Burkholderia pseudomallei et Burkholderia mallei sont respectivement les agents biologiques responsables de la mélioïdose et de la morve. Pour déterminer si les échecs thérapeutiques étaient dus à l'émergence d'une résistance acquise durant le traitement antibiotique, nous avons sélectionné des souches de Burkholderia thailandensis, modèle d'étude, B. pseudomallei et B. mallei, avec différents antibiotiques : le chloramphénicol, la doxycycline et le triméthoprime-sulfaméthoxazole. Les Burkholderia ont montré qu'elles étaient capables de développer une multirésistance in vitro en réponse à chaque antibiotique utilisé dans le traitement oral de la mélioïdose ou de la morve. Pour comprendre les mécanismes de résistance impliqués, nous avons étudié les aspects moléculaires et génétiques de la résistance chez B. thailandensis par des méthodes protéomiques et transcriptomiques. Nous avons développé une méthode pour quantifier l'expression des gènes de pompes d'efflux par RT-PCR quantitative après normalisation sur plusieurs gènes de référence. Ces méthodes nous ont permis d'identifier la surproduction séquentielle de trois pompes d'efflux de type RND : BpeAB-OprB, AmrAB-OprA et BpeEF-OprC, toutes induites par le chloramphénicol ou la doxycycline chez les souches multirésistantes. L'étude de mutants déficients en pompe d'efflux nous a permis de mieux appréhender les relations étroites entre ces trois pompes et a confirmé que l'efflux actif était le principal mécanisme impliqué cette résistance induite. / Burkholderia pseudomallei and Burkholderia mallei are respectively the causative agents of melioidosis and glanders. To determine whether treatment failures were due to the emergence of acquired resistance during antibiotic treatment, we selected strains of B. pseudomallei, B. mallei, and Burkholderia thailandensis, used as a study model of these two pathogenic bacteria, with structurally unrelated antibiotics: chloramphenicol, doxycycline and trimethoprim-sulfamethoxazole. We showed that Burkholderia were able to develop multidrug resistance in vitro in response to each of theses antibiotics used in the oral treatment of melioidosis and glanders. To understand the resistance mechanisms involved, we studied the molecular and genetic aspects of resistance in B. thailandensis by proteomic and transcriptomic methods. We have developed a method to quantify efflux pumps gene expression by quantitative RT-PCR after normalization with several reference genes. These methods allowed us to identify sequential overproduction of three RND efflux pumps: BpeAB-OprB, AmrAB-OprA and BpeEF-OprC, all induced by chloramphenicol or doxycycline in multiresistant strains. The study of mutants respectively defective in one of these efflux pumps has allowed us to better understand the close relationship between these three pumps and confirmed that active efflux acted as a major mechanism involved in the induced resistance.

La résistance des cellules cancéreuses à la chimiothérapie est une cause majeure de l’échec thérapeutique. Des études suggèrent qu’une adaptation du métabolisme énergétique pourrait jouer un rôle dans cette résistance. Ce travail de thèse montre que la résistance des cellules cancéreuses mammaires MCF-7dox à la doxorubicine est associée à une diminution de l’activité du complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale et à un métabolisme des cardiolipines (CL) particulier (diminution de la quantité de CL et augmentation de la quantité de MLCL, la forme immature des CL). Nos résultats montrent aussi que les mitochondries des cellules MCF-7dox expriment deux pompes d’efflux ATP-dépendantes (BCRP et MRP1) qui participent à limiter la quantité de doxorubicine accumulée dans ces mitochondries. De plus, l’activité de ces deux transporteurs dépend partiellement de l’ATP mitochondrial dont l’efficacité de synthèse est améliorée dans les cellules MCF-7dox. D’autre part, nous montrons que l’effet sensibilisant du DHA à la doxorubicine dans les cellules MCF-7dox implique un stress oxydant mitochondrial et s’accompagne d’une diminution de l’efficacité de la synthèse d’ATP. / Resistance of cancer cells to chemotherapy is a major cause of treatment failure. Studies have suggested that an adaptation of energy metabolism may play a role in the development of this resistance. The present work shows that resistance of the breast cancer cell line MCF-7dox to doxorubicin is associated with decreased activity of the mitochondrial respiratory chain complex I and particularly altered cardiolipin (CL) metabolism, (decreased CL levels and increased MLCL levels, the immature form of the CL). Our results also show that mitochondria from MCF-7dox cells express two ATP-dependent efflux pumps (BCRP and MRP1) limiting the accumulation of doxorubicin in these mitochondria. In addition, the activity of these two transporters is partially dependent on mitochondrial ATP synthesis which efficiency is improved in MCF-7dox cells. Moreover, we show that the sensitizing effect of DHA to doxorubicin in MCF-7dox cells is regulated by mitochondrial oxidative stress and is accompanied by a decrease in ATP synthesis efficiency.

Si les antibiotiques ont amélioré le pronostic des maladies infectieuses, l’apparition de résistances importantes et les manipulations génétiques volontaires peuvent faire craindre l’émergence de pathogènes très virulents et résistants aux antibiotiques recommandés. Aussi, la multidrug résistance (MDR) est devenue un problème majeur pour traiter des infections impliquant des bactéries à Gram-négatif. La surexpression des mécanismes d’efflux contribue largement au phénotype de multi-résistance aux antibiotiques et l’inhibition de ces mécanismes intéresse donc de plus en plus le monde de la recherche.Les phénothiazines font partie des molécules les plus prometteuses du 20e siècle. La présence d’un substituant en position C-2 sur le noyau tricyclique et celle d’une chaine alkyl aminée en position N-10 se sont révélées être critiques pour des activités de type neuroleptique, antihistaminique et anthelminthique. Une activité anti-MDR a également été mise en évidence, notamment contre les cancers et la tuberculose. Le mécanisme par lequel ces molécules inhiberaient l’efflux est cependant encore mal connu. Différents dérivés de la phénothiazine ont été synthétisés afin de comprendre ce mécanisme et de dégager les propriétés physico-chimiques mises en jeu chez Burkholderia pseudomallei. Cette bactérie à Gram-négatif, responsable de la mélioïdose, est classée parmi les agents potentiels du bioterrorisme. Elle est en effet extrêmement pathogène et présente une sensibilité très réduite à une majorité de classes d’antibiotiques. L’activité des phénothiazines a été évaluée par la technique Etest® sur Burkholderia thailandensis, modèle d’étude non-pathogène. / If antibiotic drugs improved the prognosis of infectious diseases, the appearance of antimicrobial resistance and deliberate genetic modifications could be followed by the worrying emergence of highly virulent pathogens resistant to usual antibiotics. Thus, Multi-Drug Resistance (MDR) became a major problem to treat infections involving Gram negative bacteria. The overexpression of efflux mechanisms contributes to a great extent to antibiotic resistance and the inhibition of these mechanisms increasingly interest research areas.Phenothiazines are the most promising molecules of the 20th century. The presence of substituent in C-2 position on the tricyclic structure and the one of alkyl amino chain in N-10 position proved their critical activity as neuroleptic, antihistaminic and antihelmintic drugs. An anti-MDR activity has also been put into evidence against cancers and tuberculosis, but the mechanism by which molecules would inhibit efflux is not well known yet. Different phenothiazine derivatives have been synthesized in order to better understand this mechanism and to draw the physicochemical properties involved in Burkholderia pseudomallei. This Gram negative bacterium is responsible of melioidosis and classified as potential bioterrorism infectious agent. This bacterium is indeed extremely pathogenic and has a very low susceptibility to most classes of antibiotics. The activity of phenothiazine derivatives was evaluated using the Etest® method in Burkholderia thailandensis, the non-pathogenic study model.

Dans ce travail de thèse, l'efficacité de la voie intrapulmonaire et les paramètres biopharmaceutiques influençant la diffusion pulmonaire après nébulisation d'antibiotiques ont été évalués. La présence et l'impact de certaines pompes d'efflux dans un modèle in vitro de cellules primaires épithéliales pulmonaires de rat ont été testés. Trois fluoroquinolones et la colistine ont été utilisées comme molécules de référence. La combinaison des molécules testées a permis d'obtenir une vue d'ensemble des caractéristiques de diffusion intrapulmonaire des antibiotiques. L'étude in vivo avec les fluoroquinolones a démontré que les concentrations pulmonaires de ces molécules sont plus importantes que dans le plasma, probablement dû à la présence des transporteurs comme la glycoprotéine-P. La présence de ces transporteurs a été confirmée dans le modèle de cellules pulmonaires de rats. L'étude in vivo avec la colistine a montré qu'une lente diffusion pourrait conférer un avantage à la nébulisation par rapport à l'administration intraveineuse. En conclusion, l'administration par nébulisation des molécules, qui traversent les tissus lentement (colistine), pourrait être avantageuse, alors que pour d'autres, qui traversent vite la barrière (fluoroquinolones), la voie nébulisée pourrait ne pas présenter des avantages par rapport à la voie intraveineuse. De plus, les résultats ont démontré qu'une faible perméabilité à travers le poumon (colistine) pourrait donner un avantage à la nébulisation des antibiotiques, tandis qu'une affinité pour des transporteurs (fluoroquinolones) semble présenter un intérêt aussi bien dans le cadre d'une nébulisation que d'une administration intraveineuse. / The aim of this study was to investigate the efficiency of intrapulmonary administration and the biopharmaceutical parameters regulating the pulmonary diffusion following nebulization. We examined whether certain efflux pumps were present in an in vitro model of rat lung cells and whether these efflux pumps could be beneficial by increasing lung concentrations in vivo. Fluoroquinolones and colistin were the molecules used as reference. These different molecules allowed an overview of the intrapulmonary diffusion characteristics of antibiotics. The in vivo study with fluoroquinolones showed that their lung concentrations are higher than in plasma, probably due to glycoprotein-P. The presence of this efflux pump was confirmed in the model with rat lung cells. The in vivo study with colistin showed that a slow diffusion may confer an advantage for nebulization over intravenous administration. In conclusion, the nebulization molecules passing slowly (colistin) across the tissues may be advantageous, whereas for others, with a fast passage across the barrier (fluoroquinolones), the pulmonary route may not provide an advantage over the intravenous administration. Moreover, the results showed that a slow permeability across the lung (colistin) may confer an advantage for the antibiotic nebulization, while affinity by transporters (fluoroquinolones) is beneficial for both nebulization and intravenous administration.

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.

Les composés organiques hydrophobes (HOC), une grande famille de molécules naturelles ou d’origine anthropique incluant les lipides et les hydrocarbures, constituent une part significative de la matière organique dans les écosystèmes marins. Du fait de leur faible solubilité dans l’eau, les bactéries qui les dégradent requièrent la mise en place de fonctions cellulaires spécifiques permettant d’augmenter la fraction assimilable de ces HOC. La formation de biofilms à l’interface eau-HOC est une de ces stratégies adaptatives. C’est le cas pour Marinobacter hydrocarbonoclasticus SP17, modèle d’étude utilisé au laboratoire, qui est capable de former des biofilms sur un large spectre de HOC métabolisables tels que les alcanes, les triglycérides et les alcools gras. Le but de mes recherches consistait à améliorer la compréhension du processus d’adhésion et de développement des biofilms sur les HOC, à travers la caractérisation fonctionnelle de 10 gènes candidats mis en évidence lors d’analyses d’expression en protéomique et en transcriptomique. Pour mener à bien ce projet, des outils génétiques et une caractérisation fonctionnelle propre à chaque gène ont dû être développés. L’étude fonctionnelle du gène MARHY2686 a relevé son implication dans la formation de biofilm sur les alcanes. La co-expression de MARHY2686 et des gènes adjacents MARHY2687 et MARHY2685 en transcriptomique, leur distribution phylogénétique et leur conservation de la synthénie suggèreraient que ces trois gènes soient impliqués dans le même processus biologique. D’après l’identité forte de 36 % qui existe entre la protéine MARHY2686 et une protéine périplasmique AdeT d’un système de pompe d’efflux tripartite d’Acinetobacter baumanii, cette protéine, en association avec MARHY2687 et MARHY2685, pourrait faire partie d’un système de ce type. Par ailleurs, des observations ont permis d’envisager une implication potentielle de ce gène dans l’assimilation des HOC ou dans l’accumulation des réserves lipidiques intracellulaires. M. hydrocarbonoclasticus SP17 utilise les pili de type IV lors de la formation de biofilm sur les HOC. Ces appendices interviennent lors de l’adhésion de cette souche à des HOC ainsi que dans un processus de détachement d’un support hydrophobe. Les pili pourraient soit intervenir directement pour permettre à la bactérie de se détacher de la surface à laquelle elle s’est adhérée, soit indirectement par l’action de bactériophages. La présence d’une mobilité de type twitching sur les HOC a pu être également envisagée. Enfin, le rôle du système de sécrétion de type VI (T6SS), connu pour permettre à la bactérie d’interagir avec une cellule hôte, lors de la formation de biofilm mono-spécifique sur HOC, où aucun autre microorganisme que M. hydrocarbonoclasticus SP17 n’est présent, a été étudié. / Hydrophobic organic compounds (HOC), a large family of naturally-produced or anthropogenic molecules including lipids and hydrocarbons, represent a significant part of organic matter in marine ecosystems. Because of their low solubility in water, bacteria that degrade those compounds require the establishment of specific cell functions to increase their biodisponibility. Biofilm formation in water-HOC interface is one of these adaptations. The model of bacteria used in our laboratory, Marinobacter hydrocarbonoclasticus SP17, is able to form a biofilm on a wide range of HOC, such as alkanes, fatty alcohols and triglycerides, in order to use them as a carbon and energy source. The main purpose of my work was to broaden the knowledge of how bacteria adhere to and from biofilms on HOC, through the functional characterization of 10 candidate genes highlighted during proteomic and transcriptomic studies. Genetic tools and a gene-specific functional characterization have been developed in order to carry out this project. Functional study conducted on MARHY2686 revealed its involvement in the formation of biofilm on alkanes. Co-expression of MARHY2686 and the adjacent genes MARHY2687 and MARHY2685 durnig transcriptomic analysis together with their phylogenetic distribution and synteny conservation suggest that these three genes are involved in the same biological process. According to the high peptide sequence identity between MARHY2686 and AdeT, a periplasmic protein of a tripartite efflux pump system of Acinetobacter baumanii, MARHY2686 in combination with MARHY2687 and MARHY2685 could be the components of such a system. Other phenotypic observations would consider the involvement of MARHY2686 either in the assimilation of HOC or in the accumulation of intracellular lipid reserves. M. hydrocarbonoclasticus SP17 uses type IV pili during biofilm formation on HOC. These appendages are involved in the adhesion of this strain to and in a detachment process from HOC. Type IV pili could either act directly to allow bacteria to detach from the surface to which it is adhered, or indirectly through the action of bacteriophages. The presence of twitching motility on HOC has also been suggested. Finally, the role of the type VI secretion system (T6SS), a well-known protein system which allows interactions between bacteria and host cells, during the formation of a mono-species biofilm on HOC where no other microorganism than M. hydrocarbonoclasticus SP17 is present, has been studied.