 72 5.8.3 Leukozytenzahl: 73 5.9 Patienten mit wiederholten Vorstellungen 73 5.9.1 Antibiotische Therapie 75 5.10 Resistenzlage 76 5.11 Analyse der molekularen Epidemiologie über der Zeit 78 6 Diskussion 80 6.1 Vorbemerkung 80 6.2 Kohorte 81 6.2.1 Alter 81 6.2.2 Geschlecht 82 6.2.3 Jahreszeit 82 6.2.4 Vorerkrankungen 83 6.2.5 Klinische Symptome 84 6.2.6 Diagnostischer Wert der semiquantitativen Wachstumsdichte 85 6.2.7 Rezidive 85 6.3 emm-Typ und –Cluster-Epidemiologie 86 6.3.1 emm-Typen und -Cluster bei Tonsillopharyngitis 86 6.3.2 emm-Typen und –Cluster bei Anogenitalinfektionen 86 6.3.3 emm-Typen und -Cluster bei invasiven Infektionen 87 6.3.4 emm-Typ und -Cluster-Epidemiologie im Vergleich zu anderen Studien 87 6.3.5 Longitudinale Betrachtung der emm-Typ-Epidemiologie 91 6.3.6 Vergleich der emm-Typen und Cluster-hinsichtlich des Alters der Patienten 92 6.3.7 emm-Typen und -Cluster hinsichtlich Infektionsparametern 92 6.3.8 Deckungsgrad mit 30-valentem M-Protein-basiertem GAS-Impfstoff 95 6.3.9 emm-Typ / -Cluster – Antibiotika-Resistenz 96 6.4 Ausblick 97 7 Zusammenfassung 98 8 Summary 101 9 Anhang 104 10 Abbildungsverzeichnis 112 11 Tabellenverzeichnis 114 12 Abkürzungsverzeichnis 116 13 Literaturverzeichnis 118 14 Anlage 1 127 15 Anlage 2 129 16 Danksagung 131

L'augmentation et la dissémination de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries à gram-negatif, particulièrement les Entérobactéries, les bactéries du genre Pseudomonas et Acinetobacter, représentent un problème majeur de santé publique au niveau mondial. Les infections nosocomiales causées par les bactéries multi-résistantes (BMR) ont conduit non seulement à une augmentation de la mortalité, de la morbidité, et du coût de traitement, mais aussi continuent de mettre en danger la vie des patients surtout immunodéprimés en milieu hospitalier. Bien entendu, l'utilisation abusive et non contrôlée des antibiotiques a grandement contribué à la large diffusion des déterminants de la résistance; cependant, des études récentes ont démontré que ces déterminants de la résistance pouvaient émerger à partir de sources anciennes et/ou environnementales. Ainsi, face à cette préoccupation mondiale, plusieurs études ont été rapportées avec des recommandations importantes de conduire des études épidémiologiques, moléculaires, et génomiques afin de contrôler la diffusion et l'augmentation de la résistance aux antibiotiques. De plus, durant ces 10 dernières années, nous avons assisté à l'emergence et au développement de nouvelles technologies de séquençage à haut débit coïncidant avec une augmentation exponentielle du nombre de genomes bactériens séquencés. / The increase and spread of multidrug-resistant (MDR) gram-negative bacteria especially Enterobacteriaceae, Pseudomonas, and Acinetobacter (E.P.A) species have become a major concern worldwide. The hospital-acquired infections caused by MDR bacteria have led not only to an increase in mortality, morbidity, and cost of treatment, but also continue to endanger the life of patients, especially those immunocompromised. Although the frequent misuse of antibiotic drug has greatly contributed to worldwide dissemination and resistance to antibiotics; recent studies have shown that these resistance determinants could emerge from ancient or environmental sources. Front of this worldwide concern, several studies have been reported with significant recommendations to conduct molecular epidemiology, and genomic studies, in order to control the increase and the dissemination of the antibiotic resistance. Moreover, during these last 10 years, we are witnessing the emergence and development of new technologies of high throughput sequencing and coinciding with an exponential increase of number of bacterial genomes sequenced today. Therefore, it is in this context that the project of this thesis was conducted with three essential objectives: (i) the genome sequencing of clinical MDR bacteria, the analysis and the identification of the mechanisms and the genetic determinants of antimicrobial resistance (ii) the achievement of molecular epidemiology studies from clinical MDR bacteria responsible of outbreak (iii) the development and implementation of molecular tools for monitoring and diagnosis of potential MDR bacteria.

L'augmentation et la dissémination de la résistance aux antibiotiques chez les bacilles à Gram-négatif, particulièrement les Entérobactéries, les bactéries du genre Pseudomonas et Acinetobacter, représentent un problème majeur de santé publique. Les infections nosocomiales causées par les bactéries multi-résistantes ont conduit non seulement à une augmentation de la mortalité, de la morbidité et du coût de traitement, mais aussi continuent à mettre en danger la vie des patients surtout immunodéprimés. L'utilisation abusive et non contrôlée des antibiotiques a grandement contribué à la large diffusion de la résistance aux antibiotiques. Cependant, des études récentes ont démontré que cette résistance pouvait émerger à partir de sources anciennes et/ou environnementales. Ainsi, face à cette préoccupation mondiale et suite à de nombreuses recommandations, plusieurs études épidémiologiques et moléculaires ont été rapportées afin de contrôler et surveiller la diffusion et la dissémination de la résistance aux antibiotiques. Il est cependant prioritaire de développer des nouveaux outils de surveillance de la résistance aux antibiotiques. C'est dans cette optique que ce projet de thèse s'articule avec comme objectifs :- Le développement et la mise en place de nouveaux outils et logiciels de surveillance et de diagnostic des bactéries multi-résistantes, - La réalisation des études d'épidémiologie moléculaire sur les isolats cliniques de bactéries multi-résistantes responsables d'épidémies. / The increase and spread of multidrug-resistant (MDR) gram-negative bacteria especially Enterobacteriaceae, Pseudomonas, and Acinetobacter (E.P.A) species have become a major concern worldwide. The hospital-acquired infections caused by MDR bacteria have led not only to an increase in mortality, morbidity, and cost of treatment, but also continue to endanger the life of patients, especially those immunocompromised. Although, the frequent misuse of antibiotic drug has greatly contributed to worldwide dissemination of antibiotics resistance. Recent studies have shown that these resistance determinants could emerge from ancient or environmental sources. Front of this worldwide concern, and various recommendations, several epidemiological and molecular studies have been reported in order to control the spread and the dissemination of the antibiotic resistance. However, it is a priority to develop new tools for monitoring antibiotic resistance. Therefore, it is in this context that the project of this thesis was conducted with two essential objectives: -The development and implementation of news tools and software for monitoring and diagnosis of potential MDR bacteria. -The achievement of molecular epidemiology studies from clinical MDR bacteria responsible of outbreak.

L’augmentation et la dissémination de la résistance aux β-lactamines chez les bacilles à Gram négatif, particulièrement les Entérobactéries, les bactéries du genre Pseudomonas et Acinetobacter, représentent un problème majeur de santé publique. Les infections nosocomiales causées par ces bactéries multi-résistantes (BMR) ont conduit à une augmentation de la mortalité, de la morbidité et du coût de traitement. L’utilisation abusive et non contrôlée de ces antibiotiques a grandement contribué à la large diffusion de cette résistance. Ainsi, face à cette préoccupation mondiale et suite à de nombreuses recommandations, plusieurs études épidémiologiques et moléculaires ont été rapportées afin de contrôler et de surveiller la diffusion et la dissémination des BMR. Contrairement à de nombreuses régions dans le monde, il existe peu d’informations concernant la caractérisation moléculaire des gènes de résistance aux β-lactamines des bacilles à Gram négatif isolés en Tunisie et surtout en Libye. C’est dans cette optique que ce projet de Thèse de Doctorat s’articule avec comme objectifs: (i) mettre en évidence la prévalence des bacilles à Gram négatifs multi-résistants isolés aux niveaux des hôpitaux tunisiens et libyens (ii) identifier le support génétique de la résistance aux β-lactamines de ces souches cliniques (iii) étudier la diversité clonale des souches multi-résistantes par typage moléculaire. / The increase and spread of β-lactam resistance in gram negative bacteria especially Enterobacteriaceae, Pseudomonas and Acinetobacter (E.P.A) species have become a major concern worldwide. The hospital-acquired infections caused by MDR bacteria have led to an increase in mortality, morbidity and cost of treatment. The frequent misuse of antibiotic drug has greatly contributed to worldwide dissemination of antibiotics resistance. Front of this worldwide concern, and various recommendations, several epidemiological and molecular studies have been reported in order to control the spread and the dissemination of these MDR. Unlike many parts of the world, there is little information concerning the molecular characterization of the β-lactam resistance genes of Gram-negative bacilli isolated in Tunisia and especially in Libya. Therefore, it is in this context that the project of this thesis was conducted with essential objectives: (i) highlight the prevalence of multi-resistant Gram negative bacilli isolated in Tunisian and Libyan hospitals (ii) identify the genetic support of resistance to β-lactams of these clinical strains (iii) study the clonal diversity of the multi-resistant strains by molecular typing (iii) study the molecular epidemiology of these BMRs in these countries in order to control the decision-making process of the treatment and the rapid identification of epidemics by implementing appropriate control measures for the spread of infections and especially developing new tools and software for the diagnosis and monitoring of potential MDR bacteria in Mediterranean countries.

La détection, la surveillance et la diffusion de la résistance des bactéries aux antibiotiques est un enjeu majeur au niveau mondial depuis la découverte et la diffusion de bactéries multi résistantes, en particulier la résistance aux carbapénèmes, spécifiquement chez les Entérobactéries et les bactéries du genre Pseudomonas et Acinetobacter. L’émergence et la dissémination des pathogènes Gram- résistants aux carbapénèmes est un contributeur significatif de la morbidité et la mortalité du patient. Malgré les efforts radicaux dans le contrôle de l’infection et les améliorations dans le diagnostique moléculaire, les bacilles Gram- résistants aux carbapénèmes demeurent une formidable menace vue que quelques agents antimicrobiens sont actifs et très peu devraient être disponibles dans le futur proche.L’origine et la source des gènes de résistance dans le monde sont mal connues et des travaux récents suggèrent que les animaux domestiques et sauvages, l’environnement mais également le tube digestif des mammifères et des humains pourraient représenter un réservoir et une source importante de gènes de résistance susceptibles d’être transmissibles à l’homme. C’est dans cette optique que ce projet de thèse s’articule avec comme objectifs : (i) la réalisation d’études épidémiologiques moléculaires d’isolats cliniques et animales résistants aux carbapénèmes isolés dans le basin Méditerranéen et la caractérisation des supports moléculaires de cette résistance ; (ii) la description de nouveaux mécanismes de résistance a l’imipenème ; et enfin (iii) le séquençage de génomes d’isolats cliniques résistants aux carbapénèmes et l’analyse de ces derniers. / The detection, monitoring and dissemination of bacterial resistance to antibiotics are a major issue worldwide since the discovery and spread of multi-resistant bacteria, in particular resistance to carbapenems, specifically among Enterobacteriaceae and bacteria of the genus Pseudomonas and Acinetobacter.The emergence and dissemination of carbapenem-resistant Gram-negative pathogens is a significant contributor to patient morbidity and mortality. Despite radical efforts in infection control and improvements in molecular diagnostics, carbapenem-resistant Gram-negative bacilli remain a formidable threat as few antimicrobial agents are reliably active and very little is expected to be available in the near future.The origin and source of resistance genes in the world are not well known and recent works suggest that domestic and wild animals, the environment (soil, water, rivers ..) but also the digestive tract of mammals and humans could represent a reservoir and an important source of resistance genes that may be transmissible to humans.It is in this context that this thesis project articulates with the following objectives: (i) The achievement of molecular epidemiological studies on carbapenem-resistant clinical and animal isolates collected from countries in the Mediterranean basin (Lebanon, Libya, France) and the characterization of the genetic determinants of this resistance; (ii) the description of new resistance mechanisms to imipenem; and finally (iii) The genome sequencing of clinical isolates resistant to carbapenems, the analysis of these genomes and the identification of mechanisms and genetic supports of the resistance to carbapenems and other antibiotics.