La résistance aux fluoroquinolones (FQ) est le principal facteur d'aggravation du pronostic de la tuberculose multi-résistante. Il apparait donc essentiel de mieux comprendre le développement de la résistance aux FQ afin d'améliorer les outils permettant une détection précoce de cette résistance. Nous avons (i) évalué les performances du séquençage des gènes gyrA et gyrB dans la détection de la résistance aux FQ grâce à une étude prospective menée au CNR-MyRMA ; (ii) étudié l'histoire naturelle de l'émergence de la résistance aux FQ in vivo dans un modèle murin de tuberculose et (iii) identifié de nouveaux mécanismes de résistance aux FQ par génomique comparative. Nous avons montré que la méthode des proportions, désignée comme méthode de référence, n'est pas performante pour la détection des bas niveaux de résistance aux FQ et que ni les méthodes génotypiques ni les méthodes phénotypiques, ne permettent le diagnostic de la résistance hétérogène aux FQ. Une stratégie combinée reposant sur une détection phénotypique d'une proportion anormale de bactéries résistantes et une caractérisation génotypique de ces bactéries résistantes permettrait d'améliorer la détection de cette résistance hétérogène. Nous avons identifié des pistes pour de nouveaux mécanismes de résistance aux FQ. Il pourrait s'agir de mécanismes responsables d'une résistance de bas niveau facilitant la sélection d'une résistance de haut niveau due à une mutation dans les gènes codant l'ADN gyrase dans un deuxième temps. Cependant, leur implication dans la résistance aux FQ, ainsi que notre hypothèse quant au processus de sélection, reste à démontrer. / Fluoroquinolone (FQ) resistance is the main factor of worsened prognosis of multidrug resistant tuberculosis. Therefore to better understand the development of FQ resistance is essential in order to improve the tools for early detection of this resistance. We have (i) evaluated the performance of gyrA and gyrB sequencing in the detection of FQ resistance through a prospective study; (ii) studied the natural history of the emergence of FQ resistance in vivo using a murine model of tuberculosis; and (iii) identified tracks for new mechanisms of resistance to FQ by comparative genomics. We showed that the proportion method, designated as the reference method, is not effective in detecting low levels of FQ resistance and that, neither genotypic methods nor phenotypic methods, allow the diagnosis of FQ heterogeneous resistance. A combined strategy based on phenotypic detection of an abnormal proportion of resistant bacteria and genotypic characterization of these resistant bacteria would improve the detection of this heterogeneous resistance. We have identified hypotheses for new FQ resistance mechanisms. These new mechanisms could be responsible of a low-level resistance facilitating the selection of a high-level resistance due to mutations in genes encoding DNA gyrase in a second time. However, their involvement in FQ resistance and our assumption about the selection process remain to be demonstrated.

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Chez les patients traités par un régime posologique, La concentration sérique moyenne et l'écart type de la concentration SMX était 161,01 ± 69,154 mg/L et de 5,788 ± 2,74 mg/L pour le TMP. La concentration minimale inhibitrice 90% (CMI 90) était de 10 mg/L pour le cotrimoxazole et la sulfadiazine contre Mycobacterium tuberculosis. Toutes les mycobactéries étaient inhibées par 20 mg/L de cotrimoxazole et de sulfadiazine. Les CMI de l'ivermectine contre 13 souches complexe M. tuberculosis ont varié entre 10 et 40 mg/L. En outre, tous isoler M. tuberculosis étaient résistants à la squalamine avec CMI > 100 mg/L. Dans une autre partie nous avons montré que tous les isolats du complexe Mycobacterium avium étaient résistants au triméthoprime avec une CMI > 200 mg/mL. Le cotrimoxazole, le sulfaméthoxazole et la sulfadiazine ont montré une CMI respectivement de 10 mg/L, 25 mg/L et 20 mg/L, à l'exception de Mycobacterium chimaera qui présentait une CMI de 10 mg/L pour ces molécules. La comparaison de la séquence du gène de la dihydroptéroate synthase de M. intracellulare et M. chimaera a montré seulement quatre changements d'acides aminés. / Firstly, we measured the serum concentration of Sulfamethoxazole (SMX)-Trimethoprim (TMP) in patients treated with high dosage regimen. The mean values and standard deviation for SMX concentration was 161.01± 69.154 mg/L and of 5.788 ± 2.74 mg/L for TMP. Susceptibility testing yielded a minimum inhibitory concentration 90% (MIC90) of 10 mg/L for cotrimoxazole and sulfadiazine. All M. tuberculosis complex mycobacteria (MTC) were inhibited by 20 mg/L cotrimoxazole and sulfadiazine. Also, the MICs of ivermectin varied between 10 and 40 mg/L, against 13 MTC mycobacteria. Moreover, all M. tuberculosis isolate were resistant to squalamine with MIC > 100 mg/L. Also, all Mycobacterium avium complex (MAC) isolates were resistant to trimethoprim with MIC > 200 mg/L. Cotrimoxazole, sulfamethoxazole and sulfadiazine exhibited MIC of 10 mg/L, 25 mg/L and 20 mg/L, respectively against all tested MAC isolates except for Mycobacterium chimaera which exhibited MICs of 10 mg/L for these molecules. Comparing the DHPS gene sequence in M. intracellulare and M. chimaera type strains and clinical isolates yielded only four amino acid changes.

Premièrement, nous avons analysé 14 génomes publiés de M. abscessus montrant quece taxon comprend au moins cinq taxons différents spécifiés par des caractéristiques microbiologiques d’intérêt médical. Au cours d'un deuxième travail, nous avons développé une technique d’identification et de génotypage de M. abscessus qui a permis de distinguer sans ambiguïté M. massiliense de M. bolletii et M. abscessus.Nous avons ensuite analysé le bactériophage de M. bolletii que nous avons nommé Araucaria. La résolution de sa structure 3D a montré une capside et un connecteur similaires à ceux de plusieurs bactériophages de bactéries à Gram négatif et positif; et une queue hélicoïdale décorée par des pointes radiales. La partie basale (baseplate) du phage Araucaria présente des caractéristiques observées dans les phages se liant à des récepteurs de protéines. Araucaria se lie à son hôte en deux temps, un premier par liaison de la queue aux saccharides de l'hôte puis un deuxième par liaison de la baseplate aux protéines de la paroi cellulaire.Nous avons analysé la présence de séquence de phages dans 48 génomes disponibles de M. abscessus. Notre analyse phylogénétique suggère que les espèces de M. abscessus ont été infectées par différents mycobactériophages et ont une histoire évolutive différente de celle des hôtes mycobactériens et contiennent aussi des protéines acquises par transfert horizontal.Enfin, nous avons séquencé et analysé deux mycobactéries non-tuberculeuses responsables d’infections opportunistes, Mycobacterium simiae et Mycobacterium septicum. / In a first step, we reviewed the published genomes of 14 M. abscessus strains showing that M. abscessus sensu lato comprises of five different taxons specified by particular characteristics of microbiological and medical interests. In a second step, based on sequencing of eight intergenic spaces, we developed a Multispacer Sequence Typing technique (MST) for M. abscessus group sub-species identification and strain genotyping. MST clearly differentiates formerly “M. massiliense” organisms from other M. abscessus subsp. bolletii organisms. We also analyzed a bacteriophage from M. bolletii that we named Araucaria. We resolved Araucaria 3D structure, its capsid and connector share close similarity with several phages from Gram- or Gram+ bacteria. The helical tail decorated by radial spikes, possibly host adhesion devices. Its host adsorption device, at the tail tip, assembles features observed in phages binding to protein receptors. All together, these results suggest that Araucaria may infect its mycobacterial host using a mechanism involving adhesion to cell wall saccharides and protein, a feature that remains to be further explored. We also analysed 48 M. abscessus sequenced genomes for encoding prophages. Our phylogenetic analyses suggested that M. abscessus species were infected by different mycobacteriophages and have a different evolutionary history than the bacterial hosts and some proteins that are acquired by horizontal gene transfer mostly mycobacteriophages’ proteins and hypothetical proteins. Finally, we sequenced and analyzed two non-tuberculosis mycobacterium causing human infections, Mycobacterium simiaie and Mycobacterium septicum.

O BCG é um bacilo atenuado de Mycobacterium bovis atualmente investigado na expressão de antígenos heterólogos. Genes oriundos de vírus, bactérias e parasitas são clonados em vetores de expressão micobacterianos e a partir deles, são geradas cepas de BCG recombinante, rBCG. Duas cepas micobacterianas, BCG e M. smegmatis, demonstraram a expressão do antígeno SmStoLP-2 e animais imunizados com este BCG não demonstra diferença na proteção contra a infecção por cercárias, apesar da resposta imune diferenciada. A otimização do códon de SmTSP-2 e SmVAL-5 permitiu sua expressão em M. smegmatis recombinante, mas não em BCG. M. smegmatis transformado com uma biblioteca de plasmídeos contendo o promotor L5p mutagenizado à montante de egfp demonstra acentuada diferença na fluorescência. 3 destes plasmídeos definidos como \'\'forte\'\' e \'\'fraco\'\', com base em sua capacidade de produzir GFP foram utilizados para expressar em BCG o antígeno Sm29 em maior e menor nível. / BCG is an attenuated bacillus derived from Mycobacterium bovis currently being investigated to express foreign antigens. Genes from viruses, bacteria and parasites are cloned to mycobacterial vectors and with them, recombinant BCG strains are created. Recombinant BCG and M. smegmatis strains where capable to express SmStoLP-2 and mice immunized with these rBCGs do not show better protection against infection with cercariae, although the distinct immune response observed. The use of codon optimization made possible the expression of SmTSP-2 and SmVAL-5 in M. smegmatis but not BCG. M. smegmatis transformed with a library of plasmids containing the L5p upstream egfp gene show a wide range in fluorescence. 3 of these plasmids strong and weak defined as their ability to produce GFP were used to express in BCG the antigen Sm29 at different levels by each promoter.

L'ulcère de Buruli (UB), ou infection à Mycobacterium ulcerans, est une maladie tropicale négligée qui se manifeste par des lésions cutanées, responsable d'une morbidité importante et de lourdes incapacités chez les personnes atteintes. Cette maladie touche surtout des populations rurales en Afrique de l'Ouest et Afrique Centrale, où elle sévit dans des foyers localisés. Le mode de transmission de M. ulcerans à l'humain est inconnu et les connaissances épidémiologiques limitées, ce qui restreint les possibilités de contrôle de la maladie. Les objectifs de cette thèse étaient d'identifier les circonstances associées au risque d'UB, et d'améliorer la compréhension de la chaîne de transmission de M. ulcerans, à partir de l'étude de deux foyers d'UB situés au Cameroun. Nos travaux ont permis d'identifier des environnements, saisons et activités à risque d'UB à l'échelle individuelle, et à celle du territoire. Un travail d'entomologie de terrain a permis de compléter ces analyses en vérifiant l'existence d'une circulation de M. ulcerans dans l'environnement domestique : plusieurs groupes d'arthropodes porteurs de M. ulcerans ont été identifiés dans l'environnement domestique, parmi lesquels plusieurs possibles candidats vecteurs. Ces travaux apportent des précisions sur l'épidémiologie de d'UB au Cameroun, qui sont transposables à d'autres foyers endémiques africains présentant des environnements similaires. Ces résultats permettront de cibler les populations, zones et périodes à risque, afin de rendre plus efficace les activités de santé publique de contrôle de l'UB. Ces résultats proposent enfin de nouvelles approches pour la recherche du mode de transmission de M. ulcerans / Buruli ulcer (BU) is a tropical disease caused by Mycobacterium ulcerans. It appears as cutaneous lesions causing severe morbidity and permanent incapacities in affected populations. BU occurs mainly in West and Central Africa, where it is found endemic in very localized regions. The transmission mode of M. ulcerans to humans remains mysterious, which, combined with the lack of basic epidemiological knowledge on the disease, hampers considerably the design of effective control strategies. The goals of this thesis were to identify the different risks associated with Buruli ulcer, and to contribute to the improvement of knowledge on the circulation and transmission of M. ulcerans. We studied two Buruli ulcer foci in Cameroon, and analyzed the individual, behavioral, spatial and temporal risk factors for BU. We described populations groups, environments and seasons at higher risk. We also engaged in entomological fieldwork to verify if M. ulcerans was circulating in the domestic environment, an hypothesis never tested in African endemic regions. We identified several taxa carrying M. ulcerans, and possible vector candidates among them.This work proposes an update of the knowledge on Buruli ulcer epidemiology in Cameroon, and several results can be transposed to other endemic regions, especially in Central or West Africa, where endemic areas present similar environments. These results could provide useful elements to design more efficient public health strategies against Buruli ulcer and to target them accurately to populations, places and persons at highest risk. These results finally suggest new leads for future research on the mode of transmission of M. ulcerans.

Chaque année, Mycobacterium tuberculosis (Mtu) est responsable d‘environ 2 million de morts dans le monde. L’apparition de souches multi-résistantes aux antibiotiques rend nécessaire le développement de nouveaux antituberculeux. Dans ce contexte, les voies de biosynthèse des composés essentiels de l’enveloppe, tels que les acides mycoliques (AM), représentent des cibles thérapeutiques de choix. Les AM, cruciaux pour l’architecture et la perméabilité de l’enveloppe, jouent également un rôle important dans la virulence et dans la persistance bactérienne. La biosynthèse des AM fait appel à une Fatty Acid Synthase de type II (FAS-II), système multienzymatique qui produit les chaînes méromycoliques des AM et qui contient au moins deux déshydratases, HadAB et HadBC. Lors d’une analyse approfondie du génome de Mtu dans l’équipe, onze hydratases/déshydratases (R)-spécifiques potentielles ont été identifiées, dont la protéine Rv0504c, nommée "HadDMtu". L’objectif de mes travaux a été de caractériser la fonction enzymatique et le rôle physiologique de la protéine HadDMtu chez Mtu et de son orthologue potentiel chez M. smegmatis (Msm), un modèle d’étude mycobactérien, non pathogène et à croissance rapide. Les tests d’activité enzymatique in vitro sur la protéine HadDMsm ont montré qu'elle possède une activité hydratase/deshydratase. Lorsque le gène hadD est délété, chez Msm et chez Mtu, les profils et les structures fines des AM sont modifiés. Chez Msm, le mutant n’est plus capable de produire d’AM à longues chaînes α et epoxy. Par contre, chez Mtu, c’est la structure fine et la proportion des AM keto qui sont affectées. En parallèle de mes travaux, il a été montré que la protéine HadDMsm de Msm interagit spécifiquement avec HadAB. L'ensemble de nos données a apporté la preuve que HadD fait partie du système FAS-II. Il suggère fortement que dans les deux espèces, l’enzyme intervient dans les derniers cycles d’élongations de la chaîne méromycolique. En accord avec ces résultats, des expériences de complémentation croisée des souches mutantes de Mtu ΔhadDMtu et de Msm ΔhadDMsm, ont montré que les deux protéines HadD ont une fonction proche in vivo mais elles ne sont pas orthologues. Des tests phénotypiques ont montré que les propriétés de surface et l’intégrité de l’enveloppe des mutants ΔhadD sont profondément altérées. De plus, chez la souris, la souche mutante de Mtu apparait beaucoup moins virulente avec une baisse des charges bactériennes dans les poumons et dans la rate. / Mycobacterium tuberculosis (Mtu) kills 2 million people every year in the world. The development of new antituberculous drugs is urgently needed due to the emergence of drug-resistant strains. In this context, the biosynthesis pathways of essential compounds from the mycobacterial envelope, such as mycolic acids (MAs), constitute relevant therapeutic targets. The MAs are crucial for both the architecture and the permeability of the envelope and play important roles in the bacterial virulence and persistence. The MA biosynthesis involves a Fatty Acid Synthase type II (FAS-II), a multi-enzyme system that produces the main meromycolic chains of MA and contains at least two dehydratases, HadAB and HadBC. A thorough analysis of the Mtu genome led to the identification of eleven potential (R)-specific hydratases/dehydratases, including the protein Rv0504c, named “HadDMtu”. The objective of my work was to characterize the enzymatic function and the physiological role of HadDMtu protein in Mtu and of its putative orthologue in M. smegmatis (Msm), a non-pathogenic and fast growing mycobacteria model. The in vitro enzymatic activity tests with HadDMsm protein showed that it has a hydratase/dehydratase activity. When hadD gene is deleted, in Msm and in Mtu, the MA distribution and fine structures were changed. In Msm, the mutant could not produce long chain α- and epoxy-MAs while in Mtu, it is the fine structure and the proportion of the keto-MAs that were affected. In parallel of my work, it was that HadDMsm protein specifically interacts with HadAB. All these data show that HadD belongs to the FAS-II system. They strongly suggest that, in the both two strains, the enzyme occurs in the late steps of the meromycolic chain elongation. According to these results, cross-complementation assays of Mtu and Msm ΔhadD mutants showed that both HadD proteins have a similar function in vivo but they are not orthologs. Phenotypic tests showed that the surface properties and the envelope integrity of the ΔhadD mutants were profoundly altered. Also, in the mouse model of infection, Mtu mutant exhibited a significant loss of virulence with a decrease of bacterial loads in the lungs and in the spleen.

Pour l’amélioration de la lutte contre la tuberculose à Madagascar, nous avons décidé de mener des études sur l’analyse de la diversité et la distribution des génotypes de BK y circulant au cours du temps et dans l’espace afin de connaitre le mode de transmission de la TB et les sources potentielles de la TB malgache. Plus spécifiquement il s’agit premièrement, d’étudier la diversité génétique et la distribution des génotypes des BK dans le pays pour évaluer le niveau de transmission de la maladie et d’essayer de retracer les sources potentielles d’importation de la TB malgache ; deuxièmement, étudier la diversité de la souche endémique de Madagascar, le SIT109, afin de voir le niveau de transmission d’une souche à l’intérieur de l’île ainsi que son niveau d’évolution ; et troisièmement, identifier les zones de transmission de la TB par combinaison d’analyse spatiale et de génotypage en commençant par une étude pilote dans la capitale.Pour réaliser cela, 1014 souches représentatives de Madagascar isolés de 2005 à 2007 ont été typés par le spoligotypage. Les génotypes définis ont servi pour l’estimation de la transmission de la TB et l’identification des sources potentielles de la TB ; ensuite, 156 BK endémiques de Madagascar portant l’identité SIT109 ont été typés par la méthode des MIRU-VNTR (« Mycobacterial Interspersed Repetitive Units – Variable Number of Tandem Repeat ») afin d’étudier leur diversité, leur niveau d’évolution et le niveau de distribution de la TB au niveau d’une seule souche et enfin, 523 patients ont été recrutés à Antananarivo en 2013 afin de typer par le spoligotypage leur BK, d’identifier à partir de leur génotype ceux qui sont potentiellement associés à des cas de transmission récente et d’analyser leur clusterisation spatiale par la méthode de Kulldorff.Les résultats nous ont montré une grande diversité génétique des BK circulant dans le pays avec une prédomination de deux lignées de BK qui sont les souches « East african Indian » et « Tuscan » ; une distribution particulière des BK dans la capitale par rapport aux autres provinces ; des similitudes particulières des BK circulant avec des pays comme les USA, la France, l’Italie, le Danemark, l’Arabie Saoudite ou encore le Pays Bas ; une grande diversité des souches SIT109 ainsi que leur distribution dans tout le pays ; ainsi que quatre clusters spatiaux de cas de TB associé à la transmission récente dans la capitale.Cette étude nous a permis de déterminer que la transmission de la TB à Madagascar est toujours très active et se fait à très grande échelle, une petite part de la TB à Madagascar a pu être importée par les populations d’origines mais la majorité des cas actuels provient d’importation assez récente de BK de plusieurs régions du monde. Douze Fokontany de la capitale correspondent à des zones à risque de transmission de la TB et méritent une attention particulière aux responsables de la lutte contre la TB à Madagascar et enfin la méthode combinant génotypage et analyse spatiale permet la détection de ces zones à risque et pourrait servir pour le « Programme National de Lutte contre la Tuberculose » d’outil d’aide à la décision pour les stratégies de lutte contre la TB dans tout Madagascar. / For improving the fight against tuberculosis in Madagascar, we decided to conduct studies on the analysis of the diversity and spatio-temporally distribution of BK genotypes circulating in Madagascar for analyzing the TB transmission mode and the potential origins of Malagasy TB. More specifically, It is to study the genetic diversity and distribution of genotypes of M. tuberculosis strains in the country to assess the transmission level of the disease and to identify the potential sources of Malagasy TB; secondly, to study the diversity of the endemic strain of Madagascar, SIT109, in order to assess the transmission level of the strain inside the island and its level of evolution; and third, to identify TB transmission areas by combining spatial analysis and genotyping, starting with a pilot study in the capital.To achieve this, 1014 BK representative of Madagascar isolated in 2005 to 2007 were typed by the spoligotyping. Defined genotypes were used to estimate the TB transmission level and the identification of potential sources of malagasy TB; after, 156 endemic BK from Madagascar bearing the identity SIT109 were typed by the MIRU-VNTR (Mycobacterial Interspersed Repetitive Units – Variable Interspersed Repeatitive Units) method to study their diversity, their evolution level and the level of TB transmission at a single strain; and finally, 523 patients were recruited in Antananarivo in 2013 in order to type by spoligotyping their BK, to identify from their genotype those that are potentially associated with recent transmission cases and to analyze their spatial clustering by the Kulldorff method.The results showed a high genetic diversity of BK circulating in the country with a predominance of two strains, “East African Indian and “Tuscan”; a particular distribution of BK genotypes in the capital compared to the other provinces and particular similarities of the BK circulating with countries such as the USA, France, Italy, Denmark, Saudi Arabia or the Netherlands; a high variety of SIT109 strains and their distribution throughout the country; as well as four TB cases associated with recent transmission spatial clusters in the capital.This study allowed us to determine that the TB transmission in Madagascar is still very active and it is done on a very large scale, a small part of TB in Madagascar could be imported by the origin populations but the majority of cases is due to relatively recent importations of BK from several regions of the world. Twelve Fokontany in the capital corresponds to TB high risk transmission areas and need special attention to those responsible for the control of TB in Madagascar and finally the method combining genotyping and spatial analysis allows the detection of these high risk areas and could be used for the “Programme National de Lutte contre la TB” as a decision tool for orientation of the TB fight strategies throughout Madagascar

Chemotherapy of tuberculosis (TB), a disease caused by Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis), is successful against actively-growing bacilli but ineffective against dormant/persistent organisms, found mainly in a protective lipid-laden granuloma, possibly necessitating the use of lipophilic antibiotics. In vitro, these bacilli are encased in lipid-rich biofilms. In this study, the antimycobacterial activity of one such agent, clofazimine, and its nanoparticle formulation, have been investigated against Mycobacterium smegmatis (M. smegmatis), as a surrogate for M. tuberculosis, by determining the bacteriostatic and bactericidal activities of the native (NC) and spray-dried (SDC) preparations of this agent on planktonic and biofilm populations, as well as their effects on biofilm formation and its lipid compositions, specifically free mycolic acid (FM) content. Both preparations were comparable, being bacteriostatic for rapidly-proliferating bacilli, bactericidal for slow-growing, biofilm-producing sessile bacteria, but ineffective against non-replicating, biofilm-encased M. smegmatis organisms. However, similar studies in M. tuberculosis are required. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2013. / Immunology / Unrestricted

Molecular-epidemiological analysis of Mycobacterium tuberculosis strains isolated in the West-Bohemian Region of the Czech Republic including detailed characterisation of anti-tuberculosis drugs - resistant strains MUDr. Jana Amlerová Abstract Tuberculosis is contagious infectious disease that embodies significant epidemiological and clinical problem worldwide. Tuberculosis incidence differs considerably in various regions of the world but even the countries with low incidence engage strongly in epidemiology of tuberculosis. Tuberculosis belongs to one of the priorities of WHO, cooperation in this matter takes place on a global scale. Tuberculosis is a social illness; accordingly, the countries with high occurrence of tuberculosis are classified as developing countries. Mainly in Africa, there is the situation being complicated by coexistence of HIV. Generally, Europe represents a region with low incidence of tuberculosis. The Czech Republic is a country with the lowest incidence in the world with less than five new cases per 100 000 inhabitants every year. This situation is among others result of high-level tuberculosis surveillance and effective application of epidemiological arrangements based in legislation. This dissertation thesis examines several fields of tuberculosis, mainly focused on modern...