Le transporteur MRP2 est connu comme étant la seule pompe qui occupe une position apicale au sein des cellules polarisées, elle est responsable du transport des anions organiques et des drogues, le mécanisme de transport de ces substrats était le sujet de recherche de plusieurs études, et dans ce travail nous étions capable de dévoiler l'importance des acides aminés chargés négativement (D333, D427, D433, D496, E532, D575) situés dans ou prés des hélices transmembranaires TM6, TM8, TM9, TM10 et TM11 de la protéine, ces derniers jouent des rôles cruciales dans l'activité de transport et dans le maintien de la structure fonctionnelle de MRP2.

Nous voulons mettre en évidence et analyser les réponses de systèmes biologiques à l’introduction de perturbations et de modulations spatio-temporelles. Plus précisément, afin de développer des stratégies innovantes pour l’étude des systèmes biologiques, nous proposons d’utiliser des outils microfluidiques. Nous concevons des microsystèmes adaptés qui peuvent influer localement sur les comportements biologiques, ceci afin qu’un experimentateur macroscopique puisse contrôler l’environnement externe des objects biologiques dont l’échelle est microscopique. Cette stratégie d’ingénierie est générique et multidisciplinaire. Au cours de cette thèse, elle a été mise en œuvre dans le cadre de deux projets collaboratifs, d’une part à l’échelle de la bactérie E.coli, et d’autre part à celle de l’embryon de souris à un stade post-implantation précoce. Les objets d’étude choisis sont caractéristiques à bien des égards des champs biologiques concernés : taille, représentativité, complexité.Nous avons mis nos compétences de spécialistes en conception et en fabrication de dispositifs fluidiques au service de la ligne DISCO du synchrotron SOLEIL et de l’équipe d’embryologie de la souris de l’IRIBHM. Le nœud de mon travail a été de concevoir et fabriquer les outils microfluidiques réutilisables pour des recherches génériques, qui permettent aux biologistes de se dispenser de l’utilisation d’une salle blanche.Plus précisément, le projet de microbiologie à SOLEIL avait pour object l’étude de l’influx et l’efflux de molécules antibiotiques dans des bactéries. Pour ce faire, nous avons developpé un dispositif réutilisable pour immobiliser les microorganisms et changer leur environnement chimique pendant l’imagerie en microscopie d’epifluorescence dans l’UV. Cette étude s’effectue en utilisant deux partenaires typiques : la bactérie Escherichia coli et un médicament de la famille des fluoroquinolones. Le projet d’embryologie a reposé sur l’électroporation localisée d’acides nucléiques au sein d’embryons de souris et le suivi des migrations cellulaires. Au cours de cette thèse, nous avons développé non seulement des microdispositifs réutilisables mais aussi des protocoles expérimentaux adaptés à l’utilisation de ces instruments miniaturisés.Plus précisément, le projet de microbiologie à SOLEIL avait pour object l’étude de l’influx et lantibiotiques dans des bactéries. Pour ce faire, nous avons developpé un dispositif réutilisable pour immobiliser lesmicroorganismes et changer leur environnement chimique pendant l’imagerie en microscopie d’épifluorescence dans l’UV.Cette étude s’effectue en utilisant deux partenaires typiques : la bactérie E. coli et un médicament de la famille desfluoroquinolones. Le projet d’embryologie a reposé sur l’électroporation localisée d’acides nucléiques des embryons desouris et le suivi des migrations cellulaires. / We want to analyze the responses of biological systems to the introduction of perturbations and spatio-temporal modulations. More specifically, in order to develop innovative strategies for the study of biological systems, we propose to use microfluidic tools. We design adapted microsystems that can locally influence biological behaviors, so that a macroscopic experimenter can control the external environment of biological objects whose scale is microscopic. This engineering strategy is generic and multidisciplinary. In this thesis, it has been implemented in two collaborative projects, on one hand, on the scale of the E.coli bacterium and on the other hand on that of the embryo of mouse at an early stage post-implantation. The selected study objects are characteristic in many respects of the biological fields concerned: size, representativeness, complexity.We extended our expertise in fluidic device design and manufacturing to the service of the DISCO beamline of the synchrotron SOLEIL and the IRIBHM mouse embryology team. The key point of my work has been to design and manufacture reusable microfluidic tools for generic research, which allow biologists to dispense with the use of a clean room.More precisely, the project of microbiology at SOLEIL had for object the study of the influx and the efflux of antibiotic molecules in bacteria. To do this, we have developed a reusable device for immobilizing microorganisms and changing their chemical environment during UV imaging on epifluorescence microscopy. This study is carried out using two typical partners: the Escherichia coli bacterium and a drug from the fluoroquinolone family. The embryology project relied on the localized electroporation of nucleic acids within mouse embryos and the monitoring of cellular migrations.In this thesis, we have developed not only reusable micro-devices but also experimental protocols adapted to the use of these miniaturized instruments.More precisely, the microbiology project at SOLEIL focused on the influx and the efflux of antibiWe have developed a reusable device for immobilizing those microorganisms and changing their chemical environmentduring UV imaging on an epifluorescence microscopy. This study was carried out using two typical partners: thebacterium and a drug from the fluoroquinolone family. The embryology project relied on the localized electroporation ofnucleic acids into mouse embryos and the monitoring of cell migrations.

La tuberculose est la neuvième cause de mortalité dans le monde. Les progrès pour contrôler cette maladies ont été ralentis par plusieurs facteurs, notamment la diffusion de souches de tuberculose à bacilles multirésistants aux antibiotiques (MDR). Le traitement de la tuberculose MDR est long, toxique, et souvent inefficace. Après plus de 40 ans de pénurie, deux nouveaux médicaments ont été approuvé pour le traitement de la tuberculose MDR : la bédaquiline et le delamanide. Globalement, il y eu des délais considérables dans l'introduction de ces nouveaux médicaments dans la pratique clinique, comme souligné par le faible nombre d'études présentes en littérature. Les études présentés dans ce travail ont décrit des cohortes de patients atteints de tuberculose MDR et traités par bédaquiline et/ou delamanide en France, en montrant d'abord une tolérance satisfaisante, même pour des durées prolongées de traitement et pour l'association des deux nouveaux médicaments. En outre, l'efficacité microbiologique de la bédaquiline apparait comparable à celle des fluoroquinolones, la classe d'antibiotiques la plus efficace pour la tuberculose MDR. Dans une autre étude, l'on a mis en évidence l'apparition rapide de la résistance à la bédaquiline en France, ce qui était inattendu, en particulier pour les cas de résistance primaire. Malgré les limitations méthodologiques associées aux études observationnelles et rétrospectives, ce travail a permis d'augmenter les connaissances sur la tolérance et l'efficacité du traitement avec les nouvelles molécules pour la tuberculose MDR. Une suite des recherches est envisagée avec la mise en place d'une cohorte national prospective des cas MDR. / Tuberculosis is the ninth leading cause of death worldwide. Progress in controlling this disease has been slowed down by multiple factors, including the emergence of multidrug-resistant (MDR) strains. MDR tuberculosis treatment is long, toxic, and often not effective. After more than 40 years of draught, two new drugs have been approved for the treatment of MDR tuberculosis: bedaquiline and delamanid. Globally, there have been considerable delays in the introduction of these new drugs in clinical practice, as shown by the little number of studies which are available in literature. The studies described in this manuscript have described cohorts of patients affected by MDR tuberculosis and treated with bedaquiline and/or delamanid in France: the main finding was a satisfying safety, even for prolonged treatment durations and for the association of the two new drugs. In addition, the microbiological efficacy of bedaquiline was shown to be comparable to the one of the fluoroquinolones, the most effective antibiotic class to treat MDR tuberculosis. In another study, we have shown the rapid appearance of bedaquiline resistance in France, an unexpected finding in particular for the cases of primary resistance. Notwithstanding the methodologic weaknesses associated with observational and retrospective studies, this work has increased the evidence on safety and efficacy of MDR tuberculosis treatment with the new drugs. The next step will be represented by the establishment of a prospective national research cohort of MDR tuberculosis cases.

L’émergence et l’augmentation continue de la résistance aux médicaments chez Mycobacterium tuberculosis (MTB) constituent un défi majeur pour la lutte antituberculeuse. Pour résoudre le problème de temps (2 à 8 semaines) posé par les tests classiques de sensibilité aux médicaments (DST), des tests moléculaires ont été développés pour la détection précoce des mutations associées à la résistance. Jusqu'à présent, à l'exception du séquençage complet (incompatible avec un diagnostic de routine dans les pays en développement), aucun test ne détecte simultanément les différents types de résistance majeurs en une seule réaction. Sur la base de la littérature et de travaux antérieurs menés au Vietnam, au Laos et au Cambodge, une puce à ADN capable de détecter 184 mutations liées à la résistance aux médicaments de première et de deuxième lignes a été mise au point. En comparaison avec les données de DST, la puce a montré une sensibilité (84,3%-100%) et une spécificité élevées (89,2%-100%). Par rapport au séquençage, la puce a donné des résultats comparables, avec une sensibilité entre 90% et 100% et une spécificité entre 98,2% et 100%. Elle offre, de plus, une meilleure couverture que les tests moléculaires approuvés par l'OMS, car elle permet la détection des résistances aux médicaments de première et de deuxième lignes dans un seul test. Le temps de traitement des isolats issus de la culture est d’environ 6 à 7 heures, ce qui réduit considérablement le temps de diagnostic par rapport au DST. En conclusion, la puce à ADN a été développée avec succès. Certains aspects techniques doivent maintenant être améliorés pour en faire un outil de diagnostic abordable et facile à utiliser. / The emergence and continuous increase of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis (MTB) is a major challenge for tuberculosis (TB) control. To overcome the time-consuming problem of conventional drug susceptibility testing (DST), many molecular-based tests have been recently developed for early detection of drug resistance-associated mutations. Up to now, except whole genome sequencing (not ready for routine diagnostic in low and middle-income countries), no test has the capacity to simultaneously detect the different types of drug resistance to first- and second-line drugs in one reaction. Based on the literature and previous works carried out in Vietnam, Laos and Cambodia, in this study, a DNA chip was developed able to detect 184 main mutations conferring resistance to both first- and second-line drugs. Compared to DST, the DNA chip showed high sensitivity (between 84.3% and 100%) and high specificity (between 89.2% and 100%). Compared to sequencing, the DNA chip showed comparable accuracy, with sensitivity between 90% and 100% and specificity between 98.2% and 100%. The DNA chip showed a better coverage than the WHO endorsed molecular tests since it enables the detection of both first- and second-line drug resistances in one test. The turn-around time is about 6-7h from cultured isolates reducing considerably the diagnostic time compared to cultured-based DST. Finally, the DNA chip has been successfully developed, even if certain technical aspects need to be improved to make an affordable and easy-to-use diagnostic tool.

La tuberculose est une maladie ancienne et ré-émergente qui constitue un véritable problème de santé publique dans le monde. L’émergence de la tuberculose à souches de M. tuberculosis multirésistantes et ultrarésistantes aux antituberculeux en plus de la pandémie du VIH/Sida, représentent un défi majeur dans la lutte contre la tuberculose pour son contrôle et son élimination. Ce contrôle de la tuberculose nécessite des mesures en santé publique et au niveau de l’individu. Ces mesures concernent la disponibilité et l’accessibilité à des tests de diagnostic rapides, des traitements efficaces et des outils de surveillance et de contrôle.Nos travaux concernent la recherche, le développement et la validation de méthodes moléculaires multiplexées, souvent basées sur le polymorphisme des loci CRISPR (Clustered Regularly Interspersed Palindromic Repeats). Elles sont rapides, à haut débit, moins onéreuses et applicables pour la santé publique (transmission de la tuberculose sensible et multirésistante, évaluation des programmes nationaux de tuberculose) mais aussi pour un meilleur diagnostic dans l’intérêt du patient (antibiogramme moléculaire, identification infra-spécifique). C’est ainsi que nous avons développé et validé le spoligoriftyping (méthode de génotypage combiné à la détection moléculaire de la résistance de M. tuberculosis à la rifampicine), le “TB-SPRINT” (Spoligoriftyping plus la détection moléculaire de la résistance à l’isoniazide) et le sous-typage de M. africanum. Ces différentes méthodes, aux performances (sensibilité/spécificité) satisfaisantes (99/100% pour le spoligoriftyping, 95/100% en moyenne pour le “TB-SPRINT”) ont servi à des études d’épidémiologie moléculaire dans des pays comme le Pakistan, le Nigéria et le Brésil. D’autres travaux en cours portent sur le génotypage basé sur les CRISPR d’autres espèces (Salmonella enterica, Legionella pneumophila) et sur des études de génomique comparative. Nos tests, utilisés en routine, replacent le laboratoire au cœur de la lutte anti-tuberculeuse et permettront d’importantes avancées en Santé Publique et Microbiologie médicale et environnementale. / Tuberculosis (TB) remains a major public health concern worldwide despite all the efforts to fight this disease. The emergence of multi drug and extensively drug resistant TB and the pandemic of HIV/AIDS constitute major threats and challenge for the TB control and eradication. TB control requires measures in public health and in individual level as accessibility to tests for early diagnostic, effective treatment and tools for tuberculosis surveillance and control.The goals of this work were research, development and validation of new molecular multiplexed methods based on polymorphism of the CRISPR (Clustered Regularly Interspersed Palindromic Repeats) loci and single nucleotides polymorphisms. These methods are rapid, high throughput, cheap and can be applied both for public health purposes (transmission of susceptible and multi-drug resistant tuberculosis, evaluation of national TB programs) as for interest of TB patient (drug resistance testing, infra-specific identification). Thus we developed spoligoriftyping and “TB-SPRINT” tests that allow genotyping and rifampicin or rifampicin and isoniazide resistance detection. Another test was developed for subtyping of M. africanum. All these methods had high performances (sensitivity/specificity), 99/100% for the spoligoriftyping and about 95/100% for the “TB-SPRINT” and were applied for molecular epidemiology studies of countries as Nigeria, Brazil and Pakistan. Other ongoing work and developments of genotyping methods are the spoligotyping of L. pneumophila and S. enterica and comparative genomics projects.Used in routine, our methods may play key roles in TB control and would allow important advances in Public Health, in medical and environmental Microbiology.

Les salmonelles sont l'une des premières causes d'infections bactériennes d'origine alimentaire. Depuis le début des années 1990, l'isolement de salmonelles multirésistantes aux antibiotiques a considérablement accru avec l'émergence des souches épidémiques Salmonella Typhimurium DT104 qui sont, pour la majorité, résistantes à l'ampicilline, le chloramphénicol, la streptomycine, les sulfamides et les tétracyclines. Les gènes codant ces résistances sont regroupés sur un intégron complexe de classe 1 nommé In104, localisé lui-même sur un îlot génomique de 43 kb désigné Salmonella Genomic Island 1 (SGI1). Depuis sa première identification chez S. Typhimurium DT104, SGI1 a été identifié à travers le monde chez plusieurs sérovars de Salmonella, et plus récemment chez Proteus mirabilis. Chez ces souches, la multirésistance aux antibiotiques est liée, soit à l'îlot SGI1 dans sa forme initialement décrite, soit à des variants de SGI1 correspondant à la structure initiale de SGI1 comportant des modifications au niveau de l'intégron complexe In104. L'îlot génomique Salmonella Genomic Island 1 (SGI1) représente une préoccupation importante car le phénotype de multirésistance qu'il confère aux souches bactériennes est souvent responsable d'échecs thérapeutiques pouvant entrainer des complications importantes, voire la mort. Dans ce contexte, le travail de thèse a été centré sur l'enjeu sanitaire majeur représenté par cette diffusion épidémique du clone S. Typhimurium au cours des années 1990 chez l'homme et les bovins. Les travaux entrepris dans le cadre de la thèse ont eu, en premier lieu, l'objectif d'apprécier l'évolution moléculaire de SGI1 dix années après l'émergence de ces souches en élevage bovin, puis d'évaluer la diffusion de SGI1 chez des souches naturelles appartenant à d'autres genres bactériens que Salmonella. Il a ainsi été dressé un bilan de la multirésistance aux antibiotiques chez les souches de S. Typhimurium isolées de bovins malades en France de 2002 à 2007 et une recherche de la présence de SGI1, chez d'autres espèces bactériennes que Salmonella, et par sondage à partir de leurs phénotypes de résistance, a été mise en œuvre. Les résultats obtenus ont indiqué un faible pouvoir évolutif de SGI1 qui semble en contradiction avec les capacités moléculaires majeures de recombinaison et de transfert démontrées tant in vitro qu'in vivo. Les études menées ont toutefois permis la première description d'un nouveau variant, nommé SGI1-T, qui résulte d'une recombinaison intramoléculaire. Le deuxième grand objectif de la thèse a été de contribuer à une meilleure connaissance du rôle que pourrait avoir SGI1 dans la virulence bactérienne. Une première stratégie de modélisation expérimentale (salmonellose systémique murine) a ainsi été conduite, qui visait à comparer le pouvoir virulent in vivo de souches isogéniques ne se distinguant que par la présence ou l'absence de SGI1. Une seconde approche a été également menée, qui a consisté en une évaluation du rôle de SGI1 dans la formation de biofilms, l'organisation en biofilms favorisant une meilleure colonisation bactérienne, qui peut constituer à son tour un élément d'efficacité du pouvoir virulent final. Les résultats obtenus ont confirmé le rôle positif de SGI1 dans la formation de biofilms, et plus généralement son implication dans la signalisation cellulaire du Quorum Sensing.

Le phénomène émergent de la tuberculose multirésistante et ultrarésistante est un problème de santé publique à l’échelle mondiale. Dans les pays en développement, ce problème est accru du fait que les laboratoires de diagnostic de la tuberculose manquent d’équipement et d’outils de diagnostics pour identifier ces cas pour prescrire une chimiothérapie adaptée. La première partie de ce travail de doctorat a permis à travers le séquençage du locus pncA, de mettre en évidence que la résistance au Pyrazinamide survient généralement et de manière significative lorsque la souche est multirésistante, c’est-à-dire après l’acquisition de la résistance à la Rifampicine et à l’Isoniazide. Le pourcentage des souches résistantes au PZA est même plus élevé chez les souches MDR résistantes aux FQs. Dans la seconde partie de l’étude, nous proposons une méthode alternative à la culture de bacilles dans un environnement confiné de type P3. À partir d’échantillons cliniques non cultivés (expectoration) et grâce au GeneXpert MTB/RIF, au séquençage de gènes et au spoligotypage, nous avons pu identifier 19 souches multirésistantes, une transmission active de souches sensibles appartenant aux clades LAM10, T1, MANU, H3 et enfin une épidémie sous-jacente de 5 souches Beijing multirésistantes. / The emerging phenomenon of the MDR and XDR-TB is a worldwide public health issue. In developing countries, this problem is amplified due to the fact that TB diagnostic laboratories lack equipment and diagnostic tools to identify these cases and therefore prescribe appropriate chemotherapy. In the first part of this doctoral work, the sequencing of the pncA gene allowed us to show that the resistance to Pyrazinamide occurs significantly when the strain is MDR, corresponding to the acquisition of resistance to Rifampicin and Isoniazid; and that after the acquisition of Fluoroquinolones and to injectable antibiotics of second line (Amykacine, Kanamycine, Capreomycine) resistance by MDR strains, this rate increases even more. In the second part of the study, we propose an alternative method to the culture of bacilli in a BSL3 confined environment. From uncultivated clinical samples (sputum) and through GeneXpert MTB/RIF, sequencing of genes and spoligotyping, we identified 19 MDR strains, active transmission of sensitive strains belonging to clades LAM10, T1, MANU, H3 and finally as well as an underlying epidemic of 5 Beijing MDR strains.In the first study, 272 retrospective samples of Mycobacterium tuberculosis isolates were selected from two large cosmopolitan cities: Northern Paris (Bichat-Claude Bernard Hospital, 101 strains) and Southwest of Shanghai (Songjiang district, 171 Strains). These strains were selected according to their known phenotypic sensitivity to Rifampicin (RIF) and Isoniazid (INH). These phenotypic resistances were confirmed by the HAIN genotype analysis tools MTBDRplus and by the sequencing of the rpoB and katG/inhA genes. To determine the extensively drug resistance strains (XDR), we sequenced the gyrA/gyrB and rrs genes to identify genetic mutations associated with resistance to Fluoroquinolones (FQs) and second-line injectable antibiotics: Amikacin (AMK)-Kanamycin ( KAN)-Capreomycin (CAP), respectively. Finally, we sequenced the pncA gene of all isolates to identify the genetic mutations associated with resistance to Pyrazinamide (PZA). The strains were genotyped by spoligotyping and MIRU-VNTR.In the second study, from October 2014 to February 2015, 159 morning sputum samples with smear-positive smear after Ziehl-Neelsen staining were collected at the three main diagnostic laboratories for tuberculosis in Libreville, Gabon. These clinical samples were transported to the National Laboratory of Public Health in Libreville for analysis with the GeneXpert MTB/RIF automaton to confirm the microscopic diagnosis and to determine the resistance of bacilli to Rifampicin. Of the 159 samples, 29 samples had a sputum volume less than 1 ml, the minimum required according to the manufacturer's recommendations. For the 130 sputum samples analyzed by the GeneXpert automaton, 375 μl of the remaining GeneXpert solution not introduced into the cartridge was introduced into a 50 ml conical tube containing 25 ml of phosphate buffer (autoclaved solution) to neutralize the pH of the GeneXpert solution. The conical tube is centrifuged for 15 minutes at 4,500 rpm, the pellet is taken up in 100 μl of TE and then transferred to a 100 μl microtube which is subsequently heated for 30 minutes at 90°C. After a cycle of freezing (-40 ° C. for 1 h)-defrosting, the microtube is briefly centrifuged and the supernatant is transferred to a new microtube. From this new microtube we amplified by PCR and then sequenced the rpoB, katG/inhA, pncA, gyrA, rrs and rpsL genes to identify mutations associated with resistance to Rifampicin, Isoniazid, Pyrazinamide, Fluoroquinolones, Antibiotics in second lines: Amikacin-Kanamycin-Capreomycin and Streptomycin (SM), respectively. All the samples were genotyped by the multiplexed spoligotyping applied to the Luminex MagPix.

Les salmonelles sont l’une des premières causes d’infections bactériennes d’origine alimentaire. Depuis le début des années 1990, l’isolement de salmonelles multirésistantes aux antibiotiques a considérablement accru avec l’émergence des souches épidémiques Salmonella Typhimurium DT104 qui sont, pour la majorité, résistantes à l’ampicilline, le chloramphénicol, la streptomycine, les sulfamides et les tétracyclines. Les gènes codant ces résistances sont regroupés sur un intégron complexe de classe 1 nommé In104, localisé lui-même sur un îlot génomique de 43 kb désigné Salmonella Genomic Island 1 (SGI1). Depuis sa première identification chez S. Typhimurium DT104, SGI1 a été identifié à travers le monde chez plusieurs sérovars de Salmonella, et plus récemment chez Proteus mirabilis. Chez ces souches, la multirésistance aux antibiotiques est liée, soit à l’îlot SGI1 dans sa forme initialement décrite, soit à des variants de SGI1 correspondant à la structure initiale de SGI1 comportant des modifications au niveau de l’intégron complexe In104. L’îlot génomique Salmonella Genomic Island 1 (SGI1) représente une préoccupation importante car le phénotype de multirésistance qu’il confère aux souches bactériennes est souvent responsable d’échecs thérapeutiques pouvant entrainer des complications importantes, voire la mort. Dans ce contexte, le travail de thèse a été centré sur l’enjeu sanitaire majeur représenté par cette diffusion épidémique du clone S. Typhimurium au cours des années 1990 chez l’homme et les bovins. Les travaux entrepris dans le cadre de la thèse ont eu, en premier lieu, l’objectif d’apprécier l’évolution moléculaire de SGI1 dix années après l’émergence de ces souches en élevage bovin, puis d’évaluer la diffusion de SGI1 chez des souches naturelles appartenant à d’autres genres bactériens que Salmonella. Il a ainsi été dressé un bilan de la multirésistance aux antibiotiques chez les souches de S. Typhimurium isolées de bovins malades en France de 2002 à 2007 et une recherche de la présence de SGI1, chez d’autres espèces bactériennes que Salmonella, et par sondage à partir de leurs phénotypes de résistance, a été mise en œuvre. Les résultats obtenus ont indiqué un faible pouvoir évolutif de SGI1 qui semble en contradiction avec les capacités moléculaires majeures de recombinaison et de transfert démontrées tant in vitro qu’in vivo. Les études menées ont toutefois permis la première description d’un nouveau variant, nommé SGI1-T, qui résulte d’une recombinaison intramoléculaire. Le deuxième grand objectif de la thèse a été de contribuer à une meilleure connaissance du rôle que pourrait avoir SGI1 dans la virulence bactérienne. Une première stratégie de modélisation expérimentale (salmonellose systémique murine) a ainsi été conduite, qui visait à comparer le pouvoir virulent in vivo de souches isogéniques ne se distinguant que par la présence ou l’absence de SGI1. Une seconde approche a été également menée, qui a consisté en une évaluation du rôle de SGI1 dans la formation de biofilms, l’organisation en biofilms favorisant une meilleure colonisation bactérienne, qui peut constituer à son tour un élément d’efficacité du pouvoir virulent final. Les résultats obtenus ont confirmé le rôle positif de SGI1 dans la formation de biofilms, et plus généralement son implication dans la signalisation cellulaire du Quorum Sensing. / Salmonella is a major cause of food-borne outbreaks. Since the early 1990s, isolation of multidrug-resistant Salmonella has increased with the emergence of epidemic Salmonella Typhimurium DT104 strains which are mostly resistant to ampicilin, chloramphenicol, streptomycin, sulfonamides and tetracyclines. The genes coding these resistances are clustered on a complex class 1 integron (MDR region) located on a genomic island of 43 kb designated SGI1. Since its first identification in S. Typhimurium DT104, SGI1 has been identified worldwide in other Salmonella serotypes, and more recently in Proteus mirabilis. For these strains, multidrug resistance is conferred, either to the classical structure of SGI1, or to related variants of SGI1 corresponding to the initial structure of SGI1 with modification of the complexe integron In104. The Salmonella Genomic Island 1 (SGI1) constitutes a great concern since it confers a multidrug resistance phenotype often responsible of therapeutic failures which may cause important complications, or even death. In this context, the work has been focused on the major health issue represented by the epidemic diffusion of the Salmonella Typhimurium clone in the course of 1990s in human and cattle. As a first objective, the work allowed to appreciate the molecular evolution of SGI1 in the course of time and to assess the diffusion of SGI1 to other bacterial strains than Salmonella in natural conditions. Therefore, an overview of the multidrug resistance in Salmonella Typhimurium strains isolated from diseased cattle in France from 2002 to 2007 was carried out and a screening of natural strains from other bacterial species than Salmonella that may harbor SGI1 was undertaken. The results indicated weak molecular evolutions of SGI1, which seems in contradiction with the great capability of SGI1 to recombine and transfer, as attested in vitro as in vivo. Nevertheless, this study allowed the first description of a new SGI1 variant, named SGI1-T, which is the result of intra-molecular recombination events. Another second objective of the thesis was to contribute to a better knowledge of the role of SGI1 in bacterial virulence. A strategy of experimental modeling (murine systemic salmonellosis) was first set up to compare the levels of virulence conferred by isogenic strains differing only by the presence or the absence of SGI1. A second approach was also carried out to evaluate the role of SGI1 in biofilm formation. Indeed, the organization in biofilm facilitates bacterial colonization, which constitutes in turn an element of effectiveness of the final virulence. A positive role of SGI1 in biofilm formation was demonstrated in the framework of this study, and more generally, questions the role of SGI1 in the Quorum Sensing regulation system.

La diffusion des entérobactéries multirésistantes aux antibiotiques (MDR) à l’échelle mondiale constitue une menace de santé publique majeure. Résistantes à au moins trois classes d’antibiotiques, les entérobactéries MDR entrainent des infections échappant aux traitements de première intention. La première partie de ce travail s’intéresse à l’épidémiologie moléculaire des souches d’entérobactéries MDR isolées dans les infections et les colonisations des patients hospitalisés en Languedoc-Roussillon, en France, et dans un pays où cette épidémiologie est encore peu connue, l’Algérie. Nous avons montré, dans notre région et au niveau national, que la résistance aux carbapénèmes était essentiellement liée à des modifications de la perméabilité membranaire (87,4% des entérobactéries résistantes, au niveau national). Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié les modulations de la perméabilité membranaire et de l’efflux chez Escherichia coli ST131, l’exemple-type d’un clone MDR. Nous avons montré que ce clone mondial présentait une remarquable adaptabilité à la pression antibiotique. Cette adaptabilité avait un impact significatif sur la virulence et le fitness de E. coli. Les capacités de formation de biofilm et la virulence chez Caenorhabditis elegans étaient augmentées chez les souches de phénotypes « efflux ». Inversement, les souches de phénotypes « imperméabilité » présentaient un faible potentiel de virulence, associé à une diminution significative de la formation de biofilm et de la mobilité par swimming. / The spread of multidrug-resistant (MDR) Enterobacteriaceae is a major public health threat worldwide. Resistant to at least three classes of antibiotics, MDR Enterobacteriaceae cause infections for which first-line treatments are inefficient. The first part of this work focused on the molecular epidemiology of MDR Enterobacteriaceae strains isolated in infections and colonizations of patients hospitalized in Languedoc-Roussillon, in France and in Algeria, a country where few data are currently available. We showed in our region and nationally, that resistance to carbapenems was mainly due to changes in membrane permeability (87.4% of resistant Enterobacteriaceae, nationally).In the second part of this work, we studied the modulation of membrane efflux and permeability in the quintessential example of an international MDR high-risk clone, Escherichia coli ST131. We showed that this global clone had a remarkable adaptability to antibiotic pressure. This adaptability had a significant impact on the virulence and the fitness of E. coli. The biofilm formation and virulence capacities in Caenorhabditis elegans model were increased in strains overexpressing an efflux system. Conversely, the strains with altered porins expression had a low potential virulence, associated with a significant reduction in biofilm formation and swimming mobility.

La surexpression des pompes d’efflux (PE) appartenant à la famille Resistance-Nodulation-Division (RND) est l’un des contributeurs majeurs de la multirésistance (MDR) et la pathogénicité des bactéries Gram-négatives. Ces transporteurs sont capables d'expulser à l’extérieur de la cellule bactérienne différentes classes d'antibiotiques, ce qui contribue de manière significative à l'échec thérapeutique du traitement des maladies infectieuses. Dans ce contexte, les PEs sont des cibles intéressantes pour la découverte de nouveaux antimicrobiens. Afin de combattre ce mécanisme de résistance, des inhibiteurs des pompes d’efflux (EPIs) sont développés comme adjuvants d'antibiotiques dans le but de restaurer ou d'améliorer leur activité. L'archétype AcrAB-TolC est particulièrement répandu chez les espèces d’Enterobacter pertinentes en clinique (pathogènes « ESKAPE »). Cette étude décrit une stratégie basée sur des analogues des fluoroquinolones pour le drug design des EPIs, contre la pompe AcrB chez E. aerogenes. Ainsi, la synthèse et l'évaluation microbiologique des dérivés de quinazoline-4(3H)-one ont été effectuées. Les propriétés structurales et moléculaires des composés testés (i.e. rigidité et flexibilité) ont également été étudiées. Pour cela, de nouveaux scaffolds ont été évaluées. Plusieurs molécules ont montré une augmentation de la sensibilité des bactéries à la norfloxacine et au chloramphénicol. Les résultats obtenus, appuyés par la modélisation moléculaire, suggèrent que la flexibilité moléculaire et la nature des fonctions chimiques des EPIs jouent un rôle essentiel dans l'amélioration de l'activité et la sélectivité vis-à-vis des fluoroquinolones. / Overexpression of Resistance-Nodulation-Division (RND) efflux pumps (EP) is a major contributor in multidrug resistance (MDR) and pathogenicity in Gram-negative bacteria. These transporters are able to expel out of the bacterial cell clinically important antibiotic classes, contributing in a significant manner to the treatment failure of infectious diseases. With the worrying levels of bacterial resistance reported worldwide and the continuous spreading of MDR pathogens, EPs are interesting targets for the discovery of new antimicrobial drugs. Therefore, to overcome this mechanism, efflux pump inhibitors (EPIs) are being developed as adjuvants in order to restore or improve the activity of usual antibiotics. The AcrAB-TolC archetype is particularly widespread in Enterobacter spp. presenting clinical relevance (ESKAPE pathogens). In this study, we described the drug design strategy based on fluoroquinolone antibiotic analogs, against the AcrB pump of E. aerogenes. Thus, synthesis and microbiological evaluation of quinazolin-4(3H)-one derivatives were performed. The structural and molecular properties of the tested compounds (i. e. rigidity and flexibility) were also investigated. In this purpose, a scaffold hopping of the quinazolinone core to homologous benzoquinazolinones and precursors benzamides were carried out. Several molecules increased the bacterial susceptibility towards norfloxacin and chloramphenicol. The obtained results, supported by molecular modeling, suggest that molecular flexibility and the nature of chemical functions play a critical role to improve activity and selectivity on fluoroquinolone potentiation targeting AcrB efflux pump.