Peu étudiée et méconnue, initialement décrite au début du XXème siècle, Helicobacter pylori fut redécouverte en 1982 par deux chercheurs australiens, JR Warren et BJ Marshall. Ils soutinrent que la plupart des ulcères gastro-duodénaux étaient causés par cette bactérie, et non par le stress ou la nourriture épicée, comme pensé auparavant. Cette découverte révolutionna le monde de la gastroentérologie et leur valut le prix Nobel de physiologie et de médecine 2005. Environ la moitié de la population mondiale est colonisée par H. pylori au niveau de l'estomac. Dans 10 à 20% des cas, l'infection peut évoluer vers un ulcère gastro-duodénal et dans certains cas vers une transformation maligne. Cette infection se soigne classiquement à l'aide d'une trithérapie associant 2 antibiotiques à un inhibiteur de la pompe à protons pour neutraliser l'acidité gastrique. Notre travail de recherche a consisté à analyser la proportion de patients infectés par H. pylori dans une cohorte de plus de 22.000 patients, issus de divers groupes ethniques, vivant en Belgique. Ces souches de H. pylori, isolées dans notre laboratoire, à partir des biopsies gastriques, ont aussi servi à une étude pour suivre l'évolution de la résistance aux antibiotiques ces 20 dernières années afin de proposer des améliorations de la prise en charge thérapeutique de l'infection à H. pylori en Belgique.

Chlamydia trachomatis est une bactérie à développement intracellulaire obligatoire, divisée en 19 sérovars parmi lesquels les sérovars D-K sont responsables d’infections oculo-génitales et les sérovars L de la lymphogranulomatose vénérienne (LGV). En France, C. trachomatis est le principal agent bactérien responsable d’infections sexuellement transmissibles (IST). Les méthodes moléculaires occupent une place de choix dans le dépistage et l’épidémiologie des infections à C. trachomatis. Grâce à leur utilisation à partir de prélèvements non invasifs, nous disposons de chiffres de prévalence qui s’élèvent à 1,5% dans la population générale, 3,6% chez les femmes âgées de 18 à 24 ans sexuellement actives et 10 à 15% dans les centres à vocation de dépistage des IST. N’ayant aucune donnée chez la femme enceinte, le programme hospitalier de recherche clinique (MATIST) que nous avons mis en place chez les femmes enceintes suivies au CHU de Bordeaux a montré une prévalence de l’infection à C. trachomatis de 2,5%, à M. genitalium de 0,8% et à N. gonorrhoeae de 0%. Chez les femmes de moins de 24 ans, la prévalence était respectivement de 7,9% et 2,4%. La compréhension de l’épidémiologie et de la dissémination des infections à C. trachomatis nécessite la mise au point de techniques de typage performantes d’autant qu’un seul sérovar, le sérovar E, est rencontré dans près de la moitié des cas. Nous avons développé une méthode de typage moléculaire, la MLVA (MultiLocus Variable Number of Tandem Repeat Analysis), qui analyse le polymorphisme associé aux répétitions en tandem et permet un typage intra-sérovar. Cinq VNTRs ont été identifiés. La méthode a été automatisée puis appliquée à 220 souches et échantillons cliniques de C. trachomatis de génovar E, permettant d’identifier 25 types MLVA. Les souches d’origine ano-rectale isolées de patients homosexuels et les souches suédoises appartenant au nouveau variant ont été individualisées au sein de deux types MLVA uniques et distincts, suggérant une origine clonale. L’ensemble des résultats obtenus ont montré que la MLVA est un outil de typage moléculaire performant, plus discriminant que les autres méthodes auxquelles nous l’avons comparée. De plus, dans le cadre de la surveillance épidémiologique de la LGV ano-rectale due au variant L2b qui sévit en Europe depuis 2003 presque exclusivement chez les homosexuels, nous avons identifié le premier cas de LGV ano-rectale chez une femme. Enfin, nous avons développé une technique de PCR en temps réel permettant une détermination objective de la concentration minimale inhibitrice d’un antibiotique donné vis-vis de C. trachomatis. Cette technique a également montré que les antibiotiques étudiés n’avaient qu’une activité bactériostatique sur C. trachomatis. / Chlamydia trachomatis is an obligate intracellular bacterium, divided into 19 serovars, among which serovars D-K are responsible for oculo-genital infections and serovars L of lymphogranuloma venereum (LGV). In France, C. trachomatis is the main bacterial cause of sexually transmitted diseases (STI). Molecular methods are the methods of choice for the C. trachomatis detection and epidemiology. Through their use, it has been shown that the prevalence of C. trachomatis infection rise up to 1.5% in the general population, to 3.6% for sexually experienced women aged 18-24 and to 10-15% in STI medical settings. As no data were available for pregnant women, we conducted a clinical research study (MATIST) in pregnant women at the Bordeaux University hospital. The prevalence of C. trachomatis, M. genitalium and N. gonorrhoeae infections was 2.5%, 0.8% and 0%, respectively. In women under 24 years, the prevalence of C. trachomatis, and M. genitalium infections was 7.9% and 2.4%, respectively. Understanding the epidemiology and the spread of C. trachomatis infection requires the development of efficient typing techniques knowing that a single serovar, serovar E, is found in nearly half the cases. We developed a MLVA (MultiLocus Variable-Number of Tandem Repeat Analysis) method which analyzes the genome polymorphism associated to tandem repeats and allowed intra-serovar subtyping. Five VNTRs were identified. The automated method was applied on 220 C. trachomatis genovar E clinical specimens and isolates, yielding 25 MLVA types. All anorectal isolates from men who have sex with men exhibited the same MLVA type, suggesting clonal spread. In the same way, we confirmed the clonal origin of the Swedish new variant of C. trachomatis. MLVA appears to be a good tool for molecular typing, with a higher discriminatory power than those of other methods used for comparison. Since 2003, a LGV proctitis outbreak caused by the new variant L2b has been reported in Europe in men who have had sex with HIV-positive men. We reported the first case of C. trachomatis L2b proctitis diagnosed in a woman. Finally, we developed a real-time PCR method allowing an objective determination of minimum inhibitory concentration of antibiotics for C. trachomatis. Our results also showed that all antibiotics studied only had bacteriostatic activity on C. trachomatis.

Le suivi de la viabilitié, la croissance et le métabolisme cellulaire des bactéries peut contribuer de manière significative au diagnostic précoce de la maladie, mais peut aussi aider à améliorer le rendement des produits bactériens dans des expériences industrielle ou à petite echelle. Les méthodes conventionnelles utilisées pour l'étude de la sensibilité des bactéries aux antibiotiques sont basées principalement sur la culture, une technique qui prend au moins 12 heures pour rendre un résultat. Ce retard conduit au surtraitement d'un large éventail d'infections par des antibiotiques à large spectre, ce qui est coûteux et peut conduire à l'apparition de résistance à ces antibiotiques précieux, tandis que la détection rapide d'une infection virale ou l'absence de bactéries pourrait prévenir de tels traitements et, dans le cas d'une infection bactérienne, l'identification de la sensibilité aux antibiotiques pourrait permettre l'utilisation d'antibiotiques à spectre étroit. Le projet décrit dans le présent document vise à surveiller les activités biologiques des bactéries vivantes immobilisées sur les surfaces biofonctionnalisées de microstructures composées de semi-conducteurs quantiques (QS). Le procédé dépend de la sensibilité de la photoluminescence (PL) émise par des semi-conducteurs à la perturbation du champ électrique induit par la charge électrique des bactéries immobilisées sur la surface de ces structures. Dans la première phase du projet, nous avons étudié une méthode innovante impliquant la surveillance par PL de l'effet de photocorrosion dans des hétérostructures GaAs/AlGaAs. Le maintien d'un équilibre entre la sensibilité et la stabilité du biocapteur dans l'environnement aqueux nous a permis de détecter Escherichia coli K12 dans des solutions salines tamponnées au phosphate (PBS) avec une limite de détection attrayante de 103 UFC/ml en moins de 2 heures. Suite à cette recherche, nous avons émis l'hypothèse que ces hétérostructures pourraient être utilisés pour développer une méthode à faible coût et quasiment en temps reel de la croissance et de la sensibilité des bactéries aux antibiotiques. L'un des éléments clés dans le développement de cette plate-forme de biocapteurs était de démontrer que le GaAs (001), normalement utilisé pour recouvrir les hétérostructures de GaAs/AlGaAs, ne nuira pas à la croissance des bactéries. Dans la deuxième phase du projet, nous avons exploré la capture et la croissance de E. coli K12 sur des surfaces nues et biofonctionnalisées de GaAs (001). Il a été déterminé que la couverture initiale et les taux de croissance de bactéries dépendent de l'architecture de biofonctionnalisation utilisée pour capturer les bactéries: les surfaces biofonctionnalisées avec d'anticorps présentaient une efficacité de capture significativement plus élevée. En outre, on a trouvé que pour des suspensions contenant des bactéries à moins de 105 UFC/ml, la surface des plaquettes de GaAs ne supportait pas la croissance des bactéries, quel que soit le type d'architecture de biofonctionnalisation. Dans la troisième phase du projet, nous avons suivi la croissance et la sensibilité aux antibiotiques de E. coli K12 et E. coli HB101. Tandis que la présence de bactéries retardaient d’apparition du maximum de PL, la croissance des bactéries retardaient encore plus ce maximum. Par contre, en presence d’antibiotiques efficaces, la croissance des bactéries était arrêtée et le maximum de PL est arrivé plus tôt. Ainsi, nous avons pu distinguer entre des E. coli sensibles ou résistantes à la pénicilline ou à la ciprofloxacine en moins de 3h. En raison de la petite taille, du faible coût et de la réponse rapide du biocapteur, l'approche proposée a le potentiel d'être appliquée dans les laboratoires de diagnostic clinique pour le suivi rapide de la sensibilité des bactéries aux antibiotiques. / Abstract : Monitoring the viability, growth and cellular metabolism of bacteria can contribute significantly to the early diagnosis of disease, but can also help improve yield of bacterial products in industrial- or small-scale experiments. Conventional methods applied for investigation of antibiotic sensitivity of bacteria are mostly culture-based techniques that are time-consuming and take at least 12 h to reveal results. This delay leads to overtreatment of a wide range of infections with broad spectrum antibiotics which is costly and may lead to the development of resistance to these precious antibiotics, whereas rapid detection of a viral infection or absence of bacteria could prevent such treatments and, in the case of bacterial infection, identification of antibiotic susceptibility could allow use of narrow spectrum antibiotics. The project outlined in this document aims at monitoring biological activities of live bacteria immobilized on biofunctionalized surfaces of quantum semiconductor (QS) microstructures. The method takes advantage of the sensitivity of photoluminescence (PL) emitting semiconductors to the perturbation of the electric field induced by the electric charge of bacteria immobilized on the surface of these structures. Our hypothesis was that bacteria growing on the surface of biofunctionalized QS biochips would modify their PL in a different, and measurable way in comparison with inactivated bacteria. In the first phase of the project, we investigated an innovative method involving PL monitoring of the photocorrosion effect in GaAs/AlGaAs heterostructures. Maintaining the balance between device sensitivity and stability in the biosensing (aqueous) environment allowed us to detect Escherichia coli K12 in phosphate buffered saline solutions (PBS) at an attractive limit of detection of 103 CFU/mL in less than 2 hours. Following this research, we hypothesised that these heterostructures could be employed to develop a method for inexpensive and quasi-real time monitoring of the growth and antibiotic susceptibility of bacteria. One of the key elements in the development of this biosensing platform was to demonstrate that GaAs (001), normally used for capping PL emitting GaAs/AlGaAs heterostructures, would not inhibit the growth of bacteria. In the second phase of the project, we explored the capture and growth of E. coli K12 on bare and biofunctionalized surfaces of GaAs (001). It has been determined that the initial coverage, and the subsequent bacterial growth rates are dependent on the biofunctionalization architecture used to capture bacteria, with antibody biofunctionalized surfaces exhibiting significantly higher capture efficiencies. Moreover, for suspensions containing bacteria at less than 105 CFU/mL, it has been found that the surface of GaAs wafers could not support the growth of bacteria, regardless of the type of biofunctionalization architecture. In the third phase of the project, we used PL to monitor the growth and antibiotic susceptibility of E. coli K12 and E. coli HB101 bacteria. While immobilization of bacteria on the surface of GaAs/AlGaAs heterostructures retards the PL monitored photocorrosion, growth of these bacteria further amplifies this effect. By comparing the photocorrosion rate of QS wafers exposed to bacterial solutions with and without antibiotics, the sensitivity of bacteria to the specific antibiotic could be determined in less than 3 hours. Due to the small size, low cost and rapid response of the biosensor, the proposed approach has the potential of being applied in clinical diagnostic laboratories for quick monitoring of antibiotic susceptibility of different bacteria.

Peu étudiée et méconnue, initialement décrite au début du XXe siècle, Helicobacter pylori fut redécouverte en 1982 par deux chercheurs australiens, JR Warren et BJ Marshall. Ils soutinrent que la plupart des ulcères gastro-duodénaux étaient causés par cette bactérie, et non par le stress ou la nourriture épicée, comme pensé auparavant. Cette découverte révolutionna le monde de la gastroentérologie et leur valut le prix Nobel de physiologie et de médecine 2005. Environ la moitié de la population mondiale est colonisée par H. pylori au niveau de l'estomac. Dans 10 à 20% des cas, l'infection peut évoluer vers un ulcère gastro-duodénal et dans certains cas vers une transformation maligne. Cette infection se soigne classiquement à l'aide d'une trithérapie associant 2 antibiotiques à un inhibiteur de la pompe à protons pour neutraliser l'acidité gastrique.<p>Notre travail de recherche a consisté à analyser la proportion de patients infectés par H. pylori dans une cohorte de plus de 22.000 patients, issus de divers groupes ethniques, vivant en Belgique. Ces souches de H. pylori, isolées dans notre laboratoire, à partir des biopsies gastriques, ont aussi servi à une étude pour suivre l'évolution de la résistance aux antibiotiques ces 20 dernières années afin de proposer des améliorations de la prise en charge thérapeutique de l'infection à H. pylori en Belgique. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished