Legionella pneumophila est une bactérie à Gram négatif, intracellulaire facultative, responsable de la légionellose (ou maladie des Légionnaires) chez l'Homme. Les fluoroquinolones et les macrolides sont utilisés en première intention dans le traitement antibiotique de cette maladie. Cependant, les échecs thérapeutiques sont fréquents, et le taux de mortalité demeure élevé (10-15% des cas, plus de 30% chez le patient immunodéprimé). Bien qu'aucune souche de L. pneumophila résistante à ces antibiotiques n'ait été isolée à ce jour, ces échecs peuvent faire évoquer la possibilité d'une sélection in vivo de mutants résistants. Le mécanisme génétique principal d'acquisition de la résistance aux fluoroquinolones correspond à l'accumulation de mutations au niveau des gènes codant pour l'ADN gyrase et la topoisomérase IV ; en particulier celles affectant les codons en positions 83 et 87 du QRDR (quinolone resistance determining region) du gène gyrA entrainent une résistance de haut niveau à ces antibiotiques. Le première aspect de notre projet était d'élaborer un test de PCR en temps réel permettant de détecter chez L. pneumophila des mutants gyrA résistants aux fluoroquinolones et de les différencier des souches sauvages par analyse des températures de fusion des amplifias obtenus. Après optimisation, ce test nommé qPCRgyrALp amplifie spécifiquement une portion du QRDR du gène gyrA de l'espèce L. pneumophila et permet de détecter et de différencier les mutations gyrA83 et gyrA87. Nous avons ensuite utilisé ce test pour la recherche de mutants gyrA directement dans divers prélèvements respiratoires provenant de 82 patients atteints de légionellose, certains en échec thérapeutique après traitement par une fluoroquinolone. Les résultats ont montré pour quatre patients un profil de courbe de fusion semblable à celui du mutant gyrA83. Le séquençage du QRDR de gyrA à partir de ces prélèvements respiratoires a confirmé cette mutation chez deux patients. L'utilisation de la technique de séquençage à haut débit a permis de quantifier ces mutants gyrA83 chez ces deux patients, permettant de montrer un remplacement progressif in vivo de la population de L. pneumophila sensible aux fluoroquinolones par une population résistante à ces antibiotiques. Le deuxième aspect de notre travail a été de développer des tests de PCR quantitative en temps réel (qPCR) permettant de quantifier la charge bactérienne à L. pneumophila dans les prélèvements cliniques des patients infectés, avant et au cours du traitement antibiotique, dans la but de prédire l'évolution clinique et le pronostic final de ces patients. Nous avons utilisé deux tests de qPCR, ciblant soit le gène codant pour l'ARNr16s (qPCR16S) soit le gène mip (qPCRmip) dans des prélèvements respiratoires de 116 patients atteints de légionellose. Chez certains patients, nous avons pu déterminer la cinétique de la charge bactérienne au cours du temps, alors que les patients recevaient une antibiothérapie adaptée. Les premières cinétiques recueillies montrent la possibilité de différencier les patients qui répondent rapidement au traitement antibiotique et évoluent favorablement au cours de la 1ère semaine d'hospitalisation, de ceux qui présentent une réponse modeste au traitement et nécessitent une hospitalisation prolongée, voire décèdent. La PCR en temps réel semble donc représenter un outil pronostique d'intérêt au cours de la légionellose. Le type de cinétique observé chez un patient donné semble pouvoir prédire l'évolution des patients et la nécessité d'ajuster le traitement antibiotique. / Legionella pneumophila is a Gram- negative, facultative intracellular bacterium responsible for legionellosis (or Legionnaires' disease ) in humans. The fluoroquinolones and the macrolides are used as first-line antibiotic treatment of this disease. However, treatment failures are common, and the mortality rates remain high (10-15 % of cases, more than 30% in immunocompromised patients). Although L. pneumophila strain resistant to these antibiotics have never been isolated, treatment failures may suggest the possibility of in vivo selection of resistant mutants. The main genetic mechanisms associated with acquired resistance to fluoroquinolones correspond to the accumulation of mutations in the genes encoding DNA gyrase and topoisomerase IV, especially those affecting codons 83 and 87 of the QRDR (quinolone resistance determining region) of the gyrA gene, which are associated with high level resistance to these antibiotics. The first aspect of our project was to develop a real-time PCR test to detect gyrA QRDR mutants and differentiate them from wild-type strains of L. pneumophila by analysis of melting temperatures of the amplified DNA. After optimization, the qPCRgyrALp test specifically amplified a portion of the gyrA QRDR of L. pneumophila and could detect and differentiate gyrA83 and gyrA87 mutations. Then, we checked the presence of gyrA mutants directly in respiratory samples collected in 82 legionellosis patients, including some after treatment failure with a fluoroquinolone. For four patients, results corresponded to a melting curve profile similar to that of the gyrA83 mutant. Amplification and sequencing of the gyrA QRDR directly from these respiratory samples confirmed this mutation in two patients. The use of high-throughput sequencing technology allowed us to quantify the gyrA83 mutants in these two patients, allowing demonstration of in vivo gradual replacement of the fluoroquinolones susceptible population of L. pneumophila by a resistant one. The second aspect of our work was to develop quantitative real-time PCR tests offering the possibility to quantify the L. pneumophila bacterial load in respiratory specimens before and during antibiotic treatment, in order to predict the clinical course and the final prognosis of these patients. We used two qPCR tests, either targeting the gene encoding 16S rRNA (qPCR16S ) or the mip gene (qPCRmip ) in respiratory samples from 116 patients with Legionnaires' disease. In some patients, we determined the kinetics of bacterial loads over time, while patients received appropriate antibiotic therapy. The kinetics we observed allowed differentiation of patients who respond quickly to antibiotic treatment and were released from hospital within the first week following admission, from those with a modest response to treatment and requiring prolonged hospitalization or finally died. Thus, our real-time PCR tests seem to be good prognostic tools for evaluation of legionellosis prognosis. The type of kinetics observed in a given patient may allow the clinician to predict the evolution of patients and the need to adjust the antibiotic treatment.

L'étape finale de biosynthèse du peptidoglycane est catalysée par les D,D-transpeptidases (PBPs), l'une des cibles principales des antibiotiques de type beta-lactame. Récemment, il a été montré qu'une nouvelle classe d'enzymes, les L,D-transpeptidases (LDts), permet de contourner l'inhibition des PBPs. Ces LDts ont été identifiées tant dans des bactéries résistantes aux beta-lactames que dans des formes dormantes de Mycobacterium tuberculosis. Les seuls beta-lactames capables de les inhiber, les carbapénèmes, forment une liaison covalente avec la cystéine catalytique des LDts. Ni le mécanisme de cette inactivation, ni la spécificité de ces enzymes pour les carbapénèmes ne sont toutefois expliqués à ce jour. Le but du présent travail consiste en l'investigation par RMN du mécanisme d'acylation des LDts par ces antibiotiques. Dans ce contexte, la première partie de cette thèse s'intéresse à la compréhension actuelle de l'émergence de ce phénomène de résistance. La seconde partie traite des principes de la RMN et des implémentations développées pour étudier la structure, la thermodynamique et la dynamique des LDts. La troisième et dernière partie démontre le succès de l'approche RMN dans l'étude des diverses étapes de la réaction d'acylation, à travers une étude détaillée de l'apoenzyme, de complexes non covalents avec différents beta-lactames, et de l'enzyme acylée par un carbapénème. Au cours de cette étude, la structure du site actif de l'apoenzyme de Bacillus subtilis a été affinée par rapport à une étude cristallographique antérieure. Pour cette enzyme et son pendant chez Enterococcus faecium, nous avons démontré que la spécificité pour les carbapénèmes n'intervient pas au stade de la formation du complexe non covalent. Pour finir, la formation de la liaison covalente entre LDt et carbapénème induit un réarrangement conformationnel substantiel et une augmentation de la flexibilité de l'enzyme. / The final cross-linking step of the peptidoglycan synthesis is usually catalyzed by D,D-transpeptidases (PBPs), one of the main targets of beta-lactam antibiotics. Recently, it was shown that these PBPs can be by-passed by a novel class of enzymes, the L,D-transpeptidases (LDts), identified in beta-lactam-resistant bacteria as well as in dormant forms of Mycobacterium tuberculosis. The only beta-lactams enable to inactivate these enzymes belong to the carbapenem class. The beta-lactam ring of this antibiotic family then covalently binds the catalytic cysteine of the LDt. Neither the mechanism of this reaction nor the specificity for carbapenems are yet understood. The aim of the present work is to investigate the acylation mechanism of LDts with carbapenems by NMR. In this context, the first part of this thesis focuses on the current biological understanding of the emergence of this resistance pathway. The second part deals with the NMR principles and the implementations developed to study the structure, thermodynamics and dynamics of LDts. The third part demonstrates that NMR is successful in studying all the steps of the acylation reaction. For this purpose, the LDt apoenzyme, the non-covalent complex with various beta-lactams, and the LDt-carbapenem acylenzyme were thoroughly investigated. The structure of the active site of the Bacillus subtilis apoenzyme was refined with respect to a previous crystallographic study. For the latter and the Enterococcus faecium enzymes, we showed that the carbapenem specificity does not occur at the stage of the non-covalent binding. In contrast to non-covalent interactions, the formation of the covalent bond between LDts and carbapenems induces substantial conformational rearrangement and increased flexibility in the enzyme.

La résistance aux antibiotiques chez les bactéries est un problème majeur mondial du fait de son augmentation. Récemment, la transmission des bactéries résistantes aux humains, aux animaux et à l’environnement sont de plus en plus décrits dans la littérature. Ces dernières années, les voyages internationaux ont augmenté massivement ce qui a permis aux bactéries résistantes de se propager d’un lieu à un autre. Les voyageurs internationaux sont les principaux acteurs de l’acquisition et de la propagation des gènes de résistance aux antibiotiques. Le plus grand rassemblement annuel de personnes comme le pèlerinage à la Mecque est connu pour être un réservoir pour la transmission des maladies infectieuses telles que la grippe, les épidémies méningococciques ou la tuberculose. Par conséquent, les voyageurs en particulier les pèlerins représentent une source importante de propagation de bactéries multi-résistantes. Les études sur la transmission et l'acquisition de gènes de résistance pendant le Hajj sont rares. Par conséquent, ce projet de thèse a trois objectifs principaux permettant de mieux comprendre la prévalence des gènes de résistance et des bactéries multi-résistantes au cours du Hajj:(i)l’étude de la surveillance épidémiologique des gènes de résistance chez les pèlerins avant et après le Hajj,(ii)l’étude des facteurs de risque d'acquisition de gènes de résistance aux antibiotiques chez les pèlerins,(iii)les études épidémiologiques moléculaires des bactéries résistantes chez les pèlerins et d'autres sources, tels que les patients, les animaux et l’environnement en utilisant des techniques comme le typage des séquences multi-locus et le séquençage du génome complet. / Antibiotic resistance in bacteria is increasing and become a worldwide problem. Newresistance bacteria or mechanisms are emerging and spreading rapidly. Recently, thetransmission of antibiotic-resistant (AR) bacteria among humans, animals, and the variousenvironments are vastly recognized. With the growth of international travels over the pastdecades, this provides opportunities for AR bacteria to be spread rapidly from one geographiclocation to another. During trips, travelers changed diets, lifestyles, and their environmentsresulting in the alteration of AR patterns of bacteria residing in the gut. Thus, internationaltravelers are one of the most important modes for the acquisition and spread of AR genes.The largest annual mass gathering, the Hajj (pilgrimage to Mecca) is well known as a sourcefor infectious diseases transmission such as influenza, meningococcal outbreaks ortuberculosis. Thus, travelers, especially pilgrims, are one of the most significant sources forspreading AR bacteria. However, studies of the transmission and acquisition of AR genesduring Hajj in pilgrims are scarce. Therefore, this research thesis was carried out with threemain objectives to better understanding the prevalence of AR genes and bacteria during Hajj:(i) epidemiological surveillance of AR genes in pilgrims before and after Hajj, (ii) risk factorsanalysis concerning AR genes acquisition in pilgrims, (iii) molecular epidemiological studiesof AR bacteria in pilgrims, including patients, animals, and environment with the use ofmulti-locus sequence typing and whole genome sequencing.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

D’après un rapport de l’OMS, la tuberculose reste en 2015 l’une des 10 premières causes de décès à l’échelle mondiale. De ce fait, en matière de santé, éradiquer la maladie à l’horizon 2030 est un des objectifs majeurs fixés par les Nations Unies. La bactérie responsable de cette infection, Mycobacterium tuberculosis, est un pathogène obligatoire dont l’origine et l’évolution sont intrinsèquement liées à celles de son hôte principal, Homo sapiens. En effet, les souches actuelles de tuberculose présentent, tout comme l’homme, une forte structure phylogénétique, trace de leur origine géographique. Les pays pauvres et en développement sont les plus touchés par l’épidémie globale, favorisée par des systèmes de santé défaillants et une haute prévalence du VIH. Les pays occidentaux ne sont pas épargnés, menacés par l’émergence de souches de plus en plus résistantes aux antibiotiques provenant en grande partie de l’ex URSS. Au cours de cette thèse, j’analyse l’histoire évolutive, la propagation et l’acquisition de résistances aux antibiotiques de plusieurs épidémies de tuberculose en me basant sur des données génétiques et génomiques. Dans un premier temps je m’intéresse aux effets d’une campagne nationale de traitements en Asie Centrale sur le développement de souches multi-résistantes et met également en lumière le rôle clef de certaines mutations dans le succès des clones présentés. Ainsi cette campagne a été partiellement mise en échec par la présence de souches pré-résistantes, grâce à la survenue de mutations avant même la mise en place des traitements antibiotiques. Par la suite je me suis focalisé sur un clade particulier de souches multi-résistantes, le clone Russe W148. Je présente sa dispersion géographique et temporelle à travers l’Eurasie et démontre l’importance des mutations compensatoires dans son succès épidémique. De plus, la tuberculose ne touche pas seulement les hommes mais infecte également plusieurs autres mammifères. Afin d’appréhender les contraintes adaptatives accompagnants ces changements d’hôtes, j’ai effectué divers tests de sélection dans le but d’identifier les gènes impliqués. Pour finir, nous avons développé un indice souche spécifique, permettant de mesurer le succès épidémique de celles-ci à un niveau individuel. Dans le cadre d’études épidémiologiques, cette mesure peut être croisée avec des informations sur le patient, la souche ou même socio-économiques. / According to a 2015 WHO report, tuberculosis remains one of the top 10 causes of death worldwide. Despite considerable efforts by the United Nations to eradicate the disease by 2030, a global TB epidemic still persists. Its causative agent, the bacterium Mycobacterium tuberculosis, an obligate pathogen, has been plaguing humanity since it originated, and has coevolved with its main host, Homo sapiens, over thousands of years. Contemporary tuberculosis strains exhibit a structured phylogeographic pattern, carrying the genetic print of their geographic origin. The Koch bacillus infects and kills in large numbers, in poor and developing countries, where fragile health care systems, combined with high HIV prevalence, facilitate epidemic spread. In western countries, the major current threats are the multiplication and propagation of antibiotic resistant strains (MDR/XDR) coming predominantly from former Soviet republics. In this thesis, I unravel the evolutionary history, propagation, and acquisition of drug resistance-conferring mutations in different settings, by implementing multiple genetic and genomic data sets. First, focusing on Central Asia, using whole genome sequencing and Bayesian statistics, I assess the effects of a treatment campaign on the development of MDR strains and highlight key mutations in successful strains. More importantly, the success of DOTs campaigns was compromised by the genetic make-up of these outbreak clades (pre-treatment low frequency resistance SNPs). Special attention was also given to a particular outbreak of MDR strains, i.e. the Russian W148 clone. I present its westward spatial and temporal propagation at a continental scale during the last century, and underline the key contribution of compensatory mutations in its epidemic success. However, tuberculosis does not only infect humans, but also has experienced successive mammalian host jumps. To decipher the adaptive constraints accompanying such secondary events, a systemic gene screen with selection signature-detecting algorithms was implemented to identify putative targets during diversifying selection. Finally, novel mathematical tools and indices that reflect the epidemicity of a strain were developed, jumping from a population-driven approach to a strain specific one, with broader epidemiological applications. This allows us to correlate strain fitness with patient, lineage, and socio-economic information.

Pseudomonas aeruginosa et Stenotrophomonas maltophilia, pathogènes opportunistes majeurs, pourraient acquérir leur résistance aux antibiotiques dans l'environnement, sous la pression exercée par les métaux lourds par co-sélection de résistance. Nous avons tout d'abord évalué la distribution et l'abondance de ces espèces dans un large panel de sols d'origine géographique différente (France et Afrique) et évalué l'influence d'activités anthropiques susceptibles d'exposer les sols en éléments métalliques sur cette distribution. Alors que la présence de P. aeruginosa est sporadique et plutôt liée à un apport exogène, S. maltophilia est présente dans tous les sols étudiés, suggérant son endémicité. L'évaluation des résistances des souches isolées de ces sols a également montré des différences entre les deux espèces. Les souches environnementales de P. aeruginosa sont pour la plupart caractérisées par un phénotype sauvage alors que celles de S. maltophilia présentent une grande diversité de phénotypes en fonction des sites, parfois similaires à ceux de souches cliniques. Cette diversité peut être attribuée à l'adaptation aux conditions environnementales très différentes rencontrées mais il est difficile d'attribuer précisément aux métaux un rôle dans la co-sélection de ces résistances. L'étude menée sur la communauté bactérienne d'un sol contaminé a également permis de mettre en évidence une forte proportion de bactéries résistantes à différents antibiotiques représentée par des espèces qualifiées de pathogènes opportunistes ainsi que la présence du gène blaIMP, permettant la résistance à l'imipénème, utilisé en milieu clinique pour le traitement de clones multi-résistants.

La résistance bactérienne aux antibiotiques est l'un des problèmes préoccupants auquel la médecine moderne doit faire face de nos jours. Il est certain que la découverte de nouvelles familles d'antibiotiques pourrait venir à bout des souches de bactéries multirésistantes, mais pour combien de temps? Une nouvelle approche thérapeutique prometteuse apporte une solution simple et efficace à cette question en mettant de l'avant des médicaments qui empêchent l'adhésion cellulaire. D'autant plus, il se trouve que la protéine FimH des pili d'adhésion (une adhésine), chez la grande majorité des souches d'E. coli uropathogènes, possède une affinité sélective pour les dérivés mannopyrannosides. En observant les structures tridimensionnelles de complexes FimH-mannopyrannoside, on remarque trois positions potentiellement modifiables : C-l qui pointe vers l'extérieur du site d'interaction, C-2 où l'on retrouve un petit espace de forme allongée et C-6 où il y a un petit volume très court et quand même large. L'objectif est donc de synthétiser de nouveaux mannopyrannosides dans le but d'en augmenter l'affinité avec le FimH, en ajoutant ou supprimant des groupes fonctionnels aux positions C-2 et C-6. La modification de groupes en C-l a déjà été largement explorée au sein du laboratoire Roy, en grande partie par le docteur Mohamed Touaibia. Ainsi, la synthèse au laboratoire a mené d'abord à une série d'α-D-mannopyrannosides de méthyle O-alkylés en C-2. Par la suite, deux séries ont été synthétisées: les α-D-mannopyrannosides de méthyle, puis des α-D-mannopyrannosides d'allyle, toutes deux ayant des groupements sulfates ou phosphates en C-6. Une dernière série, les α-D-rhamnopyrannosides d'allyle qui portent soit un atome d'hydrogène ou de fluor à la place de l'alcool en C-6. En cours de route, a été également synthétisé un α-D-mannopyrannoside d'allyle fluoré en C-2. D'un autre côté, la modélisation moléculaire comme outil de visualisation et de prédiction des interactions protéine-ligand a permis d'établir un modèle de relation quantitative entre la structure et l'activité (QSAR) de différents mannopyrannosides. Les tests biologiques d'inhibition permettent d'évaluer l'efficacité réelle des ligands en donnant la valeur de constante de dissociation (Kd). Finalement, l'étude in silico des interactions protéine-ligand aide l'orientation de la synthèse de nouveaux mannopyrannosides qui possèdent un potentiel inhibiteur de l'adhésine FimH chez E. coli, et ce, tout en écartant la possibilité de développement de résistance aux antibiotiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : algorithme génétique, D-mannose, Escherichia coli, FimH, infections urinaires, interactions protéine-sucre, QSAR, résistance bactérienne aux antibiotiques.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'étape finale de biosynthèse du peptidoglycane est catalysée par les D,D-transpeptidases (PBPs), l'une des cibles principales des antibiotiques de type beta-lactame. Récemment, il a été montré qu'une nouvelle classe d'enzymes, les L,D-transpeptidases (LDts), permet de contourner l'inhibition des PBPs. Ces LDts ont été identifiées tant dans des bactéries résistantes aux beta-lactames que dans des formes dormantes de Mycobacterium tuberculosis. Les seuls beta-lactames capables de les inhiber, les carbapénèmes, forment une liaison covalente avec la cystéine catalytique des LDts. Ni le mécanisme de cette inactivation, ni la spécificité de ces enzymes pour les carbapénèmes ne sont toutefois expliqués à ce jour. Le but du présent travail consiste en l'investigation par RMN du mécanisme d'acylation des LDts par ces antibiotiques. Dans ce contexte, la première partie de cette thèse s'intéresse à la compréhension actuelle de l'émergence de ce phénomène de résistance. La seconde partie traite des principes de la RMN et des implémentations développées pour étudier la structure, la thermodynamique et la dynamique des LDts. La troisième et dernière partie démontre le succès de l'approche RMN dans l'étude des diverses étapes de la réaction d'acylation, à travers une étude détaillée de l'apoenzyme, de complexes non covalents avec différents beta-lactames, et de l'enzyme acylée par un carbapénème. Au cours de cette étude, la structure du site actif de l'apoenzyme de Bacillus subtilis a été affinée par rapport à une étude cristallographique antérieure. Pour cette enzyme et son pendant chez Enterococcus faecium, nous avons démontré que la spécificité pour les carbapénèmes n'intervient pas au stade de la formation du complexe non covalent. Pour finir, la formation de la liaison covalente entre LDt et carbapénème induit un réarrangement conformationnel substantiel et une augmentation de la flexibilité de l'enzyme.

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste à Gram-négatif, responsable d’infections nosocomiales chez des patients immunodéprimés et principale cause de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de mucoviscidose. Les traitements utilisés contre P. aeruginosa peuvent être mis en échec en raison des nombreux mécanismes de résistance développés par la bactérie tels que les systèmes d’efflux RND, capables d’exporter les antibiotiques à l’extérieur de la cellule. Parmi ces systèmes, MexEF-OprN est très peu produit dans les souches sauvages mais il est surproduit chez les mutants appelés nfxC et conduit à une résistance aux fluoroquinolones, au chloramphénicol et au triméthoprime. Ces mutants ont également la particularité de résister de façon concomitante aux carbapénèmes et d’être peu virulents. Notons enfin que la pompe MexEF-OprN est codée par un opéron à trois gènes, mexEF-oprN, dont la transcription est activée par MexT, un régulateur appartenant à la famille LysR.Les mutants nfxC étant peu décrits dans le contexte clinique, nous avons évalué leur prévalence et caractérisé les événements génétiques conduisant à la surexpression de mexEF-oprN. A partir d’une collection de 221 souches cliniques isolées au CHRU de Besançon, et sélectionnées en raison de leur sensibilité diminuée à la ciprofloxacine et à l’imipénème, 19.5% surexprimaient mexEF-oprN. Nous avons par la suite caractérisé 22 souches non-redondantes et montré que seulement 13.6% d’entre elles possédaient des mutations inactivatrices dans le gène mexS alors que 40.9% avaient des mutations conduisant à la substitution d’un seul acide-aminé. Il est apparu que ces dernières mutations avaient des effets modérés sur les profils de résistance et de virulence alors que les mutations inactivatrices donnaient des hauts niveaux de résistance mais aucune virulence. Enfin, nous n’avons pas pu identifier de mutations génétiques pouvant expliquer la surexpression de mexEF-oprN des 45.5% de souches restantes, suggérant l’existence des mécanismes de régulation encore inconnus de cet opéron.Nous avons donc étudié des mutants résistants au chloramphénicol, sélectionnés in vitro à partir de la souche de référence PA14. Leur caractérisation nous a permis de découvrir un nouveau type de mutants surproducteurs de MexEF-OprN que nous avons appelé nfxC2. Tous possédaient des mutations gain-de-fonction sur le gène PA14_38040 (nommé cmrA) codant pour un régulateur de la famille AraC, jamais étudié auparavant. Chez les mutants nfxC2, l’expression de cmrA est augmentée, ainsi que celle de l’opéron mexEF-oprN et ceci, d’une façon MexS- et MexT-dépendante. De façon intéressante, ces mutations dans cmrA font apparaître un phénotype résistant sans toutefois altérer la virulence de la souche. Une analyse transcriptomique a montré que CmrA pouvait activer l’expression de 11 gènes parmi lesquels PA14_38020 apparaît comme étant nécessaire pour l’activation indirecte de mexEF-oprN. Ce gène code pour une quinol monooxygenase partageant des domaines conservés avec YgiN, une enzyme d’Escherichia coli qui participe à la réponse contre les électrophiles. D’ailleurs, l’exposition de la souche PA14 à des concentrations sub-inhibitrices d’électrophiles toxiques (glyoxal, méthylglyoxal et cinnamaldéhyde) active suffisamment la pompe MexEF-OprN pour générer un phénotype de résistance et ce, de façon CmrA-dépendante. Enfin, cette même exposition aux électrophiles active également deux autres pompes RND, à savoir MexAB-OprM et MexXY/OprM. Les voies de régulation conduisant à l’activation de ces deux opérons d’efflux seront étudiées prochainement au laboratoire. / Pseudomonas aeruginosa is a Gram negative opportunistic pathogen, responsible for several nosocomial infections in immunocompromised patients, and the main cause of mortality and morbidity of patients suffering from cystic fibrosis. Treatment of P. aeruginosa infections turns to be difficult due to its natural resistance to antibiotics, increased in part by the overproduction of RND efflux pumps capable to export antibiotics out of the cell. Amongst these systems, MexEF-OprN exports several antibiotics such as fluoroquinolones, chloramphenicol and trimethoprim. This efflux pump is quiescent in wild-type strains but it is highly produced in nfxC mutants, making them resistant to MexEF-OprN substrates. In addition, these mutants are characterized by their concomitant resistance to carbapenems and their low-virulence profile. MexEF-OprN is encoded by a three-gene operon, mexEF-oprN, whose transcription is activated by MexT, a member of the LysR family of transcriptional regulators. In the clinical context, nfxC mutants being poorly described, we evaluated their prevalence and characterized the genetic events responsible for mexEF-oprN overexpression. A collection of 221 clinical isolates from the University Hospital of Besançon exhibiting a reduced susceptibility to ciprofloxacin and imipenem was screened. We found that 19.5% of these strains overexpressed mexEF-oprN and further characterization of the 22 non-redundant mutants showed that only 13.6% of these mutants harbored a disrupted mexS gene. Moreover, 40.9% of nfxC clinical strains harbored missense mutations in mexS conducing to the substitution of a single amino-acid residue in the encoding protein. Interestingly, these mutations were associated to moderate effects on resistance and virulence factor production while disruptive mutations produced highly resistant but completely non-virulent strains. For the 45.5% of remaining strains, we failed to identify genetic mutations, which could explain mexEF-oprN overexpression; this indirectly suggested that there might be additional regulatory loci controlling the expression of this operon.We thus studied chloramphenicol resistant mutants selected in vitro derived from reference strain PA14 and found a new class of MexEF-OprN overproducers, which we called nfxC2, harboring gain-of-function mutations in a so-far uncharacterized gene, PA14_38040 (hereafter called cmrA) coding for an AraC transcriptional regulator. In nfxC2 mutants, the mutated CmrA increases its proper gene expression and upregulates the expression of mexEF-oprN through MexS and MexT, resulting in a multi-drug resistant phenotype without altering virulence factor production. Transcriptomic experiments showed that CmrA positively regulates the expression of 11 genes, including PA14_38020, which is required for the MexS/MexT-dependent activation of mexEF-oprN. Gene PA14_38020 is predicted to code a quinol monooxygenase sharing conserved domains with YgiN of Escherichia coli, which was reported to be involved in the response of the bacterium to electrophiles. Interestingly, exposure of strain PA14 to sub-inhibitory concentrations of toxic electrophiles (glyoxal, methylglyoxal or cinnamaldehyde) strongly activates the CmrA-pathway and upregulates mexEF-oprN sufficiently to provoke the resistance to the pump substrates. Finally, we found that the same exposure to electrophiles is capable to activate two other RND pumps, MexAB-OprM and MexXY/OprM. The regulatory pathways conducing to activation of these two efflux operons will be elucidated at the laboratory.